本發(fā)明涉及一種雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷的制備方法，屬于高溫陶瓷制備技術領域。

背景技術：

從以往研究的高溫陶瓷材料來看，可能適用于高溫熱障涂層的陶瓷材料主要有氧化釔/氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋯/氧化鋁、鋯酸鑭、鋯酸鍶、磷酸鋯、硅酸鋯、鈦酸鋯、莫來石、稀土氧化物陶瓷等，其中氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)整體性能為最好，是目前廣泛應用的陶瓷熱障涂層。但是熱障涂層陶瓷材料(YSZ)僅能穩(wěn)定工作于1200℃以下的環(huán)境中，當工作溫度超過1200℃時，YSZ陶瓷材料容易發(fā)生相變，熱膨脹系數(shù)與基體材料變得不相匹配，導致了高溫陶瓷材料裂紋的形成，最終將導致熱障涂層陶瓷材料脫落失效，已經難以滿足熱能發(fā)動機前燃氣進口溫度不斷提高的要求。因此，迫切需要尋求一種能夠長期穩(wěn)定工作于1200℃以上條件下的新型熱障涂層陶瓷材料。

在以往文獻中，對稀土鉭酸鹽的研究較多的集中在其結構以及其熒光性質上，王富芝等人合成了(Lu_1-xRE_x)TaO₄熒光體(Lu＝Y,Gd或La；RE＝Tb或Eu；x＝0.05～0.10)；李博等人采用高溫固相反應法合成了M′型YTaO4:Gd,Eu,詳細報導了Gd³⁺、Eu³⁺離子共激活的M′型YTaO₄的發(fā)光性質,研究了發(fā)光過程中基質、敏化劑和激活劑之間的能量傳遞現(xiàn)象。中國專利CN 103923654A報道了一種釹鐿雙摻雜稀土正鉭酸鹽上轉換發(fā)光材料，具有化學通式MeTaO₄:xNd³⁺，yYb³⁺.其中，Me為釔、鑭、釓、或镥元素中的一種。而本發(fā)明制備的雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷主要用于熱障涂層材料，其制備方法簡單，而且其有很好的熱學及力學性能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)將稱量好的稀土氧化物和氧化鉭混合均勻，將混合后的粉末干燥、過篩后進行第一次燒結；

(2)待爐冷后，把樣品進行研磨、球磨、干燥、過篩，將過篩后的粉末置于模具內壓實，然后進行二次燒結后得到雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷所述RE^a/RE^b為Y,La,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Er,Yb中的一種，RE^a和RE^b不能為同一種稀土元素；

所述

優(yōu)選的，步驟(2)中球磨過程中球磨機的轉速為300r/min～500r/min，球磨時間為60～180min。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中干燥過程的溫度為60～80℃，干燥時間為10～24小時。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述過篩為粉末過300目篩。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(1)中第一次燒結的溫度為1500～1700℃，煅燒時間為2～10小時。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中混合粉末壓實時，保壓壓力為8～12MPa，保壓時間為30～60min。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中二次燒結溫度為1500～1700℃，煅燒時間為2～10小時。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述的雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷的制備方法制備得到的雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)經過球磨機混粉后能夠混合均勻，使其在煅燒時能夠成分反應。

(2)所制得的雙稀土離子鉭酸鹽在高溫下熱膨脹系數(shù)較低((5～8.5)×10^–7K^-1)。

(3)所制得的雙稀土離子鉭酸鹽有很好的高溫熱穩(wěn)定性，有望作為新型的高溫陶瓷材料。

(4)所制得的雙稀土離子鉭酸鹽與二氧化鋯相比較有較好的力學性質和熱學性質。

附圖說明

圖1為實施例1技術方案所制備的(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)高溫陶瓷塊體的掃描電鏡圖(SEM圖譜)；

圖2為實施例1技術方案所制備的(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)與氧化釔穩(wěn)定性氧化鋯(YSZ)的熱導率的圖譜。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內容。

實施例1

本實施例所述一種耐高溫、抗氧化、抗磨損雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷材料(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)及其制備方法，具體包括以下步驟：

稱取氧化銪5.2788g，氧化釓3.6249g，氧化鉭11.0473g，在無水乙醇中混合后，置于行星式球磨機中球磨(球磨機的轉速為400r/min，球磨時間為120min)，將球磨好的混合物在74℃下干燥16小時后過300目篩，將其在1650℃下預燒5小時。

在第一次煅燒原料之后，把混合料研磨至微小顆粒(10～30μm)，再次溶于無水乙醇中，置于行星式球磨機中球磨(球磨機的轉速為400r/min，球磨時間為120min)，將球磨好的混合物在74℃下干燥16小時后過300目篩，然后用模具壓制成型(保壓壓力為11MPa，保壓時間為40min)，壓制成型后，將其在1650℃下煅燒5小時，冷卻至室溫，即得到所需致 密的塊狀雙稀土離子鉭酸鹽(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)高溫陶瓷，反應方程式為0.3Eu₂O₃+0.2Gd₂O₃+0.5Ta₂O₅＝Eu_0.6Gd_0.4TaO₄。

本實施例制備得到的雙稀土離子鉭酸鹽(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)高溫陶瓷純度高，形貌好，如圖1所示的SEM圖譜。如圖2所示，本實驗所制得的(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)與當前使用的8YSZ(2～3.5W.m^-1k^-1)相比較，(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)有較低的熱導率，表明(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)在高溫熱障涂層使用方面有較好的熱學性質。在力學方面，較低的硬度值(648HV)可以有效地阻止殘余應力和裂紋的傳播，提高高溫熱障涂層的容韌性和斷裂韌性。經試驗測得(Eu_0.6Gd_0.4TaO₄)的平均熱膨脹系數(shù)為約為8.5×10^–7K^-1。

實施例2

本實施例所述一種新型耐高溫，抗氧化，抗磨損雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷材料(La_0.75Sm_0.25TaO₄)及其制備方法，具體包括以下步驟：

稱取氧化鑭4.8871g，氧化釤1.7435g，氧化鉭8.8378g，在無水乙醇中混合后，置于行星式球磨機中球磨(球磨機的轉速為350r/min，球磨時間為140min)，將球磨好的混合物在65℃下干燥20小時后過300目篩，將其在1550℃下預燒8小時。

在第一次煅燒原料之后，把混合料研磨至微小顆粒(10～30μm)，再次溶于無水乙醇中，置于行星式球磨機中球磨(球磨機的轉速為350r/min，球磨時間為140min)，將球磨好的混合物在65℃下干燥20小時后過300目篩，然后用模具壓制成型(保壓壓力為9MPa，保壓時間為55min)，壓制成型后，將其在1550℃下煅燒8小時，冷卻至室溫，即得到所需致密的塊狀雙稀土離子鉭酸鹽(La_0.75Sm_0.25TaO₄)高溫陶瓷，反應方程式為0.375La₂O₃+0.125Sm₂O₃+0.5Ta₂O₅＝La_0.75Sm_0.25TaO₄。

實施例3

本實施例所述一種新型耐高溫，抗氧化，抗磨損雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷材料(Y_0.5Dy_0.5TaO₄)及其制備方法，具體包括以下步驟：

稱取氧化釔5.6452g，氧化鏑9.3249g，氧化鉭22.0946g，在無水乙醇中混合后，置于行星式球磨機中球磨(球磨機的轉速為300r/min，球磨時間為180min)，將球磨好的混合物在60℃下干燥24小時后過300目篩，將其在1650℃下預燒10小時。

在第一次煅燒原料之后，把混合料研磨至微小顆粒(10～30μm)，再次溶于無水乙醇中，置于行星式球磨機中球磨(球磨機的轉速為300r/min，球磨時間為180min)，將球磨好的混合物在60℃下干燥24小時后過300目篩，然后用模具壓制成型(保壓壓力為8MPa，保壓時間為60min)，壓制成型后，將其在1650℃下煅燒10小時，冷卻至室溫，即得到所需致 密的塊狀雙稀土離子鉭酸鹽(Y_0.5Dy_0.5TaO₄)高溫陶瓷，反應方程式為0.25Y₂O₃+0.25Dy₂O₃+0.5Ta₂O₅＝Y_0.5Dy_0.5TaO₄。

實施例4

本實施例所述一種新型耐高溫，抗氧化，抗磨損雙稀土離子鉭酸鹽高溫陶瓷鉭酸鹽(Er_0.8Yb_0.2TaO₄)陶瓷材料及其制備方法，具體包括以下步驟：

稱取氧化鉺7.6503g，氧化鐿1.9703g，氧化鉭11.0473g，在無水乙醇中混合后，置于行星式球磨機中球磨(球磨機的轉速為500r/min，球磨時間為60min)，將球磨好的混合物在80℃下干燥10小時后過300目篩，將其在1700℃下預燒2小時。

在第一次煅燒原料之后，把混合料研磨至微小顆粒(10～30μm)，再次溶于無水乙醇中，置于行星式球磨機中球磨(球磨機的轉速為500r/min，球磨時間為60min)，將球磨好的混合物在80℃下干燥10小時后過300目篩，然后用模具壓制成型(保壓壓力為12MPa，保壓時間為30min)，壓制成型后，將其在1700℃下煅燒2小時，冷卻至室溫，即得到所需致密的塊狀雙稀土離子鉭酸鹽(Er_0.8Yb_0.2TaO₄)高溫陶瓷，反應方程式為0.4Er₂O₃+0.1Yb₂O₃+0.5Ta₂O₅＝Er_0.8Yb_0.2TaO₄。