阅读说明：本技术 一种稀土锆酸盐纳米粉体及其制备方法和应用 (Rare earth zirconate nano powder and preparation method and application thereof ) 是由 许杰 孟轩宇 高峰 朱嘉桐 李卓伦 李锐霄 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及稀土锆酸盐纳米材料技术领域,尤其涉及一种稀土锆酸盐纳米粉体及其制备方法和应用。本发明提供的一种稀土锆酸盐纳米粉体的制备方法,包括以下步骤：将稀土氧化物、氧化锆、熔盐和无水乙醇混合,得到混合物料；将所述混合物料进行煅烧,得到所述稀土锆酸盐纳米粉体；所述熔盐包括氯化钠、氯化钾和氯化锂；所述氯化钠、氯化钾和氯化锂的质量比为1：(1～5)：(1～5)；所述煅烧的温度为1000～1200℃,所述煅烧的时间为2～8h。根据实施例的记载,利用所述制备方法制备得到的稀土锆酸盐纳米粉体的粒径为50～200nm。(the invention relates to the technical field of rare earth zirconate nano materials, in particular to rare earth zirconate nano powder and a preparation method and application thereof. The invention provides a preparation method of rare earth zirconate nano powder, which comprises the following steps: mixing rare earth oxide, zirconia, molten salt and absolute ethyl alcohol to obtain a mixed material; calcining the mixed material to obtain the rare earth zirconate nano powder; the molten salt comprises sodium chloride, potassium chloride and lithium chloride; the mass ratio of the sodium chloride to the potassium chloride to the lithium chloride is 1: (1-5): (1-5); the calcining temperature is 1000-1200 ℃, and the calcining time is 2-8 h. According to the description of the embodiment, the particle size of the rare earth zirconate nano-powder prepared by the preparation method is 50-200 nm.)

一种稀土锆酸盐纳米粉体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及稀土锆酸盐纳米材料技术领域，尤其涉及一种稀土锆酸盐纳米粉体及其制备方法和应用。

背景技术

稀土锆酸盐材料具有高熔点、低热导率、高热膨胀系数、高化学稳定性、相对低的传导温度、优良的离子导电性和高辐射稳定性等特点，在耐火材料、热障涂层材料、高温固体电解质材料和核废料中固定锕系元素的主体材料等诸多领域得到广泛的应用。

超细高纯的稀土锆酸盐粉体是制备高性能稀土锆酸盐材料的关键。目前，稀土锆酸盐粉体的制备方法主要有高温固相法、水热法、共沉淀法、燃烧法、溶胶-凝胶法和熔盐法等。高温固相法难以实现粉体的均匀混合，合成温度较高，所制备的粉体烧结活性较低，制备陶瓷的温度一般高于1600℃；水热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等难以实现批量化生产。而熔盐法因其特有的液相反应环境，实现了反应物在分子尺度上的均匀混合，能有效解决固-固反应时反应物扩散路径过长的问题，最终达到低温快速合成目标产物的目的。但是目前的熔盐体系存在硫酸根等，会使熔盐的挥发釜设备造成损伤，而且，目前采用的熔盐介质熔点普遍偏高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土锆酸盐纳米粉体及其制备方法和应用，本发明所述的制备方法合成温度低，对生产设备损伤小，制备得到的稀土锆酸盐纳米粉体的粒径小，在50～200nm范围内。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种稀土锆酸盐纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：

将稀土氧化物、氧化锆、熔盐和无水乙醇混合，得到混合物料；

将所述混合物料进行煅烧，得到所述稀土锆酸盐纳米粉体；

所述熔盐包括氯化钠、氯化钾和氯化锂；

所述氯化钠、氯化钾和氯化锂的质量比为1：(1～5)：(1～5)；

所述煅烧的温度为1000～1200℃，所述煅烧的时间为2～8h。

优选的，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化杉、氧化钆、氧化镝、氧化钕和氧化镱中的一种或两种。

优选的，所述稀土氧化物和氧化锆的摩尔比为1:2。

优选的，所述稀土氧化物和氧化锆的总质量与熔盐的质量比为1：(1～8)。

优选的，所述混合在球磨的条件下进行；

所述球磨的球料比为(1～3)：1，转速为200～350转/分钟，时间为10～24h。

优选的，所述稀土氧化物为纳米级稀土氧化物，所述纳米级稀土氧化物的粒径为20～50nm；

所述氧化锆为纳米级氧化锆，所述纳米级氧化锆的粒径为20～50nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的稀土锆酸盐纳米粉体，所述稀土锆酸盐纳米粉体的粒径为50～200nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的稀土锆酸盐纳米粉体在制备耐火材料、热障涂层材料、高温固体电解质材料和核废料中固定锕系元素的主体材料中的应用。

本发明提供了一种稀土锆酸盐纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：将稀土氧化物、氧化锆、熔盐和无水乙醇混合，得到混合物料；将所述混合物料进行煅烧，得到所述稀土锆酸盐纳米粉体；所述熔盐包括氯化钠、氯化钾和氯化锂；所述氯化钠、氯化钾和氯化锂的质量比为1：(1～5)：(1～5)；所述煅烧的温度为1000～1200℃，所述煅烧的时间为2～8h。本发明中的熔盐采用氯化钠、氯化钾和氯化锂的混合物，可以避免传统含有硫酸根离子的熔盐对生产设备的腐蚀以及熔点高造成的煅烧温度过高的缺陷；同时，将所述氯化钠、氯化钾和氯化锂的质量比控制在上述范围内，能够降低熔盐熔点，实现锆酸镧粉体的低温制备。同时，利用所述制备方法制备得到的稀土锆酸盐纳米粉体的粒径小，分布均匀。根据实施例的记载，利用所述制备方法制备得到的稀土锆酸盐纳米粉体的粒径为50～200nm。

附图说明

图1为实施例1制备得到的锆酸镧纳米粉体的TEM图；

图2为实施例2制备得到的锆酸钐纳米粉体的TEM图；

图3为实施例3制备得到的锆酸钐钆纳米粉体的TEM图。

具体实施方式

本发明提供了一种稀土锆酸盐纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：

将稀土氧化物、氧化锆、熔盐和无水乙醇混合，得到混合物料；

将所述混合物料进行煅烧，得到所述稀土锆酸盐纳米粉体；

所述熔盐包括氯化钠、氯化钾和氯化锂；

所述氯化钠、氯化钾和氯化锂的质量比为1：(1～5)：(1～5)；

所述煅烧的温度为1000～1200℃，所述煅烧的时间为2～8h。

在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。

本发明将稀土氧化物、氧化锆、熔盐和无水乙醇混合，得到混合物料；在本发明中，所述稀土氧化物优选为氧化镧、氧化杉、氧化钆、氧化镝、氧化钕和氧化镱中的一种或两种，当所述稀土氧化物为上述具体选择中的两种时，本发明对所述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述稀土氧化物优选为纳米级稀土氧化物，所述纳米级稀土氧化物的粒径优选为20～50nm，更优选为25～40nm。在本发明中，选用纳米级稀土氧化物可以更进一步的降低稀土锆酸盐粉体的制备温度，所制备粉体粒径达到纳米级，提高粉体的烧结活性。

在本发明中，所述氧化锆优选为纳米级氧化锆，所述纳米级氧化锆的粒径优选为20～50nm，更优选为25～40nm。在本发明中，选用纳米级氧化锆可以更进一步的降低稀土锆酸盐粉体的制备温度，所制备粉体粒径达到纳米级，提高粉体的烧结活性。

在本发明中，所述稀土氧化物和氧化锆的摩尔比优选为1:2。

在本发明中，所述熔盐中氯化钠、氯化钾和氯化锂的质量比优选为1：(2～4)：(2～4)。

在本发明中，所述稀土氧化物和氧化锆的总质量与所述熔盐的质量比优选为1：(1～8)，更优选为1：(2～7)，最优选为1：(3～5)。

在本发明中，所述氧化锆与无水乙醇的质量比优选为1:(10～20)，更优选为1：(12～18)，最优选为1：(15～17)。

本发明对所述混合的顺序没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合顺序进行混合即可。

在本发明中，所述混合优选在球磨的条件下进行；所述球磨的球料比优选为(1～3)：1，更优选为(1.5～2.5)：1，最优选为(1.8～2.2)：1，所述球磨的转速优选为200～350转/分钟，更优选为250～300转/分钟，最优选为260～280转/分钟，所述球磨的时间优选为10～24h，更优选为12～20h，最优选为15～18h。

所述球磨完成后，本发明优选对球磨后的物料进行干燥，所述干燥的温度优选为80～120℃，更优选为100℃；所述干燥的时间优选为20～30h，更优选为22～28h，最优选为24～26h。在本发明中，所述干燥的方式优选为烘干。

得到混合物料后，本发明将所述混合物料进行煅烧，得到所述稀土锆酸盐纳米粉体。在本发明中，所述煅烧的温度为1000～1200℃，优选为1050～1150℃，更优选为1100～1150℃；所述煅烧的时间为2～8h，更优选为3～5h；升温至所述煅烧的温度的升温速率优选为5℃/min。在本发明中，所述煅烧优选在高温炉中进行。

所述煅烧完成后，本发明优选对煅烧后得到的产物依次进行清洗、抽滤和干燥。在本发明中，所述清洗优选为采用去离子水清洗3次；本发明对所述抽滤没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为100℃，所述干燥的时间优选为12h；所述干燥的方式优选为烘干。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的稀土锆酸盐纳米粉体，所述稀土锆酸盐纳米粉体的粒径为50～200nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的稀土锆酸盐纳米粉体在制备耐火材料、热障涂层材料、高温固体电解质材料和核废料中固定锕系元素的主体材料中的应用。本发明对所述应用的方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。

下面结合实施例对本发明提供的稀土锆酸盐纳米粉体及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将325.81g纳米氧化镧、246.44g纳米氧化锆、氯化钠343.35g、686.79g氯化钾及702.82g氯化锂和3433.5g无水乙醇混合球磨12h，球料比2:1，球磨转速为300转/分钟，100℃烘干12h获得混合物料；将混合物料置于高温炉中5℃/min升温至1000℃，保温8h；经去离子水清洗3次，抽滤及100℃烘干12h后，获得锆酸镧纳米粉体；

图1为所述锆酸镧纳米粉体的TEM图，由图可知，所述锆酸镧纳米粉体的平均粒径为50nm。

实施例2

将348.72g纳米氧化钐、246.44g纳米氧化锆、330.64g氯化钠、1322.56氯化钾及1310.45g氯化锂和3433.5g无水乙醇混合球磨12h，球料比2:1，球磨转速为300转/分钟，100℃烘干24h获得混合物料；将混合物料置于高温炉中5℃/min升温至1100℃，保温5h；经去离子水清洗3次，抽滤及100℃烘干24h后，获得锆酸镧纳米粉体；

图2为所述锆酸镧纳米粉体的TEM图，由图可知，所述锆酸镧纳米粉体的平均粒径为95nm。

实施例3

将174.36g纳米氧化钐、181.25g纳米氧化钆、344.03g纳米氧化锆、1035.62g氯化钾及1032.09g氯化锂和3433.5g无水乙醇混合球磨12h，球料比2:1，球磨转速为300转/分钟，100℃烘干26h获得混合物料；将混合物料置于高温炉中5℃/min升温至1200℃，保温3h；经去离子水清洗3次，抽滤及100℃烘干24h后，获得锆酸钐钆纳米粉体；

图3为所述锆酸钐钆纳米粉体的TEM图，由图可知，所述锆酸钐钆纳米粉体的平均粒径为200nm。

实施例4

将162.91g纳米氧化镧、186.5g纳米氧化镝、246.44g纳米氧化锆、260.68g氯化钠、912.39g氯化钾及918.85g氯化锂中4000g无水乙醇混合球磨12h，球料比2:1，球磨转速为300转/分钟，100℃烘干24h获得混合物料；将混合物料置于高温炉中5℃/min升温至1150℃，保温8h；经去离子水清洗3次，抽滤及100℃烘干24h后，获得锆酸镧镝纳米粉体，所述锆酸镧镝纳米粉体的平均粒径为180nm。

实施例5

将168.24g纳米氧化钕、197.04g纳米氧化镱、246.44g纳米氧化锆、275.27g氯化钠、1238.73氯化钾及1256.82g氯化锂和4000g无水乙醇混合球磨12h，球料比2:1，球磨转速为300转/分钟，100℃烘干26h获得混合物料；将混合物料置于高温炉中5℃/min升温至1100℃，保温8h；经去离子水清洗3次，抽滤及100℃烘干24h后，获得锆酸钕镱纳米粉体，所述锆酸钕镱纳米粉体的平均粒径为140nm。

由以上实施例可知，本发明提供的制备方法简单、合成温度低、成本低，制备得到的稀土锆酸盐粉体为纳米级。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。