CN1203025C - 稀土掺杂铈酸锶纳米晶陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稀土掺杂铈酸锶纳米晶陶瓷的制备方法，属无机陶瓷材料制造技术领域。本发明主要采用溶胶-凝胶法，本方法的特征在于：以硝酸亚铈、硝酸锶或醋酸锶、稀土氧化物为原料，稀土氧化物溶于浓硝酸制得稀土硝酸盐，浓度为0.04-0.2mol/L；陶瓷组成为SrCe1-xRExO3，其中x值的范围为0.02-0.20；将硝酸亚铈、硝酸锶或醋酸锶配成水溶液，浓度都为0.2-2mol/L，两者与稀土硝酸盐混合，三者的量比根据所制备的陶瓷组成而定；以柠檬酸为络合剂，柠檬酸的加入量为金属离子总摩尔量的1.5-2.5倍；在搅拌或超声振荡下，并在50-80℃温度的水浴中加热；调节pH值，使该系统受热反应，直至转变为透明凝胶；干燥后变为不透明干胶；接着在1000℃温度下煅烧而得到纳米陶瓷粉体；然后将其等静压成型，并在1300℃下烧结，最终制得纳米晶陶瓷。
Description
技术领域
本发明涉及一种稀土掺杂铈酸锶纳米晶陶瓷的制备方法，属无机陶瓷材料制造技术领域。
背景技术
掺杂的钙钛矿型SrCeO3、BaCeO3、CaZrO3、SrZrO3、BaZrO3等复合氧化物陶瓷在中高温氢气和水蒸气气氛下，具有良好的质子导电性，这些质子导体可用作氢传感器，中高温燃料电池，氢泵，氢的电解制备、分离和提纯，有机合成的催化加氢和脱氢及多种电化学装置的固体电解质等，具有十分重要的应用价值及广阔的应用前景，尤其在冶金工业氢的测定应用中具有快捷、简便、低成本等优点，在中高温固体氧化物燃料电池SOFC应用中具有更高的离子电导率、良好的电池性能等独特的优势。目前，国内外对这类功能陶瓷的研究相当活跃，而稀土掺杂的钙钛矿型SrCeO3陶瓷，由于具有很高的质子导电率和较低的电子及氧离子导电率，被认为是这类功能陶瓷材料的较理想选择。
陶瓷的制备工艺主要包括粉体的制备、成型和烧结。其中陶瓷粉体的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能。现有的复合氧化物陶瓷粉体的制备方法包括固相合成法、共沉淀法等。采用固相合成法制备的陶瓷粉体颗粒较大，组成均匀性差，合成和烧结温度较高。共沉淀法虽然工艺简单，但是产生的粉体晶粒生长过快，不宜控制；同时制得的陶瓷热稳定性较差，在烧结过程中晶粒容易长大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用溶胶-凝胶法制备稀土掺杂铈酸锶固体电解质纳米陶瓷的方法。
本发明的一种稀土掺杂铈酸锶纳米晶陶瓷的制备方法，主要采用溶胶-凝胶法，本方法的特征在于，以硝酸亚铈、硝酸锶或醋酸锶、稀土氧化物为原料，稀土氧化物溶于浓硝酸制得稀土硝酸盐，浓度为0.04-0.2mol/L；陶瓷组成为SrCe1-xRExO3，其中RE为镱Yb、钇Y、钪Sc、钕Nd、钆Gd、钐Sm、铕Eu、镝Dy、镧La中的任一个，x值的范围为0.02-0.20；将硝酸亚铈、硝酸锶或醋酸锶配成水溶液，浓度都为0.2-2mol/L，两者与稀土硝酸盐混合，三者的量比根据所制备的陶瓷组成而定；以柠檬酸为络合剂，柠檬酸的加入量为金属离子总摩尔量的1.5-2.5倍；在搅拌或超声振荡下，并在50-80℃温度的水浴中加热；用氨水调节溶液的PH值至7-8，使该系统受热反应，直至转变为透明凝胶；将此湿凝胶在120-150℃温度下进行红外干燥或真空干燥，干燥时间为10-20小时，即变为不透明干胶；将此干胶在900-1000℃温度下进行合成反应6-8小时，得到纳米陶瓷粉体；将该制得的陶瓷粉体在等静压20MPa下成型，然后在1250-1350℃下烧结4小时，制得纳米晶陶瓷。
本发明具有原料易得、工艺简单、反应过程易于控制、反应温度和烧结温度低等优点。所制备得到的稀土掺杂铈酸锶固体电解质纳米陶瓷，纳米晶粒尺寸在20-70nm之间，具有组成均匀纯度高、表面光洁缺陷少、电导率高、热稳定性好等特点，是理想的质子导体，在传感器件及燃料电池固体电解质等领域具有潜在应用价值。
本发明具有原料易得、工艺简单、反应过程易于控制、反应温度和烧结温度低等优点。所制备得到的稀土掺杂铈酸锶固体电解质纳米陶瓷，纳米晶粒尺寸在20-70nm之间，具有组成均匀纯度高、表面光洁缺陷少、电导率高、热稳定性好等特点，是理想的质子导体，在传感器件及燃料电池固体电解质等领域具有潜在应用价值。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例详细叙述于后。
实施例一：制备SrCe0.95Yb0.05O3纳米晶陶瓷
将Yb2O3 0.233g溶解于20ml浓硝酸，作为A原料，将Sr(NO3)2 5.00g用去离子水20ml配成溶液，作为B原料，将Ce(NO3)3·6H2O 9.75g用去离子水20ml配成溶液，作为C原料，再将A、B、C原料搅拌混合后，加入2.0倍离子量(19.9g)柠檬酸，配成溶液约250ml。在搅拌或超声振荡下，溶液用浓氨水调至pH＝7～8，在60℃水浴加热，直至转变为透明凝胶。将该湿凝胶在120℃红外干燥或真空干燥15小时，即变为不透明干胶，再在1000℃煅烧6小时进行合成反应，最后可得到纯的斜方晶纳米陶瓷粉体。将制得的陶瓷粉体以等静压20MPa下压制成直径为20毫米、厚度为1毫米的圆片，然后在1300℃温度下煅烧4小时，制得SrCe0.95Yb0.05O3纳米晶陶瓷。
所制得的样品，相对密度大(＞97％)；表面光洁，热稳定性能好，电导率高(～10-1S/cm)。
实施例二：制备SrCe0.90Y0.10O3纳米晶陶瓷
将Y2O3 0.535g溶解于20ml浓硝酸，作为A原料，将Sr(NO3)2 5.00g用去离子水20ml配成溶液，作为B原料，将Ce(NO3)3·6H2O 9.26g用去离子水20ml配成溶液，作为C原料。再将A、B、C原料搅拌混合后，加入2.0倍离子量(19.9g)的柠檬酸，配成溶液约250ml。用氨水调pH＝4～5，70℃水浴加热，直至转变为透明凝胶。将该湿凝胶在130℃温度下，进行红外干燥或真空干燥10小时，即变为不透明干胶。再在1000℃煅烧8小时，进行合成反应，最后得到纳米陶瓷粉体，将制得的陶瓷粉体等静压20MPa下压制成直径为20毫米、厚度为1毫米的圆片，在1300℃烧结4小时制得SrCe0.90Y0.10O3纳米晶陶瓷。
该样品也具有与实施例一相近的性能。
实施例三：制备SrCe0.85Yb0.15O3纳米晶陶瓷
将Yb2O3 0.699g溶解于20ml浓硝酸，作为A原料，将Sr(NO3)2 5.00g用去离子水20ml配成溶液，作为B原料，将Ce(NO3)3·6H2O 8.72g用去离子水20ml配成溶液，作为C原料。再将A、B、C原料搅拌混合后，加入2.0倍离子量(19.9g)的柠檬酸，配成溶液约250ml。用氨水调pH＝7～8，60℃水浴加热，直至转变为透明凝胶。将该湿凝胶在微波炉中(功率800W)干燥150秒，即变为不透明干胶，再在1000℃下煅烧6小时，进行合成反应，最后得到纳米陶瓷粉体，将制得的陶瓷粉体以等静压20MPa成型下压制成直径为20毫米、厚度为1毫米的圆片，然后在1300℃温度下烧结4小时制得SrCe0.85Yb0.15O3纳米晶陶瓷。
该样品也具有与实施例一相近的性能。
Claims (1)
1.一种稀土掺杂铈酸锶纳米晶陶瓷的制备方法，主要采用溶胶—凝胶法，本方法的特征在于，以硝酸亚铈、硝酸锶或醋酸锶、稀土氧化物为原料，稀土氧化物溶于浓硝酸制得稀土硝酸盐，浓度为0.04-0.2mol/L；陶瓷组成为SrCe1-xRExO3，其中RE为镱Yb、钇Y、钪Sc、钕Nd、钆Gd、钐Sm、铕Eu、镝Dy、镧La中的任一个，x值的范围为0.02-0.20；将硝酸亚铈、硝酸锶或醋酸锶配成水溶液，浓度都为0.2-2mol/L，两者与稀土硝酸盐混合，三者的量比根据所制备的陶瓷组成而定；以柠檬酸为络合剂，柠檬酸的加入量为金属离子总摩尔量的1.5-2.5倍；在搅拌或超声振荡下，并在50-80℃温度的水浴中加热；用氨水调节溶液的PH值至7-8，使该系统受热反应，直至转变为透明凝胶；将此湿凝胶在120-150℃温度下进行红外干燥或真空干燥，干燥时间为10-20小时，即变为不透明干胶；将此干胶在900-1000℃温度下进行合成反应6-8小时，得到纳米陶瓷粉体；将该制得的陶瓷粉体在等静压20MPa下成型，然后在1250-1350℃下烧结4小时，制得纳米晶陶瓷。
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