[发明专利]单相块体陶瓷Y4Al2O9的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三元氧化物陶瓷的制备方法，具体涉及一种利用热压法制备致密单相的块体Y₄Al₂O₉的方法。

背景技术

航空、航天技术的快速发展对材料的性能提出了越来越高的要求，尤其是高超声速飞行器和先进推进系统—超燃冲压发动机的飞速发展使材料和结构面临新的挑战。它们要求材料能够承受高超声速飞行面临的极端热、力和腐蚀环境，因此，防隔热一体化材料是高超声速临近空间飞行器防隔热部件和热密封组件的关键材料，耐高温低热导率材料的研发具有越来越重要的作用。

Y-Al-O体系陶瓷具有高熔点、低热导率和良好的热、化学稳定性好、抗高温水蒸气腐蚀等优点，近年来越来越受到人们的关注。Y-Al-O体系陶瓷主要包括三种相：Y₃Al₅O₁₂(YAG)相,Y₄Al₂O₉(YAM)相和YAlO₃(YAP)相，目前为止，YAG相是研究最多的Y-Al-O陶瓷体系。Zhan等人通过利用第一性原理计算的方法分别研究了Y-Al-O体系中三个相的热导率，发现YAG、YAM和YAP都具有较低的热导率，而其中YAM的热导率最低(YAG:1.59W·m^-1·K^-1,YAP:1.61W·m^-1·K^-1,YAM:1.10W·m^-1·K^-1)，同时Zhan等人从理论上发现了与YAG相比，YAM陶瓷具有更低的弹性模量(YAG:290MPa,YAM:190MPa)，说明YAM陶瓷应该具有更加优异的抗热震性能。这些优异性能使得YAM（Y₄Al₂O₉）作为防隔热一体化结构件、高温弹性密封元件、抗氧化和水蒸气涂层在未来的高超声速临近空间飞行器中具有潜在的应用。

但是一直以来，YAM陶瓷被认为是合成YAG陶瓷的中间亚稳相，单相块体YAM陶瓷很难制备出来，所以它的热学和力学性能在实验上还很少研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备单相块体Y₄Al₂O₉(YAM)陶瓷的方法，从而可以研究Y₄Al₂O₉(YAM)陶瓷的热学和力学等性能。

实现本发明目的的技术方案：一种单相块体陶瓷Y₄Al₂O₉的制备方法，其包括如下步骤：

（1）以Y₂O₃粉和Al₂O₃粉为原料，按摩尔比为Y₂O₃：Al₂O₃=2:（0.8～1.2）称量；将两种粉装入混料罐中，以去离子水为介质，机械混合2～30小时，然后取出烘干；

（2）将步骤（1）中混合均匀并烘干的粉料装入氧化铝坩埚中，在空气气氛下以2～20°C/min升温到1200～1600°C并保温1～4小时，从而合成出单相Y₄Al₂O₉陶瓷粉；

（3）将步骤（2）中合成出来的Y₄Al₂O₉陶瓷粉放入球磨罐中，以酒精为介质球磨2～30小时，然后取出烘干；

（4）将步骤（3）中烘干的Y₄Al₂O₉陶瓷粉装入石墨模具中，以10～15MPa的压力冷压1～5分钟，在通有惰性气体保护气氛的热压炉中以5～40°C/min的升温速率升至1600～2000°C热压1～3小时，热压压力为20～40MPa；最终得到纯净致密的Y₄Al₂O₉陶瓷。

如上所述的一种单相块体陶瓷Y₄Al₂O₉的制备方法，其步骤（1）中Y₂O₃粉和Al₂O₃粉粒度范围为300～500目。