[发明专利]一种超低温烧结制备纳米晶A4B2O9型铌酸盐陶瓷及其方法

说明书

本发明属于无机非金属热障涂层材料技术领域，公开了一种超低温烧结制备纳米晶A4B2O9型铌酸盐陶瓷及其方法，该陶瓷的结构式为A₄B₂O₉，其中A为Ni、Co、Mg、Ca、Sr、Ba或Zn中的一种或多种，B为Nb_1‑XTa_X，0.5≧X≧0。其制备方法为将A(OH)₂、ACO₃、草酸铌、草酸钽分别进行保温热分解，得到AO、Nb₂O₅和Ta₂O₅粉末；再研磨，得到纳米尺寸的高度反应活性粉末混合物；最后将混合物粉末进行烧结，得到块状的A4B2O9型铌酸盐陶瓷。本发明解决了现有的稀土钽酸盐热障涂层材料使用的原料钽酸盐和稀土元素的价格较高，导致制备热障涂层材料的造价较高的问题。

技术领域

本发明属于无机非金属热障涂层材料技术领域，具体涉及一种超低温烧结制备纳米晶A4B2O9型铌酸盐陶瓷及其方法。

背景技术

近年来，随着热障涂层和环境障涂层材料的快速发展，不同类型晶体结构的氧化物陶瓷不断的被开发和应用。其中稀土钽酸盐(RETaO₄、RE₃TaO₇和RETa₃O₉)，因其具有优良的热-力学性质(低热导率、高热膨胀系数、高断裂韧性、低模量、高温稳定性和抗腐蚀等)，被不断的研究和应用。但是稀土钽酸盐的主要原料为钽酸盐和稀土元素，钽酸盐的价格较高，而稀土元素作为我国战略资源被进行保护，使得其开采量较小，因此稀土元素的价格非常高，导致稀土钽酸盐的造价较高。

为了降低热障涂层和环境障涂层材料的造价，发明人对热障涂层和环境障涂层材料进行了研究，形成了一种A4B2O9型铌酸盐陶瓷。

发明内容

本发明意在提供一种超低温烧结制备纳米晶A4B2O9型铌酸盐陶瓷及其方法，以解决现有的热障涂层材料通常使用稀土钽酸盐，制备用的钽酸盐和稀土元素的价格均较高，导致现有的热障涂层材料的造价较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种超低温烧结制备的纳米晶A4B2O9型铌酸盐陶瓷，其特征在于：该陶瓷的结构式为A₄B₂O₉，其中A为Ni、Co、Mg、Ca、Sr、Ba或Zn中的一种或多种，B为Nb_1-XTa_X，0.5≧X≧0。

本技术方案提供的A4B2O9型铌酸盐陶瓷中不含有稀土元素，相比现有的稀土钽酸盐陶瓷材料的生产成本较低。A4B2O9型铌酸盐陶瓷在A和B位置同时进行掺杂、取代和置换，能够有效增加声子散射，降低热导率，能够作为热障涂层材料进行使用。同时，在A4B2O9型铌酸盐陶瓷中掺杂Ta元素，而晶体结构中的Ta-O键结合强度大于Nb-O键，能够部分取代Nb，既维持了A₄B₂O₉型铌酸盐的独特晶体结构和高温稳定性，又可以大幅度优化力学性质。

A4B2O9型铌酸盐陶瓷的晶体结构复杂、晶胞体积大、晶胞质量重，从而具有极低热导率的性能特点，符合热障涂层材料的特点，能够作为热障涂层材料进行使用。

本发明还提供了如下基础方案，一种超低温烧结制备纳米晶A4B2O9型铌酸盐陶瓷的方法，包括以下步骤：

步骤一，

将A(OH)₂、ACO₃、草酸铌、草酸钽分别进行保温热分解，得到具有高度反应活性的AO、Nb₂O₅和Ta₂O₅粉末；

步骤二，