[发明专利]锆酸镧粉体制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆酸镧粉体制备方法，属于高温热障用陶瓷粉体制备领域。

背景技术

为了提高航空发动机等的推重比和大型燃气轮机的热效率，目前最可行、最经济的途径是在使用高温合金材料和冷却技术的前提下，采用热障涂层(简称TBC)。由此，可减少燃烧室的热量从燃气向金属基体的传递，提高燃气的使用效率，防止基体合金的氧化，从而保证这些热端部件在较高温度下正常工作。对于热障涂层材料的选择，通常需要满足以下条件：1)高熔点(T_m＞2000K)；2)低热导率(κ＜2W/m·K)；3)在使用温度和室温之间没有相变；4)化学稳定性好，抗腐蚀；5)与高温合金热膨胀匹配(热膨胀系数α＞10×10^-6K^-1)；6)抗烧结。

有对比研究表明，采用6-8wt％氧化钇稳定的氧化锆材料(简称YSZ)的综合性能比较优越，是目前使用最广的TBC材料。然而，YSZ在1200℃长时间循环使用的过程中，材料存在相变，晶粒长大，烧结等现象，使得热导率上升，界面热应力升高从而引发涂层的失效，导致发动机寿命降低。

相比于YSZ，锆酸镧(La₂Zr₂O₇，以下简称LZ)材料的热导率更低，在熔点(2800℃)以下没有相变，而且更抗烧结，在热循环条件下晶粒不易长大。目前，LZ的合成多采用固相反应法，如国内专利CN 1657573A(潘伟、徐强等)报导了使用固相反应法合成LZ，但合成温度较高(1550～1650℃)，组成、结晶相得精确控制困难。专利CN 101104557A保护了一种稀土锆酸盐的材料及其共沉淀制备方法，内容涉及高温热障涂层用纳米稀土锆酸盐陶瓷粉体材料，其特征为它的化学分子式为Ln₂Zr₂O₇，其中所述Ln为Gd、Sm、Nd或Yb中的一种或多种稀土元素的组合。但LZ却游离于保护范围之外。固相法所得LZ粉体经压片后测得的热导率虽相对于YSZ有一定程度的降低，但因晶粒尺寸较大，粒径分布不均等原因限制了它在更高温度下的使用。液相合成法因前驱体可以达到分子水平的均匀混合而使最终产物的晶粒大小可达纳米水平，更小的晶粒尺寸对于进一步降低热导率，提高涂层的高温机械性能有着十分积极的意义，使得LZ这种材料有望在未来应用于更高的温度和更苛刻的热机械环境，成为下一代的TBC候选材料。

发明内容

为了进一步降低热障涂层用锆酸镧材料的热导率，提高其隔热、热稳定、抗氧化等各项性能，本发明提供了缺陷萤石或(焦)烧绿石结构高温热障涂层材料——La₂Zr₂O₇粉体的制备方法，其具体合成工艺步骤为：

(1)去离子水溶解可溶性镧盐或用稀硝酸溶解氧化镧获得含有La³⁺的溶液，用去离子水溶解可溶性的锆盐得到含Zr4+的溶液，所述两种溶液的浓度为0.1～1.0mol/L；

可溶性镧盐为La(NO₃)₃·xH₂O，LaOCl·xH₂O或LaCl₃。

锆盐为Zr(NO₃)₄·xH₂O，ZrOCl₂·xH₂O，ZrO(NO₃)2·xH₂O，Zr(CH₃COO)₂或ZrO(CO₃)₂·xH₂O。

(2)将步骤(1)获得的两种溶液混合，制备成含有La³⁺和Zr⁴⁺的混合溶液，[La³⁺]/[Zr⁴⁺]的比例变化范围在0.1～2之间。

所述混合溶液中阳离子的摩尔浓度为0.2mol/L～2mol/L，在持续搅拌的条件下，持续搅拌1～5小时；

上述混合溶液中优选加入0.01～5wt％的十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂加入到混合溶液中表面活性剂为。

(3)在持续搅拌的条件下，将步骤二中获得的混合溶液滴加到沉淀剂中，或将沉淀剂滴加到混合溶液中，滴加速率为1～100ml/min，滴加完成后，溶液的p H值控制在8～14之间，之后继续反应0.5～12小时。