[发明专利]一种低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可耐高温的低膨胀NZP族磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，属于低膨胀陶瓷领域。本发明的陶瓷材料为可耐高温、抗热震且热膨胀系数较低的NZP族固溶体型Ca_0.5Sr_0.5Zr_4‑xTi_xP₆O₂₄（简称CSZTP）磷酸盐陶瓷材料，当0<x≤0.2时，其平均热膨胀系数为2.5~3.2×10^‑6/℃。本发明采用反序共沉淀法制备CSZTP陶瓷粉料，此法克服了固相合成法的煅烧温度太高、煅烧时间长、第二相难以消除以及组成分布不均匀的劣势，同时，也克服了水热法和溶胶‑凝胶法的合成周期长、产率低的缺点。此法制备的粉体物相组成较纯，粉体粒度较均匀，并且合成时间较短，还具有生产工艺简单等优点，便于推广应用。本发明所制备的磷酸盐陶瓷材料保持了较低的热膨胀系数，同时还具有致密性较好（相对密度达到了90%以上）、烧结温度较高、高温性能好、抗热震性能好等优点，可以应用在许多重要的高温领域。

技术领域

本发明涉及一种低膨胀磷酸盐陶瓷材料及其制备方法，属于低膨胀陶瓷领域。该低膨胀磷酸盐陶瓷材料致密性较好、烧结温度较高、高温性能好、抗热震性能好等优点，可以应用在许多重要的高温领域。

背景技术

NZP族磷酸盐陶瓷代表了一族相同结构类型的新型陶瓷材料，其母体为NaZr₂(PO₄)₃(简称NZP)。Na⁺可以被不同的阳离子取代，产生一系列相同结构类型的衍生物，统称为NZP族化合物。以该化合物为粉体进一步制备的NZP族磷酸盐陶瓷具有低热膨胀性、耐高温性及抗热震性，在催化剂载体、发动机元件以及航天技术涂层方面都有较大应用潜力，为生产高性能、高附加值的磷酸盐陶瓷产品开辟了一条新的途径。

SrZr₄(PO₄)₆与CaZr₄(PO₄)₆这两种材料都具有热膨胀各向异性，并且两者的热膨胀各向异性特征是相反的，可将它们互溶形成固溶体型Ca_0.5Sr_0.5Zr₄P₆O₂₄磷酸盐陶瓷材料。虽然Ca_0.5Sr_0.5Zr₄P₆O₂₄磷酸盐陶瓷材料有着较低的热膨胀系数，但是其致密度较低，在正常情况下只能达到理论密度的76.69%，严重影响其力学性能。为了提高其致密度，本专利通过掺杂部分Ti⁴⁺，形成了Ca_0.5Sr_0.5Zr_4-xTi_xP₆O₂₄磷酸盐陶瓷材料，在保持了较低的热膨胀系数的同时，显著提高了材料的致密度，同时烧结温度较高，耐高温性能好，抗热震性能好，可以应用在许多高温领域。

发明内容

本发明的目的在于以Ca_0.5Sr_0.5Zr₄P₆O₂₄陶瓷为基体，由Ti⁴⁺取代部分Zr⁴⁺，从而制备一种具有低膨胀特性的Ca_0.5Sr_0.5Zr_4-xTi_xP₆O₂₄磷酸盐陶瓷材料，以及提供一种简便的Ca_0.5Sr_0.5Zr_4-xTi_xP₆O₂₄磷酸盐陶瓷材料的制备方法。