[发明专利]一种制备纳米级钇稳定氧化锆复合粉体的方法

说明书

本发明涉及一种制备纳米级钇稳定氧化锆复合粉体的方法，其特征在于：1.分别配制0.5‑2.0 mol/L的锆源溶液A1和钇源溶液A2，按A2与A1摩尔比5~8：92~95混合成溶液A；2.配制1.0‑4.0 mol/L的含有羧基键的酸类溶液B；3.溶液B中加分散剂制成溶液C，分散剂与溶液B摩尔比0.5‑3.0：100；4.溶液C加热，添加溶液A制得溶胶溶液；5.水热反应釜中加1.0~3.0 mol/L的弱碱性铵类无机物，120‑180℃、1.0~4.0 MPa下加溶胶溶液，反应4‑24 h后冷却洗涤干燥得前驱体；6.前驱体分散、低温煅烧即可。本发明优点：制得的复合纳米氧化锆粉体尺寸均匀、分散性好、结晶度高；提高了热障涂层的强度和耐热性能，产品稳定性好，成本低；可用于热障涂层材料、5G陶瓷手机盖板和耐磨结构件陶瓷件材料领域。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，涉及一种制备纳米级钇稳定氧化锆复合粉体的方法。

背景技术

二氧化锆（ZrO₂）具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀和导热系数低等优点，使得其在功能陶瓷、结构陶瓷和生物陶瓷等领域得到了广泛使用。

热障涂层主要采用陶瓷的隔热作用、抗腐蚀性和低热传导性，从而实现了对基体合金材料的保护作用。因此，能够作为热障涂层的陶瓷材料应具有以下性质：高熔点；低密度；抗氧化及热腐蚀性能；热导率低；热膨胀系数较高；反射率高等特点。而氧化锆（ZrO₂）可作为热障涂层的理想材料。ZrO₂材料作为热障涂层具有高的熔点高（2680℃），导热系数低（2.18 W/mK），抗熔融金属介质侵蚀能力和化学惰性等优异的物理和化学性能。与其他陶瓷材料相比，ZrO₂更具有较高的断裂强度和韧性。同时，氧化锆涂层更具有优异的热学和力学性能，例如其线膨胀系数较高（11×10^-6 K^-1），这数值与接触的缓冲层材料镍基耐热合金NiCrAlY较近，因此热失配而引起的热应力相对较小，热导率低，从而氧化锆涂层可起到良好的热障作用。

由于纯ZrO₂粉末在1170℃高温条件下，氧化锆晶型会发生单斜相转变为四方相，有7%的体积收缩；冷却时，四方相会向单斜转变，会有8%的剪切应变和3%~5%的体积膨胀，从而制备的材料容易产生裂纹，材料强度下降，应用价值较小。研究发现，6%~8%Y₂O₃部分稳定的ZrO₂，在温度为1350℃时仍能够保持立方晶体，十分稳定，氧化锆晶型转变的体积应力较小，这样耐热震性能更好，因此钇稳定锆已作为现代航天航空发动机应用的先进热障涂层材料。有文献阐述，航空航天飞行器燃气涡轮发动机的一级涡轮叶片上涂一层厚度为0.25mm陶瓷热障涂层，可使冷却空气使用量减少6%，比油耗改善113%，叶片寿命可提高4倍。