CN116143533A - 一种轻质耐高温磷酸盐复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种轻质耐高温磷酸盐复合材料及其制备方法，基体为无铬的镧铝磷酸盐，基体中磷酸铝与磷酸镧的摩尔比为1∶1～1.2；基体内分布有ZrB2颗粒、或是ZrB2和AlN颗粒，大小是300目～1000目；密度为1.02g/cm3～1.12g/cm3，所述颗粒占基体质量的20%～30%。步骤包括：1）将分析纯磷酸溶液加蒸馏水或去离子水稀释搅拌预热；2）将固化剂ZrB2颗粒、或是ZrB2和AlN颗粒添加到1）步所得到的稀释磷酸溶液加热搅拌均匀；3）将氢氧化铝和氢氧化镧粉体加入2）步所得到的混合溶液中搅拌反应后，于模具中固化成型。本发明材料能够经受2000℃左右的氧乙炔烧蚀，具有良好的力学性能，密度小；制备方法工艺简单、生产周期短，可在低温常压下快速固化成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温防隔热的磷酸盐复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种无铬的镧铝磷酸盐的复合材料及其制备。
背景技术
高温防隔热材料作为极端环境服役的材料，需具备优异的高温强度以及良好的高温抗氧化性能，在航空航天领域、交通运输等领域都有着较为广泛的应用。因此高温防隔热材料的发展对于提高国民经济水平以及加快航天航空事业的发展均有重要意义。根据现状，在航空航天相关的材料研发领域中，能够反复多次的实现从天到地、从地到天的运输技术成为该领域中最具有前景的技术之一。这种重复使用技术的优点在于操作效率高，运输系统的总运输费用低。这是航天领域研究者未来研究的一个必然研究方向和热点。其次合理构造再入舱的外形，可以将产生的热量大部分（约 98%）扩散掉，从而有效的阻止了热量（约 2%）向航天器内部传递。虽然只有 2%的热量传递到了再入舱，但这些热量已经对再入舱的几何结构造成了很大的危害。而再入舱的前端部分通常是损害最严重的部分，其最大热流最少会达到数十万焦每平方米每秒。所以，在设计航天器的结构时必须考虑防/隔热处理。其中，能够对提高航天器的性能起举足轻重作用的是质量轻、耐温高、可靠性好隔热材料一直是国内外的研究重点。 传统的高温耐热材料因其本身存在的各种无法克服的缺陷，无法满足新时代背景下对航天材料的需求而逐渐被取代。例如高温合金虽然具有高强度、耐高温等特点，但其密度大导致发动机推重比下降，不能满足航天发动机高推重比、低油耗的需求 ；陶瓷材料本身的脆性无法保证材料使用过程中的可靠性，纤维增强陶瓷在高温高压的制备过程中极易发生界面反应，降低纤维强韧效果。因此开发兼具高比强度、高韧性、高耐热性以及低比重、工艺简单等性能的新型高温耐热材料，对航空航天领域的发展具有重要意义。
磷酸盐聚合物材料是在水泥、陶瓷材料和耐火材料的基础上发展起来的一种高温耐热材料。为了获得各项性能优异的磷酸盐材料，现有技术中，有些是通过磷酸铝铬基体中添加氧化镧、氧化镁等氧化物制备镧铝磷酸盐和镁铝磷酸盐材料，上述镧铝磷酸盐材料能够经受2000℃的氧乙炔烧蚀，但是存在力学性能较差现象。还有的镁铝磷酸盐虽然能够经受2400℃的高温烧蚀，但基体中的含铬物质挥发会造成一定污染和损害健康问题。因此，开展高强耐高温兼具低热导绿色磷酸盐材料的研究有重要的意义。另外，能够使得材料更加轻质，也是研究人员所希望得到的
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够经受2000℃左右的氧乙炔烧蚀，且具有良好的力学性能的，密度较小的一种轻质耐高温磷酸盐复合材料。
本发明的另一个目的在于提供一种能够经受2000℃左右的氧乙炔烧蚀，且具有良好的力学性能的，密度较小的一种轻质耐高温磷酸盐复合材料其制备方法，该方法工艺简单、生产周期短，可在低温常压下快速固化成型。
本发明的目的是通过下述方案实现的：
一种轻质耐高温磷酸盐复合材料，其基体是无铬的镧铝磷酸盐，基体中磷酸铝与磷酸镧的摩尔比为1∶1～1.2；基体内分布有ZrB2颗粒、或是分布有ZrB2颗粒和AlN颗粒，颗粒大小是300目～1000目；密度为1.02g/cm3～1.12g/cm3，所述的颗粒占基体质量的 20%～30%。
所述的密度优选1.05g/cm3 ～1.09g/cm3 。
所述的颗粒优选占基体质量的 20%～25% 。
基体内分布有AlN颗粒和ZrB2颗粒的摩尔比为0.2～1∶1。
所述复合材料经300℃～700℃的热处理后，抗压强度达到30MPa～40MPa。
本发明的复合材料属于一种高强度耐高温低导热绿色磷酸盐复合材料，所述的复合材料的基体不含铬，可以有效避免工作人员和环境造成一定的损害。本发明的复合材料基体内分布的ZrB2颗粒、或是分布的ZrB2和AlN颗粒可以很好的提升整体材料的力学性能，可充分利用所述颗粒本身的塑性变形或沿晶界滑移来缓解应力集中，通过弥散、相变等作用消耗外加应力从而提高现有技术中磷酸盐材料普遍存在的力学性能较差的性质。本发明的复合材料具有优异的力学性能，经实验发现经过经过700℃处理后本发明材料抗压强度达到约40MPa。
另外，本发明的复合材料还具有耐高温性能优异的特点，如经过长时间(2h)、高温(1700℃)马弗炉氧化处理，材料形貌完好无损。本发明的复合材料经过2000℃氧乙炔烧蚀，表面发生轻微烧蚀现象，烧蚀面形貌形成致密氧化层。
本发明所制备得到的磷酸盐材料属于轻质类型，是目前磷酸盐材料中密度较小的耐高温、高强和低热导率磷酸盐材料。文献(AlCrMg)x(PO4)y/MgO composite: A newthermal protection and insulation material up to 2400℃中报道的磷酸镁系磷酸密度在1.5-2.8g/cm3之间，见图12。
对比《原位生长莫来石增强磷酸铬铝高温透波材料的研究_陈宁》文献，其制备的磷酸盐材料密度均大于2.3g/cm3，见图13。
本发明还提供了一种轻质耐高温磷酸盐复合材料的制备方法，包括以下制备步骤，
1）将分析纯磷酸溶液加蒸馏水或去离子水稀释搅拌预热；
2）将固化剂ZrB2颗粒或是将固化剂ZrB2和AlN颗粒添加到1）步所得到的稀释磷酸溶液加热搅拌均匀；
3）将氢氧化铝和氢氧化镧粉体加入2）步所得到的混合溶液中搅拌反应后，于模具中固化成型。
目前耐高温磷酸盐的制备中关于基体的选择基本集中在磷酸铝铬溶液，但是含铬溶液制备和在后期使用中，难免对工作人员和环境造成一定的损害，所以本发明选择无铬的镧铝磷酸盐溶液为基体，在一定程度上更加绿色环保。并且本发明整体制备周期和制备工艺简单，原料便宜，利于后续大规模生产应用。本发明所采用的原料磷酸属于中强酸，或直接与碱性物质混合，容易发生因迅速反应放出大量的热造成液体飞溅，先添加固化剂ZrB2颗粒，或是ZrB2 和AlN颗粒可以防止液体飞溅，且由于稳定性较好的ZrB2或是ZrB2 和AlN固化剂不与磷酸反应，反而可以包裹在磷酸氢根周围，大幅度缓解后面酸碱中和放热的速率。本发明工艺中采用的固化剂是ZrB2颗粒，或是ZrB2 和AlN颗粒的加入增加了溶液的粘度，并通过加热促进溶液固化，可使得复合材料抗氧化性能优异，氧化后的产物熔点高，可以大幅提高磷酸盐材料的整体性能；进一步强化提升了复合材料的整体强度和耐温性。
本发明的方法优选是由包括以下原料配比制备而得，磷酸、ZrB2、AlN、氢氧化铝和氢氧化镧的摩尔比为(1.2～1.6)∶（0.4～0.6）∶（0～0.4）∶（0.6～0.8）∶（0.6～0.8）。
本发明AlN和ZrB2的摩尔比进一步优选为0.2～1。
本发明ZrB2的粒度优选为200目～400目。
本发明AlN的粒度优选为800目～1000目。
本发明通过对固化剂加入量的控制，使得本发明的材料的力学性能可以控制一个较好的效果。
所述的1）步中预热温度为30℃～50℃，搅拌预热时间为5min～10min。优选的预热温度为30℃～50℃。
所述1）步中稀释磷酸的粘度在2～5 Pa·s。优选按照质量比，分析纯磷酸：去离子水或蒸馏水=10∶3对磷酸进行稀释。
本发明通过稀释磷酸从而有效控制溶液的粘度，有利于后续添加固化剂ZrB2、AlN颗粒高效混合和整体溶液的固化成型的时间和温度的控制。
所述的2）步中加热搅拌的温度为50℃～60℃，搅拌时间为20min～25min；
本发明通过1）、2）步中搅拌时间的调控水分挥发，有效避免了后续固化时间的过长或固化温度过高。
所述3）步中搅拌反应后至得到的反应液的粘度为9～17 Pa·s，再置于模具中固化成型。
固化成型的温度是30℃～50℃，固化时间5min～10min。
优选的固化时间为7min-9min。
与当前现有技术，本发明具有以下以下优异之处：
1、制备工艺简单、周期短。所用原料试剂易得，价格低廉。整个制备过程不超过1小时，(从原料混合到固化成型)，并且制备温度不高，可以低温常压下快速固化成型。
2、本发明所制备复合材料能够经受2000℃左右的氧乙炔烧蚀的同时，还具有优异的力学性能，经过700℃处理的样品抗压强度达到约40MPa，见图7。
3、本发明所制备复合材料耐高温性能优异。所得的复合材料经过长时间(2h)、高温(1700℃)马弗炉氧化处理，样品形貌完好无损。样品经过2000℃氧乙炔烧蚀，表面发生轻微烧蚀现象，烧蚀面形貌形成致密氧化层。烧蚀后形貌见图8、图9。
4、本发明的复合材料隔热性能优异，120s喷枪持续烧蚀，烧蚀面温度逐渐达到1000℃以上，而背面温度始终在150℃以下，烧蚀隔热情况见图6。
附图说明
图1为实施例3所制得的材料样品低温固化后的实物形貌图。
图2为实施例1-9所制得的材料样品低温固化时间和固化后的密度，分别对应的样品编号为A-I。
图3为实施例1-9的所制得的材料样品A-I低温固化后的微观形貌图，图中对应的样品A-I表面表现出较为平整致密的微观形貌，并且外加ZrB2固化剂以及AlN等颗粒物能较为均匀的分布在基体中。
图4为实施例1-9的所制得的材料样品A-I低温固化后的XRD。
图5为实施例5制备样品不同温度的TG-DSC图。
图6为实施例5制备样品喷枪烧蚀图。
图7为实施例5制备样品和和对比例1制备的La-Al系磷酸盐不同温度处理后的抗压强度数据。
图8为实施例5制备样品经过2000℃氧乙炔烧蚀后烧蚀面图，a-c图分别表示烧蚀样品的烧蚀中心、烧蚀过渡和烧蚀边缘区，通过图片分析可以知道，烧蚀中心较过渡边缘区形成更加致密平整的烧蚀氧化层，烧蚀中心出现较多白色纳米级颗粒物，结合EDS和XRD图谱可知该白色纳米颗粒为LaPO4，并且中心区域生成较多10μm左右的枝晶状形貌，经过数据分析其主要是AlPO4物相。烧蚀过渡区表面形成大量微米级的细孔，表面存在较多浅坑和细小裂纹。样品的烧蚀边缘区表面形成大量“过长”不规则块状，可能是边缘区温度上升速率较慢并在30s的烧蚀时间下发生了晶粒的过度长大，使得样品表面发生较为稳定的烧结长大。图8 中的a1、b1、c1是其对应的a、b、c的放大图，通过放大图更能清晰说明烧蚀后表面的微观形貌物相情况。
图9为实施例8制备样品经过2000℃氧乙炔烧蚀后烧蚀面图，通过a-c图的SEM照片可以看出：整个烧蚀样品表面更为平整致密，没有出现图8所示的大块烧结产物 ，总体的烧蚀性能略微高于图8样品。图9中A1、B1、C1是其对应的A、B、C的放大图，通过放大图更能清晰说明烧蚀后表面的微观形貌物相情况。
图10为实施例5不同温度处理后样品的微观形貌图。
图11为实施例8不同温度处理后样品的微观形貌图。
图12对比文献(AlCrMg)x(PO4)y/MgO composite: A new thermal protectionand insulation material up to 2400℃中报道的磷酸镁系磷酸密度图。
图13对比《原位生长莫来石增强磷酸铬铝高温透波材料的研究_陈宁》文献，其制备的磷酸盐材料密度图。
图14 是 为实施例3制备样品经过2000℃氧乙炔烧蚀后烧蚀面图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明复合材料及其制备方法进行详细说明。
鉴于现有的热防护材料在制备以及抗压虽度性能方面的缺陷。本申请涉及了制备工艺简单并且耐2000℃高温材料，即以无铬的镧铝磷酸盐为基体，以ZrB2 为固化剂或是以ZrB2 和AlN为固化剂，再添加氢氧化铝和氢氧化镧等碱性物质促进进一步固化发生使得磷酸盐复合材料在常压低温即50℃便固化成型，并且具有较高的强度、耐高温和抗氧化性能优异。
本申请提供了一种高强耐高温隔热磷酸盐复合材料，是由磷酸、ZrB2、AlN、氢氧化铝和氢氧化镧等几种原料经一系列反应而得。
优选的所述磷酸、ZrB2 、AlN、氢氧化铝和氢氧化镧的摩尔比为(1.2～1.6)∶（0.4～0.6）∶（0～0.4）∶（0.6～0.8）∶（0.6～0.8）。
本发明AlN和ZrB2的摩尔比进一步优选为0.2～1。
本发明优选的制备步骤包括：
步骤1中所述的磷酸稀释溶液中，按照质量比，分析纯磷酸：去离子水=10∶3，稀释磷酸的粘度在2～5 Pa·s，所述预热水浴锅温度为40～50℃，搅拌预热时间为5min～10min。 稀释磷酸的目的是缓解溶液的粘度，减缓添加固化剂ZrB2和AlN颗粒造成整体溶液固化成型，从而达到ZrB2和AlN均匀混合的目的。
步骤2中，优选添加固化剂ZrB2颗粒和AlN颗粒促进磷酸固化，搅拌温度为50℃-60℃，搅拌时间为20min-25min。本发明添加的固化剂ZrB2不与磷酸发生放热反应，通过本发明选用固化剂的加入增加了溶液的粘度，加上一定的水浴锅加热促进溶液固化，并可以大幅提高磷酸盐材料的整体性能。
步骤3中，添加氢氧化铝和氢氧化镧的摩尔比为1～1.2 ，将上述混合金属碱倒入步骤2的混合溶液中，此时将烧杯从水浴锅取出，在室温下，手动搅拌5min～10min，粘度达到9～16 Pa·s，倒入固定模具，震动排气，固化成型。并在烘箱干燥养护2h。
对比例1
按比例称取Al(OH)3、H3PO 4、CuO、Al2O3、SiC粉末，所述Al(OH)3的含量为3重量份，所述H3PO4的含量为40重量份，所述CuO的含量为120重量份，所述Al2O 3的含量为5重量份，所述SiC的含量为3重量份，依次加入到液态H3PO4中，混合搅拌均匀配成磷酸铜材料，在烘箱中200℃处理2h，所制得的铜系磷酸盐只能经受1200℃左右的烧蚀，且在1300℃发生破坏，出现熔融现象。
对比例2
固化剂氧化锆粉体，称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5 Pa·s溶液。然后称取一定量的氧化锆粉体，氧化锆粉体占磷酸和氧化锆粉体总质量的40%，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2：1：1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，但是样品经过72小时仍未固化。
实施例1
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2，ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的30%，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2∶1∶1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型。
实施例2
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2，其中ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的35%，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2∶1∶1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型，时间是10min。
实施例3
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2，其中ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的40%，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2∶1∶1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型。通过图14可以看到，为本例所制得材料，是能够抵挡2000℃的烧蚀，但烧蚀后出现了烧蚀坑，且样品边缘容易剥落。
实施例4
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2和AlN，其中ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的35%，另外AlN的添加量按照ZrB2量的(摩尔)为1/3进行称量，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2∶1∶1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型。
对比例3
将60-80ml的蒸馏水加入0.8-1mol的H3PO4（分析纯）中，并将稀释好的磷酸放入80-85℃的水浴锅中加热、搅拌；之后将0.2-0.4mol的Al（OH）3加入预热的稀磷酸中搅拌直至溶液成一定黏度3-6 Pa·s。此时将0.1-0.2mol的CrO3加入上述溶液，待CrO3溶解立即加入0.1-0.2mol的H2O2。然后将混合液搅拌20-30min，便制得磷酸铝铬基胶黏剂。最后称取30份La2O3掺入磷酸铝铬中，在80-85℃水浴锅中不断搅拌直到合适黏度，倒入合适模具，放入50℃烘箱干燥固化1-2h，即得到30% La-Al系磷酸盐耐高温材料。
所得样品的抗压强度测试见图7。
所述的镧铝系磷酸盐，因为力学性能较差，出现烧蚀2000℃后样品出现脱落、破坏现象；而出现烧蚀破坏主要原因是力学性能较差造成的。
实施例5
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2和AlN，其中ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的35%，另外AlN的添加量按照ZrB2量的(摩尔)为2/3进行称量，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2：1：1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型。
对实施例5制备而得的磷酸盐复合材料进行不同温度长时间氧化处理，检测其热稳定性。
对磷酸盐复合材料进行长时间高温检测的工艺如下：
1、升温速率：5℃/min；温度为900℃；保温时间3h；气氛：环境；冷却方式：随炉冷却。
2、升温速率：5℃/min；温度为1200℃；保温时间3h；气氛：环境；冷却方式：随炉冷却。
3、升温速率：5℃/min；温度为1500℃；保温时间3h；气氛：环境；冷却方式：随炉冷却。
参见图10可以知道，本实施例制得的材料材料在不同温度长时间氧化处理，样品始终保持较好的形貌特征，没有出现明显的破坏现象，随着温度的升高，样品发生不同的烧结现象，逐渐形成Al和La基复合ZrB2颗粒的磷酸盐复合材料。
实施例6
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2和AlN，其中ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的35%，另外AlN的添加量按照ZrB2量的(摩尔)为1/1进行称量，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2∶1∶1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型。
实施例7
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2和AlN，其中ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的40%，另外AlN的添加量按照ZrB2量的(摩尔)为1/3进行称量，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2∶1∶1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型。
实施例8
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2和AlN，其中ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的40%，另外AlN的添加量按照ZrB2量的(摩尔)为2/3进行称量，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2∶1∶1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型。
对实施例8制备而得的磷酸盐复合材料进行不同温度长时间氧化处理，检测其热稳定性。
对磷酸盐复合材料进行长时间高温检测的工艺如下：
1、升温速率：5℃/min；温度为900℃；保温时间3h；气氛：环境；冷却方式：随炉冷却。
2、升温速率：5℃/min；温度为1200℃；保温时间3h；气氛：环境；冷却方式：随炉冷却。
3、升温速率：5℃/min；温度为1500℃；保温时间3h；气氛：环境；冷却方式：随炉冷却。
参见图11，通过图片可以知道，本实施例制得的材料在不同温度长时间氧化处理，样品始终保持较好的形貌特征，没有出现明显的破坏现象，随着温度的升高，样品发生不同的烧结现象，逐渐形成Al和La基复合ZrB2颗粒的磷酸盐复合材料。
实施例9
称取1.2mol的分析纯磷酸溶液，将磷酸和去离子水按照质量比10：3进行稀释，之后将稀释磷酸溶液放置在30℃-40℃水浴锅中进行充分预热、搅拌5min-10min，得到2-5Pa·s溶液。然后称取一定量的ZrB2和AlN，其中ZrB2占磷酸和ZrB2总质量的40%，另外AlN的添加量按照ZrB2量的(摩尔)为1/1进行称量，此时升高水浴锅的温度至50℃-60℃，搅拌时间为20-25min。待上述混合溶液充分混合后，称取一定量的氢氧化铝和氢氧化镧，其中磷酸：氢氧化铝：氢氧化镧按照按照2∶1∶1的摩尔比进行称量加入，此时关闭水浴锅温度，进行环境温度搅拌5-10min左右，溶液出现明显粘稠状，此时粘度为9-17 Pa·s，迅速倒入模具，并进行震动排气，放置到固化成型。
Claims (11)
1.一种轻质耐高温磷酸盐复合材料，其特征在于，复合材料的基体是无铬的镧铝磷酸盐，基体中磷酸铝与磷酸镧的摩尔比为1∶1～1.2；基体内分布有ZrB2颗粒、或是分布有ZrB2颗粒和AlN颗粒，颗粒大小是300目～1000目；密度为1.02g/cm3～1.12g/cm3，所述的颗粒占基体质量的 20%～30%。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，ZrB2的粒度在300目～400目，AlN粒度在800目～1000目。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，密度为1.05g/cm3～1.09g/cm3。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料经300℃～700℃的热处理后，抗压强度达到30MPa～40MPa。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，基体内分布有AlN颗粒和ZrB2颗粒的摩尔比为0.2～1。
6.一种轻质耐高温磷酸盐复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤，1）将分析纯磷酸溶液加蒸馏水或去离子水稀释搅拌预热；
2）将固化剂ZrB2颗粒或是将固化剂ZrB2和AlN颗粒添加到1）步所得到的稀释的磷酸溶液加热搅拌均匀；
3）将氢氧化铝和氢氧化镧粉体加入2）步所得到的混合溶液中搅拌反应后，于模具中固化成型。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，是由包括以下原料配比制备而得，磷酸、ZrB2 、AlN、氢氧化铝和氢氧化镧的摩尔比为(1.2～1.6)∶（0.4～0.6）：（0～0.4）∶（0.6～0.8）∶（0.6～0.8）。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，AlN和ZrB2的摩尔比为0.2～1。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述的1）步中预热温度为30℃～50℃，搅拌预热时间为5min～10min；固化成型的温度是30℃～50℃，固化时间5min～10min。
10.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述的2）步中加热搅拌的温度为50℃～60℃，搅拌时间为20min～25min。
11.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述1）步中稀释后磷酸的粘度在2～5 Pa·s；所述3）步中搅拌反应后至得到的反应液的粘度为9～17 Pa·s，再置于模具中固化成型。
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