1.纳米二氧化锆

英文名称：nanometer-sized ZrO₂

分子式：ZrO₂

(1)性能指标(HG/T 2773-2004)

说明：1类：电子工业用；2类：光学玻璃用；3类：I型，一般工业用；Ⅱ型，耐火材料和陶瓷色料用。

常用工业产品的技术指标：

(2)生产原料与用量

(3)合成原理用醇-水溶液加热法制备纳米ZrO₂(3Y)粉体过程中一个重要的阶段是在溶液加热时产生凝胶状沉淀。由于Y(NO₃)₃·6H₂O单独在醇-水溶液中加热时基本不反应，所以沉淀主要是ZrOCI·8H₂O发生以下反应的结果：

4 ZrOCI₂＋6H₂O→Zr₄O₂(OH)₈Cl₄↓＋4 HCl

首先，当醇-水溶液加热时，溶液中的ZrOCI·8H₂O发生水解反应生成Zr₄O₂(OH)₈Cl₄胶粒并逐渐聚合形成凝胶。在这期间，Y^3＋自由地分散在凝胶中。由于加热过程是均匀进行的，没有外部的干扰，因此这种分散也是比较均匀的。接着，当氨水加入后Zr₄O₂(OH)₈CI₄凝胶将水解而完全转变成Zr(OH)₄凝胶，而Y(NO₃)₃则转变成Y(OH)₃，依然均匀地分散在凝胶中。当凝胶被烘干、煅烧时，Zn(OH)₄脱水转变成ZnO₂粉体，而Y(OH)₃也脱水成为Y₂O₃并掺入到ZrO₂颗粒中使之以四方相的形式稳定下来。

(4)生产工艺流程(参见图17-1)

①采用ZrOCl₂·8H₂O和Y(NO₃)₃·6H₂O为反应前躯体，按Y₂O₃含量为3％(摩尔分数)的组成在D101中配制成一定浓度的混合溶液。

②按醇：水比为5:1加入D101中，同时加入适量的PEG为分散剂。体系缓慢加热至75℃,溶液很快转变为不透明。保温适当时间后，液体转变成白色凝胶状沉淀。

③将沉淀取出导入陈化釜D102中，在搅拌的同时滴加氨水至pH>9后陈化12h。

④用蒸馏水在F101中反复洗涤凝胶至无Cl^-(用3mol/L AgNO₃溶液检验)，再用无水乙醇在F102中洗涤3次后烘干，最后在B101中煅烧得到ZrO₂(3Y)粉体。

图17-1  纳米ZrO₂粉体生产工艺流程

(5)产品用途

①纳米二氧化锆具有高强度、高韧性的特点，可以广泛用于精密陶瓷、功能陶瓷、结构陶瓷、电子陶瓷、生物陶瓷等各种陶瓷，增强陶瓷制品的抗弯强度、韧性等。也可以作为陶瓷颜料、彩釉添加剂及各种耐火材料。

②纳米二氧化锆有优异的耐磨性，广泛用于各种耐磨涂料及涂层。尤其是在表面涂层等高科技领域有重要的应用价值。

③纳米二氧化锆可以用在高强度、高韧性耐磨制品：磨机内衬、切削刀具、拉丝模、热挤压模、喷嘴、阀门、滚珠、泵零件、多种滑动部件等。

④纳米二氧化锆广泛用于光通讯器件、添加CaO, Y₂O₃等传感器、固体氧燃料电池等。

2.纳米二氧化硅

中文别名：超微细白炭黑

英文名称：nanometer-sized SiO₂

分子式：SiO₂

(1)性能指标

(2)生产原料与用量

(3)合成原理以硅酸钠和盐酸为原料，低温加热发生反应，生成H₄SiO₄白色沉淀，加入分散剂和非离子表面活性剂，原硅酸经脱水生成H₂SiO₃，经高温缎烧生成SiO₂。反应式如下：

Na₂O·SiO₂·nH₂O+HCl→H₄SiO₄↓＋NaCl+ H₂O

H₄SiO₄→H₂SiO₃+H₂O

H₂SiO₃→SiO₂＋H₂O

(4)生产工艺流程(参见图17-2)将模数为3.3～3.5的硅酸钠溶液加入反应釜D101中，慢慢加热至不超过30℃ ,搅拌均匀后，滴加HCl溶液发生反应，生成H₄SiO₄白色沉淀，然后在搅拌下加入适量分散剂和非离子表面活性剂，搅拌1～2h后，导入沉淀槽F101中，得到的沉淀物在L101中用离心法洗涤分离。继续导入L102, L103中洗涤、离心分离以去掉其中的Cl^-。

粗产物在微波干燥器L104中干燥30min左右，最后在煅烧炉B101中以适宜的温度(430～480℃)热处理1h得到最终产品。

图17-2  纳米SiO₂粉体生产工艺流程

(5)产品用途  纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高，且在分散性能、热阻、电阻等方面具有特异的性能，广泛应用于橡胶、塑料、电子、涂料、陶(搪)瓷、石膏、蓄电池、颜料、胶黏剂、化妆品、玻璃钢、化纤、有机玻璃、环保等诸多领域。