[發(fā)明專(zhuān)利]一種SiO2摻雜改性的La2Zr2O7陶瓷及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310728727.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103693962A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪樟連;李翔翔;馮斌;劉毅;劉暢
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/50
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/50;C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種SiO₂摻雜改性的La₂Zr₂O₇陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著高超聲速飛行器向更長(zhǎng)航時(shí)與更高速度的方向發(fā)展，對(duì)隔熱材料的隔熱性能與力學(xué)承載性能要求進(jìn)一步提高，以更好的適應(yīng)飛行器在更加劇烈的氣動(dòng)加熱環(huán)境下能夠安全可靠地運(yùn)行。因此，需要開(kāi)發(fā)具有高熔點(diǎn)、低熱導(dǎo)、高強(qiáng)度、良好耐腐蝕性能的隔熱材料以滿(mǎn)足需求。

La₂Zr₂O₇陶瓷熔點(diǎn)高，抗氧化能力強(qiáng)，具有有序燒綠石和無(wú)序螢石兩種結(jié)構(gòu)，但由于La³⁺與Zr⁴⁺的半徑比較大，La₂Zr₂O₇發(fā)生有序-無(wú)序相轉(zhuǎn)變時(shí)所需要的能量較大，在1600℃前不會(huì)發(fā)生相變，為單一的焦綠石結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出非常優(yōu)良的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性。而且，La₂Zr₂O₇的晶體結(jié)構(gòu)可以有效增強(qiáng)聲子散射，因此這種材料也具有較低的熱導(dǎo)率，有良好的隔熱性能。在力學(xué)方面，La₂Zr₂O₇陶瓷材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高彈性模量、耐磨損等一系列優(yōu)良的力學(xué)性能。因此，La₂Zr₂O₇有可能成為新一代高超聲速飛行器的最佳熱防護(hù)材料。

為了進(jìn)一步提升La₂Zr₂O₇材料的性能，使其成為安全可靠、使用壽命長(zhǎng)的隔熱材料，除了改進(jìn)工藝外，材料改性是很重要的方法。摻雜改性是陶瓷制備中最常用的方法，合理的摻雜可以在晶格、晶界、第二相、晶粒尺寸等方面實(shí)現(xiàn)陶瓷材料物理性能的調(diào)控。本專(zhuān)利選擇SiO₂作為摻雜劑改性La₂Zr₂O₇陶瓷，在文獻(xiàn)中尚未報(bào)到，主要是因?yàn)镾iO₂具有低熱導(dǎo)率，且與高熔點(diǎn)La₂Zr₂O₇共同燒結(jié)時(shí)可以作為燒結(jié)助劑，起到液相燒結(jié)的作用，實(shí)現(xiàn)陶瓷的致密化；其次是SiO₂與La₂Zr₂O₇反應(yīng)生成的氧基磷灰石相La_9.33Si₆O₂₆存在于La₂Zr₂O₇晶界處，達(dá)到第二相增強(qiáng)的目的。通過(guò)SiO₂摻雜改性，可以實(shí)現(xiàn)La₂Zr₂O₇陶瓷力學(xué)與熱學(xué)的協(xié)同調(diào)控，改善材料性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在保持La₂Zr₂O₇良好隔熱性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)摻雜第二相實(shí)現(xiàn)La₂Zr₂O₇陶瓷的力學(xué)性能與熱學(xué)性能的協(xié)同調(diào)控，使La₂Zr₂O₇陶瓷力學(xué)強(qiáng)度提升，同時(shí)其熱導(dǎo)率降低，制備出一種摻雜改性的具有可靠力學(xué)承載性的La₂Zr₂O₇熱防護(hù)材料。

SiO₂摻雜改性的La₂Zr₂O₇陶瓷中摻雜的SiO₂的質(zhì)量比為1%~9%，壓縮強(qiáng)度為230~540MPa，熱導(dǎo)率為1.20~1.68W/(m·K)。

SiO₂摻雜改性的La₂Zr₂O₇陶瓷的制備方法，其特征在于，它的步驟如下：