專利名稱：：一種釔鋁石榴石納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及釔鋁石榴石納米粉體的制備方法，屬于精細化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：釔鋁石榴石(YAG，Y3Al5O12)單晶具有優(yōu)異的光學(xué)、物理、熱及光-機械性能和化學(xué)、機械穩(wěn)定性，如高熱導(dǎo)、高熱光穩(wěn)定性等。它在紅外、可見、紫外波段均有很高的透過率，是用作光學(xué)窗口、基片的優(yōu)秀材料，在多個領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，特別是在高溫及高能輻射的應(yīng)用場合。但制備大尺寸的YAG單晶需要特殊的設(shè)備及復(fù)雜的工藝，所以造價高昂。透明YAG陶瓷的成本較低，是較有競爭力的替代單晶的激光材料。除激光領(lǐng)域外，YAG具有優(yōu)異的高溫抗蠕變性能，將其加入Al2O3基體中，可獲得性能優(yōu)異的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，在冶金、航天等領(lǐng)域有較大應(yīng)用。另外，YAG粉體通過摻雜Ce3+，Nd3+等離子還可成為超短余輝熒光粉，在彩色電視機、顯示器、電子顯微鏡、醫(yī)療器械等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)外報道的制備YAG粉體的方法主要有混合煅燒法、溶膠-凝膠法、水熱法、沉淀法等，但要將這些方法應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)YAG粉體還各自存在其難以解決的問題。如混合煅燒法[I.WarshawandR.Roy，StabilityandMetastableEquilibriuaintheSystemsY2O3-Al2O3andGd2O3-Fe2O3，J.Am.Ceram.Soc.，42[9]434-38(1959)]是將Y2O3和Al2O3按比例混合，在高于1600℃煅燒才能獲得純YAG，粉體顆粒大且團聚嚴重，因煅燒溫度高所以能耗較大；水熱法[T.Adschiri，Y.Hakuta，K.Arai，HydrothermalSynthesisofMetalOxideFineParticlesatSupercriticalConditions，Ind.Eng.Chem.Res.，39(12)，4901-4907(2000)]產(chǎn)量低；溶膠凝膠法[S.K.Ruan，J.G.Zhou，A.M.Zhong，J.F.Duan，X.B.Yang，M.Z.Su，SynthesisofY3Al5O12:Eu3+phosphorbysol-gelmethodanditsluminescencebehavior，J.AlloysCompounds，277，72-75(1998)]需醇鹽作原料，盡管制備的粉體晶粒較小，但成本過高，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)；沉淀法[J.G.Li，T.Ikegami，J.H.Lee，andT.Mori，Low-TemperatureFabricationofTransparentYttriumAluminumGarnet(YAG)CeramicsWithoutAdditives，J.Am.Ceram.Soc.，83[4]961-63(2000)]原料成本低，但粉體團聚較嚴重，且制備的粉體中Y∶Al計量比難于控制，沉淀物需多次洗滌工藝較復(fù)雜。本發(fā)明的目的在于提供一種適合大規(guī)模生產(chǎn)的低團聚、單相納米YAG粉體的方法。該方法工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，由于不需要醇鹽為原料，且不需要洗滌過濾等步驟，所以原料成本及運行費用較低。本發(fā)明提供的制備方法具體過程是首先將摩爾比為3∶5的Y(NO3)3和Al(NO3)3溶液混合均勻，強力攪拌的同時逐滴加入三乙醇胺和濃硝酸，最終體系的pH值為3-4，繼續(xù)攪拌半小時以混合均勻。將混合后的無色粘稠溶液蒸發(fā)脫水，生成疏松的含碳前驅(qū)體，將前驅(qū)體在適宜溫度下煅燒，直接獲得單相的釔鋁石榴石納米粉體。現(xiàn)將各有關(guān)過程詳述如下1.無機鹽的選擇釔(Y)和鋁(Al)的無機鹽應(yīng)為硝酸鹽，Y的硝酸鹽也可用市售的Y2O3溶于65-68％的濃硝酸中獲得，Y、Al硝酸鹽的濃度分別為0.15-0.45mol/L和0.25-0.75mol/L。2.三乙醇胺用量的選擇應(yīng)控制在一定量，加入過少粉體團聚嚴重，加入過多，會造成浪費。三乙醇胺摩爾數(shù)應(yīng)為混合溶液中Y3+與Al3+總摩爾數(shù)的2-6倍。3.混合過程中的pH值應(yīng)控制在3-4之間，并強力攪拌，加入濃硝酸調(diào)節(jié)pH值，以避免混合過程中Al3+和Y3+的沉淀。4.蒸發(fā)脫水將混合后的無色粘稠溶液蒸發(fā)脫水，溫度控制在180-250℃之間，時間為10-20分鐘，可生成黑色、疏松、多孔的前驅(qū)體。5.熱處理熱處理一方面可使前驅(qū)體中殘余的碳及有機物燃燒釋放掉，另一方面使前驅(qū)體中金屬氧化物相變?yōu)閅AG相，熱處理溫度過低，YAG相轉(zhuǎn)變不完全；熱處理溫度過高，YAG顆粒變大。因此熱處理溫度控制在950-1100℃之間，950℃即可生成純YAG(Y3Al5O12)相。6.用本發(fā)明提供的方法，在950℃進行熱處理，所得YAG粉體平均晶粒直徑為40-50nm；1100℃熱處理，平均晶粒直徑為100nm。改變熱處理溫度，制備的釔鋁石榴石的晶粒尺寸可在40-100納米之間。由此可見本發(fā)明突出的優(yōu)點是1.原料為無機鹽，成本低。2.前驅(qū)物無需洗滌過濾，工藝簡單，運行費用低，煅燒溫度低，能耗少。3.粉體Y:Al計量比嚴格，產(chǎn)品純度高。4.粉體粒度小。圖1本發(fā)明提供的YAG合成的工藝流程圖2是40納米YAG粉體的X射線衍射圖，其中1-14特征峰分別對應(yīng)于Y3Al5O12相的211，220，321，400，420，422，431，521，440，532，631，444，640，721晶面，除此之外，無其他相存在；圖3是40納米YAG粉體的透射電鏡照片(12萬倍)。圖3本發(fā)明所制備40納米YAG粉體的TEM照片。具體實施例方式下面結(jié)合實例進一步說明本發(fā)明的創(chuàng)新點而絕非限制本發(fā)明。實例1把Y(NO3)3和Al(NO3)3溶于蒸餾水中，Y和Al離子的濃度分別為0.45mol/L和0.75mol/L，逐滴加入三乙醇胺，三乙醇胺的摩爾數(shù)為混合金屬離子總濃度的2倍。開始有白色果凍狀沉淀生成，加入濃硝酸沉淀溶解，最終pH控制在3～4。所得粘稠液體在180℃下干燥，逐漸變?yōu)榧t褐色，并有棕色氣體放出，最后得到疏松多孔的黑色前驅(qū)體。950℃熱處理，獲得純YAG粉體的晶粒直徑為50納米。實例2把Y(NO3)3和Al(NO3)3溶于蒸餾水中，Y和Al離子的濃度分別為0.45mol/L和0.75mol/L，逐滴加入三乙醇胺，三乙醇胺的摩爾數(shù)為混合金屬離子總濃度的6倍。開始有沉淀生成，加入濃硝酸沉淀溶解，最終pH控制在3～4。所得粘稠液體在180℃下干燥，得到疏松多孔的黑色前驅(qū)體。950℃熱處理，獲得純YAG粉體的晶粒直徑為40納米。粉體的晶相見圖2，TEM照片見圖3。實例3把Y(NO3)3和Al(NO3)3溶于蒸餾水中，Y和Al離子的濃度分別為0.45mol/L和0.75mol/L，逐滴加入三乙醇胺，三乙醇胺的摩爾數(shù)為混合金屬離子總濃度的6倍。開始有沉淀生成，加入濃硝酸沉淀溶解，最終pH控制在3～4。所得粘稠液體在250℃下干燥，得到疏松多孔的黑色前驅(qū)體。1100℃熱處理，獲得純YAG粉體的晶粒直徑為100納米。實例4把市售的Y2O3溶于濃硝酸中制得Y(NO3)3和Al(NO3)3溶于蒸餾水中，其濃度、三乙醇胺用量及熱處理溫度均同實例2，獲得純YAG粉體粒徑為40納米。權(quán)利要求1.一種釔鋁石榴石納米粉體的制備方法，包括混合、蒸發(fā)脫水和熱處理過程，其特征在于(1)選用Y(NO3)3和Al(NO3)3水溶液為原料，Y(NO3)3和Al(NO3)3的摩爾比為3∶5；(2)絡(luò)合劑為三乙醇胺，所加絡(luò)合劑與混合離子摩爾比為2∶1至6∶1；(3)絡(luò)合劑與混合金屬離子混合過程中，加入濃硝酸調(diào)節(jié)pH在3～4之間，并強力攪拌；(4)所得混合溶液在180～250℃下蒸發(fā)脫水，以獲得前驅(qū)體；(5)前驅(qū)體在950～1100℃之間熱處理。2.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的Y(NO3)3和Al(NO3)3的濃度分別為0.15-0.45mol/L和0.25-0.75mol/L。3.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征制備的釔鋁石榴石的晶粒尺寸在40-100納米之間。4.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于950℃熱處理可獲得純Y3Al5O12相。全文摘要本發(fā)明涉及一種較低溫度下制備單相釔鋁石榴石納米粉體的方法，屬于精細化工領(lǐng)域。主要特征在于以Y和Al的硝酸鹽溶液為原料，加入絡(luò)合劑，調(diào)節(jié)pH值后，升溫使溶液脫水，生成疏松、絮狀、多孔的前驅(qū)體，將前驅(qū)體在950－1100℃之間煅燒，可獲得晶粒尺寸40納米的無其他雜相的釔鋁石榴石粉體。該方法的突出特點是，采用無機鹽為原料，在較低的溫度熱處理即可獲得低團聚、無雜相納米釔鋁石榴石粉體。通過改變工藝條件，可制備出不同晶粒尺寸的釔鋁石榴石粉體。文檔編號C30B29/28GK1514047SQ0312958公開日2004年7月21日申請日期2003年6月27日優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日發(fā)明者高濂,劉陽橋,高濂申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所