一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐RETaO4球形粉体的方法
阅读说明：本技术 一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐RETaO4球形粉体的方法 (Preparation of high-entropy rare earth tantalate RETaO by molten salt method4Method for preparing spherical powder ) 是由 冯晶 苏涛 汪俊 种晓宇 屈晨凯 王建坤 张陆洋 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐RETaO-(4)球形粉体的方法,其中RE为钇、铝及镧系稀土元素中的至少一种。该稀土钽酸盐球形粉末的制备方法为将RE-(2)O-(3)和Ta-(2)O-(5)等摩尔混合,与KCl和NaCl混合熔盐加入球磨机中进行球磨,球磨后的粉末经干燥,过筛,煅烧,冷却后清洗,过滤,二次干燥,过筛即得。该方法具有合成温度低、反应时间短、工艺简单、合成产物纯度高、球形率高、流动性好、粉体颗粒的晶型与形貌可控、无团聚,容易分散等优点。(The invention discloses a method for preparing high-entropy rare earth tantalate RETaO by a molten salt growth method 4 The method of spherical powder, wherein RE is at least one of yttrium, aluminum and lanthanide rare earth elements. The preparation method of the rare earth tantalate spherical powder comprises the following steps of 2 O 3 And Ta 2 O 5 Mixing the mixture with equimolar mixture, adding the mixture and KCl and NaCl mixed molten salt into a ball mill for ball milling, drying, sieving, calcining, cooling, cleaning, filtering, drying for the second time, and sieving to obtain the finished product. The method has the advantages of low synthesis temperature, short reaction time, simple process, high purity of synthesized products, high sphericity rate, good fluidity, controllable crystal form and morphology of powder particles, no agglomeration, easy dispersion and the like.)
1.1.1
技术领域
本发明涉及本发明属于陶瓷粉体制备技术领域，具体涉及一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐RETaO4球形粉体的方法。
1.1.2
背景技术
近年来，“高熵”已经成为材料研究领域的一个热门方向，即通过引入结构熵来开发具有优良性能的新材料。基于四种高熵效应：(1)热力学的高熵效应；(2)晶格畸变效应；(3)滞后扩散效应；(4)多主元元素的“混合效应”，表现出高强度、高韧性、耐腐蚀、耐磨、优异的热学和电学等优良性能，因此，“高熵”可以显著提高材料的综合性能。
高熵陶瓷因其具有高熔点、高硬度、高韧性、低导热系数和耐腐蚀等优点，在热障涂层 (TBCs)领域显示出巨大的发展潜力。Wang等利用高熵效应对RETaO4陶瓷的综合性能进行优化，系统研究了(5RE0.2)TaO4的相结构、铁弹性增韧机理、热学性能和力学性能，结果表明 (5RE0.2)TaO4在TBCs中具有很大的应用潜力。谭强等制备氧化钇稳定性氧化锆(YSZ)空心球粉体作为热障涂层材料，发现其综合性能得到一定程度上的改善。稀土钽酸盐热障涂层粉末的制备是TBCs制备过程中非常关键的一步，其质量直接影响涂层的性能。中国专利 CN109627000A公开了一种稀土钽/铌酸盐(RETa/NbO4)陶瓷粉体及其制备方法，但在煅烧过程中存在粉体纯度不高、合成温度高，离心式喷雾造粒过程中存在损耗等问题。
1.1.3
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐RETaO4球形粉体的方法，制备纯度高、球形率高、流动性好的稀土钽酸盐RETaO4球形粉体。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐RETaO4球形粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取原料和熔盐，以无水乙醇为介质，在球磨机中球磨均匀；
(2)将步骤(1)得到的产物干燥、过筛，然后加热煅烧；
(3)将步骤(2)得到的产物冷却，清洗；
(4)步骤(3)洗涤后的粉末经过滤、二次干燥、过筛后即得；
所述稀土钽酸盐RETaO4中，RE为钇、铝及镧系稀土元素中的至少一种。
所述原料为RE2O3和Ta2O5，所述RE2O3为Y2O3、Al2O3、La2O3、Ce2O3、Nd2O3、Pm2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3中的至少一种；
所述熔盐为KCl和NaCl的混合盐。
本发明中优选的，步骤(1)中原料RE2O3和Ta2O5的摩尔比为1：1，原料的纯度>99.99％，粒径在1～80μm。
本发明中优选的，步骤(1)中熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，KCl和NaCl的质量比为(1～5)：(1～2)，原料和熔盐的质量比为(1～2)：(1～7)。
本发明中进一步优选的，步骤(1)中熔盐KCl和NaCl的质量比优化为5：1，原料和熔盐的质量比优化为1：6。
本发明中优选的，步骤(1)中球磨的转速为350r/min，球磨时间为12h。
本发明中优选的，步骤(2)中所述干燥为90℃下干燥24h，所述过筛为过400目筛。
本发明中优选的，步骤(2)中所述煅烧的温度为600～1200℃，时间为4～8h，升温速率为5～10℃/分钟。
本发明中进一步优选的，步骤(2)中所述煅烧温度为800℃，时间为6h。
本发明中优选的，步骤(4)中所述干燥为90℃下干燥24h，所述过筛为先过100目筛再过400目筛。
2、由所述方法制备的高熵稀土钽酸盐RETaO4球形粉体。
本发明的有益效果在于：
1、采用熔盐法合成的稀土钽酸盐RETaO4球形粉体纯度高、合成温度低。
2、本发明的方法可以通过控制熔盐与原料的比例、熔盐成分、煅烧温度和煅烧时间来控制粉体的形貌和粒径，获得球形率高和流动性好的稀土钽酸盐RETaO4球形粉体。
3、本发明制备的稀土钽酸盐RETaO4球形粉体具有粒径均匀、性能优异、质量稳定、可控性强、适用于工业化生产等特点。
1.1.4
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实例1中熔盐法制备(Y0.2Ce0.2Sm0.2Gd0.2Dy0.2)TaO4的XRD图谱；
图2为实例1中熔盐法制备(Y0.2Ce0.2Sm0.2Gd0.2Dy0.2)TaO4的SEM图谱。
1.1.5
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例所述一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐(Y0.2Ce0.2Sm0.2Gd0.2Dy0.2)TaO4球形粉体的方法，具体包括以下步骤：
按1/5：1/5：1/5：1/5：1/5：1的摩尔比称取Y2O3、Ce2O3、Sm2O3、Gd2O3、Dy2O3和 Ta2O5共5kg，原料和熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，按(1～5)：(1～2)比例称取KCl和NaCl的混合盐，如表1，按1：3称取原料和熔盐倒入球磨罐中，以无水乙醇为介质，在行星式球磨机中球磨12h(350r/min)，原料的化学反应式为：RE2O3+Ta2O5＝2RETaO4。将反应后的产物在90℃下干燥24h、过400目筛，然后置于电阻炉中煅烧，煅烧温度和煅烧时间分别为1000℃和6h，升温速率为5℃/分钟，煅烧结束后随炉冷却，待温度降至室温取出粉体，用加热的去离子水反复清洗得到的产物数次以除去多余的氯化物盐，直到用硝酸银 (AgNO3)试剂检验滤液中不含有Cl-为止，将洗涤后的粉末过滤后、在90℃下干燥24h、先过100目筛后再过400目筛、利用激光粒度仪测试粉末粒径，霍尔流速计测试流动性，扫描电镜观察粉末颗粒形貌，计算球形率。
图1为熔盐法合成高熵稀土钽酸盐的XRD图谱，将所测得的XRD图谱与单相的PDF标准卡片相比对，GdTaO4(PDF：24-0441)和DyTaO4(PDF：12-0379)峰的位置有微小的偏移，这是高熵效应引起的晶体结构的晶格畸变，缺陷浓度增加等导致峰的偏移，通过与单相标准卡片比对，发现高熵稀土钽酸盐(Y0.2Ce0.2Sm0.2Gd0.2Dy0.2)TaO4纯度较高。如图2所示，采用扫描电子显微镜(SEM)观察(Y0.2Ce0.2Sm0.2Gd0.2Dy0.2)TaO4球形粉的微观形貌和球形率，可以看出其粒径为40～90μm，球形率>99％，由表1可知KCl和NaCl的比例为5:1时具有较好的球形率和流动性。
表1 熔盐中KCl和NaCl比例与稀土钽酸盐(Y0.2Ce0.2Sm0.2Gd0.2Dy0.2)TaO4球形率及流动性的关系
实施例2
本实施例所述一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐(Lu1/3Pm1/3Eu1/3)TaO4球形粉体的方法，具体包括以下步骤：
按1/3：1/3：1/3：1的摩尔比称取Lu2O3、Pm2O3、Eu2O3和Ta2O5共5kg，按5：1比例称取KCl和NaCl的混合盐，原料和熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，按质量比(1～2)： (2～7)称取原料和熔盐倒入球磨罐中，如表2，以无水乙醇为介质，在行星式球磨机中球磨12h(350r/min)，将其在90℃下干燥24h、过400目筛，然后置于电阻炉中煅烧，煅烧温度和煅烧时间分别为900℃和6h，升温速率为5℃/分钟，煅烧结束后随炉冷却，待温度降至室温取出粉体，用加热的去离子水反复清洗得到的产物数次以除去多余的氯化物盐，直到用硝酸银(AgNO3)试剂检验滤液中不含有Cl-为止，将洗涤后的粉末过滤、在90℃下干燥 24h、先过100目筛后再过400目筛、利用激光粒度仪测试粉末粒径，利用霍尔流速计测试流动性，通过表2中的数据发现，原料与熔盐比例为1：(5～7)时，粉末有较好的球形率和流动性。
表2 原料和熔盐比例与稀土钽酸盐(Lu1/3Pm1/3Eu1/3)TaO4球形率及流动性的关系
实施例3
本实施例所述一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐(Y1/4Al1/4Sm1/4Er1/4)TaO4球形粉体的方法，具体包括以下步骤：
按1/4：1/4：1/4：1/4：1的摩尔比称取Y2O3、Al2O3、Sm2O3、Er2O3和Ta2O5共5kg，按5：1比例称取KCl和NaCl的混合盐，原料和熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，按质量比1：6称取原料和熔盐倒入球磨罐中，以无水乙醇为介质，在行星式球磨机中球磨12h (350r/min)，将其在90℃下干燥24h、过400目筛，然后置于电阻炉中煅烧，煅烧温度和煅烧时间分别为(600～1200℃)和6h，升温速率为5℃/分钟，煅烧结束后随炉冷却，待温度降至室温取出粉体，用加热的去离子水反复清洗得到的产物数次以除去多余的氯化物盐，直到用硝酸银(AgNO3)试剂检验滤液中不含有Cl-为止，将洗涤后的粉末过滤、在90℃下干燥24h、先过100目筛后再过400目筛、利用激光粒度仪测试粉末粒径，粒径范围在 40μm-90μm，利用霍尔流速计测试流动性，流动性在(32-97s)/50g，通过表3中的数据发现，煅烧温度为600-1000℃时，粉末有较好的球形率和流动性。
表3 煅烧温度与稀土钽酸盐(Y1/4Al1/4Sm1/4Er1/4)TaO4球形率及流动性的关系
实施例4
本实施例所述一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐(Er1/6Sm1/6Pm1/6Nd1/6Yb1/6Eu1/6)TaO4球形粉体的方法，具体包括以下步骤：
按1/6：1/6：1/6：1/6：1/6：1/6：1的摩尔比称取Er2O3、Sm2O3、Pm2O3、Nd2O3、Yb2O3、Eu2O3和Ta2O5共5kg，按5：1比例称取KCl和NaCl的混合盐，原料和熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，按质量比1：6称取原料和熔盐倒入球磨罐中，以无水乙醇为介质，在行星式球磨机中球磨12h(350r/min)，将其在90℃下干燥24h、过400目筛，然后置于电阻炉中煅烧，煅烧温度和煅烧时间分别为900℃和(1-10h)，升温速率为5℃/分钟，煅烧结束后随炉冷却，待温度降至室温取出粉体，加热的去离子水反复清洗得到的产物数次以除去多余的氯化物盐，直到用硝酸银(AgNO3)试剂检验滤液中不含有Cl-为止，将洗涤后的粉末过滤、在90℃下干燥24h、先过100目筛后再过400目筛。
通过本方案制备的高熵稀土钽酸盐(Er1/6Sm1/6Pm1/6Nd1/6Yb1/6Eu1/6)TaO4球形粉具有较好的球形率和流动性，随着烧结时间的延长，晶粒尺寸在增大。请补充烧结时间(1-10h)跟晶粒尺寸的关系图或者表，突出4-8h效果最好。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
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