低热导率、高强度致密纯相锆酸镧陶瓷及其制备方法

摘要

本发明公开了一种低热导率、高强度致密纯相锆酸镧陶瓷及其制备方法。所述锆酸镧陶瓷的化学式为La₂Zr₂O₇，致密度大于85%，压缩强度为310~500MPa，常温热导率与热扩散系数分别为1.55~1.79W/(m·K)、(0.90~0.76)×10^-6m²/s，1200℃热导率与热扩散系数分别为0.75~0.94W/(m·K)、(0.35~0.45)×10^-6m²/s，断裂韧性为1.45~1.70MPa。按照本发明提供的锆酸镧陶瓷制备方法得到的锆酸镧陶瓷具有低热导率、高熔点、良好的抗氧化性、优良的力学性能和良好的高温相稳定性等优点，能够满足高超声速航空航天器对高强度隔热陶瓷材料性能的要求。

主权项

一种低热导率、高强度致密纯相锆酸镧陶瓷的制备方法，其特征在于，锆酸镧陶瓷的化学式为La₂Zr₂O₇，为单一焦绿石晶相，致密度大于85%，压缩强度为310~500MPa，常温热导率与热扩散系数分别为1.55~1.79W/(m·K)、(0.90~0.76)×10^‑6 m²/s ，1200℃热导率与热扩散系数分别为0.75~0.94W/(m·K)、(0.35~0.45) ×10^‑6 m²/s，断裂韧性为1.45~1.70MPa，方法的步骤如下：1) 将浓度为0.1~1mol/L的硝酸镧和氯氧化锆的水溶液混合并搅拌0.5~1h，形成La³⁺与Zr⁴⁺摩尔比为1:1的混合液，将混合液以10~60ml/min的速度滴加到氨水中，滴加结束后继续搅拌0.5~2h后静置陈化12~24h，静置后上清液pH值达到10~13，将沉淀物用去离子水洗涤、分离，当上清液pH值为7时，用乙醇洗涤、分离，在80~110℃下干燥12~24h，得到非晶粉末；2）将非晶粉末球磨1~3h，在400~1100℃条件下热处理3~6h，再球磨3~8h，筛分得到平均粒径为300~900nm的亚微米粉末，加入亚微米粉末质量的3~8%的聚乙烯醇溶液造粒，聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量百分数为5%，在60~120℃下烘干至聚乙烯醇溶液含量占亚微米粉末质量的1~3%，缓慢加压至200~300MPa并保压1~5min，干压成型制得素坯，将素坯在100~200MPa压强下进行冷等静压处理0.5~3min制得锆酸镧陶瓷素坯；3) 将锆酸镧陶瓷素坯以3~10℃/min速率升温至80~120℃保温0.5~1.5h，然后以3~10℃/min速率升温至400~600℃保温1~3h，再以5~10℃/min速率进一步升温至1400~1600℃保温4~10h，最后以5~10℃/min速率冷却至常温，得到低热导率、高强度致密纯相锆酸镧陶瓷。