一種亞微米級氧化釔及其製備方法

2023-05-13 08:59:46

專利名稱：一種亞微米級氧化釔及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種亞微米級氧化釔產品及其製備方法，屬於具有特殊物理性質的稀 土氧化物粉體材料的製備技術領域。
背景技術：
氧化釔是一種重要的稀土氧化物。具有稀土元素獨特的電子層結構、高電價、極化 力強、電子能級和譜線的多樣性、化學性質活潑等優良特性，使得氧化釔有著廣闊的應用前 景。氧化釔粉末是一種重要的陶瓷原料，屬立方晶系，具有優良的耐熱耐腐蝕和高溫穩定 性，熔點大於M00°c，介電常數為12-20等優質特性。氧化釔粉末可製成透明性優良的多晶 陶瓷材料，這種陶瓷在紅外和遠紅外區具有較高的直線透過率，並且具有一般陶瓷不具備 的高順磁性和螢光性質等，是一種優良的高溫紅外材料和電子材料，可用於紅外製導飛彈 的窗口和整流罩、天線罩、微波基板、紅外透鏡、紅外發生器管及其他高溫窗口等。同時它還 能顯著提高彩電的圖像質量，螢光燈的發光效率以及延長使用壽命等。作為一種功能材料，氧化釔粉末在航空、航天、原子能和高技術陶瓷領域得到了廣 泛的應用。這些材料的製備要求氧化釔原料不僅要高純度，細粒度還要有良好的燒結活性。 超細氧化釔粉末還可以彌散在合金中可得到超耐熱合金。因此，研究生產工藝簡單、生產成 本低、粒徑可控制，活性高的系列細粒度氧化釔的製備方法具有很高的應用價值。目前國內外製取超細氧化釔粉體的方法主要有1、固相法，將各種原料充分混勻後在高溫下煅燒得到氧化物，特點是操作簡單，成 本低，但產品純度低，粒度分布不均勻，燒結活性差，對設備要求較高。2、噴霧熱解法，利用噴霧設備將原料溶液在一定溫度下噴霧熱解而得到氧化物， 特點是從溶液到粉末一步完成，不經過過濾乾燥，燒結粉碎，粉體顆粒小分散好，不團聚，粒 徑可控，可連續生產，產量較大，但目前應用此法的並不多，主要是儀器設備的成本太高，對 原料要求較高，產品收集困難，且生成的超細粒子中有許多是空心的。3、溶膠一凝膠法，將陽離子先製成可溶性有機絡合物，再進一步加熱蒸發成溶膠， 凝膠，最後將凝膠烘乾，在較低溫度下煅燒得到氧化物，特點是反應中各組分的混合在分子 間進行，產物的粒徑小，均勻性高，反應過程易於控制；反應是在低溫下進行，避免了高溫相 的出現，因而產物的純度高，化學均勻性好，顆粒細小，粒徑分布窄，化學活性大；但是該法 成本高，周期長，產率低，凝膠變成幹超微粉比較困難，且易團聚，凝膠顆粒之間燒結性差， 產物乾燥時收縮大，煅燒時產生大量煙氣，不利於環保。4、微乳液法，是一種最新的製備納米材料的液相化學法。其優點在於粒子表面包 有一層表面活性劑，表面活性劑分子可對粒子表面進行修飾，並控制微粒的大小；實驗裝置 簡單，操作方便，製得的粒子分散性好、均勻性好、界面性和穩定性好。但由於製備時消耗的 表面活性劑以及溶劑的量很大，成本較高。5、沉澱法，是在含一種或多種陽離子的可溶性鹽溶液中加入沉澱劑(如0H_、C0廣、 C2O42-等)，或在一定溫度使鹽溶液發生水解，使得原料液中的離子形成沉澱物從溶液中析出，再經過濾、洗滌、乾燥、焙燒和熱分解，而得到所需氧化物或粉料的方法。沉澱法的優點 是精確控制化學組成，特別是容易製成多種成分均一的超微粉體；製成的超細粉體材料的 表面活性高、生產成本低、工藝簡單、對設備要求低，但是普通沉澱法製備的產品粒徑較大， 粒徑不易控制且分布不理想。

發明內容
本發明的目的是提供一種採用常用設備，以簡便的工藝過程控制產品粒徑，生產 低成本、易於工業化的亞微米級氧化釔產品及其製備方法。本發明製得的氧化釔粉體，具有亞微米級粒度0. Ium < D50 < 1. Oum, D90 ( 1. Oum，粒度分布係數Q彡0. 20，顆粒形貌為均勻四方體形或球形。本發明製備上述氧化釔採用的技術方案包括以下步驟(1)以草酸/草酸鹽複合沉澱劑溶液作為底液，控制反應條件，將硝酸釔和/或氯 化釔溶液加入底液中，得到沉澱漿液；(2)加料完畢，調節沉澱漿液的pH值；(3)將沉澱漿液過濾、洗滌、乾燥、煅燒，得到均勻的亞微米級氧化釔粉體。本發明的優選方案之一是，步驟(1)中複合沉澱劑溶液為草酸與包括草酸銨、草 酸氫銨、草酸鈉、草酸氫鈉、草酸鉀、草酸氫鉀中的一種草酸鹽所配製而成的溶液，該複合沉 澱劑溶液濃度以草酸根總濃度計為0. 1 2. Omol/L，其中草酸摩爾數佔25% 75%，沉澱 劑用量按摩爾比為C2O42VY3+= (1.6 3.0)/1。草酸鹽的作用是與草酸形成緩衝溶液，使 游離草酸根離子處於一個適合反應的濃度範圍。同時用草酸根沉澱稀土離子也能很好地起 到去除非稀土雜質的作用。本發明的再一優選方案是，步驟(1)中加入分散劑PEG1500或PEG2000或PVA17 中的一種，其用量按重量體積比為分散劑/底液=(0. 1 10g)/100ml。加入分散劑更加有 利於減少沉澱顆粒的團聚現象。本發明的再一優選方案是，步驟(1)中硝酸釔和/或氯化釔溶液濃度為0.1 2.Omol/L。本發明的再一優選方案是，步驟(1)中所述底液溫度為10 90°C，並採用攪拌和 /或超聲波方式分散。本發明的再一優選方案是，步驟O)中所述的pH值為2. 5 7. 0。本發明的再一優選方案是，步驟C3)中所述的沉澱漿液過濾前在溫度為10 90°C 陳化0. 5 4小時，同時保持攪拌和/或超聲波等分散條件，有利於減少顆粒團聚和晶型完 離
iF. ο本發明的再一優選方案是，步驟(3)中所述的煅燒溫度為700 1000°C。使沉澱 產物充分分解，得到亞微米級的氧化釔粉體。本發明具有以下優點1、工藝簡單易操作，對設備要求低，生產成本低，生產過程控制方便。2、工藝過程中沉澱分散性和過濾性能好，易於工業化生產。3、所製得亞微米級氧化釔產品，產品質量和性能穩定。


圖1是實施例1的產品電鏡掃描照片。圖2是實施例3的產品電鏡掃描照片。圖3是本發明工藝流程示意圖。
具體實施例方式對比例1稱取草酸121. 2g和5g PEG1500，加水溶解並配製成濃度為lmol/L的溶液，攪拌， 加入lmol/L的硝酸釔溶液480ml，然後用氨水調節pH值為3. 0，攪拌，將沉澱過濾，洗滌數 次後烘箱內105°C乾燥，在800°C馬弗爐內煅燒1小時，得氧化釔粉末53. Igo實施結果見附 表1。對比例2分別稱取草酸氫鈉155. Sg,加水溶解並製成濃度為0. 5mol/L的溶液，攪拌，加熱 至50°C，加入0. 5mol/L的氯化釔溶液960ml，然後用氨水調節pH值為5. 0，超聲波分散，陳 化lh，將沉澱過濾，洗滌數次後烘箱內105°C乾燥，在950°C馬弗爐內煅燒1小時，得氧化釔 粉末53.0g。實施結果見附表1。實施例1參見附圖3，分別稱取草酸72. 6g，草酸銨27. 3g和7. 7gPEG2000，加水溶解並製成 C2O42-濃度為0. lmol/L的溶液7680ml，超聲波分散，在底液10°C條件下，加入0. lmol/L的 硝酸釔溶液4800ml，然後用氨水調節pH值為2. 5，攪拌陳化4h，將沉澱過濾，洗滌數次後置 烘箱內105°C乾燥，再經700°C馬弗爐內煅燒1小時，得氧化釔粉末53. 3g。實施結果見附表 1和附圖1。實施例2參見附圖3，分別稱取草酸60. 8g，草酸氫銨60. 2g和9. 6gPVA17，加水溶解並製成 濃度為0. 5mol/L的溶液1920ml，攪拌，在底液20°C條件下，加入0. 5mol/L的氯化釔溶液 960ml，然後用氨水調節pH值為3. 0，攪拌陳化池，將沉澱過濾，洗滌數次後烘箱內105°C幹 燥，在800°C馬弗爐內煅燒1小時，得氧化釔粉末53. 3g。實施結果見附表1。
實施例3參見附圖3，分別稱取草酸72. 6g和草酸鈉58. 4g，加水溶解並製成濃度為2mol/L 的溶液480ml，攪拌及超聲波同時分散，在70°C條件下，加入2mol/L的硝酸釔溶液MOml， 然後用氨水調節PH值為5. 0，攪拌陳化lh，將沉澱過濾，洗滌數次後烘箱內105°C乾燥，在 850°C馬弗爐內煅燒1小時，得氧化釔粉末53. 5g。實施結果見附表1和附圖2。實施例4參見附圖3，分別稱取草酸75. 6g，草酸氫鈉78. Og和36gPVA17，加水溶解並製成濃 度為lmol/L的溶液1200ml，攪拌，在30°C條件下，加入lmol/L的氯化釔溶液480ml，然後用 氨水調節PH值為6. 0，攪拌陳化0.證，將沉澱過濾，洗滌數次後烘箱內105°C乾燥，在900°C 馬弗爐內煅燒1小時，得氧化釔粉末53. 4g。實施結果見附表1。實施例5參見附圖3，分別稱取草酸72. 6g，草酸鉀70. 7g和32gPEG2000，加水溶解並製成濃度為1. 5mol/L的溶液640ml，攪拌，在50°C條件下，加入1. 5mol/L相同濃度的氯化釔和硝 酸釔溶液各160ml，然後用氨水調節pH值為4. 5，攪拌陳化池，將沉澱過濾，洗滌數次後烘箱 內105°C乾燥，在1000°C馬弗爐內煅燒1小時，得氧化釔粉末53. 4g。實施結果見附表1。實施例6參見附圖3，分別稱取草酸45. 4g，草酸氫鉀157. 7g和72gPEG2000，加水溶解並制 成濃度為2mol/L的溶液720ml，攪拌，在90°C條件下，加入2mol/L的氯化釔溶液MOml，然 後用氨水調節PH值為7.0，將沉澱過濾，洗滌數次後烘箱內105°C乾燥，在900°C馬弗爐內煅 燒1小時，得氧化釔粉末53. 5g。實施結果見附表1。附表1對比例與實施例結果表
權利要求
1.一種亞微米級氧化釔，其特徵在於，其顆粒0. Ium < D50 < 1. Oum, D90 ( 1. Oum，粒 度分布係數20。
2.根據權利要求1所述的亞微米級氧化釔，其特徵在於，其顆粒形貌為四方體形或球形。
3.—種亞微米級氧化釔的製備方法，其特徵在於，步驟如下(1)以草酸/草酸鹽複合沉澱劑溶液作為底液，將硝酸釔和/或氯化釔溶液加入底液 中，得到沉澱漿液；(2)加料完畢，調節沉澱漿液的PH值；(3)將沉澱漿液經過濾、洗滌、乾燥、煅燒，得到均勻的亞微米級氧化釔。
4.根據權利要求3所述的製備亞微米級氧化釔的方法，其特徵在於，步驟(1)中所述復 合沉澱劑溶液為草酸與包括草酸銨、草酸氫銨、草酸鈉、草酸氫鈉、草酸鉀、草酸氫鉀中的一 種所配製而成的溶液，濃度以草酸根計為0. 1 2. Omol/L，其中草酸摩爾數佔25% 75%， 沉澱劑用量按摩爾比為C20427y3+ = 1. 6 3. 0/1。
5.根據權利要求3所述的製備亞微米級氧化釔的方法，其特徵在於，步驟(1)中加入分 散劑PEG1500或PEG2000或PVA17中的一種，其用量按重量體積比為分散劑/底液=0. 1 10g/100ml。
6.根據權利要求3所述的製備亞微米級氧化釔的方法，其特徵在於，步驟(1)中所述硝 酸釔和/或氯化釔的濃度為0. 1 2. Omol/L。
7.根據權利要求3所述的製備亞微米級氧化釔的方法，其特徵在於，步驟(1)中所述底 液溫度為10 90°C，並採用攪拌和/或超聲波方式分散。
8.根據權利要求3所述的製備亞微米級氧化釔的方法，其特徵在於，步驟( 中所述的 pH值為2. 5 7. 0。
9.根據權利要求3所述的製備亞微米級氧化釔的方法，其特徵在於，步驟C3)中所述的 沉澱漿液在攪拌和/或超聲波分散下以溫度為10 90°C陳化0. 5 4小時後再過濾。
10.根據權利要求3所述的製備亞微米級氧化釔的方法，其特徵在於，步驟(3)中所述 的煅燒溫度為700 1000°C。
全文摘要
一種亞微米級氧化釔及其製備方法，以草酸與包括草酸銨、草酸氫銨、草酸鈉、草酸氫鈉、草酸鉀、草酸氫鉀中的任意一種草酸鹽組成的複合沉澱劑，在一定反應條件下將硝酸釔和/或氯化釔溶液加入到底液中，調節沉澱漿液的pH值，過濾並洗滌沉澱數次後，乾燥，煅燒，得到亞微米級氧化釔。該氧化釔具有0.1μm＜D50＜1.0μm，D90≤1.0μm，粒度分布係數Q≤0.20，且顆粒形貌為四方體形或球形的物理性質。本發明工藝簡單易操作，對設備要求低，生產成本低，生產過程控制方便，工藝過程中沉澱分散性和過濾性能好，易於工業化生產，所製得產品質量穩定。
文檔編號C01F17/00GK102139908SQ20111010063
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者謝楠, 鍾亮, 陳紀光, 韓道俊, 龔斌 申請人:贛州虔東稀土集團股份有限公司