硅酸锆粉体合成和涂层准备工艺探讨

张宗喜 郭 玲

1．淄博启明星新材料股份有限公司 山东 淄博 255000 2．淄博邦达安全技术咨询有限公司 山东 淄博 255000

社会的快速发展,使得工业生产领域对材料性能的要求也随之改变,变得越来越高,高规格的粉体、纯度以及粒度更符合生产需求。自然条件下硅酸锆粉体通常会伴随有AL3O2、Tio2等杂质,而高端产品的生产则需要更高纯度的硅酸锆粉体,对此合成硅酸锆粉体对促进社会发展具有重要意义。同时,对于一些特殊产品,热障涂层的隔热以及抗氧化能力很重要,而硅酸锆作为高温热防护涂层可以很好的解决这些问题,具有实践意义。

1 硅酸锆粉体概述

硅酸锆为导状结构硅酸盐化合物,化学式为ZrSiO4,理论成分ZtO267．2%,SiO232．8%,真比重4．02－4．86,莫氏硬度7．5,耐火度2340－2550℃。硅酸锆有a＝0．6607、c＝0．5982、z＝4的四方对称结构。

硅酸锆具有良好的热稳定性以及抗震性能,同时热膨胀系数特别低。硅酸锆粉体置于小于1400℃的环境中,其强度指标不会明显下降,置于超过1670℃的温度,才会产生分解形成Zr O2、SiO2。硅酸锆1200－1400℃范围内都可以维持良好的弯曲强度,同时1670℃以下,其结构不会发生变化,因此它的应用比较广泛,在耐火材料、结构陶瓷材料,以及高温陶瓷颜料包裹体方面都有应用。

2硅酸锆粉体合成工艺分析

2．1 固相法 高温固相法的温度影响因素较多,在实际实验中合成温度和预估差别很大。在高温固相法中首先将ZrO2、SiO2按照一定的比例混合均匀,然后经过高温煅烧从而得到所需要的硅酸锆粉体。合成所需要的Zr O2、SiO2材料比较特殊,熔点高,合成过程需要温度控制要求高,同时还并不一定可以完全反应。对此,固相法虽然反应过程相对简单,但是存在浪费大、得到所需硅酸锆粉体很难符合要求,故应用不广。

2．2 沉淀法 沉淀法主要是在包含有一种或者多种离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂,然后经过一系列反应形成具有均一组成的共沉淀物,接着对其分解除去阴离子,就可以得到所需物体硅酸锆粉体。

比如在一些学者的研究中,采用氯氧化锆和硅胶作为原料,然后将氨水添加到里面,形成一种混合液,调节PH值为9．5,对混合液进行过滤和洗涤的处理,形成沉淀物。令沉淀物处于80℃干燥6h,然后取出来置于450℃1h,得到样品接着置于1200℃下煅烧处理,最终得到所需物硅酸锆粉体。对于沉淀法,技术要求不高,但是反应过程有点复杂,阴离子不易除去,得到的硅酸锆粉体分散性也较差,对此不适合大面积推广。

2．3 微乳液法 微乳液法主要指的是反胶束型微乳液,指的是表面活性物质对两种互不相溶的溶液体作用,然后形成热力学稳定、各向同性、外观透明或半透明、粒径在范围内的分散体系。较之固相法和沉淀法,微乳液法反应简单,得到的硅酸锆粉体各方面性能也比较好。

2．4 水热法 水热法也有着热液法的称呼,水热法最开始是模拟成矿作用而展开研究,包含在液相化学之内。水热法主要是以水为溶剂,对容器有要求,可接受高温高压,然后在密闭的、高温高压的容器内所发生的化学反应。水热反应的温度处于100－350℃之间,压力小于15Mpa。水热法也分好几种类型,主要有水热氧化法、水热沉淀法、水热晶化法、水热合成法、水热分解法、水热还原法。在水热法中,硅酸锆粉体的形成过程,主要会经历两个阶段,即“溶解”和“结晶”。最开始,营养料在热介质中溶解成为分子、离子团进入到溶液;分子以及离子团在强烈对流作用下被输送至样品生长区也就是低温区,从而形成饱和溶液,进一步成核,成晶粒,形成结晶。水热法的反应比较简单,主要用于合成在常温常压下不溶于各种溶剂的、或者溶解后比较易分解的、熔融铅前后会分解的化合物,也适合于合成低熔点与聚集态的新物质。

2．5 溶胶－凝胶法 溶胶－凝胶法能够在较低温度下制备高纯度陶瓷粉体,也是很关键的手段。在溶胶－凝胶法中,最初要先将无机盐或者金属醇盐通过水解形成溶胶,然后令其凝胶化,进行干燥、热处理,分解有机物,然后得到所需要的硅酸锆粉体。

3 硅酸锆涂层准备工艺分析 硅酸锆是重要生产原料,性质上耐高温以及耐腐蚀,故多应用于金属材料的保护。对硅酸锆粉涂层准备工艺分析研究,意义重大。一般涂层制备工艺主要有:等离子喷涂技术、电泳浸涂加高温烧结技术和刷涂加高温烧结技术等。

3．1 等离子喷涂技术 喷涂技术属于表面工程的一个分支。等离子喷涂技术是由等离子喷枪喷射出等离子射流,主要原理就是利用压缩电弧作为热源提供能量,令气体到达很高的温度被电离,对此产生的等离子射流具备温度会很高、速度快以及能量大等特点。等离子焰流将硅酸锆粉体加热达到熔化或者半熔化状态,然后在等离子焰流的作用下做高速运动,随之到达相应物体表面,并沉积,最终形成结合良好的层状致密涂层。

3．2 电泳沉积技术 电泳沉积技术则结合了DLVO理论的沉积机理和双电层形变机理这两项,其中的主要作用就是电场力。在一系列作用下相关粒子进行沉积,然后通过其他条件,就能够得到对应的电泳涂层。

4 结语

综上所述,随着时代发展,科学技术有着极大的进步,同时社会经历了很多变化,当前兴起的工业领域,随着时代的变迁也产生了很大变化,对一些材料的要求也越来越高。硅酸锆因其高熔点、低热导率、低膨胀率等优良特点,能够满足在众多领域产品生产时所要求的材料规格。因此,通过对硅酸锆粉体以及涂层制备方法的研究,可以对行业起到推动的作用,有着实用价值。