Способ получения порошка стабилизированного диоксида циркония

 

Изобретение относится к способу получения стабилизированного диоксида циркония и позволяет повысить однородность фазового состава и моно-дисперсность конечного продукта. В водный раствор соли циркония, содержащий соединения стабилизирующего элемента, вводят органическое соединение с потенциалом ионизации 7,5- 8,22 эВ в количестве

1708765 А 1 ()9) Ot) (51)5 С 01. G 25/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ требует, внедрения новых материалов, в частности оксидно-конструкционной керамики, исходным сырьем для которой служат порошки оксидов металлов.

Так как качество готовой. керамики в значительной мере определяется составом и структурой исходных порошков оксидов металлов, то актуальной становится задача получения последних с заданными и регулируемыми физикоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

APH ГКНТ СССР! (21} 4796625/26 (22) 08.01.90 (46) 30.01 92. Бюл„ h" 4 (71) Днепропетровский химико-технологический институт им. Ф.Э.Дзержинского (72) В,Д.Пархоменко, В.Г.Верещак, В.Г.Свиридов, С.Г,Кащеев, В.И.Федоров, А.С.Дорошенко и В.С,Смукович (53) 661.883.1(088.8} (56) Стрекаловский В.Н., Полежаев l0.И.

Пальгуев С.ф. Оксиды с примесной раэупорядоченностью. И.: Наука, 1987.

Авторское свидетельство СССР

V 780412, кл. С 01 С 25/02, опублик.

1988.

Заявка Японии h . 59-39367, кл. С 01 С 25/02, опублик. 1984. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОИКА СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ (57) Изобретение относится к способу получения стабилизированного диоксида циркония и позволяет повысить однородность фазового состава и моноИзобретение относится к получению порошков оксидов металлов, в ча-; стности порошков сложного состава на основе диоксида циркония, используемых для производства изделий из конструкционной и функциональной керамики, применяемых в машиностроении, электронной и электрической промышленности.

Интенсивное развитие радиоэлектроники, электроники и атомной техники

2 дисперсность конечного продукта. В водный раствор соли циркония, содержащий соединения стабилизирующего элемента, вводят органическое соединение с потенциалом ионизации 7,58,22 эВ в количестве (2-4} 10 моль/л . и осуществляют осаждение циркония и стабилизирующего элемента в виде гид.роксидов осадителем, содержащим гидроксид-ион (аммиак) в ультразвуковом поле. В качестве органического соедИнения используют З-амино-толуол, 1,2" диоксибензол, 4-метоксифенол. Образовавшийся осадок отделяют, промывают, вводят в него органический растворитель, дистиллируют воду и затем сушат и прокаливают. Получают порошок, дисперсность которого характеризуется массовым медианным диаметром частиц

Dg =0,08-0,09 мм и стандартным геометрическим отклонением 8=3,12-3,3, Порошок содержит 94-983 тетрагональной фазы и 4-64 моноклинной фазы, что позволяет повысить качество керамических изделий. 1 э.п. ф-лы, 1 табл.

1708765 механическими свойствами и структурой.

Одним из методов приготовления порошков оксидов металла, в т.ч. диоксида циркония, стабилизированногб оксидами кальция, магния, иттрия, другими редкоземельными элементами, яв ляется совместное осаждение соеди нений циркония и стабилизатора из их водных растворов водным раствором осадителя, отделение полученного осадка, промывка его, сушка и прокаливание, Однако, порошки полученные. указан- 15 ным способом не отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для производства тонкой технической керамики, так как обладают низкой однородностью по химическому и фазовому 20 ,составу, вследствие того, что при, соосаждении многокомпонентных соединений с различающимися рН осаждениями ,осаждение. всегда имеет место последовательное

",роме того, не обеспечивается достаточно полное удаление адсорбированной и кристаллизационной воды из осадка, что обуславливает при прокаливании осадка формирование грубодисперсного продукта, содержащего спекшиеся агломераты, требующие помола.

Известен спосоЬ получения диоксида циркония, стабилизированного оксидом. кальция, включающий совместное осаж35 дение циркония и кальция из раствора их соединений водным раствором аммиака с добавлением карбоната аммония или оксалата аммония, отделение, сушку, диспергирование высушенной массы в водном растворе едкого натра в ультразвуковом поле, повторное отделение, сушку и прокаливание осадка.

В результате происходит более равномерное распределение стабилизиру- 4 ющей добавки по объему материала, однако способ не обеспечивает достаточную фазовую однородность и монодисперсность получаемого порошка.

Кроме того, не обеспечивается полное удаление адсорбционной и кристаллизационной воды из осадка, что обуславливает образование при прокаливании спекшихся агломератов.

Наиболее Ьлизким к предлагаемому

55 является способ полу ения тонкого

1порошка диоксида циркония, заключающийся в том, что в водный раствор соли циркония или ее смеси с солью магния, кальция и/или иттрия, аммиачную воду, образовавшийся осадок от-! деляют от маточного раствора и промы вают водой, вводят Ьрганический растворитель и проводят дистилляцию, после чего отделяют частицы порошка, проводят сушку и затем прокалку.

Наличие стадии отгонки в органическом растворителе позволяет уменьшить содержание воды в отделяемом осадке, что снижает агрегирование частиц при сушке и прокалке, однако однородность фазового состава, а также монодисперсность полученных порошков остается низкой;

Цель изобретения - повышение однородности Фазового состава и монодисперсности порошка.

Поставленная цель достигается тем, что согласно cnocoby получения стабилизированного диоксида циркония, включающего приготовление водного раствора соединений циркония и стабилизатора, осаждение их в виде гидроксидов водным раствором осадителя с последующим отделением промывкой, дистилляцией с органическим растворителем, сушкой и прокаливанием полученного осадка, в водный раствор соединений циркония и стабилизатора предварительно вводят органическое соединение с потенциалом ионизации 7,58,22 эВ в количестве 2-4 ° 10 моль/л, в частности З-аминотолуол, 1,2-диоксибензол, 4-метоксифенол, а процесс осаждения ведут в ультразвуковом поле.

Введение добавок органических соединений в исходный раствор соединений циркония и стабилизатора и проведение осаждения в.ультразвуковом поле обеспечивает такие условия образования осадка, при которых происходит образование преимущественно мелких глобул с равномерным распределением стабилизирующей доЬавки по объему.

Наложение ультразвуковых колебаний в процессе осаждения приводит к образованию большого количества зон концентрационной неоднородности; а органическое соединение, обладая резо" нансным адсорЬционным потенциалом по отношению к поверхности твердых частиц, гидрофобирует поверхность последних, препятствуя росту цепи между зародышами новой фазы, что способствует повышению однородности фа1708765 зового состава и монодисперсности осадка.

Предлагаемые органические соединения являются промышленно освоенными и выпускаются отечественнои промыш5 ленностью: З-аминотолуол, 1,2-диоксибензол, 4-метоксифенол, Ультразвуковое поле генерируют с помощью типового генератора. Частота колебаний определяется типом генератора и не влияет на конечные результаты.

Использование предлагаемых органических соединений в укаэанных пределах способствует наилучшему достижению цели изобретения. Использование их в количествах, меньших, чем предлагаемый нижний предел не обеспечивает желаемого эффекта, а использование их в количествах, больших, чем предлагаемый верхний предел нецелесообразно, так как заметного повышения однородности фазового состава и монодисперсности получаемых порошков не происходит. 25

В водный раствор соли циркония, содержащий соединения стабилизирующего металла, вводят органическое соединение с потенциалом ионизации

7,5-8,22 эВ и осуществляют осаждение в ультразвуковом поле с одновременной подачей исходного раствора и раствора осадителя в реактор идеального смешения. В качестве осадителя может быть выбран водный раствор ам35 миака или содержащего аммиак соединения. Расходные коэффициенты материальных потоков выбираются из расчета соблюдения постоянства рН в реакционном объеме. Образующийся гидроксид отделяют от маточного раствора, многократно промывают сначала водой, затем органическими растворителями спиртового, кетонового или эфирного ряда, неограниченно смешивающихся с во- 45 дой, отжимают и диспергируют в органическом растворителе. Далее ведут дистилляцию, отделяют осадок, промывают органическими растворителями, сушат и прокаливают.

Пример l. В 1 л водного раствора нитрита цирконила концентрацией

0,2 моль/л добавляют 6,2 мл водного раствора нитрита иттрия, концентраци-й ей 1 моль/л а также 3.10 моль/л исУ

55 ходного раствора 3-аминотолуола с потенциалом ионизации 7,5 эВ.

Полученный раствор с помощью пневматической форсунки распыливают на поверхность осадительного объема.

Осадитель — водный 6 Н раствор аммония, непрерывно подают в реактор, поддерживая рН среды 9. Контроль рН выдачей управляющего сигнала на электрический жидкостной клапан осуществляется с помощью универсального иономера И-102, К осадительной емкости непрерывно подводят ультразвуковые колебания частотой 47 кГц. Образующийся осадок выводят из реактора, отде" ляют от маточного раствора-, промывают водой до отсутствия качественной реакции на нитрат, далее отжатый осадок диспергируют в этаноле и отделяют фильтрованием.

Затем осадок диспергируют в 5 л изоамилового спирта и при 70 С начинают отгонку воды, заканчивая при ь

108 С. Осадок отделяют, промывают на фильтре ацетоном, подвергают вакуумной сушке при 75 С в течение су-ток, далее прокаливают при 900 С в течение 2 ч. Получают порошок диоксида циркония, стабилизированный оксидом иттрия D p-0,09 (чм, 6 -3,3; фазовый состав: тетрагональной формы

98, моноклинной 2

По аналогии с приведенным примером были получены порошки стабилизированного диоксида циркония в различных условиях осаждения и испытаны их физико-механический свойства. Фазовый состав определяли по полиморфному методу Гарви и Никольсона.

Дисперсность порошков определяли на весовом центрифугальном седиментографе СВ-3. Контроль осуществляли по электронным микрофотографиям w (ПЭИ ЭИВ 100 Л).

Для сравнения были испытаны физико-механические свойства порошка стабилизированного диоксида циркония, полученного по прототипу.

Как следует из данных; приведенных в таблице, предлагаемый способ обеспечивает получение порошка стабилизированного диоксида циркония, обладающего повышенной однородностью фазового состава и монодисперсностью, что позволит повысить качество керамических изделий.

Ф о р.м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ получения порошка стабилизированного диоксида циркония, включающий приготовление водногО раст1708765 перед осаждением вводят добавку органического соединения с потенциалом ионизации 7,5-8,22 .эВ-в количестве (2-4) 1(Г .моль/л и процесс осаждения ведут в ультразвуковом поле..

Количество добавки, моль/л

Наложение УЗ, кГц.

Потенциал ионизации, эВ

Дисперсность Фазовый

- состав, рН среды

Добавка органического соединения

О о р®

9 0 0 12 4 15 е85 ш-15

47 9 0 0 11 3 75 t-87

m-13

9 0 0 11 3 70 t-.89 ш-11

47 9,О 0,10 3,.75 t. — 89

m-11

8,07

1,2-Диоксибензол

Диметиланилин

7,14

3-Аминотолуол, 7,5

1,2-Диоксибензол 8,07

8,22

4-Иетоксифенол

Крезол

8,24

1,2-Диоксибензол

1,2-Диоксибензол l,2-Диоксибензол

1,2-Диоксибензол

1,2-Диоксибензол

8,07

8,07

8,07

8,07

П р и м е ч а н и е: t — - тетрагональная форма кристаллов, m — моноклинная форма кристаллов.

Составитель IJ.Kóöåíêo

Редактор А.Долинич Техред Л.Сердокова Корректор А.Обручар

Заказ М9 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, г,ужгород, ул.Гагарина, 101 . вора, содержащего соединения циркония и элемента-стабилизатора, осажде" ние их водным растворам аммиака, отделение и промывку образующегося осад- ка, дистилляцию с органическим раство рителем, сушку и прокаливание, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения однородности фазового состава и монодисперсности порошка 10 конечного продукта,. в водный раствор соединений циркония и стабилизатора

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве органи ческого соединения используют 3-аминотолуол, или 1-2-диоксибензол, или

4-метоксифенол.

47 9,о 0,09 3,3

47 9,0 0,08 3,21 е-98

П1- 2

47 90 0 09 312 t-98

m-2

47 9,0 0,11 3,4 е-94

m-6 е-8,9

m-11

47 9,0 0,10 3,75 t-90

m-10

47 9,0 0,09 3 3 t-96

m-4

47 9 0 0,08 3,21 е-98

m» 2

47 9,0 0,085 3,21 е-98

m-2

47 9,0 0,09 3,5 t-96

m-4