[发明专利]一种钆镍共掺杂镁基六铝酸镧陶瓷及制备方法

说明书

本发明涉及一种钆镍共掺杂镁基六铝酸镧陶瓷的制备方法，属于无机非金属材料制备及应用领域。本发明由Gd对La位、Ni对Mg位同时掺杂得到，按照化学式La_1‑xGd_xMg_1‑xNi_xAl₁₁O₁₉进行配料，其中0.1≤X≤0.5；先是配置混合金属盐溶液，再加入络合剂、分散剂，然后经过络合、酯化反应、干燥得到前驱体粉末，再在1000～1200℃下煅烧3～6h，得到原始粉体，将原始粉体压制成型，于1400～1600℃下烧结成块，得到钆镍共掺杂镁基六铝酸镧陶瓷。本发明制备工艺简单，陶瓷块材形貌规整，热物理性能良好，可以作为航空航天发动机热障涂层的备选材料。

技术领域

本发明涉及一种钆镍共掺杂镁基六铝酸镧陶瓷及制备方法，属于无机非金属材料制备及应用领域。

背景技术

热障涂层(thermal barrier coating，TBCs)是由耐高温、高隔热、抗腐蚀的陶瓷层和金属层组成的应用于燃气涡轮发动机热端部件的热防护涂层。其中应用最广泛的陶瓷层材料是8YSZ(6～8wt.％氧化钇稳定的氧化锆)，而该材料在1250℃时，会发生相变，涂层烧结变脆并脱落，抗热震性能差，已无法满足更高服役温度的要求。

而在高于1300℃的条件下，镁基六铝酸镧材料晶体结构的稳定性远远高于8YSZ。镁基六铝酸镧化学稳定性好、烧结活性低、抗CMAS腐蚀良好，是一种具潜力的结构和功能陶瓷。镁基六铝酸镧具有独特的畸变磁铅石结构，其晶体呈六方板片状的形貌，随机排列的片状晶会形成一定量的微气孔，可进一步降低镁基六铝酸镧材料的热导率，同时微气孔也可以有效地抑制氧原子的扩散，减少氧化物的生成。目前的镁基六铝酸镧陶瓷材料如《热障涂层新材料和新结构》一书中所述，其热导率为1.7W/(m·K)(1000℃)。孙俊彬(国际陶瓷，2020)等人发现用氧化钆掺杂到镁基六铝酸镧能够改善材料的热物理性能，但是他们制备的方法是固相反应法，制备过程中容易引进杂质，样品成分会产生偏析，而且仅仅是对Gd位进行了掺杂，掺杂比较单一。

目前制备镁基六铝酸镧陶瓷的方法主要包括固相反应法、溶胶～凝胶法、共沉淀法、水热合成法。固相法是一种合成效果差且效率较低的传统制备方法，主要是将原料进行充分的混合后，经过研磨过筛后在高温下煅烧而成的固态化合物或者固溶体粉末。固相反应得到的样品粉末会有微观组织不均匀、容易引入外来杂质、成分会产生偏析等缺点。化学共沉淀法是将所需的金属盐溶液按比例混合均匀，通过滴定的方法将混合液与沉淀剂混合，得到的胶体经过抽滤烘干煅烧等一系列工艺的制备方法。化学共沉淀法在洗涤、过滤和干燥时易团聚，纯度低、颗粒半径偏大、沉淀抽滤困难等缺点。溶胶～凝胶法是将高活性的化合物以水为介质产生化学反应得到稳定的溶胶，经陈化处理，络合反应得到凝胶，再通过干燥处理得到可用的粉体。该方法制备工艺简单，合成的粉末细小、粒度均匀，反应速率易于控制等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钆镍共掺杂镁基六铝酸镧陶瓷及其制备方法，其特征在于，所述钆镍共掺杂镁基六铝酸镧陶瓷为片层状磁铅石型结构，微观形貌规整，由Gd对La位、Ni对Mg位同时掺杂得到，其结构为：La_1-xGd_xMg_1-xNi_xAl₁₁O₁₉，式中，0.1≤X≤0.5。

一种钆镍共掺杂镁基六铝酸镧陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

S1，配制有镧离子、钆离子、镁离子、镍离子、铝离子、硝酸根离子的混合溶液，将所述混合溶液与络合剂、分散剂混合，再加入硝酸得到绿色透明溶液，水浴加热搅拌得到黏稠的凝胶；

S2，将所述凝胶进行干燥，得到固体前驱体产物；

S3，将所述固体前驱体产物煅烧，得到钆镍共掺杂镁基六铝酸镧陶瓷粉体；

S4，将所述粉体压制成陶瓷块体；