磷酸镧的制备方法、磷酸镧多孔陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磷酸镧粉体的制备方法，包括：将碳酸镧与浓磷酸在水中混合均匀，搅拌至反应完全，干燥，湿法球磨，干燥后研磨；对研磨产物在900℃～1200℃保温0.5～5h，得到磷酸镧粉体。本发明专利技术还公开了通过将含有该磷酸镧粉体的发泡浆料悬浮体凝胶注模成型，干燥和脱脂烧结制备磷酸镧多孔陶瓷的方法，以及制得的磷酸镧多孔陶瓷作为透波材料的应用。本发明专利技术的方法制得的磷酸镧粉体纯度高，分散性好，粒度分布均匀，制得的磷酸镧多孔陶瓷的孔隙率≥70％，且平均孔径为50～120μm，10GHz的介电常数为2～4，损耗角正切为1.5～3.5×10‑3，具有良好的透波性能和隔热性能。

Preparation method of lanthanum phosphate, lanthanum phosphate porous ceramics, preparation method and application thereof

The invention discloses a preparation method of lanthanum phosphate powder, which comprises mixing lanthanum carbonate and concentrated phosphoric acid evenly in water, stirring until the reaction is complete, drying, wet milling, drying and grinding; holding the grinding product at 900 ~1200 ~0 ~0 ~0.5~5 h to obtain lanthanum phosphate powder. The invention also discloses a method for preparing lanthanum phosphate porous ceramics by gel casting, drying and degreasing sintering of a foamed slurry suspension containing the lanthanum phosphate powder, and the application of the prepared lanthanum phosphate porous ceramics as a wave transmission material. The prepared lanthanum phosphate porous ceramics have high purity, good dispersibility and uniform particle size distribution. The porosity of the porous ceramics is more than 70%, and the average pore size is 50-120 micron. The dielectric constant of 10 GHz is 2-4, and the loss tangent is 1.5-3.5 *10_3. The porous ceramics have good wave transmission and heat insulation properties.

【技术实现步骤摘要】
磷酸镧的制备方法、磷酸镧多孔陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术属于透波材料领域，具体涉及一种磷酸镧的制备方法、磷酸镧多孔陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
随着航空航天及通讯技术的不断发展，透波材料越来越引起人们的重视。透波材料是广泛应用于运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等等先进科学装备的一种多功能电介质材料，恶劣的使用环境对透波材料提出了防热隔热、透波、耐候、承载等多方面的要求。因此，人们对具有高温热稳定性、低导热率、与熔融金属的不反应性、对反应气体的不渗透性且具有优异电磁波透过性能等功能性的材料抱有极大的兴趣。具有独居石或堇青石结构的稀土磷酸盐，特别是磷酸镧材料，则日益受到研究人员的重视。磷酸镧具有独居石结构，晶体结构属于单斜晶系，熔点为(2070±20)℃，具有优异的高温相稳定性，与很多氧化物具有很好的化学相容性和物理相容性。在1650℃，磷酸镧能稳定地存在于氧化铝陶瓷中且不与其发生反应。LaPO4-Al2O3陶瓷具有可加工性，氧化物/磷酸盐陶瓷的可加工性主要是由于磷酸镧和氧化物之间的弱界面结合。因此，磷酸镧粉体的合成对于氧化物/磷酸盐可加工陶瓷的研究有着重要的意义。Wang等人采用La2O3和H3PO4直接反应，然后在高温下煅烧制备了磷酸镧粉体，缺点是煅烧温度比较高，颗粒尺寸不均匀，形貌不规则(SynthesisandsinteringofLaPO4powderanditsapplication.MaterialsChemistryandPhysics，2003，79(1)，30-36.)。此外，磷酸盐的层状结构允许裂解和吸收裂纹能量，还可以用来对复合陶瓷进行增韧。多孔陶瓷具有三维空间网状结构，由于它具有气孔率高、比表面积大、热导率低、介电常数低、耐高温等优点，并且具有较好的力学性能和耐化学腐蚀性能，可用作高温隔热材料、隔音材料、冶金工业熔融金属过滤器、催化剂载体，甚至可用于电解隔膜、透波天线罩等领域，应用十分广泛。多孔陶瓷有多种制备工艺，如有机模板法、凝胶注模法、直接发泡法、添加造孔剂法等。目前磷酸镧陶瓷主要研究集中在致密陶瓷和复合陶瓷材料增韧以及陶瓷荧光材料中，而对于磷酸镧多孔陶瓷的隔热性能及透波性能研究较少。如Yoshikazu等人在制备的磷酸镧基复合材料的孔隙率只有约40％(UniformlyPorousAl2O3/LaPO4andAl2o3/CePo4CompositeswithNarrowPore-SizeDistribution.JournaloftheAmericanCeramicSociety，2005，88(11)：3283-3286.)，而更高孔隙率的磷酸镧陶瓷还未有制备。公开号为CN104194789A、名称为“一种磷酸镧陶瓷荧光材料制备方法”的专利采用微波结合共沉淀法低温快速制备Ce、Tb共掺杂磷酸镧发光陶瓷。其中，磷酸镧采用La2O3和浓硝酸按摩尔比1∶10～40混合，再加入H2O2和(NH4)2HPO4反应制得前驱体后烧结得到。该专利的方法工艺较为复杂，且成本很高。公开号CN101508580A公开了一种LaPO4均匀弥散分布的LaPO4/Al2O3复合陶瓷的制备方法，在La(NO3)3水溶液中滴加等体积等浓度的Na3PO4水溶液，并保持一定的PH，搅拌一段时间后干燥制得含LaPO4的粉体。磷酸镧的高温稳定性十分优异，磷酸镧多孔陶瓷可作为耐火材料应用于约1500℃高温。由磷酸镧制备而成的多孔陶瓷，既具有多孔陶瓷本身的优点，还能提高耐高温性能、高温化学稳定性以及耐热冲击韧性等。如微波加热过程中吸收体以及承载体都具有较高温度，为防止内部热量通过谐振腔体传到机体外部，同时满足微波加热器的高效运行的要求，必须在承载体外侧放置一种同时具有高温隔热和高温透波功能的高效隔热材料，磷酸镧多孔陶瓷就能很好的满足这种应用场合。然而，目前磷酸镧在透波材料方面的应用却未见报导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具备高气孔率、低热导率、低介电常数的磷酸镧(LaPO4)多孔陶瓷，克服目前磷酸镧粉体制备复杂、磷酸镧多孔陶瓷气孔率低的不足。本专利技术另一目的在于提供上述磷酸镧(LaPO4)多孔陶瓷的制备方法和在透波材料中的应用。技术方案：本专利技术公开一种磷酸镧的制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)将碳酸镧与浓磷酸在水中混合均匀，搅拌至反应完全，除去产物中的水份分，得到块状固体；2)对步骤1)制得的块状固体进行湿法球磨，干燥后进行研磨；3)对步骤2)的研磨产物在900℃～1200℃保温0.5～5h，得到磷酸镧粉体。上述磷酸镧的制备方法的步骤1)中，碳酸镧与浓磷酸在水中混合均匀的方法优选将浓磷酸缓慢倒入碳酸镧的水溶液中，搅拌反应时间为10～60分钟；碳酸镧与浓磷酸的质量比为1∶0.4～0.5，浓磷酸中磷酸的质量分数为70～85wt％；水的加入量能够使碳酸镧与浓磷酸充分反应即可，优选地，碳酸镧与水的质量比为1∶0.7～1.3；除去产物中的水份分的方法可使用本领域已知干燥方法进行，优选地，将产物置于烘箱中，150～200℃干燥18～24h。步骤2)中，湿法球磨中使用的分散剂为本领域常用的易挥发溶剂，优选乙醇、丙酮、水中一种或多种的混合溶剂；湿法球磨中块状固体与所述分散剂的质量比为1∶0.5～2；湿法球磨后干燥的方法可使用本领域已知干燥方法，优选地，将湿法球磨的产物在50～70℃干燥完全后进行研磨。步骤3)中，将步骤2)的研磨产物以3～5℃/min的速度升温至900℃～1200℃保温1～3h，得到磷酸镧粉体。采用上述方法制得的磷酸镧粉体纯度较高，分散性好，粒度较小且均匀。本专利技术另一方面提供一种磷酸镧多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：1)使用上述制备方法制备磷酸镧粉体；2)将步骤1)制得的磷酸镧粉体、分散剂和催化剂在水中混合均匀，配制陶瓷浆料预混液；向陶瓷浆料预混液中加入用于形成凝胶的有机单体和交联剂，并加入发泡剂和稳泡剂进行发泡，获得发泡陶瓷浆料；催化剂为使有机单体和交联剂反应生成凝胶的催化剂；3)向步骤2)获得的发泡陶瓷浆料中加入用于使有机单体和所述交联剂反应生成凝胶的引发剂，混合均匀后注入模具，20～40℃下放置1～3h后脱模，干燥，得到陶瓷生坯；4)将步骤3)制得的陶瓷生坯在500℃～900℃保温0.5～3h，然后升温至1200～1600℃烧结0.5～4h，得到LaPO4多孔透波陶瓷。为了使磷酸镧粉体和催化剂在水中充分混合，上述陶瓷浆料预混液的配制方法包括：将磷酸镧粉体、分散剂和催化剂按照质量比(95～100)∶(1～1.6)∶(1.1～1.3)在水中混合球磨球磨1～2小时，球磨速度为300～360r/min。此时PVP、六偏磷酸钠能够在粉体表面形成双电子层，催化剂能降低胶体表面自由能，得到粘度低、稳定性好的悬浮体浆料。为了促进多孔陶瓷的烧结，提高多孔陶瓷强度，同时提升多孔陶瓷的隔热性能，配制陶瓷浆料预混液过程中还加入了钛白粉；磷酸镧粉体、有机单体、交联剂、催化剂、引发剂、分散剂、钛白粉、发泡剂和稳泡剂的质量比为(95～100)∶(11～13)∶(1.1～1.3)∶(1.1～1.3)∶(0.8～1.3)∶(1～1.6)∶(0～6)∶(0.2～0.3)∶(0.04～0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸镧粉体的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：1)将碳酸镧与浓磷酸在水中混合均匀，搅拌至反应完全，除去产物中的水分份，得到块状固体；2)对步骤1)制得的块状固体进行湿法球磨，干燥后进行研磨；3)对步骤2)的研磨产物在900℃～1200℃保温0.5～5h，得到磷酸镧粉体。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸镧粉体的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：1)将碳酸镧与浓磷酸在水中混合均匀，搅拌至反应完全，除去产物中的水分份，得到块状固体；2)对步骤1)制得的块状固体进行湿法球磨，干燥后进行研磨；3)对步骤2)的研磨产物在900℃～1200℃保温0.5～5h，得到磷酸镧粉体。2.根据权利要求1所述的磷酸镧粉体的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述碳酸镧与浓磷酸的质量比为1：0.4～0.5，所述浓磷酸中磷酸的质量分数为70～85％；所述除去产物中的水分的方法包括：将产物置于烘箱中，150～200℃干燥18～24h。3.根据权利要求1所述的磷酸镧粉体的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述湿法球磨中使用的分散剂为乙醇、丙酮和水中一种或多种的混合溶剂，所述块状固体与所述分散剂的质量比为1∶0.5～2。4.根据权利要求1所述的磷酸镧粉体的制备方法，其特征在于，步骤3)中，将步骤2)的研磨产物以3～5℃/min的速度升温至900℃～1200℃保温1～3h，得到磷酸镧粉体。5.一种磷酸镧多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：1)使用权利要求1～4中任意一项所述的制备方法制备磷酸镧粉体；2)将步骤1)制得的磷酸镧粉体、分散剂和催化剂在水中混合均匀，配制陶瓷浆料预混液；向所述陶瓷浆料预混液中加入用于形成凝胶的有机单体和交联剂，并加入发泡剂和稳泡剂进行发泡，获得发泡陶瓷浆料；所述催化剂为使所述有机单体和交联剂反应生成凝胶的催化剂；3)向步骤2)获得的发泡陶瓷浆料中加入用于使所述有机单体和所述交联剂反应生成凝胶的引发剂，混合均匀后注入模具，20～40℃下放置1～3h后脱模，干燥，得到陶瓷生坯；4)将步骤3)制得的陶瓷生坯在500℃～900℃保温0.5～3h...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉付，汪坤，乔健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32