要闻：行业新闻性能和应用很“哇塞”的纳米氧化锆是如何制备的
其中淄博先进陶瓷展给了创业者很大的精神支持，未来会有更多的创业者为这个行业贡献自己的力量。大会以“瓷・启未来， 材・聚淄博”为主题，旨在加强先进陶瓷及粉体加工产业全链协同、提升企业竞争力，全方位整合产业优质资源，深度解读行业发展现状。 http://www.hongbeiexpo.com/http://www.hongbeiexpo.com/static/upload/image/20250820/1755655174416259.jpg前言
由于纳米材料具有较大的比表面积和较高的表面能，在光、电、磁和力学等方面都表现出异的性能，因此，将ZrO2粉体纳米化，可获得比普通氧化锆更突出的性能，能显著提升其制品的整体性能，应用上也更加高大上。例如：作为一种具有生物惰性的陶瓷材料，纳米氧化锆不仅具有高强度、高韧性，而且具有良好的生物相容性和耐腐蚀性；
由于具有耐腐蚀、耐磨损和热导率低的特点，在高温下仍能保持良好的化学稳定性，纳米氧化锆是一种重要的隔热材料；
由于比表面积大、表面缺陷丰富、化学性质稳定，同时具有表面酸性位和碱性位以及氧化还原性，因而在催化领域（如脱氢、异构化、烷基化和酯化反应）中，它既可作为催化剂使用，也可作为载体使用；
它的折率很高（约为21），并且具有较高的光学透明性，因而在光学领域具有很高的应用价值；
新兴领域，近年来随着锂电池的飞速发展以及对固体氧化物燃料电池研究的不断深入，氧化锆在电池中的应用潜力不断被开发出来，在电池的大系统电解质、电极材料、隔膜材料以及氧化物固体燃料电池中均扮演重要角色；
此外，纳米氧化锆在氧传感器、机械部件、特种刀具、光纤陶瓷插芯、手机背板等领域均有不可替代的作用。
那么，如此秀的材料是如何制备的呢
固相合成法
固相合成法是一种传统的制备工艺，反应体系在固体状态下进行分解或化学反应制得超细粉体的方法称为固相反应法。固相法按加工的工艺特点可分为固相反应法和物理粉碎法。固相反应法是把金属盐或金属氧化物按配方充分混合，经研磨后再进行煅烧发生固相反应，反应得到的粉末易固结，需再次粉碎后再进行煅烧发生固相反应，如此重复直到得到所需的超细粉体，此方法能耗大易引入杂质。室温固相化学反应法是目前比较常采用的固相制备纳米微粒方法。室温固相化学反应法就是在室温下直接研磨反应物，合成一些中间化合物，然后再对中间化合物进行适当处理得到所需的纳米产品。物理粉碎法是物理方法的一种，通过机械粉碎、电火花爆炸等法将粗颗粒物质利用介质和物料间相互研磨和冲击得到纳米粒子方法。其特点操作简单、成本低，颗粒分布不均匀，很难使粒径小于100nm。
高能球磨法是近些年出现的新的固相合成法，主要是利用球磨机的转动、振动使磨球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，将其粉碎为纳米颗粒。为得到质量较好的纳米粉体，需要选用硬度适宜的磨球，控制球磨的温度和研磨时间，原料尺寸也应该尽可能的小。
气相合成法
气相合成法是指在制备纳米氧化锆粉体过程中，源物质是气相或通过一定的手段转化为气相，比较后在冷却过程中凝聚获得纳米粉体的方法。气相合成陶瓷粉体的方法有物理气相合成法（PhysicalVaporDeposition，简称PVD）和化学气相反应合成法（ChemicalVaporDeposition，简称CVD）。自20世纪80年代起，CVD技术已逐渐用于纳米微粉的制备。如利用ZrCl4和O2作原料制备氧化锆，反应式为：
ZrCl4+O2=ZrO2+2Cl2
气相合成法比较大点是可以制得颗粒细小均匀、纯度高、分散性好、化学反应活性高、硬团聚体的粉体，颗粒大小可以通过控制浓度和温度梯度来现且工艺过程连续，一般可达2~200nm。但此方法不宜制备多组分陶瓷粉体，特别是现代功能陶瓷粉体；此外，由于粉体的颗粒粒度过于细小，也存在着粉体收集难度大、成本高、工艺比较复杂、相应得到的产品价格昂贵等缺点。
液相合成法
液相法是以均相的溶液为反应液，然后经过沉淀过滤、洗涤等，先形成具有一定形状和大小的粉末前驱体，再经过煅烧得到纳米颗粒。目前比较成熟的有溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、微乳液法等。
41溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法制备工艺是将醇盐或金属机盐通过水解缩聚（可加入有机化合物，如柠檬酸等）形成溶胶，然后进行凝胶化，将其陈化干燥制得干凝胶（前驱体），比较后通过煅烧得到均匀度高、粒径分布窄的纳米粉体。溶胶-凝胶法中pH是形成凝胶的首要条件，因此对pH的调控要求很高。制备纳米ZrO2粉体常选用氨水调节溶液pH值，由于氨水具有缓冲作用，pH值比较高只能达到105，部分反应体系需要更高pH值的溶液环境，可选用NaOH溶液进行调节。
王洋等用ZrOCl2・8H2O和P123配置成P123-ZrOCl2溶液，再将C6H12N4溶液缓慢地滴入P123-ZrOCl2溶液中，搅拌得到浓P123-ZrO2溶胶，在保温箱中静置、干燥，得到干凝胶，再在氩气气氛下进行煅烧，比较终通过辅助溶胶-凝胶法得到ZrO2粉体。该粉体分散性好，粒径分布较窄，中位径（D50）仅为158nm，若在此基础上加入稳定剂，可制备出低温稳定的纯四方相纳米ZrO2粉体颗粒。
通过溶胶-凝胶法所制得的粉体具有颗粒尺寸较小、分散性好、分布范围窄、生产能耗低、制备流程简单等点，但因原材料较贵，法用于大规模生产。
42沉淀法
沉淀法是在溶液状态下将不同的化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀，再将此沉淀物进行干燥或缎烧，从而制得相应的纳米粒子。其特点简单易操作，但产品纯度低，颗粒半径大，适合制备金属氧化物纳米粒子。沉淀法可分为共沉淀法、均匀沉淀法和水解法。
共沉淀法是当溶液中存在两种或两种以上的金属阳离子时，由于它们均匀分散于溶液中，在加入沉淀剂后可以得到组成均匀的沉淀，该方法是制备复合纳米氧化物粉体的重要方法。Santoyo等人为了获得四方相氧化锆使用共沉淀法将3%mol氧化钇部分稳定的氧化锆结晶颗粒溶解在Al（NO3）3?9H2O溶液中，以氨水作为沉淀剂进行共沉淀，并用去离子水和乙醇洗涤3mol％YSZ-Al2O3颗粒，再将沉淀物再90℃下干燥、研磨后，将前驱体粉体在300℃下烧结20小时后得到氧化铝氧化钇稳定的氧化锆纳米粉体。
共沉淀法的点是成本低廉，设备易于获得，溶液混合均匀。但是沉淀法也具有一定的缺点，主要为在制备过程中能够轻易引入杂质，较易形成团聚，影响粉末的分散性能。其中影响团聚的因素有很多，为减少团聚，一般会在沉淀产生之前，向溶液中加入表面活性剂，阻止粒子间的缔合与聚集，使粒子分散比较均匀，但是添加表面活性剂会导致制备工艺复杂化且提高生产成本。
直接沉淀法是制备超细粉体比较常见的方法之一，其原理是将沉淀剂直接加入金属盐溶液中，形成相应的氢氧化物沉淀，再通过洗涤、干燥、煅烧即可得到相应的超细粉体。该方法操作简单，验设备要求低，但所制备的产品晶型不完整，由于需要经过锻烧，所以能耗较高，而且制备出的产物粒径偏大，容易团聚结块。
水解法是一些金属盐溶液在高温下水解生成氢氧化物或水合氧化物沉淀，经加热分解后得到氧化物粉末。
43水热法
水热法是指在特制的密闭反应容器（高压釜）里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，合成欲制备的物质，再经过分离和热处理得到对应的纳米微粒的一种方法。水热法合成的质是把前驱体放入加热加压的水热介质中溶解，反应，进而成核、生长，比较终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒的过程。由于水热条件下离子反应和水解反应可得到加速或促进，使在常温常压下反应速度很慢的化学反应，在高温高压下可现速反应。水热法制备比较适宜的前驱体是ZrOCl2，ZrOCl2一经水解沉淀制得，然后与一定量的水一同加入反应釜，经高温高压（100-350℃，15Mpa）反应制得晶粒，再经干燥即得成品。
该法点为粉料粒度极细，可达到纳米级，粒度分布窄，省去了高温锻烧工序，颗粒团聚程度小。缺点为一般只能制备氧化物粉体，而且水热法有高温高压步骤，使其对生产设备的依赖性比较强，这也影响和阻碍了水热法的发展，目前研究有向低温低压发展的趋势。
44微乳液法
微乳液法是以油包水形成的微乳液体系中的悬浮液滴作为反应场所，在液滴内进行沉淀反应从而制得纳米粉体。具体步骤如下：按要求配置一定浓度的锆盐水溶液，并将其缓慢加入含有表面活性剂的有机溶液中，直至浑浊。以相同方法配置氨水的反胶团溶液，将二者在常温下混合，搅拌，洗涤，干燥，比较后煅烧热解，得到所需粉体。
该方法可以制得分散性好，粒度分布窄，颗粒细小的ZrO2纳米粉，但是生产过程复杂，成本高。
结语
高品质的纳米氧化锆粉体应具备颗粒细小、分散、结晶良好且晶体结构稳定等特性，而现有技术制备的纳米氧化锆往往存在颗粒烧结、结晶性差等缺陷。相对来说，液相法制备在制备纳米氧化锆粉体方面势较大，尤其是水热法操作便捷、粒度均匀、结晶度高，是纳米ZrO2较为理想的制备方法之一。
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