一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法，其步骤包括：制备锆酸镧前驱体粉末；将锆酸镧前驱体粉末加到高温能量球磨机的球磨罐中；按照球料比15：1‑30:1向锆酸镧前驱体粉末中加入研磨球，密封球磨罐；将球磨罐放入高温能量球磨机炉膛中，将炉膛升温至500℃，保温2h；将炉膛抽真空处理并通入氩气气氛保护，启动球磨机，并将球磨机温度升到650℃‑800℃，保温12‑48h；关闭球磨机待炉膛冷却至室温，取出球磨罐，可得到粒度均匀的超细锆酸镧粉末。本发明专利技术提供的一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法，工艺简单、能耗低、得到的粉末混合均匀。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法
本专利技术涉及热障涂层材料
，特别涉及一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法。
技术介绍
随着航空技术的不断发展以及对飞行速度，飞行距离及安全性能等需求的不断提升，保护航空发动机热端部件免受高温燃气的烧蚀、腐蚀和氧化，提高其使用寿命，成为当前研究的重点。目前应用最广泛的热障涂层(Thermalbarriercoating，TBC)材料是Y2O3部分稳定ZrO2(YSZ)，但是当温度超过1200℃时，YSZ容易发生相变和烧结，导致涂层失效。而锆酸镧(La2Zr2O7，LZ)在高温下具有很高的晶体结构稳定性，当温度在其熔点(2300℃)以下时不会发生相变，并且有较低的烧结速率和热导率，是一种很有前景的高温TBC材料之一。热膨胀系数尽可能地接近金属基体是选择热障涂层陶瓷材料的首要依据，而LZ的热膨胀系数为8.91-9.1×10–6/K，比YSZ材料的要低，这是制约LZ用在Ni基高温合金表面的最主要因素，但通过离子掺杂改性可以明显增大LZ的热膨胀系数。目前工业上制备锆酸镧运用较多的方法是高温固相合成法，该方法以ZrO2和La2O3为原料，将ZrO2和La2O3粉末放置相箱式炉中在1000℃下干燥处理1h，除去ZrO2和La2O3粉末中吸收的H2O和CO2，然后按物质的量之比2∶1称取干燥后的ZrO2和La2O3粉末于球磨罐中，加入混合粉末总质量两倍的ZrO2研磨球，再加入混合粉末总质量两倍的超纯水于球磨罐中，一起混料球磨48h。再将球磨完的浆料过200目筛子后烘干，最后取混合料放入坩埚中置于箱式炉中，在1200℃-1600℃的温度下煅烧合成，并保温时间12h。该方法合成锆酸镧时需要在1200-1600℃的高温下煅烧合成，不仅生产流程复杂，而且能耗大，成本高，并且此法得到的粉末微观混合不均匀，有成分偏析、微观组织不均匀和团聚严重等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、能耗低、得到的粉末混合均匀的利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法，包括如下步骤：制备锆酸镧前驱体粉末；将锆酸镧前驱体粉末加到高温能量球磨机的球磨罐中；按照球料比15：1-30:1向锆酸镧前驱体粉末中加入研磨球，密封球磨罐；将球磨罐放入高温能量球磨机炉膛中，将炉膛升温至500℃，保温2h；将炉膛抽真空处理并通入氩气气氛保护，启动球磨机，并将球磨机温度升到650℃-800℃，保温12-48h；关闭球磨机待炉膛冷却至室温，取出球磨罐，可得到粒度均匀的超细锆酸镧粉末。进一步地，所述锆酸镧前驱体粉末的制备方法包括如下步骤：将La2O3溶于盐酸配得La3+浓度为0.5mol/L的La3+溶液，ZrOCl2·8H2O溶于水配得Zr4+浓度为0.5mol/L的Zr4+溶液；将La3+溶液和Zr4+溶液混合，向混合溶液中滴加氨水产生沉淀，然后将固液体系在60℃的水浴温度下加热搅拌，并滴加氨水使体系的pH值恒定为10；加热搅拌25-40min后，对固液体系抽滤，将沉淀洗涤，直至洗涤液的pH＝7；将沉淀在110-130℃温度下干燥11-13h，然后研磨、过200目筛子得到锆酸镧前驱体粉末。本专利技术提供的一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法，采用加热煅烧和球磨在同一高温反应炉中同时进行的方法，由于球磨环境温度高，较短时间内锆酸镧前驱体粉末能够获得足够的能量，迅速分解并集积，并且球磨的力量和体系的外部升温同时进行，促进了锆酸镧前驱体颗粒对能量的吸收，可使反应体系的温度快速达到并超过合成锆酸镧的临界温度，加快了体系的反应速率，在短时间内可获得粒度细小的锆酸镧粉末，不仅简化了操作步骤，节省了反应时间，而且还减少了能量损耗，节约了成本。并且，适当的球磨细化了晶粒、增大了比表面积，从而改善了动力学条件，使得常规的高温固相合成法在1200-1600℃的高温条件下才会进行得更完全的反应，在650℃-800℃的较低温度下就能够实现，与常规所用的高温固相合成法相比，温度降低了450℃-850℃，从而进一步降低了能耗节约了成本。由于球磨的存在，减少了团聚现象的发生，使得粉末进一步细化且分散得更加均匀，使反应物和产物不断得到细化，获得了分散性好，微观混合均匀，晶粒度大，粒径小，微观组织均匀和无团聚现象的锆酸镧粉末。同时，本专利技术制得的锆酸镧粉末的热膨胀系数较高，与Y2O3部分稳定ZrO2材料(YSZ)的热膨胀系数非常相近，即与Ni基高温合金材料的热膨胀系数相近，适合用在Ni基高温合金表面。附图说明图1为本专利技术实施例提供的利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法制得的锆酸镧粉末的X射线衍射图谱；图3为本专利技术实施例提供的利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法制得的锆酸镧粉末的粒度图。具体实施方式参见图1，本专利技术实施例提供的一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法，包括如下步骤：步骤1制备锆酸镧前驱体粉末：将La2O3溶于盐酸配得La3+浓度为0.5mol/L的La3+溶液，ZrOCl2·8H2O溶于水配得Zr4+浓度为0.5mol/L的Zr4+溶液；然后将La3+溶液和Zr4+溶液混合并在恒温磁力搅拌器中进行搅拌，向混合溶液中逐滴加入沉淀剂如氨水，立即产生白色、浅紫色或浅黄色絮状沉淀，再将产生沉淀后的固液体系在60℃的水浴温度下加热搅拌，并滴加氨水使体系的pH值恒定为10；25-40min后，对固液体系抽滤，将沉淀不断用蒸馏水反复洗涤，直至洗涤液的pH＝7；最后将得到的沉淀滤饼装入培养皿中在110-130℃温度下干燥11-13h，再研磨、过200目筛子即可得到锆酸镧前驱体粉末。该过程中发生的化学反应如下：Zr4+(aq)+4OH-＝Zr(OH)4(s)。步骤2将锆酸镧前驱体粉末加到高温能量球磨机的球磨罐中；步骤3按照球料比15：1-30:1向锆酸镧前驱体粉末中加入不锈钢或氧化锆研磨球，盖上盖子，并密封球磨罐；步骤4将球磨罐放入高温能量球磨机炉膛中，将炉膛升温至500℃，保温2h；步骤5将炉膛抽真空处理并通入氩气气氛保护，启动球磨机，调整球磨机转速，并同时将球磨机温度升到650℃-800℃，保温12-48h；步骤6关闭球磨机待炉膛冷却至室温，取出球磨罐，可得到粒度均匀的超细锆酸镧粉末。参见图2和图3，本专利技术实施例提供的利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法，制得的锆酸镧粉末不仅分散性好，微观混合均匀，晶粒度大，粒径小，微观组织均匀和无团聚现象，而且制得的锆酸镧粉末的热膨胀系数较高，与Y2O3部分稳定ZrO2材料(YSZ)的热膨胀系数非常相近，适合用在Ni基高温合金材料表面。下面通过具体实施例对本专利技术提供的一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法做具体说明。实施例1超细La2Zr2O7粉末的制备工艺，包括如下步骤：(1)将La2O3溶于盐酸，ZrOCl2·8H2O溶于水，分别配制成阳离子La3+和Zr4+浓度均为0.5mol/L的溶液，在恒温磁力搅拌器中混合搅拌，并向混合液中滴加氨水反应生成絮状沉淀，然后将水浴温度调至60℃后不断搅拌，同时滴加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法，其特征在于，包括如下步骤：制备锆酸镧前驱体粉末；将锆酸镧前驱体粉末加到高温能量球磨机的球磨罐中；按照球料比15：1‑30:1向锆酸镧前驱体粉末中加入研磨球，密封球磨罐；将球磨罐放入高温能量球磨机炉膛中，将炉膛升温至500℃，保温2h；将炉膛抽真空处理并通入氩气气氛保护，启动球磨机，并将球磨机温度升到650℃‑800℃，保温12‑48h；关闭球磨机待炉膛冷却至室温，取出球磨罐，可得到粒度均匀的超细锆酸镧粉末。

【技术特征摘要】
1.一种利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方法，其特征在于，包括如下步骤：制备锆酸镧前驱体粉末；将锆酸镧前驱体粉末加到高温能量球磨机的球磨罐中；按照球料比15：1-30:1向锆酸镧前驱体粉末中加入研磨球，密封球磨罐；将球磨罐放入高温能量球磨机炉膛中，将炉膛升温至500℃，保温2h；将炉膛抽真空处理并通入氩气气氛保护，启动球磨机，并将球磨机温度升到650℃-800℃，保温12-48h；关闭球磨机待炉膛冷却至室温，取出球磨罐，可得到粒度均匀的超细锆酸镧粉末。2.根据权利要求1所述的利用高温机械力化学法制备锆酸镧粉末的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建设，李斌川，肖旭，张俊浩，刘昱辰，刘奎仁，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21