[发明专利]一种无压烧结工艺制备YAM陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及三元氧化物陶瓷及其成型制备方法，具体涉及一种无压烧结工艺制备YAM陶瓷的方法。

背景技术

航空、航天技术的快速发展对材料的性能提出了越来越高的要求，尤其是高超声速飞行器和先进推进系统—超燃冲压发动机的飞速发展使材料和结构面临新的挑战。它们要求材料能够承受高超声速飞行面临的极端热、力和腐蚀环境，因此，防隔热一体化材料是高超声速临近空间飞行器防隔热部件和热密封组件的关键材料，耐高温低热导率材料的研发具有越来越重要的作用。

Y-Al-O体系陶瓷具有高熔点、低热导率和良好的热、化学稳定性好、抗高温水蒸气腐蚀等优点，近年来越来越受到人们的关注。Y-Al-O体系陶瓷主要包括三种相：Y₃Al₅O₁₂(YAG)相,Y₄Al₂O₉(YAM)相和YAlO₃(YAP)相，目前为止，YAG相是研究最多的Y-Al-O陶瓷体系。Zhan等人通过利用第一性原理计算的方法分别研究了Y-Al-O体系中三个相的热导率，发现YAG、YAM和YAP都具有较低的热导率，而其中YAM的热导率最低(YAG:1.59W·m^-1·K^-1,YAP:1.61W·m^-1·K^-1,YAM:1.10W·m^-1·K^-1)，同时Zhan等人从理论上发现了与YAG相比，YAM陶瓷具有更低的弹性模量(YAG:290MPa,YAM:190MPa)，说明YAM陶瓷应该具有更加优异的抗热震性能。这些优异性能使得YAM（Y₄Al₂O₉）作为防隔热一体化结构件、高温弹性密封元件、抗氧化和水蒸气涂层在未来的高超声速临近空间飞行器中具有潜在的应用。

目前为止，单相YAM块体陶瓷是采用热压法制备得到，但热压法所制备的材料尺寸和形状都有一定的局限性，例如大尺寸或复杂形状的材料很难利用热压法得到，且致密度差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种无压烧结工艺制备YAM陶瓷的方法，该制备方法不仅大大提高了陶瓷材料的致密度，而且可以制备出较大尺寸和复杂形状的YAM陶瓷材料，以满足航天航空领域的特殊需求。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种无压烧结工艺制备YAM陶瓷的方法，包括如下步骤：

（1）将Y₄Al₂O₉陶瓷粉体与聚乙烯醇PVA混合均匀，然后装入模具中预成型；

（2）将预成型后的Y₄Al₂O₉陶瓷进行冷等静压处理；

（3）将冷等静压处理后的Y₄Al₂O₉陶瓷在通有惰性气体保护气氛的烧结炉中，以2～20℃/min的升温速率升至1500～2000℃，烧结1～3小时，得到YAM块体陶瓷。

在上述无压烧结工艺制备YAM陶瓷的方法中，步骤（1）中Y₄Al₂O₉陶瓷粉体的颗粒度为1～5微米。

在上述无压烧结工艺制备YAM陶瓷的方法中，步骤（1）中Y₄Al₂O₉陶瓷粉体使用前进行细化处理，具体为：以去离子水为介质，将Y₄Al₂O₉陶瓷粉体装入Al₂O₃快速球磨罐中快速磨5～60分钟，然后取出烘干。

在上述无压烧结工艺制备YAM陶瓷的方法中，步骤（1）中Y₄Al₂O₉陶瓷粉体与聚乙烯醇PVA的质量比为100：0.5～5。

在上述无压烧结工艺制备YAM陶瓷的方法中，步骤（1）中Y₄Al₂O₉陶瓷粉体与聚乙烯醇PVA的预成型压力为1～10MPa，在最高压力下保压2～10分钟，卸压。