【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷材料领域，尤其涉及一种耐高温双相高熵陶瓷材料及其制备方法
技术介绍
1、先进陶瓷材料又被称作高性能陶瓷材料，具有精确的化学组成，精密的加工制造技术和结构设计，并具有优异的力学、热学、光学、电学等性能，作为新材料的一部分，广泛应用在各个领域中。
2、先进陶瓷按化学成分可分为：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、碳化物陶瓷等，按性能和用途可分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类，功能陶瓷是基于材料特殊性能，具有生物，磁性、电学、光学特性，包括半导体，铁电陶瓷，压电陶瓷等；结构陶瓷主要基于热学和力学性能，具有耐高温，耐腐蚀，抗氧化，高强度，高硬度的特点，主要有氧化物陶瓷，氮化物陶瓷，碳化物陶瓷等。
3、耐高温陶瓷材料作为结构陶瓷的一种，在航空航天领域应用广泛。锆酸盐材料具有稳定的结构和优秀的热学性能，可作为耐高温材料应用在高温恶劣环境中。在锆酸盐体系中，锆酸钆(gd2zr2o7)具有特殊的相结构，它处于烧绿石结构和缺陷萤石结构的临界点。不仅如此，它在单一组元锆酸盐中具有最优秀的热学性能，但其热导率(2.0～1.2w·m-1·k-1)较高，不能满足工件在更高温度下工作的需要。
4、掺杂是一种可以降低热导率的方法，在gd2zr2o7中掺入其他元素，可以在晶格的特定位置发生取代反应，从而改变材料的结构和性能。随着掺杂元素数量的增加，体系的熵也随之提高，从而形成高熵结构。杨润武合成的一系列多元((la1/3eu1/3gd1/3)1-xybx)2zr2o7(x＝0、0.25、0.5、0.75和1)在1
5、针对锆酸盐热导率较高的问题，提供一种具有高温稳定性和低热导率的高熵稀土锆酸盐陶瓷材料及其制备方法对于推动先进陶瓷材料的发展与应用具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有材料存在的问题而提供一种具有高温稳定性和低热导率的耐高温双相高熵陶瓷材料及其制备方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：耐高温双相高熵陶瓷材料，化学分子式为gd2(ce0.2zr0.2hf0.2sn0.2ti0.2)2o7。该高熵陶瓷材料同时具有烧绿石结构和缺陷萤石结构，是一种固溶体混合相。
3、本专利技术的目的还包括提供一种耐高温双相高熵陶瓷材料的其制备方法，包括以下步骤：
4、步骤一，将多种硝酸盐溶解在去离子水中，剧烈搅拌直至形成清澈溶液；在混合溶液中加入足量氨水(ph值大于12)进行调节，以获得凝胶状沉淀。
5、其中，硝酸盐分别为硝酸钆六水合物、硝酸铈铵，硝酸锆、硝酸铪、硝酸锡、硝酸钛，纯度≥99.9％。
6、步骤二，将沉淀物过滤并利用去离子水清洗干净以去除杂质离子，随后置入100～120℃烘干箱中烘干12～16h。
7、步骤三，将干燥的沉淀物置入马弗炉并在保护气氛中煅烧，随炉冷却后，将粉末研磨过200～400目筛从而得到高熵陶瓷粉末。
8、其中，保护气氛为氮气，煅烧温度为1200℃～1400℃，煅烧时间1h，升温速率为5℃/min。
9、在煅烧结束后，还需要在空气中进行退火，退火温度为1500℃，退火时间为1h。
10、本专利技术高熵稀土锆酸盐陶瓷粉体用于制备耐高温陶瓷器件。
11、本专利技术有益效果为：
12、1.本专利技术gd元素和zr元素组成的gd2zr2o7具有特殊的物相结构，处于烧绿石结构和缺陷萤石结构的临界点，更容易形成双相结构，所以a位选择gd元素。ce4+在高温下变成ce3+，离子半径变得更大使得晶格松弛；hf4+和sn4+与zr元素离子半径相近，能够保持结构的稳定性；而ti4+相对于ce4+、zr4+，离子半径较小，增加了体系的晶格畸变程度，所以b位置选择ce、zr、hf、sn、ti元素，且b位平均离子半径和zr元素相同。
13、2.本专利技术制备的双相高熵稀土锆酸盐具有优秀的热稳定性，与gd2zr2o7和其他高熵锆酸盐相比，具有较低的热导率。b位置上的多种元素具有较大的离子半径差异，这会形成大量的缺陷，从而增加声子散射，降低声子平均自由程，降低热导率。
14、3.通过烧结制备的陶瓷块体很难达到完全致密，因此会有一些气孔，气孔的体积与陶瓷的体积之比称为孔隙率，孔隙率对陶瓷的性能具有重要影响。本专利技术制备的双相高熵陶瓷粉末晶粒尺寸小，制备的陶瓷块体具有较小的孔隙率，能够改善陶瓷的韧性和强度。
15、4.本专利技术采用共沉淀法制备高熵陶瓷粉末，金属离子在混合溶液中可以充分反应，不会形成偏析，再经高温加热，多种沉淀在高温下反应形成固溶体，由于较大的尺寸差异，两相达到了固溶极限，形成了双相结构。该双相结构中的元素都固溶在一起，形成了一种固溶体混合相，每种相都是高熵结构。该方法简单，适用范围广。
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1.一种耐高温双相高熵陶瓷粉末，其特征在于，所述陶瓷粉体同时具有烧绿石结构和缺陷萤石结构，是一种固溶体混合相材料，其化学分子式为Gd2(Ce0.2Zr0.2Hf0.2Sn0.2Ti0.2)2O7。
2.一种如权利要求1所述的耐高温双相高熵陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
3.根据权利要求2所述的耐高温双相高熵陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中六种硝酸盐分别为硝酸钆六水合物、硝酸铈铵，硝酸锆、硝酸铪、硝酸锡、硝酸钛，纯度≥99.9％；加入足量氨水(pH值大于12)进行调节。
4.根据权利要求2所述的耐高温双相高熵陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤二中将沉淀物放入烘干箱中烘干，烘干温度为100～120℃，烘干时间为12～16h。
5.根据权利要求2所述的耐高温双相高熵陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤三中保护气氛为氮气，煅烧温度为1200℃～1400℃，煅烧时间1h，升温速率为5℃/min；退火温度为1500℃，退火时间为1h，研磨之后过筛的筛网目数为200～400目。
6.根据权利要求1所述
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温双相高熵陶瓷粉末，其特征在于，所述陶瓷粉体同时具有烧绿石结构和缺陷萤石结构，是一种固溶体混合相材料，其化学分子式为gd2(ce0.2zr0.2hf0.2sn0.2ti0.2)2o7。
2.一种如权利要求1所述的耐高温双相高熵陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
3.根据权利要求2所述的耐高温双相高熵陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中六种硝酸盐分别为硝酸钆六水合物、硝酸铈铵，硝酸锆、硝酸铪、硝酸锡、硝酸钛，纯度≥99.9％；加入足量氨水(ph值大于12)进行调节。
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓兵，魏星，马杨，洪飞扬，董宣伟，伍彦米，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：
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