[发明专利]一种高强度铟掺杂锆酸钙陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度铟掺杂锆酸钙陶瓷的制备方法，所用原料为CaCO₃、ZrO₂和In₂O₃粉末，按CaZr_0.9In_0.1O_3‑ξ化学计量比称量配料；原料粉末经过球磨混合、干燥、成型后于高温下煅烧，反复煅烧三次得到铟掺杂锆酸钙粉末；铟掺杂锆酸钙粉末先后经干压和冷等静压成型后得到圆柱状素坯；素坯用钽铂包裹并组装到样品架上，然后在压机中进行高压烧结，即可获得高强度铟掺杂锆酸钙陶瓷材料。使用本发明所介绍的高压烧结法制备铟掺杂锆酸钙陶瓷材料可以大大降低烧结温度，所制备的铟掺杂锆酸钙陶瓷材料可加工性好、耐腐蚀性能强、能够耐受住较高温度和压力的冲击，适合作为固体电解质材料运用于高压水热体系原位测氢传感器的制作当中。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料，尤其涉及一种高强度铟掺杂锆酸钙陶瓷的制备方法，属于陶瓷材料技术领域。

背景技术

无论在自然界，还是在水热合成、核反应堆、火力发电厂等生产实践中，都广泛存在处于各种温压条件的水热体系。在这些水热体系中，氢逸度是极为重要的物理化学参数之一，其经常对体系的物质组成、物理化学性质以及过程的发生与发展有着极为重要的影响。因此，原位监测水热体系中的氢逸度具有非常重要的意义。

电解质材料是电化学型氢传感器研究和发展的关键。电化学型氢传感器的性能在很大程度上取决于电解质材料的灵敏度、稳定性以及对氢气的选择性。研究表明，铈酸钡、锆酸钡及锆酸钙等复合氧化物经掺杂和烧结后都表现出一定的质子导电性，但是铈酸钡和锆酸钡基材料均存在一定程度的混合导电现象（比如质子、电子、空穴、氧离子导电等），而铟掺杂锆酸钙陶瓷在700ºC以下的温度范围内几乎是纯的质子导体。因此，铟掺杂锆酸钙陶瓷适合作为固体电解质运用于电化学型氢传感器的研制中。

目前，已有使用铟掺杂锆酸钙陶瓷作为固体电解质制作成氢传感器的报道，这类氢传感器成功运用于常压高温或者干体系环境中。然而，要想将这类氢传感器运用在高压水热体系环境中，还面临一些技术难题。其中，最难克服的障碍是需要找到适合在高压水热体系这种极端环境下使用的传感器材料。制备铟掺杂锆酸钙陶瓷的传统工艺是采用常压烧结法，而常压烧结制备的铟掺杂锆酸钙陶瓷的化学稳定性、耐高温高压冲击性以及可加工性能都无法满足在高压水热体系环境中使用的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高强度铟掺杂锆酸钙陶瓷的制备方法，利用该方法解决了铈酸钡基和锆酸钡基等电解质材料在700ºC下不是单纯的质子导体，以及现有技术（常压烧结）制备的铟掺杂锆酸钙陶瓷材料存在烧结温度高，制备的材料耐热耐压冲击性、可加工性和化学稳定性差，无法用于制作高压水热体系原位测氢传感器等问题。

本发明的技术方案为：一种高强度铟掺杂锆酸钙陶瓷的制备方法，所述方法步骤为：

一、按照CaZr_1-xIn_xO_3-ξ（x = 0.05，0.1）的化学计量比称取CaCO₃（99.90 %）、ZrO₂（99.95%）和In₂O₃（99.99 %）反应物粉末；

二、将反应物粉末倒入球磨罐，并加入无水乙醇和氧化锆磨球进行球磨混合，球磨后干燥、研磨、过筛；

三、将过筛后的粉末置于刚玉坩埚中在硅钼棒电炉中进行煅烧，反复煅烧三次得到铟掺杂锆酸钙粉体；

四、将铟掺杂锆酸钙粉体装入自制模具中，使用冷等静压机将粉体压成圆柱状素坯；

五、将素坯用钽箔包裹后置于氮化硼管中，两端用氮化硼圆片密封，然后装入自制样品架中；

六、将组装好的样品架置于DS-6×1400t型六面顶压机中进行高压烧结；