技术领域
[0001] 本
发明涉及功能陶瓷材料制备技术领域，尤其涉及一种Ba3Gd4O9功能陶瓷的制备方法。
背景技术
[0002] 前苏联研究人员早在上个世纪70年代就预言了Ba3Gd4O9的存在，日本研究人员也通过研究Ba3Dy4O9、Ba3Lu4O9的物理性能预言了Ba3Gd4O9特殊的
磁性能。但是至今还没有人报到制备Ba3Gd4O9的有效方法。
[0003] 常规的陶瓷材料制备方法是利用粉末
冶金反应法，在一定的
温度下对样品进行保温
热处理，使原材料发生化学反应，生成所需要的产物。但是，由于
氧化物低温时的活性低、反应难以进行；高温下钡元素挥发，并且随着热处理时间的延长挥发加重，使得成分发生改变、目标产物也难以形成。因此过高或者过低的热处理温度都很难制备得到Ba3Gd4O9。
发明内容
[0004] 本发明所的目的在提供一种Ba3Gd4O9的制备方法，本发明采用二氧化
碳激光熔融与气体动
力悬浮技术相结合的方法，熔融一定成分的原材料混合物，并经快速淬火处理，制备Ba3Gd4O9陶瓷材料，解决了Ba3Gd4O9难于制备的问题。
[0005] 为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Ba3Gd4O9的制备方法，包括以下步骤：
[0006] (1)干燥碳酸钡、氧化钆：取碳酸钡、氧化钆分别放置到
坩埚中，将承装有碳酸钡、氧化钆的坩埚分别放入温度为700-900℃的炉子中，保温；
[0007] (2)碳酸钡、氧化钆混合：取步骤(1)中干燥后的碳酸钡、氧化钆放入同一个玛瑙研钵中，加入无
水乙醇，
研磨，直到碳酸钡与氧化钆混合均匀以及无水乙醇全部挥发；
[0008] (3)压制、热处理：将充分研磨的碳酸钡、氧化钆均匀混合物压制成圆片，把压制好的混合物圆片放置到坩埚中，然后将装有混合物圆片的坩埚放入温度为1100-1250℃的热处理炉，保温一段时间后取出随空气冷淬，将混合物淬火圆片研磨成粒度均匀的粉体样品待用；
[0009] (4)混合物淬火样品的二氧化碳激光熔融处理：
[0010] ①将粉体样品装入二氧化碳激光熔融器专用
铜坩埚，然后置于二氧化碳激光熔融装置，密闭；
[0011] ②开启
真空泵，
抽取空气，使装置内达到真空状态；
[0012] ③开启氮气瓶，向装置中通入氮气，使装置内压强保持在105pa；
[0013] ④开启二氧化碳气瓶，打开二氧化碳激光发生器，并利用二氧化碳激光加热混合物，瞬间至其
熔化；
[0014] ⑤淬火使熔融样品快速冷却，制得小圆球样品；
[0015] (5)研磨：用玛瑙研钵研磨二氧化碳激光熔融获得的小圆球样品，然后用筛网过筛，研磨、过筛反复进行；最终得产物待用。
[0016] 在本发明的一个优选
实施例中，以克、毫升为计量单位，各原料的配比为：
[0017]
[0018] 在本发明的一优选个实施例中，各原料的
质量纯度为：
[0019]
[0020] 优选的，步骤(1)中保温时间为12小时。
[0021] 优选的，步骤(1)中保温时间为3小时。
[0022] 优选的，步骤(4)中开启
真空泵，抽取空气，使装置内压强降低到1pa。
[0023] 优选的，步骤(4)中二氧化碳激光熔融器功率为100瓦。
[0024] 优选的，步骤(5)中筛网为320目。
[0025] 优选的，步骤(1)、(3)中所述的坩埚为氧化
铝坩埚。
[0026] 优选的，步骤(4)中二氧化碳激光加热温度由Ba3Gd4O9的熔点温度确定，瞬间高达2000℃左右。
[0027] 综上所述，运用本发明的技术方案，具有如下有益效果：本发明针对氧化物低温时的活性低、反应难以进行，高温长时间热处理钡元素挥发严重、不可控，目标产物难以形成的问题，采用二氧化碳激光熔融的方法，使样品在极短时间获得高温，反应生成目标产品，又能在瞬间降低至室温保留产物高温反应时的物相和形貌。本发明的制备方法的工艺先进，样品升温以及冷却快速、温度均匀，全程温度可以
跟踪监测，数据精确详实，是一种具有高效性、科学性和先进性的高温陶瓷材料的制备方法。
附图说明
[0028] 图1为本发明Ba3Gd4O9合成预处理加热炉状态图；
[0029] 图2为本发明Ba3Gd4O9合成二氧化碳激光熔融处理状态图；
[0030] 图3.Ba3Gd4O9粉体材料X-射线粉末衍射强度图谱。
[0031] 图中所示，附图标记清单如下：
[0032] 1.热处理炉，2.加热
硅钼棒，3.电控温箱，4.显示屏，5.温度程序
控制器，6.炉子电源
开关，7.
耐火砖，8.混合物，9.氧化铝坩埚，10.氧化铝坩埚盖，11.
炉盖，12.二氧化碳激光，13.熔融小球，14.铜坩埚，15.激光发生器冷却部分，16.
冷却水，17.冷却剂，18.冷凝小球，19.冷却剂，20.冷却水，21.氮气，22.红外温度感测仪。
具体实施方式
[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不构成对本发明保护范围的限制。
[0034] 本发明使用的化学物质材料为：碳酸钡、氧化钆、无水乙醇。其配比用量如下：以克(g)、毫升(ml)为计量单位
[0035]
[0036] (1)制备方法如下：
[0037] 精选制备需要使用的化学物质材料，并要求达到如下质量纯度：
[0038]
[0039] (2)干燥碳酸钡、氧化钆
[0040] 用SHIMADZU(岛津)AUW220万分之一
电子天平称取2g碳酸钡、1.5g氧化钆，分别放置到氧化铝坩埚中，将承装有碳酸钡、氧化钆的氧化铝坩埚分别放入温度为700-900℃的炉子中，优选为800℃，保温12小时。
[0041] (3)碳酸钡、氧化钆混合
[0042] 用梅特勒-托利多MS105十万分之一电子天平精确称量(1.85002±0.00001)g碳酸钡、(1.08794±0.00001)g氧化钆。将称量好的碳酸钡、氧化钆放入同一个玛瑙研钵中，加入(20±1)ml无水乙醇，形成
混合液。用玛瑙研磨棒研磨碳酸钡与氧化钆的无水乙醇混合液，直到碳酸钡与氧化钆混合均匀、无水乙醇全部挥发。
[0043] (4)压制、热处理
[0044] 用深圳科晶YLJ-24T手动液压粉末压片机，将充分研磨的碳酸钡、氧化钆均匀混合物压制成圆片。把压制好的混合物圆片放置到氧化铝坩埚，然后将装有混合物圆片的氧化铝坩埚放入温度为1100-1250℃的热处理炉，优选温度为1200℃，保温3小时后取出随空气冷淬。用玛瑙研钵将混合物淬火圆片研磨成粒度均匀的粉体待用。
[0045] 图1所示为Ba3Gd4O9合成加热炉预处理状态图，各部
位置、连接要正确；
[0046] 制备使用化学物质的量值按预先计算的范围确定，以克、毫升为计量单位；
[0047] Ba3Gd4O9的合成预处理是在氧化铝坩埚内进行，是在加热炉中被加热的条件下完成的；
[0048] 加热炉为立式，加热炉1的下部为电控温箱2、上部为炉盖11；在加热炉内中间位置放置氧化铝坩埚9，在氧化铝坩埚内放置混合物圆片8；在电控温箱2上设有显示屏4、控温控制器5、炉子电源开关6。
[0049] 发明原理：碳酸钡、氧化钆混合物在加热条件下先发生碳酸钡分解，碳酸钡分解形成的氧化钡与氧化钆反应形成BaGd2O4，BaGd2O4与过剩的BaO共存。
[0050] (5)混合物淬火样品的二氧化碳激光熔融处理
[0051] 混合物1200℃淬火样品的二氧化碳激光熔融处理是在激光熔融装置中进行，是在抽真空、开启二氧化碳激光加热状态下完成的。二氧化碳激光发生器功率为100瓦；
[0052] ①将0.1g左右的粉体样品装入二氧化碳激光熔融器专用铜坩埚，然后置于二氧化碳激光熔融装置，密闭；
[0053] ②开启真空泵，抽取空气，使装置内压强降低到1pa；
[0054] ③开启氮气瓶，向装置中通入氮气，使装置内压强保持在105pa；
[0055] ④开启二氧化碳气瓶，打开二氧化碳激光发生器，并利用二氧化碳激光加热混合物瞬间至其熔化，该温度由Ba3Gd4O9的熔点温度确定，可瞬间高达2000℃左右。在此过程中通入的氮气将使被加热的混合物借助气体动力悬浮于铜坩埚之上，红外温度感测仪实时测量加热过程中混合物的温度；
[0056] ⑤淬火使熔融样品快速冷却，制得2-3毫米(mm)大小的小圆球。
[0057] 图2所示为Ba3Gd4O9合成二氧化碳激光熔融处理状态图，各部位置要正确，严格按序操作。
[0058] Ba3Gd4O9合成二氧化碳激光熔融处理是在激光熔融装置中进行，是在抽真空、通入氮气、开启二氧化碳激光加热、开启气体动力悬浮状态下完成的。二氧化碳激光功率为100瓦。
[0059] 发明原理：二氧化碳激光熔融装置为立式，二氧化碳激光发生器12的下部为铜坩埚14，铜坩埚14中放置有混合物13，当二氧化碳激光加热混合物13时，铜坩埚14侧边通入的氮气21使被加热的混合物悬浮于坩埚之上，从而避免高温下熔融样品与坩埚之间反生可能的反应。铜坩埚14的下部为制冷部分15，有冷却水16、20和制冷管里面的制冷剂17、19，共同作用使熔融样品快速冷却。在整个过程中，激光发生器12侧边的红外温度感测仪22实时测量并记录被加热混合物的温度。
[0060] 具有预先设计成分的碳酸钡、氧化钆混合物经加热炉处理后已经形成为所需比例的BaGd2O4、BaO混合物，该混合物被二氧化碳激光加热到足够高温度，反应合成Ba3Gd4O9。由于激光加热升温迅速、其配套的制冷系统可以实现快速降温，有效减少了挥发性元素的挥发，可以按预先设计的方式形成所需要的目标产物Ba3Gd4O9。
[0061] (6)研磨
[0062] 用玛瑙研钵研磨二氧化碳激光熔融获得的小圆球样品，然后用320目筛网过筛，研磨、过筛反复进行。研磨、过筛后的最终产物待用。
[0063] (7)检测、分析、表征
[0064] 采用XRD分析物相组成；
[0065] 结论：二氧化碳激光熔融碳酸钡、氧化钆混合物时，可以观察到挥发现象；碳酸钡、氧化钆按照3：1摩尔比混合，采用二氧化碳激光熔融的方法，可以制备获得Ba3Gd4O9纯相。
[0066] 图3所示为合成的Ba3Gd4O9新鲜粉体材料X-射线粉末衍射强度图谱，Ba3Gd4O9具有类似
钙钛矿结构的
晶体结构。
[0067] (8)产物储存
[0068] Ba3Gd4O9极易吸水，其储存需要防潮处理，放置于棕色透明玻璃瓶。
[0069] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
