[发明专利]一种沿（202）晶面择优生长的高取向性棱柱状的铁酸钇粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种沿（202）晶面择优生长的具有择优生长的高取向性棱柱状的铁酸钇粉体的制备方法。

背景技术

ABO₃型钙钛矿物质由于其特殊的化学结构，被广泛地应用于固体燃料电池、固体电解质、气体分离膜、气敏材料及替代贵金属的氧化还原剂，成为近年来的研究热点。YFeO₃作为钙钛矿结构中的一种，也因此受到人们的广泛关注。目前对铁酸钇的研究主要集中在铁酸钇的磁性、气敏性和光催化性，陶瓷的介电性也有涉及。铁酸钇因其优异磁光性质，成为一种新型的磁光材料。它在可见光和近红外区有高的磁光优值，较低的饱和磁化强度，较高的居里温度，特别是矫顽力可控，磁畴宽度比YIG要宽很多，畴壁运动范围大，并且其畴壁运动速度是磁性介质中最快的，使其在器件应用上比传统的YIG晶体更具有优势。

近年来对YFeO₃的研究层出不穷，在YFeO₃单晶方面，目前的生长方法主要有提拉法、水热法、助溶剂法、坩埚下降法、光学浮区法等，但这些方法在生长大尺寸、高质量的YFeO₃晶体仍然存在困难。

在一般多晶体中，每个晶粒有不同于邻晶的结晶学取向，从整体看，所有晶粒的取向是任意分布的；某些情况下，晶体的晶粒在不同程度上围绕某些特殊的取向排列，就称为择优取向或简称织构。织构直接影响材料的物理和力学性能。在结构材料中，织构化可以提高材料的韧性；在功能材料中，织构化可以增加超导体材料的临界电流密度，增强离子导体的电导率，提高磁性陶瓷材料的磁学性能以及提高压电陶瓷材料的压电性能。

YFeO₃织构化陶瓷能够解决晶体生长困难、成本高的问题，织构化陶瓷在某方向上保持晶体的各向异性，因而在某一方面的性能能够和单晶媲美。YFeO₃织构化陶瓷可以提高材料的磁学性能。具有择优取向的陶瓷粉体是织构化陶瓷的基础，如何制备出具有择优取向的陶瓷粉体成为其主要技术难题。此外，择优取向的陶瓷粉体也可以用在陶瓷基、金属基和树脂基复合材料上，起到增强补韧的作用。

粉体的制备方法一般可分为固相法、液相法和气相法，从YFeO₃粉体已有报道的合成方法来看，主要采用固相法、液相法，尚未见到气相法的研究报道。其中固相法主要包括固相反应法、高能量球磨法和固相热分解法，而液相法则主要采用燃烧合成法、水热法、化学共沉淀法、溶胶凝胶法、微波辅助法等方法。关于制备具有择优取向的铁酸钇粉体的报道还很少。2014年在Materials  letter 上面发表了一篇采用水热方法制备铁酸钇的文献。该文献中表明在Y:Fe=1:2，pH为13，300℃，12h的条件下得到了纯相的铁酸钇，XRD测试表明主要（121）方向生长，SEM 显示为准矩形波状的柱状颗粒^[1]。但是YFeO₃分子式中Y:Fe=1:1，而该制备方法中采用的Y:Fe=1:2，因此原料硝酸铁造成了很大的浪费，水热反应的铁酸钇的产率降低。同时300℃的高的水热温度，给水热反应釜的材料提出了很高的要求，也不利于工业化生产。因此如何对上述问题进行改善成为一个亟待解决的问题。

[1] A.V.Racu, D.H.Ursu, O.V.Kuliukova, C.Logofatu, A.Leca, M.Miclau. Direct low temperature hydrothermal synthesis of YFeO_{3  microcrystals}. Materials Letters [J], 2015, 140:107–110。

发明内容

本发明的目的为了解决上述准矩形波状的铁酸钇柱状颗粒制备过程中，使原料硝酸铁造成了很大的浪费，水热反应的铁酸钇的产率降低，同时300℃的高的水热温度，给水热反应釜的材料提出了很高的要求，不利于工业化生产等技术问题而提供一种沿（202）晶面择优生长的高取向性棱柱状的铁酸钇粉体的制备方法，该制备方法只需水热反应釜，具有原料硝酸铁的利用率高，铁酸钇的产率也很高的特点，同时由于制备过程中反应温度为200℃-240℃，与现有的技术相比，其降低了反应温度，降低了对水热反应釜材料的抗压能力的要求，节约了成本，更利于工业化生产。

本发明的技术方案

一种沿（202）晶面择优生长的高取向性棱柱状的铁酸钇粉体的制备方法，具体包括以下步骤：