CN117682545A - 一种稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用、红外隐身涂层的制备方法 - Google Patents
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- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用、红外隐身涂层的制备方法，涉及红外隐身材料技术领域。本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料为萤石结构，化学式为Ce1‑ xAxO2；其中，0.1≤x≤0.3，A为Gd、Yb或Lu。本发明通过在CeO2中掺杂单一的稀土元素A(Gd、Yb或Lu)，稀土元素A固溶进CeO2的晶格中，提高了自由载流子浓度，进而减小红外发射率。实施例的结果表明，本发明提供的稀土氧化铈材料在室温3～5μm波段范围内的平均发射率为0.074～0.13，其中4～5μm波段发射率低于0.08。将本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料用于制备红外隐身涂层，能够满足红外隐身需求。
Description
技术领域
本发明涉及红外隐身材料技术领域，尤其涉及一种稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用、红外隐身涂层的制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，军事探测技术日趋成熟，飞行器在飞行过程中被红外探测和识别的风险不断增加，提升材料的红外隐身性能十分重要。
在物体辐射过程可根据斯蒂芬-玻尔兹曼公式E＝σεT4(E为物体的红外辐射能量；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；ε为物体的发射率；T为物体的绝对温度)计算红外辐射信号强度或红外辐射能。可通过降低温度和减小发射率来降低物体的红外辐射量，进而提高物体的红外隐身性能。其中，降低温度可通过发展隔热材料和相变材料来实现，但这种方法需要引入较多的材料设备，结构复杂，几何形状限制明显且损失动力使得其应用受到一定的限制。为了保证飞行器具有足够的动力和推重比，降低表面温度这一方式可行性不高，因此采用在物体表面应用低红外发射率材料的方式减小物体的红外辐射能量，成为提高物体红外隐身性能的关键。根据维恩位移定律可以得到，当温度超过800℃时，目标红外辐射的主要来源波段为3～5μm。因此，降低短波范围内红外发射率变得尤为重要。
CeO2具有较高熔点、抗氧化、较低红外发射率等特点，被认为是红外隐身应用的候选材料，但其发射率仍无法满足红外隐身需求(常温在3～5μm波段发射率最低值约为0.4)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用、红外隐身涂层的制备方法，本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料在3～5μm波段的发射率低，能够满足红外隐身需求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种稀土掺杂氧化铈材料，为萤石结构，化学式如式1所示：Ce1-xAxO2式1；式1中，0.1≤x≤0.3，A为Gd、Yb或Lu。
本发明提供了上述方案所述稀土掺杂氧化铈材料的制备方法，包括以下步骤：
将A的氧化物粉体和CeO2粉体进行湿法球磨，干燥，得到混合粉体；所述A为Gd、Yb或Lu；所述A的氧化物粉体中A和CeO2粉体的摩尔比为x:(1-x)；
将所述混合粉体进行第一烧结，得到所述稀土掺杂氧化铈材料。
优选的，所述第一烧结的温度为1600℃，保温时间为2h。
本发明提供了上述方案所述的稀土掺杂氧化铈材料或上述方案所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料在红外隐身涂层中的应用。
本发明提供了一种红外隐身涂层的制备方法，包括以下步骤：
将稀土掺杂氧化铈材料的粉体、粘结剂和水进行混合球磨，得到浆料；所述稀土掺杂氧化铈材料为上述方案所述稀土掺杂氧化铈材料或上述方案所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料；
将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形造粒粉；
将所述球形造粒粉依次进行排胶、升温和第二烧结，得到轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒；
采用等离子喷涂将所述轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒喷涂到带有粘结层的基体表面，形成所述红外隐身涂层。
优选的，所述等离子喷涂的条件包括：电流为600～700A，主气氩气的流量为45～55SCFH，辅气氢气的流量为6～7SCFH，载气氩气的流量为3～5SCFH；送粉率为4～5RPM；喷枪与基体之间的距离为85～110mm。
优选的，所述粘结剂包括聚乙烯醇；所述粘结剂的质量为稀土掺杂氧化铈材料的粉体质量的0.5％；所述浆料的固含量为35～45％。
优选的，所述喷雾造粒在喷雾干燥机中进行，所述雾干燥机的进口温度为230～270℃，出口温度为140～150℃，蠕动泵转速为36～40r/s。
优选的，所述排胶的温度为540～570℃，保温时间为3～3.5h。
优选的，所述第二烧结的温度为1280～1350℃，保温时间为1.5～2.5h。
本发明提供了一种稀土掺杂氧化铈材料，为萤石结构，化学式如式1所示：Ce1-xAxO2式1；式1中，0.1≤x≤0.3，A为Gd、Yb或Lu。本发明通过在CeO2中掺杂单一的稀土元素A(Gd、Yb或Lu)，稀土元素A固溶进CeO2的晶格中，提高了自由载流子浓度，进而减小红外发射率。实施例的结果表明，本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料在室温3～5μm波段范围内的平均发射率为0.074～0.13，其中4～5μm波段发射率低于0.08。
将本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料用于制备红外隐身涂层，形成的涂层在室温、3～5μm波段最低发射率达到0.5036，能够满足红外隐身需求。
此外，相比传统的金属类涂层材料耐温性差、高温下容易被氧化，无法在高温下长时间使用，本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料在高温下具有更好的稳定性。
附图说明
图1为实施例1制备的Ce0.9Gd0.1O2粉体的XRD谱图；
图2为实施例1制备的Ce0.9Gd0.1O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱；
图3为实施例2制备的Ce0.7Lu0.3O2粉体的XRD谱图；
图4为实施例2制备的Ce0.7Lu0.3O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱；
图5为实施例3制备的Ce0.8Yb0.2O2粉体的XRD谱图；
图6为实施例3制备的Ce0.8Yb0.2O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱；
图7为实施例4制备的Ce0.9Lu0.1O2粉体的XRD谱图；
图8为实施例4制备的Ce0.9Lu0.1O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱；
图9为实施例5制备的Ce0.7Gd0.3O2粉体的XRD谱图；
图10为实施例5制备的Ce0.7Gd0.3O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱；
图11为对比例1制备的Gd2Ce2O7粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱；
图12为应用例1步骤(5)制备得到的轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒的SEM图；
图13中(a)为单个颗粒表面形貌图；(b)为单个颗粒表面形貌放大图；(c,d,e)为元素分析图谱；
图14应用例1的红外隐身涂层的XRD图谱；
图15中(a)为应用例1的红外隐身涂层的实物图，(b)为表面形貌图，(c)为纵向截面形貌图；
图16为应用例1的红外隐身涂层的红外发射率图谱。
具体实施方式
本发明提供了一种稀土掺杂氧化铈材料，为萤石结构，化学式如式1所示：Ce1-xAxO2式1；式1中，0.1≤x≤0.3，A为Gd、Yb或Lu。
在本发明中，所述x具体可以为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，在本发明的实施例中，具体为0.1、0.2或0.3。
本发明通过在CeO2中掺杂单一的稀土元素A(Gd、Yb或Lu)，稀土元素A固溶进CeO2的晶格中，提高了自由载流子浓度，进而减小氧化铈的红外发射率。
本发明提供了上述方案所述稀土掺杂氧化铈材料的制备方法，包括以下步骤：
将A的氧化物粉体和CeO2粉体进行湿法球磨，干燥，得到混合粉体；所述A为Gd、Yb或Lu；所述A的氧化物粉体中A和CeO2粉体的摩尔比为x:(1-x)；
将所述混合粉体进行第一烧结，得到所述稀土掺杂氧化铈材料。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
本发明将A的氧化物粉体和CeO2粉体进行湿法球磨(记为第一湿法球磨)，干燥，得到混合粉体。
在本发明中，所述A为Gd、Yb或Lu；当A为Gd时，所述A的氧化物粉体为Gd2O3粉体；当A为Yb时，所述A的氧化物粉体为Yb2O3粉体；当A为Lu时，所述A的氧化物粉体为Lu2O3粉体。
在本发明中，所述A的氧化物粉体和CeO2粉体的平均粒径均优选为500nm，纯度均优选大于99.9％。在本发明中，所述A的氧化物粉体中A和CeO2粉体的摩尔比为x:(1-x)，其中0.1≤x≤0.3。
所述第一湿法球磨前，本发明优选还包括去除所述A的氧化物粉体和CeO2粉体中的结晶水。在本发明中，当所述A的氧化物粉体为Gd2O3粉体、Yb2O3粉体或Lu2O3粉体时，去除所述Gd2O3粉体、Yb2O3粉体或Lu2O3粉体中的结晶水优选包括：将Gd2O3粉体、Yb2O3粉体或Lu2O3粉体置于刚玉坩埚中，以3～7℃/min的升温速率升至1000℃保温2h，而后随炉冷却。去除CeO2粉体中的结晶水优选包括：将CeO2粉体置于刚玉坩埚中，以3～7℃/min的升温速率升至400℃保温2h，而后随炉冷却。本发明去除原料粉体中的结晶水能够保证制备稀土掺杂氧化铈材料的化学计量比的准确性。
在本发明中，所述第一湿法球磨的研磨介质优选包括Φ8mm、Φ5mm和Φ3mm的氧化锆球；其中，Φ8mm、Φ5mm和Φ3mm的氧化锆球质量比优选为1：2：(1～2)；所述第一湿法球磨的球料比优选为(3～5):1，更优选为(3.5～4.5)：1。在本发明中，所述第一湿法球磨的分散介质优选为无水乙醇；本发明对所述无水乙醇的用量没有特殊要求，能够将原料粉体分散均匀即可。在本发明中，所述第一湿法球磨的转速优选为220～280rpm，进一步优选为240～260rpm；球磨时间优选为5～7h，更优选为5.5～6h。
在本发明中，所述干燥的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃，进一步优选为70℃；所述干燥的时间优选为8～15h，更优选为10～13h，进一步优选为12h。
得到混合粉体后，本发明将所述混合粉进行第一烧结，得到所述稀土掺杂氧化铈材料。
本发明优选先将所述混合粉体进行研磨，然后过120目筛，取筛下物进行第一烧结。在本发明中，所述第一烧结的温度优选为1600℃，保温时间优选为2h。在本发明中，升温至所述第一烧结的温度的速率优选为3～6℃/min，更优选为4～5℃/min。在本发明中，所述第一烧结优选在空气氛围下进行。本发明在所述第一烧结过程中，CeO2与A的氧化物发生固溶，形成固溶体Ce1-xAxO2。
本发明提供了上述方案所述的稀土掺杂氧化铈材料或上述方案所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料在红外隐身涂层中的应用。
本发明提供了一种红外隐身涂层的制备方法，包括以下步骤：
将稀土掺杂氧化铈材料的粉体、粘结剂和水进行混合球磨，得到浆料；
将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形造粒粉；所述稀土掺杂氧化铈材料为上述技术方案所述的稀土掺杂氧化铈材料或上述方案所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料；
将所述球形造粒粉依次进行排胶、升温和第二烧结，得到轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒；
采用等离子喷涂将所述轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒喷涂到带有粘结层的基体表面，形成所述红外隐身涂层。
本发明将稀土掺杂氧化铈材料的粉体、粘结剂和水进行混合球磨，得到浆料。在本发明中，所述稀土掺杂氧化铈材料的粉体优选由稀土掺杂氧化铈材料经湿法球磨(记为第二湿法球磨)和干燥得到；所述第二湿法球磨的研磨介质优选包括Φ8mm、Φ5mm和Φ3mm的氧化锆球；其中，Φ8mm、Φ5mm和Φ3mm的氧化锆球质量比优选为1：2：(1～2)；所述第二湿法球磨的球料比优选为(4～5):1。在本发明中，所述第二湿法球磨的分散介质优选为无水乙醇；本发明对所述无水乙醇的用量没有特殊要求，能够将原料粉体分散均匀即可。在本发明中，所述第二湿法球磨的转速优选为300～400rpm，进一步优选为330～370rpm；球磨时间优选为8～12h，更优选为10h。
在本发明中，所述干燥的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃；所述干燥的时间优选为10～13h，更优选为11～12h。在本发明中，所述稀土掺杂氧化铈材料的粉体的粒径优选小于120目(即120目的筛下物)。
在本发明中，所述粘结剂优选包括聚乙烯醇；所述粘结剂的质量优选为稀土掺杂氧化铈材料的粉体质量的0.5％；本发明对所述水的用量没有特殊要求，优选满足所述浆料的固含量为35～45％即可。在本发明中，所述浆料的固含量进一步优选为38～42％。
在本发明中，所述混合球磨优选在行星式球磨机中进行；所述混合球磨所用球磨球优选为氧化锆球磨球，直径为8mm、5mm和3mm，直径为8mm、5mm和3mm的球磨球的质量比优选为1：2：1。在本发明中，所述混合球磨的球料比优选为(3～5)：1，球磨速度优选为300～350rpm，球磨时间优选为2～2.5h。
得到浆料后，本发明将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形造粒粉。
在本发明中，所述喷雾造粒优选在喷雾干燥机中进行，所述雾干燥机的进口温度优选为230～270℃，更优选为240～260℃；出口温度优选为140～150℃，更优选为150℃；蠕动泵转速优选为36～40r/s，更优选为38～40r/s。本发明通过喷雾造粒获得球形度较好、颗粒完整的球状颗粒，便于后续喷涂涂层的制备。
得到球形造粒粉后，本发明将所述球形造粒粉依次进行排胶、升温和第二烧结，得到轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒。
在本发明中，所述排胶的温度优选为540～570℃，更优选为550～560℃；所述排胶的保温时间优选为3～3.5h；升温至所述排胶的温度的速率优选为1～2℃/min；所述排胶在空气氛围下进行。本发明通过排胶减少粘结剂对喷涂涂层性能的影响。
在本发明中，自排胶温度升温至第二烧结的温度的速率优选为4～6℃/min。在本发明中，所述第二烧结的温度优选为1280～1350℃，更优选为1300～1320℃；保温时间优选为1.5～2.5h，更优选为2h；所述第二烧结优选在空气氛围下进行。本发明通过第二烧结，使稀土掺杂氧化铈颗粒发生轻微烧结，进而使小颗粒间的结合更加紧密，使得球形粉末不易破碎，有利于喷涂涂层的制备。
得到轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒后，本发明采用等离子喷涂将所述轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒喷涂到带有粘结层的基体表面，形成所述红外隐身涂层。
本发明对所述带有粘结层的基体的制备没有特殊要求，采用本领域熟知的方法在基体表面制备粘结剂层即可。本发明对所述基体和粘结剂层没有特殊的要求，采用本领域熟知的基体和粘结剂即可。在本发明的实施例中，所述粘结层具体为NiCrCoAlY。在本发明中，具体是将轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒喷涂到粘结剂层表面。
所述等离子喷涂前，本发明优选利用标准筛对轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒粒径进行控制，取孔径为50μm标准筛的筛下物，孔径为90μm标准筛的筛上物，进而得到粒径范围为50～90μm的轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒进行等离子喷涂。
在本发明中，所述等离子喷涂的条件优选包括：电流为600～700A，主气氩气的流量为45～55SCFH，辅气氢气的流量为6～7SCFH，载气氩气的流量为3～5SCFH；送粉率为4～5RPM；喷枪与基体之间的距离为85～110mm；进一步的，所述等离子喷涂的电流更优选为620～680A，进一步优选为640～660A；所述主气氩气的流量更优选为48～53SCFH，进一步优选为49～50SCFH；所述载气氩气的流量更优选为3.5～4.5SCFH，进一步优选为4SCFH；所述喷枪与基体之间的距离更优选为90～105mm，进一步优选为90～100mm。
在本发明中，所述红外隐身涂层的厚度优选为150～250μm，更优选为170～230μm，进一步优选为190～200μm。
下面结合实施例对本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
Ce0.9Gd0.1O2粉体的制备：
将Gd2O3原料粉在1000℃热处理2h后随炉冷却至70℃，CeO2原料粉在400℃热处理2h后随炉冷却至70℃后，按照Ce0.9Gd0.1O2的配比将Gd2O3、CeO2置于球磨罐中，以无水乙醇作为介质进行球磨，得到浆料；其中，氧化锆球磨球的直径大小为Φ8mm、Φ5mm、Φ3mm，质量比为1：2：1，球料质量比为4：1，球磨时间为6h，转速为250rpm。
将上述浆料倒入蒸发皿中，在70℃的烘箱中干燥12h去除无水乙醇，得到混合粉体。
将混合粉体置于研钵中充分研磨至无团聚块体后过120目筛，装入刚玉坩埚中放入马弗炉内，在空气气氛下以5℃/min的升温速率升温至1600℃保温2h后，随炉冷却至室温，得到Ce0.9Gd0.1O2粉体。
将上述粉体进行XRD检测，得到XRD谱图如图1所示。根据图1可知，该粉体的衍射峰与CeO2标准卡片PDF#81-0792一致，无其他杂峰出现，故可证明Gd已经完全固溶进CeO2晶格中，为萤石结构。
常温发射率测试采用反射法，仪器为德国BRUKER公司的FTIRBruker INVENIO R型号傅里叶红外光谱仪，每次测量前均测量金镜反射光谱来扣除背底，误差在0.1％以下。Ce0.9Gd0.1O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱见图2；该粉体在3～5μm波段范围内的平均发射率为0.12，其中4～5μm波段发射率低于0.08。
实施例2
Ce0.7Lu0.3O2粉体的制备：
将Lu2O3原料粉在1000℃热处理2h后随炉冷却至70℃，CeO2原料粉在400℃热处理2h后随炉冷却至70℃后，按照Ce0.7Lu0.3O2的配比将Lu2O3、CeO2置于球磨罐中，以无水乙醇作为介质进行球磨，得到浆料；其中，氧化锆球磨球的直径大小为Φ8mm、Φ5mm、Φ3mm，质量比为1：2：1，球料质量比为4：1，球磨时间为6h，转速为250rpm。
将上述浆料倒入蒸发皿中，在70℃的烘箱中干燥12h去除无水乙醇，得到混合粉体。
将混合粉体置于研钵中充分研磨至无团聚块体后过120目筛，装入刚玉坩埚中放入马弗炉内，在空气气氛下以5℃/min的升温速率升温至1600℃保温2h后，随炉冷却至室温，得到Ce0.7Lu0.3O2粉体。
将上述粉体进行XRD检测，得到XRD谱图如图3所示。根据图3可知，该粉体的衍射峰与CeO2标准卡片PDF#81-0792一致，无其他杂峰出现，故可证明Lu已经完全固溶进CeO2晶格中，为萤石结构。
常温发射率测试采用反射法，仪器为德国BRUKER公司的FTIRBruker INVENIO R型号傅里叶红外光谱仪，每次测量前均测量金镜反射光谱来扣除背底，误差在0.1％以下。Ce0.9Gd0.1O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱见图4；该粉体在3～5μm波段范围内的平均发射率为0.098。
实施例3
Ce0.8Yb0.2O2粉体的制备:
将Yb2O3原料粉在1000℃热处理2h后随炉冷却至70℃，CeO2原料粉在400℃热处理2h后随炉冷却至70℃后，按照Ce0.8Yb0.2O2的配比将Yb2O3、CeO2置于球磨罐中，以无水乙醇作为介质进行球磨，得到浆料；其中，氧化锆球磨球的直径大小为Φ8mm、Φ5mm、Φ3mm，质量比为1：2：1，球料质量比为4：1，球磨时间为6h，转速为250rpm。
将上述浆料倒入蒸发皿中，在70℃的烘箱中干燥12h去除无水乙醇，得到混合粉体。
将混合粉体置于研钵中充分研磨至无团聚块体后过120目筛，装入刚玉坩埚中放入马弗炉内，在空气气氛下以5℃/min的升温速率升温至1600℃保温2h后，随炉冷却至室温，得到Ce0.8Yb0.2O2粉体。
将上述粉体进行XRD检测，得到XRD谱图如图5所示。根据图5可知，该粉体的衍射峰与CeO2标准卡片PDF#81-0792一致，无其他杂峰出现，故可证明Yb已经完全固溶进CeO2晶格中，为萤石结构。
常温发射率测试采用反射法，仪器为德国BRUKER公司的FTIRBruker INVENIO R型号傅里叶红外光谱仪，每次测量前均测量金镜反射光谱来扣除背底，误差在0.1％以下。Ce0.8Yb0.2O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱见图6；该粉体在3～5μm波段范围内的平均发射率为0.094。
实施例4
Ce0.9Lu0.1O2粉体的制备：
将Lu2O3原料粉在1000℃热处理2h后随炉冷却至70℃，CeO2原料粉在400℃热处理2h后随炉冷却至70℃后，按照Ce0.9Lu0.1O2的配比将Lu2O3、CeO2置于球磨罐中，以无水乙醇作为介质进行球磨，得到浆料；其中，氧化锆球磨球的直径大小为Φ8mm、Φ5mm、Φ3mm，质量比为1：2：1，球料质量比为4：1，球磨时间为6h，转速为250rpm。
将上述浆料倒入蒸发皿中，在70℃的烘箱中干燥12h去除无水乙醇，得到混合粉体。
将混合粉体置于研钵中充分研磨至无团聚块体后过120目筛，装入刚玉坩埚中放入马弗炉内，在空气气氛下以5℃/min的升温速率升温至1600℃保温2h后，随炉冷却至室温，得到Ce0.9Lu0.1O2粉体。
将上述粉体进行XRD检测，得到XRD谱图如图7所示。根据图7可知，该粉体的衍射峰与CeO2标准卡片PDF#81-0792一致，无其他杂峰出现，故可证明Lu已经完全固溶进CeO2晶格中，为萤石结构。
常温发射率测试采用反射法，仪器为德国BRUKER公司的FTIRBruker INVENIO R型号傅里叶红外光谱仪，每次测量前均测量金镜反射光谱来扣除背底，误差在0.1％以下。Ce0.9Lu0.1O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱见图8；该粉体在3～5μm波段范围内的平均发射率为0.074，其中4～5μm波段发射率低于0.05。
实施例5
Ce0.7Gd0.3O2粉体的制备：
与实施例1的不同之处仅在于将x替换为0.3。
将上述粉体进行XRD检测，得到XRD谱图如图9所示。根据图9可知，该粉体的衍射峰与CeO2标准卡片PDF#81-0792一致，无其他杂峰出现，故可证明Gd已经完全固溶进CeO2晶格中，为萤石结构。
Ce0.7Gd0.3O2粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱见图10；该粉体在3～5μm波段范围内的平均发射率为0.13。
对比例1
与实施例1的区别仅在于x＝0.5，但掺杂含量为0.5时，化学式一般写为RE2Ce2O7(RE为稀土)，RE和Ce的原子比为1∶1，即x为0.5
Gd2Ce2O7粉体的制备：
Gd2Ce2O7粉体在3～14μm波段内的红外发射率图谱见图11；该粉体在3～5μm波段范围内的平均发射率为0.16，均高于上述掺杂0.1～0.3的粉体发射率。
应用例1
(1)为了获得符合喷雾造粒标准的粉体，将过筛后的Ce0.8Yb0.2O2粉体放入球磨罐中，以无水乙醇为分散剂，所用球磨球为氧化锆球磨球，直径比为8mm：5mm：3mm，质量比为1：2：1，球磨速度为350rpm，球磨时间为10h。将所获得的浆料放入大烧杯中，放入70℃烘箱中烘干12h以去除无水乙醇，获得符合喷雾造粒标准的Ce0.8Yb0.2O2粉体。
(2)以去离子水为分散剂，粘结剂聚乙烯醇(PVA)的质量为Ce0.8Yb0.2O2粉体的0.5wt％，利用行星式球磨机将Ce0.8Yb0.2O2粉体与PVA混合均匀，所用球磨球为氧化锆球磨球，直径比为8mm：5mm：3mm，质量比为1：2：1，球料比为4：1，球磨速度为300rpm，球磨时间为2.5h，得到浆料，固含量为40％。
(3)使用喷雾干燥机进行喷雾造粒，提前打开喷雾干燥机的风机进行预热，进口温度为250℃，出口温度为150℃，蠕动泵的转速为40r/s，得到球形造粒粉。
(4)将球形造粒粉放入刚玉坩埚中，以2℃/min的升温速率升温至550℃保温3h以排除PVA，减少粘结剂对喷涂涂层性能的影响，以5℃/min的升温速率升温至1300℃保温2h，后随炉冷却至25℃，得到轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒。
(5)利用标准筛对轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒粒径进行控制，取孔径为50μm标准筛的筛下物，取孔径为90μm标准筛的筛上物，进而得到粒径范围为50～90μm的轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒。
(6)所用等离子喷涂设备喷枪型号为F4，基体选用的是高温合金基体，喷涂前对基体进行喷砂处理。为减轻陶瓷涂层与基体间的热失配，粘结层选用NiCrCoAlY。等离子喷涂条件优选包括：电流650A，主气氩气的流量为50SCFH，辅气氢气的流量为6.5SCFH，载气氩气的流量为4SCFH；送粉率为4.3RPM；喷枪与基体之间的距离为90mm，形成红外隐身涂层。
表征：
对步骤(5)所述轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒表面形貌进行观察，如图12所示，轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒为球形，对其放大后进行观察(如图13所示)，烧结后的颗粒表面出现烧结颈，使得轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒表面的结合更紧密，内聚强度增强。球形颗粒表面完好，不存在明显裂纹。
按照GB/T 39696-2020和GB/T 31057.1-2014检测步骤(5)制备得到的氧化物陶瓷颗粒的流动性和松装密度，检测得到的流动性为53.48s/50g，松装密度为1.2648g/cm3。
将上述制备的红外隐身涂层进行XRD检测，结果如图14所示，所述红外隐身涂层的衍射峰与CeO2标准卡片PDF#81-0792一致，无其他杂峰出现，故可证明造粒、烧结和喷涂过程不会造成物相结构的改变。
图15中(a)为制备的红外隐身涂层的实物图，(b)为红外隐身涂层表面的SEM图，由图可知，涂层表面完好，较为平整。对涂层的纵截面进行SEM观察，得到SEM图，如图15中(c)所示，箭头标识的位置为涂层的厚度，由图可知，红外隐身涂层的厚度约为200μm，涂层与基体之间的结合性能较好，基体表面的凹凸不平形貌有助于提高涂层的结合强度。
发射率测试采用的是德国BRUKER公司的FTIR Bruker INVENIOR型号傅里叶红外光谱仪，测得应用例1红外隐身涂层的反射率。因为制备的涂层不透明，对于不透明度材料，其吸收率(α)与反射率(ρ)之和为1，再根据基尔霍夫定律，热平衡条件下材料发射率与其吸收率相等，即可推算出材料的发射率值。测试温度为室温，测试波段为3～14μm，涂层在该测试条件下的发射率图谱如图16所示。其中，3～5μm波段最低值为0.5036。
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)
1.一种稀土掺杂氧化铈材料，其特征在于，为萤石结构，化学式如式1所示：Ce1-xAxO2式1；式1中，0.1≤x≤0.3，A为Gd、Yb或Lu。
2.权利要求1所述稀土掺杂氧化铈材料的制备方法，包括以下步骤：
将A的氧化物粉体和CeO2粉体进行湿法球磨，干燥，得到混合粉体；所述A为Gd、Yb或Lu；所述A的氧化物粉体中A和CeO2粉体的摩尔比为x:(1-x)；
将所述混合粉体进行第一烧结，得到所述稀土掺杂氧化铈材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的温度为1600℃，保温时间为2h。
4.权利要求1所述的稀土掺杂氧化铈材料或权利要求2～3任一项所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料在红外隐身涂层中的应用。
5.一种红外隐身涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将稀土掺杂氧化铈材料的粉体、粘结剂和水进行混合球磨，得到浆料；所述稀土掺杂氧化铈材料为权利要求1所述稀土掺杂氧化铈材料或权利要求2～3任一项所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料；
将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形造粒粉；
将所述球形造粒粉依次进行排胶、升温和第二烧结，得到轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒；
采用等离子喷涂将所述轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒喷涂到带有粘结层的基体表面，形成所述红外隐身涂层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述等离子喷涂的条件包括：电流为600～700A，主气氩气的流量为45～55SCFH，辅气氢气的流量为6～7SCFH，载气氩气的流量为3～5SCFH；送粉率为4～5RPM；喷枪与基体之间的距离为85～110mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚乙烯醇；所述粘结剂的质量为稀土掺杂氧化铈材料的粉体质量的0.5％；所述浆料的固含量为35～45％。
8.根据权利要求5或7所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾造粒在喷雾干燥机中进行，所述雾干燥机的进口温度为230～270℃，出口温度为140～150℃，蠕动泵转速为36～40r/s。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述排胶的温度为540～570℃，保温时间为3～3.5h。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二烧结的温度为1280～1350℃，保温时间为1.5～2.5h。
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