一種Gd₂Zr₂O₇納米粉體的製備方法

2023-06-11 01:26:21

專利名稱：一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種稀土鋯酸鹽材料製備方法，特別是涉及一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法。即能用於核廢物固化處理和高溫熱障塗層的稀土鋯酸鹽材料製備方法。
背景技術：
燒綠石型Gd2Zr2O7具有獨特的晶體結構和優良的物理化學性能，被廣泛用於核技術和熱障塗層等高科技領域。Gd2Zr2O7具有高的輻照穩定性，特別是抗重離子的輻照能力，並且具有良好的化學穩定性。熱障塗層材料要求具有低熱導率、高熔點、高化學穩定性，與金屬基體相匹配的熱膨脹係數以及良好的抗燒結性能。目前廣泛應用的熱障塗層材料主要是氧化釔穩定氧化鋯(縮寫為YSZ)。該材料具有較低的熱導率，但是YSZ在1200°C下長時間循環使用過程中會發生相變，伴隨有體積變化，導致塗層的使用壽命降低，同時，在使用過程中YSZ存在嚴重燒結現象，使熱導率增大，隔熱效率降低。相比於YSZ，稀土 Gd2Zr2O7材 料的熱導率更低、高熔點、較高的熱膨脹係數以及高的化學穩定性和高溫無相變，而且更抗燒結，在熱循環條件下晶粒不易長大。該稀土 Gd2Zr2O7陶瓷在高溫熱障塗層及核技術領域有廣泛的應用前景。要提高陶瓷燒結體的性能，採用優良的陶瓷粉體非常重要。燒結用陶瓷粉體顆粒需具備粒度均勻、球形等特點，另外超細粉體可以提高燒結活性，降低燒結溫度。製備納米粉體的方法有很多種，主要包括固相反應法、共沉澱法、溶膠-凝膠以及水熱法等。固相反應法製備Gd2Zr2O7納米粉體存在晶粒尺寸分布不均勻的情況。共沉澱法，由於各種離子完全沉澱的條件不同，很難同時沉澱，就很容易造成激活劑摻雜不均勻。工業上一般採用固相法製備陶瓷粉體，方法雖然簡單易行，但對於多組分材料體系，容易造成組分分布不均勻，而且存在合成溫度較高等問題。固相法製備Gd2Zr2O7納米粉體的溫度一般需在1600°C以上。水熱法，合成溫度較低，晶粒尺寸較小、分散性及均勻性好。Gd2Zr2O7粉體的製備文獻報導固相反應法和共沉澱法較多，水熱法製備Gd2Zr2O7粉體材料有關文獻報 道較少。

發明內容
本發明的目的在於提供一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，即一種水熱法製備Gd2Zr2O7納米粉體的方法。採用氨水為礦化劑，合成納米Gd2Zr2O7粉體。該方法工藝簡單，可以在較低的溫度下製備，所得Gd2Zr2O7粉體粒徑小，分布均勻，基本呈球狀。本發明採用的技術方案是
一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟
(1)用稀硝酸溶解氧化釓獲得含有Gd3+的溶液，用去離子水溶解可溶性鋯鹽得到含Zr4+的溶液，所述兩種溶液的濃度為O. 0Γ0. lmol/L ；
(2)將步驟(I)所得的兩種溶液混合，製備成混合溶液；
(3)向步驟(2)所得的混合溶液中滴加礦化劑，滴加完成後，控制溶液pH值在8 14，繼續攪拌O. 5^2小時；(4)將步驟(3)所得的溶液放入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中加熱；
(5)將步驟(4)所得的沉澱物用去離子水和無水乙醇洗滌；
(6 )將步驟(5 )所得的沉澱物乾燥。所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其所述的稀土鋯酸鹽材料包括純度為99. 9wt%的稀土氧化物粉末和純度為99. 9%的鋯鹽，其摩爾比為1:2。所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其步驟(4)所述的加熱溫度為1800C 230°C，保溫時間為24h 72h ;步驟(6)所述的乾燥溫度控制在80_120°C。所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其所述的氨水為礦化劑；體積比為1:2-8的水與乙醇的混合溶液為溶劑。所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其所述的粉體進一步煅燒的溫度範圍 控制在500-1000°C之間。本發明的有益效果
本發明所採用的原料簡單易得，操作簡便，原料損失少，製備周期短。在製備過程中，通過控制原料的配比，調節初始溶液的濃度，調節PH值，不同溫度，以及在不同反應時間下反應來控制產品的晶型、形貌以及尺寸。前驅體在較低溫度(220°C)下保溫48h，進一步煅燒得到了尺寸在20-90nm左右的Gd2Zr2O7納米粉體，形貌基本為球形，分散性較好。該Gd2Zr2O7納米粉體製備方法在實際應用中有廣闊的前景。


圖I為樣品的XRD衍射 圖2為得到的Gd2Zr2O7粉體在1000°C煅燒後的SEM圖。注本發明的圖I一圖2為產物狀態的分析示意圖或照片，圖中文字或影像不清晰並不影響對本發明技術方案的理解。
具體實施例方式下面結合具體實例對本發明進一步說明。本發明原料氧化物Gd2O3純度為99. 9%，ZrOCl2 · 8H20純度為99. 9%，氨水、濃硝酸等均為分析純試劑，蒸餾水為二次水。以上試劑均沒有經過純化處理。製備過程將濃硝酸稀釋，稀土氧化物Gd2O3在稀硝酸中溶解，配成濃度為O. 01-0. lmol/L的Gd(NO3)3溶液。按稀土離子GcT摩爾數Zr4+離子總摩爾數=1 1的比例，將ZrOCl2 · 8H20溶於去離子水，混合以上兩溶液，並用氨水調節體系PH到一定值(pH=8-14)，不斷攪拌所述溶液，然後將所得溶液放入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在180-230°C加熱 24-72h，得到納米 Gd2Zr2O7 粉體。實施例I :
在室溫條件下，按照可製得Gd2Zr2O7共O. 5g稱取原料，用去離子水將濃硝酸稀釋，使稀硝酸溶解三氧化二釓，攪拌使其溶解，得到含有Gd3+的溶液,在用去離子水溶解可溶性的鋯鹽得到含有Zr4+的溶液，在磁力攪拌下不斷將兩種溶液混合，製成含有Gd3+和Zr4+的混合溶液，在持續攪拌的條件下，用氨水調節體系的PH值為12，得到類似溶膠的白色沉澱，繼續攪拌lh，最後，混合物被轉入聚四氟乙烯內襯高壓反應釜中，填充度為80%，進行水熱反應在220°C恆溫保持48h，自然冷卻至室溫，水熱產物經過濾，去離子水洗滌3次，去除Cl—離子，再用無水乙醇洗滌3次，將過濾後的沉澱物放入乾燥箱中於80°C乾燥24h得到Gd2Zr2O7粉體。採用日本理學(Rigaku) D/MAX-RB型X射線衍射儀及HITACHI S-3400N型掃描電鏡對樣品進行分析，結果表明，粉體結構為立方相的燒綠石結構氧化物如圖I，形貌基本為球形，粒徑約70nm,如圖2所示。實施例2:
其他條件如實施例1，改變體系的pH值為12. 5。實施例3: 其他條件如實施例1，改變體系的PH值為13。
權利要求
1.一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟 用稀硝酸溶解氧化釓獲得含有Gd3+的溶液，用去離子水溶解可溶性鋯鹽得到含Zr4+的溶液，所述兩種溶液的濃度為O. 0Γ0. lmol/L ； 將步驟(I)所得的兩種溶液混合，製備成混合溶液； 向步驟(2)所得的混合溶液中滴加礦化劑，滴加完成後，控制溶液pH值在8 14，繼續攪拌O. 5^2小時； 將步驟(3)所得的溶液放入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中加熱； 將步驟(4)所得的沉澱物用去離子水和無水乙醇洗滌； (6 )將步驟(5 )所得的沉澱物乾燥。
2.根據權利要求I所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其特徵在於，所述的稀土鋯酸鹽材料包括純度為99. 9wt%的稀土氧化物粉末和純度為99. 9%的鋯鹽，其摩爾比為1:2。
3.根據權利要求I所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其特徵在於，步驟(4)所述的加熱溫度為180°C 230°C，保溫時間為24tT72h ;步驟(6)所述的乾燥溫度控制在80-120°C。
4.根據權利要求I所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其特徵在於，所述的氨水為礦化劑；體積比為1:2-8的水與乙醇的混合溶液為溶劑。
5.根據權利要求I所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，其特徵在於，所述的粉體進一步煅燒的溫度範圍控制在500-1000°C之間。
全文摘要
一種Gd2Zr2O7納米粉體的製備方法，涉及一種稀土鋯酸鹽材料製備方法。將濃硝酸稀釋，稀土氧化物Gd2O3在稀硝酸中溶解，配成Gd(NO3)3溶液。按稀土離子Gd3+摩爾數Zr4+離子總摩爾數=11的比例，將ZrOCl2·8H2O溶於去離子水，混合以上兩溶液，並用氨水調節體系pH，不斷攪拌所述溶液，然後將所得溶液放入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，得到納米Gd2Zr2O7粉體。本發明所提供的合成方法與目前使用的固相反應法、化學共沉澱法相比，其合成溫度較低，減少了因煅燒引起的粉體的團聚。這種製備Gd2Zr2O7粉體的方法簡單易行，成本低廉，在核廢料固化處理及高溫塗層領域有廣泛的應用前景。
文檔編號C01G25/00GK102718258SQ20111041172
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者張倩, 李 權, 趙翔, 陳響, 馬偉民, 馬雷 申請人:瀋陽化工大學