一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及热障涂层技术领域，具体公开了一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法，按照RE

A kind of A2B2O7 rare earth tantalate ceramics and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及热障涂层
，特别涉及一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法。
技术介绍
作为一种可以降低合金表面温度的隔热材料，热障涂层可以确保燃气轮机的合金部件在高温下正常工作，从而可以提高燃气轮机的热效率和使用寿命。目前，热障涂层行业标准为氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，其高热膨胀系数，高硬度，高断裂韧性令其他材料望尘莫及，但其使用温度较低(≤1200℃)，热导率较高(2.5W.m-1.k-1)也限制了它未来的发展，发动机和燃气轮机高推重比，高出口温度的未来发展需要，使得寻找新型热障涂层材料迫在眉睫。A3+2B4+2O7型氧化物因其优秀的高温相稳定性和低热导率，被视为是潜在的热障涂层材料，例如稀土锆酸盐(RE2Zr2O7)，稀土硅酸盐(RE2Si2O7)，稀土铈酸盐(RE2Ce2O7)均得到了一定程度的研究，而且，有研究表明可以通过用三价或五价离子代替四价阳离子来调节A2B2O7氧化物的热学和机械性能。稀土钽酸盐(RE3TaO7)凭借着高的熔点，低热导率(1.38～1.94W.m-1.K-1)，高热膨胀系数(11×10-6K-1，1200℃)和铁弹韧性等优异的热物理性能和力学性能，被认为是最具潜力的新一代热障涂层材料。虽作为低热导材料的一种，兼具良好的热学及力学性能，但关于B位调控性能的研究国内还比较缺乏。
技术实现思路
本专利技术提供了一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法，以解决现有技术中的问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷，该陶瓷的结构式为RE2MTaO7，其中RE为稀土元素，M为Fe、Al、Ga或In中的一种。本技术方案的技术原理和效果在于：本方案通过对稀土钽酸盐(RE3TaO7)的晶体结构进行调控，得到了一种有着独特的晶体结构的RE2MTaO7型化合物，这种材料具有低的热导率、高硬度和断裂韧性等特性。本申请还公开了一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤1：按照RE2MTaO7的结构式将RE2O3和M2O3分别溶入浓硝酸中进行反应，并将PH调至不低于1.5，然后将TaOCl3溶液逐滴加入，不停的搅拌，同时加入氨水使体系PH稳定在9～10，在水浴环境内继续搅拌，然后用去离子水洗涤沉淀，直至PH＝7，将得到的滤饼置于烘箱内烘干，然后过筛并在中温环境下进行烧结，将烧结后的粉末再次过筛备用；步骤2：将步骤1所得粉末置于石墨磨具内，在烧结炉内进行放电等离子烧结，然后将烧结好的样品进行退火除碳，得到致密的RE2MTaO7块体。有益效果：目前大多数陶瓷制备方法为固相合成或无压烧结的方式，相比本申请中采用的共沉淀法，固相法存在成分偏差等问题，而共沉淀法则能够很好的克服这一问题，而相比无压烧结，放电等离子烧结所制备出的样品更加致密，且所需时间更短；另外通过共沉淀法与放电等离子烧结方法相结合制备的A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷，其内部存在着较高的氧空位，而氧空位的存在发现对热导率起到很好的降低效果。进一步，所述步骤1中，TaOCl3溶液逐滴加入速度为200～400mL/min。有益效果：控制滴加速度能够保证反应的均匀性。进一步，所述步骤1中，水浴温度为50～100℃，搅拌时间为30min～120min。有益效果：这样的工艺参数下保证RE2O3、M2O3与TaOCl3溶液的充分反应。进一步，所述步骤1中，烘干温度为80～120℃，时间为5～10h，中温烧结温度为900-1100℃，时间为3-5h，所用筛子为300～500目。有益效果：这样处理能够降低A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷在烧结过程中缺陷的引入。进一步，所述步骤2中烧结压力为50～80MPa，烧结温度为1100～1300℃，保温时间为10～30min。有益效果：该烧结参数下能够得到致密度高的A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷。进一步，所述步骤2中退火温度为600～800℃，时间为5～10h。有益效果：该工艺参数下能够完成A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷的完全脱碳处理。进一步，将步骤1得到的两种以上不同A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷粉末混合成n份混合陶瓷粉体，n份混合陶瓷粉体中至少一种以上的A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷粉体的体积分数为连续递增或递减的变化；将n份混合陶瓷粉体依次沉积到合金基体上得到多元梯度的A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷涂层。有益效果：1、通过对陶瓷涂层的成分进行设计，发现涂层的热导率出现大幅度的下降，降至了1.07W.m-1.K-1，满足热障涂层对低热导率的需求。2、通过对陶瓷涂层中不同A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷粉末进行设计，得到多元梯度涂层，即涂层中至少一种陶瓷组份的体积分数是在连续变化，这样的方式能够保证热障涂层具备原本A2B2O7型稀土钽酸盐的高力学性能，同时其热导率也大幅度的下降，原因在于采用这样的方式进行沉积得到的热障涂层，各梯度涂层之间成分呈渐变的形式，各梯度涂层之间形成的界面少，使得界面效应弱，同时最重要的一点在于，在各梯度涂层沉积过程中，每一层的成分还会不断的扩散，使得界面效应继续减弱，从而使得热导率下降。进一步，在合金基体表面预先沉积厚度为100～150μm的金属粘结层，金属粘结层的成分为MCrAlY，其中M为Ni或Co。有益效果：金属粘接层的设置能够提高A2B2O7型稀土钽酸盐与合金基体之间的粘接性。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的Y2FeTaO7致密块体的背散射电子图像；图2为对比例1～3的热导率随温度的变化曲线图。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细说明：实施例1：一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷，该陶瓷的结构式为Y2FeTaO7，该陶瓷的制备方法包括以下步骤：步骤1：按照Y2FeTaO7的结构式将适量的Y2O3和Fe2O3分别溶入浓硝酸中进行反应，并将PH调至1左右，然后将制好的TaOCl3溶液逐滴加入(滴加的速度为200mL/min)，不停的搅拌，同时加入氨水使体系PH稳定在9～10，搅拌1小时后，在100℃水浴环境内继续搅拌30min，然后用去离子水不断洗涤沉淀，直至PH＝7，将得到的滤饼置于烘箱内120℃下烘干5h，然后过500目筛并在900℃进行5h烧结，将烧结后的粉末再次过500目筛备用。步骤2：将步骤1所得粉末置于石墨磨具内，在烧结炉内进行放电等离子烧结，烧结压力为80MPa，烧结温度为1100℃，保温时间为10min，炉冷至室温后，将样品在800℃下保温5h进行退火除碳即可得到致密的Y2FeTaO7陶瓷块体。本实施例1所制备的Y2FeTaO7致密块体的背散射电子相如图1所示，从图1中可以发现其结构致密，晶粒细小且均匀，无明显裂纹和孔洞，无第二相的析出；其硬度值约为10.2GPa，其断裂韧性约值为1.7MPa·m1/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷，其特征在于：该陶瓷的结构式为RE

【技术特征摘要】
1.一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷，其特征在于：该陶瓷的结构式为RE2MTaO7，其中RE为稀土元素，M为Fe、Al、Ga或In中的一种。


2.一种制备如权利要求1所述的A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：按照RE2MTaO7的结构式将RE2O3和M2O3分别溶入浓硝酸中进行反应，并将PH调至不低于1.5，然后将TaOCl3溶液逐滴加入，不停的搅拌，同时加入氨水使体系PH稳定在9～10，在水浴环境内继续搅拌，然后用去离子水洗涤沉淀，直至PH＝7，将得到的滤饼置于烘箱内烘干，然后过筛并在中温环境下进行烧结，将烧结后的粉末再次过筛备用；
步骤2：将步骤1所得粉末置于石墨磨具内，在烧结炉内进行放电等离子烧结，然后将烧结好的样品进行退火除碳，得到致密的RE2MTaO7块体。


3.根据权利要求2所述的一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，TaOCl3溶液逐滴加入速度为200～400mL/min。


4.根据权利要求2所述的一种A2B2O7型稀土钽酸盐陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，水浴温度为50～100℃，搅拌时间为30min～120min。


5.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晶，郑奇，杨凯龙，汪俊，陈琳，张志东，李振军，王峰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，陕西天璇涂层科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53