[發(fā)明專利]一種摻雜鈧鈰氧化鋯超細粉體及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112573570A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 王屹波;張明;王繼民;朱劉
• 申請（專利權）人: 廣東先導稀材股份有限公司
• 主分類號: C01G25/02
• 分類號: C01G25/02
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發(fā)明公開了一種摻雜鈧鈰氧化鋯超細粉體及其制備方法。本發(fā)明使用CTAB作為分散劑，制備摻雜鈧鈰的氧化鋯超細粉體。首先采用水熱法將Zr(OH)₄沉淀轉變?yōu)閱涡毖趸啠玫剿姆窖趸喌那膀岓w并具有足夠多的形核核心顆粒，隨后再通過煅燒，使得到四方氧化鋯結晶長大成為合適的顆粒，從而制備得到粒徑均勻、粒度小、比表面積高的摻雜鈧鈰的氧化鋯超細粉體。本發(fā)明的制備工藝過程簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產。

技術領域

本發(fā)明涉及氧化鋯納米材料領域，具體涉及一種摻雜鈧鈰氧化鋯超細粉體及其制備方法。

背景技術

二氧化鋯作為一種重要的陶瓷材料，具有優(yōu)異的物理化學特性：高熔點與高沸點、良好的導熱系數、較高的高溫強度與韌性、良好的抗腐蝕與耐磨性等。隨著科技發(fā)展，二氧化鋯作為固態(tài)燃料電池、固態(tài)電解質組分的應用成為現今研發(fā)熱點之一。

在常壓下，二氧化鋯具有三種晶型：單斜相(Monoclinic)、四方相(Tetragonal)和立方相(Cubic)，二氧化鋯在溫度達到1170℃時發(fā)生馬氏體相變：由單斜氧化鋯轉(m-ZrO₂)變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)四方氧化鋯(t-ZrO₂)，溫度達到2370℃時則轉變?yōu)榱⒎窖趸?c-ZrO₂)，在此過程中伴隨有體積變化且相變可逆—在高溫產生的立方晶格冷卻至低溫時轉化為單斜相，并且造成晶格的破碎，這對于二氧化鋯的應用產生了較大限制。純的氧化鋯粉體不具備導電性，然而用二價或三價氧化物對其進行摻雜時，從高溫冷卻至室溫時，仍可獲得穩(wěn)定的四方相或立方相結構。使用較低價態(tài)的Sc³⁺或Y³⁺離子替換Zr(IV)時，會產生剩余的負電荷。為保持電中性，晶體中形成了帶有對等正電荷的氧空位，使得摻雜氧化鋯具有一定的離子導電能力，并在固體氧化物燃料電池中取得廣泛應用。

在摻雜氧化鋯材料中，使用Sc³⁺比使用Y³⁺能夠獲得更高導電率，然而單純摻雜Sc的氧化鋯基電解質在高溫下容易產生導電率較低的β相，因此可向其中摻雜Ce、Gd、Al等元素，使摻鈧氧化鋯維持在導電率較高的c相。其中，摻鈧鈰的氧化鋯粉體具有較高離子電導率，且在常溫下仍能維持穩(wěn)定的高導電率c相，因此受到廣泛關注和生產。

目前制備鈧鈰摻雜氧化鋯納米粉體的方法主要有固相粉碎法、溶膠凝膠法、共沉淀法、共沉淀-凝膠法、水熱法等。固相粉碎法即通過球磨法對較大顆粒進行破碎，進而得到細小的粉末，其工藝簡單、成本低、易擴大生產規(guī)模，但球磨過程會對粉體造成污染，且粉末形貌不均勻不可控。溶膠凝膠法可以實現分子水平的均勻摻雜，但原料價格昂貴，反應時間也較長，不易于大規(guī)模生產。共沉淀法工藝簡單，可通過化學反應直接生成化學成分均一、粒度小且分布均勻的納米粉體，但在生產過程中也容易出現團聚現象，導致組成不均勻，燒結性能差等后果。水熱法是通過高壓高溫過程，直接從液相中使鋯發(fā)生結晶，使工藝過程簡單化，且制備出的粉體比表面積大，燒結活性好，對于制備SOFC、納米催化劑等具有非常重要的意義。目前水熱法制備氧化鋯粉體大多采用聚乙二醇(PEG4000、PEG6000等)作為分散劑，這是一種非離子型的表面劑，使用水熱反應后煅燒法所制備出的氧化鋯粉體的比表面積為1m²/g左右，燒結活性不高，其性能仍有進一步提升的空間。而且，以上各種制備方法對氧化鋯粉體的粒徑、比表面積等皆無法有效控制，難于控制和改進樣品的性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足之處而提供一種摻雜鈧鈰氧化鋯超細粉體的制備方法，該方法制備工藝過程簡單，成本低，易于大規(guī)模工業(yè)化生產，且制備得到的摻雜鈧鈰氧化鋯超細粉體粒徑均勻、粒度小、比表面積高。

為實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下：

一種摻雜鈧鈰氧化鋯超細粉體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將無機鋯鹽與鈰鹽混合后加水溶解，加入含鈧溶液，充分混合均勻，得到混合鹽溶液；