[發明專利]一種新型鉭酸鹽復相陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 202210051684.2
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN116477943A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 余藝平;李浩;王松;李偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/505;C04B35/622
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明公開一種新型鉭酸鹽復相陶瓷及其制備方法，該鉭酸鹽復相陶瓷由鉭酸釔、鉭酸鉿和鉭酸鋯中的至少兩種組成，鉭酸釔、鉭酸鉿和鉭酸鋯的摩爾比為(50～80):(0～50):(0～50)。該鉭酸鹽復相陶瓷熱導率為1.2～2.5W·(m·K)supgt;?1/supgt;，1200℃的熱膨脹系數為8.0～9.6×10supgt;?6/supgt;·Ksupgt;?1/supgt;。因此，本發明提供的鉭酸鹽復相陶瓷可應用于航空發動機和火箭發動機等高溫部件及其表面防護涂層領域中。該制備方法通過控制氧化釔、氧化鉭、氧化鉿和氧化鋯的比例關系來調控最終產品的組成，以使經過球磨、干燥、壓實和燒結后的到產物為包含鉭酸釔、鉭酸鉿和鉭酸鋯中的至少兩相的鉭酸鹽復相陶瓷。

技術領域

本發明涉及高溫結構陶瓷技術領域，尤其是一種新型鉭酸鹽復相陶瓷及其制備方法。

背景技術

航空航天技術的飛速發展對發動機用結構材料的綜合性能提出了更加嚴苛的要求。在高溫陶瓷領域中，目前廣泛應用的是氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)陶瓷材料，當使用溫度超過1200℃時，YSZ易發生燒結和腐蝕，并且劇烈的相變會導致材料迅速失去使用性能，難以滿足服役要求。針對這一問題，研究者們嘗試向YSZ體系中繼續摻雜Ta₂O₅、HfO₂等過渡金屬氧化物進行改性，開發出由YSZ和鉭酸鹽組成的復相陶瓷體系。但是，由于摻雜的過渡金屬氧化物含量較少，由YSZ和鉭酸鹽組成的復相陶瓷體系仍無法避免YSZ本身存在的不足，即在1200℃下物相穩定性差，會發生相變。

發明內容

本發明提供一種新型鉭酸鹽復相陶瓷及其制備方法、應用，用于克服現有技術中YSZ和鉭酸鹽組成的復相陶瓷體系在1200℃下物相穩定性差等缺陷。

為實現上述目的，本發明提出一種新型鉭酸鹽復相陶瓷，所述鉭酸鹽復相陶瓷由鉭酸釔、鉭酸鉿和鉭酸鋯中的至少兩種組成；所述鉭酸釔、鉭酸鉿和鉭酸鋯的摩爾比為(50～80):(0～50):(0～50)。

為實現上述目的，本發明還提出一種如上述所述的新型鉭酸鹽復相陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

S1：按摩爾比(10～25):(20～40):(0～60):(0～60)稱取氧化釔、氧化鉭、氧化鉿和氧化鋯，混合均勻，得到混合料；

S2：將所述混合料置于有機溶劑中，進行濕法球磨，干燥，壓實，得到料坯；

S3：對所述料坯進行燒結，得到鉭酸鹽復相陶瓷。

為實現上述目的，本發明還提出一種新型鉭酸鹽復相陶瓷的應用，將上述所述的鉭酸鹽復相陶瓷或者上述所述制備方法制備得到的鉭酸鹽復相陶瓷應用于航空發動機和火箭發動機的熱端部件及其表面防護涂層中。

與現有技術相比，本發明的有益效果有：

1、本發明提供的鉭酸鹽復相陶瓷由鉭酸釔(YTaO₄)、鉭酸鉿(Hf₆Ta₂O₁₇)和鉭酸鋯(Zr₆Ta₂O₁₇)中的至少兩種組成組成，鉭酸釔、鉭酸鉿和鉭酸鋯的摩爾比為(50～80):(0～50):(0～50)。鉭酸釔具有較高的熔點和極低的理論熱導率，且在高溫下可通過鐵彈相變實現增韌效果。鉭酸鉿和鉭酸鋯均具有較高的熔點，較低的熱導率，優異的耐腐蝕性能，且在室溫到熔點范圍內僅存在α-PbO₂型正交結構一種物相形式，不存在相變，是理想的高溫熱結構材料。由鉭酸釔、鉭酸鉿和鉭酸鋯組成的鉭酸鹽復相陶瓷兼具上述優勢，是一種耐高溫、耐腐蝕、高韌性、低熱導率的復相陶瓷體系。鉭酸鹽復相陶瓷熱導率為1.2～2.5W·(m·K)^-1，1200℃的熱膨脹系數為8.0～9.6×10^-6·K^-1。因此，本發明提供的鉭酸鹽復相陶瓷可應用于航空發動機和火箭發動機等高溫部件及其表面防護涂層領域中。