[發明專利]一種二價鎂離子摻雜鉭酸釔高溫陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201910043909.8
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109678504B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 馮晶;周云軒;種曉宇;吳鵬;宋鵬
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/495
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種二價鎂離子摻雜鉭酸釔高溫陶瓷及其制備方法，屬于高溫陶瓷制備技術領域。本發明所述Mg²⁺離子摻雜鉭酸釔高溫陶瓷的結構式為Y_1?xMg_xTaO_(4?x/2)（x為0~0.16)；通過化學式Y_1?xMg_xTaO_(4?x/2)計算可以按比例稱量氧化物原料，將稱量好的原料和無水乙醇一起放置在球磨罐中混合、密封后置于行星式球磨機上球磨，使其能夠混合均勻，將混合后的粉末干燥、過篩后，置于模具內壓實，然后在高溫爐中進行燒結。本發明工藝簡單，通過Mg²⁺離子摻雜鉭酸釔，產品熱導低，熱膨脹系數較高，接近氧化釔穩定性氧化鋯(7%?8%YSZ)的熱膨脹系數，并且制備成本低，適合批量生產，目的產品有望作為新型低熱導，抗氧化，耐高溫陶瓷材料。

技術領域

本發明涉及一種二價鎂離子摻雜鉭酸釔高溫陶瓷及其制備方法，屬于高溫陶瓷制備技術領域。

背景技術

從近些年對高溫陶瓷材料的發展來看，可能適用于高溫熱障涂層的陶瓷材料主要有氧化釔/氧化鈰穩定的氧化鋯、氧化鋯/氧化鋁、稀土鋯酸鹽，稀土鋁酸鹽，稀土磷酸鹽，多元氧化物穩定氧化鋯，稀土焦綠石或螢石結構化合物，磷灰石結構稀土硅酸鹽石榴石（YAG）結構，磁鉛石結構，鈣鈦礦結構等材料，由于氧化釔穩定的氧化鋯（YSZ）具備優良的綜合性能，因此是目前廣泛應用的陶瓷熱障涂層。但是氧化釔穩定的氧化鋯（YSZ）在溫度超過1200℃，會存在一定的缺陷，首先是高溫相穩定性，氧化釔穩定的氧化鋯（YSZ）是以一種亞穩態四方相（t’）存在，在較高溫度下（1200 ℃時），會轉變為四方相（t）和立方相（c）的混合物；其次，YSZ的燒結速率會隨溫度升高而加快，研究表明在YSZ涂層的制備過程中會產生微量的SiO₂雜質，而SiO₂雜質的存在將顯著提高YSZ涂層高溫下的燒結速率，導致氣孔率減小，從而使熱導率升高，最終將導致熱障涂層陶瓷材料脫落失效，已經難以滿足熱能發動機前燃氣進口溫度不斷提高的要求。因此，亟需尋求一種能夠長期穩定工作于1200℃以上條件下的新型熱障涂層陶瓷材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二價鎂離子摻雜鉭酸釔高溫陶瓷，主要用于熱障涂層材料，有很好的熱學及力學性能，其結構式為Y_1-xMg_xTaO_(4-x/2)（x為 0~0.16)。

本發明的另一目的在于提供所述二價鎂離子摻雜鉭酸釔高溫陶瓷的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）按照Mg²⁺摻雜量的不同稱取相應的氧化鎂、氧化鉭和稀土氧化釔，通過球磨的方法混合均勻；

（2）混勻之后的樣品經過干燥、過篩，將過篩后的粉末置于模具內壓實，然后在高溫爐中進行燒結，得到Mg²⁺離子摻雜鉭酸釔高溫陶瓷。

優選的，本發明步驟（1）中球磨過程中球磨機的轉速為400~500r/min，球磨時間為160~200min。

優選的，本發明步驟（2）中干燥過程的溫度為70~80℃，時間為12~24小時；過篩過程中粉末過250~350目篩。

優選的，本發明步驟（2）中混合粉末壓實時，保壓壓力為10~15MPa，保壓時間為20~40min。

優選的，本發明步驟（2）中在高溫爐中燒結溫度為1650~1700 ℃，煅燒時間為10~12小時。

本發明所述氧化鎂、氧化鉭和稀土氧化釔的純度≥ 99.99%。

本發明的有益效果是：

（1）本發明所述方法中粉末能夠完全混合均勻，在燒結過程中完全反應，所制得的二價Mg²⁺離子摻雜鉭酸釔高溫陶瓷有很好的高溫熱穩定性，有望作為一種潛在的高溫陶瓷材料。