CN113233876A - 一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113233876A
CN113233876A CN202110515323.4A CN202110515323A CN113233876A CN 113233876 A CN113233876 A CN 113233876A CN 202110515323 A CN202110515323 A CN 202110515323A CN 113233876 A CN113233876 A CN 113233876A
Authority
CN
China
Prior art keywords
source
ceramic material
emissivity
stage
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110515323.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113233876B (zh
Inventor
刘玲
马壮
柳彦博
朱皓麟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202110515323.4A priority Critical patent/CN113233876B/zh
Publication of CN113233876A publication Critical patent/CN113233876A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113233876B publication Critical patent/CN113233876B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties

Abstract

本发明提供了一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用，属于高熵陶瓷材料技术领域。本发明在La的晶格位置同时引入五种不同掺杂比例的稀土元素，增加了LaMgAl11O19价带顶与导带底之间的杂质能级数量，减小了禁带宽度，有利于杂质能级中的电子吸收红外光的能量向导带跃迁，进而提升相应波段的光谱发射率；本发明在LaMgAl11O19陶瓷材料中引入可以变价的Pr、Ce或Eu元素，当其价态发生变化时能增加体系中自由电子浓度(例如Pr3+向Pr4+变价)，从而促进自由载流子对红外光的吸收，也有利于光谱发射率的提高。本发明提供的陶瓷材料在3μm～5μm红外波段的光谱发射率＞0.85，具有很好的应用前景。

Description

一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高熵陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用。
背景技术
LaMgAl11O19陶瓷因具有熔点高、密度小、热导率低、热膨胀系数大以及断裂韧性大等特点而成为应用前景广阔的航天飞行器热防护材料以及工业窑炉炉衬节能材料。根据目前的应用需求，若将LaMgAl11O19陶瓷用于航天飞行器外侧热防护或工业窑炉节能，采用生产效率较高的无压烧结是最为合适的方法，同时要求其在3μm～5μm红外波段的光谱发射率达到0.85以上，才能达到较为满意的效果。根据基尔霍夫定律，当物体处于热平衡状态时，其对热辐射的吸收率等于其发射率。因此，当发射率达到0.85以上时，表明材料至少能将85％的热量向外耗散掉，从而达到较好的散热效果。然而，无压烧结法制备的LaMgAl11O19在3μm～5μm波段的光谱发射率仅为0.70，严重限制了LaMgAl11O19的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用，所述陶瓷材料在3μm～5μm波段的光谱发射率大于0.85，满足航天飞行器外侧热防护领域以及工业窑炉节能领域对LaMgAl11O19陶瓷的应用需求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高发射率高熵陶瓷材料，化学组成为(La0.4-xNd0.2Gd0.2Sm0.2REx)MgAl11O19，其中RE为Pr、Ce或Eu，0<x≤0.2。
优选的，x＝0.1～0.15。
本发明提供了上述技术方案所述高发射率高熵陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
将镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源混合，进行冷压成型，得到坯体；所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源中镧元素、钕元素、钆元素、钐元素、稀土元素、镁元素和铝元素的摩尔比为(0.4-x):0.2:0.2:0.2:x:1:11，0<x≤0.2；所述稀土氧化物包括Pr6O11、CeO2或Eu2O3；
将所述坯体进行分阶段保温，得到高发射率高熵陶瓷材料；
所述分阶段保温的过程包括：第一阶段：煅烧温度为1300～1350℃，保温时间为1～1.5h；第二阶段：煅烧温度为1500～1550℃，保温时间为2～4h；第三阶段：煅烧温度为1660～1690℃，保温时间为0.5～1h。
优选的，所述镧源包括氧化镧；所述钕源包括氧化钕；所述钆源包括氧化钆，所述钐源包括氧化钐；所述镁源包括氧化镁，所述铝源包括氧化铝。
优选的，所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源的粒径独立为50～100nm，纯度独立≥99.9％。
优选的，所述冷压成型的压力为2～4MPa，保压时间为5～10min。
优选的，由室温升温至所述第一阶段的煅烧温度的升温速率为10～12℃/min；
优选的，由所述第一阶段的煅烧温度升温至所述第二阶段的煅烧温度的升温速率为6～8℃/min。
优选的，由所述第二阶段的煅烧温度升温至所述第三阶段的煅烧温度的升温速率为3～5℃/min。
本发明提供了上述技术方案所述高发射率高熵陶瓷材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的高发射率高熵陶瓷材料在航天飞行器外侧热防护领域或工业窑炉节能领域中的应用。
本发明提供了一种高发射率高熵陶瓷材料，化学组成为(La0.4-xNd0.2Gd0.2Sm0.2REx)MgAl11O19，其中RE为Pr、Ce或Eu，0<x≤0.2。本发明在La的晶格位置同时引入五种不同掺杂比例的稀土元素，增加了LaMgAl11O19价带顶与导带底之间的杂质能级数量，减小了禁带宽度。由于引入具有富余f电子的稀土元素，导带底附近形成大量f电子的杂质能级，减小了带隙，从而有利于杂质能级中的电子吸收红外光的能量向导带跃迁，进而提升相应波段的光谱发射率。同时，本发明在LaMgAl11O19陶瓷材料中引入可以变价的Pr、Ce或Eu元素，当其价态发生变化时能增加体系中自由电子浓度(例如Pr3+向Pr4+变价)，从而促进自由载流子对红外光的吸收，也有利于光谱发射率的提高。本发明提供的(La0.4-xNd0.2Gd0.2Sm0.2REx)MgAl11O19陶瓷物相纯净，在3μm～5μm红外波段的光谱发射率＞0.85，具有很好的应用前景。
本发明提供了所述高发射率高熵陶瓷材料采用分阶段保温的工艺，先分别在两种中间相MgAl2O4(第一阶段)和(La0.4-xNd0.2Gd0.2Sm0.2REx)AlO3(第二阶段)的最佳合成温度下保温一定时间使其大量生成，再升温到目标产物的合成温度下保温，以两种中间相作为反应物来合成目标产物，有利于减小反应能垒，缩短反应时间并且有助于得到单相产物。而物相保持单一，才能使材料在使用过程中的发射率保持稳定，不会出现因不同物相相互反应导致发射率突变的情况。此外，单一的物相使材料内部结构保持一致，有利于产生原子间的共振促进对红外辐射的吸收，进而提升发射率。采用本发明所述方法制备的陶瓷材料表面无微裂纹、物相纯净，而且在3μm～5μm红外波段的光谱发射率大于0.85，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19的XRD图谱；
图2为实施例1制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19的SEM图片；
图3为实施例1第一阶段保温后合成的MgAl2O4中间相的XRD图谱；
图4为实施例1第二阶段保温后合成的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)AlO3中间相的XRD图谱；
图5为实施例1和对比例1所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19及LaMgAl11O19陶瓷材料的红外光谱发射率对比图；
图6为实施例2和对比例2所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Ce0.2)MgAl11O19及LaMgAl11O19陶瓷材料的红外光谱发射率对比图。
图7为实施例3和对比例3所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Eu0.2)MgAl11O19及LaMgAl11O19陶瓷材料的红外光谱发射率对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种高发射率高熵陶瓷材料，化学组成为(La0.4-xNd0.2Gd0.2Sm0.2REx)MgAl11O19，其中RE为Pr、Ce或Eu，0<x≤0.2。
在本发明中，x优选为0.1～0.15。
本发明在La的晶格位置同时引入五种不同掺杂比例的稀土元素，增加了LaMgAl11O19价带顶与导带底之间的杂质能级数量，减小了禁带宽度。由于引入具有富余f电子的稀土元素，导带底附近形成大量f电子的杂质能级，减小了带隙，从而有利于杂质能级中的电子吸收红外光的能量向导带跃迁，进而提升相应波段的光谱发射率。同时，本发明在LaMgAl11O19陶瓷材料中引入可以变价的Pr、Ce或Eu元素，当其价态发生变化时能增加体系中自由电子浓度(例如Pr3+向Pr4+变价)，从而促进自由载流子对红外光的吸收，也有利于光谱发射率的提高。本发明提供的(La0.4-xNd0.2Gd0.2Sm0.2REx)MgAl11O19陶瓷物相纯净，在3μm～5μm红外波段的光谱发射率＞0.85，具有很好的应用前景。
本发明提供了上述技术方案所述高发射率高熵陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
将镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源混合，进行冷压成型，得到坯体；所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源中镧元素、钕元素、钆元素、钐元素、稀土元素、镁元素和铝元素的摩尔比为(0.4-x):0.2:0.2:0.2:x:1:11；所述稀土氧化物包括Pr6O11、CeO2或Eu2O3；
将所述坯体进行分阶段保温，得到高发射率高熵陶瓷材料；
所述分阶段保温的过程包括：第一阶段：煅烧温度为1300～1350℃，保温时间为1～1.5h；第二阶段：煅烧温度为1500～1550℃，保温时间为2～4h；第三阶段：煅烧温度为1660～1690℃，保温时间为0.5～1h。
在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源混合，进行冷压成型，得到坯体。在本发明中，所述镧源优选包括氧化镧(La2O3)；所述钕源优选包括氧化钕(Nd2O3)；所述钆源优选包括氧化钆(Gd2O3)，所述钐源优选包括氧化钐(Sm2O3)；所述镁源优选包括氧化镁，所述铝源优选包括氧化铝；所述稀土氧化物包括Pr6O11、CeO2或Eu2O3。
在本发明中，所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源中镧元素、钕元素、钆元素、钐元素、稀土元素、镁元素和铝元素的摩尔比为(0.4-x):0.2:0.2:0.2:x:1:11，0<x≤0.2，更优选为0.2:0.2:0.2:0.2:0.2:1:11。
在本发明中，所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源均为粉体形态，所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源的粒径优选独立为50～100nm，更优选为60～80nm；纯度优选独立≥99.9％。
在本发明中，所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源混合的方式优选为湿法球磨，所述湿法球磨所用介质优选为无水乙醇；球磨转速优选为300～350rpm，球磨时间优选为4～6h。本发明对所述无水乙醇的用量没有特殊的限定，按照本领域熟知的用量能够顺利进行球磨即可。
在本发明中，所述冷压成型优选在不锈钢模具中进行，本发明对所述不锈钢模具没有特殊的限定，本领域熟知的模具即可；所述冷压成型的压力优选为2～4MPa，更优选为3MPa；保压时间优选为5～10min，更优选为6～8min。
本发明对所述坯体的直径和形状没有特殊的限定，按照本领域熟知的直径和形状制备坯体即可；在本发明的实施例中，所述坯体的直径为30mm，形状为圆柱体。
得到坯体后，本发明将所述坯体进行分阶段保温，得到高发射率高熵陶瓷材料。在本发明中，所述分阶段保温的过程包括：第一阶段：煅烧温度为1300～1350℃，保温时间为1～1.5h；第二阶段：煅烧温度为1500～1550℃，保温时间为2～4h；第三阶段：煅烧温度为1660～1690℃，保温时间为0.5～1h；第一阶段的煅烧温度优选为1320～1340℃，保温时间优选为1.2～1.3h；第二阶段的煅烧温度优选为1520～1530℃，保温时间优选为2.5～3.5h；第三阶段的煅烧温度优选为1670～1680℃，保温时间优选为0.6～0.8h。在本发明中，由室温升温至所述第一阶段的煅烧温度的升温速率优选为10～12℃/min，更优选为10℃/min；由所述第一阶段的煅烧温度升温至所述第二阶段的煅烧温度的升温速率优选为6～8℃/min，更优选为7℃/min；由所述第二阶段的煅烧温度升温至所述第三阶段的煅烧温度的升温速率优选为3～5℃/min，更优选为4℃/min。
本发明通过三段保温并且每段升温速率逐步递减的方式进行煅烧，有利于延长样品的加热时间，促使内部温度分布均匀，更易在保温时得到单相产物，使所制备的陶瓷材料表面无微裂纹、物相纯净，而且在3μm～5μm红外波段的光谱发射率大于0.85，满足航天飞行器外侧热防护领域以及工业窑炉节能领域对LaMgAl11O19陶瓷的应用需求。
在本发明中，所述分阶段保温优选在马弗炉中进行；本发明对所述马弗炉没有特殊的限定，能够满足上述温度即可。
完成所述分阶段保温后，本发明优选将所得物料随炉冷却，得到高发射率高熵陶瓷材料。本发明对所述随炉冷却的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
本发明提供了上述技术方案所述高发射率高熵陶瓷材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的高发射率高熵陶瓷材料在航天飞行器外侧热防护领域或工业窑炉节能领域中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法应用即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将La2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Nd2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Gd2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Sm2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Pr6O11粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Al2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)和MgO粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)按(La0.2Nd0.2Gd0.2S m0.2Pr0.2)MgAl11O19的化学计量比进行配料，其中La2O3粉体、Nd2O3粉体、Gd2O3粉体、Sm2O3粉体、Pr6O11粉体、MgO粉体和Al2O3粉体的摩尔比为0.2:0.2:0.2:0.2:0.067:2:11，将所得混合料与无水乙醇混合，进行湿法球磨，球磨转速为300rpm，球磨时间为6h，得到浅灰色混合粉体；
将所述浅灰色混合粉体装入不锈钢模具中，在4MPa压力下保压5min，得到直径30mm的圆柱坯体；
将所述圆柱坯体放入马弗炉中，以10℃/min的速率升温至1300℃，保温1.5h(第一阶段)，再以6℃/min的速率升温至1500℃，保温4h(第二阶段)，最后以3℃/min的速率升温至1660℃，保温1h，随炉冷却，得到(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19陶瓷材料。
实施例2
将La2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Nd2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Gd2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Sm2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、CeO2粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Al2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)和MgO粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)按(La0.2Nd0.2Gd0.2S m0.2Ce0.2)MgAl11O19的化学计量比进行配料，其中La2O3粉体、Nd2O3粉体、Gd2O3粉体、Sm2O3粉体、CeO2粉体、Al2O3粉体和MgO粉体的摩尔比为0.2:0.2:0.2:0.2:0.4:11:2，将所得混合料与无水乙醇混合，进行湿法球磨，球磨转速为325rpm，球磨时间为5h，得到浅蓝色混合粉体；
将所述浅蓝色混合粉体装入不锈钢模具中，在2MPa压力下保压10m in，得到直径30mm的圆柱坯体；
将所述圆柱坯体放入马弗炉中，以12℃/min的速率升温至1350℃，保温1h，再以8℃/min的速率升温至1550℃，保温2h，最后以5℃/min的速率升温至1690℃，保温0.5h，随炉冷却，得到(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Ce0.2)MgAl11O19陶瓷材料。
实施例3
将La2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Nd2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Gd2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Sm2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Eu2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Al2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)和MgO粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)按(La0.2Nd0.2Gd0.2S m0.2Eu0.2)MgAl11O19的化学计量比进行配料，其中La2O3粉体、Nd2O3粉体、Gd2O3粉体、Sm2O3粉体、Eu2O3粉体、MgO粉体和Al2O3粉体的摩尔比为0.2:0.2:0.2:0.2:0.2:2:11，将所得混合料与无水乙醇混合，进行湿法球磨，球磨转速为350rpm，球磨时间为4h，得到浅蓝色混合粉体；
将所述浅蓝色混合粉体装入不锈钢模具中，在3MPa压力下保压6min，得到直径30mm的圆柱坯体；
将所述圆柱坯体放入马弗炉中，以11℃/min的速率升温至1325℃，保温1.25h(第一阶段)，再以7℃/min的速率升温至1525℃，保温3h(第二阶段)，最后以4℃/min的速率升温至1675℃，保温0.75h，随炉冷却，得到(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Eu0.2)MgAl11O19陶瓷材料。
对比例1
将La2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Al2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)和MgO粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)按LaMgAl11O19的化学计量比进行配料，其中La2O3粉体、Al2O3粉体和MgO粉体的摩尔比为1:11:2，将所得混合料与无水乙醇混合，进行湿法球磨，球磨转速为300rpm，球磨时间为6h，得到白色混合粉体；
将所述白色混合粉体装入不锈钢模具中，在4MPa压力下保压5min，得到直径30mm的圆柱坯体；
将所述圆柱坯体放入马弗炉中，以10℃/min的速率升温至1300℃，保温1.5h，再以6℃/min的速率升温至1500℃，保温4h，最后以3℃/min的速率升温至1660℃，保温1h，随炉冷却，得到LaMgAl11O19陶瓷材料。
对比例2
将La2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Al2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)和MgO粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)按LaMgAl11O19的化学计量比进行配料，其中La2O3粉体、Al2O3粉体和MgO粉体的摩尔比为1:11:2，将所得混合料与无水乙醇混合，进行湿法球磨，球磨转速为325rpm，球磨时间为5h，得到白色混合粉体；
将所述白色混合粉体装入不锈钢模具中，在2MPa压力下保压10min，得到直径30mm的圆柱坯体；
将所述圆柱坯体放入马弗炉中以12℃/min的速率升温至1350℃，保温1h，再以8℃/min的速率升温至1550℃，保温2h，最后以5℃/min的速率升温至1690℃，保温0.5h，随炉冷却，得到LaMgAl11O19陶瓷。
对比例3
将La2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)、Al2O3粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)和MgO粉体(平均粒径为50nm，纯度≥99.9％)按LaMgAl11O19的化学计量比进行配料，其中La2O3粉体、Al2O3粉体和MgO粉体的摩尔比为1:11:2，将所得混合料与无水乙醇混合，进行湿法球磨，球磨转速为350rpm，球磨时间为4h，得到白色混合粉体；
将所述白色混合粉体装入不锈钢模具中，在3MPa压力下保压6min，得到直径30mm的圆柱坯体；
将所述圆柱坯体放入马弗炉中，以11℃/min的速率升温至1325℃，保温1.25h，再以7℃/min的速率升温至1525℃，保温3h，最后以4℃/min的速率升温至1675℃，保温0.75h，随炉冷却，得到LaMgAl11O19陶瓷材料。
表征及性能测试
1)对实施例1制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19陶瓷材料分别进行XRD和SEM测试，结果分别见图1和图2；由图1可知，物相结构为单相，无杂相存在；由图2可知，陶瓷表面无微裂纹。
2)对实施例1中第一阶段保温后所得坯体进行XRD测试，结果见图3；由图3可知，所测衍射峰峰位和峰强均与MgAl2O4的标准PDF卡片吻合，表明物相为MgAl2O4。
3)对实施例1中第二阶段保温后所得坯体进行XRD测试，结果见图4；由图4可知，所测衍射峰峰位和峰强均与各单组元的标准PDF卡片吻合，表明物相为(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)AlO3。
4)参照GB/T 4653-1984记载的方法，对实施例1和对比例1所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19及LaMgAl11O19陶瓷材料进行红外光谱发射率测试，结果见图5；由图5可知，实施例1所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19陶瓷在3μm～5μm红外波段的光谱发射率均在0.85以上，且在3μm～5μm红外波段的平均光谱发射率达到0.902，相对于对比例1采用相同工艺制备的LaMgAl11O19陶瓷在3μm～5μm红外波段的平均光谱发射率(0.761)有显著的提升。
5)对实施例2和对比例2所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Ce0.2)MgAl11O19及LaMgAl11O19陶瓷材料进行红外光谱发射率测试，结果见图6；由图6可知，实施例2所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Ce0.2)MgAl11O19陶瓷在3μm～5μm红外波段的光谱发射率均在0.85以上，且在3μm～5μm红外波段的平均光谱发射率达到0.906，相对于对比例2采用相同工艺制备的LaMgAl11O19陶瓷在3μm～5μm红外波段的平均光谱发射率(0.770)有显著的提升。
6)对实施例3和对比例3所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Eu0.2)MgAl11O19及LaMgAl11O19陶瓷材料进行红外光谱发射率测试，结果见图7；由图7可知，实施例3所制备的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Eu0.2)MgAl11O19陶瓷在3μm～5μm红外波段的光谱发射率均在0.85以上，且在3μm～5μm红外波段的平均光谱发射率达到0.905，相对于对比例3采用相同工艺制备的LaMgAl11O19陶瓷在3μm～5μm红外波段的平均光谱发射率(0.810)有显著的提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高发射率高熵陶瓷材料，其特征在于，化学组成为(La0.4-xNd0.2Gd0.2Sm0.2REx)MgAl11O19，其中RE为Pr、Ce或Eu，0<x≤0.2。
2.根据权利要求1所述的高发射率高熵陶瓷材料，其特征在于，x＝0.1～0.15。
3.权利要求1或2所述高发射率高熵陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源混合，进行冷压成型，得到坯体；所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源中镧元素、钕元素、钆元素、钐元素、稀土元素、镁元素和铝元素的摩尔比为(0.4-x):0.2:0.2:0.2:x:1:11，0<x≤0.2；所述稀土氧化物包括Pr6O11、CeO2或Eu2O3；
将所述坯体进行分阶段保温，得到高发射率高熵陶瓷材料；
所述分阶段保温的过程包括：第一阶段：煅烧温度为1300～1350℃，保温时间为1～1.5h；第二阶段：煅烧温度为1500～1550℃，保温时间为2～4h；第三阶段：煅烧温度为1660～1690℃，保温时间为0.5～1h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述镧源包括氧化镧；所述钕源包括氧化钕；所述钆源包括氧化钆，所述钐源包括氧化钐；所述镁源包括氧化镁，所述铝源包括氧化铝。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源的粒径独立为50～100nm，纯度独立≥99.9％。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述冷压成型的压力为2～4MPa，保压时间为5～10min。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，由室温升温至所述第一阶段的煅烧温度的升温速率为10～12℃/min。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，由所述第一阶段的煅烧温度升温至所述第二阶段的煅烧温度的升温速率为6～8℃/min。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，由所述第二阶段的煅烧温度升温至所述第三阶段的煅烧温度的升温速率为3～5℃/min。
10.权利要求1或2所述高发射率高熵陶瓷材料或权利要求3～9任一项所述制备方法制备得到的高发射率高熵陶瓷材料在航天飞行器外侧热防护领域或工业窑炉节能领域中的应用。
CN202110515323.4A 2021-05-12 2021-05-12 一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用 Active CN113233876B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110515323.4A CN113233876B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110515323.4A CN113233876B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113233876A true CN113233876A (zh) 2021-08-10
CN113233876B CN113233876B (zh) 2022-04-08

Family

ID=77133919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110515323.4A Active CN113233876B (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113233876B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114988896A (zh) * 2022-06-28 2022-09-02 北京理工大学 一种高发射率涂层及其应用
CN116161975A (zh) * 2023-03-22 2023-05-26 中国地质大学（武汉） 一种高断裂韧性的六方磁铅石结构高熵热障涂层材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010106122A2 (fr) * 2009-03-20 2010-09-23 Baikowski Alumine, luminophores et composés mixtes ainsi que procédés de préparation associés
CN102815928A (zh) * 2012-08-27 2012-12-12 哈尔滨工业大学 稀土离子掺杂六铝酸盐高发射率材料及其制备方法
CN105130415A (zh) * 2015-08-14 2015-12-09 东台市圣德尔耐热材料有限公司 Ln1-xSrxMg1-yMnyAl11-zTizO19纳米陶瓷热障涂层材料及其制备方法
CN111848139A (zh) * 2020-06-24 2020-10-30 北京理工大学 一种高发射率LaMgAl11O19陶瓷的制备方法
CN112408984A (zh) * 2020-10-29 2021-02-26 航天材料及工艺研究所 一种耐高温近红外吸收高熵陶瓷及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010106122A2 (fr) * 2009-03-20 2010-09-23 Baikowski Alumine, luminophores et composés mixtes ainsi que procédés de préparation associés
CN102815928A (zh) * 2012-08-27 2012-12-12 哈尔滨工业大学 稀土离子掺杂六铝酸盐高发射率材料及其制备方法
CN105130415A (zh) * 2015-08-14 2015-12-09 东台市圣德尔耐热材料有限公司 Ln1-xSrxMg1-yMnyAl11-zTizO19纳米陶瓷热障涂层材料及其制备方法
CN111848139A (zh) * 2020-06-24 2020-10-30 北京理工大学 一种高发射率LaMgAl11O19陶瓷的制备方法
CN112408984A (zh) * 2020-10-29 2021-02-26 航天材料及工艺研究所 一种耐高温近红外吸收高熵陶瓷及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114988896A (zh) * 2022-06-28 2022-09-02 北京理工大学 一种高发射率涂层及其应用
CN116161975A (zh) * 2023-03-22 2023-05-26 中国地质大学（武汉） 一种高断裂韧性的六方磁铅石结构高熵热障涂层材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113233876B (zh) 2022-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113233876B (zh) 一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用
Xu et al. Synthesis of monodispersed spherical yttrium aluminum garnet (YAG) powders by a homogeneous precipitation method
CN110606749A (zh) 一种高熵硼化物陶瓷材料及其制备方法
CN105541341A (zh) 一种添加复合助剂制备高致密度氮化硅陶瓷的方法
CN104761251B (zh) 一种制备镁铝尖晶石的反应烧结方法
CN103601498B (zh) 一种Ti3AlC2陶瓷粉料的制备方法
CN114436656B (zh) 一种具有低热导率和高热稳定性的高熵硅酸盐陶瓷及其制备方法与应用
CN113943162B (zh) 一种α-SiAlON高熵透明陶瓷材料及其制备方法
Su et al. Effect of Ca2+ and Mn2+ ions on the radiation properties of LaAlO3
US7022262B2 (en) Yttrium aluminum garnet powders and processing
CN109251033A (zh) 一种微波合成Ti2AlC块体材料的方法
CN113185277B (zh) 一种高热稳定性陶瓷材料及其制备方法和应用
Sarath Chandra et al. Preparation of YAG nanopowder by different routes and evaluation of their characteristics including transparency after sintering
Han et al. High-entropy transparent (Y0. 2La0. 2Gd0. 2Yb0. 2Dy0. 2) 2Zr2O7 ceramics as novel phosphor materials with multi-wavelength excitation and emission properties
CN107651964A (zh) 一种AlN基复合陶瓷及其制备方法
CN111196729B (zh) 一种超低含量烧结助剂制备多孔氮化硅陶瓷的方法
KR101470322B1 (ko) 고강도 질화알루미늄 소결체 및 이의 저온 소결방법
CN112209722A (zh) 氮化硅复合材料及其制备方法、发热体
CN113387699B (zh) 一种高熵REMgAl11O19陶瓷及其制备方法和应用
CN115010491B (zh) 一种高熵稀土钽酸盐陶瓷材料及其制备方法
CN100497518C (zh) 铝酸盐发光材料制备方法
CN114538913B (zh) 一种高烧结活性纯相纳米MgAl2O4粉体及其制备方法和应用
CN114621014B (zh) 一种高强度高热导氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN112898031A (zh) 一种含稀土元素的高热导高强韧的氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN109704780A (zh) 一种耐热冲击氮化硼-锶长石陶瓷基复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant