专利名称：一种亚微米级氧化钇及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种亚微米级氧化钇产品及其制备方法，属于具有特殊物理性质的稀 土氧化物粉体材料的制备技术领域。
背景技术：
氧化钇是一种重要的稀土氧化物。具有稀土元素独特的电子层结构、高电价、极化 力强、电子能级和谱线的多样性、化学性质活泼等优良特性，使得氧化钇有着广阔的应用前 景。氧化钇粉末是一种重要的陶瓷原料，属立方晶系，具有优良的耐热耐腐蚀和高温稳定 性，熔点大于M00°c，介电常数为12-20等优质特性。氧化钇粉末可制成透明性优良的多晶 陶瓷材料，这种陶瓷在红外和远红外区具有较高的直线透过率，并且具有一般陶瓷不具备 的高顺磁性和荧光性质等，是一种优良的高温红外材料和电子材料，可用于红外制导导弹 的窗口和整流罩、天线罩、微波基板、红外透镜、红外发生器管及其他高温窗口等。同时它还 能显著提高彩电的图像质量，荧光灯的发光效率以及延长使用寿命等。作为一种功能材料，氧化钇粉末在航空、航天、原子能和高技术陶瓷领域得到了广 泛的应用。这些材料的制备要求氧化钇原料不仅要高纯度，细粒度还要有良好的烧结活性。 超细氧化钇粉末还可以弥散在合金中可得到超耐热合金。因此，研究生产工艺简单、生产成 本低、粒径可控制，活性高的系列细粒度氧化钇的制备方法具有很高的应用价值。目前国内外制取超细氧化钇粉体的方法主要有1、固相法，将各种原料充分混勻后在高温下煅烧得到氧化物，特点是操作简单，成 本低，但产品纯度低，粒度分布不均勻，烧结活性差，对设备要求较高。2、喷雾热解法，利用喷雾设备将原料溶液在一定温度下喷雾热解而得到氧化物， 特点是从溶液到粉末一步完成，不经过过滤干燥，烧结粉碎，粉体颗粒小分散好，不团聚，粒 径可控，可连续生产，产量较大，但目前应用此法的并不多，主要是仪器设备的成本太高，对 原料要求较高，产品收集困难，且生成的超细粒子中有许多是空心的。3、溶胶一凝胶法，将阳离子先制成可溶性有机络合物，再进一步加热蒸发成溶胶， 凝胶，最后将凝胶烘干，在较低温度下煅烧得到氧化物，特点是反应中各组分的混合在分子 间进行，产物的粒径小，均勻性高，反应过程易于控制；反应是在低温下进行，避免了高温相 的出现，因而产物的纯度高，化学均勻性好，颗粒细小，粒径分布窄，化学活性大；但是该法 成本高，周期长，产率低，凝胶变成干超微粉比较困难，且易团聚，凝胶颗粒之间烧结性差， 产物干燥时收缩大，煅烧时产生大量烟气，不利于环保。4、微乳液法，是一种最新的制备纳米材料的液相化学法。其优点在于粒子表面包 有一层表面活性剂，表面活性剂分子可对粒子表面进行修饰，并控制微粒的大小；实验装置 简单，操作方便，制得的粒子分散性好、均勻性好、界面性和稳定性好。但由于制备时消耗的 表面活性剂以及溶剂的量很大，成本较高。5、沉淀法，是在含一种或多种阳离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂(如0H_、C0广、 C2O42-等)，或在一定温度使盐溶液发生水解，使得原料液中的离子形成沉淀物从溶液中析出，再经过滤、洗涤、干燥、焙烧和热分解，而得到所需氧化物或粉料的方法。沉淀法的优点 是精确控制化学组成，特别是容易制成多种成分均一的超微粉体；制成的超细粉体材料的 表面活性高、生产成本低、工艺简单、对设备要求低，但是普通沉淀法制备的产品粒径较大， 粒径不易控制且分布不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用常用设备，以简便的工艺过程控制产品粒径，生产 低成本、易于工业化的亚微米级氧化钇产品及其制备方法。本发明制得的氧化钇粉体，具有亚微米级粒度0. Ium < D50 < 1. Oum, D90 ( 1. Oum，粒度分布系数Q彡0. 20，颗粒形貌为均勻四方体形或球形。本发明制备上述氧化钇采用的技术方案包括以下步骤(1)以草酸/草酸盐复合沉淀剂溶液作为底液，控制反应条件，将硝酸钇和/或氯 化钇溶液加入底液中，得到沉淀浆液；(2)加料完毕，调节沉淀浆液的pH值；(3)将沉淀浆液过滤、洗涤、干燥、煅烧，得到均勻的亚微米级氧化钇粉体。本发明的优选方案之一是，步骤(1)中复合沉淀剂溶液为草酸与包括草酸铵、草 酸氢铵、草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾中的一种草酸盐所配制而成的溶液，该复合沉 淀剂溶液浓度以草酸根总浓度计为0. 1 2. Omol/L，其中草酸摩尔数占25% 75%，沉淀 剂用量按摩尔比为C2O42VY3+= (1.6 3.0)/1。草酸盐的作用是与草酸形成缓冲溶液，使 游离草酸根离子处于一个适合反应的浓度范围。同时用草酸根沉淀稀土离子也能很好地起 到去除非稀土杂质的作用。本发明的再一优选方案是，步骤(1)中加入分散剂PEG1500或PEG2000或PVA17 中的一种，其用量按重量体积比为分散剂/底液=(0. 1 10g)/100ml。加入分散剂更加有 利于减少沉淀颗粒的团聚现象。本发明的再一优选方案是，步骤(1)中硝酸钇和/或氯化钇溶液浓度为0.1 2.Omol/L。本发明的再一优选方案是，步骤(1)中所述底液温度为10 90°C，并采用搅拌和 /或超声波方式分散。本发明的再一优选方案是，步骤O)中所述的pH值为2. 5 7. 0。本发明的再一优选方案是，步骤C3)中所述的沉淀浆液过滤前在温度为10 90°C 陈化0. 5 4小时，同时保持搅拌和/或超声波等分散条件，有利于减少颗粒团聚和晶型完 離
iF. ο本发明的再一优选方案是，步骤(3)中所述的煅烧温度为700 1000°C。使沉淀 产物充分分解，得到亚微米级的氧化钇粉体。本发明具有以下优点1、工艺简单易操作，对设备要求低，生产成本低，生产过程控制方便。2、工艺过程中沉淀分散性和过滤性能好，易于工业化生产。3、所制得亚微米级氧化钇产品，产品质量和性能稳定。
图1是实施例1的产品电镜扫描照片。图2是实施例3的产品电镜扫描照片。图3是本发明工艺流程示意图。
具体实施例方式对比例1称取草酸121. 2g和5g PEG1500，加水溶解并配制成浓度为lmol/L的溶液，搅拌， 加入lmol/L的硝酸钇溶液480ml，然后用氨水调节pH值为3. 0，搅拌，将沉淀过滤，洗涤数 次后烘箱内105°C干燥，在800°C马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53. Igo实施结果见附 表1。对比例2分别称取草酸氢钠155. Sg,加水溶解并制成浓度为0. 5mol/L的溶液，搅拌，加热 至50°C，加入0. 5mol/L的氯化钇溶液960ml，然后用氨水调节pH值为5. 0，超声波分散，陈 化lh，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105°C干燥，在950°C马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇 粉末53.0g。实施结果见附表1。实施例1参见附图3，分别称取草酸72. 6g，草酸铵27. 3g和7. 7gPEG2000，加水溶解并制成 C2O42-浓度为0. lmol/L的溶液7680ml，超声波分散，在底液10°C条件下，加入0. lmol/L的 硝酸钇溶液4800ml，然后用氨水调节pH值为2. 5，搅拌陈化4h，将沉淀过滤，洗涤数次后置 烘箱内105°C干燥，再经700°C马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53. 3g。实施结果见附表 1和附图1。实施例2参见附图3，分别称取草酸60. 8g，草酸氢铵60. 2g和9. 6gPVA17，加水溶解并制成 浓度为0. 5mol/L的溶液1920ml，搅拌，在底液20°C条件下，加入0. 5mol/L的氯化钇溶液 960ml，然后用氨水调节pH值为3. 0，搅拌陈化池，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105°C干 燥，在800°C马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53. 3g。实施结果见附表1。
实施例3参见附图3，分别称取草酸72. 6g和草酸钠58. 4g，加水溶解并制成浓度为2mol/L 的溶液480ml，搅拌及超声波同时分散，在70°C条件下，加入2mol/L的硝酸钇溶液MOml， 然后用氨水调节PH值为5. 0，搅拌陈化lh，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105°C干燥，在 850°C马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53. 5g。实施结果见附表1和附图2。实施例4参见附图3，分别称取草酸75. 6g，草酸氢钠78. Og和36gPVA17，加水溶解并制成浓 度为lmol/L的溶液1200ml，搅拌，在30°C条件下，加入lmol/L的氯化钇溶液480ml，然后用 氨水调节PH值为6. 0，搅拌陈化0.证，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105°C干燥，在900°C 马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53. 4g。实施结果见附表1。实施例5参见附图3，分别称取草酸72. 6g，草酸钾70. 7g和32gPEG2000，加水溶解并制成浓度为1. 5mol/L的溶液640ml，搅拌，在50°C条件下，加入1. 5mol/L相同浓度的氯化钇和硝 酸钇溶液各160ml，然后用氨水调节pH值为4. 5，搅拌陈化池，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱 内105°C干燥，在1000°C马弗炉内煅烧1小时，得氧化钇粉末53. 4g。实施结果见附表1。实施例6参见附图3，分别称取草酸45. 4g，草酸氢钾157. 7g和72gPEG2000，加水溶解并制 成浓度为2mol/L的溶液720ml，搅拌，在90°C条件下，加入2mol/L的氯化钇溶液MOml，然 后用氨水调节PH值为7.0，将沉淀过滤，洗涤数次后烘箱内105°C干燥，在900°C马弗炉内煅 烧1小时，得氧化钇粉末53. 5g。实施结果见附表1。附表1对比例与实施例结果表
权利要求
1.一种亚微米级氧化钇，其特征在于，其颗粒0. Ium < D50 < 1. Oum, D90 ( 1. Oum，粒 度分布系数20。
2.根据权利要求1所述的亚微米级氧化钇，其特征在于，其颗粒形貌为四方体形或球形。
3.—种亚微米级氧化钇的制备方法，其特征在于，步骤如下(1)以草酸/草酸盐复合沉淀剂溶液作为底液，将硝酸钇和/或氯化钇溶液加入底液 中，得到沉淀浆液；(2)加料完毕，调节沉淀浆液的PH值；(3)将沉淀浆液经过滤、洗涤、干燥、煅烧，得到均勻的亚微米级氧化钇。
4.根据权利要求3所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(1)中所述复 合沉淀剂溶液为草酸与包括草酸铵、草酸氢铵、草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾中的一 种所配制而成的溶液，浓度以草酸根计为0. 1 2. Omol/L，其中草酸摩尔数占25% 75%， 沉淀剂用量按摩尔比为C20427y3+ = 1. 6 3. 0/1。
5.根据权利要求3所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(1)中加入分 散剂PEG1500或PEG2000或PVA17中的一种，其用量按重量体积比为分散剂/底液=0. 1 10g/100ml。
6.根据权利要求3所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(1)中所述硝 酸钇和/或氯化钇的浓度为0. 1 2. Omol/L。
7.根据权利要求3所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(1)中所述底 液温度为10 90°C，并采用搅拌和/或超声波方式分散。
8.根据权利要求3所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤( 中所述的 pH值为2. 5 7. 0。
9.根据权利要求3所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤C3)中所述的 沉淀浆液在搅拌和/或超声波分散下以温度为10 90°C陈化0. 5 4小时后再过滤。
10.根据权利要求3所述的制备亚微米级氧化钇的方法，其特征在于，步骤(3)中所述 的煅烧温度为700 1000°C。
全文摘要
一种亚微米级氧化钇及其制备方法，以草酸与包括草酸铵、草酸氢铵、草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾中的任意一种草酸盐组成的复合沉淀剂，在一定反应条件下将硝酸钇和/或氯化钇溶液加入到底液中，调节沉淀浆液的pH值，过滤并洗涤沉淀数次后，干燥，煅烧，得到亚微米级氧化钇。该氧化钇具有0.1μm＜D50＜1.0μm，D90≤1.0μm，粒度分布系数Q≤0.20，且颗粒形貌为四方体形或球形的物理性质。本发明工艺简单易操作，对设备要求低，生产成本低，生产过程控制方便，工艺过程中沉淀分散性和过滤性能好，易于工业化生产，所制得产品质量稳定。
文档编号C01F17/00GK102139908SQ20111010063
公开日2011年8月3日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者谢楠, 钟亮, 陈纪光, 韩道俊, 龚斌 申请人:赣州虔东稀土集团股份有限公司