一种AB制造技术

本发明专利技术属于热障、环境障涂层材料技术技术领域，公开了一种AB

【技术实现步骤摘要】
一种AB2O6型铌酸盐陶瓷及其制备方法
本专利技术属于热障、环境障涂层材料
，具体涉及一种AB2O6型铌酸盐陶瓷及其制备方法。
技术介绍
近年来，航空发动机逐渐向高推重比、高流量比和高进气口温度的方向发展，使得燃烧室高温零部件和单晶叶片所需要承受的工作温度和压力也不断提高；于此同时，为了提高能源利用效率，亟需提高应用于大型发电机组的燃气轮机的发电效率，而提高工作温度便是最直接有效的方法。为了承受航空发动机运行时的工作温度，需要制备航空发动机的材料具有较高的使用温度。为了满足现有的航空器发展需求，通常会使用高温合金作为制备航空发动机的原料，而且为了进一步提高使用温度和使用寿命，会在高温合金材料表面制备一层隔热防护陶瓷涂层，为高温合金材料提供隔热防护作用。作为隔热防护陶瓷涂层使用的热障/环境障涂层材料要求具有低热导率、与基体匹配的热膨胀系数、低模量、高硬度和耐高温等性能。而应用最广泛的热障/环境障涂层材料是氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，但是YSZ材料在高温下相稳定性较差，在1200℃时会发生相变(由亚稳态的单斜相(Mˊ)转变为四方相(t)和立方相(c)的混合物，而在冷却过程中四方相(t)继续转变为单斜相(m)这时产生的体积差较大导致热应力的产生)，使得YSZ的使用温度低于1200℃，无法满足航空发动机对热障/环境障涂层材料的要求，因此需要一种新型热障/环境障涂层材料来满足航空发动机的发展需求。近年来，稀土钽酸盐和稀土铌酸盐(REMO4、RE3MO7、REM3O9(RE＝Y、Sc或La-Lu；M＝Ta或Nb))陶瓷材料逐渐进入大众的视野，因此具有极低的热导率(1.0W/m·K)、较高的热膨胀系数(11×10-6K-1，1200℃)和优异的综合力学性质而被作为热障/环境障涂层材料进行广泛的研究。但是，稀土钽酸盐和稀土铌酸盐在制备时，主要原料包括稀土元素，而稀土元素作为我国战略资源被进行保护，使得其开采量较小，因此稀土元素的价格非常高，导致稀土钽酸盐和稀土铌酸盐的造价较高。为了降低热障/环境障涂层材料的造价，专利技术人对热障/环境障涂层材料进行了研究，形成了一种AB2O6型铌酸盐陶瓷。
技术实现思路
本专利技术意在提供一种AB2O6型铌酸盐陶瓷及其制备方法，以解决现有的热障/环境障涂层稀土钽酸盐和稀土铌酸盐的造价较高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，一种AB2O6型铌酸盐陶瓷，该陶瓷的结构式为AB2O6，其中A为Ni、Co、Mg、Ca、Sr、Ba或Zn中的一种或多种，B为Nb；该陶瓷呈单相结构。本技术方案提供的AB2O6型铌酸盐陶瓷，无需使用稀土元素作为主要原料，因此使得陶瓷材料的造价较低；于此同时，该陶瓷内部的缺陷(裂纹和气孔)含量少，因此在高温下的热导率较低，能够作为热障/环境障涂层使用。该陶瓷的平均晶粒尺寸小于200nm，通过较小的纳米晶散射声子，降低热导率，从而提高材料的隔热防护性能。该陶瓷的致密度大于97％，纯度大于98％，能有效增大维氏硬度，从而减少材料中裂纹的产生，降低由残余热应力产生的损坏，使其使用寿命较长。本专利技术还提供了另一基础方案，一种AB2O6型铌酸盐陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将A(OH)2、ACO3和草酸铌分别进行保温热分解，得到具有高度反应活性的AO和Nb2O5粉末；步骤二，将AO和Nb2O5粉末进行研磨混合，得到纳米尺寸的高度反应活性粉末混合物；步骤三，利用放电等离子烧结方式对高度反应活性粉末混合物进行烧结，得到块状的AB2O6型铌酸盐陶瓷。本技术方案的有益效果：1、本技术方案制备的块状的AB2O6型铌酸盐陶瓷的平均晶粒尺寸小于200nm，细小均匀的纳米晶能够有效散射声子，降低材料热导率，从而提高隔热防护能力，能够作为热障涂层使用；该陶瓷的纯度大于98％，致密度大于97％，即陶瓷内的裂纹和气孔含量非常少，使其在高温下的热导率较低，减小了热量的传递，提高其热力学性能；同时，高致密度能有效增大维氏硬度，降低由残余热应力产生的损坏而延长使用寿命；2、本技术方案中，烧结前对原料进行保温热分解，使得粉末具有高度反应活性，进而能够实现在较低温度、较短时间下，便能完成烧结，形成AB2O6型铌酸盐陶瓷，具有高效、节能的作用；而且由于烧结温度低，不会出现过烧和晶粒过度长大而导致块体内孔隙率较高、材料的热-力学性质差的问题；3、本技术方案中，通过放电等离子烧结方式对粉末进行烧结，对压坯施加脉冲电流和压力，能使粉末颗粒塑性变形，加快致密化速度；而且施加的脉冲电流会在颗粒粉末间产生直流脉冲电压，使相邻颗粒间出现放电效应，颗粒之间放电产生自发热，进而能够进一步降低烧结所需温度；同时放电效应会使空隙中产生放电等离子，可以导致高能粒子对颗粒的撞击和物质的蒸发，起到净化和活化的作用，而对金属颗粒表面的净化提高了颗粒的烧结活性，降低了扩散自由能，因此提高了烧结效率；当脉冲电流足够大时，会击穿颗粒的绝缘层，这时放电效应剧烈，颗粒自发热效应明显，温度升高，此时电场强度较高并覆盖整个粉体，会出现局部高温，导致颗粒表面出现蒸发熔化现象，蒸发物质会沉积在颗粒接触点附近形成烧结颈，在脉冲电流和施加压力的作用下，晶粒进行体扩散和晶界扩散，加快了致密化速。进一步，步骤一中，热分解时的保温温度为950-1000℃，保温时间为1-1.5h。有益效果：通过对热分解时的保温温度和时间进行设置，能够实现原料充分热分解，形成具有高度反应活性的粉末。进一步，步骤二中，研磨用的转速为2200-2500rpm，研磨的时间为15-20h。有益效果：通过对研磨时的转速和研磨时间进行设置，能够确保将粉末研磨成纳米尺寸。进一步，步骤二中，研磨时，加入浓度大于99.9％的酒精，粉末与酒精的质量比为1:5-20。有益效果：能够使得粉体保持湿润，方便研磨。进一步，步骤二中，研磨完成后，对粉末进行保温处理，保温温度为50-75℃，保温时间为8-10h。有益效果：研磨后对粉末进行保温，能充分将粉末中的酒精挥发，完成对粉末的干燥。进一步，步骤三中，先对烧结用模具内进行喷涂BN处理，再将高度反应活性粉末混合物放入进行烧结。有益效果：在烧结模具内喷涂BN，能够有效防止碳渗透进入试样内部，能确保制备的AB2O6型铌酸盐陶瓷的纯度高。同时，能避免为提高制备的陶瓷纯度，而进行退火除碳工序，能够节约能耗，并且制备时间。而且在退火除碳工序中，会在陶瓷块体内引入气孔和裂纹，从而导致材料的致密度降低。因此本技术方案能够确保制备的块状的AB2O6型铌酸盐陶瓷的纯度和致密度均较高。进一步，步骤三中，烧结温度为850-1000℃，保温时间为8-10min，保压压力为70-90MPa。有益效果：该烧结温度能够完成对粉末的烧结，并形成块状的AB2O6型铌酸盐陶瓷；由于研磨后的粉末具有高度反应活性，因此能够在较低温度下完成粉末的烧结，而低温烧结，能够避免因过烧和晶粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AB

【技术特征摘要】
1.一种AB2O6型铌酸盐陶瓷，其特征在于：该陶瓷的结构式为AB2O6，其中A为Ni、Co、Mg、Ca、Sr、Ba或Zn中的一种或多种，B为Nb；该陶瓷呈单相结构。


2.根据权利要求1所述的一种AB2O6型铌酸盐陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，
将A(OH)2、ACO3和草酸铌分别进行保温热分解，得到具有高度反应活性的AO和Nb2O5粉末；
步骤二，
将AO和Nb2O5粉末进行研磨混合，得到纳米尺寸的高度反应活性粉末混合物；
步骤三，
利用放电等离子烧结方式对高度反应活性粉末混合物进行烧结，得到块状的AB2O6型铌酸盐陶瓷。


3.根据权利要求2所述的一种AB2O6型铌酸盐陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤一中，热分解时的保温温度为950-1000℃，保温时间为1-1.5h。


4.根据权利要求3所述的一种AB2O6型铌酸盐陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤二中，研磨用的转速为2200-2500rpm，研磨的时间为15-20h...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柏辉，冯晶，陈琳，罗可人，张鹤瀛，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53