本发明属于纳米材料研究领域，具体涉及一种纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒的制备方法。
背景技术：
自从二十世纪四十年代前后，人们就开始利用稀土抛光粉来抛光光学玻璃。相对早期使用的氧化铁抛光粉，稀土抛光粉的抛光效率提高了一倍。二氧化铈抛光粉被誉为最好的抛光材料，广泛应用于对材料表面抛光处理以提高材料的表面平整度，具有硬度适中、效率高、使用寿命长、低污染等优点。随着科学技术的不断迅速发展，一些特殊的抛光领域对抛光粉特性的要求越来越高，例如液晶显示屏的抛光、光学记入材料的抛光、高精密光学玻璃的抛光等都对表面光滑度有较高的需求，对表面划伤的要求极为严格，因而对抛光粉的各种物理特性都提出了相应的更高指标要求，例如粒度、粒度分布、化学活性、硬度和密度等。其中，二氧化铈抛光粉的粒度及其分布和分散性对其抛光性能有很大的影响，而目前多数二氧化铈抛光粉存在颗粒形貌粒径不统一和团聚严重等问题，限制了二氧化铈抛光粉在高精度抛光领域的应用。
合成氧化铈包覆二氧化硅复合颗粒是一种解决上述问题的有效方法，利用二氧化硅来控制二氧化铈的形核条件，从而调控二氧化铈颗粒的形貌和分散性，改善氧化铈抛光粉存在的颗粒形貌粒径不统一和团聚严重等问题。由正硅酸乙酯水解制备二氧化硅是一条成熟的技术路线，可以很容易地制备二氧化硅颗粒。正硅酸乙酯水解制备二氧化硅颗粒的水解溶液酸碱性对二氧化硅产物的粒径有重要的影响：碱性条件下制备得到的二氧化硅粒径较大，一般为数百纳米，分散性较好；酸性条件下制备得到的二氧化硅粒径较小，一般为数十纳米。即使如此，目前研究和生产多选择碱性水解正硅酸乙酯来制得氧化硅，以此为核来合成二氧化铈包覆二氧化硅复合颗粒，但这些复合颗粒粒径较大，一般为几百纳米，难应用于对表面精度要求日益提高的高精度抛光领域；目前研究和生产不采用酸性水解正硅酸乙酯制得二氧化硅，以此为核制备二氧化铈包覆二氧化硅复合颗粒，就是因为酸性催化正硅酸乙酯制得的化硅粒径虽较小，一般为数十纳米，但固液分离时易造成二氧化硅颗粒团聚严重，二氧化硅颗粒再溶于水时团聚严重，很难分散开来，从而无法发挥诱导二氧化铈形核、达到解决二氧化铈抛光粉团聚严重粒度不均等问题。为此，本发明使用正硅酸乙酯酸性水解制得纳米二氧化硅颗粒并原位沉淀包覆纳米二氧化铈壳层；正硅酸乙酯酸性水解，二氧化硅粒径小，在液相中粒子分散性好，去除了固液分离步骤，可以很好地避免固液分离产生的不利影响，从而对复合颗粒的粒径和分散性等产生有益效果。
技术实现要素：
针对纳米二氧化铈颗粒团聚严重、粒度不均等问题，以及传统以正硅酸乙酯碱催化制备的二氧化硅为核，制备二氧化铈包覆二氧化硅复合颗粒工艺存在颗粒粗大等问题，本发明采用以正硅酸乙酯酸催化制备纳米球形二氧化硅为核，来制备纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒，颗粒在纳米尺度内，颗粒球形化程度高，分散性良好，颗粒团聚弱。
本发明的技术方案是：纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）根据包覆比例称量和量取各种原料，包覆比例为产物纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒中二氧化铈与二氧化硅的质量比，包覆比例为30～140%；于容器中放入酸性溶液，其加入量以正硅酸乙酯完全水解为限，置于室温～80℃水浴中保持搅拌，搅拌一定时间后，加入正硅酸乙酯，封闭容器口，持续搅拌，待正硅酸乙酯水解完毕，继续搅拌一定时间并静置陈化3～6小时；
（2）向步骤（1）中陈化后的溶液滴加碱溶液，调节溶液ph为8～14，将提前兑制好的铈盐溶液缓慢加入到上述溶液中，同时通过滴加碱溶液使溶液ph基本维持不变，待铈盐溶液滴加完毕，继续水浴保温搅拌2～5小时，并静置陈化8～12小时，获得含铈沉淀物；
（3）将含铈沉淀物从步骤（2）陈化后的溶液中分离出来，用去离子水和乙醇洗涤沉淀若干次，烘干，研磨后在400～800℃下煅烧1～3小时，待自然冷却后再次研磨即制得纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：（1）本发明采用正硅酸乙酯酸性水解制得纳米二氧化硅，该二氧化硅颗粒较正硅酸乙酯碱性水解制得的二氧化硅粒径更小，为纳米级，因此合成的二氧化铈包覆二氧化硅复合颗粒粒径也更小，更容易满足抛光行业逐渐提高的表面精度要求；（2）本发明以溶液分散态的纳米球形二氧化硅为核，在此溶液中直接原位包覆纳米二氧化铈壳层，中间没有固液分离步骤，不易引起团聚，使核——二氧化硅分散性更好，因而产物二氧化铈包覆二氧化硅复合颗粒分散性更好，颗粒球形化程度高；（3）本发明中包覆纳米二氧化硅颗粒的是纳米二氧化铈壳层，两者粒径皆为纳米级，增加了抛光粉颗粒的表面积和与被抛光件接触的压痕体积，同时加强了化学机械抛光过程中的化学作用和机械作用，从而可提高粉体抛光性能；（4）本发明工艺简单，前驱体制备在溶液中进行，没有过多的有机物引入，摒弃了复杂的化学反应，适合工业化生产。
附图说明
图1为实施例1纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒的sem图。
图2为实施例1纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒的x射线衍射图。
具体实施方式
实施例1
根据包覆比例为30%称量和量取各种原料，于容器中放入酸性溶液，其加入量以正硅酸乙酯完全水解为限，置于室温水浴中保持搅拌，搅拌一定时间后，加入正硅酸乙酯，封闭容器口，持续搅拌，待正硅酸乙酯水解完毕，继续搅拌一定时间并静置陈化3小时；向陈化后的溶液滴加碱溶液，调节溶液ph为8，将提前兑制好的铈盐溶液缓慢加入到上述溶液中，同时通过滴加碱溶液使溶液ph基本维持不变，待铈盐溶液滴加完毕，继续水浴保温搅拌5小时，并静置陈化8小时，获得含铈沉淀物；然后将含铈沉淀物从陈化后的溶液中分离出来，用去离子水和乙醇洗涤沉淀若干次，烘干，研磨后在400℃下煅烧3小时，待自然冷却后再次研磨即制得纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒。
图1为实施例1纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒的sem图，颗粒呈球形，尺寸约为46nm，颗粒间只有轻微的粘连，颗粒间隙清晰。图2为实施例1纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒的x射线衍射图，只有二氧化铈的特征峰出现，不见二氧化硅的非晶峰，表明纳米二氧化铈完全包覆了纳米二氧化硅，成功制备了纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒，且二氧化铈的特征峰半高宽较大，表明壳层颗粒相当细小，为纳米级。
实施例2
根据包覆比例为60%称量和量取各种原料，于容器中放入酸性溶液，其加入量以正硅酸乙酯完全水解为限，置于50℃水浴中保持搅拌，搅拌一定时间后，加入正硅酸乙酯，封闭容器口，持续搅拌，待正硅酸乙酯水解完毕，继续搅拌一定时间并静置陈化4小时；向陈化后的溶液滴加碱溶液，调节溶液ph为10，将提前兑制好的铈盐溶液缓慢加入到上述溶液中，同时通过滴加碱溶液使溶液ph基本维持不变，待铈盐溶液滴加完毕，继续水浴保温搅拌4小时，并静置9小时，获得含铈沉淀物；然后将含铈沉淀物从陈化后的溶液中分离出来，用去离子水和乙醇洗涤沉淀若干次，烘干，研磨后在600℃下煅烧2小时，待自然冷却后再次研磨即制得纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒。
实施例3
根据包覆比例为100%称量和量取各种原料，于容器中放入酸性溶液，其加入量以正硅酸乙酯完全水解为限，置于70℃水浴中保持搅拌，搅拌一定时间后，加入正硅酸乙酯，封闭容器口，持续搅拌，待正硅酸乙酯水解完毕，继续搅拌一定时间并静置陈化5小时；向陈化后的溶液滴加碱溶液，调节溶液ph为12，将提前兑制好的铈盐溶液缓慢加入到上述溶液中，同时通过滴加碱溶液使溶液ph基本维持不变，待铈盐溶液滴加完毕，继续水浴保温搅拌3小时，并静置10小时，获得含铈沉淀物；然后将含铈沉淀物从陈化后的溶液中分离出来，用去离子水和乙醇洗涤沉淀若干次，烘干，研磨后在700℃下煅烧1.5小时，待自然冷却后再次研磨即制得纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒。
实施例4
根据包覆比例为140%称量和量取各种原料，于容器中放入酸性溶液，其加入量以正硅酸乙酯完全水解为限，置于80℃水浴中保持搅拌，搅拌一定时间后，加入正硅酸乙酯，封闭容器口，持续搅拌，待正硅酸乙酯水解完毕，继续搅拌一定时间并静置陈化6小时；向陈化后的溶液滴加碱溶液，调节溶液ph为14，将提前兑制好的铈盐溶液缓慢加入到上述溶液中，同时通过滴加碱溶液使溶液ph基本维持不变，待铈盐溶液滴加完毕，继续水浴保温搅拌2小时，并静置12小时，获得含铈沉淀物；然后将含铈沉淀物从陈化后的溶液中分离出来，用去离子水和乙醇洗涤沉淀若干次，烘干，研磨后在800℃下煅烧1小时，待自然冷却后再次研磨即制得纳米二氧化铈包覆纳米球形二氧化硅复合颗粒。