低溫燃燒-水熱合成Pr-CeO-,2-稀土顏料.pdf

1、目前，陶瓷顏料產(chǎn)品需求量很大，尤其是新型的無(wú)毒綠色環(huán)保型稀土顏料將成為今后陶瓷裝飾用不可替代的陶瓷顏料。Pr-CeO2紅稀土顏料作為一種基礎(chǔ)色顏料，在陶瓷行業(yè)中有較高的應(yīng)用價(jià)值，是傳統(tǒng)紅色無(wú)機(jī)顏料良好的替代品。計(jì)算機(jī)噴墨打印陶瓷裝飾技術(shù)是一種非接觸裝飾技術(shù)，該技術(shù)的廣泛應(yīng)用是陶瓷裝飾技術(shù)的一次革命。它能夠克服傳統(tǒng)的陶瓷裝飾方法的諸多缺點(diǎn)，提高陶瓷制品的裝飾質(zhì)量和生產(chǎn)效率，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。采用低溫燃燒合成技術(shù)與水熱技術(shù)相結(jié)合制備P

2、r-CeO2紅陶瓷顏料。節(jié)省了合成的時(shí)間，并大大降低了合成陶瓷顏料的能耗。是一種高效節(jié)能的合成陶瓷顏料的新方法。所合成的Pr-CeO2紅陶瓷顏料具有納米晶粒，為陶瓷顏料在計(jì)算機(jī)外接觸式裝飾中的應(yīng)用提供了前景。 以Ce(NO3)3·6H2O、Pr6O11為主要原料，利用低溫燃燒合成LCS(Low-temperatureCombustionSynthesis)在250℃左右，富燃料體系(氧化還原混合物中燃料含量超過(guò)化學(xué)計(jì)量比)下引燃

3、，成功地合成了一系列粉紅-紅色-棕紅的具有納米晶粒的Pr-CeO2紅色稀土陶瓷顏料。對(duì)LCS法所合成的摻雜0.05mol％Pr的Pr-CeO2紅顏料在不同的工藝條件下進(jìn)行了水熱處理，研究了其對(duì)晶粒生長(zhǎng)發(fā)育及呈色性能的影響。采用DSC、XRD、SEM、TEM、EDS、CIE色差計(jì)等現(xiàn)代測(cè)試方法對(duì)產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)、晶體形貌、晶粒尺寸和呈色性能進(jìn)行了研究，并對(duì)前驅(qū)物著火溫度、燃燒劑種類(lèi)和用量、水熱處理?xiàng)l件進(jìn)行了探討。通過(guò)XPS分析Pr的價(jià)態(tài)，探討

4、顏料的呈色機(jī)理。 研究結(jié)果表明，合成的Pr-CeO2紅顏料為螢石型晶體結(jié)構(gòu)，無(wú)其它新相生成，說(shuō)明Pr摻雜進(jìn)入CeO2晶格，并形成固溶體。Pr-CeO2固溶體中，未發(fā)現(xiàn)pr4+，而Pr主要是以pr3+的形式存在。pr3+置換了CeO2晶體中的Ce4+，產(chǎn)生氧離子空位，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(zhǎng)為600nm左右的光，從而呈現(xiàn)出紅色色調(diào)。 研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，P

5、r摻雜量的不同對(duì)前驅(qū)物著火溫度的影響不大，影響著火溫度的主要是氧化劑的分解溫度。LCS合成的Pr-CeO2紅顏料具有納米晶粒，其平均晶粒尺寸隨Pr摻雜量的不同在9～30nm之間變化，Pr摻雜量x值＜0.35mol％時(shí)，產(chǎn)物的晶粒尺寸隨Pr摻雜量的增加而降低，當(dāng)x值在0.35～0.50mol％范圍內(nèi)變化時(shí)，晶粒尺寸的變化已經(jīng)不太明顯了。色度值中的a*(紅度值)在x=0.05mol％時(shí)出現(xiàn)最大值，以后隨Pr摻雜量增加而降低，但當(dāng)x＞0.30

6、mol％時(shí)，a*值變化不明顯。水熱處理后的顏料粉體晶粒發(fā)育更完整，尺寸更均勻，平均晶粒尺寸在13～17nm之間變化。顏料粉體的平均晶粒尺寸隨著pH值的增加而減小，隨著水熱處理時(shí)間的增加而減小，且均比未水熱處理的顏料粉體的平均晶粒尺寸有所減小。L*(明度值)、a*、c*(色飽和度值)隨著pH值的增加而增加。a*、c*值均隨著水熱處理時(shí)間的增加而增加，L*值隨著水熱處理時(shí)間的增加而減小。表明水熱處理后顏料具有更好的呈色性能。 低溫燃

7、燒合成技術(shù)具有合成速度快、反應(yīng)著火溫度低、能耗大大降低以及合成出的Pr-CeO2紅顏料粉體晶粒達(dá)到納米級(jí)等突出優(yōu)點(diǎn)。但LCS法合成出的Pr-CeO2紅顏料的紅度值a*稍低，其原因主要是低溫燃燒瞬間合成產(chǎn)物，不利于呈色。采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)LCS法合成的Pr-CeO2紅稀土顏料在不同條件下進(jìn)行水熱處理后，顏料呈色性能均有提高，說(shuō)明水熱處理使晶體結(jié)構(gòu)更趨完善，有利于其呈色。這是由于水熱法為各種前驅(qū)物的反應(yīng)和結(jié)晶提供了一個(gè)在常壓條件無(wú)法得到的特殊