一种纳米粉体填充制备Y2O3-MgO复合粉体的方法与流程

本发明属于纳米粉体合成领域，具体涉及一种纳米粉体填充制备y2o3-mgo复合粉体的方法。

背景技术：

红外窗口/球罩具有良好的机械、热学、光学等性能，起到保护红外光电系统内部精密光电元器件及其为探测器/传感器传递目标红外信号等的重要作用，是保证红外制导精度的先决条件。随着超音速飞行器从超音速向高超音速的不断发展，红外窗口/球罩面临越来越多的新挑战，对红外光学材料的宽波段透过率、机械强度及耐热冲击性能、红外低辐射特性提出越来越高的性能需求。

采用自制的y2o3-mgo复合纳米粉体为原料，制备y2o3和mgo两相体积比接近1:1、两相均匀分布的细晶粒、高致密度纳米复相陶瓷，中红外透过率可达到83％，接近理论透过率，抗弯强度超过400mpa，300℃高温发射率低于0.02，在极细晶粒尺寸高致密度下能够实现近红外高透过率和可见半透明，维氏硬度高达16.6gpa，成为未来高超音速飞行器红外窗口材料的希望和重要候选。

目前，已经有了许多制备y2o3-mgo复合纳米粉体的工艺和方法，如溶胶凝胶法、溶胶凝胶燃烧法、热分解法、喷雾热解法等，均能够制备出y2o3-mgo复合纳米粉体。美国康涅狄格大学的erich.jordan等人[jiwenwang，dianyingchen，erich.jordan,mauricegell,journaloftheamericanceramicsociety,93,3535(2010)]以醋酸镁和硝酸钇为原料采用溶胶凝胶法制备了y2o3-mgo复合纳米粉体。cn103922742b公布了一种采用溶胶凝胶法制备y2o3-mgo复合纳米粉体，并利用放电等离子烧结(sps)或热等静压烧结(hip)或热压烧结(hp)制备出红外透明的y2o3-mgo纳米复相陶瓷的方法。但这些方法制备的y2o3-mgo复合纳米粉体都存在些不足，如溶胶凝胶法和溶胶凝胶燃烧法制备的y2o3-mgo复合纳米粉体，虽然y2o3、mgo两相的均匀性和分散性不错，但采用的柠檬酸和乙二醇等有机物作为螯合剂或助燃剂，会造成严重的含碳基团残留污染，通过高温煅烧也难以完全去除，最终导致烧结样品中的残余的含碳基团难以除尽，会影响产品的热学、光学、力学等性能，并且对样品的抗热震性等高温性能不利，最终影响制得的y2o3-mgo纳米复相陶瓷产品的综合性能，失去了实际应用价值。热分解法制备的y2o3-mgo复合纳米粉体，虽然未引入含碳基团的污染，但y2o3、mgo两相的均匀性和分散性较差，硝酸钇和硝酸镁热分解时，在不同温区各自独立分解形成y2o3相和mgo相，每一相各自富集，粉体的烧结活性低，烧结时需要更高的温度和更长的时间，且团聚和富集的同相物质生长，钉扎效应减弱，晶粒异常长大，制得的y2o3-mgo纳米复相陶瓷产品的综合性能较差。采用沉淀法不易大规模制备y2o3-mgo复合纳米粉体，且难以实现y2o3、mgo两相氢氧化物的同时均匀沉淀，造成粉体均匀性较差。喷雾热解法对设备要求高，生产成本较高，制备的粉体中有大量球壳状或空心球状大尺寸团聚体，分散性较差，严重降低了粉体的烧结活性，从而致使最终的陶瓷性能不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种纳米粉体填充制备y2o3-mgo复合粉体的方法，克服现有y2o3-mgo复合纳米粉体制备工艺所具有的不足。该方法是将y2o3纳米粉体倒入球磨罐，再把高纯度六水硝酸镁加入无水乙醇溶解获得的盐溶液倒入球磨罐与y2o3纳米粉体混合；或将mgo纳米粉体倒入球磨罐，再把高纯度六水硝酸钇加入无水乙醇溶解获得的盐溶液倒入球磨罐与mgo纳米粉体混合，将球磨罐置于球磨机上球磨数小时，放入恒温烘箱烘干后，用目筛过筛得到过筛粉，将过筛粉放入马弗炉加热煅烧使硝酸盐分解为氧化物；或直接将球磨后的混合物置于马弗炉中进行加热煅烧使硝酸盐分解完全，形成分解的纳米氧化镁对y2o3的纳米填充和包覆；或形成分解的纳米氧化钇对mgo的纳米填充和包覆，制得纳米粉末填充和包覆的晶粒尺寸小于150nm的y2o3-mgo复合粉体。该方法制备的y2o3-mgo复合纳米粉体，y2o3、mgo两相粉体在纳米尺度上互相填充、彼此包覆，纳米尺度上分散均匀，避免了其它制粉方法中y2o3、mgo两相各自团聚结块的问题，提升了粉体的烧结活性，粉体晶粒尺寸细小(<150nm)；制备工艺中未引入含碳基团的污染，煅烧工艺简单，煅烧温度低，所需设备简单，制备周期短，生产成本低，便于工业化生产。

本发明的技术方案如下：

将y2o3纳米粉体倒入球磨罐，再把高纯度六水硝酸镁加入无水乙醇溶解获得的盐溶液倒入球磨罐与y2o3纳米粉体混合；或将mgo纳米粉体倒入球磨罐，再把高纯度六水硝酸钇加入无水乙醇溶解获得的盐溶液倒入球磨罐与mgo纳米粉体混合，将球磨罐置于球磨机上球磨数小时，放入恒温烘箱烘干后，用目筛过筛得到过筛粉，将过筛粉放入马弗炉加热煅烧使硝酸盐分解为氧化物；或直接将球磨后的混合物置于马弗炉中进行加热煅烧使硝酸盐分解完全，形成分解的纳米氧化镁对y2o3的纳米填充和包覆；或形成分解的纳米氧化钇对mgo的纳米填充和包覆，制得纳米粉末填充和包覆的晶粒尺寸小于150nm的y2o3-mgo复合粉体。

上述制备方法包含二个阶段，具体步骤如下：

第一阶段：将纳米粉体与硝酸盐溶液混合球磨：

步骤1.1)称取适量纳米y2o3或mgo粉体，分别倒入球磨罐内；

步骤1.2)根据称取y2o3或mgo粉体的质量按比例称取定量高纯度六水硝酸镁或六水硝酸钇，分别加入无水乙醇完全溶解于烧杯中，获得硝酸盐溶液；

步骤1.3)将步骤1.2)所述的硝酸镁溶液倒入球磨罐与y2o3粉体混合；或将硝酸钇溶液倒入球磨罐与mgo粉体混合，置于球磨机上球磨数小时，获得混合物浆料；

第二阶段：将上述所得混合物浆料加热煅烧分解完全，形成纳米粉末填充和包覆的y2o3-mgo复合粉体：

步骤2.1)将步骤1.3)所得混合物浆料放入恒温烘箱烘干后，用目筛过筛得到过筛粉，将过筛粉放入马弗炉中加热煅烧，使硝酸盐分解为氧化物；或将球磨后的混合物浆料直接置于马弗炉中进行加热煅烧使硝酸盐分解完全，即制得纳米粉末填充和包覆的y2o3-mgo复合粉体。

步骤1.1)所述的纳米粉体为商业的y2o3或mgo粉体，粉体晶粒尺寸小于100nm。

步骤1.2)所述的高纯度六水硝酸镁或六水硝酸钇为商业原料，纯度不低于99％。

步骤1.2)所述的比例是指：称取y2o3的质量与六水硝酸镁加热分解完全后得到的mgo的质量之比为1：9至9：1之间；称取mgo的质量与六水硝酸钇加热分解完全后得到的y2o3的质量之比为1：9至9：1之间。

步骤1.3)所述的球磨时间为2-72h。

步骤2.1)所述的加热煅烧温度为500-1000℃，煅烧时间为1-10h。

步骤2.1)所述的恒温烘箱温度为50-200℃。

步骤2.1)所述的目筛的目数为50-300目。

步骤2.1)所述的复合纳米粉体，其粉体晶粒尺寸小于150nm。

与现有技术相比，本发明的技术效果：

采用纳米填充制备的y2o3-mgo复合纳米粉体，y2o3、mgo两相粉体在纳米尺度上互相填充、彼此包覆，纳米尺度上分散均匀，避免了其它制粉方法中y2o3、mgo两相各自团聚结块、分散不均匀的问题，提升了粉体的烧结活性，粉体晶粒尺寸细小(<150nm)；制备工艺中未引入含碳基团的污染，煅烧工艺简单，煅烧温度低，所需设备简单，制备周期短，生产成本低，便于工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备出的y2o3-mgo复合纳米粉体的tem形貌图。

图2为实施例5所制得的y2o3-mgo复合纳米粉体的tem形貌图。

图3为实施例7所制得的y2o3-mgo复合纳米粉体的sem形貌图。

图4为实施例12所制得的y2o3-mgo复合纳米粉体的sem形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图说明对本发明进行进一步说明，这些实例仅用于说明本发明但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1-6采用的复合纳米粉体的制备参数条件具体如下表1所示：

表1：实施例1-6的工艺参数条件

实施例1-3

实施例1-3是按表1的工艺参数条件称取y2o3纳米粉体倒入球磨罐，将称取的高纯度六水硝酸镁加入无水乙醇溶解，将获得的盐溶液倒入球磨罐与y2o3纳米粉体混合，然后将球磨罐置于球磨机上球磨数小时，放入恒温烘箱烘干后用目筛过筛得到过筛粉，后将过筛粉放入马弗炉加热煅烧使硝酸盐完全分解为氧化物，形成分解的纳米氧化镁对y2o3的纳米填充和包覆，得到纳米粉末填充和包覆的y2o3-mgo复合粉体。具体步骤与上述的步骤类似，主要是通过调整各个参数条件来实现。

实施例4-6

实施例4-6是按表1的工艺参数条件称取mgo纳米粉体倒入球磨罐，将称取的高纯度六水硝酸钇加入无水乙醇溶解获得的盐溶液倒入球磨罐与mgo纳米粉体混合，然后将球磨罐置于球磨机上球磨数小时，放入恒温烘箱烘干后用目筛过筛得到过筛粉，后将过筛粉放入马弗炉加热煅烧使硝酸盐完全分解为氧化物，形成分解的纳米氧化钇对mgo的纳米填充和包覆，得到纳米粉末填充和包覆的y2o3-mgo复合粉体。具体步骤与上述的步骤类似，主要是通过调整各个参数条件来实现。

实施例7-12采用的复合纳米粉体的制备参数条件具体如下表2所示：

表2：实施例7-12的工艺参数条件

实施例7-9

实施例7-9是按表2的工艺参数条件称取y2o3纳米粉体倒入球磨罐，将称取的高纯度六水硝酸镁加入无水乙醇溶解，将获得的盐溶液倒入球磨罐与y2o3纳米粉体混合，然后将球磨罐置于球磨机上球磨数小时，将球磨后的混合物浆料直接置于马弗炉中进行加热煅烧使硝酸盐分解完全，形成分解的纳米氧化镁对y2o3的纳米填充和包覆，得到纳米粉末填充和包覆的y2o3-mgo复合纳米粉体。具体步骤与上述的步骤类似，主要是通过调整各个参数条件来实现。

实施例10-12

实施例10-12是按表2的工艺参数条件称取mgo纳米粉体倒入球磨罐，将称取的高纯度六水硝酸钇加入无水乙醇溶解获得的盐溶液倒入球磨罐与mgo纳米粉体混合，然后将球磨罐置于球磨机上球磨数小时，将球磨后的混合物浆料直接置于马弗炉中进行加热煅烧使硝酸盐分解完全，形成分解的纳米氧化钇对mgo的纳米填充和包覆，得到纳米粉末填充和包覆的y2o3-mgo复合纳米粉体。具体步骤与上述的步骤类似，主要是通过调整各个参数条件来实现。

综上，本发明采用上述任一方式制得的y2o3-mgo复合纳米粉体，y2o3、mgo两相粉体在纳米尺度上互相填充、彼此包覆，纳米尺度上分散均匀，避免了其它制粉方法中y2o3、mgo两相各自团聚结块、分散不均匀的问题，在上述的参数条件下合成的纳米复合粉体极细且两相分布均匀稳定，粉体晶粒尺寸细小(<150nm)，具有较高的烧结活性。上述制备纳米复合粉体的方法操作简单，制备工艺中未引入含碳基团的污染，煅烧工艺简单，煅烧温度低，不需要精密仪器，制备周期短，易于大产量制备，生产成本低，容易实现工业化生产。且此较低成本的方法可以轻松用于合成其它氧化物粉体或氧化物复合粉体材料。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除