[发明专利]一种耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数的钽酸铝陶瓷材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数钽酸铝陶瓷材料及其制备方法与应用。所述的耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数钽酸铝陶瓷材料是以氧化铝和五氧化二钽为原料制备得到，所述的耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数钽酸铝陶瓷材料致密度为98%，热扩散系数为0.6~2.4 mm²/s(25~900℃)，热导率为2.2~6.2W.K^‑1.m^‑1(25~900℃)，硬度为9.0GPa，且在温度25~1200℃下均不发生相变。制备方法包括前处理、烧结步骤。应用为所述的耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数钽酸铝陶瓷材料在制备兼具热学和力学性能涂层中的应用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数的钽酸铝陶瓷材料及其制备方法与应用。

背景技术

环境涂层主要应用于航空发动机工业，具有低热导率、低热膨胀系数、抗烧结、高温稳定性良好等优点，主要起到防热腐蚀、降低陶瓷层与基体(SiC)间的热失配、有效抵抗粒子冲击从而保护航空发动机高温区域零部件的作用。目前广泛使用的主要有稀土硅酸盐（RE₂Si₂O₇）等，但存在一定程度的不足：RE₂Si₂O₇热膨胀系数较高，远远高于需要保护的基体材料。目前发现了许多具有优良热学性能的氧化物陶瓷，例如稀土铈酸盐（RE₂Zr₂O₇）、稀土磷酸盐（REPO₄）和稀土锆酸盐（RE₂Zr₂O₇）等，但它们的热膨胀系数均较高约为8~10×10^-6 K^-1（1200 ℃），远远高于需要被保护的SiC材料的热膨胀系数5~6×10^-6 K^-1（1200 ℃），热膨胀系数的比匹配会产生巨大的热应力从而导致涂层失效。因此寻找具有与SiC匹配的热膨胀系数的氧化物涂层是当前亟待解决的问题。当前研究人员提出钽酸铝作为氧化物陶瓷材料的一种，可能兼具良好的热学及力学性能并且其热膨胀系数与SiC材料匹配，因此制备相对应的材料并对其热力学性能进行研究势在必行。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数的钽酸铝陶瓷材料；第二目的在于提供所述的耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数的钽酸铝陶瓷材料的制备方法；第三目的在于提供所述的耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数的钽酸铝陶瓷材料的应用。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数钽酸铝陶瓷材料是以氧化铝和五氧化二钽为原料制备得到，所述的耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数钽酸铝陶瓷材料致密度为98%，热扩散系数为0.6~2.4mm²/s (25~900℃)，热导率为2.2~6.2W.K^-1.m^-1 (25~900℃) ，硬度为9.0GPa，且在温度25~1200℃下均不发生相变。

本发明的第二目的是这样实现的，包括前处理、烧结步骤，具体包括：

A、前处理：将配方配比的原料氧化铝和五氧化二钽混合均匀得到物料a，物料a中加入物料a质量5倍的无水乙醇，然后球磨后得到溶液b；

B、烧结：

1）将溶液b在温度80~110℃干燥5~20h得到粉末c，粉末c研磨过200~400目筛后压制成型得到型坯d，型坯d于温度800~1500℃下烧结5~15h冷却至室温得到坯样e；

2）将坯样e破碎研磨过400~600目筛后压制成型得到型坯f，型坯f于温度1400~1800℃下煅烧5~18h，冷却至室温得到目标物耐高温、抗氧化、抗磨损和低热膨胀系数的钽酸铝陶瓷材料。