[发明专利]一种新型钽酸盐复相陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开一种新型钽酸盐复相陶瓷及其制备方法，该钽酸盐复相陶瓷由钽酸钇、钽酸铪和钽酸锆中的至少两种组成，钽酸钇、钽酸铪和钽酸锆的摩尔比为(50～80):(0～50):(0～50)。该钽酸盐复相陶瓷热导率为1.2～2.5W·(m·K)supgt;‑1/supgt;，1200℃的热膨胀系数为8.0～9.6×10supgt;‑6/supgt;·Ksupgt;‑1/supgt;。因此，本发明提供的钽酸盐复相陶瓷可应用于航空发动机和火箭发动机等高温部件及其表面防护涂层领域中。该制备方法通过控制氧化钇、氧化钽、氧化铪和氧化锆的比例关系来调控最终产品的组成，以使经过球磨、干燥、压实和烧结后的到产物为包含钽酸钇、钽酸铪和钽酸锆中的至少两相的钽酸盐复相陶瓷。

技术领域

本发明涉及高温结构陶瓷技术领域，尤其是一种新型钽酸盐复相陶瓷及其制备方法。

背景技术

航空航天技术的飞速发展对发动机用结构材料的综合性能提出了更加严苛的要求。在高温陶瓷领域中，目前广泛应用的是氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷材料，当使用温度超过1200℃时，YSZ易发生烧结和腐蚀，并且剧烈的相变会导致材料迅速失去使用性能，难以满足服役要求。针对这一问题，研究者们尝试向YSZ体系中继续掺杂Ta₂O₅、HfO₂等过渡金属氧化物进行改性，开发出由YSZ和钽酸盐组成的复相陶瓷体系。但是，由于掺杂的过渡金属氧化物含量较少，由YSZ和钽酸盐组成的复相陶瓷体系仍无法避免YSZ本身存在的不足，即在1200℃下物相稳定性差，会发生相变。

发明内容

本发明提供一种新型钽酸盐复相陶瓷及其制备方法、应用，用于克服现有技术中YSZ和钽酸盐组成的复相陶瓷体系在1200℃下物相稳定性差等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种新型钽酸盐复相陶瓷，所述钽酸盐复相陶瓷由钽酸钇、钽酸铪和钽酸锆中的至少两种组成；所述钽酸钇、钽酸铪和钽酸锆的摩尔比为(50～80):(0～50):(0～50)。

为实现上述目的，本发明还提出一种如上述所述的新型钽酸盐复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

S1：按摩尔比(10～25):(20～40):(0～60):(0～60)称取氧化钇、氧化钽、氧化铪和氧化锆，混合均匀，得到混合料；

S2：将所述混合料置于有机溶剂中，进行湿法球磨，干燥，压实，得到料坯；

S3：对所述料坯进行烧结，得到钽酸盐复相陶瓷。

为实现上述目的，本发明还提出一种新型钽酸盐复相陶瓷的应用，将上述所述的钽酸盐复相陶瓷或者上述所述制备方法制备得到的钽酸盐复相陶瓷应用于航空发动机和火箭发动机的热端部件及其表面防护涂层中。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的钽酸盐复相陶瓷由钽酸钇(YTaO₄)、钽酸铪(Hf₆Ta₂O₁₇)和钽酸锆(Zr₆Ta₂O₁₇)中的至少两种组成组成，钽酸钇、钽酸铪和钽酸锆的摩尔比为(50～80):(0～50):(0～50)。钽酸钇具有较高的熔点和极低的理论热导率，且在高温下可通过铁弹相变实现增韧效果。钽酸铪和钽酸锆均具有较高的熔点，较低的热导率，优异的耐腐蚀性能，且在室温到熔点范围内仅存在α-PbO₂型正交结构一种物相形式，不存在相变，是理想的高温热结构材料。由钽酸钇、钽酸铪和钽酸锆组成的钽酸盐复相陶瓷兼具上述优势，是一种耐高温、耐腐蚀、高韧性、低热导率的复相陶瓷体系。钽酸盐复相陶瓷热导率为1.2～2.5W·(m·K)^-1，1200℃的热膨胀系数为8.0～9.6×10^-6·K^-1。因此，本发明提供的钽酸盐复相陶瓷可应用于航空发动机和火箭发动机等高温部件及其表面防护涂层领域中。