Pr-CeO-,2-稀土紅色陶瓷顏料的低溫燃燒-水熱合成與表征.pdf

1、以Ce(NO<,3>)<,3>·6H<,2>O(分析純)、Pr<,6>O<,11>(工業(yè)級(jí))為主要原料，采用低溫燃燒合成(LCS)，成功制備出了Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>(Pr-CeO<,2>)納米晶紅色顏料粉體，并對(duì)燃燒合成的樣品進(jìn)行水熱處理。 研究了燃燒反應(yīng)中燃燒劑的種類、燃燒劑的配比對(duì)反應(yīng)參數(shù)、產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)物性質(zhì)的影響；水熱處理后的樣品的晶體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)物的性質(zhì)，并對(duì)水熱處理的條件進(jìn)行優(yōu)化，找出最佳的水熱處理

2、條件；對(duì)低溫燃燒反應(yīng)中的Pr的摻雜方式、礦化劑等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，找出適合Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>紅色顏料粉體低溫燃燒反應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)；采用低溫燃燒法合成不同Pr的摻雜量的Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>紅色顏料樣品，對(duì)樣品中Ce、Pr的價(jià)態(tài)，及Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>紅色顏料的呈色機(jī)理進(jìn)行了探討。 采用DSC，XRD，SEM，TEM，XPS，EDS，CIE色差計(jì)等現(xiàn)代測試方法對(duì)產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)、晶體形貌

3、和晶粒尺寸、Pr的價(jià)態(tài)以及樣品的顏色等進(jìn)行表征。 結(jié)果表明：對(duì)于CO(NH<,2>)<,2>、(COOH)<,2>·2H<,2>O、CH<,3>COONH<,4>、C<,6>H<,8>O<,7>、C<,6>H<,12>O<,6>、CH<,3>COOC<,2>H<,5>以及NH<,4>O<,3>等多種燃燒劑來說，適用于Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>紅色顏料粉體LCS合成的燃燒劑為CH<,3>COONH<,4>和C<,6>H

4、<,8>O<,7>；以檸檬酸和乙酸銨為燃燒劑的Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>的低溫燃燒反應(yīng)制備的樣品，與檸檬酸作為燃燒劑的燃燒產(chǎn)物相比，乙酸銨作為燃燒劑所制備的燃燒產(chǎn)物的結(jié)晶程度更完整、Pr離子更容易進(jìn)入CeO<,2>晶格、呈色更好。乙酸銨作為燃燒劑的燃燒反應(yīng)中，燃燒劑與氧化劑的最佳配比為2：1，檸檬酸作為燃燒劑的燃燒反應(yīng)中，燃燒劑與氧化劑的最佳配比為3：1。兩種燃燒劑的燃燒產(chǎn)物顆粒尺寸都在200nm～300nm之間。對(duì)LCS合

5、成出的Ce<,0.95>Pr<,0.05>O<,2>樣品進(jìn)行熱處理(600℃保溫2h)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣品的晶粒發(fā)育更加完善，CeO<,2>晶格的Pr離子的增多，紅度值更高。 以Pr<,6>O<,11>、Pr(NO<,3>)<,4>兩種方式進(jìn)行摻雜，結(jié)果顯示用Pr(NO<,3>)<,4>摻雜所得到的樣品的晶粒發(fā)育，呈色性能更加完善。進(jìn)入固溶體的Pr離子的含量更接近于實(shí)驗(yàn)摻雜量；用Na<,2>CO<,3>、CaF<,2>、NaF、H<,

6、3>BO<,3>、LiF、NaClO<,3>作為礦化劑，研究礦化劑對(duì)Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>納米晶氧化物粉體結(jié)構(gòu)性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入礦化劑后粉體的顏色有很大的改善，在加入的6種礦化劑中顏色改善的順序?yàn)椋?NaECO<,3>BO<,3>，可以看出NaClO<,3>是最適合Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>氧化物合成的礦化劑。水熱處理后的樣品的結(jié)晶程

7、度以及呈色性能都有明顯的改善。水熱處理后樣品的粒度分布更加均勻；在填充比60％，堿性條件下，長的水熱處理時(shí)間有助于保持粉體晶粒的均勻性，減少了低溫燃燒過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，因而提高了粉體的呈色性能。@ 采用低溫燃燒法合成不同Pr的摻雜量的Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>紅色顏料樣品，對(duì)樣品中Ce、Pr的價(jià)態(tài)，及Ce<,1-x>Pr<,x>O<,2>紅色顏料的呈色機(jī)理進(jìn)行了探討。結(jié)果顯示：在我們的研究范圍內(nèi)的所有樣品均形成單一的螢石型固

8、溶體，且晶粒尺寸在20nm范圍以內(nèi)。隨Pr含量的增加，固溶體的氧空位濃度也一致增大。固溶體中Ce的價(jià)態(tài)為+4價(jià)，Pr的價(jià)態(tài)為+3價(jià)，樣品的紅度、色飽和度隨Pr含量的增加呈先增后減趨勢，當(dāng)x=0.05時(shí)有最佳的呈色性能。其呈色機(jī)理是因?yàn)镻r的摻雜，Pr<'3+>置換了CeO<,2>晶體中的Ce<'4+>，形成固溶體；同時(shí)產(chǎn)生了氧離子空位，使晶格發(fā)生畸變，自由電子陷落在氧離子空位中而形成缺陷，即形成氧離子空位的雜質(zhì)色心。導(dǎo)致其吸收波長在60