[发明专利]一种表面改性多晶莫来石纤维复合稀土锆酸镧的高性能陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面改性多晶莫来石纤维复合稀土锆酸镧的高性能陶瓷及其制备方法。本发明通过对多晶莫来石纤维表面进行处理，再对其表面进行包覆氧化铝，制备得到表面包覆氧化铝的多晶莫来石纤维；运用自蔓延燃烧法大量制备纳米级高活性多晶稀土锆酸镧粉末；通过在锆酸镧陶瓷粉末中加入表面改性多晶莫来石纤维以达到提高力学性能的目的。本发明公开的制备方法包括表面改性多晶莫来石纤维制备、多晶稀土锆酸镧制备、陶瓷素坯高温高压烧结。本发明的制备方法工艺稳定可靠、操作简单，稀土锆酸镧陶瓷的力学强度有明显提高，在一定掺杂范围内可以有效降低热导率，使其成为具有可靠力学承载性能的高温隔热材料。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体而言，涉及一种表面改性多晶莫来石纤维复合稀土锆酸镧的高性能陶瓷制备方法。

背景技术

高温隔热材料是指在高于650℃的高温条件下热稳定性好、导热系数低、具有一定力学强度的隔热材料。由于其特殊的结构赋予了材料特有的保温、隔热、隔声、耐火性能，因而被广泛应用于航空航天、国防军工、冶金、化工和能源等领域。

陶瓷材料具有高熔点、低热导率、耐热腐蚀等优点，是高温隔热的首选材料。8wt％Y₂O₃稳定的ZrO₂陶瓷具有高熔点、低热导率、高热膨胀系数等优良性能是当前最常用的材料。但是，其工作温度上限和较高的高温热导率逐渐不能满足实际应用的要求。大量研究表明，稀土锆酸盐材料因具有特殊晶体结构与性能受到广泛关注，其中La₂Zr₂O₇陶瓷熔点高，抗氧化能力强，具有有序烧绿石和无序萤石两种结构，但由于La³⁺与Zr⁴⁺的半径比较大，La₂Zr₂O₇发生有序-无序相转变时所需要的能量较大，在1600℃前不会发生相变，为单一的焦绿石结构，表现出非常优良的结构热稳定性。而且，锆酸镧的晶体结构可以有效增强声子散射，因此这种材料也具有较低的热导率，有良好的隔热性能。在力学方面，锆酸镧陶瓷材料具有高硬度、高强度、高弹性模量、耐磨损等一系列优良的力学性能。因此，锆酸镧有可能成为新一代最佳高温隔热材料。

为了进一步提升锆酸镧材料的性能，使其成为安全可靠、使用寿命长的高温隔热材料，除了改进制备工艺外，材料配方和结构的优化设计也是一种非常重要的方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种表面改性多晶莫来石纤维复合稀土锆酸镧的高性能陶瓷及制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种表面改性多晶莫来石纤维复合稀土锆酸镧的高性能陶瓷，其中稀土锆酸镧的化学式为La₂Zr₂O₇，该陶瓷材料中掺杂的表面改性多晶莫来石纤维的质量百分数为2％～17％，陶瓷材料的压缩强度为400～650MPa，室温热导率为1.70～2.35W/(m·K)。

一种上述表面改性多晶莫来石纤维复合稀土锆酸镧的高性能陶瓷的制备方法，它的步骤如下：

1)将多晶莫来石纤维置于盐酸中加热搅拌，对其表面进行清洁和改性后取出，洗涤，干燥，制得表面改性多晶莫来石纤维；

2)以结晶氯化铝为铝源，乙醇和去离子水为溶剂，1,2-环氧丙烷为凝胶促进剂，聚氧化乙烯为表面活性剂，将表面改性多晶莫来石纤维与聚氧化乙烯和乙醇充分搅拌混合，然后逐渐滴加去离子水，再缓慢加入结晶氯化铝，使结晶氯化铝充分溶解后，最后加入1,2-环氧丙烷，停止搅拌形成凝胶，把凝胶放入异丙醇溶液中静置进行凝胶老化；除去老化液，用乙醇洗涤后作干燥处理；把干燥后的老化凝胶放入马弗炉中热处理，即制得表面包覆氧化铝的改性多晶莫来石纤维；