CN105130414A - 一种制备超高温隔热Yb3Al5O12陶瓷元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：(1)原料为Yb₂O₃和Al₂O₃粉末，经高温固相反应得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末；(2)将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末、水和异丁烯-顺丁烯二酐共聚物混合形成稳定的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆；经室温固化交联后得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷生坯；(3)最后在1450～1680℃，烧结1～4小时，烧结气氛为Ar气或空气，即可获得致密的复杂形状的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件。本发明提供的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件的制备方法工艺简单、不需要高压设备、易于实现，具有较强的实用性。

Description

一种制备超高温隔热Yb3Al5O12陶瓷元件的方法

技术领域

本发明属于超高温隔热陶瓷技术领域，具体涉及一种用单一水溶性无毒添加剂凝胶注模成型制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法。

背景技术

Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷具有高熔点(2000℃)、适中的密度(理论密度6.67g/cm³，与氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)相近(6.46g/cm³)、低热导率(理论最低热导率为1.22W/m.K，低于YSZ的理论最低热导率为1.49W/m.K)、较低的弹性模量(282GPa)和剪切模量(114GPa)、与YSZ接近的热膨胀系数(8.22×10^-6/K)，良好的抗高温水蒸气腐蚀性能等优异的综合性能，成为高超声速飞行器的高温隔热、高温热密封、航空发动机叶片表面的抗水蒸汽腐蚀涂层、硅基陶瓷和复合材料(包括SiC、Si₃N₄、C/SiC、SiC/SiC)的环境障涂层的候选材料。然后作为高超声速飞行器的高温隔热、高温热密封弹性元件材料，实现复杂形状的低成本制备非常重要。但目前还没有复杂形状Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷的低成本成型和制备方法的报道。

文献1[Opt.Mater.33:1179-1184(2011)]报道了利用硝酸铝和Yb₂O₃为原料，采用溶胶-凝胶法制备Yb₃Al₅O₁₂粉末，该方法产率低、合成周期长，并且没有涉及到Yb₃Al₅O₁₂块体材料的制备。文献2[Ceram.Inter.35:25-27(2009)]报道了用共沉淀方法，即在金属盐溶液中逐渐加入尿素获得Al、Yb的氢氧化物沉淀，经反复洗涤、干燥，最后高温煅烧得到Yb₃Al₅O₁₂粉末。该方法的过程复杂、产率低，并且也没有涉及到Yb₃Al₅O₁₂块体材料的制备。复杂形状陶瓷的成型方法主要包括干压成型、注射成型、注浆成型、凝胶注模成型等方法。干压成型的成本低，但对于复杂形状的制品难以保证强度均匀；注射成型适合于小尺寸、复杂形状的制品成型，但由于制备的陶瓷坯体中含有大量的添加剂，高温排蜡过程会对环境产生污染，同时难以保证制品的尺寸精度。注浆成型主要适用于制备复杂形状的空心制品，对实心坯体的成型，芯部的密度难以保证。

凝胶注模成型或注凝成型是20世纪90年代美国橡树岭国家实验室发明的一种陶瓷坯体的精密成型技术(文献3[Am.Ceram.Soc.Bull，70:1641-1649(1991)])，该技术将传统的陶瓷注浆成型技术与高分子理论巧妙结合，使复杂形状的近净尺寸成型成为可能。注凝成型方法中水基浆料的注凝成型的实用性强、坯体质量好。但水基浆料的注凝成型通常需要丙烯酰胺单体、N，N’亚甲基双丙烯酰胺交联剂、四甲基乙二胺催化剂，此外还需要加入分散剂、引发剂、还原剂、pH值调节剂等多种添加剂，并且丙烯酰胺及其衍生物具有中度毒性，危害人的中枢神经系统，对眼、皮肤和粘膜有强刺激作用。为了解决复杂形状高温隔热、高温热密封Yb₃Al₅O₁₂弹性元件的成型问题，同时克服丙烯酰胺体系的毒性以及浆料制备过程中需要加入交联剂、催化剂、分散剂、引发剂、还原剂、pH值调节剂等多种添加剂的复杂成分和工序，本发明提供了一种只采用单一的水溶性无毒添加剂异丁烯-顺丁烯二酐共聚物实现室温、空气中凝胶注模成型制备复杂形状超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种只采用单一的水溶性无毒添加剂凝胶注模成型制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷的方法。

实现本发明目的的技术方案：一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：

(1)原料为Yb₂O₃和Al₂O₃粉末，经高温固相反应得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末；所述的Yb₂O₃和Al₂O₃用量的摩尔比为Yb₂O₃：Al₂O₃＝(3.01～3.05)：5；所述的高温固相反应的反应温度为1000-1350℃，反应时间为1-4小时；

(2)将步骤(1)所得的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末、水和异丁烯-顺丁烯二酐共聚物混合形成稳定的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆；在室温下、空气中Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆浇注到金属模具中，经室温固化交联后得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷生坯；

所述的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆中Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为45-55wt％，交联剂异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量为0.1-0.8wt％，其余为水；

(3)最后在1450～1680℃，烧结1～4小时，烧结气氛为Ar气或空气，即可获得致密的复杂形状的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件。

如上所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，该方法步骤(1)具体为：将原料Yb₂O₃和Al₂O₃粉末称重、混合，混合条件为：无水乙醇介质，转速为80-200/转，混料时间为24-48小时；然后将混合均匀的原料进行干燥处理，干燥温度为20～40℃，干燥时间为12～24小时；将干燥处理后的原料，在空气中，反应温度为1000～1350℃，反应时间为1～4小时，制得Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末。

如上所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，该方法步骤(2)具体为：将步骤(1)所得的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末用行星式球磨机球磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间为24～36小时，转速为200～300转/分；Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆中Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为45～55wt％，交联剂异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量为0.1～0.8wt％，Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆的球磨时间为0.1～5.0小时，球磨后得到稳定性好、颗粒分散均匀的Yb₃Al₅O₁₂水基料浆；再将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆注凝成型所用的模具为不锈钢模具，注模温度为室温20-38℃，注模环境为空气，不需要采取隔绝空气措施；然后将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆的交联固化，固化温度为20～45℃，固化时间为0.5～8小时，固化环境为空气；交联固化后得到的高强度Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体的干燥温度为35～85℃，干燥时间为5～20小时，得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷生坯。

如上所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，该方法所用的交联剂异丁烯-顺丁烯二酐共聚物，平均分子量为55000–65000，异丁烯和顺丁烯二酐的比例为1：1。

本发明的效果在于：

本发明用单一水溶性无毒添加剂即异丁烯-顺丁烯二酐共聚物形成水基料浆注凝成型制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法。该方法所用的原料为Yb₂O₃和Al₂O₃粉末，经高温固相反应得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末，将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末、水和异丁烯-顺丁烯二酐共聚物混合形成稳定的料浆，在室温下、空气中浇注到金属模具中，经室温固化交联后得到高强度、复杂形状的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷生坯，最后在1450-1680℃烧结1-4小时即可获得致密的复杂形状的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件。具体优点如下：

(1)本发明首次以Yb₂O₃和Al₂O₃粉末为原料，经过称重、湿法混合、高温固相反应合成、水基料浆制备、注凝成型、固化、干燥和高温无压烧结获得复杂形状的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件，经分析表明Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷具有纯度高、强度高、热导率低、形状和尺寸可以精确控制等优点。

(2)本发明制备复杂形状的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件工艺过程简单，在水基Yb₃Al₅O₁₂超高温陶瓷料浆中只需要一种异丁烯-顺丁烯二酐共聚物，不需要催化剂、分散剂、引发剂、还原剂等多种添加剂等复杂成分和工序。

(3)本发明使用的异丁烯-顺丁烯二酐共聚物无毒、无味，使用量小，对人体无伤害；制备的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷料浆在室温、空气中即可自发交联固化，固化后的陶瓷坯体强度高、可加工性强。

(4)本发明提供的固相反应合成温度较低，在1000-1300℃即可获得高纯度的Yb₃Al₅O₁₂超高温粉末。

(5)本发明通过大量试验对复杂形状的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件制备工艺进行了优化，尤其是原料的成分、固相反应合成、水基料浆制备、注凝成型、固化、干燥和高温无压烧结的工艺条件进行了优化，进一步提高了Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件尺寸和形状控制精度。

(6)本发明提供的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件的制备方法工艺简单、不需要高压设备、易于实现，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明使用的异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的分子结构(图1(a)),采用含异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的水基浆料注凝成型形成复杂形状陶瓷坯体过程的示意图。

图2为本发明制备得到的含异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的水基浆料的Zeta电位与浆料pH值的关系。加入0.4wt％和0.8wt％的异丁烯-顺丁烯二酐共聚物使等电位点分别从pH＝7.4移到pH＝5.2和pH＝3.3。

图3为本发明制备得到的含异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的水基浆料黏度与切变速率的关系，内置图片分别为剪切增稠和剪切变稀模型。

图4(a)为本发明制备得到的含异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的水基浆料中异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量对储存模量的影响；图4(b)为本发明制备得到的含0.4wt％异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的水基浆料的固化温度与引发时间的关系。

图5为本发明制备得到的含异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的水基浆料经固化、干燥后得到的坯体的显微结构照片，内置的图片分别表示复杂形状近净尺寸的可控制性和可加工性。

图6为本发明制备得到的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件的显微结构照片，内置的X-射线衍射谱说明高温烧结过程中Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷未发生分解、稳定性好。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法作进一步详细的说明：

实施例1

本发明所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：

(1)将Yb₂O₃和Al₂O₃粉末按照Yb₂O₃：Al₂O₃＝3.01:5摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合48小时，转速为80/转，将混合均匀的原料在20℃干燥24小时得到Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末，将干燥处理后的Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末置于二硅化钼炉中，在空气中加热至1050℃，保温4小时得到主相为Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末。

(2)以无水乙醇为介质用行星式球磨机球磨将步骤(1)所得的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末球磨36小时，转速为200转/分，得到颗粒度小于1μm的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末。按照Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为45wt％，异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量占Yb₃Al₅O₁₂的0.3wt％配制Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基浆料，浆料以300转/分球磨0.1小时，得到稳定的浆料，然后将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆注入不锈钢模具中(注模温度为室温25℃，注模环境为空气，不需要采取隔绝空气措施)，在20℃空气中固化交联8小时得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体，在35℃、20小时干燥。

(3)最后在1680℃、Ar气中无压烧结1小时得到相对密度98％的致密超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷。

异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的分子式，其在注凝成型中的作用和注凝成型过程如图1所示。

本发明用的添加剂为异丁烯-顺丁烯二酐共聚物，无毒、无味，分子量为55000-65000，共聚物中异丁烯和顺丁烯二酐的比例为1：1，该共聚物中有活性的-COO^-HN₄ ⁺基团和-CONH²基团，水解后生成的-COOH基团。由于这些基团的存在使得Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末在含异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的水溶液中稳定性好，因此不需要额外添加表面分散剂。此外，异丁烯-顺丁烯二酐共聚物在水溶液中在室温下的空气中即可发生自发交联，因此无需要加入催化剂和引发剂。异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的分子结构、自发交联合注凝成型过程如图1所示。

实施例2

本发明所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：

(1)将Yb₂O₃和Al₂O₃粉末按照Yb₂O₃：Al₂O₃＝3.02:5摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合36小时，转速为100/转，将混合均匀的原料在35℃干燥12小时得到Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末，将干燥处理后的Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末置于二硅化钼炉中，在空气中加热至1250℃，保温2小时得到高纯度的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末。

(2)以无水乙醇为介质用行星式球磨机球磨将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末球磨24小时，转速为300转/分，得到颗粒度小于1μm的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末，按照Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为50％，异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量占Yb₃Al₅O₁₂的0.4和0.8wt％配制Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基浆料，浆料以200转/分球磨0.5小时，得到稳定的浆料，如图2所示加入0.4wt％和0.8wt％的异丁烯-顺丁烯二酐共聚物使等电位点分别从pH＝7.4移到pH＝5.2和pH＝3.3，在pH＝7时，加入0.4wt％和0.8wt％的异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的浆料的Zeta电位分别为-35mV和-60mV，说明浆料的分散性和稳定性都很好。将含0.8wt％的异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆注入不锈钢模具中(注模温度为室温20℃，注模环境为空气，不需要采取隔绝空气措施)，在30℃空气中固化交联2小时得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体，经50℃、10小时干燥。

(3)最后在1600℃、空气中无压烧结4小时得到相对密度97％的致密超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷。

实施例3

本发明所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：

(1)将Yb₂O₃和Al₂O₃粉末按照Yb₂O₃：Al₂O₃＝3.03:5摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合30小时，转速为150/转，将混合均匀的原料在40℃干燥12小时得到Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末，将干燥处理后的Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末置于二硅化钼炉中，在空气中加热至1350℃，保温1小时得到高纯度的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末。

(2)以无水乙醇为介质用行星式球磨机球磨将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末球磨30小时，转速为280转/分，得到颗粒度小于1μm的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末，按照Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为50％，异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量占Yb₃Al₅O₁₂的0.4、0.6和0.8wt％配制Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基浆料，浆料的黏度与切变速率的关系如图3所示，加入异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量越高，黏度越低，浆料的流动性越好。将含0.6wt％异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的浆料的将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆注入不锈钢模具中，在35℃空气中固化交联1小时得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体，经85℃、5小时干燥。

(3)最后在1650℃、空气中无压烧结3小时得到相对密度98％的致密超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷。

实施例4

本发明所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：

(1)将Yb₂O₃和Al₂O₃粉末按照Yb₂O₃：Al₂O₃＝3.04:5摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合28小时，转速为180/转，将混合均匀的原料在25℃干燥24小时得到Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末，将干燥处理后的Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末置于二硅化钼炉中，在空气中加热至1300℃，保温3小时得到高纯度的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末。

(2)以无水乙醇为介质用行星式球磨机球磨将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末球磨28小时，转速为250转/分，得到颗粒度小于1μm的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末，按照Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为50％，异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量占Yb₃Al₅O₁₂的0.4、0.6和0.8wt％配制Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基浆料，浆料的储存模量与时间的关系如图4(a)所示，加入异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量越高，诱导时间越长。如图4(b)所示,温度越高，诱导时间越短，固化的越快。将含0.4wt％异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的浆料的将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆注入不锈钢模具中，在45℃空气中固化交联0.5小时得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体。经80℃、6小时干燥。

(3)最后在1700℃、氩气中无压烧结1小时得到相对密度99％的致密超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷。

实施例5

本发明所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：

(1)将Yb₂O₃和Al₂O₃粉末按照Yb₂O₃：Al₂O₃＝3.05:5摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合24小时，转速为200/转，将混合均匀的原料在33℃干燥18小时得到Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末，将干燥处理后的Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末置于二硅化钼炉中，在空气中加热至1250℃，保温4小时得到高纯度的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末。

(2)以无水乙醇为介质用行星式球磨机球磨将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末球磨26小时，转速为270转/分，得到颗粒度小于1μm的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末，按照Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为50％，异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量占Yb₃Al₅O₁₂的0.5wt％配制Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基浆料，浆料22℃球磨1小时后注入不锈钢模具中，在28℃空气中固化交联2小时得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体，坯体的强度高，可以进行转孔等二次加工。

(3)加工后的样品如图5所示，经1600℃空气中烧结4小时可得相对密度大于95％的复杂形状陶瓷元件。

实施例6

本发明所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：

(1)将Yb₂O₃和Al₂O₃粉末按照Yb₂O₃：Al₂O₃＝3.03:5摩尔比称重，加入无水乙醇，用滚筒式混料机混合40小时，转速为90/转，将混合均匀的原料在25℃干燥20小时得到Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末，将干燥处理后的Yb₂O₃和Al₂O₃混合粉末置于二硅化钼炉中，在空气中加热至1200℃，保温4小时得到高纯度的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末。

(2)以无水乙醇为介质用行星式球磨机球磨将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末球磨24小时，转速为300转/分，得到颗粒度小于1μm的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷粉末，按照Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为50％，异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量占Yb₃Al₅O₁₂的0.5wt％配制Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基浆料，浆料25℃球磨1小时后注入不锈钢模具中，在30℃空气中固化交联2小时得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体，Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体经60℃、5小时干燥。

(3)最后在1600℃、空气中无压烧结4小时得到相对密度95％的致密超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷，高温烧结过程中未发生分解，显微结构如图6所示，制备得到的超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷的弯曲强度为160MPa，1273K时的热导率为2.12W/m.K。

本发明用的添加剂为异丁烯-顺丁烯二酐共聚物，无毒、无味，分子量为55000-65000，共聚物中异丁烯和顺丁烯二酐的比例为1：1，该共聚物中有活性的-COO^-HN₄ ⁺基团和-CONH²基团，水解后生成的-COOH基团。由于这些基团的存在使得Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末在含异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的水溶液中稳定性好，因此不需要额外添加表面分散剂。此外，异丁烯-顺丁烯二酐共聚物在水溶液中在室温下的空气中即可发生自发交联，因此无需要加入催化剂和引发剂。异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的分子结构、自发交联合注凝成型过程如图1所示。

本发明提供的超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷的制备方法具有工艺简单、实用性强的特点，在工艺过程中不需要加入表面分散剂、催化剂、交联剂、引发剂、还原剂、高温助烧结剂等，所用的异丁烯-顺丁烯二酐共聚物无毒、无味、水溶性好，在室温、空气中即可自发固化交联。

Claims (4)

1.一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)原料为Yb₂O₃和Al₂O₃粉末，经高温固相反应得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末；所述的Yb₂O₃和Al₂O₃用量的摩尔比为Yb₂O₃：Al₂O₃＝(3.01～3.05)：5；所述的高温固相反应的反应温度为1000-1350℃，反应时间为1-4小时；

(2)将步骤(1)所得的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末、水和异丁烯-顺丁烯二酐共聚物混合形成稳定的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆；在室温下、空气中Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆浇注到金属模具中，经室温固化交联后得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷生坯；

所述的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆中Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为45-55wt％，交联剂异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量为0.1-0.8wt％，其余为水；

(3)最后在1450～1680℃，烧结1～4小时，烧结气氛为Ar气或空气，即可获得致密的复杂形状的Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷元件。

2.根据权利要求1所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其特征在于，该方法步骤(1)具体为：

将原料Yb₂O₃和Al₂O₃粉末称重、混合，混合条件为：无水乙醇介质，转速为80-200/转，混料时间为24-48小时；

然后将混合均匀的原料进行干燥处理，干燥温度为20～40℃，干燥时间为12～24小时；

将干燥处理后的原料，在空气中，反应温度为1000～1350℃，反应时间为1～4小时，制得Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末。

3.根据权利要求1所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其特征在于，该方法步骤(2)具体为：

将步骤(1)所得的Yb₃Al₅O₁₂陶瓷粉末用行星式球磨机球磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间为24～36小时，转速为200～300转/分；Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆中Yb₃Al₅O₁₂的固体含量为45～55wt％，交联剂异丁烯-顺丁烯二酐共聚物的含量为0.1～0.8wt％，Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆的球磨时间为0.1～5.0小时，球磨后得到稳定性好、颗粒分散均匀的Yb₃Al₅O₁₂水基料浆；

再将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆注凝成型所用的模具为不锈钢模具，注模温度为室温20-38℃，注模环境为空气，不需要采取隔绝空气措施；

然后将Yb₃Al₅O₁₂陶瓷水基料浆的交联固化，固化温度为20～45℃，固化时间为0.5～8小时，固化环境为空气；

交联固化后得到的高强度Yb₃Al₅O₁₂陶瓷坯体的干燥温度为35～85℃，干燥时间为5～20小时，得到Yb₃Al₅O₁₂陶瓷生坯。

4.根据权利要求1所述的一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其特征在于，该方法所用的交联剂异丁烯-顺丁烯二酐共聚物，平均分子量为55000–65000，异丁烯和顺丁烯二酐的比例为1：1。