[发明专利]一种氧化物陶瓷InFeZnO4热障涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，特别是提供一种氧化物陶瓷InFeZnO₄热障涂层材料及其制备方法，涉及到球磨、冷压和固态反应工艺。 

背景技术

热障涂层(Thermal barrier coatings，TBCs)主要是利用陶瓷的隔热和抗腐蚀的特点来保护金属材料部件，应用在发动机上，不仅可以提高油料的燃烧效率，而且可以极大地延长发动机的寿命，在航空、航天、海面船舶、大型火力发电和汽车动力等方面具有重要的应用价值，是现代国防尖端技术领域中的重要技术之一[见参考文献【1】N.P.Padture，M.Gell，and E.H.Jordan，Science，4[5566]280-4(2003)]。热障涂层材料的选择需要满足以下基本要求：高熔点、在升温过程中无相变发生、低热导率以及和基体金属部件相吻合的低热膨胀系数[见参考文献【2】X.Q.Cao，R.Vassen，and D.Stoever，J.Eur.Ceram.Soc.，24[1]1-10(2004)]。近来研发和投入应用的最好的热障涂层材料是氧化钇稳定化的氧化锆(YSZ)，其热导率在700℃温度下约为2.0W/mK[见参考文献【3】D.R.Clarke，and S.R.Phillpot，Mater.Today，8[6]22-9(2005)]。稀土元素氧化锆热障涂层材料可以表示为Ln₂Zr₂O₇(Ln为稀土元素)，其晶体结构主要是烧绿石或缺陷萤石型结构，稀土元素氧化锆具有很好的热物理性能。稀土元素氧化锆具有比氧化钇稳定化的氧化锆更低的热导率，约为1.1到1.2W/mK[见参考文献【4】J.Wu，X.Z.Wei，N.P.Padture，P.G.Klemens，M.Gell，and E.Garcia，J.Am.Ceram.Soc.，85[12]3031-5(2002)]。然而，稀土元素氧化锆却表现为很低的热膨胀系数，低的热膨胀系数会导致涂层材料和金属基体的热应力[见参考文献【5】Z.H.Xu，L.M.He，X.H.Zhong，R.D.Mu，G.H.Huang，and X.Q.Cao，Appl.Surf.Sci.，256[11]3661-8(2010)]。然而，对于氧化钇稳定化的氧化锆陶瓷材料由于烧结阻力和相结构稳定性限制了其只能在1200℃应用[见参考文献【6】E.R.Andrievskaya，J.Eur.Ceram.Soc.，28[12]2363-88(2008)]。基于以上分析，开发一种性能稳定、低热导、适中热膨胀系数和容易制备的热障涂层材料显得尤为重要。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化物陶瓷InFeZnO₄热障涂层材料及其制备方法，所提供的氧化物陶瓷InFeZnO₄热障涂层材料性能稳定，具有低热导和适中热膨胀系数，并且容易制备。本发明以In₂O₃(纯度为99.9％)，Fe₂O₃(纯度为99.99％)和ZnO(纯度为99.99％)为原料，通过混合均匀后进行冷压，采用固态反应法烧结制备InFeZnO₄氧化物陶瓷。 

本发明提供的氧化物陶瓷InFeZnO₄热障涂层材料的制备方法，具体制备方法流程如下： 

1、采用In₂O₃(纯度为99.9％)，Fe₂O₃(纯度为99.99％)和ZnO(纯度为99.99％)粉末作为初始原料，按In₂O₃∶Fe₂O₃∶ZnO＝1∶1∶m摩尔比配料，其中，1≤m≤5。 

2、将上述的初始原料放入球磨罐进行均匀混合，球磨转速为100～500rpm，时间为15min～96h。 

3、将混合均匀的粉末，装入直径为10～20mm的钢制模具中进行冷压，压力为100～250MPa，压制成圆片。 

4、将冷压成型后的圆片，放在BeO坩埚中进行烧结，烧结温度为1100～1300℃，保温时间为48～240小时，升温速度为40～180℃每小时，最后得到InFeZnO₄块体材料。