[发明专利]一种制备超高温隔热Yb3Al5O12陶瓷元件的方法

说明书

技术领域

本发明属于超高温隔热陶瓷技术领域，具体涉及一种用单一水溶性无毒添加剂凝胶注模成型制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法。

背景技术

Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷具有高熔点(2000℃)、适中的密度(理论密度6.67g/cm³，与氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)相近(6.46g/cm³)、低热导率(理论最低热导率为1.22W/m.K，低于YSZ的理论最低热导率为1.49W/m.K)、较低的弹性模量(282GPa)和剪切模量(114GPa)、与YSZ接近的热膨胀系数(8.22×10^-6/K)，良好的抗高温水蒸气腐蚀性能等优异的综合性能，成为高超声速飞行器的高温隔热、高温热密封、航空发动机叶片表面的抗水蒸汽腐蚀涂层、硅基陶瓷和复合材料(包括SiC、Si₃N₄、C/SiC、SiC/SiC)的环境障涂层的候选材料。然后作为高超声速飞行器的高温隔热、高温热密封弹性元件材料，实现复杂形状的低成本制备非常重要。但目前还没有复杂形状Yb₃Al₅O₁₂超高温隔热陶瓷的低成本成型和制备方法的报道。

文献1[Opt.Mater.33:1179-1184(2011)]报道了利用硝酸铝和Yb₂O₃为原料，采用溶胶-凝胶法制备Yb₃Al₅O₁₂粉末，该方法产率低、合成周期长，并且没有涉及到Yb₃Al₅O₁₂块体材料的制备。文献2[Ceram.Inter.35:25-27(2009)]报道了用共沉淀方法，即在金属盐溶液中逐渐加入尿素获得Al、Yb的氢氧化物沉淀，经反复洗涤、干燥，最后高温煅烧得到Yb₃Al₅O₁₂粉末。该方法的过程复杂、产率低，并且也没有涉及到Yb₃Al₅O₁₂块体材料的制备。复杂形状陶瓷的成型方法主要包括干压成型、注射成型、注浆成型、凝胶注模成型等方法。干压成型的成本低，但对于复杂形状的制品难以保证强度均匀；注射成型适合于小尺寸、复杂形状的制品成型，但由于制备的陶瓷坯体中含有大量的添加剂，高温排蜡过程会对环境产生污染，同时难以保证制品的尺寸精 度。注浆成型主要适用于制备复杂形状的空心制品，对实心坯体的成型，芯部的密度难以保证。

凝胶注模成型或注凝成型是20世纪90年代美国橡树岭国家实验室发明的一种陶瓷坯体的精密成型技术(文献3[Am.Ceram.Soc.Bull，70:1641-1649(1991)])，该技术将传统的陶瓷注浆成型技术与高分子理论巧妙结合，使复杂形状的近净尺寸成型成为可能。注凝成型方法中水基浆料的注凝成型的实用性强、坯体质量好。但水基浆料的注凝成型通常需要丙烯酰胺单体、N，N’亚甲基双丙烯酰胺交联剂、四甲基乙二胺催化剂，此外还需要加入分散剂、引发剂、还原剂、pH值调节剂等多种添加剂，并且丙烯酰胺及其衍生物具有中度毒性，危害人的中枢神经系统，对眼、皮肤和粘膜有强刺激作用。为了解决复杂形状高温隔热、高温热密封Yb₃Al₅O₁₂弹性元件的成型问题，同时克服丙烯酰胺体系的毒性以及浆料制备过程中需要加入交联剂、催化剂、分散剂、引发剂、还原剂、pH值调节剂等多种添加剂的复杂成分和工序，本发明提供了一种只采用单一的水溶性无毒添加剂异丁烯-顺丁烯二酐共聚物实现室温、空气中凝胶注模成型制备复杂形状超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种只采用单一的水溶性无毒添加剂凝胶注模成型制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷的方法。

实现本发明目的的技术方案：一种制备超高温隔热Yb₃Al₅O₁₂陶瓷元件的方法，其包括如下步骤：