[发明专利]碳酸铈的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳酸铈的制备方法。具体来讲，本发明涉及制备具有均匀的晶体结构、形状及大小的碳酸铈的生产率较高的碳酸铈制备方法。

背景技术

氧化铈粉末为催化剂、荧光体、化妆品和研磨材料中广泛使用的高性能陶瓷材料，最近尤其在半导体元件领域中，作为化学、机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)工艺中的研磨材料而备受关注。

通常，这种氧化铈粉末通过将碳酸铈等前体物质在高温下焙烧而制成，此时，根据碳酸铈的晶体结构、形状或大小(粉末粒径)等，氧化铈粉末的物性或形状等会有所不同。因此，为了制备具有所需物性及形状的氧化铈粉末，均匀获得具有调整的晶体结构、形状或大小的碳酸铈是非常重要的。

但是，通常碳酸铈是将溶液状态的铈前体和尿素(Urea)等反应物投入到一定大小的间歇式反应器(batch reactor)，并进行升温反应而制备，从而得到粉末状的碳酸铈。但对于这种方法而言，若反应器的大小为一定程度以上，则反应器各部分的热传递速度不均匀，因此在很多情况下，最终制备的碳酸铈粉末的晶体结构、形状或大小不均匀。

对此原因可以预测如下。

观察生成碳酸铈粉末粒子的机制可知，反应初期所生成的碳酸铈溶解于溶剂中，直到过饱和为止，过饱和状态结束后，形成碳酸铈粉末的初期粒子。此时，只有这种初期粒子快速、均匀形成，这些初期粒子才能够在溶剂中以相同程度生长，从而制备出具有均匀大小(粒径)及形状的碳酸铈。

然而，若欲使所述初期粒子快速、均匀形成，则反应溶液中尿素的分解速度起到非常重要作用。这是因为尿素被热分解时产生氨和二氧化碳，而这些与铈前体反应后生成碳酸铈。即，当尿素的分解速度缓慢或不均匀时，所述碳酸铈粉末的初期粒子也形成得不均匀，导致各初期粒子的生长程度不相同，因此碳酸铈的形状或大小变得不均匀。换句话来讲，先生成的初期粒子的生长过程较长而制备成具有较大粒径的碳酸铈，与此相反，后来生成的初期粒子将制备成粒径较小的碳酸铈，结果所制备的碳酸铈的形状或大小变得不均匀。

正因为如此，为了得到具有均匀形状及大小等的碳酸铈，需要使反应器整体的热传递速度均匀，从而使尿素的分解速度变得均匀、迅速。但是对于使用间歇式反应器的现有碳酸铈制备方法而言，达到这种均匀热传递并非容易。

另外，碳酸铈的晶体结构根据反应温度等条件会有所差异。碳酸铈根据其晶体结构可分为斜方晶(Orthorhombic)和六方晶(Hexagonal)碳酸铈等。通常，斜方晶系碳酸铈是在相对低的温度下通过沉淀反应而制备，而六方晶系碳酸铈是通过高温、高压反应而制备。但是，对于使用间歇式反应器的现有制备方法而言，由于反应器各部分的热传递不均匀，反应温度等条件会有所差异，因此若反应器的大小达到一定程度以上，则最终制备的碳酸铈的晶体结构可能会不均匀。

由于上述的原因，在以前将反应器的大小达到一定程度以上时，最终制备出的碳酸铈的晶体结构、形状或大小多数情况下都不均匀，因而由所述碳酸铈制备得到的氧化铈粉末也在多数情况下具有不均匀的物性、形状及大小。由此，增大反应器的大小也有一定局限性，并给碳酸铈的批量生产带来坏影响。

只是，以前为了解决这种问题，人们试图通过额外设计搅拌机的形状或大小来确保反应器内部的温度均匀性，但是随着反应器的逐渐变大，仅通过变更搅拌机的大小等来确保反应器内部的温度均匀性存在一定局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有均匀的晶体结构、形状及大小的碳酸铈的生产率较高的碳酸铈的制备方法，以及通过该方法制备的碳酸铈粉末。

本发明提供的碳酸铈的制备方法包括以下步骤：在形成有供给口和排出口并包括至少一个反应管的管状反应器中，向所述供给口连续投入含有铈前体和尿素的反应溶液；在所述反应管内使所述铈前体和尿素进行升温反应；以及将根据所述铈前体与尿素的反应而形成的碳酸铈连续排出到所述排出口，其中，所述反应溶液的连续投入步骤中，在满足以下数学式1的滞留时间内，以所述反应溶液可滞留于反应管内的速度，连续投入所述反应溶液，

【数学式1】

滞留时间(min)≥20000·[{浓度(mol/L)·直径(inch)}/温度(℃)]

其中，“滞留时间(min)”表示所述反应溶液滞留于反应管内的时间(分)，“浓度(mol/L)”表示所述反应溶液中铈前体的摩尔浓度，“直径(inch)”表示所述反应管的直径(英寸)，“温度(℃)”表示投入所述反应溶液时反应管内部的温度。