[发明专利]一种抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷及其制备方法，尤其涉及一种低密度、低热导率、抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷及利用高温模板去除法和部分烧结制备焦磷酸锆多孔陶瓷的方法，属于高温多孔隔热涂层材料技术领域，所述的低密度是指密度不大于1.3g/cm³，低热导率不高于0.2W/(m·K)。

技术领域

本发明涉及一种抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷及其制备方法，尤其涉及一种低密度、低热导率、抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷及利用高温模板去除法和部分烧结制备焦磷酸锆多孔陶瓷的方法，属于高温多孔隔热涂层材料技术领域，所述的低密度是指密度不大于1.3g/cm³，低热导率不高于0.2W/(m·K)。

背景技术

现有的高超声速飞行器的高温隔热陶瓷材料以氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)和氧化锆(ZrO₂)等体系为主，实际应用中以这些体系的多孔形式进行应用。但这些体系都存在比较明显的不足，即这些体系的多孔材料在高温下会发生明显的烧结现象，导致多孔材料的热导率在高温下有明显的上升，这将提高基体所承受的温度压力，并最终引发飞行器的失效。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷，该多孔陶瓷的原料包括焦磷酸锆粉末，原料还可以包括面粉，当原料包括面粉时，面粉的体积含量不大于原料体积的40％；其中面粉平均粒径为10微米；该多孔陶瓷的组成为焦磷酸锆，该多孔陶瓷的孔隙率为44％-60％，且该多孔陶瓷在0-1500℃范围内热导率不大于0.2W/(m·K)。在1000-1500℃范围内热处理4-8小时的体积收缩率小于2.5％。

一种抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷的制备方法，该方法的步骤包括：

(1)将原料和混料介质在球磨机中进行混合，混合时间为6-24小时，混料介质为无水乙醇，得到混合物；

(2)将步骤(1)得到的混合物进行干燥处理得到粉末，并将干燥后的粉末压制为片状的生坯，压制的压力为1-10MPa；

(3)将步骤(2)压制后的生坯放入冷等静压机中进行成型，成型压力为150-300MPa，得到致密化的生坯；

(4)将步骤(3)得到的致密化的生坯进行高温热处理，高温热处理在高温空气炉中进行，高温热处理的目的是为了模板去除及部分烧结过程，高温热处理的温度为1000-1500℃，高温热处理的时间为1-10小时，得到焦磷酸锆多孔陶瓷，其孔隙率为44％-60％。

所述的步骤(4)中的升温速率为5-30℃/分。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明首次以焦磷酸锆粉末和面料为原料，在空气中经高温模板去除和部分烧结直接获得高孔隙率、低热导、抗烧结的焦磷酸锆多孔陶瓷，经分析表明焦磷酸锆多孔陶瓷具有纯度高和孔隙率高的特点。

(2)本发明制备高孔隙率、低热导、抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷工艺过程简单，原料成本低廉，不需要加入发泡剂和表面分散剂；同时，高温模板去除和高温部分烧结工艺连续进行，中间不需要降温。

(3)本发明制备得到的高纯度、低热导、抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷的孔隙率、强度和热导率可调节性好，可以通过调节生坯的密度或高温烧结工艺调节孔隙率、强度和热导率，制备过程灵活可控。

(4)本发明制备得到的抗烧结焦磷酸锆多孔陶瓷的制备方法工艺简单、成本低廉，多孔陶瓷在高温下长时间热处理体积收缩率小，明显优于现有高温隔热多孔陶瓷，可应用于大量生产，具有较强的实用性。