一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法技術

本發明專利技術提供了一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法，其步驟包括：制備鋯酸鑭前驅體粉末；將鋯酸鑭前驅體粉末加到高溫能量球磨機的球磨罐中；按照球料比15：1?30:1向鋯酸鑭前驅體粉末中加入研磨球，密封球磨罐；將球磨罐放入高溫能量球磨機爐膛中，將爐膛升溫至500℃，保溫2h；將爐膛抽真空處理并通入氬氣氣氛保護，啟動球磨機，并將球磨機溫度升到650℃?800℃，保溫12?48h；關閉球磨機待爐膛冷卻至室溫，取出球磨罐，可得到粒度均勻的超細鋯酸鑭粉末。本發明專利技術提供的一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法，工藝簡單、能耗低、得到的粉末混合均勻。

A method for preparing lanthanum zirconate powder by high temperature mechanochemistry

The invention provides a method for preparing lanthanum zirconate powder by high temperature mechanochemistry, which comprises the following steps: preparing lanthanum zirconate precursor powder; adding lanthanum zirconate precursor powder to ball mill pot of high temperature energy ball mill; adding grinding ball to lanthanum zirconate precursor powder according to ball material ratio 15:1 30:1, sealing ball mill pot; putting ball mill into furnace of high temperature energy ball mill. In the process, the furnace is heated to 500 C for 2 hours, vacuum treatment is carried out and protected by argon atmosphere, the ball mill is started, and the temperature of the ball mill is raised to 650 800 C for 12 48h. The ball mill is closed and the furnace is cooled to room temperature, and the ball mill can be taken out to obtain ultra-fine lanthanum zirconate powder with uniform particle size. The invention provides a method for preparing lanthanum zirconate powder by high temperature mechanochemical method, which has simple process, low energy consumption and uniform powder mixing.

【技術實現步驟摘要】
一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法
本專利技術涉及熱障涂層材料
，特別涉及一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法。
技術介紹
隨著航空技術的不斷發展以及對飛行速度，飛行距離及安全性能等需求的不斷提升，保護航空發動機熱端部件免受高溫燃氣的燒蝕、腐蝕和氧化，提高其使用壽命，成為當前研究的重點。目前應用最廣泛的熱障涂層(Thermalbarriercoating，TBC)材料是Y2O3部分穩定ZrO2(YSZ)，但是當溫度超過1200℃時，YSZ容易發生相變和燒結，導致涂層失效。而鋯酸鑭(La2Zr2O7，LZ)在高溫下具有很高的晶體結構穩定性，當溫度在其熔點(2300℃)以下時不會發生相變，并且有較低的燒結速率和熱導率，是一種很有前景的高溫TBC材料之一。熱膨脹系數盡可能地接近金屬基體是選擇熱障涂層陶瓷材料的首要依據，而LZ的熱膨脹系數為8.91-9.1×10–6/K，比YSZ材料的要低，這是制約LZ用在Ni基高溫合金表面的最主要因素，但通過離子摻雜改性可以明顯增大LZ的熱膨脹系數。目前工業上制備鋯酸鑭運用較多的方法是高溫固相合成法，該方法以ZrO2和La2O3為原料，將ZrO2和La2O3粉末放置相箱式爐中在1000℃下干燥處理1h，除去ZrO2和La2O3粉末中吸收的H2O和CO2，然后按物質的量之比2∶1稱取干燥后的ZrO2和La2O3粉末于球磨罐中，加入混合粉末總質量兩倍的ZrO2研磨球，再加入混合粉末總質量兩倍的超純水于球磨罐中，一起混料球磨48h。再將球磨完的漿料過200目篩子后烘干，最后取混合料放入坩堝中置于箱式爐中，在1200℃-1600℃的溫度下煅燒合成，并保溫時間12h。該方法合成鋯酸鑭時需要在1200-1600℃的高溫下煅燒合成，不僅生產流程復雜，而且能耗大，成本高，并且此法得到的粉末微觀混合不均勻，有成分偏析、微觀組織不均勻和團聚嚴重等問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、能耗低、得到的粉末混合均勻的利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法。為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法，包括如下步驟：制備鋯酸鑭前驅體粉末；將鋯酸鑭前驅體粉末加到高溫能量球磨機的球磨罐中；按照球料比15：1-30:1向鋯酸鑭前驅體粉末中加入研磨球，密封球磨罐；將球磨罐放入高溫能量球磨機爐膛中，將爐膛升溫至500℃，保溫2h；將爐膛抽真空處理并通入氬氣氣氛保護，啟動球磨機，并將球磨機溫度升到650℃-800℃，保溫12-48h；關閉球磨機待爐膛冷卻至室溫，取出球磨罐，可得到粒度均勻的超細鋯酸鑭粉末。進一步地，所述鋯酸鑭前驅體粉末的制備方法包括如下步驟：將La2O3溶于鹽酸配得La3+濃度為0.5mol/L的La3+溶液，ZrOCl2·8H2O溶于水配得Zr4+濃度為0.5mol/L的Zr4+溶液；將La3+溶液和Zr4+溶液混合，向混合溶液中滴加氨水產生沉淀，然后將固液體系在60℃的水浴溫度下加熱攪拌，并滴加氨水使體系的pH值恒定為10；加熱攪拌25-40min后，對固液體系抽濾，將沉淀洗滌，直至洗滌液的pH＝7；將沉淀在110-130℃溫度下干燥11-13h，然后研磨、過200目篩子得到鋯酸鑭前驅體粉末。本專利技術提供的一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法，采用加熱煅燒和球磨在同一高溫反應爐中同時進行的方法，由于球磨環境溫度高，較短時間內鋯酸鑭前驅體粉末能夠獲得足夠的能量，迅速分解并集積，并且球磨的力量和體系的外部升溫同時進行，促進了鋯酸鑭前驅體顆粒對能量的吸收，可使反應體系的溫度快速達到并超過合成鋯酸鑭的臨界溫度，加快了體系的反應速率，在短時間內可獲得粒度細小的鋯酸鑭粉末，不僅簡化了操作步驟，節省了反應時間，而且還減少了能量損耗，節約了成本。并且，適當的球磨細化了晶粒、增大了比表面積，從而改善了動力學條件，使得常規的高溫固相合成法在1200-1600℃的高溫條件下才會進行得更完全的反應，在650℃-800℃的較低溫度下就能夠實現，與常規所用的高溫固相合成法相比，溫度降低了450℃-850℃，從而進一步降低了能耗節約了成本。由于球磨的存在，減少了團聚現象的發生，使得粉末進一步細化且分散得更加均勻，使反應物和產物不斷得到細化，獲得了分散性好，微觀混合均勻，晶粒度大，粒徑小，微觀組織均勻和無團聚現象的鋯酸鑭粉末。同時，本專利技術制得的鋯酸鑭粉末的熱膨脹系數較高，與Y2O3部分穩定ZrO2材料(YSZ)的熱膨脹系數非常相近，即與Ni基高溫合金材料的熱膨脹系數相近，適合用在Ni基高溫合金表面。附圖說明圖1為本專利技術實施例提供的利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法流程圖；圖2為本專利技術實施例提供的利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法制得的鋯酸鑭粉末的X射線衍射圖譜；圖3為本專利技術實施例提供的利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法制得的鋯酸鑭粉末的粒度圖。具體實施方式參見圖1，本專利技術實施例提供的一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法，包括如下步驟：步驟1制備鋯酸鑭前驅體粉末：將La2O3溶于鹽酸配得La3+濃度為0.5mol/L的La3+溶液，ZrOCl2·8H2O溶于水配得Zr4+濃度為0.5mol/L的Zr4+溶液；然后將La3+溶液和Zr4+溶液混合并在恒溫磁力攪拌器中進行攪拌，向混合溶液中逐滴加入沉淀劑如氨水，立即產生白色、淺紫色或淺黃色絮狀沉淀，再將產生沉淀后的固液體系在60℃的水浴溫度下加熱攪拌，并滴加氨水使體系的pH值恒定為10；25-40min后，對固液體系抽濾，將沉淀不斷用蒸餾水反復洗滌，直至洗滌液的pH＝7；最后將得到的沉淀濾餅裝入培養皿中在110-130℃溫度下干燥11-13h，再研磨、過200目篩子即可得到鋯酸鑭前驅體粉末。該過程中發生的化學反應如下：Zr4+(aq)+4OH-＝Zr(OH)4(s)。步驟2將鋯酸鑭前驅體粉末加到高溫能量球磨機的球磨罐中；步驟3按照球料比15：1-30:1向鋯酸鑭前驅體粉末中加入不銹鋼或氧化鋯研磨球，蓋上蓋子，并密封球磨罐；步驟4將球磨罐放入高溫能量球磨機爐膛中，將爐膛升溫至500℃，保溫2h；步驟5將爐膛抽真空處理并通入氬氣氣氛保護，啟動球磨機，調整球磨機轉速，并同時將球磨機溫度升到650℃-800℃，保溫12-48h；步驟6關閉球磨機待爐膛冷卻至室溫，取出球磨罐，可得到粒度均勻的超細鋯酸鑭粉末。參見圖2和圖3，本專利技術實施例提供的利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法，制得的鋯酸鑭粉末不僅分散性好，微觀混合均勻，晶粒度大，粒徑小，微觀組織均勻和無團聚現象，而且制得的鋯酸鑭粉末的熱膨脹系數較高，與Y2O3部分穩定ZrO2材料(YSZ)的熱膨脹系數非常相近，適合用在Ni基高溫合金材料表面。下面通過具體實施例對本專利技術提供的一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法做具體說明。實施例1超細La2Zr2O7粉末的制備工藝，包括如下步驟：(1)將La2O3溶于鹽酸，ZrOCl2·8H2O溶于水，分別配制成陽離子La3+和Zr4+濃度均為0.5mol/L的溶液，在恒溫磁力攪拌器中混合攪拌，并向混合液中滴加氨水反應生成絮狀沉淀，然后將水浴溫度調至60℃后不斷攪拌，同時滴加本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法，其特征在于，包括如下步驟：制備鋯酸鑭前驅體粉末；將鋯酸鑭前驅體粉末加到高溫能量球磨機的球磨罐中；按照球料比15：1?30:1向鋯酸鑭前驅體粉末中加入研磨球，密封球磨罐；將球磨罐放入高溫能量球磨機爐膛中，將爐膛升溫至500℃，保溫2h；將爐膛抽真空處理并通入氬氣氣氛保護，啟動球磨機，并將球磨機溫度升到650℃?800℃，保溫12?48h；關閉球磨機待爐膛冷卻至室溫，取出球磨罐，可得到粒度均勻的超細鋯酸鑭粉末。

【技術特征摘要】
1.一種利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方法，其特征在于，包括如下步驟：制備鋯酸鑭前驅體粉末；將鋯酸鑭前驅體粉末加到高溫能量球磨機的球磨罐中；按照球料比15：1-30:1向鋯酸鑭前驅體粉末中加入研磨球，密封球磨罐；將球磨罐放入高溫能量球磨機爐膛中，將爐膛升溫至500℃，保溫2h；將爐膛抽真空處理并通入氬氣氣氛保護，啟動球磨機，并將球磨機溫度升到650℃-800℃，保溫12-48h；關閉球磨機待爐膛冷卻至室溫，取出球磨罐，可得到粒度均勻的超細鋯酸鑭粉末。2.根據權利要求1所述的利用高溫機械力化學法制備鋯酸鑭粉末的方...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳建設，李斌川，肖旭，張俊浩，劉昱辰，劉奎仁，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21