一种氧化铈掺杂材料及其制备方法和应用

本发明属于低红外发射材料领域，涉及一种氧化铈掺杂材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在低红外发射场景中需要降低或改变目标件的红外辐射特征，从而使红外探测设备难以发现或被探测几率降低。目前，在目标件表面涂敷低红外发射率的涂层仍旧是降低红外辐射度最主要的方式。但是，随着科技的发展，某些目标件的热端部位温度达600℃，而温度的上升导致热端部位的红外辐射度的增加，容易被红外探测器发现，根据斯蒂芬玻尔兹曼定律：e＝εδt4，ε为材料表面发射率，δ为斯蒂芬玻尔兹曼常数，t为物体表面温度，红外辐射度与发射率和温度的4次方成正比。因此，如何使涂层材料兼具高温低红外发射率与低热导率，是目前实现低红外辐射度的关键。

2、传统低红外辐射材料主要包括金属微粉、光子晶体和无机低发射率材料等。其中，金属微粉类例如：au、ag、al等，主要靠其优异的电导率，获得优异的红外低发射率，但是，金属微粉在温度较高的应用环境下易被氧化，这样就使得红外发射率大幅增加。光子晶体是一类人工合成的新型低红外发射材料，虽然光子晶体的红外发射率极低，但是只能在300℃下使用，无法在高温环境中服役，除此之外，其制备设备昂贵，工艺复杂，远远达不到实用的需求。无机低发射率材料主要包括金属氧化物材料，其中，氧化铈应用较为广泛，然而氧化铈在高温下红外发射率较高(约0.5)，无法满足高温下使用要求，为了使氧化铈在高温下具有低红外发射率，对其进行掺杂改性是目前的主流手段，但是在已有的氧化铈掺杂体系中，虽能获得高温低红外发射率，但是其热导性能却往往不尽如人意。

技术实现思路

1、本发明提供了一种氧化铈掺杂材料，该氧化铈掺杂材料在600℃的温度环境下，兼具低红外发射率与低热导率。

2、本发明还提供了一种氧化铈掺杂材料的制备方法，该方法可以成功制备上述氧化铈掺杂材料。

3、本发明还提供一种低红外发射陶瓷，由于该陶瓷的制备原料包括上述氧化铈掺杂材料，因此，在600℃的温度环境中具有较低的红外辐射度。

4、第一方面，本发明提供一种氧化铈掺杂材料，所述氧化铈掺杂材料包括氧化铈基体和掺杂在所述氧化铈基体中的掺杂剂；所述掺杂剂包括碱金属氧化物和至少两种非铈的稀土氧化物；

5、还满足以下式1和式2：

6、0.2<m<0.4            式1，

7、1<n<2                式2，

8、其中，m为所述氧化铈掺杂材料在600℃的发射率，n为所述氧化铈掺杂材料在600℃的热导率。

9、在一优选实施例中，所述碱金属氧化物选自na2o和/或k2o。

10、在一优选实施例中，所述稀土氧化物选自la2o3、nd2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、dy2o3、er2o3、yb2o3、lu2o3、y2o3、sc2o3中的至少两种。

11、在一优选实施例中，所述掺杂剂的掺杂摩尔比例为10％-20％。

12、在一优选实施例中，所述碱金属氧化物和所述稀土氧化物中，碱金属元素和稀土元素的摩尔比为1-1.5:1-4.5。

13、在一优选实施例中，任意两种非铈的稀土氧化物中，稀土元素的摩尔比为1-1.5:1-1.5。

14、在一优选实施例中，所述氧化铈掺杂材料的粒径为100-1500nm。

15、在一优选实施例中，所述氧化铈掺杂材料通过包括以下过程的方法制备得到：在含铈盐和非铈的稀土盐的原料混合体系中加入沉淀剂，在ph值为7-8.5、温度为30-50℃的条件下发生沉淀反应后，静置老化1-5小时，获得沉淀前驱体；将所述沉淀前驱体与碱金属盐混合，烘干，在900-1000℃下煅烧2-3小时，获得所述氧化铈掺杂材料。

16、第二方面，本发明提供一种上述氧化铈掺杂材料制备方法，包括以下步骤：

17、在含铈盐和非铈的稀土盐的原料混合体系中加入沉淀剂，在ph值为7-8.5、温度为30-50℃的条件下发生沉淀反应后，静置老化1-5小时，获得沉淀前驱体；将所述沉淀前驱体与碱金属盐混合，烘干，在900-1000℃下煅烧2-3小时，获得所述氧化铈掺杂材料。

18、第三方面，本发明提供一种低红外发射陶瓷，其制备原料为上述的氧化铈掺杂材料。

19、本发明所提供的氧化铈掺杂材料在600℃的温度环境下，兼具低红外发射率与低热导率，适合用于耐高温的低红外发射场景。

技术特征：

1.一种氧化铈掺杂材料，其特征在于，所述氧化铈掺杂材料包括氧化铈基体和掺杂在所述氧化铈基体中的掺杂剂；所述掺杂剂包括碱金属氧化物和至少两种非铈的稀土氧化物；

2.根据权利要求1所述的氧化铈掺杂材料，其特征在于，所述碱金属氧化物选自na2o和/或k2o。

3.根据权利要求1或2所述的氧化铈掺杂材料，其特征在于，所述稀土氧化物选自la2o3、nd2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、dy2o3、er2o3、yb2o3、lu2o3、y2o3、sc2o3中的至少两种。

4.根据权利要求1或2所述的氧化铈掺杂材料，其特征在于，所述掺杂剂的掺杂摩尔比例为10％-20％。

5.根据权利要求1或2所述的氧化铈掺杂材料，其特征在于，所述碱金属氧化物和所述稀土氧化物中，碱金属元素和稀土元素的摩尔比为1-1.5:1-4.5。

6.根据权利要求1-5任一所述的氧化铈掺杂材料，其特征在于，任意两种非铈的稀土氧化物中，稀土元素的摩尔比为1-1.5:1-1.5。

7.根据权利要求1或2所述的氧化铈掺杂材料，其特征在于，所述氧化铈掺杂材料的粒径为100-1500nm。

8.根据权利要求1-7任一所述的氧化铈掺杂材料，其特征在于，所述氧化铈掺杂材料通过包括以下过程的方法制备得到：

9.一种如权利要求1-8任一所述的氧化铈掺杂材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种低红外发射陶瓷，其特征在于，其制备原料包括权利要求1-8任一所述的氧化铈掺杂材料。

技术总结
本发明提供一种氧化铈掺杂材料及其制备方法和应用，所述氧化铈掺杂材料包括氧化铈基体和掺杂在所述氧化铈基体中的掺杂剂；所述掺杂剂包括碱金属氧化物和至少两种非铈的稀土氧化物；还满足以下式1和式2：0.2<M<0.4式1，1<N<2式2，其中，M为所述氧化铈掺杂材料在600℃的发射率，N为所述氧化铈掺杂材料在600℃的热导率。本发明所提供的氧化铈掺杂材料在600℃的高温环境中具有低红外辐射度，适合用于耐高温的低红外发射场景。

技术研发人员：王一光,任科,郭锦程
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5