本發明專利技術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：它為單相燒綠石結構，粒度30～250nm，分布均勻，呈球狀，由Ce對Zr位進行摻雜得到，化學式為La2Zr2-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構、抗燒結性能優異，粒度小、分布均勻、形貌規整，高溫下結構穩定，粉體室溫～1400℃的熱膨脹系數可達12×10-6K-1，熱導率低于1.5W·m-1·K-1，特別適用于各種抗高溫熱障涂層或抗高溫耐磨耗、耐腐蝕涂層材料的制備，應用于航空航天、燃氣輪機、船舶、汽車、機械、化工等行業。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于無機非金屬材料制備與應用領域。
技術介紹
鋯酸鑭材料具有獨特的晶體結構，化學穩定性好、熱導率低，是一種重要的結構和功能陶瓷。鈰摻雜鋯酸鑭材料具有熔點高、熱導率小、熱膨脹系數大、化學穩定性好，高溫下無相變，是高溫熱障涂層材料的重要候選材料。同時該材料還具有高的輻照穩定性，可以作為核廢料處理過程中的固化介質材料。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異的熱力學性能，但其熱膨脹系數較小(室溫 1200°C約9.7X10^),因此其在用作熱障涂層材料時，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，劉喜華(北京科技大學學報，2004)，周宏明(有色金屬學報，2007)等人研究發現摻雜CeO2制備的CeO2-La2O3-ZrO2微米級復合陶瓷粉體具有相對較高的熱膨脹系數。但他們制備鈰摻雜復合陶瓷粉體的過程中，Ce并不是按照化學計量比進行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相結構。曹學強等人研究了 La2 (Zra7Cea3)2O7 涂層的結構和性能(Journal of Alloys and Compounds,2010)，研究結果表明該涂層并不是以單相形式存在，而是多個晶相的混合物，多相陶瓷粉體之間因熱膨脹系數存在差異，在高溫下會產生局部應力導致陶瓷的開裂。除此，目前研究結果皆表明納米粉體比傳統的微米級粉體具有更加優異的性能，因此制備鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體的關鍵還在于制備得到晶體粒度細小(納米級)、粒度分布均勻、純度高、團聚少的納米粉體目標產品。目前制備稀土鋯酸鹽粉體的方法主要有傳統高溫固相法和液相法，這些方法各有其特點，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，經過研磨、干燥、成型、煅燒、破碎、球磨，分級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，一般是在復合稀土溶液中加入沉淀劑，得到氫氧化物沉淀，再經過過濾、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聚體。CN 101407336采用共沉淀法制備鋯酸鑭粉體，為了解決粉體團聚問題，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體粉體，再高溫熱處理，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雜，不利于工業化生產。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供，該鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體為單相燒綠石結構，粒度30-250nm，粒度分布均勻可控，形貌規整，由Ce對Zr位進行摻雜得到，化學式為La2Zr2_xCex07，其中0. I≤x≤0. 5 ;制備工藝簡便可控。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為 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構，粒度3(T250nm，粒度分布均勻可控，呈球狀，由Ce對Zr位進行摻雜得到，化學式為La2ZivxCerO7，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式中的X優選取值為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，同時攪拌調節體系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，并洗滌至洗滌液中無氯離子殘留，然后濃縮得到半固態高粘度氫氧化物凝膠； 3)脫水將半固態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高粘度氫氧化物凝膠的質量比為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，然后邊攪拌邊進行進一步干燥； 5)煅燒將干燥后的樣品于1000°C 1500°C煅燒I飛小時。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)中的分離方式優選為無機陶瓷膜分離。按上述方案，所述步驟(2)中的半固態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力攪拌。按上述方案，所述步驟(4)的進一步干燥時間為l_5h。本專利技術的突出優點是 I.本專利技術提供的鈰摻雜鋯酸鑭納米粉體為單相燒綠石結構、抗燒結性能優異，粒度小、分布均勻、形貌規整，高溫下結構穩定，粉體室溫 1400°C的熱膨脹系數可達12 X KT6IT1,熱導率低于I. 5W HT1 r1，特別適用于各種抗高溫熱障涂層或抗高溫耐磨耗、耐腐蝕涂層材料的制備，應用于航空航天、燃氣輪機、船舶、汽車、機械、化工等行業； 2.制備方法工藝流程少，設備簡單，工藝參數易于控制，易于大規模工業化生產； 3.采用醇分散和共沸蒸餾脫水工藝，減少了粉體的團聚，制得的鈰摻雜鋯酸鑭粉體粒度小、分布均勻、形貌規整，具體地，本專利技術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鍵的可能性，同時起到一定的空間位阻作用，并改變物質的蒸發順序，同時采用共沸蒸餾脫水工藝，可先蒸發表面張力高的水，醇類分散劑的存在也會消除(減小)納米顆粒在脫水過程中的毛細管壓力，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生化學反應，在顆粒表面形成非極性基團，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顆粒，防止顆粒團聚長大； 4.優選采用無機陶瓷膜分離工藝清洗氫氧化物膠體，工藝簡單，效率高，能有效去除膠體中的各種雜質離子。 附圖說明圖I實施例I樣品的X射線粉晶衍射圖譜； 圖2實施例I樣品的TEM照片； 圖3實施例2樣品的X射線粉晶衍射圖譜； 圖4實施例4樣品的X射線粉晶衍射圖譜。具體實施例方式為了更好的理解本專利技術，下面結合實施例進一步闡明本專利技術的內容，但本專利技術的內容不僅僅局限于下面的實施例。實本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
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構，粒度3(T250nm，粒度分布均勻可控，呈球狀，由Ce對Zr位進行摻雜得到，化學式為La2ZivxCerO7，其中0.I ^ X ^ 0. 502.根據權利要求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式中的X取值為0. 16彡X彡0. 3。3.根據權利要求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，同時攪拌調節體系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，并洗滌至洗滌液中無氯離子殘留，然后濃縮得到半固態高粘度氫氧化物凝膠； 3)脫水將半固態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高粘度氫氧化物凝膠的質量比為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，然后邊攪拌邊進行進一步干燥； 5)煅燒將干燥后的樣品于1000°C 1500°C煅燒I飛小時。4.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：侯書恩，張錦化，靳洪允，吳紅丹，
申請(專利權)人：中國地質大學武漢，
類型：發明
國別省市：
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