[发明专利]一种单相烧绿石型La2Zr2O7纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相稀土氧化物陶瓷超细粉体的制备方法，特别是涉及用溶胶凝胶法制备单相烧绿石型La₂Zr₂O₇纳米粉体。

背景技术

随着航空涡轮发动机的燃气温度和压力不断提高，传统的高温结构合金已经无法满足需求，提高材料在更高温度下的稳定性和服役寿命是迫切需要解决的问题。目前，热障涂层（TBCs）技术通过降低本体材料的表面温度以提高发动机服役寿命，已成为当前研究的热点。通常制备TBCs的方法有等离子喷涂法、电子束物理气相沉积法、化学气相沉积法和激光熔融法等，其中，发展比较成熟、应用最广泛的是等离子喷涂法，其原料为粉体材料。锆酸镧（La₂Zr₂O₇）是一种烧绿石结构的材料，具有较低的热导率、在熔点以下无相变、热稳定性好等优异性能而作为中高温下使用的优选粉体材料，而制备出单一晶相、结晶度高、分散性好、颗粒度小的La₂Zr₂O₇粉体则是影响等离子喷La₂Zr₂O₇涂层性能的关键。

常用的制备La₂Zr₂O₇粉体的方法是固相法，但固相反应法合成温度较高（1550～1650℃），难以控制组成和结晶相，并且固相法得到的La₂Zr₂O₇粉体晶粒尺寸较大、粒径分布不均匀，这就限制了其在高温下的应用。液相法制备La₂Zr₂O₇的优势在于：先驱体以分子水平混合，从而最终得到的粉体颗粒较小且分散均匀。目前较成熟的液相制备工艺是共沉淀法，专利CN101407336A公开了一种La₂Zr₂O₇粉体的共沉淀制备方法，将含Zr⁴⁺和La³⁺的两种先驱体溶液混合，加入沉淀剂生成沉淀，经洗涤、高温焙烧得到La₂Zr₂O₇粉体，这种方法得到的粉体颗粒度大，且结构中含有杂质相萤石结构。

溶胶凝胶法属于液相法范畴，与传统的共沉淀法相比，制备La₂Zr₂O₇粉体颗粒更小，可达纳米水平，且物相组成为单一烧绿石相，颗粒均匀性和纯度高，具有抗烧结、高温相稳定性好、机械强度高等优势，更适合作为等离子喷涂TBCs用粉体材料。文献1“刘树信,王海滨.原位合成La₂Zr₂O₇-YSZ复合材料及高温热稳定性研究,中国粉体技术,2011,17(4):65-70.”公布了一种La₂Zr₂O₇-YSZ粉体的溶胶凝胶制备方法，其采用金属硝酸盐作为原料，柠檬酸作为络合剂制备了La₂Zr₂O₇-YSZ粉体，但由于未加入分散剂，所得粉体的颗粒尺寸较大，达到微米级。文献2“Vladimir Sevast’yanov,Elizaveta Simonenko,Nikolai Simonenko,et al.Synthesis of finely dispersed La₂Zr₂O₇,La₂Hf₂O₇,Gd₂Zr₂O₇and Gd₂Hf₂O₇oxides.Mendeleev Commun.,2013,23:17-18.”采用金属无机盐作为原料，添加浓硝酸、柠檬酸、乙二醇，采用氨水调节pH值，制备出La₂Zr₂O₇纳米粉体，但是由于氨水无法缓慢控制pH值的变化，胶体颗粒难以均匀长大，从而导致结晶性较差。

发明内容