一种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法技术

本发明专利技术公开了属于无机固体材料合成技术领域的一种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法。本发明专利技术方法采用稀土硝酸盐、硝酸锆和少量助熔剂为原料，研磨混合，直接置于马弗炉中在一定温度下灼烧一段时间，经水洗、干燥后即可得到烧绿石型稀土锆酸盐，无需经过反复研磨-煅烧-压片或者水热、溶胶凝胶预处理等繁琐步骤，合成步骤简便、反应温度低、反应时间短、所得产物纯度及结晶度及化学稳定性均很高。该制备方法工艺简单、效率高、能耗低，制备的烧绿石型稀土锆酸盐纯度、结晶度、热稳定性均很高，易实现大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机固体材料合成
，具体涉及ー种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法。
技术介绍
烧绿石型稀土锆酸盐的晶体结构中存在大量阴离子空位、有序的阳离子排列、在其向萤石结构转变的过程中，整体结构不会坍塌，无需经过无定型过程。同时稀土元素具有独特的4f亚层电子结构及丰富的跃迁能级，大的原子磁矩、强的自旋-轨道耦合从而具有丰富而又独特的光、电、磁等性质。上述结构特点使得烧绿石型稀土锆酸盐具备导热系数低、热稳定性好、优良的离子导电性、高催化活性、对其他离子较大的包容量等优点，因而在热障涂层材料、高温燃料电池固体电解质、放射性核废料固化以及精细化工催化等领域具、有广泛而突出的应用前景。然而稀土锆酸盐是ー种难合成材料，文献报道的合成方法主要有以下几种I.无压烧结法，即传统的高温固相反应将稀土氧化物和氧化锆按一定比例混合，研磨，在高温下灼烧较长时间。如印度的S.J. Patwe等将Ce02、ZrO2和Gd2O3在900°C下灼烧10小时，将灼烧后的氧化物按一定计量比研磨混合并压片，在1200°C下灼烧36小时，冷却后研磨，重新压片，于1300 0C下灼烧36小时，再于1400 0C下灼烧48小时，整个过程加热和冷却速率控制在2°C/min。最终得到一系列组成为Gd2CexZr2 x07 (x = 0, 0.1，1.0，I. 9)的烧绿石型稀土错酸盐(參考文献S. J. Patwe, B. R. Ambekar, A. K. Tyagi,synthesis, characterization and lattice thermal expansion of some compounds inthe system Gd2CesZr2 x07，Journal of Alloys and Compounds 389 (2005) 243 - 246)。这种制备方法步骤繁琐，反应温度高，时间长，能耗高、效率低。2.高温高压合成 .唐敬友等以ZrO2和Gd2O3为原料，按1:2 (摩尔比)的比例混合，置于五水こ醇中研磨4小时，将混合粉料经约25 MPa压カ干压成圆片生坯，将其在红外烘箱中烘干后，放入高压烧结样品的组装腔体中，在合成过程中升温和加压同时进行，在5. 2GPa的压カ和1600°C下反应5分钟合成了单相烧绿石结构的Gd2Zr2O7,该法合成时间短，效率高(參考文献唐敬友，陈晓谋，潘社奇，牟涛，贺端威，立方烧绿石Gd2Zr2O7的高温高压合成，原子能科学技术，Vol. 44，No. 4，394-399。)。但是该法所需压カ为5万大气压，1600°C,条件非常极端，对反应设备要求非常苛刻，反应过程中有爆炸的危险，难以实现エ业化应用。3.共沉淀法徐强等将Gd (NO3) 3和ZrOCl2 SH2O分别溶于去离子水后并混合，将此溶液逐滴加入到剧烈搅拌的过量氨水中，得前驱体，经过真空抽滤、洗涤、干燥，在一定温度下灼烧，将制得的粉体采用钢模在IOOMPa压カ下压制成坯，在1550°C下烧结20小时制得烧绿石Gd2Zr2O7陶瓷(參考文献徐强，潘伟，王敬栋，万春磊，齐龙浩，苗赫濯，焦绿石型Ln2Zr2O7陶瓷的研究进展，稀有金属材料与工程2005年，増刊第I期)，该法同样存在步骤繁琐、能耗高、效率低等缺点。4.溶胶-凝胶法Jung Min Sohn等采用溶胶凝胶法制备了一系列烧绿石型Ln2Zr2O7 (Ln= Sm, Eu, Gd, Tb)。具体合成步骤如下将一定量的异丙醇错和硝酸稀土分别溶于异丙醇中，将后者缓慢滴加至前者中形成胶体，并在80°C下老化24小时，然后在SO0C下用旋转蒸发仪干燥，将此粉末转移至马弗炉中以2°C/min的速率升温至1200 0C,并在此温度下保温 2 小时(參考文献Jung Min Sohn, Myoung Rae Kim, Seong Ihl Woo, Thecatalytic activity and surface cnaracterization of Ln2B2O7 (Ln = bm, Eu, Gd andTb; B = Ti or Zr)with pyrochlore structure as novel CH4 combustion catalyst,Catalysis Today 83 (2003) 289 - 297)。该法也存在步骤繁琐、能耗高、效率低等缺点。因此，探索高效、节能、简便的稀土锆酸盐合成方法将有力促进其在热障涂层材料、高温固体电解质、放射性核废料固化及催化等领域的应用研究进展。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供。，该制备方法包括以下步骤(I)将原料稀土硝酸盐、硝酸锆或硝酸氧锆和助熔剂按一定配比置于研钵中充分研磨或于球磨机中球磨均匀，然后将所得粉末转移至坩埚中；(2)将步骤(I)中装有粉末的坩埚置于马弗炉中，以l°C/min 30 °C/min的升温速率升温至60(Tl600 °C，保温f 60小吋，随炉冷却至室温；(3)将步骤(2)所得粉末用去离子水洗涤，供干，得产物。所述稀土硝酸盐化学式为Ln(NO3)3 xH20，其中X = 0 9 ;Ln为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钦、铒、铥、镱、镥、钪、钇中的ー种或ー种以上。步骤(I)中所述助熔剂为NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、NaF、KF、MgF2 或 CaF2。步骤(I)中稀土硝酸盐与硝酸锆或硝酸氧锆的投料比为稀土硝酸盐中的Ln与锆的摩尔比为1:3 3:1。步骤(I)中助熔剂的用量占总原料质量的(T30%。本专利技术的有益效果为采用稀土硝酸盐、硝酸锆和少量助熔剂为原料，研磨混合，直接置于马弗炉中在一定温度下灼烧一段时间，经水洗、干燥后即可得到烧绿石型稀土锆酸盐，无需经过反复研磨-煅烧-压片或者水热、溶胶凝胶预处理等繁琐步骤，合成步骤简便、反应温度低、反应时间短、所得产物纯度及结晶度及化学稳定性均很高。本专利技术方法制备的烧绿石型稀土锆酸盐的结构弹性较大，在较宽的原料和温度范围内，均可得到结晶良好的单相产物，所以非常容易实现规模化生产。附图说明图I为合成产物烧绿石型Gd2Zr2O7的粉末X射线衍射图。图2为合成产物烧绿石型Gd2Zr2O7的粉末X射线衍射图。 图3为合成产物烧绿石型Y2Zr2O7的粉末X射线衍射图。图4为合成产物烧绿石型GduSma8Zr2O7的粉末X射线衍射图。图5为合成产物烧绿石型Lu4Zr5O16的粉末X射线衍射图图6为合成产物烧绿石型Er6Zr5O19的粉末X射线衍射图。具体实施例方式实施例I称取Zr (NO3) 4. 5H20 2. 15g (0. 005mol)、Gd (NO3) 3. 6H20 2. 26g (0. 005mol)，放入研钵中充分研磨，使其混合均匀，转移至石英坩埚中，放入马弗炉中，从室温经过130min升至1200°C，并保持10小时；待其自然冷却后，取出，产物为白色絮状固体，将其放入水中浸泡15min，之后洗涤过滤，烘干，所得产物(Gd2Zr2O7)的粉末X射线衍射图如图I所示。实施例2 称取Zr(NO3)4. 5H20 2. 15g (0. 005mol)、Gd (NO3) 3. 6H20 2. 26g (0. 0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：（1）将原料稀土硝酸盐、硝酸锆或硝酸氧锆和助熔剂按一定配比置于研钵中充分研磨或于球磨机中球磨均匀，然后将所得粉末转移至坩埚中；？（2）将步骤（1）中装有粉末的坩埚置于马弗炉中，以1oC/min？~？30？oC/min的升温速率升温至600~1600？oC，保温1~60小时，随炉冷却至室温；（3）将步骤（2）所得粉末用去离子水洗涤，烘干，得产物。

【技术特征摘要】
1.一种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法，其特征在干，该制备方法包括以下步骤 (1)将原料稀土硝酸盐、硝酸锆或硝酸氧锆和助熔剂按一定配比置于研钵中充分研磨或于球磨机中球磨均匀，然后将所得粉末转移至坩埚中； (2)将步骤(I)中装有粉末的坩埚置于马弗炉中，以l°C/min 30°C/min的升温速率升温至60(Tl600 0C,保温f 60小吋，随炉冷却至室温； (3)将步骤(2)所得粉末用去离子水洗涤，供干，得产物。2.根据权利要求I所述的ー种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法，其特征在于，所述稀土硝酸盐化学式为Ln(NO3)3 xH20,其中x = (T...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林艳，赵培柱，蔡妍，徐晓庆，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：