一种N掺杂亚微米球形Y2O3的制备方法

一种n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种亚微米球形y2o3的制备方法，特别是一种n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法。


背景技术：

2.钇(y)是稀土中最丰富的元素之一，是一种重要的工业原料，我国拥有全球约40％的钇资源。三氧化二钇(y2o3)具有优异的耐热耐腐蚀以及高温稳定性，因此，其受关注程度高，应用范围也广。
3.球形y2o3具有较好的流动性和分散性，广泛应用于等离子喷涂及润滑添加剂等领域。在热喷涂y2o3浆液工艺开发上，因球形结构y2o3具有较好的流动性和分散性被用于喷涂涂层的原料，研究表明，当原料颗粒的尺寸平均为1微米时，得出的制备条件为最佳，成本最低，在市场上更具竞争力。
4.非金属元素的掺杂可有效改善y2o3的稳定特性，因为，阴离子掺杂可使掺杂剂与宿主的vb之间的能态重叠，这种重叠通常会导致vb态的改变，从而缩小带隙。n掺杂是掺杂方式中的一种，当n掺杂后n2p掺杂态覆盖在o2p掺杂态之上，从而改善了y2o3基体的稳定性。并且n原子与氧原子有相似的尺寸，使其更容易渗入钇原子晶格中，从而使氮原子掺杂进钇原子代替钇氧键(y-o)形成钇氮键(y-n)。
5.目前n掺杂y2o3的方法鲜有报道，因此，本发明开发了一种n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所制备的亚微米球形y2o3尺寸均匀可调，分散性能好，制备工艺简单具有较好的工业应用前景。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法。本发明的方法制得的亚微米球形y2o3具有掺杂n的特点，且掺n量较高。
7.本发明的技术方案：一种n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，是以纳米至亚微米球形y(oh)co3·
xh2o粉体为原料，通过氮源溶液浸渍再焙烧，从而获得n掺杂的亚微米球形y2o3。
8.本发明方案中，通过采用y(oh)co3·
xh2o粉体为原料，在氮源溶液浸渍后再进行焙烧处理从而获得掺n的y2o3，由于y2o3是经过y(oh)co3·
xh2o热分解后获得，而y(oh)co3·
xh2o又是经过氮源溶液充分浸渍过的，含y化合物与氮源充分混合，在y(oh)co3·
xh2o热分解过程中，原有的化学键断裂，形成新的y-o键过程中，n更容易进入y2o3晶格，获得n掺杂y2o3亚微米球形粉体材料。实验结果表明，与直接向y2o3中掺n的工艺相比，本发明方法通过利用y(oh)co3·
xh2o的热分解过程来进行掺n处理，从而直接获得掺n的亚微米球形y2o3材料，其n的掺入量更多，亚微米球形y2o3材料尺寸可调，分散均匀，y2o3的稳定性得到了进一步的提升。
9.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所述其原料为球形y
(oh)co3·
xh2o，其中x为1.1-1.5。
10.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所述y(oh)co3·
xh2o的粒径范围为50-900nm，(d
90-d
10
)/2d
50
≤0.3。
11.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所述氮源溶液为尿素和碳酸氢铵的混合溶液。通过采用尿素和碳酸氢铵混合作为氮源，不仅可以保障提供足够n源，并且根据两者的热分解特性差异，可为焙烧过程提供持续n源。
12.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所述氮源溶液中尿素和碳酸氢铵的摩尔比为1:5-5:1。
13.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，氮源溶液浸渍y(oh)co3·
xh2o粉体时，所述氮源溶液中的碳酸氢铵与y(oh)co3·
xh2o的摩尔比为10:1-0.1:1。
14.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所述浸渍的时间为10-15h。
15.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所述焙烧的温度为300-1000℃。
16.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所述焙烧的时间为2-4h。
17.在进一步的方案中，前述的n掺杂亚微米球形y2o3的制备方法，所述焙烧是在nh3或n2的气氛下进行。
18.由于y(oh)co3·
xh2o热分解后不会改变其形貌，因此，通过将亚微米球形结构的y(oh)co3·
xh2o进行掺n热分解后，可直接获得球形结构的亚微米y2o3。
19.本发明的有益效果
20.本发明通过采用y(oh)co3·
xh2o粉体为原料，在氮源溶液浸渍后再进行焙烧处理从而获得掺n的y2o3，由于y2o3是经过y(oh)co3·
xh2o热分解后获得，而y(oh)co3·
xh2o又是经过氮源溶液充分浸渍过的，含y化合物与氮源充分混合，在y(oh)co3·
xh2o热分解过程中，原有的化学键断裂，形成新的y-o键过程中，n更容易进入y2o3晶格，获得n掺杂y2o3亚微米球形粉体材料。实验结果表明，与直接向y2o3中掺n的工艺相比，本发明方法通过利用y(oh)co3·
xh2o的热分解过程来进行掺n处理，从而直接获得掺n的亚微米球形y2o3材料，其n的掺入量更多，亚微米球形y2o3材料尺寸可调，分散均匀，y2o3的稳定性得到了进一步的提升。
21.本发明通过采用尿素和碳酸氢铵混合作为氮源，不仅可以保障提供足够n源，并且根据两者的热分解特性差异，可为焙烧过程提供持续n源。
22.综上，本发明通过如上技术方案所述的方法，能够制得一种n掺杂亚微米球形y2o3，并且，掺n量与直接向y2o3中掺n的方法相比更高，掺n亚微米y2o3球尺寸可调，分散均匀，稳定性得到了进一步的提升，其在等离子喷涂上等y2o3高温陶瓷材料领域具有很好的应用前景；且本发明制备工艺简单，易于工业化实施。
附图说明
23.附图1为本发明工艺掺n后，获得的球形形貌结构的y2o3的sem图。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
25.本发明的实施例
26.实施例1：
27.(1)取50-900nm且(d
90-d
10
)/2d
50
≤0.3的球形y(oh)co3·
1.1h2o粉体、尿素和碳酸氢铵；
28.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
29.(3)将y(oh)co3·
1.1h2o粉体与氮源溶液混合后浸渍处理10h，控制y(oh)co3·
1.1h2o与碳酸氢铵的摩尔比为1:1；
30.(4)浸渍后在nh3的气氛下，加热至600℃进行焙烧3h处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
31.实施例2：
32.(1)取50-900nm且(d
90-d
10
)/2d
50
≤0.3的球形y(oh)co3·
1.2h2o粉体、尿素和碳酸氢铵；
33.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
34.(3)将y(oh)co3·
1.2h2o粉体与氮源溶液混合后浸渍处理11h，控制y(oh)co3·
1.2h2o与碳酸氢铵的摩尔比为1:1；
35.(4)浸渍后在n2的气氛下，加热至600℃进行焙烧3h处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
36.实施例3：
37.(1)取50-900nm且(d
90-d
10
)/2d
50
≤0.3的球形y(oh)co3·
1.3h2o粉体、尿素和碳酸氢铵；
38.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
39.(3)将y(oh)co3·
1.3h2o粉体与氮源溶液混合后浸渍处理12h，控制y(oh)co3·
1.3h2o与碳酸氢铵的摩尔比为1:1；
40.(4)浸渍后在nh3的气氛下，加热至900℃进行焙烧3h处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
41.实施例4：
42.(1)取50-900nm且(d
90-d
10
)/2d
50
≤0.3的球形y(oh)co3·
1.4h2o粉体、尿素和碳酸氢铵；
43.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
44.(3)将y(oh)co3·
1.4h2o粉体与氮源溶液混合后浸渍处理13h，控制y(oh)co3·
1.4h2o与碳酸氢铵的摩尔比为1:1；
45.(4)浸渍后在n2的气氛下，加热至900℃进行焙烧3h处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
46.实施例5：
47.(1)取50-900nm且(d
90-d
10
)/2d
50
≤0.3的球形y(oh)co3·
1.5h2o粉体、尿素和碳酸氢铵；
48.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:5混合，然后溶于水制成氮源溶液；
49.(3)将y(oh)co3·
1.5h2o粉体与氮源溶液混合后浸渍处理14h，控制y(oh)co3·
1.5h2o与碳酸氢铵的摩尔比为1:0.1；
50.(4)浸渍后在nh3的气氛下，加热至300℃进行焙烧4h处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
51.实施例6：
52.(1)取50-900nm且(d
90-d
10
)/2d
50
≤0.3的球形y(oh)co3·
1.5h2o粉体、尿素和碳酸氢铵；
53.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比5:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
54.(3)将y(oh)co3·
1.5h2o粉体与氮源溶液混合后浸渍处理15h，控制y(oh)co3·
1.5h2o与碳酸氢铵的摩尔比为1:10；
55.(4)浸渍后在n2的气氛下，加热至1000℃进行焙烧2h处理，冷却后获得掺n的纳米y2o3。
56.对比例1：
57.(1)取球形y2o3粉体、尿素和碳酸氢铵；
58.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
59.(3)将y2o3粉体与氮源溶液混合后浸渍处理，控制y2o3与碳酸氢铵的摩尔比为1:1；
60.(4)浸渍后在nh3的气氛下，加热至600℃进行焙烧处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
61.对比例2：
62.(1)取球形y2o3粉体、尿素和碳酸氢铵；
63.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
64.(3)将y2o3粉体与氮源溶液混合后浸渍处理，控制y2o3与碳酸氢铵的摩尔比为1:1；
65.(4)浸渍后在n2的气氛下，加热至600℃进行焙烧处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
66.对比例3：
67.(1)取球形y2o3粉体、尿素和碳酸氢铵；
68.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
69.(3)将y2o3粉体与氮源溶液混合后浸渍处理，控制y2o3与碳酸氢铵的摩尔比为1:1；
70.(4)浸渍后在nh3的气氛下，加热至900℃进行焙烧处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
71.对比例4：
72.(1)取球形y2o3粉体、尿素和碳酸氢铵；
73.(2)将尿素和碳酸氢铵按摩尔比1:1混合，然后溶于水制成氮源溶液；
74.(3)将y2o3粉体与氮源溶液混合后浸渍处理，控制y2o3与碳酸氢铵的摩尔比为1:1；
75.(4)浸渍后在n2的气氛下，加热至900℃进行焙烧处理，冷却后获得掺n的亚微米球形y2o3。
76.实施例1-4以及对比例1-4分别选用了球形y(oh)co3·
xh2o粉体和y2o3粉体作为原料进行制备，并且设定了不同的焙烧温度及气氛环境，最终获得的y2o3产品的n2和o2含量检测结果如下表所示：
[0077][0078]
从上表可以看出，利用本发明所述的方法进行制备获得的y2o3中的n的含量更高，说明本发明的方法更利于n的掺入并尺寸可调。
[0079]
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。