CN108394925A - 一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料及其制备方法 - Google Patents

一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料，包括以γ～Ce2S3发色体为内核、以及包裹在发色体内核外的Y3Al5O12壳体。此外，还公开了上述YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法。本发明通过引入新型的YAG包裹层，有效稳定了γ～Ce2S3，使包裹改性后色料的高温稳定性获得大幅提升，在800℃下仍呈现红色外观，可在800℃以上的高温领域中使用，极大地拓展了其应用领域。本发明所采用的制备方法工艺简单，产品高温稳定性强，有利于工业使用及推广应用。

Description

一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机色料技术领域，尤其涉及一种包裹型γ～Ce2S3红色色料及其制备方法。
背景技术
γ～Ce2S3其主波长为608nm左右，呈大红的颜色，其色泽鲜艳、遮盖力强；且γ～Ce2S3的S3p→Ce5d的电子跃迁对紫外线具有较强的吸收能力，使得γ～Ce2S3能够耐受紫外辐射。同时，由于γ～Ce2S3安全无毒，因此已成为有毒镉硒红的首选替代色料。但是，γ～Ce2S3色料氧化分解温度为350℃，超过该温度会迅速分解而变黑，从而影响了其在高温下的应用。
为此，目前也研究开发了采用包裹技术在色料表面包覆一层或多层透明的高温稳定性材料，通过改性以提高色料的高温稳定性。现有技术中，通常是以氧化硅、氧化锆或硅酸锆作为包覆层，虽然对γ～Ce2S3色料的高温稳定性有所改进，但在制备过程中仍然存在着包裹率低、反应控制困难、产品包裹层致密性差等问题，从而影响了生产制备的稳定可靠性、以及产品的稳定性，为工业化的推广和应用带来了不利。因此，急需研究开发新的包裹制备技术或新的包裹材料，以解决现有研究和生产所出现的问题，从而有利于促进包裹型γ～Ce2S3红色色料技术的应用和发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料，通过引入新型的YAG包裹层，从而大幅度提高γ～Ce2S3色料的高温稳定性，拓展其应用领域。本发明的另一目的在于提供上述YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法及其制得的产品。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料，包括以γ～Ce2S3发色体为内核、以及包裹在发色体内核外的Y3Al5O12壳体。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的上述YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，包括以下步骤：
(1)液相法制备包裹型CeO2前驱体沉淀
(1-1)将水溶性+3价铈盐、水溶性+3价铝盐、水溶性+3价钇盐，按照摩尔比Ce3+∶Al3 +∶Y3+＝1～20∶1～10∶1～10溶于水中制得混合溶液，按照摩尔比Ce3+∶水＝1～5∶1～50；
(1-2)按体积比沉淀剂∶水＝1～8∶1～20，将沉淀剂加入所述混合溶液中，调节溶液体系pH值为9.5～13.5，经搅拌反应，获得铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀；
(2)制备包裹型CeO2前驱体粉料
将所述铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀，经水洗、醇洗、干燥后，制得包裹型CeO2前驱体粉料；
(3)硫化热处理制备γ～Ce2S3红色色料
将所述包裹型CeO2前驱体粉料在以硫化气氛与惰性气氛形成的共同保护气氛中进行热处理，即制得包裹层为Y3Al5O12的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料。
进一步地，本发明所述水溶性+3价铈源为Ce(NO3)3·6H2O、CeCl3·7H2O、Ce2(SO4)3·8H2O、或Ce(Ac)3·nH2O；所述水溶性+3价铝源为Al(NO3)3·9H2O、Al2(SO4)3·18H2O、或AlCl3·6H2O；所述水溶性+3价钇源为Y(NO3)3·6H2O或YCl3·6H2O。所述沉淀剂为浓氨水、浓度为1～6mol/L的NaOH溶液、或浓度为1～10mol/L的NH4HCO3溶液。
上述方案中，本发明所述步骤(1-2)中搅拌速度为1000～3000r/min，搅拌时间为1～8h。
进一步地，本发明所述步骤(3)中，硫化气氛为CS2或H2S，惰性气氛为N2或Ar；按照体积比所述硫化气氛∶惰性气氛＝1～30∶1～300。
上述方案中，本发明所述步骤(3)中，热处理制度为：以2～10℃/min升温至650～1200℃，保温50～600min，冷却至室温，即制得包裹层为Y3Al5O12的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料。
本发明利用上述YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法制得的产品，所述产品其红度值a*≥32；所述产品在空气气氛下于800℃煅烧后其红度值a*≥30，仍呈红色外观。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过引入新型的YAG包裹层，有效稳定了γ～Ce2S3，使包裹改性后色料的高温稳定性获得大幅提升。
(2)本发明首先优选铈源、铝源和钇源，以湿化学法制备获得铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体，进一步通过硫化气氛与惰性气氛高温硫化热处理而制得YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料，其呈色鲜艳、红度值a*≥32，产品高温稳定性强，在800℃下仍呈现红色外观，可在800℃以上的高温领域中使用，极大地拓展了其应用领域。
(3)本发明制备方法工艺简单，产品高温稳定性强，从而有利于工业使用及推广应用。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
图1是本发明实施例制得的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的X射线衍射谱图(XRD)；
图2是本发明实施例制得的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的透射电镜图片(TEM)。
具体实施方式
实施例一：
本实施例一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其步骤如下：
(1)液相法制备包裹型CeO2前驱体沉淀
(1-1)将4.5g Ce(NO3)3·6H2O、4.5gAl(NO3)3·9H2O、3gY(NO3)3·6H2O溶于7mL水中，制得混合溶液；
(1-2)将4.5mL浓氨水滴入上述混合溶液中，调节溶液体系pH值为11.5，室温下以2700r/min搅拌7h，获得铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀；
(2)制备包裹型CeO2前驱体粉料
上述铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀，经水洗、醇洗、干燥后，制得包裹型CeO2前驱体粉料；
(3)硫化热处理制备γ～Ce2S3红色色料
将上述包裹型CeO2前驱体粉料置于瓷舟中，将瓷舟放入气氛炉，通入按照体积比H2S∶N2＝1∶9的混合气体，以5℃/min升温至950℃，保温240min，冷却至室温，即制得包裹层为Y3Al5O12的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料。
实施例二：
本实施例一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其步骤如下：
(1)液相法制备包裹型CeO2前驱体沉淀
(1-1)将5.5g CeCl3·7H2O、6gAlCl3·6H2O、4.5gYCl3·6H2O溶于8mL水中，制得混合溶液；
(1-2)将5ml浓度为1.5mol/L的NaOH溶液滴入上述混合溶液中，调节溶液体系pH值为12，室温下以2100r/min搅拌6h，获得铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀；
(2)制备包裹型CeO2前驱体粉料
上述铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀，经水洗、醇洗、干燥后，制得包裹型CeO2前驱体粉料；
(3)硫化热处理制备γ～Ce2S3红色色料
将上述包裹型CeO2前驱体粉料置于瓷舟中，将瓷舟放入气氛炉，通入按照体积比H2S∶Ar＝1∶10的混合气体，以5℃/min升温至990℃，保温280min，冷却至室温，即制得包裹层为Y3Al5O12的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料。
实施例三：
本实施例一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其步骤如下：
(1)液相法制备包裹型CeO2前驱体沉淀
(1-1)将5g CeCl3·7H2O、6gAl(NO3)3·9H2O、3.8gY(NO3)3·6H2O溶于9mL水中，制得混合溶液；
(1-2)将6ml浓度为3mol/L的NH4HCO3溶液滴入上述混合溶液中，调节溶液体系pH值为9.8，室温下以2400r/min搅拌8h，获得铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀；
(2)制备包裹型CeO2前驱体粉料
上述铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀，经水洗、醇洗、干燥后，制得包裹型CeO2前驱体粉料；
(3)硫化热处理制备γ～Ce2S3红色色料
将上述包裹型CeO2前驱体粉料置于瓷舟中，将瓷舟放入气氛炉，通入按照体积比H2S∶N2＝1∶9的混合气体，以5℃/min升温至1000℃，保温460min，冷却至室温，即制得包裹层为Y3Al5O12的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料。
图1表明，本发明实施例制得的红色色料的组分是γ～Ce2S3和YAG。图2表明，本发明实施例制得的红色色料由γ～Ce2S3及外层YAG包裹体共同组成。
本发明各实施例制得的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料，其色度值如表1所示。
表1本发明各实施例YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的色度值
实施例 L* a* b*
实施例一 31.28 32.11 22.33
实施例二 30.97 32.15 22.14
实施例三 31.09 32.25 22.39
以未包裹的商用γ～Ce2S3色料作为对比例，本发明实施例一所制得的包裹型γ～Ce2S3红色色料，在空气气氛中煅烧后的色度值如表2所示。
表2本发明实施例一和对比例在空气气氛中煅烧后的色度值

Claims (9)

1.一种YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料，其特征在于：包括以γ～Ce2S3发色体为内核、以及包裹在发色体内核外的Y3Al5O12壳体。
2.权利要求1所述YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)液相法制备包裹型CeO2前驱体沉淀
(1-1)将水溶性+3价铈盐、水溶性+3价铝盐、水溶性+3价钇盐，按照摩尔比Ce3+∶Al3+∶Y3+＝1～20∶1～10∶1～10溶于水中制得混合溶液，按照摩尔比Ce3+∶水＝1～5∶1～50；
(1-2)按体积比沉淀剂∶水＝1～8∶1～20，将沉淀剂加入所述混合溶液中，调节溶液体系pH值为9.5～13.5，经搅拌反应，获得铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀；
(2)制备包裹型CeO2前驱体粉料
将所述铝氢氧化物、钇氢氧化物共同包裹的CeO2前驱体沉淀，经水洗、醇洗、干燥后，制得包裹型CeO2前驱体粉料；
(3)硫化热处理制备γ～Ce2S3红色色料
将所述包裹型CeO2前驱体粉料在以硫化气氛与惰性气氛形成的共同保护气氛中进行热处理，即制得包裹层为Y3Al5O12的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料。
3.根据权利要求2所述的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其特征在于：所述水溶性+3价铈源为Ce(NO3)3·6H2O、CeCl3·7H2O、Ce2(SO4)3·8H2O、或Ce(Ac)3·nH2O；所述水溶性+3价铝源为Al(NO3)3·9H2O、Al2(SO4)3·18H2O、或AlCl3·6H2O；所述水溶性+3价钇源为Y(NO3)3·6H2O或YCl3·6H2O。
4.根据权利要求2所述的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其特征在于：所述沉淀剂为浓氨水、浓度为1～6mol/L的NaOH溶液、或浓度为1～10mol/L的NH4HCO3溶液。
5.根据权利要求2所述的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1-2)中搅拌速度为1000～3000r/min，搅拌时间为1～8h。
6.根据权利要求2所述的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，硫化气氛为CS2或H2S，惰性气氛为N2或Ar；按照体积比所述硫化气氛∶惰性气氛＝1～30∶1～300。
7.根据权利要求2所述的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，热处理制度为：以2～10℃/min升温至650～1200℃，保温50～600min，冷却至室温，即制得包裹层为Y3Al5O12的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料。
8.利用权利要求2-7之一所述YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法制得的产品。
9.根据权利要求8所述的YAG包裹型γ～Ce2S3红色色料的制备方法制得的产品，其特征在于：所述产品其红度值a*≥32；所述产品在空气气氛下于800℃煅烧后其红度值a*≥30，仍呈红色外观。
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