[发明专利]一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用，属于高熵陶瓷材料技术领域。本发明在La的晶格位置同时引入五种不同掺杂比例的稀土元素，增加了LaMgAl₁₁O₁₉价带顶与导带底之间的杂质能级数量，减小了禁带宽度，有利于杂质能级中的电子吸收红外光的能量向导带跃迁，进而提升相应波段的光谱发射率；本发明在LaMgAl₁₁O₁₉陶瓷材料中引入可以变价的Pr、Ce或Eu元素，当其价态发生变化时能增加体系中自由电子浓度(例如Pr³⁺向Pr⁴⁺变价)，从而促进自由载流子对红外光的吸收，也有利于光谱发射率的提高。本发明提供的陶瓷材料在3μm～5μm红外波段的光谱发射率＞0.85，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及高熵陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

LaMgAl₁₁O₁₉陶瓷因具有熔点高、密度小、热导率低、热膨胀系数大以及断裂韧性大等特点而成为应用前景广阔的航天飞行器热防护材料以及工业窑炉炉衬节能材料。根据目前的应用需求，若将LaMgAl₁₁O₁₉陶瓷用于航天飞行器外侧热防护或工业窑炉节能，采用生产效率较高的无压烧结是最为合适的方法，同时要求其在3μm～5μm红外波段的光谱发射率达到0.85以上，才能达到较为满意的效果。根据基尔霍夫定律，当物体处于热平衡状态时，其对热辐射的吸收率等于其发射率。因此，当发射率达到0.85以上时，表明材料至少能将85％的热量向外耗散掉，从而达到较好的散热效果。然而，无压烧结法制备的LaMgAl₁₁O₁₉在3μm～5μm波段的光谱发射率仅为0.70，严重限制了LaMgAl₁₁O₁₉的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高发射率高熵陶瓷材料及其制备方法和应用，所述陶瓷材料在3μm～5μm波段的光谱发射率大于0.85，满足航天飞行器外侧热防护领域以及工业窑炉节能领域对LaMgAl¹¹O¹⁹陶瓷的应用需求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高发射率高熵陶瓷材料，化学组成为(La_0.4-xNd_0.2Gd_0.2Sm_0.2RE_x)MgAl₁₁O₁₉，其中RE为Pr、Ce或Eu，0x≤0.2。

优选的，x＝0.1～0.15。

本发明提供了上述技术方案所述高发射率高熵陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

将镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源混合，进行冷压成型，得到坯体；所述镧源、钕源、钆源、钐源、稀土氧化物、镁源和铝源中镧元素、钕元素、钆元素、钐元素、稀土元素、镁元素和铝元素的摩尔比为(0.4-x):0.2:0.2:0.2:x:1:11，0x≤0.2；所述稀土氧化物包括Pr₆O₁₁、CeO₂或Eu₂O₃；

将所述坯体进行分阶段保温，得到高发射率高熵陶瓷材料；

所述分阶段保温的过程包括：第一阶段：煅烧温度为1300～1350℃，保温时间为1～1.5h；第二阶段：煅烧温度为1500～1550℃，保温时间为2～4h；第三阶段：煅烧温度为1660～1690℃，保温时间为0.5～1h。

优选的，所述镧源包括氧化镧；所述钕源包括氧化钕；所述钆源包括氧化钆，所述钐源包括氧化钐；所述镁源包括氧化镁，所述铝源包括氧化铝。