專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Gd₂Zr₂O₇納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土鋯酸鹽材料制備方法，特別是涉及一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法。即能用于核廢物固化處理和高溫?zé)嵴贤繉拥南⊥龄喫猁}材料制備方法。
背景技術(shù)：
燒綠石型Gd2Zr2O7具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的物理化學(xué)性能，被廣泛用于核技術(shù)和熱障涂層等高科技領(lǐng)域。Gd2Zr2O7具有高的輻照穩(wěn)定性，特別是抗重離子的輻照能力，并且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。熱障涂層材料要求具有低熱導(dǎo)率、高熔點(diǎn)、高化學(xué)穩(wěn)定性，與金屬基體相匹配的熱膨脹系數(shù)以及良好的抗燒結(jié)性能。目前廣泛應(yīng)用的熱障涂層材料主要是氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(縮寫(xiě)為YSZ)。該材料具有較低的熱導(dǎo)率，但是YSZ在1200°C下長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生相變，伴隨有體積變化，導(dǎo)致涂層的使用壽命降低，同時(shí)，在使用過(guò)程中YSZ存在嚴(yán)重?zé)Y(jié)現(xiàn)象，使熱導(dǎo)率增大，隔熱效率降低。相比于YSZ，稀土 Gd2Zr2O7材 料的熱導(dǎo)率更低、高熔點(diǎn)、較高的熱膨脹系數(shù)以及高的化學(xué)穩(wěn)定性和高溫?zé)o相變，而且更抗燒結(jié)，在熱循環(huán)條件下晶粒不易長(zhǎng)大。該稀土 Gd2Zr2O7陶瓷在高溫?zé)嵴贤繉蛹昂思夹g(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。要提高陶瓷燒結(jié)體的性能，采用優(yōu)良的陶瓷粉體非常重要。燒結(jié)用陶瓷粉體顆粒需具備粒度均勻、球形等特點(diǎn)，另外超細(xì)粉體可以提高燒結(jié)活性，降低燒結(jié)溫度。制備納米粉體的方法有很多種，主要包括固相反應(yīng)法、共沉淀法、溶膠-凝膠以及水熱法等。固相反應(yīng)法制備Gd2Zr2O7納米粉體存在晶粒尺寸分布不均勻的情況。共沉淀法，由于各種離子完全沉淀的條件不同，很難同時(shí)沉淀，就很容易造成激活劑摻雜不均勻。工業(yè)上一般采用固相法制備陶瓷粉體，方法雖然簡(jiǎn)單易行，但對(duì)于多組分材料體系，容易造成組分分布不均勻，而且存在合成溫度較高等問(wèn)題。固相法制備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粉體的制備文獻(xiàn)報(bào)道固相反應(yīng)法和共沉淀法較多，水熱法制備Gd2Zr2O7粉體材料有關(guān)文獻(xiàn)報(bào) 道較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，即一種水熱法制備Gd2Zr2O7納米粉體的方法。采用氨水為礦化劑，合成納米Gd2Zr2O7粉體。該方法工藝簡(jiǎn)單，可以在較低的溫度下制備，所得Gd2Zr2O7粉體粒徑小，分布均勻，基本呈球狀。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，其特征在于，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，制備成混合溶液；
(3)向步驟(2)所得的混合溶液中滴加礦化劑，滴加完成后，控制溶液pH值在8 14，繼續(xù)攪拌O. 5^2小時(shí)；(4)將步驟(3)所得的溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中加熱；
(5)將步驟(4)所得的沉淀物用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌；
(6 )將步驟(5 )所得的沉淀物干燥。所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，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納米粉體的制備方法，其步驟(4)所述的加熱溫度為1800C 230°C，保溫時(shí)間為24h 72h ;步驟(6)所述的干燥溫度控制在80_120°C。所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，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納米粉體的制備方法，其所述的粉體進(jìn)一步煅燒的溫度范圍 控制在500-1000°C之間。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明所采用的原料簡(jiǎn)單易得，操作簡(jiǎn)便，原料損失少，制備周期短。在制備過(guò)程中，通過(guò)控制原料的配比，調(diào)節(jié)初始溶液的濃度，調(diào)節(jié)PH值，不同溫度，以及在不同反應(yīng)時(shí)間下反應(yīng)來(lái)控制產(chǎn)品的晶型、形貌以及尺寸。前驅(qū)體在較低溫度(220°C)下保溫48h，進(jìn)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納米粉體制備方法在實(shí)際應(yīng)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煅燒后的SEM圖。注本發(fā)明的圖I一圖2為產(chǎn)物狀態(tài)的分析示意圖或照片，圖中文字或影像不清晰并不影響對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的理解。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)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?cè)噭?，蒸餾水為二次水。以上試劑均沒(méi)有經(jīng)過(guò)純化處理。制備過(guò)程將濃硝酸稀釋?zhuān)⊥裂趸颎d2O3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(shù)Zr4+離子總摩爾數(shù)=1 1的比例，將ZrOCl2 · 8H20溶于去離子水，混合以上兩溶液，并用氨水調(diào)節(jié)體系PH到一定值(pH=8-14)，不斷攪拌所述溶液，然后將所得溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在180-230°C加熱 24-72h，得到納米 Gd2Zr2O7 粉體。實(shí)施例I :
在室溫條件下，按照可制得Gd2Zr2O7共O. 5g稱(chēng)取原料，用去離子水將濃硝酸稀釋?zhuān)瓜∠跛崛芙馊趸?，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，制成含有Gd3+和Zr4+的混合溶液，在持續(xù)攪拌的條件下，用氨水調(diào)節(jié)體系的PH值為12，得到類(lèi)似溶膠的白色沉淀，繼續(xù)攪拌lh，最后，混合物被轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓反應(yīng)釜中，填充度為80%，進(jìn)行水熱反應(yīng)在220°C恒溫保持48h，自然冷卻至室溫，水熱產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾，去離子水洗滌3次，去除Cl—離子，再用無(wú)水乙醇洗滌3次，將過(guò)濾后的沉淀物放入干燥箱中于80°C干燥24h得到Gd2Zr2O7粉體。采用日本理學(xué)(Rigaku) D/MAX-RB型X射線衍射儀及HITACHI S-3400N型掃描電鏡對(duì)樣品進(jìn)行分析，結(jié)果表明，粉體結(jié)構(gòu)為立方相的燒綠石結(jié)構(gòu)氧化物如圖I，形貌基本為球形，粒徑約70nm,如圖2所示。實(shí)施例2:
其他條件如實(shí)施例1，改變體系的pH值為12. 5。實(shí)施例3: 其他條件如實(shí)施例1，改變體系的PH值為13。
權(quán)利要求
1.一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，其特征在于，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，制備成混合溶液； 向步驟(2)所得的混合溶液中滴加礦化劑，滴加完成后，控制溶液pH值在8 14，繼續(xù)攪拌O. 5^2小時(shí)； 將步驟(3)所得的溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中加熱； 將步驟(4)所得的沉淀物用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌； (6 )將步驟(5 )所得的沉淀物干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述的加熱溫度為180°C 230°C，保溫時(shí)間為24tT72h ;步驟(6)所述的干燥溫度控制在80-120°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，其特征在于，所述的粉體進(jìn)一步煅燒的溫度范圍控制在500-1000°C之間。
全文摘要
一種Gd2Zr2O7納米粉體的制備方法，涉及一種稀土鋯酸鹽材料制備方法。將濃硝酸稀釋?zhuān)⊥裂趸颎d2O3在稀硝酸中溶解，配成Gd(NO3)3溶液。按稀土離子Gd3+摩爾數(shù)Zr4+離子總摩爾數(shù)=11的比例，將ZrOCl2·8H2O溶于去離子水，混合以上兩溶液，并用氨水調(diào)節(jié)體系pH，不斷攪拌所述溶液，然后將所得溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，得到納米Gd2Zr2O7粉體。本發(fā)明所提供的合成方法與目前使用的固相反應(yīng)法、化學(xué)共沉淀法相比，其合成溫度較低，減少了因煅燒引起的粉體的團(tuán)聚。這種制備Gd2Zr2O7粉體的方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉，在核廢料固化處理及高溫涂層領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01G25/00GK102718258SQ20111041172
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者張倩, 李 權(quán), 趙翔, 陳響, 馬偉民, 馬雷 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)化工大學(xué)