使用離子束處理由氧化鈰制成的粉末的方法
【技術領域】
[0001] 本發明的主題是通過離子束處理基于氧化鈰的粉末、尤其是基于氧化鈰的促進劑 的方法，旨在增加促進劑表面和內部的氧的流動性、降低用于還原促進劑的溫度、增加與所 述促進劑相關的反應的產量并減少其促進催化能力的催化劑的量。
【背景技術】
[0002] 應記得，在催化作用中，促進劑是通常以粉末形式提供的化合物，其增加催化劑的 催化能力，而其本身不具有固有的催化能力。
[0003] 基于氧化鈰的促進劑應理解為是指包含至少一個鈰原子和一個氧原子的促進劑。 該促進劑家族以其儲存并釋放氧的能力而眾所周知，并尤其用于機動車消聲器中。基于氧 化鈰的促進劑作為涉及Ce4+/Ce3+對的氧化/還原反應的氧的儲庫。例如，它們可以通過加 寬空氣/燃料調節窗增加三元催化沉積效力。
[0004] 多年來，與環境有關的問題已經大規模增加。主要問題之一是由機動車引起的大 氣污染。為了限制機動車的污染，尤其是一氧化碳（C0)、碳氫化合物（HC)和氮氧化物（NOx) 的排放，汽車已經逐漸配備催化轉化器。后者的作用是將有害的污染分子（C0、HC和NOx) 轉化為無毒實體（C02、NjP Η 20):這是"三元"催化。最近幾年，氧化鈰-氧化鋯固體溶液似 乎在以氧化鈰為代價的三元催化劑制劑中占優勢，因為它們表現出高的氧儲存能力且能經 受高溫處理。然而，在低溫條件下啟動引擎期間使用催化轉化器的條件使得進一步改進這 些氧化物在低溫下的氧化還原作用效率成為必要，事實上甚至是強制的。對Ce-Sn-Ο三元 系統的最新研究表明燒綠石型Ce2Sn207-Ce2Sn 20s氧化物也表現出氧儲存性質。
[0005] 該導致需要處理基于氧化鈰的粉末、尤其是為基于氧化鈰的粉末形式的促進劑的 方法，其在低溫下顯示出改進的氧化還原效率，優選地，根據可以容易地在工業規模上操作 的方法，使得能夠以大量和合理的成本提出這種粉末，尤其是促進劑。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是提出一種用于生產粉末形式的氧化鈰促進劑的方法，其相對便 宜，且其可以獲得對應于眾多應用要求的粉末量。
[0007] 因此，本發明提供一種通過離子束處理氧化鈰粉末、尤其是粉末形式的氧化鈰促 進劑的方法，其中：
[0008] -在處理期間將粉末混合一次或多次；
[0009] -離子束的離子選自下組元素：氦（He)、硼（B)、碳（〇、氮（N)、氧（0)、氖（Ne)、氬 (Ar)、氣（Kr)和氣（Xe);
[0010] -離子的加速電壓大于或等于10kV且小于或等于1000kV ;
[0011] -粉末的溫度小于或等于1/3,其中是所述粉末的熔點并用開氏溫標表示；
[0012] -在處理結束時每單位待處理粉末重量的累積總離子劑量選擇為1016個離子/克 粉末至1022個離子/克粉末，從而降低用于還原基于氧化鈰的粉末的溫度。
[0013] 在本發明上下文中，"混合（to mix) "或"混合（mixing) "應理解為是指攪拌粉末 以便混合其中的顆粒的事實。
[0014] 根據一個實施方式，在處理結束時每單位待處理粉末重量的累積總離子劑量為 1〇18個離子/克粉末至10 2°個離子/克粉末。
[0015] 根據一個實施方式，粉末設置為粉末層的形式，且根據重復性的束外 (out-of-beam)方法，將粉末層混合一次或多次，所述束外方法例如在于，在各處理之前，將 粉末并入處理區域的一個點，然后用細刷的方式再次將其鋪展在相同的鋪展表面。該鋪展 的粉末的平均厚度基本上等于其重量除以其密度和其鋪展表面積之積。鑒于通過粉末中的 離子覆蓋的距離有限（其可以小于粉末的鋪展厚度），期望將該鋪展操作重復若干次，從而 使得位于不受束影響的深層的顆粒具有足夠高的概率能夠至少一次暴露于束。該混合方法 不受限制；例如，它可能可以選擇另一種在束下通過振動裝置（碗、盤等）的連續混合方法， 所述振動裝置在處理期間將粉末收集、混合并暴露于束。
[0016] 根據一個可以確保最優混合的實施方式，粉末的混合重復最小次數，以確保大量 粉末顆粒已經統計學上進行處理，從而獲得降低還原溫度的效果。發明人已經能夠用實驗 方法證實改最小次數對應于以下規則：最小次數約等于表面上鋪展的粉末厚度除以粉末中 被離子束覆蓋的距離；該次數必須大于或等于2以防止負面的邊緣效應。通過離子覆蓋的 距離可以通過開發和銷售以促進或進行這種計算的軟件來估計，例如，諸如尤其由James F. Ziegler 開發的以名稱"SRIM"（ "The Stopping and Range of Ions in Matter"）和 "TRIM"（ "The Transport of Ions in Matter"）銷售的軟件。
[0017] 如上所示，根據另一個實施方式，粉末在束下通過在處理期間振動它（例如振動 碗或盤）而混合，使得粉末顆粒能夠位于深層，以具有上升到表面的大概率，從而在處理期 間至少一次暴露于束。可以認為，處理持續時間取決于用固定強度的束處理給定量的粉末 (用克表示）所需的總離子劑量。期望處理充分有效以使得能夠處理大量顆粒，從而在最優 條件下獲得期望效果。對于高強度，換句話說對于相當短的處理時間，期望有利于非常有效 且因此昂貴的混合工具（例如超聲波混合工具）從而使得粉末顆粒具有較大的概率至少一 次暴露于束。另一方面，如果粉末的混合證明由于使用便宜的工具而過度緩慢，可以預期降 低束強度并因此增加處理時間從而使得粉末顆粒具有暴露于束的較大概率。一些顆粒過度 暴露于束可能反映差的混合，這通過過度劑量可以損害期望的最優效果，損害本身可以保 持不暴露于任何處理的其他顆粒。
[0018] 發明人已經能夠建立離子束的兩個相關參數，其可以通過本發明方法獲得期望效 果：離子的加速電壓和相對于待處理粉末量（以克表示）的處理劑量（用離子數表示），即 在處理結束時每單位待處理粉末重量的累積總劑量。
[0019] 粉末的處理程度可以與通過各種變化的工具（尤其根據非限制性形式，上述的兩 個實例）進行的混合的效力有關。對于與粉末量（以克表示）有關的處理劑量（用離子數 表示），"粉末的處理程度"表示相對于起始粉末顆粒的總數，已經至少一次暴露于束的粉末 顆粒數的比例。例如，對于90%的程度，據估計10%顆粒由于在處理期間保持在不受離子 束影響的深層中而沒有暴露于束。90%剩余的顆粒暴露至少一次、實際上甚至若干次。0% (粉末不暴露）至趨于100% (從未實現，因為不管如何，統計學存在不確定性）的這種處 理程度構成了量化粉末混合效力的特征量。該處理程度對應于待處理粉末顆粒暴露一次、 實際上甚至若干次的概率。
[0020] 根據本發明方法的一種實施方式，處理后基于氧化鈰的粉末由經處理或未處理的 顆粒組成，各顆粒被處理一次或多次，部分或完全覆蓋其整個表面，厚度不超過由離子覆蓋 的距離，從而增加體表和體內氧的流動性以降低用于還原所述粉末的溫度。
[0021] 根據一個實施方式，對于相對于給定量的粉末的固定離子劑量，粉末所需的處理 程度大于或等于10%。根據一種實施方式，粉末所需的處理程度大于或等于50%且不超過 80%。因此期望效果可以用相對可接受的處理次數來提高。
[0022] 通常但非限制性地，基于氧化鈰的粉末由不同形狀（其可以近似為球形）和尺寸 的顆粒組成。尺寸分布可以通過粒徑分析來建立，所述粒徑分析是天然或分級材料的最終 組分集合的尺寸的統計分布的研究。粒徑分析是可以測定組成集合的組分尺寸分布的操作 的組合。基于氧化鈰的粉末通常由顆粒組成，其尺寸可以為lOmii到5微