[發明專利]一種鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體及其制備方法

有效

• 申請號: 201210213822.9
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102718485A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 侯書恩;張錦化;靳洪允;吳紅丹
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/626;B82Y40/00;C04B35/632;C04B35/638
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

技術領域

本發明涉及一種鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體及其制備方法，屬于無機非金屬材料制備與應用領域。

背景技術

鋯酸鑭材料具有獨特的晶體結構，化學穩定性好、熱導率低，是一種重要的結構和功能陶瓷。鈰摻雜鋯酸鑭材料具有熔點高、熱導率小、熱膨脹系數大、化學穩定性好，高溫下無相變，是高溫熱障涂層材料的重要候選材料。同時該材料還具有高的輻照穩定性，可以作為核廢料處理過程中的固化介質材料。另外，該材料晶格中含有大量的氧空位，具有陽離子的導電特性，可作為高溫固體燃料電池的候選材料及氣敏材料（用于氧氣傳感器）。除此利用其熒光特性可用作熒光材料。

鋯酸鑭材料雖然具有優異的熱力學性能，但其熱膨脹系數較小（室溫~1200℃約9.7×10^-6K^-1），因此其在用作熱障涂層材料時，存在與基體材料不匹配的問題。研究表明CeO₂具有較高的熱膨脹系數，劉喜華（北京科技大學學報，2004），周宏明（有色金屬學報，2007）等人研究發現摻雜CeO₂制備的CeO₂-La₂O₃-ZrO₂微米級復合陶瓷粉體具有相對較高的熱膨脹系數。但他們制備鈰摻雜復合陶瓷粉體的過程中，Ce并不是按照化學計量比進行B位摻雜的，而是以較小的固溶度加入到體系中去，且由此得到的陶瓷粉體是復相結構。曹學強等人研究了La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇涂層的結構和性能（Journal?of?Alloys?and?Compounds,?2010），研究結果表明該涂層并不是以單相形式存在，而是多個晶相的混合物，多相陶瓷粉體之間因熱膨脹系數存在差異，在高溫下會產生局部應力導致陶瓷的開裂。

除此，目前研究結果皆表明：納米粉體比傳統的微米級粉體具有更加優異的性能，因此制備鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的關鍵還在于制備得到晶體粒度細小（納米級）、粒度分布均勻、純度高、團聚少的納米粉體目標產品。

目前制備稀土鋯酸鹽粉體的方法主要有傳統高溫固相法和液相法，這些方法各有其特點，但也存在很多不足。如CN?102070335以釔稀土氧化物為原料，按一定比例混合，以無水乙醇作為分散劑，經過研磨、干燥、成型、煅燒、破碎、球磨，分級等工藝制得粒度小于1μm的鋯酸鹽粉體。該方法工藝比較簡單易行，但該方法煅燒溫度較高，而且粉體粒徑較大，粒度分布不均，嚴重影響材料的性能。共沉淀是一種常見的液相法，一般是在復合稀土溶液中加入沉淀劑，得到氫氧化物沉淀，再經過過濾、洗滌、脫水、干燥、煅燒，得到鋯酸鹽粉體，這種方法易于實施，可制得粒度小、成分較易控制的多組分納米粉末，但不足之處在于制得的粉體往往存在較多的硬團聚體。CN?101407336采用共沉淀法制備鋯酸鑭粉體，為了解決粉體團聚問題，加入十六烷基三甲基溴化銨作為分散劑，并以乙醇洗滌沉淀產物。CN?102030368?A以稀土硝酸鹽為原料，無水乙醇和水作為溶劑，添加檸檬酸和聚乙二醇制得溶膠，然后采用燃燒法制得前驅體粉體，再高溫熱處理，制得單相稀土鋯酸鹽粉體。該方法制備的粉體粒度較小，分布較為均勻，但該工藝過程較為復雜，不利于工業化生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體及其制備方法，該鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體為單相燒綠石結構，粒度30-250nm，粒度分布均勻可控，形貌規整，由Ce對Zr位進行摻雜得到，化學式為La₂Zr_2-xCe_xO₇，其中：0.1≤x≤0.5；制備工藝簡便可控。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體，其特征在于：它為單相燒綠石結構，粒度30~250nm，粒度分布均勻可控，呈球狀，由Ce對Zr位進行摻雜得到，化學式為La₂Zr_2-xCe_xO₇，其中：0.1≤x≤0.5。

按上述方案，所述鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的化學式中的x優選取值為：0.16≤x≤0.3。

上述鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體可采用以下制備方法制備，具體包括如下步驟：