[发明专利]一种两相稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及热障涂层技术领域，具体公开了一种两相稀土钽酸盐陶瓷，该陶瓷中Sm:Sc:Ta的摩尔比为x:(1‑x):1，其中0＜x＜1，该陶瓷由SmTaO₄相和ScTaO₄相组成，该陶瓷的致密度大于98％；该陶瓷的制备方法为称取Sm:Sc:Ta的摩尔比为x:(1‑x):1的Sm₂O₃粉末、Sc₂O₃粉末和Ta₂O₅粉末，加入溶剂混合，采用球磨机进行球磨，得到粉末A；将粉末A干燥后进行第一次过筛，得到粉末B；将粉末B放置在模具内压实后进行预烧结，形成块体C；待块体C冷却至室温后采用研磨机进行研磨，后进行第二次过筛，得到粉末D；将粉末D进行烧结得到一种两相稀土钽酸盐陶瓷。采用本专利中的技术方案得到的两相稀土钽酸盐陶瓷致密度高，高温下热导率低，热膨胀系数高。

技术领域

本发明涉及热障涂层技术领域，特别涉及两相稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法。

背景技术

热障涂层主要应用于航空发动机工业，主要起到隔热、降低涂层与合金基体间的热失配、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，要求其具有良好的热力学性能，例如低的热导率、高的热膨胀系数以及高温稳定性等。

目前广泛使用的热障涂层主要有氧化钇稳定氧化锆(YSZ)和稀土锆酸盐(RE₂Zr₂O₇)等，但均存在一定程度的不足：YSZ使用温度较低(≦1200℃)，且热导率相对较高；而稀土锆酸盐则存在热膨胀系数较低的问题，这就促使研究人员去寻找能够替代上述陶瓷材料的热障涂层，2007年哈佛大学Clarke教授课题组同加州大学圣巴巴拉分校的Levi教授等提出了钽酸钇(YTaO₄)铁弹体有望作为新型热障涂层材料，但关于稀土钽酸盐的研究主要集中在其晶体结构和发光性能等方面的理论计算；2016年Wang等人通过固相反应法制得了稀土钽酸盐块体材料，得出了热导率远小于YSZ材料的结论，研究人员的大量研究与实验结论为稀土钽酸盐在热障涂层上的应用提供了理论的基础。

目前的陶瓷制备方法(如水热法、固相反应法等)使得稀土钽/铌酸盐粉体的晶体结构内存在一定的缺陷，如微裂纹和气孔，而缺陷的存在会使得陶瓷材料在作为热障涂层使用时，高温下热导率大幅度的上升，涂层的隔热效果下降。

发明内容

本发明提供了一种两相稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法，以解决现有的陶瓷制备方法使得陶瓷材料内部存在大量的缺陷，使其热导率高的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：

一种两相稀土钽酸盐陶瓷，该陶瓷由ScTaO₄相和SmTaO₄相组成，该陶瓷中Sm:Sc:Ta的摩尔比为x:(1-x):1，其中0＜x＜1，该陶瓷由SmTaO₄相和ScTaO₄相组成，该陶瓷的致密度大于98％。

本基础方案的技术原理和效果在于：

1、本基础方案中一种两相稀土钽酸盐陶瓷的致密度大于98％，即两相稀土钽酸盐内的缺陷(裂纹和气孔)含量非常少，使得该陶瓷在高温下热导率低，解决了现有技术中在作为热障涂层使用时，热导率大幅上升的问题，且作为热障涂层在热循环过程中，因缺陷含量少，使得涂层的使用寿命增长。

2、本基础方案中，因两相稀土钽酸盐内的缺陷含量少，使其可作为热障涂层用于恶劣的环境中使用，低熔点氧化物(如恶劣环境中的氧化钙、氧化镁、氧化铝和氧化硅)在高温下融化后无法有效渗透进入到陶瓷的内部，阻止了熔融状态的氧化物的渗透及和陶瓷材料的反应。