氧化铪的主要应用

背景及概述^[1]

化学式HfO₂。分子量210.49。白色立方晶体。比重9.68。熔点2，758±25℃。沸点约5，400℃。单斜晶系的二氧化铪在1，475～1，600℃足量氧气氛中转化为四方晶系。不溶于水和一般无机酸，但在氢氟酸中缓慢溶解。与热的浓硫酸或酸式硫酸盐作用形成硫酸铪[Hf(SO₄)₂]，与碳混合后加热通氯生成四氯化铪(HfCl₄)，与氟硅酸钾作用生成氟铪酸钾(K₂HfF₆)，与碳在1，500℃以上作用形成碳化铪HfC。由铪的碳化物、四氯化物、硫化物、硼化物、氮化物或水合氧化物直接高温灼烧制取。

应用^[2-4]

氧化铪可用作耐高温材料。其应用举例如下：

1）制备一种氧化铪介电薄膜。包括如下步骤：称取可溶性的铪盐，量取溶剂，配置浓度为0.01-0.5摩尔/升的氧化铪前驱体溶液，经过0.1-3小时的磁力搅拌和超声分散形成澄清透明的氧化铪前驱体溶液；制备氧化铪薄膜：将氧化铪前驱体溶液涂覆到清洗好的衬底上形成氧化铪前驱体薄膜，进行50-150-℃的预热处理，然后经过一定功率、时间和温度的光波退火，根据氧化铪薄膜的厚度要求可多次涂覆前驱体氧化铪溶液并退火处理，即得到氧化铪介电薄膜。本发明所得氧化铪薄膜介电性能高，在晶体管、电容器等微电子领域有重要应用前景。通过本发明的工艺可以避免通常的高温溶液工艺、工艺周期长或昂贵设备等，成本低，适合工业化大规模生产。

2）制备一种同质双层氧化铪减反膜，属于光学薄膜技术领域。本发明在透明或半透明基底上依次沉积高折射率的致密氧化铪层和低折射率的多孔氧化铪层。两层氧化铪的折射率由电子束蒸镀的入射角度控制，厚度根据基底不同而调节。本发明采用电子束蒸镀方法，并且双层减反膜由同种材料制成，制备成本低、效率高。该双层氧化铪减反膜对于可见光范围内的多角度入射光均具有很好的减反增透能力，可用于降低窗板、触屏电极或液晶显示屏等表面的反射，具有广泛的应用前景。

3）制备一种氧化锗和氧化铪杂化气凝胶复合材料，方法包括将制备好的杂化溶胶浸渗到处理过的无机纤维材料中，经凝胶、充分老化后，再经超临界干燥得杂化气凝胶复合材料。本发明提供的技术方案制备工艺简单、易操作，且首次制备出性能优异的氧化锗和氧化铪杂化气凝胶；本发明提供的技术方案制备出高比表面积、低密度、高孔隙率的氧化锗和氧化铪杂化气凝胶，其优异性能为比表面积350~450m2/g、密度0.13~0.20g/m3、孔隙率80~90%；本发明提供的气凝胶复合材料在1000℃下的热导率小于0.035w/m·k，收缩率小于3.4%；本发明提供的技术方案，拓宽了氧化锗材料的发展和应用。

制备^[5]

一种高纯低锆氧化铪的制备方法，该方法步骤如下：

(1)配制合格的硫酸铪料液：以氧化铪为原料，依次经碱熔、盐酸溶解、结晶除杂、沉淀、过滤、烘干，然后再经H⁺浓度为9mol/L的硫酸溶液溶解，调整硫酸铪料液中H⁺浓度为2.5mol/L，HfO₂浓度为50g/L，硫酸铪料液体积为15升；

(2)萃取剂由工业级N₂₃₅复配工业级A₁₄₁₆和工业级磺化煤油而成，萃取剂各组分按体积分数如下：N₂₃₅：20％，A₁₄₁₆：7％，磺化煤油：73％，采用上述萃取剂进行三级萃取，分离硫酸铪料液中的锆铪，得到低锆硫酸铪萃取余液，具体如下：硫酸铪料液与萃取剂体积比为1∶1，萃取剂经两级酸化，再与步骤(1)中的硫酸铪料液混合30分钟，进行级萃取，分层后分离有机相和水相，水相直接用于下一级萃取处理，有机相经两级反萃，两级有机相再生得再生后有机相，再生后有机相经两级酸化后用于下一级萃取操作，如此反复，进行三次萃取；

上述操作中，两级酸化操作如下：萃取剂两次与等体积H⁺浓度为2.5mol/L硫酸溶液搅拌混合30分钟、分相，分相后水相可加酸调整酸度后为下次酸化用酸；

上述操作中，两级反萃，两级有机相再生操作如下：有机相两次与等体积H⁺浓度为2mol/l盐酸溶液搅拌混合30分钟、分相，经两级反萃后的有机相两次与等体积质量分数为5％的碳酸钠水溶液搅拌混合30分钟、分相，得再生后有机相；

(3)经过三级萃取后的低锆硫酸铪萃取余液依次经氨水沉淀、漂洗、烘干、盐酸浸出、结晶提纯、氨水沉淀、漂洗、烘干、煅烧，得到高纯低锆氧化铪产品。

主要参考资料

[1] 化学词典

[2] CN201610821754.2一种氧化铪介电薄膜的低温液相制备方法

[3] CN201610038773.8一种同质双层氧化铪减反膜及其制备方法

[4] CN201610066785.1一种氧化锗和氧化铪杂化气凝胶复合材料的制备方法

[5] CN200910242277.4一种高纯低锆氧化铪的制备方法