硅酸鋯粉體合成和涂層準(zhǔn)備工藝探討

張宗喜 郭 玲

1．淄博啟明星新材料股份有限公司 山東 淄博 255000 2．淄博邦達(dá)安全技術(shù)咨詢有限公司 山東 淄博 255000

社會(huì)的快速發(fā)展,使得工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊笠搽S之改變,變得越來越高,高規(guī)格的粉體、純度以及粒度更符合生產(chǎn)需求。自然條件下硅酸鋯粉體通常會(huì)伴隨有AL3O2、Tio2等雜質(zhì),而高端產(chǎn)品的生產(chǎn)則需要更高純度的硅酸鋯粉體,對(duì)此合成硅酸鋯粉體對(duì)促進(jìn)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。同時(shí),對(duì)于一些特殊產(chǎn)品,熱障涂層的隔熱以及抗氧化能力很重要,而硅酸鋯作為高溫?zé)岱雷o(hù)涂層可以很好的解決這些問題,具有實(shí)踐意義。

1 硅酸鋯粉體概述

硅酸鋯為導(dǎo)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽化合物,化學(xué)式為ZrSiO4,理論成分ZtO267．2%,SiO232．8%,真比重4．02－4．86,莫氏硬度7．5,耐火度2340－2550℃。硅酸鋯有a＝0．6607、c＝0．5982、z＝4的四方對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

硅酸鋯具有良好的熱穩(wěn)定性以及抗震性能,同時(shí)熱膨脹系數(shù)特別低。硅酸鋯粉體置于小于1400℃的環(huán)境中,其強(qiáng)度指標(biāo)不會(huì)明顯下降,置于超過1670℃的溫度,才會(huì)產(chǎn)生分解形成Zr O2、SiO2。硅酸鋯1200－1400℃范圍內(nèi)都可以維持良好的彎曲強(qiáng)度,同時(shí)1670℃以下,其結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化,因此它的應(yīng)用比較廣泛,在耐火材料、結(jié)構(gòu)陶瓷材料,以及高溫陶瓷顏料包裹體方面都有應(yīng)用。

2硅酸鋯粉體合成工藝分析

2．1 固相法 高溫固相法的溫度影響因素較多,在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中合成溫度和預(yù)估差別很大。在高溫固相法中首先將ZrO2、SiO2按照一定的比例混合均勻,然后經(jīng)過高溫煅燒從而得到所需要的硅酸鋯粉體。合成所需要的Zr O2、SiO2材料比較特殊,熔點(diǎn)高,合成過程需要溫度控制要求高,同時(shí)還并不一定可以完全反應(yīng)。對(duì)此,固相法雖然反應(yīng)過程相對(duì)簡(jiǎn)單,但是存在浪費(fèi)大、得到所需硅酸鋯粉體很難符合要求,故應(yīng)用不廣。

2．2 沉淀法 沉淀法主要是在包含有一種或者多種離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑,然后經(jīng)過一系列反應(yīng)形成具有均一組成的共沉淀物,接著對(duì)其分解除去陰離子,就可以得到所需物體硅酸鋯粉體。

比如在一些學(xué)者的研究中,采用氯氧化鋯和硅膠作為原料,然后將氨水添加到里面,形成一種混合液,調(diào)節(jié)PH值為9．5,對(duì)混合液進(jìn)行過濾和洗滌的處理,形成沉淀物。令沉淀物處于80℃干燥6h,然后取出來置于450℃1h,得到樣品接著置于1200℃下煅燒處理,最終得到所需物硅酸鋯粉體。對(duì)于沉淀法,技術(shù)要求不高,但是反應(yīng)過程有點(diǎn)復(fù)雜,陰離子不易除去,得到的硅酸鋯粉體分散性也較差,對(duì)此不適合大面積推廣。

2．3 微乳液法 微乳液法主要指的是反膠束型微乳液,指的是表面活性物質(zhì)對(duì)兩種互不相溶的溶液體作用,然后形成熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑在范圍內(nèi)的分散體系。較之固相法和沉淀法,微乳液法反應(yīng)簡(jiǎn)單,得到的硅酸鋯粉體各方面性能也比較好。

2．4 水熱法 水熱法也有著熱液法的稱呼,水熱法最開始是模擬成礦作用而展開研究,包含在液相化學(xué)之內(nèi)。水熱法主要是以水為溶劑,對(duì)容器有要求,可接受高溫高壓,然后在密閉的、高溫高壓的容器內(nèi)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。水熱反應(yīng)的溫度處于100－350℃之間,壓力小于15Mpa。水熱法也分好幾種類型,主要有水熱氧化法、水熱沉淀法、水熱晶化法、水熱合成法、水熱分解法、水熱還原法。在水熱法中,硅酸鋯粉體的形成過程,主要會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)階段,即“溶解”和“結(jié)晶”。最開始,營(yíng)養(yǎng)料在熱介質(zhì)中溶解成為分子、離子團(tuán)進(jìn)入到溶液;分子以及離子團(tuán)在強(qiáng)烈對(duì)流作用下被輸送至樣品生長(zhǎng)區(qū)也就是低溫區(qū),從而形成飽和溶液,進(jìn)一步成核,成晶粒,形成結(jié)晶。水熱法的反應(yīng)比較簡(jiǎn)單,主要用于合成在常溫常壓下不溶于各種溶劑的、或者溶解后比較易分解的、熔融鉛前后會(huì)分解的化合物,也適合于合成低熔點(diǎn)與聚集態(tài)的新物質(zhì)。

2．5 溶膠－凝膠法 溶膠－凝膠法能夠在較低溫度下制備高純度陶瓷粉體,也是很關(guān)鍵的手段。在溶膠－凝膠法中,最初要先將無機(jī)鹽或者金屬醇鹽通過水解形成溶膠,然后令其凝膠化,進(jìn)行干燥、熱處理,分解有機(jī)物,然后得到所需要的硅酸鋯粉體。

3 硅酸鋯涂層準(zhǔn)備工藝分析 硅酸鋯是重要生產(chǎn)原料,性質(zhì)上耐高溫以及耐腐蝕,故多應(yīng)用于金屬材料的保護(hù)。對(duì)硅酸鋯粉涂層準(zhǔn)備工藝分析研究,意義重大。一般涂層制備工藝主要有:等離子噴涂技術(shù)、電泳浸涂加高溫?zé)Y(jié)技術(shù)和刷涂加高溫?zé)Y(jié)技術(shù)等。

3．1 等離子噴涂技術(shù) 噴涂技術(shù)屬于表面工程的一個(gè)分支。等離子噴涂技術(shù)是由等離子噴槍噴射出等離子射流,主要原理就是利用壓縮電弧作為熱源提供能量,令氣體到達(dá)很高的溫度被電離,對(duì)此產(chǎn)生的等離子射流具備溫度會(huì)很高、速度快以及能量大等特點(diǎn)。等離子焰流將硅酸鋯粉體加熱達(dá)到熔化或者半熔化狀態(tài),然后在等離子焰流的作用下做高速運(yùn)動(dòng),隨之到達(dá)相應(yīng)物體表面,并沉積,最終形成結(jié)合良好的層狀致密涂層。

3．2 電泳沉積技術(shù) 電泳沉積技術(shù)則結(jié)合了DLVO理論的沉積機(jī)理和雙電層形變機(jī)理這兩項(xiàng),其中的主要作用就是電場(chǎng)力。在一系列作用下相關(guān)粒子進(jìn)行沉積,然后通過其他條件,就能夠得到對(duì)應(yīng)的電泳涂層。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,隨著時(shí)代發(fā)展,科學(xué)技術(shù)有著極大的進(jìn)步,同時(shí)社會(huì)經(jīng)歷了很多變化,當(dāng)前興起的工業(yè)領(lǐng)域,隨著時(shí)代的變遷也產(chǎn)生了很大變化,對(duì)一些材料的要求也越來越高。硅酸鋯因其高熔點(diǎn)、低熱導(dǎo)率、低膨脹率等優(yōu)良特點(diǎn),能夠滿足在眾多領(lǐng)域產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)所要求的材料規(guī)格。因此,通過對(duì)硅酸鋯粉體以及涂層制備方法的研究,可以對(duì)行業(yè)起到推動(dòng)的作用,有著實(shí)用價(jià)值。