[发明专利]一种熵稳定RE2

说明书

本发明公开了一种熵稳定RE₂O₃‑AO₂‑B₂O₅氧化物陶瓷及其制备方法，包括如下步骤：根取原料稀土氧化物RE₂O₃、AO₂(A＝Ti,Zr,Hf,Sn,Th,Ce)、B₂O₅(B＝V,Nb,Ta,P)，煅烧冷却后进行球磨，然后干燥、过筛得到粉末，接着进行放电等离子烧结，最后保温退火除碳，得到致密的以RE₂A₂O₇和RE₃BO₇为基体的萤石型或焦绿石型结构的RE₂O₃‑AO₂‑B₂O₅稀土氧化物陶瓷。本发明通过调控不同金属元素的化学计量比以及高温、高压、短时烧结等步骤制备得到了一种晶格缺陷浓度高、热导率低、硬度高、断裂韧性优异、物相纯度高和致密度高的萤石型或焦绿石型稀土氧化物陶瓷材料，可应用于热障涂层、环境障涂层、固态氧化物燃料电池和核废料储存器等领域。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，特别是涉及一种熵稳定RE₂O₃-AO₂-B₂O₅氧化物陶瓷及其制备方法。

背景技术

高温结构陶瓷要求材料具有高熔点、优异的高温稳定性、突出的力学性质(高硬度、高杨氏模量和高断裂韧性)和化学稳定性等特点，满足上述各种不同条件的情况下，材料制备成本低、制备工艺简单和原料来源广等优势能进一步促进材料的大规模应用。

萤石型和焦绿石型结构的稀土氧化物陶瓷材料目前已经在许多领域获得应用，如高温叶片表面防护涂层、火箭发动机防护涂层和耐酸碱腐蚀防护、固态氧化物燃料电池、核废料存储器和耐磨涂层等方面。当前萤石型和焦绿石型结构的稀土氧化物陶瓷材料存在的问题主要是高温稳定性差，在1500℃以上温度会发生相变；抗核辐射性能差，无法长时间作为核废料存储器材使用；作为热障涂层使用时高温热导率高、热膨胀系数不足；作为固态氧化物燃料电池使用时氧传输能力不足等。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种熵稳定RE₂O₃-AO₂-B₂O₅氧化物陶瓷及其制备方法，通过提高陶瓷材料中的晶格点缺陷浓度、高温稳定性，并优化其他热学性质，同时确保力学性质优异(如高硬度和高断裂韧性等作为结构陶瓷材料的关键参数)，以解决现有技术中萤石型和焦绿石型结构的稀土氧化物陶瓷材料存在的高温稳定性差、抗核辐射性能差、高温热导率高、热膨胀系数不足、氧传输能力不足等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种熵稳定RE₂O₃-AO₂-B₂O₅氧化物陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(1)、根据化学计量比称取原料稀土氧化物RE₂O₃、AO₂、B₂O₅，进行煅烧，然后冷却降温，加入球磨介质和球磨助剂，进行球磨，球磨结束后，干燥、过筛得到粉末；其中，RE代表稀土元素，AO₂中A选自Ti、Zr、Hf、Sn、Th、Ce中的至少一种，B₂O₅中B选自V、Nb、Ta、P中的至少一种；

(2)、称取步骤(1)过筛后的粉末进行放电等离子烧结，制得块状的以RE₂A₂O₇和RE₃BO₇为基体的萤石型或焦绿石型结构的稀土氧化物陶瓷；