[發明專利]一種稀土鈮酸鹽高熵粉體、多孔高熵陶瓷及制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111040102.2
• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113620722B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 許杰;楊潤伍;朱嘉桐;孟軒宇;位明月;高峰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明公開了一種稀土鈮酸鹽高熵粉體、多孔高熵陶瓷及制備方法和應用，屬于高熵材料技術領域。稀土鈮酸鹽高熵粉體的原料包括稀土三氧化物和五氧化二鈮；所述稀土三氧化物為氧化鏑、氧化鈥、氧化鉺、氧化銩、氧化鐿、氧化镥、氧化釔中的5～7種不同的三氧化物的混合物，任意兩個三氧化物中，用量多的三氧化物與用量少的三氧化物的摩爾比為1～3。本發明通過對鈮酸鹽陶瓷組分的高熵化，引入不同的稀土類金屬陽離子，由于高熵相中原子尺寸的不同，導致其原子占位產生偏移，進而導致晶格畸變，增加了聲子散射；由于孔結構的引入降低了材料的固相熱導率，稀土鈮酸鹽多孔高熵陶瓷具有優異的隔熱性能。

技術領域

本發明屬于高熵材料技術領域，具體涉及一種稀土鈮酸鹽高熵粉體、多孔高熵陶瓷及制備方法和應用。

背景技術

近些年來，研究表明稀土鈮酸鹽氧化物體系(RE₃NbO₇)具有較低的本征熱導率，其中RE和Nb原子具有相同的占位，并且隨著摻雜元素種類的改變，會導致其晶體結構產生變化。當RE＝La～Gd時，RE₃NbO₇呈現正交結構；當RE＝Dy～Lu和Y時，RE₃NbO₇呈現無序的缺陷螢石結構。具有無序缺陷螢石結構的會導致由于晶格中存在無序的氧空位，由于氧空位的無序分布和大的化學不均勻性，增加了聲子散射的中心，使得鈮酸鹽陶瓷具有優良的氧離子導電性、較低的晶格熱導率、高熔點、高化學穩定性和高輻射穩定性等優點，被認為是一種有潛力的新一代航空隔熱材料。然而其本征力學性能較差，且晶格熱導率還有待通過組分設計進一步降低。因此，采用高熵化以及孔結構調控可進一步降低熱導率，同時實現對力學性能的調控。

高熵，通常是指由5種或以上固溶元素形成的多主元單相固溶體，由于高熵帶來的巨大的晶格畸變給材料帶來許多優異的熱物理性能，近年來已經成為陶瓷領域的研究熱點之一。其中高熵化后聲子散射中心的增加，可以顯著降低材料的本征晶格熱導率。目前，人們主要研究稀土鈮酸鹽材料的致密陶瓷，通過高熵組分設計實現稀土鈮酸鹽材料本征熱導率的降低，進一步通過引入氣孔實現低熱導率稀土鈮酸鹽多孔高熵陶瓷的制備具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于針對上述方法所存在的缺點與不足，提供一種稀土高熵粉體、多孔陶瓷及制備方法和應用，該陶瓷通過對鈮酸鹽陶瓷組分的高熵化，引入不同的稀土類金屬陽離子，由于高熵相中原子尺寸的不同，導致其原子占位產生偏移，進一步導致其產生晶格畸變，增加了聲子散射，同時由于螢石相固有的氧原子空位的存在，稀土鈮酸鹽高熵陶瓷具有很低的晶格熱導率。

本發明第一個目的是提供一種稀土鈮酸鹽高熵粉體，稀土鈮酸鹽高熵粉體的原料包括稀土三氧化物和五氧化二鈮；

所述稀土三氧化物為氧化鏑(Dy₂O₃)、氧化鈥(Ho₂O₃)、氧化鉺(Er₂O₃)、氧化銩(Tm₂O₃)、氧化鐿(Yb₂O₃)、氧化镥(Lu₂O₃)、氧化釔(Y₂O₃)中的5～7種不同的三氧化物的混合物，任意兩個三氧化物中，用量多的三氧化物與用量少的三氧化物的摩爾比為1～3。

優選的，所述稀土三氧化物與所述五氧化二鈮摩爾比為3:1；所述五氧化二鈮粒徑為20～50nm；所述稀土三氧化物的粒徑為20～50nm；

所述稀土鈮酸鹽高熵粉體為單相缺陷螢石結構，粒徑為250～400nm。

優選的，所述稀土三氧化物為氧化鏑、氧化鈥、氧化銩、氧化鉺、氧化鐿的混合物，其摩爾比為1:1:1:1:1；

或，所述稀土三氧化物為氧化鏑、氧化銩、氧化鐿、氧化镥、氧化釔的混合物，其摩爾比為1:1:1:1:1；