CN106167406B - 钽酸钇高温陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固相法制备钽酸钇高温陶瓷的方法，化合物钽酸钇的分子式为YTaO4。所用原料为氧化钇和氧化钽，按比例称量原料，将配好的原料在无水乙醇中混合后置于行星式球磨机中球磨，使其能够混合均匀，将混合后的粉末干燥和过筛后置于模具内压实，然后进行预烧结；冷却取出预烧结后的样品进行研磨、球磨、干燥、过筛，将过筛后的粉末置于模具内压实，然后进行二次烧结。本发明工艺纯度高，杂质含量低，产品制备成本低，适合批量生产，目的产品有望作为新型耐高温，抗氧化，抗磨损陶瓷材料。

Description

钽酸钇高温陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于高温材料技术领域，具体涉及一种钽酸钇高温陶瓷，本发明还涉及一种钽酸钇高温陶瓷的制备方法。
背景技术
关于钽酸钇(YTaO4)的研究，早在1970年，Blasse等人研究了M型的YTaO4粉体在紫外光激发下的发光性能，发现在发光过程中存在基质和激活剂离子之间的能量传递，1973年，他又对M型YTaO4粉体振动谱进行了研究；20世纪80年代初,Brixner等人研究了M’型YTaO4粉体的发光性质，他们对NbO4 3-在YTaO4粉体中的发光做了详细论述，并对X射线激发下Eu3+、Tb3+离子激活的YTaO4粉体的发光进行了研究；从1999年开始，李博等人研究了M’型YTaO4粉体单掺Eu3+以及Nb5+，Eu3+和Gd3+，Eu3+共掺情况下的能量传递和发光性能。
在高温陶瓷方面，目前广泛应用的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷材料使用温度低于1200℃，当使用温度超过1200℃时，相变加剧，易烧结,氧传导率高，过渡金属易被氧化，导致涂层失效，已难以满足涡轮进口温度进一步升高的需要，为了满足未来先进航空发动机对热障涂层更苛刻的性能要求，各种高温陶瓷材料和新工艺得到了快速发展。关于目前使用的高温陶瓷材料氧化(ZrO2)锆具有很高的熔点、良好的高温化学稳定性、低的热导率、优良的抗热震性等特性，并且热膨胀系数接近金属材料，以及优良的力学性能。纯的ZrO2从四方相向单斜相转变，会伴随3％～5％的体积膨胀而导致热应力产生，产生剥蚀的现象，导致涂层破坏，为延长涂层的使用寿命，ZrO2中需加入稳定剂。钽酸钇(YTaO4)高温陶瓷材料的使用温度可以达到 1600℃，热导率较YSZ下降100％，在高温下体积变化也不大(如图4所示)，相比氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)，氧化锆ZrO2陶瓷材料有较好的热学性能和力学性能，因此钽酸钇(YTaO4)有望作为新型的铁弹性高温陶瓷材料。
关于钽酸钇(YTaO4)高温陶瓷材料制备工艺，王富芝等人以氧化钇(Y2O3)、氧化钽(Ta2O5)为原料，加入助溶剂(LiCO3)一次烧结成钽酸钇(YTaO4)，但是一次烧结，加入的助溶剂(LiCO3)会引入一定的杂质。中国专利ZL00126047.2在氧化钽，氧化钇和碳酸锶的氧化物中加入硫酸锂-硫酸钠的混合助熔剂烧结成钽酸盐，但是这种方法同样会引入一些杂质相，从而影响其性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种钽酸钇高温陶瓷的制备方法，克服了传统已有方法的缺点，不仅纯度高，制备成本低，适合批量生产，而且有更好的热学性能和力学性能。
本发明的另一目的是提供一种钽酸钇高温陶瓷。
本发明所采用的技术方案是，一种钽酸钇高温陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例称量氧化钇和氧化钽；
2)将称量好的原料在无水乙醇中混合后置于行星式球磨机中球磨，使其能够混合均匀；
3)将混合后的粉末干燥和过筛后置于模具内压实；
4)然后进行预烧结；冷却取出预烧结后的样品进行研磨、球磨、干燥、过筛，将过筛后的粉末置于模具内压实，然后进行二次烧结。
进一步地，氧化钇与氧化钽的摩尔比为1:1。
进一步地，球磨机的转速为300r/min～500r/min，球磨时间为60～180min。
进一步地，步骤3)中的干燥温度为60～80℃，干燥时间为10～24小时。
进一步地，步骤3)中干燥后的粉末过100目筛或200目筛或300目筛。
进一步地，混合粉末压实时，保压压力为8～12MPa，保压时间为30～60min。
进一步地，二次烧结温度为1600～1800℃，煅烧时间为5～10小时。
本发明所采用的第二技术方案是，一种由上述制备方法制备得到的钽酸钇高温陶瓷。
本发明的有益效果是：
(1)经过球磨机混粉后能够混合均匀，使其在煅烧时能够成分反应。
(2)工艺纯度高，杂质含量低，产品制备成本低，适合批量生产。
(3)所制得的钽酸钇有很好的稳定性，有望作为新型的高温陶瓷材料。
(4)所制得的钽酸钇在高温下没有很大的体积变化。
(5)所制得的钽酸钇有很好的铁弹性，高温热稳定性。
(6)所制得的钽酸钇与二氧化锆相比较有较好的力学性质和热学性质。
附图说明
图1是本发明实施例2技术方案所制备的钽酸钇(YTaO4)高温陶瓷块体的X射线衍射图；
图2是本发明实施例2技术方案所制备的钽酸盐(YTaO4)高温陶瓷块体的实物图片；
图3是本发明实施例2技术方案所制备的钽酸盐(YTaO4)高温陶瓷块 体的SEM图，其中，a为放大500倍的图谱，b为放大1000倍的图谱，c为放大2000倍的图谱，d为放大5000倍的图谱；
图4是背景技术中钽酸钇(YTaO4)高温陶瓷材料的热学性能和力学性能图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例所述一种新型耐高温，抗氧化，抗磨损钽酸钇(YTaO4)陶瓷材料及其制备方法，具体包括以下步骤：
称取氧化钇8.0611g，氧化钽15.7749g，在无水乙醇中混合后，置于行星式球磨机中球磨(球磨机的转速为300，球磨时间为180min)，将球磨好的溶液在60℃下干燥24小时后过100目筛，然后用模具压制成型(保压压力为8MPa，保压时间为60min)，压制成型后，将其在1100℃下预烧5小时。
在第一次煅烧原料之后，把混合料研磨均匀，再次溶于无水乙醇中，置于行星式球磨机中球磨(球磨机的转速为300r/min，球磨时间为180min)，将球磨好的溶液在60℃下干燥24小时后过100目筛，然后用模具压制成型(保压压力为8MPa，保压时间为60min)， 压制成型后，将其在1600℃下煅烧10小时，冷却至室温，即得到所需块状钽酸钇(YTaO4)高温陶瓷。
实施例2
本实施例所述一种新型耐高温，抗氧化，抗磨损钽酸钇(YTaO4)陶瓷材料及其制备方法，具体包括以下步骤：
称取氧化钇8.0611g，氧化钽15.7749g，在无水乙醇中混合后，置于行星式球磨机中球磨(球磨机的转速为500r/min，球磨时间为60min)，将球磨好的溶液在80℃下干燥10小时后过300目筛，然后用模具压制成型(保压压力为12MPa，保压时间为30min)，压制成型后，将其在800℃下预烧10小时。
在第一次煅烧原料之后，把混合料研磨均匀，再次溶于无水乙醇中，置于行星式球磨机中球磨(球磨机的转速为500r/min，球磨时间为60min)，将球磨好的溶液在80℃下干燥10小时后过300目筛，然后用模具压制成型(保压压力为12MPa，保压时间为30min)，压制成型后，将其在1700℃下煅烧10小时，冷却至室温，即得到所需钽酸钇(YTaO4)高温陶瓷。
本实施例煅烧的钽酸钇(YTaO4)高温陶瓷纯度高，形貌好，如图1所示，在18.49°、28.30°、30.29°、32.66°、47.73°、49.18°处有明显的衍射峰存在，经过与PDF卡片比较，判断为YTaO4(PDF Number:24-0379),产物具有很高的结晶度。如图2所示，制得一种耐高温，抗氧化，抗磨损钽酸钇(YTaO4)陶瓷材料。如图3所示，YTaO4在不同的放大倍数下，可以看到有明显的晶界，气孔较少，晶粒形状规则，从微观上讲，可以保证YTaO4良好的铁弹性和高温热稳定性。
实施例3
本实施例所述一种新型耐高温，抗氧化，抗磨损钽酸钇(YTaO4)陶瓷材料及其制备方法，具体包括以下步骤：
具体包括以下步骤：
称取氧化钇8.0611g，氧化钽15.7749g，在无水乙醇中混合后，置于行星式球磨机中球磨(球磨机的转速为400r/min，球磨时间为120min)，将球磨好的溶液在70℃下干燥16小时后过200目筛，然后用模具压制成型(保压压力为9MPa，保压时间为40min)，压制成型后，将其在900℃下预烧9小时。
在第一次煅烧原料之后，把混合料研磨均匀，再次溶于无水乙醇中，置于行星式球磨机中球磨(球磨机的转速为400r/min，球磨时间为120min)，将球磨好的溶液在70℃下干燥16小时后过200目筛，然后用模具压制成型(保压压力为9MPa，保压时间为40min)，压制成型后，将其在1800℃下煅烧5小时，冷却至室温，即得到所需块状钽酸钇(YTaO4)高温陶瓷。

Claims (3)

1.一种钽酸钇高温陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按摩尔比为1:1称量氧化钇和氧化钽；
2）将称量好的原料在无水乙醇中混合后置于行星式球磨机中球磨，使其能够混合均匀，球磨机以300r/min~500r/min转速球磨60~180min；
3）将混合后的粉末干燥和过100目、200目筛或300目筛后置于模具内压实，压实时保压压力为8~12MPa，保压时间为30~60min；
4）然后进行预烧结；冷却取出预烧结后的样品进行研磨、球磨、干燥、过筛，将过筛后的粉末置于模具内压实，然后进行二次烧结，二次烧结温度为1600~1800℃，煅烧时间为5~10小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤3）中干燥温度为60~80℃，干燥时间为10~24小时。
3.一种由权利要求1或2所述制备方法制备得到的钽酸钇高温陶瓷。
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