[发明专利]一种具有类玻璃热导率的高熵钇烧绿石陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有类玻璃热导率的高熵钇烧绿石陶瓷及其制备方法，包括以下步骤：1)按照摩尔含量百分比将33.9％～43.5％的Y₂O₃粉体，与摩尔含量百分比为3.6％～25.5％的ZrO₂粉体、3.6％～25.5％的HfO₂粉体、3.6％～25.5％的TiO₂粉体、0～15.2％的Ta₂O₅粉体和0～15.2％的Nb₂O₅粉体中的4‑5种粉体球磨混合，取混合粉体干燥、造粒、过筛后模压成型得到生坯；2)将步骤1中得到的生坯装入氧化铝坩埚中置于马弗炉内，以3℃/min～10℃/min的升温速率自室温升温至1400℃～1650℃，保温0.5h～3h，后以5℃/min～10℃/min的降温速率降温至1000℃，随炉冷却后即得具有类玻璃热导率的高熵钇烧绿石陶瓷。本发明制得的陶瓷，具有致密高、热导率随温度变化关系具有类玻璃的特征。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种具有类玻璃热导率的高熵钇烧绿石陶瓷及其制备方法。

背景技术

热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs)，是航空发动机中的关键技术和材料之一，可有效降低受热部件的工作温度，提高发动机的热效率。目前主流的热障涂层陶瓷材料——钇稳定氧化锆陶瓷(YSZ)——存在高温下易烧结抗力和易相变等缺点。

因此，开发高温性能优异的新型热障涂层陶瓷材料是目前结构陶瓷领域的研究热点之一。其中该类陶瓷材料的关键性能是低热导率，如A₂B₂O₇(A＝La,Sm,Er,Eu,Nd,Gd,Y,Yb等；B＝Zr,Ti,Hf,Ce等)型氧化物，由于晶体结构复杂，金属元素质量以及半径较大，因此具有非常低的高温热导率；同时该类氧化物具有熔点高、化学稳定性优异、热膨胀系数大等特点，使其成为一类重要的热障涂层候选材料。

大量研究表明，利用固溶掺杂形成空位缺陷和置换杂质缺陷可增强晶格对声子的散射作用，是降低材料热导率的有效途径之一。而通过等摩尔比或接近等摩尔比掺杂4-5种元素，形成多主元化合物(又称高熵化合物)，可较大程度地增加点缺陷浓度、引起晶格畸变，进而大幅度降低材料热导率。因此，近年来高熵化已成为调控A₂B₂O₇型陶瓷导热性能的新途径。

公开号为CN111908922A的中国专利文献公开了一种低温合成稀土铪酸盐高熵陶瓷粉体及制备方法，通过燃烧法和高温热处理相结合得到了具有烧绿石结构的高熵(5RE_0.2)₂Hf₂O₇陶瓷粉体，其中稀土元素RE＝La、Ce、Nd、Pr、Sm、Eu。

公开号为CN110272278A的中国专利文献公开了一种热障涂层用烧绿石型高熵陶瓷粉体及其制备方法，该高熵陶瓷粉体化学式为RE₂Zr₂O₇，其中RE为稀土元素Y、La、Pr、Nd、Sm、Eu和Gd中3-7种；该陶瓷粉体烧结得到的陶瓷体(致密度为70％)的热导率在1W·m-1·K-1左右。