[發(fā)明專(zhuān)利]一種可規(guī)模化制備HfO2-ThO2超高溫氧化物復(fù)相陶瓷的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111561456.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113943156B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫威;楚宇昊;熊翔;張紅波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/482
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/482;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發(fā)明公開(kāi)一種可規(guī)模化制備HfO₂?ThO₂超高溫氧化物復(fù)相陶瓷的方法，包括如下步驟：將HfO₂粉、ThO₂粉、燒結(jié)助劑混合，獲得混合粉，造粒獲得粉料，將粉料進(jìn)行模壓成型，獲得復(fù)相陶瓷生坯，再于氧化氣氛下燒結(jié)即得HfO₂?ThO₂超高溫復(fù)相陶瓷；所述模壓成型采用二次保壓；本發(fā)明首創(chuàng)的提供了一種在常壓下將HfO₂?ThO₂超高溫氧化物復(fù)相陶瓷燒結(jié)致密的方法，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在有燒結(jié)助劑的情況下，通過(guò)壓制過(guò)程中采用二次保壓獲得的生坯，通過(guò)在氧化氣氛下燒結(jié)即能夠獲得致密的HfO₂?ThO₂超高溫氧化物復(fù)相陶瓷。本發(fā)明的制備方法，由于在常壓下進(jìn)行燒結(jié)，無(wú)需特殊的設(shè)備，因此可以實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模的生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種可規(guī)模化制備HfO₂-ThO₂超高溫氧化物復(fù)相陶瓷的方法。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器是指飛行速度超過(guò)5馬赫數(shù)（即5倍聲速）的飛行器，由于其具有飛行及響應(yīng)速度快、機(jī)動(dòng)及突防能力強(qiáng)等特點(diǎn)，飛行高度在離地面20km~100km的近空間區(qū)域，具有極高的商業(yè)及軍工應(yīng)用價(jià)值。然而，高超聲速飛行器在大氣中持續(xù)飛行時(shí)，由于強(qiáng)烈的空氣壓縮、機(jī)體的外表面與大氣的摩擦以及粘性耗散等，會(huì)使流場(chǎng)中的空氣溫度顯著升高，產(chǎn)生了一種極為惡劣的熱環(huán)境，如果無(wú)法及時(shí)防止這些熱量對(duì)飛行器的主體造成侵蝕，飛行器可能無(wú)法有效的完成任務(wù)，甚至?xí)?duì)飛行安全造成極大的威脅。故因此，對(duì)熱防護(hù)材料的研究與開(kāi)發(fā)也成為了當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。

在高超聲速飛行器工作的超高溫、強(qiáng)粒子沖刷及富氧條件下，飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)中目前廣泛使用的超高溫陶瓷（UHTCs）改性C/C復(fù)合材料中的超高溫陶瓷均有向氧化物轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，即表明開(kāi)發(fā)出一種在超高溫、強(qiáng)粒子沖刷及富氧條件下，化學(xué)反應(yīng)少、相變少、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的氧化物陶瓷材料是非常必要的。HfO₂優(yōu)良的高溫性質(zhì)滿足了苛刻熱環(huán)境條件下對(duì)材料的要求。HfO₂是一種典型的超高溫氧化物陶瓷材料，其熔點(diǎn)接近2800℃，工作溫度高達(dá)2400℃，HfO₂與水或含Na/K氣氛中不發(fā)生反應(yīng)，并有著接近1700℃的相轉(zhuǎn)變溫度（單斜相四方相立方相），具有高的熱化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性；其導(dǎo)熱率低且熱輻射率高，可以將服役時(shí)將接收到的熱量輻射出去不易于熱量傳導(dǎo)至材料上。另外，HfO₂蒸汽壓低，在超過(guò)2000℃的高溫領(lǐng)域時(shí)，HfO₂為所有超高溫氧化物陶瓷中蒸汽壓最低的材料之一，可以有效阻止燃燒氣體的侵蝕。HfO₂在熱防護(hù)系統(tǒng)上的應(yīng)用也具有較大的潛力。早在2007年，美國(guó)的一份研究報(bào)告就預(yù)計(jì)了HfO₂可作為在航天器返回地球時(shí)提高航天器抗氧化燒蝕能力的一種涂層材料。中科院蘭昊等在Cf/SiC復(fù)合材料表面制備了HfO₂涂層，涂層在1350℃、50周次熱沖擊下仍未失效，其在1350℃下的水熱壽命可達(dá)27次。這一系列優(yōu)良的高溫性質(zhì)引起了對(duì)HfO₂陶瓷材料在高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的新的研究熱潮。進(jìn)一步的研究表明，通過(guò)對(duì)HfO₂進(jìn)行摻雜可以進(jìn)一步提高其高溫性能，更擴(kuò)大了其在高溫下的應(yīng)用前景。國(guó)防科技大學(xué)趙生合等在Ir表面制備了HfO₂-Y₂O₃復(fù)合涂層（Y₂O₃的摻雜量為7.5wt%），復(fù)合涂層在400℃時(shí)輻射率為0.69，熱擴(kuò)散速率為0.592mm²/s，有望在高超聲速飛行器噴管和機(jī)翼前緣等方面得到應(yīng)用；武漢理工大學(xué)董樹(shù)榮等將氧化鋱、氧化鐠等稀土氧化物摻雜進(jìn)HfO₂中制備出了RE₂O₃-HfO₂復(fù)合高輻射率高溫陶瓷涂層，涂層的輻射率可達(dá)0.91以上，大大提高了HfO₂在高溫下的輻射散熱能力。