具有γ辐射屏蔽效果的高熵陶瓷材料的制备方法与应用技术

本发明专利技术提供的钨酸基高熵陶瓷材料Sm

【技术实现步骤摘要】
具有
γ
辐射屏蔽效果的高熵陶瓷材料的制备方法与应用


[0001]本专利技术属γ辐射屏蔽材料
，具体涉及一种Sm
0.5
Eu
0.5
Gd
0.5
Bi
0.5
WO6高熵陶瓷材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高熵陶瓷通常指由5种或5种以上陶瓷组元形成的固溶体，其具有非常优异的高熵效应及性能。2004年中国台湾的叶均蔚教授提出了高熵合金的概念，2015年，美国北卡罗莱纳州立大学的Rost、Maria和杜克大学的Curtarolo等报道了一种岩盐结构的熵稳定氧化物陶瓷，高熵陶瓷的概念由此被提出。高熵陶瓷的特点可以概括为四点：(1)热力学的高熵效应；(2)结构的晶格畸变效应；(3)动力学的迟滞扩散效应；(4)性能上的“鸡尾酒”效应。
[0003]高熵陶瓷目前主要研究对象包括氧化物、碳化物、硼化物、硅化物等，其中氧化物包括钙钛矿结构、尖晶石结构、萤石结构等。目前为止高熵陶瓷的合成以高温固相合成为主，湿化学和外延生长方法也被采用。现有技术发表的关于高熵陶瓷的论文和专利文献，主要关注点在于其合成方法、以及保温、耐热性能方面，其他方面的研究尚未得到太多关注，包括在高熵陶瓷在γ辐射屏蔽和中子屏蔽中的应用等。
[0004]Bi2WO6作为典型的钙钛矿结构化合物，具有层状结构及其独特的性质。在光催化处理废水、辐射防护以及光电等工业领域有着广泛的应用。金属钨酸盐能够增大晶体的共价性，并且钨酸根离子能很好地提高稀土离子在晶体中溶解性的，所以钨酸盐就成为了稀土掺杂合适的基质材料。稀土元素因其可覆盖含Pb材料的“弱吸收区”和形成化合物时价电子覆盖空间大等优势，常被视为屏蔽γ射线的优选材料。因此，稀土掺杂的高熵钨酸陶瓷在辐射防护领域具有潜在的应用价值。然而如何制备一种可屏蔽γ辐射的高熵钨酸稀土陶瓷成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种钨酸基高熵陶瓷材料Sm
0.5
Eu
0.5
Gd
0.5
Bi
0.5
WO6。
[0006]根据本专利技术的实施方案，所述钨酸基高熵陶瓷材料具有基本如图3、图4或图5所示的XRD谱图。
[0007]本专利技术还提供所述钨酸基高熵陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将钨酸盐溶液加入到含有铋盐、钐盐、铕盐和钆盐的溶液中，调节pH，搅拌得到悬浊液；
[0009](2)将步骤(1)得到的悬浊液转移到水热反应釜中进行水热反应得到水热反应产物，后处理得到钨酸基高熵陶瓷粉体；
[0010](3)将步骤(2)得到的钨酸基高熵陶瓷粉体于高温条件下进行烧结、保温；
[0011](4)将步骤(3)得到的烧结、保温后的钨酸基高熵陶瓷粉体压块，得到致密的坯体；
[0012](5)将步骤(4)得到的坯体经烧结、保温后，可得所述钨酸基高熵陶瓷材料。
[0013]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中所述钨酸盐可以为钨酸钠或钨酸钾；
[0014]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中所述铋盐可以为其硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐或溴酸盐及其水合物，例如硝酸铋、五水硝酸铋；
[0015]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中所述钐盐可以为其硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐或溴酸盐及其水合物，例如硝酸钐、六水硝酸钐；
[0016]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中所述铕盐可以为其硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐或溴酸盐及其水合物，例如硝酸铕、六水硝酸铕；
[0017]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中所述钆盐可以为其硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐或溴酸盐及其水合物，例如硝酸钆、六水硝酸钆；
[0018]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中元素W:Bi:Sm:Eu:Gd的摩尔比为1:0.5:0.5:0.5:0.5；
[0019]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中所述铋盐、钐盐、铕盐和钆盐溶液可以为水溶液或硝酸溶液；所述硝酸溶液的浓度为0.1-1.5mol/L，例如0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L。
[0020]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，所述钨酸盐溶液所用溶剂选自水、乙二醇、乙酸、丙酸、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000中的至少一种。
[0021]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中所述钨酸盐溶液的摩尔浓度为0.05-0.3mol/L，例如0.125mol/L、0.15mol/L、0.2mol/L；
[0022]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中铋盐、钐盐、铕盐和钆盐溶液的总摩尔浓度为钨酸盐摩尔浓度的2倍。
[0023]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，所述溶液pH为5.0-9.5，例如5.5、7.5、9.5。
[0024]根据本专利技术的实施步骤，步骤(1)中，所述搅拌时间可以为0.1-3h，例如30-60min，示例性为30min、45min、60min；
[0025]根据本专利技术的实施方案，步骤(2)中，所述水热反应的温度可以为120-240℃，例如170-200℃，示例性为180℃、190℃、200℃；
[0026]根据本专利技术的实施方案，步骤(2)中，所述水热反应的时间可以为6-48h，例如6-24h，示例性为10h、18h、24h；
[0027]根据本专利技术的实施方案，步骤(2)所述后处理包括离心、洗涤、干燥；
[0028]根据本专利技术的实施方案，所述离心转速为8000-12000rpm，离心时间1-3min。
[0029]根据本专利技术的实施方案，所述洗涤为超纯水洗2-3次，无水乙醇洗涤2-3次。
[0030]根据本专利技术的实施方案，步骤(3)中，所述烧结温度为700-900℃，例如750-850℃，示例性为700℃、800℃、900℃。
[0031]根据本专利技术的实施方案，步骤(3)中，所述烧结时间为1-4h，例如1.5h、2.5h、3.5h。
[0032]根据本专利技术的实施方案，步骤(4)中，所述压块的压力为6-16MPa，例如7-14MPa，示例性为6MPa、10Mpa、14MPa。
[0033]根据本专利技术的实施方案，步骤(4)中，所述压块的压制时间为0.5-1.5min，例如0.5min、1min、1.5min。
[0034]根据本专利技术的实施方案，步骤(5)中，所述烧结的温度为900-1300℃，例如1000-1200℃，示例性为900℃、1000℃、1100℃。
[0035]根据本专利技术的实施方案，步骤(5)中，所述保温时间为5-20h，例如6-18h，示例性为5h、10h、15h。
[0036]本专利技术还提供上述制备方法在制备钨酸基陶瓷材料中的用途。
[0037]本专利技术还提供上述钨酸基陶瓷材料及其制备方法在制备γ射线辐射屏蔽材料中的应用。
[0038]有益效果
[0039]在Bi2WO6陶瓷中掺杂Sm、Eu和G本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钨酸基高熵陶瓷材料Sm
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Eu
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Gd
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Bi
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WO6；优选地，所述钨酸基高熵陶瓷材料具有基本如图3、图4或图5所示的XRD谱图。2.权利要求1所述述钨酸基高熵陶瓷材料Sm
0.5
Eu
0.5
Gd
0.5
Bi
0.5
WO6的制备方法，包括以下步骤：(1)将钨酸盐溶液加入到含有铋盐、钐盐、铕盐和钆盐的溶液中，调节pH，搅拌得到悬浊液；(2)将步骤(1)得到的悬浊液转移到水热反应釜中进行水热反应得到水热反应产物，后处理得到钨酸基高熵陶瓷粉体；(3)将步骤(2)得到的钨酸基高熵陶瓷粉体于高温条件下进行烧结、保温；(4)将步骤(3)得到的烧结、保温后的钨酸基高熵陶瓷粉体压块，得到致密的坯体；(5)将步骤(4)得到的坯体经烧结、保温后，可得所述钨酸基高熵陶瓷材料Sm
0.5
Eu
0.5
Gd
0.5
Bi
0.5
WO6。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钨酸盐为钨酸钠或钨酸钾；优选地，步骤(1)中所述铋盐为其硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐或溴酸盐及其水合物，例如硝酸铋、五水硝酸铋；优选地，步骤(1)中所述钐盐为其硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐或溴酸盐及其水合物，例如硝酸钐、六水硝酸钐；优选地，步骤(1)中所述铕盐为其硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐或溴酸盐及其水合物，例如硝酸铕、六水硝酸铕；优选地，步骤(1)中所述钆盐为其硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐或溴酸盐及其水合物，例如硝酸钆、六水硝酸钆。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中元素W:Bi:Sm:Eu:Gd的摩尔比为1:0.5:0.5:0.5:0.5；优选地，步骤(1)中所述铋盐、钐盐、铕盐和钆盐溶液为水溶液或硝酸溶液；所述硝酸溶液的浓度为0.1-1.5mol/L；优选地，步骤(1)中，所述钨酸盐溶液所用溶剂选自水、乙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：江正明，杨帆，薛丽燕，王凯先，张阳，赵志钢，谢美英，张雪松，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：