[發明專利]一種納米鋯酸鑭及其制備方法

有效

• 申請號: 202010475203.1
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111646504B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 古思勇;張浩文;章燕珍;金學峰;蘭俊偉
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: C01G25/00
• 分類號: C01G25/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 汪萬龍

本發明涉及一種納米鋯酸鑭及其制備方法，包括將鑭源化合物、鋯源化合物、有機碳化合物和去離子水混合形成溶液；將所述溶液加熱到第一溫度并保溫，形成復合前驅物；將所述復合前驅物加熱到第二溫度并保溫，以除去所述復合前驅物中的碳，同時實現非晶態的鋯酸鑭的晶化和納米細化，得到結晶態的納米鋯酸鑭。本發明采用新型液相反應體系合成含碳非晶態鋯酸鑭前驅物，通過除碳與晶化處理，獲得顆粒尺寸為20～100nm的鋯酸鑭納米粉末材料，該方法原料來源廣，制備周期短，煅燒溫度低于傳統方法200～300℃，成本低，適合規?；a，同時鋯酸鑭納米顆粒尺寸可有效調控，具有較好的運用前景。

技術領域

本發明涉及納米材料制備技術，尤其是一種納米鋯酸鑭及其制備方法。

背景技術

鋯酸鑭為A₂B₂O₇型二元金屬氧化物，晶體結構與燒綠石相同，屬立方晶系，其同時滿足了1200℃以上的熱障涂層材料要求的熱膨脹系數匹配，導熱系數低，高溫度下不發生相變，燒結、氧擴散速率低等條件，成為非常有潛力的新型高溫熱障涂層材料。

涂層原料的本征結構與性能是決定熱障涂層性能的關鍵因素，例如低模量、低泊松比、高韌性是獲得涂層高抗熱震性能的重要保證。研究表明，較低的斷裂韌性是制約鋯酸鑭熱障涂層壽命提高的原因。目前，對斷裂韌性進行改善的途徑主要是納米化，已有的研究表明，納米鋯酸鑭塊體陶瓷材料的斷裂韌性傳統鋯酸鑭陶瓷材料顯著增大，同時熱膨脹系數也進一步得到改善。因此，獲得具有納米尺度的鋯酸鑭塊體是提高鋯酸鑭熱障涂層綜合性能的重要方法，其中，制備出質量優異的鋯酸鑭納米粉末是獲得納米鋯酸鑭涂層的關鍵前提。目前，鋯酸鑭納米粉末的制備方法有固相反應法、化學共沉淀法、溶膠-凝膠法和水熱法等多種方法。固相法制備的產物容易產生偏析、組織不均勻和顆粒尺寸較大，水熱法與溶膠-凝膠法雖然制備的粉末尺寸小、性能好，但工藝復雜、產率低，不利于規?；瘧?，沉淀法成本低，但其生產需進行洗滌、過濾和干燥等工序，生產周期較長。因此，尋求一種高效低廉且可規模化生產的鋯酸鑭納米粉末制備技術，對提高鋯酸鑭陶瓷材料的性能，實現其作為新一代的熱障涂層材料具有重要意義。

現有技術中鋯酸鑭的制備方案存在以下問題：(1)傳統的鋯酸鑭粉末制備方法，如固相反應法等，無法制備出納米尺寸的鋯酸鑭納米粉末。(2)現有的制備技術，如水熱法、溶膠-凝膠和共沉淀法等可制備出鋯酸鑭納米粉末，但均在規?；a、生產成本和生產周期方面均仍需要進行改進。(3)現有的納米粉末制備技術獲得的前驅物粉末的活性不足，導致需要較高的煅燒溫度才能成功制備出鋯酸鑭納米粉末。(4)現有的水熱法、溶膠-凝膠法和共沉淀法等很難實現對鋯酸鑭納米粉末的粉末顆粒尺寸的有效調控，導致產品的性能單一，無法實現定制化生產。

中國發明專利CN105970015A公開了一種銀碳納米管鋯酸鑭復合電接觸材料的制備方法，該專利通過先將原料混合和pH值調整，攪拌、烘干、過篩和高溫燒結獲得鋯酸鑭納米粉體，該方法為共沉淀法，要求準確調節pH值，沉淀時間長(24小時)，同時后續的燒結溫度較高(900～1200℃)。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的鋯酸鑭制備技術的不足，提供一種納米鋯酸鑭的制備方法，該方法通過引入有機碳化合物，與鑭源化合物、鋯源化合物在步驟2中形成含碳非晶態鋯酸鑭前驅物，這種復合前驅物中的碳為非晶態碳，這種固態物質具有較高的活性，可以明顯降低煅燒溫度，比傳統的鋯酸鑭制備方法所需的煅燒溫度低200～300℃；在步驟3中，通過相對低溫的煅燒完成除碳與晶化過程，同時非晶態碳的去除還帶來了顆粒細化的意外效果，使得產物直接生成納米結構，得到尺寸在20～100nm的鋯酸鑭納米粉末。

本發明所述納米鋯酸鑭的制備方法，類似于自蔓延反應技術，即利用原料間的氧化還原反應實現目標含碳前驅物的合成，快速的反應可促進非晶態結構形成，具有高的反應活性，可明顯降低后繼的煅燒溫度(650～850℃)，同時利用煅燒過程過非晶碳的分散與細化作用，實現納米尺寸的鋯酸鑭。

具體方案如下：