[发明专利]一种氧化钇梯度材料的制备方法

说明书

本发明为一种氧化钇梯度材料的制备方法，属于功能梯度材料制备领域。一种氧化钇梯度材料的制备方法，所述方法为将浸渗液滴加至氧化钇材料上表面，在滴加浸渗液的过程中，氧化钇材料置于100～120℃的温度场内；根据Washburn模型及材料的浸渗深度确定浸渗时间，浸渗处理后的氧化钇材料经干燥后，于1400～1600℃烧结3～7h得氧化钇梯度材料，所述浸渗液为硝酸钙、硝酸铈、硝酸铬中的一种或几种配制成饱和溶液。本发明所提供的制备方法简便易行，该方法制备的梯度材料不受形状和尺寸的限制，在降低成本的同时提高了生产效率，具有广阔的产业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种氧化钇梯度材料的制备方法，属于功能梯度材料制备领域。

背景技术

随着科学技术的快速发展，对材料的性能也提出了越来越高的要求，当单质材料的性能及其功能难以满足相关设计要求时，一种行之有效的办法是将不同物质进行有机的组合，形成在性能和功能上远远超出其单质材料的复合材料。有人预言，21世纪将是复合材料的时代。近年来，功能梯度材料作为一种可设计的复合材料，已成为材料制备领域的研究热点之一。与传统的复合材料相比，功能梯度材料不仅具有优异的抗断裂和耐热冲击性能，而且还具有在超高温环境下优良的隔热性能，以及有效缓解材料内部热应力的特殊性能。由于功能梯度材料具有上述诸多优异性能，被认为是未来高速航天器、核工业和化学工业等领域的极具潜力的材料，具有极其广阔的应用前景。

氧化钇作为一种性能优异、价格低廉的稀土氧化物，以其为原料所制备的材料或制品具有诸如耐高温、耐腐蚀、高温化学稳定性好等一系列优良性能，其研究与应用日益受到人们的广泛关注。然而，氧化钇与其他氧化物陶瓷材料一样，是以离子键或共价键结合的，其位错的势垒很高，材料的韧性较差。此外，氧化钇材料难以烧结致密化。因而在其使用过程中，常发生脆性断裂，导致材料的抗机械冲击和抗热冲击性较差，其应用范围及使用领域为此受到一定程度的限制。

为了提高氧化钇材料的综合性能，尤其是抗热震性能，人们进行了一些研究工作。日本东芝公司Y Ishiwata和Y Itoh采用粉末冶金的方法制备出弥散氧化钇与钨的复合材料，但是他们所研发的W-Y₂O₃均质复合材料在使用过程中因产生较高的热应力，从而导致其抗热震性能和耐侵蚀性能不足。中国专利申请CN200910046508.4公开了一种熔钛用坩埚氧化钇复合涂层的制备方法，由于复合涂层的层间界面存在导致在制备和使用过程中产生的热应力不匹配现象，降低了整个材料构件的热机械性能，尤其是降低了构件的抗热震性能。CN201610855082.7公开了一种Y₂O₃-W梯度材料的制备方法，该方法采取层铺的方法，其制备工艺较为复杂。

基于此，为了提高氧化钇材料的综合性能，尤其是其致密程度和抗热震性，本发明提出一种更为简便易行的制备氧化钇梯度材料的方法。

发明内容

针对氧化钇难以烧结致密化及抗热震性能差，使其应用受到一定程度限制的问题，本发明提出一种氧化钇梯度材料的制备方法。其设计思路是：通过浸渗前驱体溶液的方法，使浸渗液在重力及毛细管力的双重作用下由氧化钇材料的上表面向材料内部浸渍渗入，进而沿材料高度方向上自上而下形成如图1所示的浸渗液浓度梯度。材料经烧结后，因为不同高度位置处所含有的浸渗液的量不同，其分解的氧化物的量也相应不同，形成化学组成随高度而变化的梯度材料。此外，浸渗液分解的氧化物可能对氧化钇的微观结构也将产生一定的影响，因而材料的微观结构亦随之呈现相应的变化，从而最终达到制备氧化钇梯度材料的目的。

本发明具体的技术方案如下：

一种氧化钇梯度材料的制备方法，所述方法为将浸渗液滴加至氧化钇材料上表面，在滴加浸渗液的过程中，将氧化钇材料置于100～120℃的温度场内；浸渗处理后的氧化钇材料经干燥后，在空气气氛下于1400～1600℃烧结3～7h得氧化钇梯度材料，所述浸渗液为硝酸钙、硝酸铈、硝酸铬中的一种或几种配制成饱和溶液。