本發(fā)明屬于陶瓷粉體及其制備與應(yīng)用的，具體涉及鉿酸鋇基納米陶瓷粉體及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、稀土元素?fù)诫s鉿酸鋇（bahfo3）陶瓷具有優(yōu)異的抗co2、h2o化學(xué)穩(wěn)定性，是一種新型的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，但其熔點高、難燒結(jié)（燒成溫度≥1600℃，保溫時間≥10h），極大地限制了其實際應(yīng)用。更為棘手的是，在高溫煅燒過程中，ba元素容易揮發(fā)，這不僅導(dǎo)致化學(xué)組分偏離理想的化學(xué)計量比，還直接引起電導(dǎo)率的顯著下降。此外，該類型電解質(zhì)的晶界電阻也是制約電導(dǎo)率提升的關(guān)鍵因素之一。因此，如何降低燒成溫度、降低晶界電阻、提高離子電導(dǎo)率，是制備高性能鉿酸鋇基電解質(zhì)的關(guān)鍵。

2、通過合成納米粉體來提高原料的燒結(jié)活性，是降低燒成溫度的一種有效途徑。cn103467085a以baco3、tio2、hfo2為原料，采用固相反應(yīng)法制備了鉿酸鋇粉體并制備了鉿酸鋇基壓電陶瓷，但固相反應(yīng)法無法獲得納米粉體，也就進一步限定了其應(yīng)用。cn101239822a以硝酸鋇、氯氧化鉿和硝酸鈰為原料，采用共沉淀法制備了摻雜稀土鈰的鉿酸鋇納米粉體，但是，在共沉淀過程中溶液濃度逐漸降低，反應(yīng)體系不穩(wěn)定，易導(dǎo)致晶粒尺寸不均勻，而且該工藝流程復(fù)雜，生產(chǎn)效率低。

3、另外，通過添加燒結(jié)助劑也是降低燒成溫度的另一種有效途徑，但是，燒結(jié)助劑容易富集在晶界處，導(dǎo)致電解質(zhì)的晶界電阻增大，進而導(dǎo)致電導(dǎo)率降低。如現(xiàn)有技術(shù)以鋇、鉿、鈰的氧化物或氫氧化物為起始原料，采用固相合成法制備了bahfo3:ce納米粉體，但在原子尺度的元素分布不均勻。也有現(xiàn)有技術(shù)通過bi2o3摻雜提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，采用氧離子-質(zhì)子混合型電解質(zhì)制備方法，但是采用的固相法，沒有獲得納米粉體。在《ceramicsinternational》中，孫海濱，郭學(xué)，于方永，等.enhanced?sinterability?and?electricalperformance?of?sm2o3doped?ceo2/baceo3electrolytes?for?intermediate-temperaturesolid?oxide?fuel?cells?through?bi2o3co-doping,?ceramics?international?45(2019)?7667–7672）采用燃燒法制備了bi2o3、sm2o3共摻雜的ceo2/baceo3納米粉體，提高了電解質(zhì)的燒結(jié)性能，但是，所采用原料中的硝酸鉍在水溶液中不穩(wěn)定，易分解成堿式鹽，導(dǎo)致元素分布不均勻。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供鉿酸鋇基納米陶瓷粉體，具有高燒結(jié)活性、高分散性、晶粒尺寸均勻的特性，本發(fā)明還提供其制備方法，工藝簡單、節(jié)能環(huán)保、生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)。將本發(fā)明制備的陶瓷納米粉體用于制備出電解質(zhì)，應(yīng)用于固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，提高其電學(xué)性能。

2、本發(fā)明所述的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體：化學(xué)式為bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ，其中的x、y、z＞0，re為稀土元素，δ為元素?fù)诫s形成的氧空位含量。當(dāng)稀土元素為多種時，其下標(biāo)都是相同的。

3、所述的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體的制備方法，包括以下步驟：

4、s1配料：按照bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ化學(xué)計量比稱取ba、hf、cu、bi、re的金屬鹽，按照金屬鹽摩爾數(shù)的2~4倍稱取碳酸鈉或氫氧化鈉，按照金屬鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1~5%稱取木質(zhì)素粉末；

5、s2、研磨：將金屬鹽、碳酸鈉或氫氧化鈉、木質(zhì)素粉末混合，研磨，得到糊狀前驅(qū)物；

6、s3洗滌：先用水洗滌再用無水乙醇洗滌，抽濾；

7、s4干燥：將抽濾得到的沉淀物微波干燥，得到粉體；

8、s5煅燒：將粉體微波煅燒，得到鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ。

9、所述的s1中ba、hf、cu、bi、re的金屬鹽為硝酸鋇、氯氧化鉿、三水硝酸銅、硝酸鉍、稀土硝酸鹽。

10、所述的s1中木質(zhì)素粉末的重均分子量為800-1200，中位粒徑為0.05-0.3μm。

11、所述的步驟s2中研磨方式為干法研磨，研磨時間為0.5-3h。

12、所述的步驟s3中水洗滌次數(shù)為3-5次；無水乙醇洗滌次數(shù)為1-3次。

13、所述的步驟s4中微波干燥頻率為1-2.45ghz，干燥時間為30-90min。

14、所述的步驟s5中微波煅燒的制度為：首先，以3-5℃/min升溫至400-600℃，保溫1-3h；然后以4-10℃/min升溫至800-900℃，保溫3-6h。微波煅燒中因氧化鉿具有良好的吸波性能，故采用微波煅燒工藝能夠降低燒結(jié)活化能，從而有效降低結(jié)晶成相溫度。

15、所述的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體的應(yīng)用：將鉿酸鋇基納米陶瓷粉體壓制成坯體，在其單面掩埋相同組分的粉體，粉體覆蓋量為坯體重量的1-2倍。進行電加熱煅燒，制得鉿酸鋇基電解質(zhì)，其電解質(zhì)主要作為固體氧化物燃料電池電解質(zhì)使用。

16、所述的電加熱煅燒溫度為1150-1350℃，升溫速率為1-5℃/min，保溫時間為2-10h。

17、具體的，所述的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ的制備方法，包括以下步驟：

18、s1配料：按照bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ化學(xué)計量比稱取硝酸鋇、氯氧化鉿、三水硝酸銅、硝酸鉍、稀土硝酸鹽，按照金屬鹽摩爾數(shù)的2~4倍稱取碳酸鈉或氫氧化鈉，按照金屬鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1~5%稱取木質(zhì)素粉末。

19、s2研磨：將金屬鹽、碳酸鈉或氫氧化鈉、木質(zhì)素粉末混合，干法研磨0.5-3h，得到糊狀前驅(qū)物。

20、s3洗滌：采用去離子水洗滌3-5次前驅(qū)物，得到沉淀物；采用無水乙醇洗滌1-3次沉淀物，并抽濾。

21、s4干燥：將抽濾得到的沉淀物，在1-2.45ghz微波干燥30-90min，得到粉體。

22、s5煅燒：將粉體微波煅燒，以3-5℃/min升溫至400-600℃，保溫1-3h；然后以4-10℃/min升溫至800-900℃，保溫3-6h，得到鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ。

23、本發(fā)明所述的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ的應(yīng)用：將納米粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ壓制成圓片狀坯體，其單面掩埋1-2倍重量的相同組分粉體，置于箱式爐進行電加熱煅燒，溫度為1150-1350℃，升溫速率為1-5℃/min，保溫時間為2-10h，得到致密的鉿酸鋇基電解質(zhì)。

24、本發(fā)明所述的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ的制備方法，所采用的金屬鹽和碳酸鈉（或氫氧化鈉）在干法研磨過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率可控，有利于獲得晶粒尺寸均勻的納米顆粒，而且，研磨過程不需要水介質(zhì)，有效避免了硝酸鉍在水溶液中易分解為堿式鹽的問題。本發(fā)明將木質(zhì)素作為造孔劑加入前驅(qū)體中，使得其不易溶于水、易溶于乙醇，并且木質(zhì)素在研磨混料過程中均勻分布在前驅(qū)物內(nèi)部，在去離子水洗滌過程中能夠穩(wěn)定存在，在無水乙醇洗滌過程中被去除，從而在前驅(qū)物內(nèi)部形成孔隙。對于未去除干凈的木質(zhì)素，在前驅(qū)物煅燒過程也會以co2、水蒸氣的形式逸出。

25、本發(fā)明的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ的制備方法，利用氧化鉍的低熔點和高氧離子傳導(dǎo)特性，向鉿酸鋇基電解質(zhì)中摻雜bi元素，一方面能夠降低燒成溫度，另一方面能夠顯著提高電導(dǎo)率。cu摻雜能夠促進鉿酸鋇基電解質(zhì)在燒結(jié)過程的晶粒生長，有利于減少晶界數(shù)量，同時具有顯著的晶界清潔效應(yīng)，能夠有效降低晶界電阻對電導(dǎo)率的不利影響。re、bi、cu多元素共摻雜有利于提高氧空位濃度，提高鉿酸鋇基電解質(zhì)的總體電學(xué)性能。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

27、（1）本發(fā)明的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ的制備方法，加入木質(zhì)素，有效提高粉體分散性，解決了納米粉體易團聚的問題，合成工藝簡單、生產(chǎn)效率高、節(jié)能環(huán)保，易于產(chǎn)業(yè)化。

28、（2）采用本發(fā)明的方法制備的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ，粒徑均勻。

29、（3）本發(fā)明的鉿酸鋇基納米陶瓷粉體bahfxcuybizre1-x-y-zo3-δ應(yīng)用于制備出電解質(zhì)，具有優(yōu)異的電學(xué)性能。