專利名稱：一種鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(jī)非金屬材料制備與應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋯酸鑭材料具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率低，是一種重要的結(jié)構(gòu)和功能陶瓷。鈰摻雜鋯酸鑭材料具有熔點(diǎn)高、熱導(dǎo)率小、熱膨脹系數(shù)大、化學(xué)穩(wěn)定性好，高溫下無相變，是高溫?zé)嵴贤繉硬牧系闹匾蜻x材料。同時(shí)該材料還具有高的輻照穩(wěn)定性，可以作為核廢料處理過程中的固化介質(zhì)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(dǎo)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(yōu)異的熱力學(xué)性能，但其熱膨脹系數(shù)較小(室溫 1200°C約
9.7X10^),因此其在用作熱障涂層材料時(shí)，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(shù)，劉喜華(北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004)，周宏明(有色金屬學(xué)報(bào)，2007)等人研究發(fā)現(xiàn)摻雜CeO2制備的CeO2-La2O3-ZrO2微米級(jí)復(fù)合陶瓷粉體具有相對(duì)較高的熱膨脹系數(shù)。但他們制備鈰摻雜復(fù)合陶瓷粉體的過程中，Ce并不是按照化學(xué)計(jì)量比進(jìn)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(fù)相結(jié)構(gòu)。曹學(xué)強(qiáng)等人研究了 La2 (Zra7Cea3)2O7 涂層的結(jié)構(gòu)和性能(Journal of Alloys and Compounds,2010)，研究結(jié)果表明該涂層并不是以單相形式存在，而是多個(gè)晶相的混合物，多相陶瓷粉體之間因熱膨脹系數(shù)存在差異，在高溫下會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力導(dǎo)致陶瓷的開裂。除此，目前研究結(jié)果皆表明納米粉體比傳統(tǒng)的微米級(jí)粉體具有更加優(yōu)異的性能，因此制備鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的關(guān)鍵還在于制備得到晶體粒度細(xì)小(納米級(jí))、粒度分布均勻、純度高、團(tuán)聚少的納米粉體目標(biāo)產(chǎn)品。目前制備稀土鋯酸鹽粉體的方法主要有傳統(tǒng)高溫固相法和液相法，這些方法各有其特點(diǎn)，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(jīng)過研磨、干燥、成型、煅燒、破碎、球磨，分級(jí)等工藝制得粒度小于I u m的鋯酸鹽粉體。該方法工藝比較簡(jiǎn)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(yán)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(fù)合稀土溶液中加入沉淀劑，得到氫氧化物沉淀，再經(jīng)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(shí)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(tuán)聚體。CN 101407336采用共沉淀法制備鋯酸鑭粉體，為了解決粉體團(tuán)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(chǎn)物。CN102030368 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(qū)體粉體，再高溫?zé)崽幚?，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(fù)雜，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(jié)構(gòu)，粒度30-250nm，粒度分布均勻可控，形貌規(guī)整，由Ce對(duì)Zr位進(jìn)行摻雜得到，化學(xué)式為L(zhǎng)a2Zr2_xCex07，其中0. I≤x≤0. 5 ;制備工藝簡(jiǎn)便可控。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)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(jié)構(gòu)，粒度3(T250nm，粒度分布均勻可控，呈球狀，由Ce對(duì)Zr位進(jìn)行摻雜得到，化學(xué)式為L(zhǎng)a2ZivxCerO7，其中
0.I ≤ X ≤ 0. 50按上述方案，所述鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的化學(xué)式中的X優(yōu)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
1)制備氫氧化物膠體配制水溶性鈰鹽、水溶性鋯鹽和水溶性鑭鹽的混合溶液，其中鈰離子與鋯離子的摩爾比為1:19 1:3，鈰離子與鋯離子的總量與鑭離子的摩爾比為1:1 ;在混合溶液中加氨水沉淀劑，同時(shí)攪拌調(diào)節(jié)體系PH為8-10，靜置陳化得到氫氧化物膠體；
2)固液分離和洗滌將氫氧化物膠體分離除去雜質(zhì)，并洗滌至洗滌液中無氯離子殘留，然后濃縮得到半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠；
3)脫水將半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與醇類分散劑充分混合均勻，所述醇類分散劑的加入量和半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的質(zhì)量比為2: f 5:1，共沸蒸餾脫水；
4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度蒸除醇類分散劑，然后邊攪拌邊進(jìn)行進(jìn)一步干
燥；
5)煅燒將干燥后的樣品于1000°C 1500°C煅燒I飛小時(shí)。按上述方案,所述混合溶液是由水溶性鈰鹽、水溶性鋯鹽和水溶性鑭鹽各自的水溶液混合而得，所述混合溶液中鑭離子的濃度為0. 05^1 mol/L。按上述方案，所述的水溶性鈰鹽為硝酸鈰或硫酸高鈰；所述的水溶性鋯鹽為氯氧化鋯；所述的水溶性鑭鹽為硝酸鑭或氯化鑭。按上述方案，所述步驟(I)中的鈰離子與鋯離子的摩爾比優(yōu)選為1: 11. 5 1:5. 7。按上述方案，所述氨水的體積濃度30% 70%。按上述方案，所述步驟(2)中的分離方式優(yōu)選為無機(jī)陶瓷膜分離。按上述方案，所述步驟(2)中的半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的固含量為8 20wt%。按上述方案，所述的醇類分散劑為一縮二乙二醇、正丁醇、正丙醇、乙二醇、異丁醇、異丙醇或正戊醇中的一種。按上述方案，所述的共沸蒸餾脫水溫度為70°C 180°C。具體的共沸蒸餾脫水溫度根據(jù)使用的醇類分散劑選用。按上述方案，所述步驟(3)中的混合方式為膠體磨處理混合物或強(qiáng)力攪拌。按上述方案，所述步驟(4)的進(jìn)一步干燥時(shí)間為l_5h。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是
I.本發(fā)明提供的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體為單相燒綠石結(jié)構(gòu)、抗燒結(jié)性能優(yōu)異，粒度小、分布均勻、形貌規(guī)整，高溫下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，粉體室溫 1400°C的熱膨脹系數(shù)可達(dá)12 X KT6IT1,熱導(dǎo)率低于I. 5W HT1 r1，特別適用于各種抗高溫?zé)嵴贤繉踊蚩垢邷啬湍ズ摹⒛透g涂層材料的制備，應(yīng)用于航空航天、燃?xì)廨啓C(jī)、船舶、汽車、機(jī)械、化工等行業(yè)；
2.制備方法工藝流程少，設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易于控制，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；
3.采用醇分散和共沸蒸餾脫水工藝，減少了粉體的團(tuán)聚，制得的鈰摻雜鋯酸鑭粉體粒度小、分布均勻、形貌規(guī)整，具體地，本發(fā)明制備方法中加入的醇類分散劑可取代納米顆粒表面羥基，消除顆粒間形成化學(xué)鍵的可能性，同時(shí)起到一定的空間位阻作用，并改變物質(zhì)的蒸發(fā)順序，同時(shí)采用共沸蒸餾脫水工藝，可先蒸發(fā)表面張力高的水，醇類分散劑的存在也會(huì)消除(減小)納米顆粒在脫水過程中的毛細(xì)管壓力，在脫水后期，納米顆粒表面的羥基與醇類分散劑的羥基可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在顆粒表面形成非極性基團(tuán)，避免后期煅燒過程中的水的架橋羥基的形成，另外空間位阻作用也可保護(hù)顆粒，防止顆粒團(tuán)聚長(zhǎng)大；
4.優(yōu)選采用無機(jī)陶瓷膜分離工藝清洗氫氧化物膠體，工藝簡(jiǎn)單，效率高，能有效去除膠體中的各種雜質(zhì)離子。


圖I實(shí)施例I樣品的X射線粉晶衍射圖譜；
圖2實(shí)施例I樣品的TEM照片；
圖3實(shí)施例2樣品的X射線粉晶衍射圖譜；
圖4實(shí)施例4樣品的X射線粉晶衍射圖譜。
具體實(shí)施例方式為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例I :
1)制備氫氧化物膠體
將氯氧化鋯溶液和硝酸鈰溶液混合，配制得到氯氧化鋯溶液和硝酸鈰溶液的混合溶液；然后將混合溶液和硝酸鑭溶液混合，得到鈰離子、鋯離子與鑭離子的摩爾比為1:19:20，鈰離子濃度為0. 012mol/L，鋯離子濃度為0. 228mol/L，鑭離子濃度為0. 24 mol/L的混合溶液；
加入體積濃度為309^70%的氨水并攪拌，使體系的pH值達(dá)到8-10 ;然后靜置陳化12小時(shí)以上，制得氫氧化物膠體；
2)固液分離和洗滌倒掉氫氧化物上層清液，將氫氧化物膠體通過無機(jī)陶瓷膜分離洗滌除去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子(檢驗(yàn)無沉淀)，并用壓濾機(jī)進(jìn)行濃縮壓濾得到固含量為8% 20% (重量)的半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠；
3)脫水將半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與一縮二乙二醇混合，用膠體磨處理混合物，其中一縮二乙二醇和半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的質(zhì)量比為2:1，然后將氫氧化物與一縮二乙二醇的混合物置于蒸餾脫水干燥裝置中，加熱將溫度控制在70°C共沸蒸餾脫水；
4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度使一縮二乙二醇蒸發(fā)并收集，然后在蒸餾脫水干燥裝置中邊攪拌邊進(jìn)行進(jìn)一步地干燥，干燥時(shí)間為I小時(shí)。干燥過程中不斷攪拌，使粉料均勻干燥；
5)煅燒根據(jù)所需粉體的粒度控制煅燒溫度為1000°C，煅燒時(shí)間為5小時(shí)，得到鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體。將本實(shí)施例制備的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體進(jìn)行XRD及TEM測(cè)試，分別見圖1，圖2。由圖I、圖2可知制備的鈰摻雜鋯酸鑭粉體晶體結(jié)構(gòu)為燒綠石結(jié)構(gòu)，顆粒形貌近于等軸狀，粉體中無其它雜相；粉體分散性較好，形貌規(guī)整，晶粒尺寸約為40 nm。經(jīng)分析計(jì)算，其物理化學(xué)性能包括化學(xué)組成、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)(室溫 1400°C )值列于表I。
實(shí)施例2
1)制備氫氧化物膠體
配制硝酸鈰、氯氧化鋯和氯化鑭的混合溶液，其中鈰離子、鋯離子與鑭離子的摩爾比為1:9:10，鈰離子的濃度為0. 05mol/L，鋯離子的濃度為0. 45mol/L，鑭離子的濃度為0. 5mol/ L ；
加入體積濃度為35%的氨水并攪拌，使體系的pH值達(dá)到8 ;然后靜置陳化12小時(shí)以上，制得氫氧化物膠體；
2)固液分離和洗滌倒掉氫氧化物上層清液，將氫氧化物膠體通過離心分離除去雜質(zhì)，并洗滌至洗滌液中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并用離心機(jī)進(jìn)行離心濃縮得到固含量為8% 20%的半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠；
3)脫水將半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與正丁醇混合，強(qiáng)力攪拌，其中正丁醇和氫氧化物沉淀的質(zhì)量比為5:1，然后將氫氧化物與正丁醇的混合物置于蒸餾脫水干燥裝置中，力口熱將溫度控制在160°C共沸蒸餾除水；
4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度使正丁醇蒸發(fā)并收集，然后邊攪拌邊進(jìn)一步地干燥2. 5小時(shí)。干燥過程中不斷攪拌，可使粉料均勻干燥；
5)煅燒根據(jù)所需粉體的粒度控制煅燒溫度為1200°C，煅燒時(shí)間為2.5小時(shí)，得到鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體。將本實(shí)施例制備的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體進(jìn)行XRD (見圖3)及TCM測(cè)試，得鈰摻雜鋯酸鑭粉體晶體結(jié)構(gòu)為燒綠石結(jié)構(gòu)，顆粒形貌近于等軸狀，粉體中無其它雜相；粉體分散性較好，形貌規(guī)整，晶粒尺寸約為50nm。經(jīng)分析計(jì)算，其物理化學(xué)性能包括化學(xué)組成、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)(室溫 140(TC )值列于表I。
實(shí)施例3
1)制備氫氧化物膠體配制氯氧化鋯、硫酸高鈰、氯化鑭的混合溶液，其中混合溶液中鈰離子、鋯離子與鑭離子的摩爾比為1:3:4，鈰離子的濃度為0. 175mol/L，鋯離子的濃度為
0.525 mol/L，鑭離子的濃度為0. 7 mol/L ;向混合溶液中加入體積濃度為70%的氨水并攪拌，使體系的PH值達(dá)到10 ;然后靜置陳化制得氫氧化物膠體；
2)固液分離和洗滌倒掉氫氧化物上層清液，將氫氧化物膠體通過離心分離除去雜質(zhì)并洗滌，至洗滌液中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并用壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾濃縮得到半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠；
3)脫水將半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與正丙醇混合，用膠體磨處理混合物，其中正丙醇和半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的質(zhì)量比為3. 5:1，然后置于蒸餾脫水干燥裝置中，加熱將溫度控制在180°C共沸蒸餾脫水，使半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠中的水全部除去；4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度使正丙醇蒸發(fā)并收集，然后進(jìn)一步干燥，并在干燥同時(shí)進(jìn)行攪拌；
5)煅燒根據(jù)所需粉體的粒度控制煅燒溫度為1500°C，煅燒時(shí)間為3小時(shí)，得到鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體。將本實(shí)施例制備的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體進(jìn)行XRD及TEM測(cè)試，得制備的鈰摻雜鋯酸鑭粉體晶體結(jié)構(gòu)為燒綠石結(jié)構(gòu)，顆粒形貌近于等軸狀，粉體中無其它雜相；粉體分散性較好，形貌規(guī)整，晶粒尺寸約為200 nm。經(jīng)分析計(jì)算，其物理化學(xué)性能包括化學(xué)組成、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)(室溫 1400°C )值列于表I。
實(shí)施例4 1)制備氫氧化物膠體配制氯氧化鋯、硫酸高鈰、氯化鑭的混合溶液，其中混合溶液中鈰離子、鋯離子與鑭離子的摩爾比為1:11:12，鈰離子的濃度為0. 075mol/L，鋯離子的濃度為0. 825 mol/L,鑭離子的濃度為0. 9 mol/L ;加入體積濃度為60%的氨水并攪拌，使體系的PH值達(dá)到10 ;然后靜置陳化12小時(shí)以上，制得氫氧化物膠體；
2)固液分離和洗滌倒掉氫氧化物上層清液，將氫氧化物膠體通過無機(jī)陶瓷膜分離除去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并用壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾得到固含量為8% 20%的半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠；
3)脫水將半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與乙二醇混合，用膠體磨處理混合物，其中乙二醇和半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的質(zhì)量比為4:1，然后置于蒸餾脫水干燥裝置中，加熱將溫度控制在100°C共沸蒸餾脫水，使半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠中的水全部除去；
4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度使乙二醇蒸發(fā)并收集，然后繼續(xù)2小時(shí)，并在干燥過程中不斷攪拌，使粉料干燥溫度均勻；
5)煅燒根據(jù)所需粉體的粒度控制煅燒溫度為1350°C，煅燒時(shí)間為4.5小時(shí)，得到鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體。將本實(shí)施例制備的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體進(jìn)行XRD (見圖4)及TCM測(cè)試，得制備的鈰摻雜鋯酸鑭粉體晶體結(jié)構(gòu)為燒綠石結(jié)構(gòu)，顆粒形貌近于等軸狀，粉體中無其它雜相；粉體分散性較好，形貌規(guī)整，晶粒尺寸約為100 nm。經(jīng)分析計(jì)算，其物理化學(xué)性能包括化學(xué)組成、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)(室溫 140(TC )值列于表I。
實(shí)施例5
1)制備氫氧化物膠體配制氯氧化鋯、硝酸鈰和氯化鑭的混合溶液，其中混合溶液中鈰離子、鋯離子與鑭離子的摩爾比為1:7:8，鈰離子的濃度為0. 125mol/L，鋯離子的濃度為
0.875mol/L，鑭離子的濃度為I. 0 mol/L ;加入體積濃度為42%的氨水并攪拌，使體系的pH值達(dá)到8 ;然后靜置陳化，制得氫氧化物膠體；
2)固液分離和洗滌倒掉氫氧化物上層清液，將氫氧化物膠體通過離心分離除去雜質(zhì)并洗滌，至洗滌液中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并用離心機(jī)進(jìn)行離心濃縮得到固含量為8% 20%的半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠；
3)脫水半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與異丁醇混合，強(qiáng)力攪拌，其中異丁醇和半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的質(zhì)量比為4. 5:1，然后于135°C共沸蒸餾脫水，使半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠沉淀中的水全部除去；
4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度使異丁醇蒸發(fā)并收集，并邊攪拌邊進(jìn)一步干燥4小時(shí)；
5)煅燒根據(jù)所需粉體的粒度控制煅燒溫度為1150°C，煅燒時(shí)間為3小時(shí)，得到鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體。將本實(shí)施例制備的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體進(jìn)行XRD及TEM測(cè)試，得制備的鈰摻雜鋯酸鑭粉體晶體結(jié)構(gòu)為燒綠石結(jié)構(gòu)，顆粒形貌近于等軸狀，粉體中無其它雜相；粉體分散性較好，形貌規(guī)整，晶粒尺寸約為50 nm。經(jīng)分析計(jì)算，其物理化學(xué)性能包括化學(xué)組成、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)(室溫 1400°C )值列于表I。
實(shí)施例6
1)制備氫氧化物膠體配制氯氧化鋯、硝酸鈰、氯化鑭的混合溶液，其中混合溶液中鈰離子、鋯離子與鑭離子的摩爾比為1:4:5，鈰離子的濃度為0. 01mol/L，鋯離子的濃度為
0.04mol/L，鑭離子的濃度為0. 05 mol/L ;加入氨水并攪拌，使體系的pH值達(dá)到10 ;然后靜置陳化12小時(shí)以上，制得氫氧化物膠體；
2)固液分離和洗滌倒掉氫氧化物上層清液，將氫氧化物膠體通過無機(jī)陶瓷膜分離除去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并用離心機(jī)進(jìn)行離心濃縮得到半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠；
3)脫水將半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與異丙醇混合，用膠體磨處理混合物，其中異丙醇和半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的質(zhì)量比為4. 5:1，然后加熱將溫度控制在155°C共沸蒸餾脫水，使半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠沉淀中的水全部除去；
4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度使異丙醇蒸發(fā)，然后邊攪拌邊進(jìn)一步干燥I.5小時(shí)。干燥過程中不斷攪拌，使粉料干燥溫度均勻；
5)煅燒根據(jù)所需粉體的粒度控制煅燒溫度為1400°C，煅燒時(shí)間為I.5小時(shí)，得到鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體。將本實(shí)施例制備的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體進(jìn)行XRD及TEM測(cè)試，得制備的鈰摻雜鋯酸鑭粉體晶體結(jié)構(gòu)為燒綠石結(jié)構(gòu)，顆粒形貌近于等軸狀，粉體中無其它雜相；粉體分散性較好，形貌規(guī)整，晶粒尺寸約為120 nm。經(jīng)分析計(jì)算，其物理化學(xué)性能包括化學(xué)組成、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)(室溫 140(TC )值列于表I。
實(shí)施例7
1)制備氫氧化物膠體配制氯氧化鋯、硝酸鈰、氯化鑭的混合溶液，其中混合溶液中鈰離子、鋯離子與鑭離子的摩爾比為1:14:15 ;鈰離子的濃度為0. 029mol/L，鋯離子的濃度為
0.401mol/L，鑭離子的濃度為0. 43mol/L ;加入體積濃度為45%的氨水并攪拌，使體系的pH值達(dá)到9 ;然后靜置陳化12小時(shí)以上，制得氫氧化物膠體；
2)固液分離和洗滌倒掉氫氧化物上層清液，將氫氧化物膠體通過無機(jī)陶瓷膜分離洗滌除去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并用離心機(jī)進(jìn)行離心濃縮得到半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠；
3)脫水將半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與正戊醇混合，強(qiáng)力攪拌，其中正戊醇的加入量相對(duì)于半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠沉淀的質(zhì)量比為2. 5:1，然后加熱將溫度控制在125°C共沸蒸餾脫水；
4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度使正戊醇蒸發(fā)并收集，然后邊攪拌邊進(jìn)一步干燥3. 5小時(shí)；
5)煅燒根據(jù)所需粉體的粒度控制煅燒溫度在1300°C之間，煅燒時(shí)間為2.5小時(shí)，得到鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體。將本實(shí)施例制備的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體進(jìn)行XRD及TEM測(cè)試，得制備的鈰摻雜鋯酸鑭粉體晶體結(jié)構(gòu)為燒綠石結(jié)構(gòu)，顆粒形貌近于等軸狀，粉體中無其它雜相；粉體分散性較好，形貌規(guī)整，晶粒尺寸約為80 nm。經(jīng)分析計(jì)算，其物理化學(xué)性能包括化學(xué)組成、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)(室溫 1400°C )值列于表I。
權(quán)利要求
1.一種鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體，其特征在于它為單相燒綠石結(jié)構(gòu)，粒度3(T250nm，粒度分布均勻可控，呈球狀，由Ce對(duì)Zr位進(jìn)行摻雜得到，化學(xué)式為L(zhǎng)a2ZivxCerO7，其中0.I ^ X ^ 0. 50
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體，其特征在于所述鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的化學(xué)式中的X取值為0. 16彡X彡0. 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的制備方法，其特征在于它包括以下步驟 1)制備氫氧化物膠體配制水溶性鈰鹽、水溶性鋯鹽和水溶性鑭鹽的混合溶液，其中鈰離子與鋯離子的摩爾比為1:19 1:3，鈰離子與鋯離子的總量與鑭離子的摩爾比為1:1 ;在混合溶液中加氨水沉淀劑，同時(shí)攪拌調(diào)節(jié)體系PH為8-10，靜置陳化得到氫氧化物膠體； 2)固液分離和洗滌將氫氧化物膠體分離除去雜質(zhì)，并洗滌至洗滌液中無氯離子殘留，然后濃縮得到半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠； 3)脫水將半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠與醇類分散劑充分混合均勻，所述醇類分散劑的加入量和半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的質(zhì)量比為2: f 5:1，共沸蒸餾脫水； 4)干燥待吸附水完全除去后，升高溫度蒸除醇類分散劑，然后邊攪拌邊進(jìn)行進(jìn)一步干燥； 5)煅燒將干燥后的樣品于1000°C 1500°C煅燒I飛小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的制備方法，其特征在于所述混合溶液是由水溶性鈰鹽、水溶性鋯鹽和水溶性鑭鹽各自的水溶液混合而得，所述混合溶液中鑭離子的濃度為0. 05 I mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的制備方法，其特征在于所述的水溶性鈰鹽為硝酸鈰或硫酸高鈰；所述的水溶性鋯鹽為氯氧化鋯；所述的水溶性鑭鹽為硝酸鑭或氯化鑭。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的鈰離子與鋯離子的摩爾比為1:11.5 1:5. 7。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中的分離方式為無機(jī)陶瓷膜分離；所述步驟(2)中的半固態(tài)高粘度氫氧化物凝膠的固含量為8 20wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的制備方法，其特征在于所述的醇類分散劑為一縮二乙二醇、正丁醇、正丙醇、乙二醇、異丁醇、異丙醇或正戊醇中的一種；所述的共沸蒸餾脫水溫度為70°C 180°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的混合方式為膠體磨處理混合物或強(qiáng)力攪拌。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的制備方法，其特征在于所述步驟(4)的進(jìn)一步干燥時(shí)間為l_5h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體及其制備方法。其特征在于它為單相燒綠石結(jié)構(gòu)，粒度30～250nm，分布均勻，呈球狀，由Ce對(duì)Zr位進(jìn)行摻雜得到，化學(xué)式為L(zhǎng)a2Zr2-xCexO7。其中0.1≤x≤0.5。該鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體為單相燒綠石結(jié)構(gòu)、抗燒結(jié)性能優(yōu)異，粒度小、分布均勻、形貌規(guī)整，高溫下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，粉體室溫～1400℃的熱膨脹系數(shù)可達(dá)12×10-6K-1，熱導(dǎo)率低于1.5W·m-1·K-1，特別適用于各種抗高溫?zé)嵴贤繉踊蚩垢邷啬湍ズ?、耐腐蝕涂層材料的制備，應(yīng)用于航空航天、燃?xì)廨啓C(jī)、船舶、汽車、機(jī)械、化工等行業(yè)。
文檔編號(hào)C04B35/632GK102718485SQ20121021382
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者侯書恩, 吳紅丹, 張錦化, 靳洪允 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)