[发明专利]一种稀土钽酸盐高熵陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种稀土钽酸盐高熵陶瓷材料及其制备方法和应用，属于高温热防护陶瓷材料技术领域。本发明提供的稀土钽酸盐高熵陶瓷材料，化学式为RETa₃O₉，所述RE为稀土元素，所述稀土元素包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb和Tm中的五种以上。本发明在钽酸盐中同时引入五种以上稀土元素，能够调节钽酸盐的晶格畸变程度，增强其声子散射，保证所述稀土钽酸盐高熵陶瓷材料具有相稳定性高且热导率低的特点，在热障涂层材料领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及高温热防护陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种稀土钽酸盐高熵陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

涡轮发动机叶片的材质为高温镍基合金，但其最高工作温度仅为1100℃，远低于发动机的涡轮进口温度，因此需要在发动机叶片表面涂覆一层具有低热导率的热障涂层材料以保护其不受高温侵蚀。

目前使用最广泛的热障涂层材料是氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，其是一种陶瓷材料，在1073K条件下热导率≤2.4W/m·K，但其在较高温度条件下存在结构不稳定和烧结(即晶粒生长变大，导致孔隙被封填，孔隙率降低)的问题，会降低其在高温下的隔热能力，导致热障涂层材料的热防护能力下降，影响发动机服役的可靠性。在其它热障涂层材料体系的开发方面，以烧绿石稀土锆酸盐陶瓷和磁铅矿型六铝酸盐陶瓷等为代表的材料也得到了研究者们的较大关注，但上述陶瓷材料的热导率一般为2.0～3.5W/m·K，仍有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土钽酸盐高熵陶瓷材料及其制备方法和应用，本发明提供的稀土钽酸盐高熵陶瓷材料相稳定性高且热导率低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种稀土钽酸盐高熵陶瓷材料，化学式为RETa₃O₉，所述RE为稀土元素，所述稀土元素包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb和Tm中的五种以上。

优选地，所述稀土钽酸盐高熵陶瓷材料中稀土元素为Y、La、Ce、Nd和Gd，或者为Y、La、Nd、Tb和Tm。

优选地，所述稀土钽酸盐高熵陶瓷材料中各稀土元素的物质的量相同。

优选地，所述稀土钽酸盐高熵陶瓷材料的化学式为(Y_1/5La_1/5Ce_1/5Nd_1/5Gd_1/5)Ta₃O₉或(Y_1/5La_1/5Nd_1/5Tb_1/5Tm_1/5)Ta₃O₉。

优选地，所述稀土钽酸盐高熵陶瓷材料的粒度≤7μm，纯度≥99wt％。

本发明提供了上述技术方案所述稀土钽酸盐高熵陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

按照稀土钽酸盐高熵陶瓷材料的元素组成，将稀土氧化物粉末与氧化钽粉末混合进行煅烧，得到稀土钽酸盐高熵陶瓷材料。

优选地，所述稀土氧化物粉末与氧化钽粉末混合的方法包括：

将稀土氧化物粉末、氧化钽粉末与球磨介质混合后进行球磨，将所得浆料进行固液分离，将所得固体物料进行干燥。

优选地，所述球磨的时间为3～12h。

优选地，所述煅烧为无压煅烧；所述煅烧的温度为1400～1600℃，时间为2～4h。

本发明提供了上述技术方案所述稀土钽酸盐高熵陶瓷材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的稀土钽酸盐高熵陶瓷材料在热障涂层材料中的应用。