CN102139908B - 一种亚微米级氧化钇及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种亚微米级氧化钇及其制备方法，以草酸与包括草酸铵、草酸氢铵、草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾中的任意一种草酸盐组成的复合沉淀剂，在一定反应条件下将硝酸钇和/或氯化钇溶液加入到底液中，调节沉淀浆液的pH值，过滤并洗涤沉淀数次后，干燥，煅烧，得到亚微米级氧化钇。该氧化钇具有0.1um＜D50＜1.0um，D90≤1.0um，粒度分布系数Q≤0.20，且颗粒形貌为四方体形或球形的物理性质。本发明工艺简单易操作，对设备要求低，生产成本低，生产过程控制方便，工艺过程中沉淀分散性和过滤性能好，易于工业化生产，所制得产品质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种亚微米级氧化钇产品及其制备方法，属于具有特殊物理性质的稀土氧化物粉体材料的制备技术领域。
技术背景
氧化钇是一种重要的稀土氧化物。具有稀土元素独特的电子层结构、高电价、极化力强、电子能级和谱线的多样性、化学性质活泼等优良特性，使得氧化钇有着广阔的应用前景。氧化钇粉末是一种重要的陶瓷原料，属立方晶系，具有优良的耐热耐腐蚀和高温稳定性，熔点大于2400℃，介电常数为12-20等优质特性。氧化钇粉末可制成透明性优良的多晶陶瓷材料，这种陶瓷在红外和远红外区具有较高的直线透过率，并且具有一般陶瓷不具备的高顺磁性和荧光性质等，是一种优良的高温红外材料和电子材料，可用于红外制导导弹的窗口和整流罩、天线罩、微波基板、红外透镜、红外发生器管及其他高温窗口等。同时它还能显著提高彩电的图像质量，荧光灯的发光效率以及延长使用寿命等。
作为一种功能材料，氧化钇粉末在航空、航天、原子能和高技术陶瓷领域得到了广泛的应用。这些材料的制备要求氧化钇原料不仅要高纯度，细粒度还要有良好的烧结活性。超细氧化钇粉末还可以弥散在合金中可得到超耐热合金。因此，研究生产工艺简单、生产成本低、粒径可控制，活性高的系列细粒度氧化钇的制备方法具有很高的应用价值。
目前国内外制取超细氧化钇粉体的方法主要有：
1、固相法，将各种原料充分混匀后在高温下煅烧得到氧化物，特点是操作简单，成本低，但产品纯度低，粒度分布不均匀，烧结活性差，对设备要求较高。
2、喷雾热解法，利用喷雾设备将原料溶液在一定温度下喷雾热解而得到氧化物，特点是从溶液到粉末一步完成，不经过过滤干燥，烧结粉碎，粉体颗粒小分散好，不团聚，粒径可控，可连续生产，产量较大，但目前应用此法的并不多，主要是仪器设备的成本太高，对原料要求较高，产品收集困难，且生成的超细粒子中有许多是空心的。
3、溶胶一凝胶法，将阳离子先制成可溶性有机络合物，再进一步加热蒸发成溶胶，凝胶，最后将凝胶烘干，在较低温度下煅烧得到氧化物，特点是反应中各组分的混合在分子间进行，产物的粒径小，均匀性高，反应过程易于控制；反应是在低温下进行，避免了高温相的出现，因而产物的纯度高，化学均匀性好，颗粒细小，粒径分布窄，化学活性大；但是该法成本高，周期长，产率低，凝胶变成干超微粉比较困难，且易团聚，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大，煅烧时产生大量烟气，不利于环保。
4、微乳液法，是一种最新的制备纳米材料的液相化学法。其优点在于：粒子表面包有一层表面活性剂，表面活性剂分子可对粒子表面进行修饰，并控制微粒的大小；实验装置简单，操作方便，制得的粒子分散性好、均匀性好、界面性和稳定性好。但由于制备时消耗的表面活性剂以及溶剂的量很大，成本较高。
5、沉淀法，是在含一种或多种阳离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂(如OH-、CO3 2-、C2O4 2-等)，或在一定温度使盐溶液发生水解，使得原料液中的离子形成沉淀物从溶液中析出，再经过滤、洗涤、干燥、焙烧和热分解，而得到所需氧化物或粉料的方法。沉淀法的优点是精确控制化学组成，特别是容易制成多种成分均一的超微粉体；制成的超细粉体材料的表面活性高、生产成本低、工艺简单、对设备要求低，但是普通沉淀法制备的产品粒径较大，粒径不易控制且分布不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用常用设备，以简便的工艺过程控制产品粒径，生产低成本、易于工业化的亚微米级氧化钇产品及其制备方法。
本发明制得的氧化钇粉体，具有亚微米级粒度：0.1um＜D50＜1.0um，D90≤1.0um，粒度分布系数Q≤0.20，颗粒形貌为均匀四方体形或球形。
本发明制备上述氧化钇采用的技术方案包括以下步骤：
(1)以草酸/草酸盐复合沉淀剂溶液作为底液，控制反应条件，将硝酸钇和/或氯化钇溶液加入底液中，得到沉淀浆液；
(2)加料完毕，调节沉淀浆液的pH值；
(3)将沉淀浆液过滤、洗涤、干燥、煅烧，得到均匀的亚微米级氧化钇粉体。
本发明的优选方案之一是，步骤(1)中复合沉淀剂溶液为草酸与包括草酸铵、草酸氢铵、草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾中的一种草酸盐所配制而成的溶液，该复合沉淀剂溶液浓度以草酸根总浓度计为0.1～2.0mol/L，其中草酸摩尔数占25％～75％，沉淀剂用量按摩尔比为C2O4 2-/Y3+＝(1.6～3.0)/1。草酸盐的作用是与草酸形成缓冲溶液，使游离草酸根离子处于一个适合反应的浓度范围。同时用草酸根沉淀稀土离子也能很好地起到去除非稀土杂质的作用。
本发明的再一优选方案是，步骤(1)中加入分散剂PEG1500或PEG2000或PVA17中的一种，其用量按重量体积比为分散剂/底液＝(0.1～10g)/100ml。加入分散剂更加有利于减少沉淀颗粒的团聚现象。
本发明的再一优选方案是，步骤(1)中硝酸钇和/或氯化钇溶液浓度为0.1～2.0mol/L。
本发明的再一优选方案是，步骤(1)中所述底液温度为10～90℃，并采用搅拌和/或超声波方式分散。
本发明的再一优选方案是，步骤(2)中所述的pH值为2.5～7.0。
本发明的再一优选方案是，步骤(3)中所述的沉淀浆液过滤前在温度为10～90℃陈化0.5～4小时，同时保持搅拌和/或超声波等分散条件，有利于减少颗粒团聚和晶型完整。
本发明的再一优选方案是，步骤(3)中所述的煅烧温度为700～1000℃。使沉淀产物充分分解，得到亚微米级的氧化钇粉体。
本发明具有以下优点：
1、工艺简单易操作，对设备要求低，生产成本低，生产过程控制方便。
2、工艺过程中沉淀分散性和过滤性能好，易于工业化生产。
3、所制得亚微米级氧化钇产品，产品质量和性能稳定。
附图说明
图1是实施例1的产品电镜扫描照片。
图2是实施例3的产品电镜扫描照片。
图3是本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
对比例1
称取草酸121.2g和5g PEG1500，加水溶解并配制成浓度为1mol/L的溶液，搅拌，加入1mol/L的硝酸钇溶液480ml，然后用氨水调节pH值为3.0，搅拌，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105℃干燥，在800℃马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53.1g。实施结果见附表1。
对比例2
分别称取草酸氢钠155.8g，加水溶解并制成浓度为0.5mol/L的溶液，搅拌，加热至50℃，加入0.5mol/L的氯化钇溶液960ml，然后用氨水调节pH值为5.0，超声波分散，陈化1h，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105℃干燥，在950℃马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53.0g。实施结果见附表1。
实施例1
参见附图3，分别称取草酸72.6g，草酸铵27.3g和7.7gPEG2000，加水溶解并制成C2O4 2-浓度为0.1mol/L的溶液7680ml，超声波分散，在底液10℃条件下，加入0.1mol/L的硝酸钇溶液4800ml，然后用氨水调节pH值为2.5，搅拌陈化4h，将沉淀过滤，洗涤数次后置烘箱内105℃干燥，再经700℃马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53.3g。实施结果见附表1和附图1。
实施例2
参见附图3，分别称取草酸60.8g，草酸氢铵60.2g和9.6gPVA17，加水溶解并制成浓度为0.5mol/L的溶液1920ml，搅拌，在底液20℃条件下，加入0.5mol/L的氯化钇溶液960ml，然后用氨水调节pH值为3.0，搅拌陈化2h，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105℃干燥，在800℃马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53.3g。实施结果见附表1。
实施例3
参见附图3，分别称取草酸72.6g和草酸钠58.4g，加水溶解并制成浓度为2mol/L的溶液480ml，搅拌及超声波同时分散，在70℃条件下，加入2mol/L的硝酸钇溶液240ml，然后用氨水调节pH值为5.0，搅拌陈化1h，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105℃干燥，在850℃马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53.5g。实施结果见附表1和附图2。
实施例4
参见附图3，分别称取草酸75.6g，草酸氢钠78.0g和36gPVA17，加水溶解并制成浓度为1mol/L的溶液1200ml，搅拌，在30℃条件下，加入1mol/L的氯化钇溶液480ml，然后用氨水调节pH值为6.0，搅拌陈化0.5h，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105℃干燥，在900℃马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53.4g。实施结果见附表1。
实施例5
参见附图3，分别称取草酸72.6g，草酸钾70.7g和32gPEG2000，加水溶解并制成浓度为1.5mol/L的溶液640ml，搅拌，在50℃条件下，加入1.5mol/L相同浓度的氯化钇和硝酸钇溶液各160ml，然后用氨水调节pH值为4.5，搅拌陈化3h，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105℃干燥，在1000℃马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53.4g。实施结果见附表1。
实施例6
参见附图3，分别称取草酸45.4g，草酸氢钾157.7g和72gPEG2000，加水溶解并制成浓度为2mol/L的溶液720ml，搅拌，在90℃条件下，加入2mol/L的氯化钇溶液240ml，然后用氨水调节pH值为7.0，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105℃干燥，在900℃马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53.5g。实施结果见附表1。
附表1 对比例与实施例结果表
注：表中Q＝(D75-D25)/(D75+D25)
Claims (8)
1.一种亚微米级氧化钇的制备方法，所述亚微米级氧化钇，其颗粒0.1μm＜D50＜1.0μm，D90≤1.0μm，粒度分布系数Q≤0.20，其特征在于，步骤如下：
(1)以草酸和草酸盐复合沉淀剂溶液作为底液，将硝酸钇和/或氯化钇溶液加入底液中，得到沉淀浆液；
(2)加料完毕，调节沉淀浆液的pH值；
(3)将沉淀浆液经过滤、洗涤、干燥、煅烧，得到均匀的亚微米级氧化钇。
2.根据权利要求1所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(1)中所述复合沉淀剂溶液为草酸与草酸铵、草酸氢铵、草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾中的一种所配制而成的溶液，浓度以草酸根计为0.1～2.0mol/L，其中草酸摩尔数占25％～75％，沉淀剂用量按摩尔比为C2O4 2-/Y3+＝1.6～3.0/1。
3.根据权利要求1所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(1)中加入分散剂PEG1500或PEG2000或PVA17中的一种，其用量按重量体积比为分散剂/底液＝0.1～10g/100ml。
4.根据权利要求1所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(1)中所述硝酸钇和/或氯化钇的浓度为0.1～2.0mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(1)中所述底液温度为10～90℃，并采用搅拌和/或超声波方式分散。
6.根据权利要求1所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的pH值为2.5～7.0。
7.根据权利要求1所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的沉淀浆液在搅拌和/或超声波分散下以温度为10～90℃陈化0.5～4小时后再过滤。
8.根据权利要求1所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的煅烧温度为700～1000℃。
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