CN104310422B - 一种稀土正硼酸盐的低温制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土正硼酸盐的低温制备方法，其制备步骤为：①按化学计量比称取所需原料RE2O3(其中RE为稀土元素Y、La、Gd或Sm中的一种)和H3BO3；②称取所需助熔剂NH4Cl、ZnCl2、MgCl2或Li2CO3中的一种，助熔剂用量为原料质量的5wt％～15wt％，原料和助熔剂称量后混合均匀；③将装有混合料的坩埚梯度升温至600～700℃，烧结3h～5h，然后随炉降温至室温；④烧结过的产物研磨后，用水洗涤、搅拌并抽滤，重复洗涤3～5次；⑤将洗涤后的产物放入电热鼓风干燥箱中烘干，研磨、过筛后得到稀土正硼酸盐。本发明以RE2O3和H3BO3为原料，以NH4Cl、ZnCl2、MgCl2或Li2CO3中的一种为助熔剂，采用低温固相法制备，制备方法简单，易操作，节约能源，降低了生产成本，且后处理过程简单方便，省时省力。
Description
技术领域
本发明涉及稀土基功能材料的制备，尤其涉及一种稀土正硼酸盐的低温固相法制备。
背景技术
稀土正硼酸盐的硼酸根离子BO3 3-中原子以sp2杂化方式分别用3个O原子与1个B原子结合，成平面正三角形，故BO3 3-非常稳定，所以稀土正硼酸盐材料具有良好的化学稳定性和光学稳定性，其中LaBO3、YBO3和GdBO3作为发光材料的基质材料，通过掺杂Eu3+、Tb3+、Ce3+等发光离子在紫外和真空紫外激发下具有良好的发光性能，而SmBO3作为光学吸收材料，对1.06μm、1.54μm和10.6μm激光具有良好的光吸收特性。因此，稀土正硼酸盐作为光学材料得到了广泛的应用，目前主要的制备方法是高温固相反应法，但该方法反应温度较高，要在900℃下热处理一定时间后，才能够得到纯净的稀土正硼酸盐，同时颗粒团聚较为严重，颗粒物性有待进一步提高，因此降低高温固相反应法的煅烧温度，提高稀土正硼酸盐的颗粒物性是非常必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，通过助熔剂辅助的低温固相反应法制备出化学式为REBO3的稀土正硼酸盐。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案是：
一种稀土正硼酸盐的低温制备方法，其特征在于，所述稀土正硼酸盐化学式为REBO3中RE为稀土元素Y、La、Gd或Sm中的一种，其制备步骤如下：
①按化学计量比称取所需原料RE2O3(其中RE为稀土元素Y、La、Gd或Sm中的一种)和H3BO3；
②称取所需助熔剂NH4Cl、ZnCl2、MgCl2或Li2CO3中的一种，助熔剂用量为原料质量的5wt％～15wt％，原料和助熔剂称量后混合均匀；
③将装有混合料的坩埚梯度升温至600～700℃，烧结3h～5h，然后随炉降温至室温；
④烧结过的产物研磨后，用水洗涤、搅拌并抽滤，重复洗涤3～5次；
⑤将洗涤后的产物放入电热鼓风干燥箱中烘干，研磨、过筛后得到稀土正硼酸盐。
所述步骤③中“梯度升温制度”是以升温速率2～3℃/min升温到300～400℃，并保温1h～2h，然后以升温速率3～5℃/min升温到600～700℃，并保温3h～5h。
本发明的目的是通过助熔剂辅助的低温固相反应法制备出化学式为REBO3(其中RE为稀土元素Y、La、Gd或Sm中的一种)的稀土正硼酸盐。该材料的合成是以RE2O3(其中RE为稀土元素Y、La、Gd或Sm中的一种)和H3BO3为原料，以NH4Cl、ZnCl2、MgCl2或Li2CO3中的一种为助熔剂，采用低温固相法制备，制备方法简单，易操作，避免了900℃以上才能制备该类材料的高温，节约能源，降低了生产成本；后处理过程简单方便，省时省力。
本发明通过助熔剂种类和用量的选择，在较低的温度下采用固相法制备出稀土正硼酸盐，其合成的稀土正硼酸盐LaBO3、YBO3和GdBO3作为发光材料的基质材料，通过掺杂Eu3 +、Tb3+或Ce3+等发光离子在紫外和真空紫外激发下具有良好的发光性能，而SmBO3作为光学吸收材料，对1.06μm、1.54μm和10.6μm激光具有良好的光吸收特性，故而可以用于发光材料、光吸收材料和摩擦材料等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明用低温固相反应法合成化学式为REBO3(其中RE为稀土元素Y、La、Gd或Sm中的一种)的稀土正硼酸盐的4个具体实施例如表1所示：
表1
实施例1#：
组成如表1中1#所示，具体制备方法包括下列步骤：
①按重量称取15.287gY2O3、8.372gH3BO3和3.549gNH4Cl；
②将称好的原料和助熔剂混合均匀；
③将装有混合料的坩埚以2℃/min升温到300℃，并保温1h，接着以3℃/min升温到650℃，并保温4h，然后随炉降温至室温；
④烧结过的产物研磨后，用水洗涤、搅拌并抽滤，重复洗涤3次；
⑤将洗涤后的产物放入电热鼓风干燥箱中烘干，研磨、过筛后得到稀土正硼酸盐。
对该稀土正硼酸盐的测试结果如下：
将过程⑤中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与六方YBO3相对应，并且没有其他物质相的峰存在。
实施例2#：
组成如表1中2#所示，具体制备方法包括下列步骤：
①按重量称取16.479gLa2O3、6.255gH3BO3和2.273gZnCl2；
②将称好的原料和助熔剂混合均匀；
③将装有混合料的坩埚以2.5℃/min升温到350℃，并保温1.5h，接着以4℃/min升温到600℃，并保温3h，然后随炉降温至室温；
④烧结过的产物研磨后，用水洗涤、搅拌并抽滤，重复洗涤4次；
⑤将洗涤后的产物放入电热鼓风干燥箱中烘干，研磨、过筛后得到稀土正硼酸盐。
对该稀土正硼酸盐的测试结果如下：
将过程⑤中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与正交LaBO3相对应，并且没有其他物质相的峰存在。
实施例3#
组成如表1中3#所示，具体制备方法包括下列步骤：
①按重量称取16.778gGd2O3、5.724gH3BO3和1.688gMgCl2；
②将称好的原料和助熔剂混合均匀；
③将装有混合料的坩埚以3℃/min升温到350℃，并保温2h，接着以4℃/min升温到700℃，并保温5h，然后随炉降温至室温；
④烧结过的产物研磨后，用水洗涤、搅拌并抽滤，重复洗涤5次；
⑤将洗涤后的产物放入电热鼓风干燥箱中烘干，研磨、过筛后得到稀土正硼酸盐。
对该稀土正硼酸盐的测试结果如下：
将过程⑤中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与六方GdBO3相对应，并且没有其他物质相的峰存在。
实施例4#：
组成如表1中4#所示，具体制备方法包括下列步骤：
①按重量称取16.672gSm2O3、5.912gH3BO3和1.129gLi2CO3；
②将称好的原料和助熔剂混合均匀；
③将装有混合料的坩埚以2℃/min升温到400℃，并保温1.5h，接着以5℃/min升温到700℃，并保温5h，然后随炉降温至室温；
④烧结过的产物研磨后，用水洗涤、搅拌并抽滤，重复洗涤5次；
⑤将洗涤后的产物放入电热鼓风干燥箱中烘干，研磨、过筛后得到稀土正硼酸盐。
对该稀土正硼酸盐的测试结果如下：
将过程⑤中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与三斜SmBO3相对应，并且没有其他物质相的峰存在。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种稀土正硼酸盐的低温制备方法，其特征在于，所述稀土正硼酸盐化学式为REBO3中RE为稀土元素Y、La、Gd或Sm中的一种，其制备步骤如下：
①按化学计量比称取所需原料RE2O3和H3BO3，其中RE为稀土元素Y、La、Gd或Sm中的一种；
②称取所需助熔剂NH4Cl、ZnCl2、MgCl2或Li2CO3中的一种，助熔剂用量为原料质量的5wt％～15wt％，原料和助熔剂称量后混合均匀；
③将装有混合料的坩埚梯度升温至600～700℃，烧结3h～5h，然后随炉降温至室温；
④烧结过的产物研磨后，用水洗涤、搅拌并抽滤，重复洗涤3～5次；
⑤将洗涤后的产物放入电热鼓风干燥箱中烘干，研磨、过筛后得到稀土正硼酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种稀土正硼酸盐的低温制备方法，其特征在于，所述步骤③中以升温速率2～3℃/min升温到300～400℃，并保温1h～2h，然后以升温速率3～5℃/min升温到600～700℃，并保温3h～5h。
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