溶胶-凝胶-超临界流体干燥法制备纳米3Y-ZrO_2

研究与开发溶胶-凝胶-超临界流体干燥法制备纳米3Y-Zr2顾华志，唐勋海，汪厚植，宋申华（武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点。
andYfOH），G，以降低其制备温度。本研究利用Sol-Gel结合超临界流体干燥技术，在未加任何矿化剂的情况下低温（超临界流体干燥温度250C）制备出晶型稳定的立方相纳米Zr02.引起晶化温度降低的原因可能与3 Y-Zr02的制备条件及粒度大小有关。
根据液相中的均化核化理论，核化速率可用下式表示：一玻尔兹曼常数；T一体系热力学温度；Vs?分子体积；S率高。
当稳定晶核形成后，在一定温度和一定的过饱和度下，核按一定的速率增长，核生长速率可用下式表示：一附加因子（指核界面能够吸附分子的位置分数）；入一原子间距；y.一跃迁频率；AGa?活化能；AGv?单位体积的自由能变化值。由核生长速率公式知道，Ic与核的表面状态有关，活化能AGa小，核生长速率I.大。
实验中因为Zr4+和Y3+与乙酸络合而在分子水平上充分混合，形成良好固溶的胶体，可认为过饱和度大，核化速率高；由于Zr4+和Y3+形成固溶体，缺陷浓度增大，同时经超临界流体干燥后形成的纳米粒子尺寸小，比表面能大，原子在粒子表面的迁移将十分容易，也即核生长活化能低，生长速率大，所以，本实验能在较低温度下完成晶化获得纳米YSZ.其胶体的形成过程可以描述如下：从胶体形成的过程可以看出，ZrOCl2的水解和缩聚是同时发生的。常规的方法是在ZrOCl2溶液中直接加入水解促进剂，促进胶体的形成。这样形成的胶体缩聚程度比较大，也就是说反应（2）占主导地位，胶体形成的网络结构比较坚固，干燥后由于凝胶的网络结构而导致纳米粒子不易分散。本试验利用溶胶-凝胶法制备纳米晶Zr02的过程中，在Zr0Cl2的溶液中加入乙酸，乙酸与Zr0Cl2的水解产物2「0（0只）2进行络合（反应（3）），这样在一定程度上阻止了反应（2）的进行，形成的胶体中不易存在坚固的网络结构；此外，超临界干燥技术是在干燥介质临界和临界压力条件下进行的干燥，有效地防止传统热干燥中因毛细管力的存在而带来的毛细孔塌陷，保持原始结构状态，从而使制备出的纳米Zr02具有良好的分散性。
结论用溶胶一凝胶法结合超临界流体干燥在250*C的低温下制备出立方晶型YSZ纳米晶，其晶粒细小，近似球形，大小分布均匀，晶粒粒径在10nm左右，没有明显的团聚粒子。在形成溶胶的过程中加入乙酸阻止了Zr0Cl2的缩聚反应，有利于克服纳米粒子的团聚。