[发明专利]一种SiO2掺杂改性的La2Zr2O7陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体而言，涉及一种SiO₂掺杂改性的La₂Zr₂O₇陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着高超声速飞行器向更长航时与更高速度的方向发展，对隔热材料的隔热性能与力学承载性能要求进一步提高，以更好的适应飞行器在更加剧烈的气动加热环境下能够安全可靠地运行。因此，需要开发具有高熔点、低热导、高强度、良好耐腐蚀性能的隔热材料以满足需求。

La₂Zr₂O₇陶瓷熔点高，抗氧化能力强，具有有序烧绿石和无序萤石两种结构，但由于La³⁺与Zr⁴⁺的半径比较大，La₂Zr₂O₇发生有序-无序相转变时所需要的能量较大，在1600℃前不会发生相变，为单一的焦绿石结构，表现出非常优良的结构热稳定性。而且，La₂Zr₂O₇的晶体结构可以有效增强声子散射，因此这种材料也具有较低的热导率，有良好的隔热性能。在力学方面，La₂Zr₂O₇陶瓷材料具有高硬度、高强度、高弹性模量、耐磨损等一系列优良的力学性能。因此，La₂Zr₂O₇有可能成为新一代高超声速飞行器的最佳热防护材料。

为了进一步提升La₂Zr₂O₇材料的性能，使其成为安全可靠、使用寿命长的隔热材料，除了改进工艺外，材料改性是很重要的方法。掺杂改性是陶瓷制备中最常用的方法，合理的掺杂可以在晶格、晶界、第二相、晶粒尺寸等方面实现陶瓷材料物理性能的调控。本专利选择SiO₂作为掺杂剂改性La₂Zr₂O₇陶瓷，在文献中尚未报到，主要是因为SiO₂具有低热导率，且与高熔点La₂Zr₂O₇共同烧结时可以作为烧结助剂，起到液相烧结的作用，实现陶瓷的致密化；其次是SiO₂与La₂Zr₂O₇反应生成的氧基磷灰石相La_9.33Si₆O₂₆存在于La₂Zr₂O₇晶界处，达到第二相增强的目的。通过SiO₂掺杂改性，可以实现La₂Zr₂O₇陶瓷力学与热学的协同调控，改善材料性能。

发明内容

本发明的目的是在保持La₂Zr₂O₇良好隔热性能的基础上，通过掺杂第二相实现La₂Zr₂O₇陶瓷的力学性能与热学性能的协同调控，使La₂Zr₂O₇陶瓷力学强度提升，同时其热导率降低，制备出一种掺杂改性的具有可靠力学承载性的La₂Zr₂O₇热防护材料。

SiO₂掺杂改性的La₂Zr₂O₇陶瓷中掺杂的SiO₂的质量比为1%~9%，压缩强度为230~540MPa，热导率为1.20~1.68W/(m·K)。

SiO₂掺杂改性的La₂Zr₂O₇陶瓷的制备方法，其特征在于，它的步骤如下：