[发明专利]一种镱、钆和钇三元素共掺纳米氧化锆陶瓷粉体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镱、钆和钇三元素共掺纳米氧化锆陶瓷粉体及其制备方法。制备方法包括如下步骤：S1、配制镱盐、钆盐、钇盐和锆盐溶液的混合溶液；S2、向步骤S1得到的混合溶液中加入沉淀剂，静置老化后得到氢氧化物胶体；S3、将获得的氢氧化物胶体进行错流洗涤分离和胶粒细化，获得氢氧化物沉淀；S4、将获得的氢氧化物沉淀与分散剂进行混合后蒸馏和碳化处理，获得粉体；S5、通过对辊机对步骤S4获得粉体进行研磨处理后高温煅烧；S6、将粉体进行气流粉碎得纳米粉体。本发明的纳米粉体且均具有较好的高温稳定性、较低的热导率和较高的热膨胀系数，本发明制备方法工艺简单、流程少、参数易于控制，可适合连续大规模化生产。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，尤其涉及一种镱、钆和钇三元素共掺纳米氧化锆陶瓷粉体及其制备方法。

背景技术

热障涂层是应用在航空发动机和地面燃气轮机热端部件如叶片、燃烧室等表面的隔热功能性涂层，其主要通过表层的低热导陶瓷层提供热防护。钇稳定氧化锆(YttriaStabilized Zirconia,YSZ)具有高熔点(2700℃)、低热导率(2.1～2.2W/m^-1·K^-1，1273K)、高热膨胀系数(11×10^-6/K)、低密度(6.4g/cm³)、低弹性模量(40GPa)和高硬度(14GPa)等优点使其成为目前应用和研究最为广泛的热障涂层材料。

随着航空发动机向更高推重比、更低油耗等方向发展，发动机涡轮的设计进口温度需进一步提升，这就要求热障涂层材料能够在更高温度下稳定服役。然而，目前广泛应用的YSZ材料在1200℃以上会发生相变，由亚稳四方(t′)相向四方(t)相和立方(c)相进而转变成为单斜(m)相。这一相变过程会伴随5～7％左右的体积膨胀，产生内应力。同时韧性较高的亚稳四方相转变为韧性较差的单斜相，使涂层抗击裂纹能力降低，因此容易在涂层中产生裂纹，进而导致涂层剥落失效。同时在高温服役过程中，YSZ涂层会发生快速烧结，这会导致涂层的隔热效果降低、弹性模量增大和热应变容限下降，使涂层的高温性能持续恶化。因此，YSZ材料已不能满足新一代先进航空发动机的设计要求(要求进口温度1300℃以上)。因此进一步提高 YSZ材料的高温相稳定非常关键。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出具有较好高温稳定性、低热导和高热膨胀系数的镱、钆和钇共掺的纳米氧化锆粉体及其制备方法。

本发明的一种镱、钆和钇三元素共掺纳米氧化锆陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

S1、配制镱盐、钆盐、钇盐和锆盐溶液，按不同比例混合后持续搅拌获得混合溶液；

S2、向步骤S1得到的混合溶液中加入沉淀剂，静置老化后得到氢氧化物胶体；

S3、将获得的氢氧化物胶体进行错流处理，错流洗涤分离和胶粒细化，并用去离子水反复清洗，获得氢氧化物沉淀；

S4、将获得的氢氧化物沉淀与分散剂进行混合，并在真空环境中，一定温度下进行蒸馏和碳化处理，获得粉体；

S5、通过对辊机对步骤S4获得粉体进行研磨处理后，在一定温度下进行高温煅烧成相处理；

S6、将煅烧后的粉体再次进行气流粉碎得纳米粉体。

进一步的，步骤S1中所述的锆盐为氯氧化锆，所述镱盐、钆盐、钇盐均为为硝酸盐，所述混合溶液中掺杂离子：钇离子、镱离子、钆离子的摩尔比范围为5：1：1～1：1：1，掺杂离子与锆离子的摩尔比范围为1/24～2/3。

进一步的，步骤S2所述的沉淀剂包括氨水，所述氨水浓度为20～50wt.％，所述混合溶液添加氨水后的PH值应保持在PH10。

进一步的，步骤S2加入沉淀剂后的沉淀时间应在0.5～10h，老化时间应在12h以上。