[发明专利]一种过渡金属离子掺杂稀土锆酸盐材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子掺杂稀土锆酸盐材料的制备方法。

背景技术

高超声速飞行器普遍具有极高机动性和远距离精确打击能力等技术特征，随着各国防卫系统技术的不断成熟进步和完善，隐身飞行器的优势逐渐减弱；在未来战争中，飞行器的高超声速特性将取代隐身特性成为衡量其生存能力的重要标准，这极大地加剧了各大军事国家在国防和航空航天工业研究等方面的竞争。在高速飞行中，由于对气体强烈的压缩作用和空气粘性产生较强的阻滞作用，使飞行器表面特别是前缘部分的温度明显升高，而这一气动加热现象随着飞行速度的提升而愈发明显。因此在飞行器的系统和结构设计之中，为飞行器在极端的高温环境下提供保护热防护系统(Thermal Protection System，TPS)应给予重点考虑和研究，这也就对热防护材料和结构提出了极其苛刻的要求。

超高声速飞行器表层的热防护系统材料在应对特别是迎风面产生的1000℃以上的超高辐射平衡温度时，必须是具备良好的抗氧化、抗热震、高发射率以及较低的热导率的多功能防护涂层。普朗克定律指出黑体温度在1000℃时，1～14μm波段集中了约97％的辐射能。虽然相关研究表明过渡金属氧化物体系和碳化硅及其陶瓷基复合材料在这一波段内具有较高的发射率，然而过渡金属氧化物体系抗热冲击性较差，而碳化硅及其陶瓷基复合材料与镍基高温合金存在热膨胀失配的问题。近年来，稀土锆酸盐体系材料得到了人们的广泛关注，其具有较低的密度、较低的热导率、与高温合金基体相匹配的热膨胀系数，以及较高的熔点和优异的高温热稳定性，这些性能使稀土锆酸盐体系材料足以胜任于苛刻的高温环境。目前，其研究关注于热障涂层(TBCs)、SOFCs电解质、催化剂和光学等领域。然而稀土锆酸盐材料在1～14μm波段内的发射率较低，难以满足辐射防热的需求，而其高温热辐射性能鲜见报道。

发明内容

本发明是要解决现有超高速飞行器蒙皮高温合金表面热防护涂层无法同时满足高发射率、抗热震、抗氧化和低热导率的技术问题，而提供一种过渡金属离子掺杂稀土锆酸盐材料的制备方法。

本发明的一种过渡金属离子掺杂稀土锆酸盐材料Ln₂Zr_2-xM_xO₇(Ln为稀土金属Sm或Gd，M为Ti、Mn、Fe或Cr，0≤x≤0.3)的制备方法是按以下步骤进行：

一、去杂质：将稀土氧化物Ln₂O₃、过渡金属氧化物和ZrO₂分别置于三个坩埚中，再将三个坩埚置于马弗炉中，以100℃/h～300℃/h的升温速度从室温升温至800℃～900℃，在温度为800℃～900℃的条件下保温2h～3h，然后以100℃/h～200℃/h的降温速度降至50℃～100℃，分别得到温度为50℃～100℃的纯净的稀土氧化物Ln₂O₃、温度为50℃～100℃的纯净的过渡金属氧化物和温度为50℃～100℃的纯净的ZrO₂；所述的稀土氧化物Ln₂O₃中Ln为Sm或Gd；所述的过渡金属氧化物为TiO₂、Fe₂O₃或Cr₂O₃；