一种两相钽酸钙陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种两相钽酸钙陶瓷及其制备方法，两相钽酸钙由Ca2Ta2O7和CaTa2O6构成；分别对钙元素原料与钽元素原料进行煅烧，得到氧化钙粉末和氧化钽粉末；根据Ca2Ta2O7和CaTa2O6的摩尔比称取氧化钙粉末和氧化钽粉末；将氧化钙粉末和氧化钽粉末混合并球磨，得到混合粉末；将混合粉末等静压压制成型后，进行保温烧结，得到两相钽酸钙陶瓷块体；本发明专利技术通过煅烧钙元素原料和钽元素原料，可以获得具有高度活性的氧化钙和氧化钽粉末，从而降低最终的烧结温度，得到两相钽酸钙，并且通过球磨可以细化混合粉末，从而避免过烧和晶粒过度长大的现象，增加陶瓷块体的致密性，最终得到具有良好力学性能的两相钽酸钙块体。有良好力学性能的两相钽酸钙块体。有良好力学性能的两相钽酸钙块体。

【技术实现步骤摘要】
一种两相钽酸钙陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料与制备
，尤其涉及一种两相钽酸钙陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
[0003]目前新型的超高温隔热耐磨防护陶瓷材料为稀土钽酸盐(RETaO4、RE3TaO7和RETa3O9)，其应用范围包括热障涂层、环境障涂层、耐酸碱涂层和耐冲击烧蚀涂层等各个方面。当稀土钽酸盐作为热障涂层时，具有热导率低、热膨胀系数与基体匹配、力学性能优异和抗高温水蒸气侵蚀等优点。但是，其中含有的稀土元素在高温下会与空气中的氧化物(如钙氧化物、镁氧化物、铝氧化物和硅氧化物等)反应而被腐蚀，会严重影响其性能。
[0004]为了进一步优化钽酸盐的热物理性能并延长使用寿命，发现稀土元素主要与氧化钙和氧化镁反应，被渗透导致失效。而钽元素与钙的氧化物具有良好的反应惰性，因此，减少钽酸盐中的稀土元素含量成为提高其耐腐蚀性能的一个突破口。Ca2Ta2O7陶瓷和CaTa2O6陶瓷均具有优异的高温相稳定性、较低的热导率和抗腐蚀性能，有望作为新型的陶瓷材料，但是，二者力学性能差，大大限制了其工作时间，力学性能成为了制约二者成为优异陶瓷材料的条件。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种两相钽酸钙陶瓷及其制备方法，通过制备两相钽酸钙陶瓷，有效提高了产物的力学性能，延长了钽酸钙陶瓷的工作时间。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：一种两相钽酸钙陶瓷制备方法，两相钽酸钙由Ca2Ta2O7和CaTa2O6构成，且Ca2Ta2O7和CaTa2O6的摩尔比为1：(1
‑
X)，1>X>0；具体包括以下步骤：
[0007]分别对钙元素原料与钽元素原料进行煅烧，得到氧化钙粉末和氧化钽粉末；
[0008]根据Ca2Ta2O7和CaTa2O6的摩尔比称取氧化钙粉末和氧化钽粉末；
[0009]将氧化钙粉末和氧化钽粉末混合并球磨，得到混合粉末；
[0010]将混合粉末等静压压制成型后，进行保温烧结，得到两相钽酸钙陶瓷块体；其中，烧结过程不添加烧结助剂，烧结温度为880～1050℃，烧结时间为1～3h。
[0011]进一步地，等静压压制的压力为250～350MPa，时间为2～5min。
[0012]进一步地，球磨时转速2600～3500rpm，球磨时间为10～24h。
[0013]进一步地，钙元素原料为Ca(OH)2和/或CaCO3。
[0014]进一步地，Ca(OH)2的煅烧温度为560℃，保温时间为1h。
[0015]进一步地，钽元素原料为草酸钽。
[0016]进一步地，草酸钽的煅烧温度为820℃，保温时间为2h。
[0017]进一步地，两相钽酸钙陶瓷块体的致密度＞98％，纯度＞99％，平均晶粒尺寸为1～20μm。
[0018]进一步地，两相钽酸钙陶瓷块体的杨氏模量为180～230GPa，硬度为8～12.5GPa，断裂韧性为1.5～2.6MPa.m
1/2
。
[0019]本专利技术的另一种技术方案：一种两相钽酸钙陶瓷块体，使用上述的一种两相钽酸钙陶瓷制备方法制得，由Ca2Ta2O7和CaTa2O6构成，且Ca2Ta2O7和CaTa2O6的摩尔比为X：(1
‑
X)，1>X>0；
[0020]两相钽酸钙陶瓷块体的杨氏模量为180～230GPa，硬度为8～12.5GPa，断裂韧性为1.5～2.6MPa.m
1/2
；
[0021]两相钽酸钙陶瓷块体的致密度＞98％，纯度＞99％，平均晶粒尺寸为1～20μm。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过煅烧钙元素原料和钽元素原料，可以获得具有高度活性的氧化钙和氧化钽粉末，从而降低最终的烧结温度，得到两相钽酸钙，并且通过球磨可以细化混合粉末，从而避免过烧和晶粒过度长大的现象，增加陶瓷块体的致密性，最终得到具有良好力学性能的两相钽酸钙块体。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的两相钽酸钙的实物图；
[0024]图2为本专利技术实施例1制备的两相钽酸钙的XRD衍射图；
[0025]图3为本专利技术实施例1制备的两相钽酸钙的扫描电镜结果图；
[0026]图4为本专利技术不同实施例制得的两相钽酸钙的硬度随成分变化图；
[0027]图5为本专利技术不同实施例制得的两相钽酸钙的杨氏模量随成分变化图；
[0028]图6为本专利技术不同实施例制得的两相钽酸钙的断裂韧性随成分变化图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0030]现有技术中，CaTa2O6陶瓷的杨氏模量在150GPa左右，硬度为7GPa；Ca2Ta2O7陶瓷的杨氏模量为240GPa左右，硬度为14GPa；一个太小、一个太大，无法满足应用需求。此外，两者的断裂韧性较差，导致了CaTa2O6陶瓷和Ca2Ta2O7陶瓷的力学性质差，大大限制了其工作时间。
[0031]为了解决钽酸钙陶瓷的力学性能差和服役寿命短的问题，本专利技术制备了两相钽酸钙陶瓷，使其具有优异的综合力学性质：合适的杨氏模量(～200GPa，即≤200GPa)、优异的断裂韧性(～2MPa.m
1/2
)和较高的硬度(～10GPa)；同时两相钽酸钙陶瓷具有突出的抗腐蚀性能和较低的热导率等性能特点，使其可作为高温隔热耐磨防护涂层材料应用。
[0032]本专利技术公开了一种两相钽酸钙陶瓷制备方法，该两相钽酸钙由Ca2Ta2O7和CaTa2O6构成，且Ca2Ta2O7和CaTa2O6的摩尔比为1：(1
‑
X)，1>X>0；具体包括以下步骤：
[0033]通常，如果直接使用氧化钙和氧化钽粉末作为原料，通过固相法烧结制备钽酸钙陶瓷时，当原料的化学计量比偏离Ca2Ta2O7和CaTa2O6时(即Ca和Ta的摩尔比偏离1:1或者1:2时)，烧结后得到的是钽酸钙与原料粉末的混合物，无法得到Ca2Ta2O7和CaTa2O6为产物的两相陶瓷。如果在钽酸钙中加入其它的陶瓷材料，如稀土钽酸盐、稀土锆酸盐和氧化钇稳定氧
化锆，这些材料均会与钽酸钙反应从而破坏其性能特点，限制材料的应用。所以，本专利技术中分别对钙元素原料与钽元素原料置于氧化铝坩埚中，再中温炉中进行煅烧分解，得到具有高度活性的氧化钙粉末和氧化钽粉末，具体为2CaO+Ta2O5＝Ca2Ta2O7；CaO+Ta2O5＝CaTa2O6。
[0034]高度活性的氧化钙粉末和氧化钽粉末可以降低最终的烧结温度，使得在低温下可以同时结晶获得Ca2Ta2O7和CaTa2O6晶粒，避免过高的烧结温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两相钽酸钙陶瓷制备方法，其特征在于，所述两相钽酸钙由Ca2Ta2O7和CaTa2O6构成，且Ca2Ta2O7和CaTa2O6的摩尔比为X：(1
‑
X)1>X>0；具体包括以下步骤：分别对钙元素原料与钽元素原料进行煅烧，得到氧化钙粉末和氧化钽粉末；根据所述Ca2Ta2O7和CaTa2O6的摩尔比称取所述氧化钙粉末和氧化钽粉末；将所述氧化钙粉末和氧化钽粉末混合并球磨，得到混合粉末；将所述混合粉末等静压压制成型后，进行保温烧结，得到两相钽酸钙陶瓷块体；其中，所述烧结过程不添加烧结助剂，烧结温度为880～1050℃，烧结时间为1～3h。2.如权利要求1所述的一种两相钽酸钙陶瓷制备方法，其特征在于，所述等静压压制的压力为250～350MPa，时间为2～5min。3.如权利要求3所述的一种两相钽酸钙陶瓷制备方法，其特征在于，所述球磨时转速2600～3500rpm，球磨时间为10～24h。4.如权利要求1
‑
3任一所述的一种两相钽酸钙陶瓷制备方法，其特征在于，其中，所述钙元素原料为Ca(OH)2和/或CaCO3。5.如权利要求4所述的一种两相钽酸钙陶瓷制备方法，其特征在于，所述Ca(OH)2的煅烧温度为560℃，保温时...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，冯晶，王建坤，张陆洋，李振军，王峰，
申请(专利权)人：陕西天璇涂层科技有限公司，
类型：发明
国别省市：