[发明专利]一种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机固体材料合成技术领域，具体涉及一种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法。

背景技术

烧绿石型稀土锆酸盐的晶体结构中存在大量阴离子空位、有序的阳离子排列、在其向萤石结构转变的过程中，整体结构不会坍塌，无需经过无定型过程。同时稀土元素具有独特的 4f 亚层电子结构及丰富的跃迁能级，大的原子磁矩、强的自旋-轨道耦合从而具有丰富而又独特的光、电、磁等性质。上述结构特点使得烧绿石型稀土锆酸盐具备导热系数低、热稳定性好、优良的离子导电性、高催化活性、对其他离子较大的包容量等优点，因而在热障涂层材料、高温燃料电池固体电解质、放射性核废料固化以及精细化工催化等领域具有广泛而突出的应用前景。

然而稀土锆酸盐是一种难合成材料，文献报道的合成方法主要有以下几种：

1. 无压烧结法，即传统的高温固相反应：将稀土氧化物和氧化锆按一定比例混合，研磨，在高温下灼烧较长时间。如印度的S.J. Patwe等将CeO₂、 ZrO₂和 Gd₂O₃在900^oC下灼烧10小时，将灼烧后的氧化物按一定计量比研磨混合并压片，在1200^oC下灼烧36小时， 冷却后研磨，重新压片，于1300 ^oC下灼烧36小时，再于1400 ^oC下灼烧48小时，整个过程加热和冷却速率控制在2^oC/min。最终得到一系列组成为Gd₂Ce_xZr_2?xO₇（x = 0, 0.1, 1.0, 1.9）的烧绿石型稀土锆酸盐 （参考文献：S. J. Patwe, B. R. Ambekar, A. K. Tyagi，Synthesis, characterization and lattice thermal expansion of some compounds in the system Gd₂Ce_xZr_2?xO₇， Journal of Alloys and Compounds 389 (2005) 243–246）。这种制备方法步骤繁琐，反应温度高，时间长，能耗高、效率低。

2. 高温高压合成：唐敬友等以ZrO₂和 Gd₂O₃为原料，按1:2（摩尔比）的比例混合，置于五水乙醇中研磨4小时，将混合粉料经约25 MPa 压力干压成圆片生坯，将其在红外烘箱中烘干后, 放入高压烧结样品的组装腔体中，在合成过程中升温和加压同时进行，在5.2GPa的压力和1600^oC下反应5分钟合成了单相烧绿石结构的Gd₂Zr₂O₇，该法合成时间短，效率高 （参考文献：唐敬友, 陈晓谋, 潘社奇, 牟 涛, 贺端威，立方烧绿石Gd₂Zr₂O₇的高温高压合成，原子能科学技术，Vol. 44, No. 4，394-399。）。但是该法所需压力为5万大气压，1600^oC，条件非常极端，对反应设备要求非常苛刻，反应过程中有爆炸的危险，难以实现工业化应用。

3. 共沉淀法：徐强等将Gd(NO₃)₃和ZrOCl₂·8H₂O分别溶于去离子水后并混合，将此溶液逐滴加入到剧烈搅拌的过量氨水中，得前驱体，经过真空抽滤、洗涤、干燥，在一定温度下灼烧，将制得的粉体采用钢模在100MPa压力下压制成坯，在1550^oC下烧结20小时制得烧绿石Gd₂Zr₂O₇陶瓷（参考文献：徐强，潘伟，王敬栋，万春磊，齐龙浩，苗赫濯，焦绿石型Ln₂Zr₂O₇陶瓷的研究进展，稀有金属材料与工程2005年，增刊第1期），该法同样存在步骤繁琐、能耗高、效率低等缺点。