一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐RETaO4球形粉体的方法与流程

一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐retao4球形粉体的方法
1.1.1技术领域
1.本发明涉及本发明属于陶瓷粉体制备技术领域，具体涉及一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐retao4球形粉体的方法。
1.1.2

背景技术：

2.近年来，“高熵”已经成为材料研究领域的一个热门方向，即通过引入结构熵来开发具有优良性能的新材料。基于四种高熵效应：(1)热力学的高熵效应；(2)晶格畸变效应；(3)滞后扩散效应；(4)多主元元素的“混合效应”，表现出高强度、高韧性、耐腐蚀、耐磨、优异的热学和电学等优良性能，因此，“高熵”可以显著提高材料的综合性能。
3.高熵陶瓷因其具有高熔点、高硬度、高韧性、低导热系数和耐腐蚀等优点，在热障涂层 (tbcs)领域显示出巨大的发展潜力。wang等利用高熵效应对retao4陶瓷的综合性能进行优化，系统研究了(5re
0.2
)tao4的相结构、铁弹性增韧机理、热学性能和力学性能，结果表明 (5re
0.2
)tao4在tbcs中具有很大的应用潜力。谭强等制备氧化钇稳定性氧化锆(ysz)空心球粉体作为热障涂层材料，发现其综合性能得到一定程度上的改善。稀土钽酸盐热障涂层粉末的制备是tbcs制备过程中非常关键的一步，其质量直接影响涂层的性能。中国专利 cn109627000a公开了一种稀土钽/铌酸盐(reta/nbo4)陶瓷粉体及其制备方法，但在煅烧过程中存在粉体纯度不高、合成温度高，离心式喷雾造粒过程中存在损耗等问题。
1.1.3

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐retao4球形粉体的方法，制备纯度高、球形率高、流动性好的稀土钽酸盐retao4球形粉体。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.1、一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐retao4球形粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.(1)称取原料和熔盐，以无水乙醇为介质，在球磨机中球磨均匀；
8.(2)将步骤(1)得到的产物干燥、过筛，然后加热煅烧；
9.(3)将步骤(2)得到的产物冷却，清洗；
10.(4)步骤(3)洗涤后的粉末经过滤、二次干燥、过筛后即得；
11.所述稀土钽酸盐retao4中，re为钇、铝及镧系稀土元素中的至少一种。
12.所述原料为re2o3和ta2o5，所述re2o3为y2o3、al2o3、la2o3、ce2o3、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb2o3、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3中的至少一种；
13.所述熔盐为kcl和nacl的混合盐。
14.本发明中优选的，步骤(1)中原料re2o3和ta2o5的摩尔比为1：1，原料的纯度>99.99％，粒径在1～80μm。
15.本发明中优选的，步骤(1)中熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，kcl和nacl的质量比为(1～5)：(1～2)，原料和熔盐的质量比为(1～2)：(1～7)。
16.本发明中进一步优选的，步骤(1)中熔盐kcl和nacl的质量比优化为5：1，原料和熔盐的质量比优化为1：6。
17.本发明中优选的，步骤(1)中球磨的转速为350r/min，球磨时间为12h。
18.本发明中优选的，步骤(2)中所述干燥为90℃下干燥24h，所述过筛为过400目筛。
19.本发明中优选的，步骤(2)中所述煅烧的温度为600～1200℃，时间为4～8h，升温速率为5～10℃/分钟。
20.本发明中进一步优选的，步骤(2)中所述煅烧温度为800℃，时间为6h。
21.本发明中优选的，步骤(4)中所述干燥为90℃下干燥24h，所述过筛为先过100目筛再过400目筛。
22.2、由所述方法制备的高熵稀土钽酸盐retao4球形粉体。
23.本发明的有益效果在于：
24.1、采用熔盐法合成的稀土钽酸盐retao4球形粉体纯度高、合成温度低。
25.2、本发明的方法可以通过控制熔盐与原料的比例、熔盐成分、煅烧温度和煅烧时间来控制粉体的形貌和粒径，获得球形率高和流动性好的稀土钽酸盐retao4球形粉体。
26.3、本发明制备的稀土钽酸盐retao4球形粉体具有粒径均匀、性能优异、质量稳定、可控性强、适用于工业化生产等特点。
1.1.4附图说明
27.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
28.图1为实例1中熔盐法制备(y
0.2
ce
0.2
sm
0.2
gd
0.2
dy
0.2
)tao4的xrd图谱；
29.图2为实例1中熔盐法制备(y
0.2
ce
0.2
sm
0.2
gd
0.2
dy
0.2
)tao4的sem图谱。
1.1.5具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
31.实施例1
32.本实施例所述一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐(y
0.2
ce
0.2
sm
0.2
gd
0.2
dy
0.2
)tao4球形粉体的方法，具体包括以下步骤：
33.按1/5：1/5：1/5：1/5：1/5：1的摩尔比称取y2o3、ce2o3、sm2o3、gd2o3、dy2o3和 ta2o5共5kg，原料和熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，按(1～5)：(1～2)比例称取kcl和nacl的混合盐，如表1，按1：3称取原料和熔盐倒入球磨罐中，以无水乙醇为介质，在行星式球磨机中球磨12h(350r/min)，原料的化学反应式为：re2o3 ta2o5＝2retao4。将反应后的产物在90℃下干燥24h、过400目筛，然后置于电阻炉中煅烧，煅烧温度和煅烧时间分别为1000℃和6h，升温速率为5℃/分钟，煅烧结束后随炉冷却，待温度降至室温取出粉体，用加热的去离子水反复清洗得到的产物数次以除去多余的氯化物盐，直到用硝酸银 (agno3)试剂检验滤液中不含有cl
‑
为止，将洗涤后的粉末过滤后、在90℃下干燥24h、先过100目筛后再过400目筛、利用激光粒度仪测试粉末粒径，霍尔流速计测试流动性，扫描电镜观察粉末颗粒形貌，计算球形率。
34.图1为熔盐法合成高熵稀土钽酸盐的xrd图谱，将所测得的xrd图谱与单相的pdf标准卡片相比对，gdtao4(pdf：24
‑
0441)和dytao4(pdf：12
‑
0379)峰的位置有微小的偏移，这是高熵效应引起的晶体结构的晶格畸变，缺陷浓度增加等导致峰的偏移，通过与单相标准卡片比对，发现高熵稀土钽酸盐(y
0.2
ce
0.2
sm
0.2
gd
0.2
dy
0.2
)tao4纯度较高。如图2所示，采用扫描电子显微镜(sem)观察(y
0.2
ce
0.2
sm
0.2
gd
0.2
dy
0.2
)tao4球形粉的微观形貌和球形率，可以看出其粒径为40～90μm，球形率>99％，由表1可知kcl和nacl的比例为5:1时具有较好的球形率和流动性。
35.表1 熔盐中kcl和nacl比例与稀土钽酸盐(y
0.2
ce
0.2
sm
0.2
gd
0.2
dy
0.2
)tao4球形率及流动性的关系
[0036][0037]
实施例2
[0038]
本实施例所述一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐(lu
1/3
pm
1/3
eu
1/3
)tao4球形粉体的方法，具体包括以下步骤：
[0039]
按1/3：1/3：1/3：1的摩尔比称取lu2o3、pm2o3、eu2o3和ta2o5共5kg，按5：1比例称取kcl和nacl的混合盐，原料和熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，按质量比(1～2)： (2～7)称取原料和熔盐倒入球磨罐中，如表2，以无水乙醇为介质，在行星式球磨机中球磨12h(350r/min)，将其在90℃下干燥24h、过400目筛，然后置于电阻炉中煅烧，煅烧温度和煅烧时间分别为900℃和6h，升温速率为5℃/分钟，煅烧结束后随炉冷却，待温度降至室温取出粉体，用加热的去离子水反复清洗得到的产物数次以除去多余的氯化物盐，直到用硝酸银(agno3)试剂检验滤液中不含有cl
‑
为止，将洗涤后的粉末过滤、在90℃下干燥 24h、先过100目筛后再过400目筛、利用激光粒度仪测试粉末粒径，利用霍尔流速计测试流动性，通过表2中的数据发现，原料与熔盐比例为1：(5～7)时，粉末有较好的球形率和流动性。
[0040]
表2 原料和熔盐比例与稀土钽酸盐(lu
1/3
pm
1/3
eu
1/3
)tao4球形率及流动性的关系
[0041][0042]
实施例3
[0043]
本实施例所述一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐(y
1/4
al
1/4
sm
1/4
er
1/4
)tao4球形粉体的方法，具体包括以下步骤：
[0044]
按1/4：1/4：1/4：1/4：1的摩尔比称取y2o3、al2o3、sm2o3、er2o3和ta2o5共5kg，按5：1比例称取kcl和nacl的混合盐，原料和熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，按质量比1：6称取原料和熔盐倒入球磨罐中，以无水乙醇为介质，在行星式球磨机中球磨12h (350r/min)，将其在90℃下干燥24h、过400目筛，然后置于电阻炉中煅烧，煅烧温度和煅烧时间分别为(600～1200℃)和6h，升温速率为5℃/分钟，煅烧结束后随炉冷却，待温度降至室温取出粉体，用加热的去离子水反复清洗得到的产物数次以除去多余的氯化物盐，直到用硝酸银(agno3)试剂检验滤液中不含有cl
‑
为止，将洗涤后的粉末过滤、在90℃下干燥24h、先过100目筛后再过400目筛、利用激光粒度仪测试粉末粒径，粒径范围在 40μm
‑
90μm，利用霍尔流速计测试流动性，流动性在(32
‑
97s)/50g，通过表3中的数据发现，煅烧温度为600
‑
1000℃时，粉末有较好的球形率和流动性。
[0045]
表3 煅烧温度与稀土钽酸盐(y
1/4
al
1/4
sm
1/4
er
1/4
)tao4球形率及流动性的关系
[0046][0047]
实施例4
[0048]
本实施例所述一种熔盐法制备高熵稀土钽酸盐(er
1/6
sm
1/6
pm
1/6
nd
1/6
yb
1/6
eu
1/6
)tao4球形粉体的方法，具体包括以下步骤：
[0049]
按1/6：1/6：1/6：1/6：1/6：1/6：1的摩尔比称取er2o3、sm2o3、pm2o3、nd2o3、yb2o3、 eu2o3和ta2o5共5kg，按5：1比例称取kcl和nacl的混合盐，原料和熔盐的纯度>99.99％，粒径在1～80μm，按质量比1：6称取原料和熔盐倒入球磨罐中，以无水乙醇为介质，在行星式球磨机中球磨12h(350r/min)，将其在90℃下干燥24h、过400目筛，然后置于电阻炉中煅烧，煅烧温度和煅烧时间分别为900℃和(1
‑
10h)，升温速率为5℃/分钟，煅烧结束后随炉冷却，待温度降至室温取出粉体，加热的去离子水反复清洗得到的产物数次以除去多余的氯化物盐，直到用硝酸银(agno3)试剂检验滤液中不含有cl
‑
为止，将洗涤后的粉末过滤、在90℃下干燥24h、先过100目筛后再过400目筛。
[0050]
通过本方案制备的高熵稀土钽酸盐(er
1/6
sm
1/6
pm
1/6
nd
1/6
yb
1/6
eu
1/6
)tao4球形粉具有较好的球形率和流动性，随着烧结时间的延长，晶粒尺寸在增大。请补充烧结时间(1
‑
10h)跟晶粒尺寸的关系图或者表，突出4
‑
8h效果最好。
[0051]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。