[发明专利]一种纯相高性能稀土锆酸盐材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能用于核废物固化处理、热障涂层和固体氧化物燃料电池的稀土锆酸盐材料的制备方法，属无机非金属材料制备与应用领域。

发明背景

烧绿石型稀土锆酸盐(Ln₂Zr₂O₇，Ln＝La，Nd，Eu，Gd，Er，Yb)具有独特的晶体结构和优良的物理化学特性，而引起人们广泛关注。

热障涂层材料。烧绿石Ln₂Zr₂O₇材料具有高熔点、低的热导率(比传统的热障涂层材料4YSZ约低30％)、较高的热膨胀系数(Nd₂Zr₂O₇和Gd₂Zr₂O₇，293-1273K，11.6×10^-6W^-1)、以及高的化学稳定性和高温无相变等优点，是高温或超高温热障涂层重要候选材料。

核废物处理固化介质材料。Ln₂Zr₂O₇具有高的辐照稳定性，特别是抗重离子的辐照能力，如Gd₂Zr₂O₇能够承受10¹⁶ions/cm²剂量的1.5MeV的Xe⁺离子辐照而结构没有损伤，相当于10wt％的²³⁹pu在3×10⁷年衰变的α粒子累积剂量(3×10²⁰α/g)；其次，具有良好的化学稳定性，如La₂Zr₂O₇在90℃的H₂O中浸泡28天，La和Zr元素的化学浸出率仅为10^-6gm^-2d^-1；另外，Ln₂Zr₂O₇中Ln晶格位可被核素完全占据(如Am₂Zr₂O₇)，包容核素量高，有利于废物体积最小化。因此，Ln₂Zr₂O₇是锕系核素最理想的固化介质材料。

固体氧化物燃料电池材料。Ln₂Zr₂O₇中的8a晶格位是氧空位，该材料具有氧离子的导电特性，如800℃时，Eu₂Zr₂O₇氧离子电导率接近8×10^-2S·cm^-1，因此是高温固体燃料电池重要的候选材料。

(Ln，Ln′)₂Zr₂O₇(Ln和Ln′为不同的La，Nd，Eu，Gd，Er，Yb元素)化合物，不仅具有与Ln₂Zr₂O₇(Ln＝La，Nd，Eu，Gd，Er，Yb)相类似的物理化学性质，也因多元稀土元素同时占据Ln晶格位导致晶格畸变，其热导率和氧离子电导率得到进一步降低和提高。如(La_0.7Gd_0.3)₂Zr₂O₇与La₂Zr₂O₇和Gd₂Zr₂O₇相比，1200℃温度的热导率分别降低30％以上，(Gd_0.5La_0.5)₂Zr₂O₇的氧离子电导率是Gd₂Zr₂O₇和La₂Zr₂O₇的3倍以上。