納米鉻酸鑭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫電熱元件材料納米絡(luò)酸鑭的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉻酸鑭(LaCr03)屬于鈣鈦礦型(ΑΒ03)復(fù)合氧化物，具有熔點(diǎn)高、使用溫度高、高溫抗氧化性能好等優(yōu)點(diǎn)。鉻酸鑭發(fā)熱元件可以將爐溫直接升到1800°C，并且不需要輔助加熱設(shè)備，電阻在高溫段變化率接近零，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫，是高溫電熱元件的理想材料。
[0003]目前鉻酸鑭的制備方法主要有固相法和共沉淀法。傳統(tǒng)固相法的無(wú)壓燒結(jié)工藝的燒結(jié)溫度在1800°C左右。由于鉻酸鑭在1000°C以上會(huì)出現(xiàn)鉻元素的揮發(fā)，形成微孔，導(dǎo)致致密度降低，所以要獲得較高致密度的塊體材料，必須降低其燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間。共沉淀法是以可溶性的硝酸鹽為原料配制成溶液，滴加到沉淀劑中得到沉淀物，反復(fù)洗滌后烘干、研磨、煅燒。與傳統(tǒng)固相法反應(yīng)相比，煅燒溫度明顯降低，粉體顆粒的表面活性好，但是制得的鉻酸鑭晶粒較大。
[0004]放電等離子體燒結(jié)法(SPS)是制備納米材料常用的一種方法，其具有升溫速度快、燒結(jié)時(shí)間短、燒結(jié)效率高和其獨(dú)特的等離子體活化和快速燒結(jié)作用等優(yōu)點(diǎn)，能夠抑制晶粒長(zhǎng)大，較好的保持了原始顆粒的微觀結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決現(xiàn)有納米鉻酸鑭制備方法中燒結(jié)溫度高、工序復(fù)雜、制得的納米鉻酸鑭晶粒尺寸較大的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種納米鉻酸鑭的制備方法，包括以下步驟:以硝酸鑭和硝酸鉻為原料，按1: 1的摩爾比混合，加入去離子水配制成硝酸鹽混合溶液；將所述硝酸鹽混合溶液滴加到適量的氨水溶液中，形成懸濁液；將所述懸濁液抽濾，形成濾餅；所述濾餅經(jīng)干燥、煅燒后，獲得鉻酸鑭粉末；將所述鉻酸鑭粉末置于放電等離子體燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得納米鉻酸鑭。
[0007]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述硝酸鹽混合溶液中金屬離子濃度為0.05?0.7mol/L。
[0008]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述氨水溶液的濃度為15wt.%，所述氨水溶液與所述硝酸鹽混合溶液的體積比為2: 1。
[0009]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，在將所述硝酸鹽混合溶液滴加到適量的氨水溶液中形成懸濁液的步驟中，滴加過(guò)程中保持懸濁液pH ^ 10。
[0010]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，在對(duì)所述懸濁液抽濾步驟中，包括分別用去離子水及無(wú)水乙醇洗滌多次的步驟。
[0011 ] 在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述濾餅經(jīng)干燥、煅燒后，得鉻酸鑭粉末的步驟包括:所述濾餅80?100°C干燥12?24小時(shí)，獲得前驅(qū)體；所述前驅(qū)體400?500°C煅燒1?4小時(shí)，獲得絡(luò)酸鑭粉末。
[0012]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述燒結(jié)處理的條件為:燒結(jié)電源采用直流脈沖電源，其通斷比為12: 2，燒結(jié)壓力40?50Mpa，升溫速率100?120°C/min，燒結(jié)溫度1000?1200°C，保溫時(shí)間2?lOmin。
[0013]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述納米鉻酸鑭的晶粒尺寸大小為20?50nm。
[0014]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明以價(jià)格低廉的硝酸鑭和硝酸鉻為原料，采用放電等離子體燒結(jié)制備納米絡(luò)酸鑭，通過(guò)該方法制得的納米絡(luò)酸鑭晶粒尺寸大小在20?50nm之間，相純度高，而且該制備方法具有合成溫度低、時(shí)間短、工序簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的納米鉻酸鑭的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0017]本發(fā)明提供的納米鉻酸鑭的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0018]首先，以硝酸鑭和硝酸鉻為原料，按1: 1的摩爾此混合，加入去離子水配制成硝酸鹽混合溶液；
[0019]其中，去離子水的加入量應(yīng)適量，以控制所述硝酸鹽混合溶液中金屬離子濃度在0.05?0.7mol/L為宜，這是因?yàn)樗鱿跛猁}混合溶液中金屬離子濃度直接影響成核速度和沉淀生長(zhǎng)速度，通常情況下，金屬離子濃度越低，成核速度越小，容易獲得粒度較大、晶形較為完整、純度及表面性質(zhì)較高的晶形沉淀，但其收率較低，而且成核速度過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致生成的顆粒數(shù)目較小，單個(gè)顆粒的粒度就會(huì)變大，這對(duì)于微細(xì)粉體材料的制備是不利的，因此，需嚴(yán)格控制所述硝酸鹽混合溶液中金屬離子濃度以控制成核速度和沉淀生長(zhǎng)速度。此夕卜，在原料中加入去離子水后，形成的硝酸鹽混合溶液需攪拌1?2小時(shí)至澄清透明。
[0020]然后，在攪拌下將所述硝酸鹽混合溶液滴加到適量的氨水溶液中，形成懸濁液；
[0021]其中，所述氨水溶液的濃度為15wt.%，所述氨水溶液與所述硝酸鹽混合溶液的體積此為2:1，而且在滴加過(guò)程需要不斷往懸濁液中滴加適量的氨水溶液，以保持懸濁液pH 彡 10。
[0022]其次，將所述懸濁液抽濾，形成濾餅；
[0023]具體地，將所述懸濁液抽濾后剩下的沉淀物先用去離子水洗滌三次，再用無(wú)水乙醇洗滌三次，形成濾餅。
[0024]再次，所述濾餅經(jīng)干燥、煅燒后，獲得鉻酸鑭粉末；
[0025]具體地，將所述濾餅置于干燥箱中，80?100°C干燥12?24小時(shí)，得前驅(qū)體，然后將所述前驅(qū)體研磨成粉末，置于程控高溫爐中在400?500°C下煅燒1?4小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，獲得鉻酸鑭粉末。
[0026]最后，將所述鉻酸鑭粉末置于放電等離子體燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得納米鉻酸鑭。
[0027]其中，所述燒結(jié)處理的條件為:燒結(jié)電源采用直流脈沖電源，其通斷此為12: 2，燒結(jié)壓力40?50Mpa，升溫速率100?120°C /min,燒結(jié)溫度1000?1200°C，保溫時(shí)間2?10mino
[0028]下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明:
[0029]以硝酸鑭和硝酸鉻為原料，按1: 1的摩爾比混合，加入適量的去離子水配制成硝酸鹽混合溶液，其中所述硝酸鹽混合溶液中金屬離子濃度為0.5mol/L,并用磁力攪拌器將所述硝酸鹽混合溶液攪拌至澄清透明；然后在攪拌下將所述硝酸鹽混合溶液滴加到兩倍于自身體積的15wt.%氨水溶液中，從而獲得懸濁液，且在滴加過(guò)程中不斷往所述懸濁液中滴加適量氨水溶液以保持所述懸濁液pH ^ 10 ;將所述懸濁液置于磁力攪拌機(jī)上，攪拌2小時(shí)，然后將所述懸濁液倒入抽濾漏斗中進(jìn)行抽濾，抽濾后剩下的沉淀物先用去離子水洗滌三次，再用無(wú)水乙醇洗滌三次，形成濾餅；取出濾餅，將所述濾餅置于干燥箱中，90°C干燥12小時(shí)，獲得前驅(qū)體；將所述前驅(qū)體研磨成粉末，置于程控高溫爐中，程控高溫爐以5°C /min的升溫速率由室溫升至400°C，在400°C保溫2小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，獲得鉻酸鑭粉末；最后將所述鉻酸鑭粉末置于放電等離子體燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，所述放電等離子體燒結(jié)爐采用直流脈沖電源，其通斷比為12: 2，并以120°C/min的升溫速率由室溫升至1100°C，在1100°C、45MPa壓力下保溫2min，在lOmin內(nèi)冷卻至室溫，即可獲得納米鉻酸鑭。制得的納米鉻酸鑭的XRD圖譜如圖1所示，從圖中可知，所述納米鉻酸鑭由單一的純相LaCr03組成，無(wú)其它雜質(zhì)，而且通過(guò)謝樂(lè)公式計(jì)算得，晶粒尺寸大小為20?50nm，說(shuō)明制得的材料是納米級(jí)材料。
[0030]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明以價(jià)格低廉的硝酸鑭和硝酸鉻為原料，采用放電等離子體燒結(jié)制備納米絡(luò)酸鑭，通過(guò)該方法制得的納米絡(luò)酸鑭晶粒尺寸大小在20?50nm之間，相純度高，而且該制備方法具有合成溫度低、時(shí)間短、工序簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米鉻酸鑭的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟: 以硝酸鑭和硝酸鉻為原料，按1: 1的摩爾比混合，加入去離子水配制成硝酸鹽混合溶液； 將所述硝酸鹽混合溶液滴加到適量的氨水溶液中，形成懸濁液； 將所述懸濁液抽濾，形成濾餅； 所述濾餅經(jīng)干燥、煅燒后，獲得鉻酸鑭粉末； 將所述鉻酸鑭粉末置于放電等離子體燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得納米鉻酸鑭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鉻酸鑭的制備方法，其特征在于，所述硝酸鹽混合溶液中金屬離子濃度為0.05?0.7mol/Lo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鉻酸鑭的制備方法，其特征在于，所述氨水溶液的濃度為15wt.%，所述氨水溶液與所述硝酸鹽混合溶液的體積比為2: 1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鉻酸鑭的制備方法，其特征在于，在將所述硝酸鹽混合溶液滴加到適量的氨水溶液中形成懸濁液的步驟中，滴加過(guò)程中保持懸濁液pH ^ 10。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鉻酸鑭的制備方法，其特征在于，在對(duì)所述懸濁液抽濾步驟中，包括分別用去離子水及無(wú)水乙醇洗滌多次的步驟。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鉻酸鑭的制備方法，其特征在于，所述濾餅經(jīng)干燥、煅燒后，得鉻酸鑭粉末的步驟包括: 所述濾餅80?100°C干燥12?24小時(shí)，獲得前驅(qū)體； 所述前驅(qū)體400?500°C煅燒1?4小時(shí)，獲得鉻酸鑭粉末。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鉻酸鑭的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)處理的條件為:燒結(jié)電源采用直流脈沖電源，其通斷比為12: 2，燒結(jié)壓力40?50Mpa，升溫速率100?120。。/min，燒結(jié)溫度1000?1200°C，保溫時(shí)間2?lOmin。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鉻酸鑭的制備方法，其特征在于，所述納米鉻酸鑭的晶粒尺寸大小為20?50nm。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種納米鉻酸鑭的制備方法，其包括以下步驟：以硝酸鑭和硝酸鉻為原料，按1∶1的摩爾比混合，加入去離子水配制成硝酸鹽混合溶液；將所述硝酸鹽混合溶液滴加到適量的氨水溶液中，形成懸濁液；將所述懸濁液抽濾，形成濾餅；所述濾餅經(jīng)干燥、煅燒后，獲得鉻酸鑭粉末；將所述鉻酸鑭粉末置于放電等離子體燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得納米鉻酸鑭。本發(fā)明提供的納米鉻酸鑭的制備方法制得的納米鉻酸鑭晶粒尺寸大小在20～50nm之間，相純度高，而且該制備方法具有合成溫度低、時(shí)間短、工序簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C01G37/14, B82Y30/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105314680
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410714316
【發(fā)明人】馬文, 任軼, 金喜龍, 邢書(shū)沛, 李曉英, 董紅英
【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年11月21日