[發(fā)明專利]一種耐高溫抗燒蝕低溫化學鍵合磷酸基可陶瓷化材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113480308B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設計）人: 孫威;湛紫章;熊翔;張紅波
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 紀志超

本發(fā)明提供了一種耐高溫抗燒蝕低溫化學鍵合磷酸基可陶瓷化材料，由包括以下原料的物料制備得到：金屬氧化物；磷酸鹽溶液；所述金屬氧化物選自ZrO₂、SiO₂和CuO中的一種或幾種；所述磷酸鹽為Al(H₂PO₄)₃。本發(fā)明采用金屬氧化物ZrO₂、SiO₂和CuO作為主要成分，由于不同化學活性的金屬氧化物會與非飽和狀態(tài)磷酸鹽發(fā)生不同程度的水化反應產(chǎn)生水化產(chǎn)物，并隨著溶液中水解的金屬氧化物表面水化產(chǎn)物層破裂導致的水化產(chǎn)物結(jié)晶生長，最終形成多元晶體狀態(tài)磷酸鹽連接相，從而實現(xiàn)磷酸基可陶瓷化材料的室溫固化。本發(fā)明還提供了一種耐高溫抗燒蝕低溫化學鍵合磷酸基可陶瓷化材料的制備方法。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于陶瓷材料技術(shù)領域，尤其涉及一種耐高溫抗燒蝕低溫化學鍵合磷酸基可陶瓷化材料及其制備方法。

背景技術(shù)

超高溫陶瓷(如ZrC、HfC、ZrB2等)的制備通常需要1800℃以上的高溫燒結(jié)，這不僅在生產(chǎn)過程中增加了成本，而且還給環(huán)境帶來了負面的影響。燒結(jié)陶瓷的已經(jīng)被人類使用了數(shù)千年，至今仍是耐高溫陶瓷中被大量研究的對象之一。然而，燒結(jié)會浪費大量的能量，并且為大規(guī)模的生產(chǎn)帶來了極其昂貴的成本。作為一種新型耐高溫材料，可陶瓷化的聚合物材料得到了學者們的廣泛關(guān)注，它顯示出有機聚合物材料和無機陶瓷的優(yōu)異性能。一方面，可陶瓷化的聚合物復合材料具有強度高、抗熱震性能好及熱導率低等特點；另一方面，其制備工藝簡單，且組分間在高溫下可自發(fā)反應轉(zhuǎn)變?yōu)槟透邷靥沾伞榱酥苽淇商沾苫木酆衔飶秃喜牧希ǔ⒌腿埸c成分(如玻璃等)摻入聚合物中。低熔點相可能會在較低溫度范圍內(nèi)融化，有助于降低可陶瓷化復合材料的燒結(jié)溫度。此外，為保證可陶瓷化聚合物復合材料的性能，功能填料(如氧化物粉、硅酸鹽粉、高嶺土、玻璃纖維等)起到了至關(guān)重要的作用，因此也是可陶瓷化聚合物復合材料的一種重要組成成分。Pinacci等以有機聚合物、玻璃粉及硅酸鹽礦物等為主要成分制備的可陶瓷化聚合物復合材料在高溫下形成了致密耐用的陶瓷，但是使用溫度不超過1000℃。亞歷山大等在成分上有所改進，利用無機硅酸鹽和無機磷酸鹽制備的可陶瓷化聚合物復合材料可在低于800℃的溫度下形成耐1000℃的耐火陶瓷。這說明采用無機磷酸鹽作為主要成分的可陶瓷化聚合物復合材料有望在更高的溫度下使用。

磷酸鹽材料是由酸式磷酸或磷酸鹽和金屬氧化物之間的酸堿反應形成，其中金屬氧化物的種類和溶液的PH值等對材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能具有至關(guān)重要的影響，設計特定成分的磷酸基材料可以得到特定的材料性能。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫抗燒蝕低溫化學鍵合磷酸基可陶瓷化材料及其制備方法，本發(fā)明提供的耐高溫抗燒蝕低溫化學鍵合磷酸基可陶瓷化材料的制備方法工藝簡單、操作方便、可快速成型且可控性高。

本發(fā)明提供了一種耐高溫抗燒蝕低溫化學鍵合磷酸基可陶瓷化材料，由包括以下原料的物料制備得到：

金屬氧化物；

磷酸鹽溶液；

所述金屬氧化物選自ZrO₂、SiO₂和CuO中的一種或幾種；

所述磷酸鹽為Al(H₂PO₄)₃。

優(yōu)選的，所述磷酸鹽溶液的質(zhì)量濃度為30％～60％。

優(yōu)選的，所述金屬氧化物中金屬陽離子與磷酸鹽中的磷酸根陰離子的摩爾比為(1～2)：(0.3～0.8)。

本發(fā)明提供了一種耐高溫抗燒蝕低溫化學鍵合磷酸基可陶瓷化材料的制備方法，包括：

將金屬氧化物和磷酸鹽溶液混合，得到混合溶液；

將所述混合溶液靜置固化，得到固化材料；