本發(fā)明涉及材料科學技術領域，具體涉及一種高純氮化鈰粉體及其制備方法和應用。

背景技術：

稀土素有“工業(yè)維生素”之美稱，是極其重要的戰(zhàn)略資源，在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領域都有著廣泛的應用。因此，對稀土化合物的研究顯得十分重要。

氮化鈰可以用來制作各種無機復合材料，如高性能陶瓷，半導體材料，發(fā)光材料等，而制備這些材料對氮化鈰的純度有著極高的要求。

目前氮化鈰的制備方法中，以高溫固相直接氮化法為主。這種方法的優(yōu)點在于工藝簡單，成本低，雜質含量低，但其缺點也十分明顯，金屬Ce粉在空氣中易被氧化，使得產品的純度不高，一般氮含量在6.8wt％～8.0wt％之間，難以滿足客戶需求。而一些其他的制備方法，如氫化物熱解法，還原法，液相法，氣相法等，普遍具有工藝流程復雜，生產周期長，成本高，易引入雜質，對設備要求過高，產量低等缺點。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高純氮化鈰粉體及其制備方法和應用，以解決現有技術中制得的CeN粉體純度低，工藝復雜，設備要求高的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：本發(fā)明提供了一種高純氮化鈰粉體，該粉體CeN含量≥93.7wt％，N含量≥8.51wt％(純度為100wt％的CeN中理論N含量是9.09wt％)。

進一步地，本發(fā)明提供了一種高純氮化鈰粉體，該粉體CeN含量≥99.5wt％，N含量≥9.04wt％。

進一步地，本發(fā)明提供了一種高純氮化鈰粉體，該粉體99.6wt％≥CeN含量≥93.7wt％，9.05wt％≥N含量≥8.51wt％。

本發(fā)明還提供了一種制備上述高純氮化鈰粉體的方法，包含如下步驟：

a、將Ce粉進行液相球磨處理，所用液體介質為去離子水、有機溶劑、稀堿性溶液中的一種，液相球磨后Ce粉的粒度為1.5μm～2.5μm；

b、按照比例稱取Ce粉和助劑A、C、添加劑B為原料，其中A為NH₄Cl和NH₄F中的至少一種，B為CeN，C為無水CeCl₃，且各原料質量比為Ce粉∶A＝80∶20～95∶5，Ce粉∶(B+C)＝80∶20～95∶5，B∶C＝50∶50～20∶80；

c、將步驟a中所稱取的Ce粉和助劑A混合均勻，并置于坩堝中；

d、在H₂反應氣氛下以5～10℃/min的速率升溫至300～500℃，保溫2～5h，然后以5～10℃/min的速率降溫至200℃，再自然降至室溫，得到一次燒結產物；

e、將一次燒結產物充分研磨，并與步驟a中稱取的添加劑B和助劑C混合均勻，置于坩堝中；

f、在N₂或NH₃或N₂和NH₃的混合氣氛下以5～10℃/min的速率升溫至800～1200℃，并保溫4～10h，然后以5～10℃/min的速率降溫至200℃，再自然降至室溫，得到二次燒結產物；

g、將二次燒結產物研磨、過篩后得到高純CeN粉體。

步驟a中，優(yōu)選將Ce粉和無水乙醇在無氧環(huán)境中按固液比為1g∶5ml混合，然后在球磨機上球磨6h，自然干燥后待用，所述Ce粉純度為99wt％。

步驟b中，添加劑B為N含量大于9wt％的CeN。

步驟f中，優(yōu)選反應氣氛為N₂和NH₃的混合氣氛，且N₂和NH₃的體積比為N₂∶NH₃＝20∶80～90∶10。

步驟a-f均在惰性氣體環(huán)境中進行。

本發(fā)明制備的所述高純氮化鈰粉體能夠滿足光電領域對氮化鈰的純度要求，可作為原料應用于高性能陶瓷，半導體材料和發(fā)光材料的制備。

本發(fā)明所提供的氮化鈰粉體純度高，能夠很好的應用于制備高性能陶瓷，半導體材料和發(fā)光材料。本發(fā)明所提供的制備方法具有工藝簡單，成本低的優(yōu)點，適宜大規(guī)模工業(yè)生產。通過對Ce粉進行液相球磨處理來控制Ce粉的粒度和雜質含量，同時加入較少量的添加劑CeN為籽晶，得到粒度均勻、純度高的氮化鈰粉體；通過加入特定燒結助劑NH₄Cl、NH₄F、無水CeCl₃和調節(jié)燒結工藝，可以在較低的溫度下，燒結出純度高、無團聚的氮化鈰粉體；本發(fā)明對設備要求相對較低，反應壓力低，安全可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1所制備的氮化鈰粉體的X射線衍射圖。

圖2是本發(fā)明對比例1所制備的氮化鈰粉體的X射線衍射圖。

圖3是本發(fā)明實施例1所制備的氮化鈰粉體的掃描電鏡圖。

具體實施方式

實施例1

首先在無氧環(huán)境中把Ce粉與無水乙醇按照固液比1g∶5ml混合裝在2L容器里，然后在球磨機(參數設置為11Hz)上混合6h，自然干燥后待用；稱取上述待用的Ce粉100g，并稱取5g NH₄Cl粉末，10g NH₄F粉末，7g無水CeCl₃粉末作為助劑，稱取3g CeN粉末為添加劑；將稱取的Ce粉和NH₄Cl粉末、NH₄F粉末置于剛玉研缽中混合均勻，混料時間不少于0.5h，整個混合過程需在惰性氣體環(huán)境中進行。將混合好的原料平鋪于鉬坩堝中，并將坩堝放入燒結爐中。在燒結爐中通入H₂作為反應氣氛，以10℃/min的升溫速率升至400℃，流量控制在1L/min于400℃下進行保溫，保溫時長為3h，再以5℃/min的降溫速率降至200℃，再自然降至室溫，得到一次燒結產物。

將一次燒結產物取出，經研磨后過100目篩，然后加入之前稱取的CeN粉末和無水CeCl₃粉末，在剛玉研缽中混合均勻，混料時間不少于0.3h，整個混合過程需在惰性氣體環(huán)境中進行。將混合好的物料平鋪于鉬坩堝中，放入燒結爐進行第二次燒結，反應氣氛為N₂和NH₃的混合氣，并且體積比N₂∶NH₃＝2∶1；以10℃/min的升溫速率升溫至950℃，流量控制在1.5L/min，在950℃下進行保溫，保溫時長為6h。再以5℃/min的降溫速率降至200℃，再自然降至室溫，得到二次燒結產物。將二次燒結產物取出，經研磨后過100目篩，即得高純氮化鈰粉體。

所制備的成品氮化鈰的N含量為9.05％，粒徑3.1μm，其X射線衍射圖如圖1所示，由檢測結果可看出樣品中氮化鈰成分比較單一，沒有發(fā)現氧化鈰或其它氮化鈰結構。其掃描電鏡測試結果如圖3所示。

對比例1

其工藝條件均和實施例1相同，不同之處是所用的原料金屬Ce粉未經過液相球磨處理工序。所制備的成品氮化鈰的N含量為6.98％，粒徑為5.3μm，其X射線衍射圖如圖2所示，產物里面含有較多的氧化鈰雜相。

對比例2

其工藝條件均和實施例1相同，不同之處是沒有添加助劑C，即無水CeCl3。所制備的成品氮化鈰的氮含量為7.12％，粒徑為3.3μm。

實施例2-30

改變助劑和添加劑的配比，或改變燒結條件，其他工藝參數均與實施例1相同，所得結果見表1。

表1：

由表1可以看出氮化鈰的純度對燒結工藝的要求比較精細，其中，金屬Ce粉的預處理、添加劑CeN粉、助劑無水CeCl₃的加入極大的提高了最終產品的純度，最終結果均優(yōu)于對比例。