本發明專利技術公開了一種改性稀土氧化物，所述改性稀土氧化物從立方相轉變為單斜相的相轉變溫度比普通稀土氧化物較高，本發明專利技術所述改性稀土氧化物可以比普通稀土氧化物在更高的溫度下保持立方相而不會發生向單斜相的轉變。同時，本發明專利技術還公開了所述改性稀土氧化物的制備方法，所述方法通過固相合成法或液相共沉淀法制備而成，所述方法將稀土化合物和鋰化合物按照特定的步驟混合，通過鋰化合物在熔化后改變稀土氧化物中晶體的對稱性，使得制備得到的改性稀土氧化物從立方相到單斜相的相轉變溫度得到顯著提高，而且改性后的稀土氧化物中并不存在鋰離子。存在鋰離子。
【技術實現步驟摘要】
一種改性稀土氧化物及其制備方法
[0001]本專利技術涉及一種改性稀土氧化物及其改性制備方法，尤其是一種從立方相轉變為單斜相的轉變溫度得到顯著提高的改性稀土氧化物及其改性方法。
技術介紹
[0002]稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數為57到71的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學性質相似的鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領域都得到了廣泛的應用，隨著科技的進步和應用技術的不斷突破，稀土氧化物的價值將越來越大。
[0003]稀土氧化物的特性是由其晶體結構決定的，早在1925年，Goldschmidt就研究了稀土氧化物的結構形態以及相互轉變的規律(Goldschmidt,V.M.,Ulrich,F.and Barth,T.Skrifter Norske Videnskaps
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Akad.Oslo:Mater.Naturv.1925,K1,5)。Goldschmidt發現三價稀土氧化物一共有三種結晶形態，分別是立方相(A)、單斜相(B)和六方相(C)。并且，在2000℃以下，隨著溫度的增加，三價稀土氧化物的晶型會從立方相轉變為單斜相，最后轉變為六方相。經后人不斷研究發現(Brauer,G.Structural and solid state chemistry of pure rare earth oxides andhydroxides in Progress in the science and technology of the rare earths,Vol.3,Oxford:Pergamon Press(1968))、(Haire,R.G.and Eyring,L.Comparisons of the binary oxides in Handbook on the physics and chemistry of the rare earths:Lanthanides/actinides chemistry,Vol.18,pg413
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503,Amsterdam:Elsevier Science(1994))、(Adachi,G.and Imanaka,N.Chem.Rev.1998,98,1479
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1514)、(Adachi,G.and Imanaka,N.Chem.Rev.1998,98,1479
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1514)，并不是所有的三價稀土氧化物都具有這三種晶相，只有氧化钷(Pm2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化銪(Eu2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鋱(Tb2O3)、氧化鏑(Dy2O3)、氧化鈥(Ho2O3)這七種三價稀土氧化物具有穩定的單斜相，但因為氧化鈥從立方相到單斜相的轉變溫度和從單斜相到六方相的轉變溫度非常接近，故不在本專利的討論范圍之內。另外，其余的三價稀土氧化物并不存在單斜相，在高溫下都會直接從立方相轉變為六方相或是從低溫立方相(A)轉變為高溫立方相(H)。具體來說氧化钷(Pm2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化銪(Eu2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鋱(Tb2O3)、氧化鏑(Dy2O3)這六種三價稀土氧化物從立方相到單斜相的轉變溫度分別為：氧化钷(700℃
±
20)、氧化釤(875℃
±
20)、氧化銪(1170℃
±
20)、氧化釓(1250℃
±
20)、氧化鋱(1550℃
±
50)、氧化鏑(1850℃
±
20)。
[0004]從應用角度來說，在高溫保持三價稀土氧化物的立方相是十分有意義的。比如，立方相氧化銪摻雜氧化釓發光材料(Gd2O3:Eu)，只有在氧化釓維持在立方相狀態下，才具有較高的發光效率(CN114105639A)。但是，為了制備出Gd2O3:Eu陶瓷閃爍體，需要高于氧化釓從立方相到單斜相的相變溫度(1250℃)來進行退火加熱，這就無法制備出立方相的大單晶。為了維持氧化釓的立方相，GE公司采用了在氧化釓中摻雜氧化釔的方法成功制備出了陶瓷閃爍體(CN10242218C)。但是，引入的氧化釔陶瓷本身的基材屬性不如氧化釓，造成了發光
效率下降的問題。
[0005]另外，在紅外透明材料方面，立方相的氧化釓比一般的光學材料(藍寶石、AlON、鎂鋁尖晶石)具有更長的截止波長，是一種很有前景的紅外窗口材料。但是單斜相的氧化釓在光學上是各向異性的，會降低材料的紅外透過率。一般情況下，需要在1400℃以上才能得到致密的氧化釓，遠高于氧化釓的相變溫度(1250℃)。為了在高溫下得到立方相的氧化釓紅外透明材料，專利CN114105639A在氧化釓中摻雜了立方相的氧化鎂，在1400℃下燒結得到了紅外透明材料。但是，由于氧化鎂的紅外透過性并不如氧化釓，大量的摻雜氧化鎂，必然會影響氧化釓紅外透明材料的性能。
[0006]此外，在磁光透明材料方面，氧化鋱、氧化鈥、氧化鏑等立方相稀土氧化物都具有磁光效應，其中氧化鋱的性能最佳。但是，在高溫區的使用當中，氧化鋱由于存在由立方相向單斜相的轉變，由之產生的體積縮小導致材料開裂或粉化嚴重阻礙了其在磁光材料方面的應用。專利CN110256074A在氧化鋱中摻雜了氧化釔用來保持其在高溫下的立方相，在經過1600℃以上(高于氧化鋱從立方相到單斜相的轉變溫度)的退火后，得到了性能較好的磁光材料。但是氧化釔本身不具備磁光效應，所以摻雜帶來的后果必然是影響氧化鋱的磁光特性。
[0007]綜上，可以得知，氧化钷(Pm2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化銪(Eu2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鋱(Tb2O3)、氧化鏑(Dy2O3)都具有特定的從立方相向單斜相的轉變溫度。有些特性只有三價立方相稀土氧化物才具有，如果能夠維持上述稀土氧化物在超過相變溫度下繼續保持立方相，并且如果還能不引入雜質離子，將是十分有意義的。
技術實現思路
[0008]本專利技術的目的在于克服稀土氧化物從立方相向單斜相轉變溫度低的問題，提供一種可以在常規相變溫度之上時仍能夠保持立方相的改性稀土氧化物。同時，本專利技術還提供了所述改性稀土氧化物的制備方法。
[0009]為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案為：一種改性稀土氧化物的制備方法，所述方法為固相合成法或液相共沉淀法；
[0010]所述固相合成法包括以下步驟：
[0011](1a)將稀土化合物和鋰化合物按比例進行稱量，然后充分混合，得到混合物；
[0012](2a)將步驟(1)中的混合物在有氧環境下燒結，燒結溫度高于所述鋰化合物的熔點，燒結后即得改性稀土氧化物；
[0013]所述液相共沉淀法包括以下步驟：
[0014](1b)將能夠溶于水的稀土化合物和鋰化合物按比例進行稱量，然后倒入水中充分攪拌；或者將不能夠溶于水的稀土化合物和鋰化合物按比例進行稱量，倒入水中，然后加入強酸，使稀土化合物和鋰化合物溶于水中，充分攪拌；
[0015](本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種改性稀土氧化物的制備方法，其特征在于，所述方法為固相合成法或液相共沉淀法；所述固相合成法包括以下步驟：(1a)將稀土化合物和鋰化合物按比例進行稱量，然后充分混合，得到混合物；(2a)將步驟(1)中的混合物在有氧環境下燒結，燒結溫度高于所述鋰化合物的熔點，燒結后即得改性稀土氧化物；所述液相共沉淀法包括以下步驟：(1b)將能夠溶于水的稀土化合物和鋰化合物按比例進行稱量，然后倒入水中充分攪拌；或者將不能夠溶于水的稀土化合物和鋰化合物按比例進行稱量，倒入水中，然后加入強酸，使稀土化合物和鋰化合物溶于水中，充分攪拌；(2b)在步驟(1b)充分攪拌后的混合物中加入過量堿性溶液，使得稀土化合物和鋰化合物形成氫氧化物沉淀，得沉淀物；去除沉淀物中多余水分，然后充分干燥；(3b)將步驟(2b)中干燥后的沉淀物在有氧環境下燒結，燒結溫度高于氫氧化鋰的熔點，燒結后即得改性稀土氧化物。2.如權利要求1所述改性稀土氧化物的制備方法，其特征在于，所述步驟(1a)和步驟(1b)中稀土化合物中的稀土離子與鋰化合物中的鋰離子的摩爾比為：鋰離子：稀土離子＝1～20％；優選地，所述步驟(1a)和步驟(1b)中稀土化合物中的稀土離子與鋰化合物中的鋰離子的摩爾比為：鋰離子：稀土離子＝10～20％。3.如權利要求1所述的改性稀土氧化物的制備方法，其特征在于，所述步驟(1a)中的稀土化合物為稀土氧化物、稀土氫氧化物、稀土碳酸鹽中的至少一種，且所述稀土化合物中的稀土元素為Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy中的至少一種。4.如權利要求1或3所述的改性稀土氧化物的制備...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚潤占，
申請(專利權)人：廣州世陶新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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