烧结助剂的均匀分散方法及该烧结助剂在此方法中的运用技术

本发明专利技术属于介电材料技术领域，公开了烧结助剂的均匀分散方法，包括将Ba(NO3)2溶液与陶瓷粉体混合，并向混合后的Ba(NO3)2溶液中加入碱性沉淀剂溶液，使其发生沉淀反应，反应生成的Ba盐沉淀物直接附着在陶瓷粉体表面；然后，将陶瓷粉体与Ba盐沉淀物同时进行离心分离，使其与溶液分离，直到所有固体物质集中于离心管的下部；最后对固体物质进行干燥，实现Ba盐沉淀物在陶瓷粉体中的均匀分布。本发明专利技术还公开了Ba含量为0.001～0.005mol％的烧结助剂的运用。本发明专利技术方法可均匀添加烧结助剂，在起到助烧作用的同时，减小烧结助剂在陶瓷粉体中的残留，有效避免对陶瓷粉体性能产生的不良影响。

Uniform Dispersion Method of Sintering Auxiliaries and Application of Sintering Auxiliaries in this Method

The invention belongs to the technical field of dielectric materials, and discloses a uniform dispersion method of sintering additives, including mixing Ba(NO3)2 solution with ceramic powder and adding alkaline precipitator solution to the mixed Ba(NO3)2 solution to make the precipitation reaction occur, and the Ba salt precipitate formed by reaction is directly attached to the surface of ceramic powder; then, the ceramic powder and the Ba salt precipitate are separated simultaneously. The centrifuge is separated from the solution until all solid substances are concentrated in the lower part of the centrifugal tube. Finally, the solid substances are dried to achieve the uniform distribution of Ba salt precipitates in ceramic powders. The invention also discloses the application of sintering additives with Ba content of 0.001-0.005 mol%. The method of the invention can add sintering additives evenly, play the role of sintering aids, reduce the residue of sintering additives in ceramic powder, and effectively avoid adverse effects on the performance of ceramic powder.

【技术实现步骤摘要】
烧结助剂的均匀分散方法及该烧结助剂在此方法中的运用
本专利技术属于介电材料
，涉及一种烧结助剂，特别是烧结助剂的均匀分散方法及该烧结助剂在此方法中的运用，公开了对烧结助剂含量的限制及将其添加到掺杂氧化铈中的方法。
技术介绍
掺杂氧化铈是一类固体电解质材料，应用于燃料电池等领域，其代表包括钐掺杂氧化铈和钆掺杂氧化铈等。掺杂氧化铈的烧结性能较差，为了降低其烧结温度，在较低温度得到高的烧结密度，常可在其中添加烧结助剂。一般使用的烧结助剂为CuO、CoO、Li2O等(JournalofPowerSources.(2006)162(1):480-485.)(CeramicsInternational.(2016)42(9):11170-11176.)。通常技术中将上述烧结助剂添加到掺杂氧化铈中的方法一般是先将烧结助剂的硝酸盐化合物溶解于水或乙醇中，再与掺杂氧化铈粉体混合，加热干燥，烧结助剂的硝酸盐化合物由水或乙醇中结晶出来，并在后续加热烧结中分解为氧化物形态。由于溶液蒸发干燥过程中硝酸盐化合物会随溶液的减少而富集在样品底部，所以其在掺杂氧化铈中的分布是不均匀的，从而容易导致各区域的烧结速度不同步，最终得到的样品不均匀。另一方面，传统的烧结助剂一般利用液相烧结机制，即烧结助剂在较低温度即可以熔化，形成液相，帮助难熔化的陶瓷颗粒实现物质传输，可以在较低温度烧结。也正因此，烧结助剂的用量需要形成足够体积的液相，导致其用量一般在1～5mol％的范围为主。而加入过多的烧结助剂将残留于烧结产品中，会对材料的性能如电导率带来影响。如当使用CuO、CoO等过渡金属氧化物为烧结助剂时，烧结后其组份停留在掺杂氧化铈中，由于烧结助剂含量高，应用于燃料电池时，会对电池性能带来降低电池电压等不利影响。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种烧结助剂的均匀分散方法及该烧结助剂在此方法中的运用，用来解决现有的烧结助剂添加方法导致其添加不均匀的问题，同时解决采用现有的烧结助剂添加方法相应地带来的烧结助剂添加过量，导致其残留于烧结产品中，并对材料的性能产生影响的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提出了如下技术方案。烧结助剂的均匀分散方法，该方法包括以下步骤：首先，将Ba(NO3)2溶液与陶瓷粉体混合，接着向混合后的Ba(NO3)2溶液中加入碱性沉淀剂溶液，使其发生沉淀反应，所述陶瓷粉体处于反应现场，反应生成的Ba盐沉淀物直接附着在陶瓷粉体表面；然后，将所述陶瓷粉体与所述Ba盐沉淀物同时进行离心分离，使其与溶液分离，直到所有固体物质集中于离心管的下部；最后，对固体物质进行干燥，可以实现Ba盐沉淀物在陶瓷粉体中的均匀分布。进一步地，所述Ba(NO3)2溶液中Ba元素相对陶瓷粉体的含量为0.001～0.005mol％。进一步地，所述碱性沉淀剂溶液为碳酸或有机酸的铵盐溶液。进一步地，所述碱性沉淀剂溶液为(NH4)2CO3溶液、(NH4)2C2O4溶液或(NH4)3C6H5O7溶液。进一步地，所述离心分离时离心机在5000转/分钟的速率下离心分离至少10分钟。进一步地，该方法包括以下步骤：(1)取1mol掺杂氧化铈Ce0.8Sm0.2O1.9粉体为烧结实验样品；(2)取0.00001～0.00005mol的Ba(NO3)2为烧结助剂，充分溶于500ml去离子水中；(3)将上述(1)中Ce0.8Sm0.2O1.9粉体与(2)中Ba(NO3)2溶液混合；(4)取5g重量的(NH4)2CO3，充分溶解于100ml去离子水中；(5)将上述(4)中(NH4)2CO3溶液加入到(3)中混合体系中，使Ba离子与碳酸根反应生成沉淀；(6)上述(5)中混合体系采用离心机在5000转/分钟的速率下离心分离至少10分钟，之后将上层溶液倒出舍弃，粉体取出烘干；(7)上述(6)中粉体在600℃加热至少1小时，使其中的Ba盐沉淀物分解为BaO：(8)上述(7)中粉体经研磨分散，压片成型，在高温炉中1300℃烧结5小时，得到致密的样品。进一步地，本专利技术还提出了烧结助剂在上述烧结助剂的均匀分散方法中的运用，所述烧结助剂中Ba元素在陶瓷粉体中的相对含量为0.001～0.005mol％。进一步地，所述烧结助剂BaO或Ba(NO3)2。本专利技术中对沉淀剂溶液的基本要求是其中的阴离子可以和Ba离子生成沉淀，且沉淀剂的组分可以在高温下分解烧除，最终留下的是BaO。因此，沉淀剂溶液一般是碳酸或有机酸的铵盐，且不含有Na、S、Cl等不容易高温烧除的元素。本专利技术中的碱性沉淀剂溶液为碳酸铵(NH4)2CO3、草酸铵(NH4)2C2O4或柠檬酸铵(NH4)3C6H5O7。本专利技术中Ba元素用量少，如果在陶瓷粉体中分散不均匀，在Ba含量高的区域陶瓷粉体的烧结得以提速，在Ba含量低的区域陶瓷粉体仍表现为低密度的疏松结构，最终会阻碍陶瓷体的整体致密化进程。反之，如果Ba元素在陶瓷粉体中分散均匀，各区域烧结速度同步提升，最终会得到均匀致密的样品。本专利技术与现有技术相比产生如下有益效果。(1)相比较传统的烧结助剂的用量，本专利技术方法中采用的烧结助剂Ba含量仅为0.001～0.005mol％，其低于传统方法的用量至少两个数量级，在起到助烧作用的同时，减小烧结助剂在掺杂氧化铈中的残留，有效避免对掺杂氧化铈性能带来的其它负面影响。(2)本专利技术方法采用沉淀反应结合离心分离的方法，将烧结助剂Ba均匀分散在掺杂氧化铈体系内，各区域烧结速度同步提升，最终会得到均匀致密的样品。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1以钐掺杂氧化铈Ce0.8Sm0.2O1.9为例，取1mol的Ce0.8Sm0.2O1.9粉体为烧结实验样品，通过计算，Ce0.8Sm0.2O1.9粉体质量为172.56g。此粉体在不添加烧结助剂时的烧结性能为：在1300℃烧结5小时后，相对致密度达92％。为了突出本专利技术的有益效果，使用本专利技术提出的技术方案做如下操作。(1)取1mol的Ce0.8Sm0.2O1.9粉体为烧结实验样品，通过计算，Ce0.8Sm0.2O1.9粉体质量为172.56g。(2)取0.00001mol，质量为2.6mg的Ba(NO3)2为烧结助剂，溶于500ml去离子水中。(3)将上述(1)中的Ce0.8Sm0.2O1.9粉体与(2)中的Ba(NO3)2溶液混合。(4)取5g重量的(NH4)2CO3，溶解于100ml去离子水中。(5)将上述(4)中(NH4)2CO3溶液加入到(3)中混合体系中，使Ba离子与碳酸根反应生成沉淀，附着于Ce0.8Sm0.2O1.9表面或分散于Ce0.8Sm0.2O1.9粉体中间。此过程中，上述(2)溶液中的Ba离子将由溶液相转变为固相颗粒，均匀分散于整个体系中。(6)上述(5)中混合体系采用离心机在5000转/分钟的速率下离心分离10分钟。此步骤中，含Ba离子的颗粒随Ce0.8Sm0.2O1.9粉体一起被离心分离，与多余的液相分开。粉体将集中于离心管下部，将上层溶液倒出舍弃，粉体取出烘干。(7)将上述(6)中的粉体在600℃加热1小时，其中的Ba盐沉淀物将分解为BaO。(8)上述(7)中粉体经研磨分散后，压片成型，在高温炉中1300℃烧结5小时，得到致密的样品，相对致密度达96％。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.烧结助剂的均匀分散方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先，将Ba(NO3)2溶液与陶瓷粉体混合，接着向混合后的Ba(NO3)2溶液中加入碱性沉淀剂溶液，使其发生沉淀反应，所述陶瓷粉体处于反应现场，反应生成的Ba盐沉淀物直接附着在陶瓷粉体表面；然后，将所述陶瓷粉体与所述Ba盐沉淀物同时进行离心分离，使其与溶液分离，直到所有固体物质集中于离心管的下部；最后，对固体物质进行干燥，可以实现Ba盐沉淀物在陶瓷粉体中的均匀分布。

【技术特征摘要】
1.烧结助剂的均匀分散方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先，将Ba(NO3)2溶液与陶瓷粉体混合，接着向混合后的Ba(NO3)2溶液中加入碱性沉淀剂溶液，使其发生沉淀反应，所述陶瓷粉体处于反应现场，反应生成的Ba盐沉淀物直接附着在陶瓷粉体表面；然后，将所述陶瓷粉体与所述Ba盐沉淀物同时进行离心分离，使其与溶液分离，直到所有固体物质集中于离心管的下部；最后，对固体物质进行干燥，可以实现Ba盐沉淀物在陶瓷粉体中的均匀分布。2.如权利要求1所述的烧结助剂的均匀分散方法，其特征在于，所述Ba(NO3)2溶液中Ba元素相对陶瓷粉体的含量为0.001～0.005mol％。3.如权利要求1所述的烧结助剂的均匀分散方法，其特征在于，所述碱性沉淀剂溶液为碳酸或有机酸的铵盐溶液。4.如权利要求3所述的烧结助剂的均匀分散方法，其特征在于，所述碱性沉淀剂溶液为(NH4)2CO3溶液、(NH4)2C2O4溶液或(NH4)3C6H5O7溶液。5.如权利要求1所述的烧结助剂的均匀分散方法，其特征在于，所述离心分离时离心机在5000转/分钟的速率下离心分离至少10分钟。6.如权利要求1所述的烧结助剂的均匀分散方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海滨，李宝光，戴欢，李鹏，李阳，王鹏，闫真，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53