專利名稱：硅包覆氧化鈰納米粉體材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種硅包覆氧化鈰納米粉體材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于稀土金屬氧 化物制備，特別涉及用于潤(rùn)滑油的硅包覆氧化鈰粉體材料的制備。
背景技術(shù)：
納米材料因其獨(dú)特的表面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)等而表現(xiàn)出不同于常規(guī)材料的特殊 性能，因而在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。Ce02是一種廉價(jià)、用途極廣的輕稀土氧化物，可廣 泛應(yīng)用于發(fā)光材料、玻璃拋光劑、催化劑、電子陶瓷、紫外吸收劑等。納米粒子添加到潤(rùn)滑油中后，使?jié)櫥屯瑫r(shí)發(fā)揮了液體潤(rùn)滑與固體潤(rùn)滑的作用， 納米CeO2粒子在摩擦表面通過(guò)“微拋光”、“微滾珠”以及“填平、修復(fù)”磨損表面等方式對(duì)摩 擦表面起降低摩擦因數(shù)、減少磨損、提高承載能力的作用。使含CeO2納米粒子添加劑的潤(rùn) 滑油在升高溫度情況下仍能保持抗磨減摩與高承載能力。預(yù)計(jì)納米Ce02粒子作為潤(rùn)滑油 添加劑的優(yōu)良摩擦學(xué)性能在高溫、高速、極壓等條件下會(huì)更加有效。但是，未經(jīng)改性的納米二氧化鈰單晶顆粒表面存在尖銳的小刻面，隨著焙燒溫度 的升高，其晶粒長(zhǎng)大很快，晶化程度增加，導(dǎo)致納米二氧化鈰顆粒增大，棱角愈加明顯、尖 銳。并且其儲(chǔ)氧能力也會(huì)隨著晶粒的長(zhǎng)大而明顯降低。這就局限了納米二氧化鈰在潤(rùn)滑和 催化領(lǐng)域的應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中，納米二氧化鈰表面改性的方法主要有表面活性劑改性和無(wú)機(jī)表面改 性，其中無(wú)機(jī)表面改性是主要的改性方法。常見(jiàn)的無(wú)機(jī)表面改性方法有鋁Al2O3包覆、硅 SiO2包覆、硅和鋁復(fù)合包覆、鈦TiO2包覆。但是對(duì)納米CeO2進(jìn)行Si02表面包覆，來(lái)制備不 同形貌SiO2包覆CeO2的納米粉體及其作為潤(rùn)滑油添加劑，以改善潤(rùn)滑油摩擦性能方面的研 究還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種有效地抑制CeO2晶粒 的生長(zhǎng)，改善CeO2的表面形貌，鈍化CeO2晶粒尖銳的棱角，減小產(chǎn)生劃痕和缺陷的幾率，有 效提高潤(rùn)滑性能的硅包覆氧化鈰納米粉體材料。本發(fā)明的目的還在于提供一種原材料來(lái)源廣，生產(chǎn)條件溫和、操作簡(jiǎn)便、節(jié)約能 耗、成本較低的硅包覆氧化鈰納米粉體材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到本發(fā)明的硅包覆氧化鈰納米粉體材料，其特征在于①.SiO2包覆重量份數(shù)為硅包覆氧化鈰粉體材料總重量的5 15% ；②.晶體形貌為棒狀、片狀和顆粒狀，其中，棒狀短徑的平均為lOnm，顆粒狀的平 均粒徑為8nm，片狀的平均粒徑為13nm ；③.無(wú)硬團(tuán)聚；④.用于潤(rùn)滑油，平均摩擦系數(shù)0.0696，最終的摩擦系數(shù)也只有0.0699。
本發(fā)明的硅包覆氧化鈰納米粉體材料的制備方法，包括如下步驟①.沉淀劑溶液A的配制以0. 8 1. 5mol/mL的氨水溶液作為沉淀劑溶液A，配制100ml，備用；②包覆用硅溶液C的配制以正硅酸乙酯的乙醇溶液為包覆硅溶液，按照SiO2在硅包覆氧化鈰粉體材料中的重量百分?jǐn)?shù)為5 15%計(jì)，準(zhǔn)確計(jì)量正硅酸乙酯的重量份數(shù)，用乙醇溶解并稀釋制30ml，得 正硅酸乙酯乙醇溶液，備用；③硝酸鈰儲(chǔ)備液B的配制配制濃度為0. 1 0. 5mol的硝酸鈰儲(chǔ)備液，使其還含有1 5wt%的PEG2000和 3 5襯％的H2O2，配制硝酸鈰儲(chǔ)備液BlOOml，備用；④.反應(yīng)原料混合液的制備將步驟②制備的包覆硅溶液C加入到步驟③制備的硝酸鈰儲(chǔ)備溶液B中，攪拌下， 充分混合，并使其互溶；⑤.硅包覆硝酸鈰粉體粗品的制備a.沉淀反應(yīng)將步驟①制備的沉淀劑溶液A加入步驟④制備的反應(yīng)原料混合液中，進(jìn)行沉淀反 應(yīng)，工藝條件控制如下攪拌轉(zhuǎn)速r/min1400滴加速度滴/min40 50反應(yīng)溫度0 20°C pH10士0. 2反應(yīng)溫度40 50°C ρΗ8. 5士0. 3反應(yīng)溫度70 80°C ρΗ4. 5士0. 2滴完后攪拌反應(yīng)時(shí)間h0. 5 1陳化反應(yīng)溫度。C80陳化反應(yīng)時(shí)間h20 25b.分離、洗滌、干燥將沉淀反應(yīng)產(chǎn)物離心分離，以二次水洗滌3 5次，無(wú)水乙醇洗滌2 3次， 600C -80°C干燥8 10h，制得硅包覆硝酸鈰粉體粗品，待精制；⑥.精制將步驟⑤制備的硅包覆硝酸鈰粉體粗品加入到異丁醇中，至異丁醇完全浸沒(méi)樣 品，超聲分散后，回流1 2h，蒸餾脫除89 91°C的異丁醇_水共沸物，當(dāng)餾分溫度升至異 丁醇沸點(diǎn)107-110°C時(shí)，停止蒸餾，繼續(xù)回流1 2h后，減壓蒸餾回收異丁醇，制得疏松的硅 包覆硝酸鈰粉體。⑦.煅燒在800°C溫度下，煅燒1 2小時(shí)，即得到硅包覆氧化鈰納米粉體；⑧.表面處理用表面活性劑UlOO對(duì)制得樣品進(jìn)行表面處理，其質(zhì)量比例為，納米粉體UlOO = 100 2.0，超聲分散在80ml的丙酮溶液中，然后，120°C烘干，即將表面活性劑UlOO包覆在 粉體表面。
發(fā)明人選擇選用氨水作為沉淀劑，取正硅酸乙脂溶入乙醇溶液中，然后將配好的 正硅酸乙脂乙醇溶液加入到含適量PEG2000和H2O2的硝酸鈰溶液中，作為儲(chǔ)備物料。通過(guò)采用共沉淀技術(shù)調(diào)節(jié)反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度、pH值實(shí)現(xiàn)二氧化硅包覆氧化鈰 納米粉體的形貌可控性。采用共沸蒸餾技術(shù)，有效的脫除水分，基本消除了納米粒子的硬團(tuán)聚現(xiàn)象，制備出 具有 良好粒子性能的納米粉體?？色@得棒狀、片狀、顆粒狀多種形貌的二氧化硅包覆氧化鈰納米粉體。通過(guò)包覆SiO2,不僅有效地抑制了 CeO2晶粒的生長(zhǎng)，而且改善了 CeO2的表面形貌， 鈍化了 CeO2晶粒尖銳的棱角，從而減小了在潤(rùn)滑油中，產(chǎn)生劃痕和缺陷的幾率，有效提高了 潤(rùn)滑性能。從而完成了本發(fā)明的任務(wù)。本發(fā)明的制備方法，具有原材料來(lái)源廣，生產(chǎn)條件溫和、操作簡(jiǎn)便、能耗和成本較 低等特點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的硅包覆氧化鈰納米粉體材料，用于潤(rùn)滑油，其減磨潤(rùn)滑性能通過(guò)如下方 法檢測(cè)將SiO2包覆含量為1. 5wt. %的硅包覆氧化鈰納米粉體材料，用超聲波將其分散到 500SN的基礎(chǔ)油中。采用四球摩擦試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)其減磨潤(rùn)滑性能。本發(fā)明的硅包覆氧化鈰納米粉體材料的應(yīng)用，其特征在于用作潤(rùn)滑油添加劑，優(yōu) 化潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能。本發(fā)明的硅包覆氧化鈰納米粉體材料及其制備方法和應(yīng)用公開(kāi)的技術(shù)方案，相比 現(xiàn)有技術(shù)有如下積極效果1.提供了一種有效地抑制CeO2晶粒的生長(zhǎng)，改善CeO2的表面形貌，鈍化CeO2晶粒 尖銳的棱角，減小產(chǎn)生劃痕和缺陷的幾率，有效提高潤(rùn)滑性能的不同形貌的硅包覆氧化鈰 納米粉體材料。2.提供了一種原材料來(lái)源廣，生產(chǎn)條件溫和、操作簡(jiǎn)便、節(jié)約能耗、成本較低的不 同形貌的硅包覆氧化鈰納米粉體材料的制備方法。3..晶體形貌為棒狀、片狀和顆粒狀，其中，棒狀短徑的平均為lOnm，顆粒狀的平 均粒徑為8nm，片狀的平均粒徑為13nm。4.粉體無(wú)硬團(tuán)聚。5.用于潤(rùn)滑油，平均摩擦系數(shù)0.0696，最終的摩擦系數(shù)也只有0.0699。


圖1是實(shí)施例1的TEM圖片。圖2是實(shí)施例2的TEM圖片。圖3是實(shí)施例3的TEM圖片。圖4是實(shí)施例5的TEM圖片。 圖5是500SN的基礎(chǔ)油中未加入潤(rùn)滑添加劑的潤(rùn)滑性能。圖6是500SN的基礎(chǔ)油中加入在800°C焙燒的CeO2的潤(rùn)滑性能。圖7是500SN的基礎(chǔ)油中加入顆粒狀的Ce02_8% SiO2的潤(rùn)滑性能。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明下面將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1本發(fā)明的一種硅包覆氧化鈰納米粉體材料的制備方法，包括如下步驟①.沉淀劑溶液A的配制以1. 5mol/mL的氨水溶液作為沉淀劑溶液A，配制100ml，備用；②包覆用硅溶液C的配制以正硅酸乙酯的乙醇溶液為包覆硅溶液，按照SiO2在硅包覆氧化鈰粉體材料中的 重量百分?jǐn)?shù)為5%計(jì)，準(zhǔn)確計(jì)量正硅酸乙酯的重量份數(shù)，用乙醇溶解并稀釋制30ml，得正硅 酸乙酯乙醇溶液，備用；③硝酸鈰儲(chǔ)備液B的配制配制濃度為0. 2mol的硝酸鈰儲(chǔ)備液，使其還含有Iwt %的PEG2000和3wt %的 H2O2，配制硝酸鈰儲(chǔ)備液B 100ml，備用；④.反應(yīng)原料混合液的制備將步驟②制備的包覆硅溶液C加入到步驟③制備的硝酸鈰儲(chǔ)備溶液B中，攪拌下， 充分混合，并使其互溶；⑤.硅包覆硝酸鈰粉體粗品的制備a.沉淀反應(yīng)將步驟①制備的沉淀劑溶液A加入步驟④制備的反應(yīng)原料混合液中，進(jìn)行沉淀反 應(yīng)，工藝條件控制如下攪拌轉(zhuǎn)速r/min1400滴加速度滴/min40 50沉淀反應(yīng)溫度。C0沉淀反應(yīng)溫度pH10 士0.2滴完后攪拌反應(yīng)時(shí)間h 0. 5 1陳化反應(yīng)溫度。C80陳化反應(yīng)時(shí)間h20 25b.分離、洗滌、干燥將沉淀反應(yīng)產(chǎn)物離心分離，以二次水洗滌3 5次，無(wú)水乙醇洗滌2 3次， 600C -80°C干燥8 10h，制得硅包覆硝酸鈰粉體粗品，待精制；⑥.精制將步驟⑤制備的硅包覆硝酸鈰粉體粗品加入到異丁醇中，至異丁醇完全浸沒(méi)樣 品，超聲分散后，回流1 2h，蒸餾脫除89 91°C的異丁醇_水共沸物，當(dāng)餾分溫度升至異 丁醇沸點(diǎn)107-110°C時(shí)，停止蒸餾，繼續(xù)回流1 2h后，減壓蒸餾回收異丁醇，制得疏松的硅 包覆硝酸鈰粉體。⑦.煅燒在800°C溫度下，煅燒1 2小時(shí)，即得到硅包覆氧化鈰納米粉體；⑧.表面處理用表面活性劑UlOO對(duì)制得樣品進(jìn)行表面處理，其質(zhì)量比例為，納米粉體UlOO =100 2.0，超聲分散在80ml的丙酮溶液中，然后，120°C烘干，即將表面活性劑UlOO包覆在 粉體表面。按照1. 5wt. %比例把SiO2包覆CeO2用超聲波將其分散到500SN的基礎(chǔ)油中。 MMW-IP四球摩擦試驗(yàn)所用鋼球直徑小于12. 7mm的二級(jí)GCrl5鋼球，其硬度為59 61HRC。 試驗(yàn)條件1500rpm，負(fù)荷296N，摩擦?xí)r間為60min。其形貌見(jiàn)圖1，圖1(a)中CeO2對(duì)應(yīng)于圖 中的暗色區(qū)域，而其周圍的淺色區(qū)域?qū)?yīng)于SiO2包覆層，圖1(b)顯示包覆后的粉體為棒狀 結(jié)構(gòu)，形貌均勻，短徑大小平均為1 0nm，基本無(wú)硬團(tuán)聚。實(shí)施例2 實(shí)施例6按照實(shí)施例1的方法和步驟，按照表1的工藝條件制備本發(fā)明的硅包覆氧化鈰納 米粉體材料表 1 實(shí)施例1 實(shí)施例6制得本發(fā)明的硅包覆氧化鈰納米粉體材料用作潤(rùn)滑油添加 劑，均優(yōu)化了潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能。圖5為不添加潤(rùn)滑添加劑的500SN基礎(chǔ)油試樣的摩擦情況，隨著潤(rùn)滑時(shí)間的增加， 摩擦系數(shù)逐漸增加，潤(rùn)滑效果逐漸變差，平均摩擦系數(shù)為0. 096，實(shí)驗(yàn)結(jié)束前的摩擦系數(shù)達(dá) 到了 0. 1108 ；圖6為為500SN的基礎(chǔ)油中加入800°C焙燒的CeO2的潤(rùn)滑性能，其摩擦不穩(wěn) 定，平均摩擦系數(shù)為0. 0862，實(shí)驗(yàn)結(jié)束前的摩擦系數(shù)為0. 0814 ；圖7為500SN的基礎(chǔ)油中加 入顆粒狀CeO2-S% SiO2的潤(rùn)滑性能，其摩擦平穩(wěn)，潤(rùn)滑效果好，平均摩擦系數(shù)只有0. 0696， 最終的摩擦系數(shù)也只有0. 0699。
權(quán)利要求
一種硅包覆氧化鈰納米粉體材料，其特征在于①.SiO2包覆重量份數(shù)為硅包覆氧化鈰粉體材料總重量的5～15％；②.晶體形貌為棒狀、片狀和顆粒狀，其中，棒狀短徑的平均為10nm，顆粒狀的平均粒徑為8nm，片狀的平均粒徑為13nm；③.無(wú)硬團(tuán)聚；④.用于潤(rùn)滑油，平均摩擦系數(shù)0.0696，最終的摩擦系數(shù)也只有0.0699。
2.—種權(quán)利要求1的硅包覆氧化鈰納米粉體材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟①.沉淀劑溶液A的配制以0. 8 1. 5mol/mL的氨水溶液作為沉淀劑溶液A，配制100ml，備用；②包覆用硅溶液C的配制以正硅酸乙酯的乙醇溶液為包覆硅溶液，按照SiO2在硅包覆氧化鈰粉體材料中的重量 百分?jǐn)?shù)為5 15%計(jì)，準(zhǔn)確計(jì)量正硅酸乙酯的重量份數(shù)，用乙醇溶解并稀釋制30ml，得正硅 酸乙酯乙醇溶液，備用；③硝酸鈰儲(chǔ)備液B的配制配制濃度為0. 1 0. 5mol的硝酸鈰儲(chǔ)備液，使其還含有1 5襯％的PEG2000和3 5襯％的H2O2，配制硝酸鈰儲(chǔ)備液BlOOml，備用；④.反應(yīng)原料混合液的制備將步驟②制備的包覆硅溶液C加入到步驟③制備的硝酸鈰儲(chǔ)備溶液B中，攪拌下，充分 混合，并使其互溶；⑤.硅包覆硝酸鈰粉體粗品的制備a.沉淀反應(yīng)將步驟①制備的沉淀劑溶液A加入步驟④制備的反應(yīng)原料混合液中，進(jìn)行沉淀反應(yīng)， 工藝條件控制如下攪拌轉(zhuǎn)速r/min1400滴加速度滴/min40 50反應(yīng)溫度O 20°CpH10士0.2反應(yīng)溫度40 50°C pH8. 5士0.3反應(yīng)溫度70 80°C pH4. 5士0.2滴完后攪拌反應(yīng)時(shí)間h 0. 5 1 陳化反應(yīng)溫度。C80陳化反應(yīng)時(shí)間h20 25b.分離、洗滌、干燥將沉淀反應(yīng)產(chǎn)物離心分離，以二次水洗滌3 5次，無(wú)水乙醇洗滌2 3次，600C -SO0C 干燥8 10h，制得硅包覆硝酸鈰粉體粗品，待精制；⑥.精制將步驟⑤制備的硅包覆硝酸鈰粉體粗品加入到異丁醇中，至異丁醇完全浸沒(méi)樣品，超 聲分散后，回流1 2h，蒸餾脫除89 91°C的異丁醇_水共沸物，當(dāng)餾分溫度升至異丁醇 沸點(diǎn)107-110°C時(shí)，停止蒸餾，繼續(xù)回流1 2h后，減壓蒸餾回收異丁醇，制得疏松的硅包覆硝酸鈰粉體；⑦.煅燒在800°C溫度下，煅燒1 2小時(shí)，即得到硅包覆氧化鈰納米粉體；⑧.表面處理用表面活性劑U100對(duì)制得樣品進(jìn)行表面處理，其質(zhì)量比例為，納米粉體U100 = 100 2.0，超聲分散在80ml的丙酮溶液中，然后，120°C烘干，即將表面活性劑U100包覆在 粉體表面。
3.權(quán)利要求1所述的硅包覆氧化鈰納米粉體材料用于潤(rùn)滑油。
4.按照權(quán)利要求3的硅包覆氧化鈰納米粉體材料的應(yīng)用，用作潤(rùn)滑油添加劑。
5.按照權(quán)利要求4的硅包覆氧化鈰納米粉體材料的應(yīng)用，其特征在于減磨潤(rùn)滑性能通 過(guò)如下方法檢測(cè)將Si02包覆含量為1.5wt. %的硅包覆氧化鈰納米粉體材料，用超聲波將其分散到 500SN的基礎(chǔ)油中。采用四球摩擦試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)其減磨潤(rùn)滑性能。
全文摘要
本發(fā)明是一種硅包覆氧化鈰納米粉體材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于稀土金屬氧化物制備，特別涉及用于潤(rùn)滑油的硅包覆氧化鈰粉體材料的制備。其特征在于①.SiO2包覆重量份數(shù)為硅包覆氧化鈰粉體材料總重量的5～15％；②.晶體形貌為棒狀、片狀和顆粒狀，其中，棒狀短徑的平均為10nm，顆粒狀的平均粒徑為8nm，片狀的平均粒徑為13nm；③.無(wú)硬團(tuán)聚；④.用于潤(rùn)滑油，平均摩擦系數(shù)0.0696，最終的摩擦系數(shù)也只有0.0699。提供了一種有效地抑制CeO2晶粒的生長(zhǎng)，改善CeO2的表面形貌，鈍化CeO2晶粒尖銳的棱角，減小產(chǎn)生劃痕和缺陷的幾率，有效提高潤(rùn)滑性能的硅包覆氧化鈰納米粉體材料及其制備方法和在潤(rùn)滑油中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C10M125/10GK101875873SQ20101021968
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者周翠翠, 尹海順, 常山林, 楊光耀, 王德昌 申請(qǐng)人:淄博廣通化工有限責(zé)任公司