CN111247114B - 制备基于钇的氧化物、铝的氧化物和任选的至少一种其它元素的氧化物的粉末的方法 - Google Patents

制备基于钇的氧化物、铝的氧化物和任选的至少一种其它元素的氧化物的粉末的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备基于钇的氧化物、铝的氧化物和任选的至少一种其它元素的氧化物的粉末的方法，包括以下步骤：a)将至少一种单体和至少一种来自聚醚类的聚合物加入到含钇、铝和任选的至少一种其它元素的溶液中的步骤，所述钇、铝和任选的至少一种其它元素处于阳离子形式，所述单体包含至少一个烯基和至少一个能够形成氢键的极性基团；b)通过使在a)中加入的单体聚合来获得捕获有所述溶液的凝胶的步骤；c)通过使在b)中获得的凝胶脱水来获得干凝胶的步骤；d)通过对在c)中获得的干凝胶进行热处理来获得所述粉末的步骤。

Description

制备基于钇的氧化物、铝的氧化物和任选的至少一种其它元 素的氧化物的粉末的方法
技术领域
本发明涉及一种制备基于钇的氧化物、铝的氧化物和任选的至少一种其它元素的氧化物的粉末的方法。
该方法可尤其用于制造可尤其用作光学元件的透明陶瓷。
背景技术
通常，与单晶陶瓷相比，透明陶瓷且更尤其是多晶陶瓷特别是在激光腔中用作放大器介质时更受青睐。事实上，这种陶瓷具有许多优点，其中之一就是结合不同的化学组成能够赋予它们复杂的形状。
当这些陶瓷具有简单的化学组成时，即具有式Y3Al5O12的石榴石型氧化物化学组成的情况(通过首字母缩写也称为YAG)，它们通常通过以所需的化学计量比形成氧化钇(Y2O3)和氧化铝(Al2O3)粉末的混合物并对其进行反应性烧结而获得，如Journal of theEuropean Ceramic Society,20,2000,p.2169-2174中所述。在这种方法中，反应性烧结的目的既是为了合成所需的结晶相，也是为了使粉末的初始颗粒之间具有良好的结合(换句话说，这相当于致密化现象)。尽管可以考虑采用这种类型的方法来合成仅含两种阳离子的混合氧化物(这是具有式Y3Al5O12的YAG化合物的情况)，但是难以实施该方法来制备取代的或掺杂的YAG陶瓷，例如因被动的可饱和吸收性能而闻名的记为(YAG：Cr4+)的铬掺杂的YAG化合物(换句话说，一部分的铝被铬取代的YAG化合物)。事实上，在这种情况下，YAG相中所含的铬含量非常低。而如J.Am.Soc.79(1996)507-509中所记载的，通过氧化钇、氧化铝和氧化铬的粉末的简单混合物来获得铬的均匀分布是非常复杂的。此外，为了使铬稳定在所需的氧化态(+IV)，可能需要在陶瓷中加入额外的元素，并且对于式Y2.994Ca0.006Al4.995Cr0.005O12或Y3Al4.985Mg0.01Cr0.005O12的透明陶瓷便是这种情况，其中，铬(+IV)分别被钙(+II)和镁(+II)稳定。对于这些含两种以上阳离子的混合氧化物，其中一些阳离子(如上文所述，铬、镁和钙)的含量非常低，形成粉末的混合物以及反应性烧结的使用会导致化学不均匀性(例如，不受控制的成分梯度和相分离的形式)和微结构不均匀性(例如，孔隙的形式)，这是在这些陶瓷用作光学元件的阻止型缺陷。
鉴于上文中提及的制备这些混合氧化物的技术难度，本研究主要集中在合成具有所需的化学组成的掺杂的YAG前体，而不是形成和/或烧结这些前体。此外，还由此开发了能够将一种或多种阳离子融入YAG陶瓷中的新的合成路线。存在许多这样的方法，例如：水热合成，如Journal of Materials Chemistry,9,1999,2671-2674中所记载的；喷雾水解合成，如Journal of Alloy Compounds,421,2006,298-302中所记载的；共沉淀合成，如Ceramics International 35(2009),p.2077-2081中所记载的；燃烧合成，如Journal ofLuminescence,122-123,2007,707-709中所记载的；聚丙烯酰胺溶胶-凝胶合成，如Trans.Noferrous.Met.Soc.China,17,2007,1093-1099中所记载的。这些方法的种类繁多，表明这些材料是令人感兴趣的，但也尤其表明合成具有适合于在后续成型和致密化步骤中所需性能的氧化物的困难。事实上，这些路线中的一些路线能够获得所需的氧化物，但是随后难以成型，甚至不能成型。在这些合成路线中，能够以单阶段方式获得这些复杂的混合氧化物的那些路线基本上均基于阳离子溶液的聚合，其中阳离子溶液以化学计量比含有构成所需相的元素，尤其如American Chemical Society,2003,3747-3480中所记载的。尽管这些合成方式能够获得所需的相，但是它们产生了具有团聚体形式的相同粉末形态，而这些团聚体具有高度充气和挥发性的飞灰性质，如示出了利用扫描电子显微镜通过背散射电子来得到利用聚丙烯酰胺路线获得的粉末的两张照片(两个不同比例，200μm和50μm)的图1所示。这种高度多孔的形态非常复杂，难以通过传统用于光学材料的路线来形成。这尤其是压实路线的情况，但也是成型路线的情况，在这些路线中需要使用这些粉末产生悬浮，例如在多孔和/或真空和/或加压模具中浇注时，需要使这些粉末产生悬浮。
因此，鉴于存在的问题，本发明的发明人设定开发一种制备基于钇、铝和任选的至少一种其它元素的氧化物的粉末的方法，该方法具有以下优点：
特别是以极少量引入另一种元素，而不会引起任何化学不均匀性或结构不均匀性；和
获得一种粉末，该粉末易于形成压实物的形式，或者易于形成为用于制备压实物的悬浮液或浆状物。
发明内容
因此，本发明涉及一种制备基于钇的氧化物、铝的氧化物和任选的至少一种其它元素的氧化物的粉末的方法，包括以下步骤：
a)将至少一种单体和来自聚醚类的至少一种聚合物加入到含钇、铝和任选的至少一种其它元素的溶液中的步骤，所述钇、铝和任选的至少一种其它元素处于阳离子形式，所述单体有利地具有至少一个烯基和至少一个能够形成氢键的极性基团；
b)通过使在a)中加入的单体聚合来获得捕获所述溶液的凝胶的步骤；
c)通过使在b)中获得的凝胶脱水来获得干凝胶的步骤；
d)通过对c)中获得的干凝胶进行热处理来获得所述粉末的步骤。
在对本发明进行更详细的描述之前，先阐述以下定义。
在上文和下文中，“单体”通常是指在聚合反应期间能够进行反应来形成聚合物(在本发明的框架内，其将是形成凝胶并捕获溶液的材料)的化合物，因此形成的聚合物包含重复单元，即直接源自单体反应的二价有机基团。
在上文和下文中，“聚醚”通常是指具有至少一个醚重复单元的聚合物。
在上文和下文中，“凝胶”通常是指由上文提及的单体通过聚合反应得到的聚合物所形成的材料，在该材料中保留有水性相，在本文的情况下，该水性相对应于含阳离子形式的钇、铝和任选的至少一种其它元素的溶液。
在上文和下文中，“干凝胶”通常是指由上文提及的单体通过聚合反应得到的聚合物所形成的材料，在该材料中溶液的溶剂已经通过干燥而被除去，因此仅允许存在阳离子形式的钇、铝和任选的至少一种其它元素。
本发明的方法包括：首先，将至少一种单体和来自聚醚类的至少一种聚合物加入到含钇、铝和任选的至少一种其它元素的溶液中的步骤，其中，钇、铝和至少一种其它元素处于阳离子形式。
更准确地，含钇、铝和任选的至少一种其它元素的溶液可以是含有处于阳离子形式的钇、铝和所述至少一种其它元素的水性溶液。
处于阳离子形式的钇、铝和所述至少一种其它元素可以与硝酸根阴离子或碳酸根阴离子结合。
在步骤a)之前，可通过将至少一种钇前体、至少一种铝前体、任选的其它元素的至少一种前体(当存在所述其它元素时)溶解在水性溶液来预先制备含钇、铝和任选的所述至少一种其它元素的溶液。
这些前体可以是硝酸盐(例如，硝酸钇Y(NO3)3，硝酸铝Al(NO3)3)或碳酸盐。
根据前体的性质，可对溶液进行酸化，以使前体溶解。
当存在其它元素时，它们可以是：铬，任选地与镁和/或钙结合；铈；钕；钆；铕；铽；钬；镱；钐；镝和/或铼。
有利地，其它元素是任选地与镁和/或钙结合的铬，其中，镁和/或钙用于使铬稳定在合适的氧化态(即氧化态(+IV))。
有利地，在步骤a)中加入的单体包含至少一个烯基(进行聚合反应的基团)和能够形成氢键的至少一个极性基团。因此，一旦聚合，所得到的产物(即聚合物)便能够通过在水与源自单体聚合的重复单元的极性基团之间形成氢键来储存水。
更具体地，在步骤a)中加入的单体包含至少一个烯基和至少一个含有一个或多个氢原子的基团，所述一个或多个氢原子键合到比氢更具负电性的原子上，例如氮原子、氧原子、卤原子(例如氟)。
甚至更具体地，上述单体包含至少一个烯基和选自酰胺基、–OH基团、羧基、羧酸酯/根基和/或酯基的至少一个基团。
举例来说，上述单体可以选自丙烯酸类单体，例如丙烯酸，甲基丙烯酸类单体，丙烯酸酯类单体(并且更具体地，丙烯酸烷基酯类单体)，甲基丙烯酸酯类单体(并且更具体地，甲基丙烯酸烷基酯类单体)，丙烯酰胺类单体，双(丙烯酰胺)类单体，环氧化物单体及它们的混合物。
在步骤a)中，可以加入例如上述单体类型的单种单体或单体的混合物。
在需要单体的混合物时，单体的混合物可更确切地由包含单一可聚合基团的单体(例如丙烯酸类单体，如丙烯酸，或者丙烯酰胺类单体，例如丙烯酰胺)和包含两种可聚合基团的单体(例如双(丙烯酰胺)单体)组成，其中由于存在两种可聚合基团，该包含两种可聚合基团的单体确保了具有交联剂的作用。作为示例，单体的混合物可由以下组成：
丙烯酸和N,N'-亚甲基双(丙烯酰胺)；或
丙烯酰胺和N,N’-亚甲基双(丙烯酰胺)。
除了上文提到的可以根据所需的聚合反应(例如，自由基聚合或分步聚合，如缩聚)来确定所选单体的特征之外，还存在其它标准来影响对在步骤a)中加入以后续形成凝胶的单体的选择。
在这些标准中，可以提及的是：
所需的最终产品(即粉末)的物理化学性质，例如形态、微结构、团聚率等方面；
源自单体聚合的凝胶所需的粘度，根据所实施方法的性质，粘度的概念可以是选择标准；例如，使用流动通道的连续方法容易与获得低粘度的凝胶相适应；
符合其中规定涉及所用单体的毒性的REACH法规，并且在源自单体聚合的聚合物热降解过程中不产生气体；
源自单体聚合的聚合物在热处理步骤中发生热降解而不会在最终粉末中留下残余杂质的适用性，其含量可被抑制以用于对压实物形式的粉末进行的后续处理(尤其是成型/烧结/致密化的步骤)；
可获得性和成本。
在某些情况下，在步骤a)中加入的单体还可以起到存在于溶液中的钇、铝和/或任选的额外元素的络合剂的作用，当然，条件是该单体包含能够与钇、铝和/或任选的额外元素络合的基团。
此外，将至少一种来自聚醚类的聚合物加入到溶液中。
所用的聚醚，顾名思义，包含至少一个醚重复单元，这并不排除它们额外地包含其它类型的重复单元，该其它类型的重复单元包含除醚官能团以外的有机官能团。此外，聚合物可以是线性的聚醚或支化的聚醚。
特别地，聚醚可以包含至少两种不同的醚重复单元，并且更具体地，聚醚可以属于泊洛沙姆家族(poloxamer family)。
当步骤a)中使用的聚醚对应于泊洛沙姆时，这意味着它们包含两种不同的醚重复单元，即环氧乙烷重复单元和环氧丙烷重复单元。甚至更具体地，它可以是三嵌段聚合物，包括聚丙二醇(也被称为聚(丙烯的氧化物))的中央嵌段和两个聚乙二醇(也被称为聚(乙烯的氧化物)的外围嵌段，其中该三嵌段聚合物可被称为聚(乙烯的氧化物-b-丙烯的氧化物-b-乙烯的氧化物)。可在本发明的框架内使用的泊洛沙姆是以名称
Figure BDA0002461539480000061
(例如，
Figure BDA0002461539480000062
P 123和
Figure BDA0002461539480000063
L35)销售的泊洛沙姆。
此外，优选在加入单体之前，可以将存在于溶液中的钇、铝和/或任选一种其它元素的至少一种络合剂加入到所述溶液中，所述络合剂不同于步骤a)中的单体，该络合剂除了络合作用之外，还能够防止在进行胶凝步骤之前，钇、铝和/或任选的额外元素出现沉淀现象。
“络合剂”是指包含至少一个能够与溶液中存在的钇、铝和/或任选的额外元素络合的官能团的化合物，换句话说，是指在钇、铝和/或任选的额外元素与该试剂接触时，能够通过形成配位键而与上述官能团结合，其中配位键的条件是共享存在于该基团的杂原子的自由电子对(free doublet)和/或存在于该基团上的杂原子携带的负电荷与钇、铝和/或任选的额外元素(如果存在)的空轨道。
具有自由电子对的所述杂原子可以是氧原子、氮原子或硫原子及它们的组合，包含这种杂原子的官能团可以是醇基(即-OH基团)、胺基、醚基、酯基(即-COO-基)、磺酰基(即-SO2-基)、羧基、羧酸酯/根基和/或磷酸酯基。
作为络合剂的示例，可以提及的是：
包含至少一个羧基的化合物，例如柠檬酸；
包含至少一个胺基的化合物，例如脲；
包含至少一个胺基和至少一个羧基的化合物，例如EDTA(乙二胺四乙酸化合物的缩写)或DTPA(二亚乙基三胺五乙酸化合物的缩写)。
在加入单体、聚醚和任选的络合剂之后，本发明的方法包括通过在该步骤中加入的单体进行聚合来使来自步骤a)的溶液胶凝的步骤，由此形成凝胶，其中，所形成凝胶捕获包含络合形式或未络合形式(取决于单体是否至少包含至少一个络合基团或在加入络合剂之前是否进行络合)的钇、铝和任选的额外元素的溶液。
为了引发在a)中加入的单体的聚合反应，可以考虑以下几种途径：
加热溶液以引发聚合反应，并且因此引起胶凝化的热途经(该步骤则可称为热-胶凝化)；
使溶液经受紫外线辐射以引发聚合反应的途径；
使溶液经受γ辐射以引发聚合反应的途径；
向溶液中加入聚合引发剂，例如双氧水(oxygenated water)或者双氧水/抗坏血酸的混合物的途径。
不排除可以使用这些不同途径的组合，例如采用热途径与向溶液中加入聚合引发剂的途径的组合。
一旦获得凝胶，便例如在30℃至300℃之间的温度下，进行脱水步骤，由此形成干凝胶(即，多孔的干材料，其骨架由在先步骤中形成的聚合物构成)，并且钇、铝和任选的至少一种其它元素的阳离子(例如，以硝酸盐或碳酸盐的形式)沉淀在由于脱水产生的碳基体中。
该脱水步骤可以通过将凝胶置于烘箱或微波炉中来进行。
最后，使在c)中得到的干凝胶经受热处理的步骤，以得到本发明方法的目标粉末。
该热处理步骤可为在氧化气氛下进行的煅烧操作，在此期间干凝胶的有机材料被热降解(因此该操作能够被部分地定性为脱粘)，并且钇、铝和任选的额外元素的盐(例如硝酸盐)转化为铝、钇和任选的额外元素的氧化物。根据干凝胶的性质和氧化物或最终氧化物的混合物所需的物理化学性质来设定煅烧温度和煅烧持续时间的选择。煅烧温度通常在400℃至1900℃之间，更具体地，在500℃至1200℃之间。该操作主要通过使形成干凝胶的材料进行热降解来导致CO2、CO和H2O的气体释放，但根据煅烧气氛的性质，可能会产生不同量的不同气体。对于盐而言，例如硝酸盐，它们被热转化为氧化物，并且根据其性质会相互作用而形成部分固溶体或全部固溶体。
在热处理步骤d)之前，可以对所获得的干凝胶预先进行研磨的步骤，以将干凝胶转变成粉末，从而热处理步骤是对源自研磨步骤的粉末进行的。
在上文所述的于氧化气氛下进行煅烧操作之后，可以对所获得粉末进行一次或多次特定的处理操作，以使粉末适应于形成压实物形式的后续成型步骤。这种或这些特定的处理操作可包括研磨、造粒、解团聚、分散在水性溶液或有机溶液的操作。例如，对于解团聚操作，可以使用三缸研磨机来将粉末置于悬浮液中。
在本发明方法结束时所获得的粉末是基于钇、铝和任选的至少一种其它元素的氧化物的粉末，更具体地，它可以是Y3Al5O12粉末，其中，钇能够任选地部分被诸如钙、铈、钆、钕、铕、铽、铼、钬、镱、钐和/或镝的其它元素所取代，并且铝能够任选地部分被诸如铬和镁的其它元素所取代。更具体地，它可以是Y3Al5O12粉末，其中，钇部分被钙所取代，铝部分被铬所取代，其中钙用于使铬稳定在合适的氧化态(即氧化态(+IV))，该类型的实例是Y2.994Ca0.006Al4.995Cr0.005O12。
在本发明方法结束时所获得的粉末可以是Y3Al5O12粉末，其中，铝能够部分地被铬和镁所取代，其中，镁用于将铬稳定在合适的氧化态(即氧化态(+IV))，这种类型的示例是Y3Al4.985Mg0.01Cr0.005O12。
根据本发明的方法获得的粉末是一种具有高度活性的组合物，尤其适用于获得可用于例如光学领域的压实物。
因此，本发明还涉及一种用于制备例如球状物形式的压实物的方法，包括：
e)实施上文所限定的制备方法的步骤；
f)对e)中获得的所述粉末进行压实的步骤。
因此，根据本发明的方法获得的粉末可以原样使用，但不排除在压实步骤之前，对其进行预先处理操作，例如上文所述的研磨、造粒、喷涂的操作。
压实步骤可以通过压制机来进行，其中压制机对放置在模具中的组合物施加压力，其中模具的形状对应于压实物所需的形状。
根据本发明的方法获得的粉末也可适用于制备可用于制备压实物的悬浮液或浆状物。
因此，本发明还涉及一种用于制备压实物的方法，包括：
g)进行上文所限定的制备方法的步骤；
h)由在g)中获得的粉末形成悬浮液或浆状物的步骤；
i)由在h)中制备的悬浮液或浆状物形成压实物的步骤。
形成悬浮液或浆状物的步骤可以通过在存在或不存在添加剂(如粘合剂、增塑剂、分散剂、润滑剂、湿润剂、消泡剂)的情况下，使粉末与水性溶剂或有机溶剂接触来进行。
由悬浮液或浆状物成型为压实物的步骤可以通过不同的技术来实现，例如多孔模具进行浇注、真空浇注或加压浇注、浇注-胶凝、挤出或注射。
在下述补充性描述中将呈现本发明的其它特征和优点，其中该补充性描述涉及根据本发明制备粉末的实例。
当然，该补充性描述仅仅是为了说明本发明的目的而提供的，在任何情况下都不构成对本发明的限制。
附图说明
图1示出了对于根据现有技术的方法通过聚丙烯酰胺路线获得的粉末，利用扫描电子显微镜通过背散射电子获得的两张照片(两个不同的比例，200μm和50μm)。
图2和图3示出了对于实施例1获得的粉末，利用扫描电子显微镜通过背散射电子获得的两张照片。
图4示出了对于实施例2获得的粉末，利用扫描电子显微镜通过背散射电子获得的照片。
图5示出了对于实施例3获得的粉末，利用扫描电子显微镜通过背散射电子获得的照片。
图6示出了对于比较例1获得的产品，利用扫描电子显微镜通过背散射电子获得的照片。
具体实施方式
实施例1
在该实施例中，制备具有式Y3Al4.985Mg0.01Cr0.005O12的粉末。
为此，在第一步骤中，向70mL超纯水溶液中依次加入30mL
Figure BDA0002461539480000101
P123、8.4916g柠檬酸一水合物、5.2581g硝酸钇四水合物(Y(NO3)3.4H2O)、9.4457g硝酸铝九水合物(Al(NO3)3.9H2O)、7.5mg硝酸镁(Mg(NO3)3)和10.1mg硝酸铬九水合物(Cr(NO3)3.9H2O)。持续搅拌该混合物，直到溶液变澄清且固体完全溶解。在第二步骤中，在搅拌下，向30mL丙烯酸溶液中加入3.0001g N,N′-亚甲基-双(丙烯酰胺)，搅拌持续直至所得溶液变澄清。然后将这两种溶液加热至60℃。将含有丙烯酸的溶液加入到含有阳离子的水性溶液中。一旦加入溶液后，立即将温度升高至100℃。当达到该值时，溶液立即凝聚并且胶凝化。然后将凝胶在150℃的烘箱中放置20小时以进行脱水。一旦在烘箱中的处理完成，便获得干凝胶。研磨干凝胶，然后在500℃的烘箱中放置8小时，然后在900℃的烘箱中放置2小时。在烘箱的出口处，得到Y3Al4.985Mg0.01Cr0.005O12的单相粉末(根据X射线衍射图)。该粉末的形态具有团聚体的形式，这使得该粉末的形态区别于在这种类型的合成过程中不使用Pluronic添加剂通常获得粉末的形态(2D团聚体)，如其中示出了利用扫描电子显微镜通过背散射电子拍摄的照片的图2所示。
然后，在聚乙二醇(PEG)存在下，使所获得的粉末悬浮，并使所形成的混合物通过三缸研磨机。在研磨/解团聚后，在空气中于600℃下对粉末+PEG体系进行热处理，以除去PEG。然后获得具有单分散粒度的3D粉末，如其中示出了利用扫描电子显微镜通过背散射电子拍摄的照片的图3所示。
实施例2
在该实施例中，制备具有式Y2.994Ca0.006Al4.995Cr0.005O12的粉末。
为此，在第一步骤中，向70mL超纯水溶液中依次加入30mL
Figure BDA0002461539480000112
L35、8.4914g柠檬酸一水合物、5.2474g硝酸钇四水合物(Y(NO3)3.4H2O)、9.4629g硝酸铝九水合物(Al(NO3)3.9H2O)、7.1mg硝酸钙四水合物(Ca(NO3)3.4H2O)和10.2mg硝酸铬九水合物(Cr(NO3)3.9H2O)。持续搅拌该混合物，直到溶液变澄清且固体完全溶解为止。在第二步骤中，在搅拌下，向30mL丙烯酸溶液中加入3.0001g N,N′-亚甲基-双(丙烯酰胺)，搅拌持续直至所得溶液变澄清。然后将这两种溶液加热至60℃。将含有丙烯酸的溶液加入到含有阳离子的水性溶液中。一旦加入溶液后，立即将温度升高至100℃。当达到该值时，溶液立即凝聚并且胶凝化。然后将凝胶在150℃的烘箱中放置20小时以进行脱水。一旦在烘箱中的处理完成，便获得干凝胶。
研磨干凝胶，然后在500℃的烘箱中放置8小时，然后在900℃的烘箱中放置2小时。在烘箱的出口处，得到Y2.994Ca0.006Al4.995Cr0.005O12的单相粉末(根据X射线衍射图)。该粉末的形态具有3D团聚体的形式，如其中示出了利用扫描电子显微镜通过背散射电子拍摄的照片的图4所示。
实施例3
在该实施例中，制备具有式Y2.994Ca0.006Al4.995Cr0.005O12的粉末。
为此，在第一步骤中，向70mL超纯水溶液中依次加入30mL
Figure BDA0002461539480000111
P123、8.4914g柠檬酸一水合物、5.2474g硝酸钇四水合物(Y(NO3)3.4H2O)、9.4629g硝酸铝九水合物(Al(NO3)3.9H2O)、7.1mg硝酸钙四水合物(Ca(NO3)3.4H2O)和10.2mg硝酸铬九水合物(Cr(NO3)3.9H2O)。持续搅拌该混合物，直到溶液变澄清且固体完全溶解。在第二步骤中，向升高至50℃的30mL的水性溶液中加入21g丙烯酰胺，然后加入2.1g N,N′-亚甲基-双(丙烯酰胺)。持续搅拌该混合物，直到溶液变澄清。
将含有丙烯酰胺的溶液加入到含有阳离子的水性溶液中。一旦加入该溶液，立即将温度升高至100℃。当达到该值时，加入四亚乙基二胺和双氧水的溶液以引发反应。溶液立即凝聚并且胶凝化。将获得的凝胶静置，直到其达到环境温度。然后将其放置在150℃的烘箱中持续20小时以进行脱水。一旦在烘箱中的处理完成，便获得干凝胶。
研磨干凝胶，然后将其在500℃的烘箱中放置8小时，随后在900℃的烘箱中放置2小时。在烘箱的出口处，得到Y2.994Ca0.006Al4.995Cr0.005O12粉末(根据X射线衍射图)。这种粉末的形态具有3D团聚体的形式，如其中示出了利用扫描电子显微镜通过背散射电子拍摄的照片的图5所示。
比较例1
除了不加入
Figure BDA0002461539480000121
P 123之外，该实例在与上文中实施例3的条件相似的条件下进行。
更具体地，在第一步骤中，向70mL超纯水溶液中依次加入8.4914g柠檬酸一水合物、5.2474g硝酸钇四水合物(Y(NO3)3.4H2O)、9.4629g硝酸铝九水合物(Al(NO3)3.9H2O)、7.1mg硝酸钙四水合物(Ca(NO3)3.4H2O)和10.2mg硝酸铬九水合物(Cr(NO3)3.9H2O)。持续搅拌所获得的混合物，直到溶液变澄清且固体完全溶解。在第二步骤中，向升高至50℃的30mL的水性溶液中加入21g丙烯酰胺，然后加入2.1g N,N′-亚甲基-双(丙烯酰胺)。持续搅拌该混合物，直到溶液变澄清。
将含有丙烯酰胺的溶液加入到含有阳离子的水性溶液中。一旦加入该溶液，立即将温度升高至100℃。当达到该值时，加入四亚乙基二胺和双氧水的溶液以引发反应。溶液立即凝聚并且胶凝化。将获得的凝胶静置，直到其达到环境温度。然后将其放置在150℃的烘箱中持续20小时以进行脱水。。一旦在烘箱中的处理完成，便获得干凝胶。
研磨干凝胶，然后将其在500℃的烘箱中放置8小时，随后在900℃的烘箱中放置2小时。在烘箱的出口处，得到Y2.994Ca0.006Al4.995Cr0.005O12粉末(根据X射线衍射图)。这种粉末的形态为片状的形式，如其中示出了利用扫描电子显微镜通过背散射电子拍摄的照片的图6所示。如果不进行特殊处理，这些片材很难成型。
由此可以推断出，通过加入
Figure BDA0002461539480000131
P123，通过使所获得的粉末无需特殊处理便能够与成型相适应，来改善它们的形态。

Claims (21)

1.一种制备基于钇的氧化物、铝的氧化物和任选的至少一种其它元素的氧化物的粉末的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将至少一种单体和至少一种来自聚醚类的聚合物加入到含钇、铝和任选的至少一种其它元素的溶液中的步骤，所述钇、铝和任选的至少一种其它元素处于阳离子的形式，所述单体包含至少一个烯基和至少一个能够形成氢键的极性基团；
b)通过使在a)中加入的所述单体聚合来获得凝胶的步骤，其中所述凝胶捕获有所述溶液；
c)通过使b)中获得的所述凝胶脱水来获得干凝胶的步骤；
d)通过对c)中获得的所述干凝胶进行热处理来获得所述粉末的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤a)的溶液中，处于阳离子形式的钇、铝和所述至少一种其它元素与硝酸根阴离子或碳酸根阴离子结合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括：在步骤a)之前，通过将至少一种钇前体、至少一种铝前体、任选的至少一种其它元素的至少一种前体溶解在水性溶液中来制备所述含钇、铝和任选的所述其它元素的溶液的步骤。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述其它元素是：铬，任选与镁和/或钙结合；铈；钕；钆；铕；铽；钬；镱；钐；镝和/或铼。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤a)中加入的所述单体包含至少一个烯基和至少一个含有一个或多个氢原子的基团，所述一个或多个氢原子键合至比氢更负电的原子。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述一个或多个氢原子键合至氮原子、氧原子、卤原子。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述单体包含至少一个烯基和选自酰胺基、–OH基团、羧基、羧酸酯/基和/或酯基的至少一个基团。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤a)中加入的所述单体选自丙烯酸类单体、甲基丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体、双(丙烯酰胺)类单体、环氧化物类单体，及它们的混合物。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤a)的加入为加入单体的混合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述单体的混合物由包含单一可聚合基团的单体和包含两种可聚合基团的单体组成。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述单体的混合物由以下组成：
丙烯酸和N,N’-亚甲基-双(丙烯酰胺)；或
丙烯酰胺和N,N’-亚甲基-双(丙烯酰胺)。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述聚醚包括至少两种不同的醚重复单元。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述聚醚是泊洛沙姆。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，向步骤a)的溶液中加入存在于所述溶液中的钇、铝和/或任选的至少一种其它元素的至少一种络合剂，所述络合剂与步骤a)的所述单体不同。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述络合剂选自具有至少一个羧基的化合物、具有至少一个胺基的化合物、具有至少一个胺基和至少一个羧基的化合物。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤b)的聚合通过以下途径引发：
加热溶液以引发聚合反应的热途径，并因此引起胶凝化；
使溶液经受紫外线辐射以引发聚合反应的途径；
使溶液经受γ辐射以引发聚合反应的途径；
向溶液中加入聚合引发剂的途径；以及
这些途径的组合。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述聚合物引发剂为双氧水或者双氧水/抗坏血酸的混合物。
18.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述热处理的步骤为在氧化气氛下进行的煅烧操作。
19.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在热处理的步骤d)之前，进行研磨所得到的干凝胶的步骤，以将所述干凝胶转变成粉末。
20.一种制备压实物的方法，所述方法包括：
e)实施根据权利要求1至19中任一项所限定的制备方法的步骤；
f)对e)中获得的所述粉末进行压实的步骤。
21.一种用于制备压实物的方法，包括：
g)实施根据权利要求1至19中任一项所限定的制备方法的步骤；
h)由在g)中获得的粉末来形成悬浮液或浆状物的步骤；
i)由在h)中制备的悬浮液或浆状物来形成所述压实物的步骤。
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