阅读说明：本技术 一种纳米Al2-xCrxO3（0＜x＜1）固溶体粉体的制备方法 (Nano Al2-xCrxO3(0 < x < 1) preparation method of solid solution powder ) 是由 刘先黎 吕恕位 杨男男 于 2021-01-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种获得纳米级Al-(2-x)Cr-xO-3(0＜x＜1)固溶体粉体的制备方法。它是将含有铬酐0.001～0.15M/L、柠檬酸0.001～0.15M/L的柠檬酸铬澄清水溶液加入含有硫酸铝0.15～0.075M/L、柠檬酸0.3～0.15M/L的柠檬酸铝澄清水溶液中并充分搅拌,柠檬酸铝与柠檬酸铬的摩尔混合比值为2-x：x(0＜x＜1)；在搅拌状态下,加入分散剂至充分溶解后加热脱水、转变成高浓度黏液,经800～1200℃煅烧1～2小时,得到粒度为100nm以下的纳米Al-(2-x)Cr-xO-3(0＜x＜1)固溶体粉体。本发明工艺过程简单易控制,产品质量稳定、纯度高、成本低、易于工业化规模生产。(The invention relates to a method for obtaining nanoscale Al 2‑x Cr x O 3 (x is more than 0 and less than 1) and a preparation method of the solid solution powder. Adding clear aqueous solution of chromium citrate containing chromic anhydride of 0.001-0.15M/L and citric acid of 0.001-0.15M/L into clear aqueous solution of aluminum citrate containing aluminum sulfate of 0.15-0.075M/L and citric acid of 0.3-0.15M/L, and fully stirring, wherein the molar mixing ratio of the aluminum citrate to the chromium citrate is 2-x: x (x is more than 0 and less than 1); adding dispersant under stirring to dissolve completely, heating to dehydrate and convert into high concentration mucus,calcining at 800-1200 ℃ for 1-2 hours to obtain nano Al with the particle size of less than 100nm 2‑x Cr x O 3 (x is more than 0 and less than 1) solid solution powder. The invention has simple and easily controlled process, stable product quality, high purity, low cost and easy industrialized mass production.)

一种纳米Al2-xCrxO3(0＜x＜1)固溶体粉体的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米Al_2-xCr_xO₃(0＜x＜1)固溶体粉体的制备方法，特别是一种采用化学反应法直接合成获得纳米铬掺杂氧化铝固溶体粉体的制备方法。

背景技术

掺杂氧化物固溶体由于其新颖的物理性能和潜在的技术应用而引起了人们的广泛关注和研究。掺杂氧化物固溶体具有相同的晶体结构，其晶体尺寸、晶格参数和晶格体积随掺杂元素数量的增加而发生变化。氧化铝(Al₂O₃)和氧化铬(Cr₂O₃)具有相同的晶体结构和化合价且原子半径相近，可以通过置换的方式形成系列掺杂连续固溶体。

氧化铝-氧化铬固溶体粉体作为一种催化剂，可应用于异丁烷氧化脱氢、烷烃脱氢和脱氢环化、烯烃聚合或催化大量氧化还原反应中；其粉体的热粘性，也可作为一种紫外线和电离辐射剂量计；氧化铝-氧化铬固溶体的光学特性，使其在固体激光器和光纤以及高温颜料中有着重要的技术应用。氧化铝中加入氧化铬，可显著提高氧化铝陶瓷的显微硬度和耐磨性、抗热冲击能力和耐热腐蚀性能，拓宽了氧化铝陶瓷的应用范畴，如：铬掺杂氧化铝陶瓷制成的刀具可用于合金钢加工。

目前制备纳米掺杂氧化物固溶体主要采用溶胶-凝胶方法和金属硝酸盐作为主要原料，存在着所需时间较长，使用的原料价格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、易于操作、产品质量稳定的纳米Al_2-xCr_xO₃(0＜x＜1)(即：铬掺杂氧化铝)固溶体粉体的制备方法。

本发明纳米Al_2-xCr_xO₃(0＜x＜1)固溶体粉体的制备方法包括以下工艺步骤：

(1)制备柠檬酸铝澄清水溶液，该溶液中含有：硫酸铝0.15～0.075M/L，柠檬酸0.3～0.15M/L；

(2)制备柠檬酸铬澄清水溶液，该溶液中含有：铬酐0.001～0.15M/L，柠檬酸0.001～0.15M/L；

(3)将上述制备的柠檬酸铬澄清水溶液加入柠檬酸铝澄清水溶液中并充分搅拌，柠檬酸铝与柠檬酸铬的摩尔混合比值为2-x∶x；

(4)在搅拌状态下，将上述制备的柠檬酸铝和柠檬酸铬的混合水溶液中加入分散剂0.01～0.03M/L；

(5)在搅拌、加热状态下，将上述含有分散剂的柠檬酸铝和柠檬酸铬混合水溶液逐渐脱水而转变成高浓度黏液；

(6)将上述制备的高浓度黏液，经800～1200℃煅烧1～2小时，得到纳米Al_2-xCr_xO₃(0＜x＜1)固溶体粉体。

所述的分散剂为聚乙二醇∶聚乙烯醇∶磷酸二酯化学制剂按质量比3∶2∶1的混合物。

按本发明制备方法得到的纳米Al_2-xCr_xO₃(0＜x＜1)固溶体粉体的总的化学反应式为：

(2-x)C₆H₅O₇Al+xC₆H₅O₇Cr+9O₂→Al_2-xCr_xO₃+12CO₂↑+5H₂O

本发明是利用化学反应法直接合成获得纳米铬掺杂氧化铝固溶体粉体，其工艺过程简单易控制，产品质量稳定、制备出的纳米铬掺杂氧化铝固溶体粉体纯度高、成本低、易于工业化规模生产。

附图说明

图1是本发明方法获得的纳米Al_1.6Cr_0.4O₃固溶体粉体的X-ray衍射图；

图2是本发明方法获得的纳米Al_1.6Cr_0.4O₃固溶体粉体的TEM衍射图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明方法作进一步详细说明。

实施例1

按以下工艺步骤制备纳米Al_1.3Cr_0.7O₃固溶体粉体。

(1)制备柠檬酸铝澄清水溶液，该溶液中含有：硫酸铝0.098M/L，柠檬酸0.196M/L；

(2)制备柠檬酸铬澄清水溶液，该溶液中含有：铬酐0.105M/L，柠檬酸0.105M/L；

(3)将上述制备的柠檬酸铬澄清水溶液加入柠檬酸铝澄清水溶液中并充分搅拌；

(4)在搅拌状态下，将上述制备的柠檬酸铝和柠檬酸铬的混合水溶液中加入分散剂0.015M/L；

(5)在搅拌、加热状态下，将上述含有聚乙二醇的柠檬酸铝和柠檬酸铬混合水溶液逐渐脱水而转变成高浓度黏液；

(6)将上述制备的高浓度黏液，在1200℃进行煅烧，得到粒度为32nm的纳米Al_1.3Cr_0.7O₃固溶体粉体。

上述柠檬酸铝澄清水溶液的配置方法是在搅拌状态下，将计算量的硫酸铝、柠檬酸分别用少量去离子水溶解，然后将该柠檬酸水溶液加入到硫酸铝水溶液中混合并稀释至要求浓度。

上述柠檬酸铬澄清水溶液的配置方法是在搅拌状态下，将计算量的铬酐、柠檬酸分别用少量去离子水溶解，然后将该柠檬酸水溶液加入到铬酐水溶液中混合并稀释至要求浓度。

按本发明制备方法得到的纳米Al_1.3Cr_0.7O₃固溶体粉体的总的化学反应式为：

1.3C₆H₅O₇Al+0.7C₆H₅O₇Cr+9O₂→Al_1.3Cr_0.7O₃+12CO₂↑+5H₂O

实施例2

按以下工艺步骤制备纳米Al_1.6Cr_0.4O₃固溶体粉体。

(1)制备柠檬酸铝澄清水溶液，该溶液中含有：硫酸铝0.12M/L，柠檬酸0.24M/L；

(2)制备柠檬酸铬澄清水溶液，该溶液中含有：铬酐0.06M/L，柠檬酸0.06M/L；

(3)将上述制备的柠檬酸铬澄清水溶液加入柠檬酸铝澄清水溶液中并充分搅拌；

(4)在搅拌状态下，将上述制备的柠檬酸铝和柠檬酸铬的混合水溶液中加入分散剂0.016M/L；

(5)在搅拌、加热状态下，将上述含有聚乙烯醇的柠檬酸铝和柠檬酸铬混合水溶液逐渐脱水而转变成高浓度黏液；

(6)将上述制备的高浓度黏液，在1200℃进行煅烧，得到粒度为28nm的纳米Al_1.6Cr_0.4O₃固溶体粉体。

按本发明制备方法得到的纳米Al_1.6Cr_0.4O₃固溶体粉体的相结构(XRD)和晶粒尺度(TEM)参见图1、图2所示。

按本发明制备方法得到的纳米Al_1.6Cr_0.4O₃固溶体粉体的总的化学反应式为：

1.6C₆H₅O₇Al+0.4C₆H₅O₇Cr+9O₂→Al_1.6Cr_0.4O₃+12CO₂↑+5H₂O

实施例3

按以下工艺步骤制备纳米Al_1.9Cr_0.1O₃固溶体粉体。

(1)制备柠檬酸铝澄清水溶液，该溶液中含有：硫酸铝0.12M/L，柠檬酸0.24M/L；

(2)制备柠檬酸铬澄清水溶液，该溶液中含有：铬酐0.06M/L，柠檬酸0.06M/L；

(3)将上述制备的柠檬酸铬澄清水溶液加入柠檬酸铝澄清水溶液中并充分搅拌；

(4)在搅拌状态下，将上述制备的柠檬酸铝和柠檬酸铬的混合水溶液中加入分散剂0.012M/L；

(5)在搅拌、加热状态下，将上述含有分散剂聚乙烯醇与磷酸二酯混合物的柠檬酸铝和柠檬酸铬混合水溶液逐渐脱水而转变成高浓度黏液；

(6)将上述制备的高浓度黏液，在1200℃进行煅烧，得到粒度为24nm的纳米Al_1.9Cr_0.1O₃固溶体粉体。

按本发明制备方法得到的纳米Al_1.9Cr_0.1O₃固溶体粉体的总的化学反应式为：

1.9C₆H₅O₇Al+0.1C₆H₅O₇Cr+9O₂→Al_1.9Cr_0.1O₃+12CO₂↑+5H₂O