復(fù)合粉體材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米Al203/Y3A15012/Zr02復(fù)合粉體材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國航空、航天技術(shù)研究的深入與發(fā)展，超高溫結(jié)構(gòu)陶瓷日益成為制約尖端技術(shù)裝備性能和安全性的關(guān)鍵性因素。Α1203/Υ3Α15012/Ζγ02Ξ元共晶納米復(fù)相陶瓷由于能夠在接近熔點(diǎn)(>1650°C)的超高溫氧化環(huán)境下保持良好的力學(xué)性能與組織穩(wěn)定性等特性，有望成為新一代可在高溫氧化性氣氛下長期服役的首選超高溫結(jié)構(gòu)材料。然而，由于在實(shí)際服役工況下存在高溫抗高速水蒸氣沖蝕性差及脆性斷裂等問題，通常調(diào)控氧化鋁陶瓷基質(zhì)中納米Y3Al5O1^ ZrO 2增強(qiáng)相顆粒尺寸和分散性，這是提高Al 203/Y3Al5012/Zr0f元共晶納米復(fù)相陶瓷高溫抗水蒸氣腐蝕性和提高力學(xué)強(qiáng)度的必要舉措。
[0003]目如，有關(guān)制備氧化招基納米共晶復(fù)合材料的研究主要集中在A1203/Y3A15012、Al203/Zr02等二元體系，主要有高溫固相反應(yīng)法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法和化學(xué)沉淀法等，溶膠-凝膠法及化學(xué)沉淀法能夠合成納米級(jí)粉體，但其大量采用有機(jī)物，制備工藝復(fù)雜、成本高、產(chǎn)量低。傳統(tǒng)制備顆粒彌散Al203/Y3A15012/Zr0g元復(fù)相陶瓷所采用的制備方法多為機(jī)械混合法，其缺點(diǎn)是各相顆粒難以實(shí)現(xiàn)均勻分散且不能夠?qū)︻w粒大小等性能進(jìn)行調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有制備納米Al203/Y3A15012/Zr02復(fù)合粉體材料的方法大量采用有機(jī)物，制備工藝復(fù)雜、成本高、產(chǎn)量低、各相顆粒難以實(shí)現(xiàn)均勻分散且不能夠?qū)︻w粒大小等性能進(jìn)行調(diào)控的技術(shù)問題，而提供一種納米A1203/Y3A15012/ZrO2復(fù)合粉體材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明的一種納米Al203/Y3A15012/Zr02復(fù)合粉體材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0006]—、制備原料溶液:將ZrOCl2.8Η20溶解到醇水溶液I中，得到濃度為0.lmol/L?lmol/L 的 ZrOCl2.8H20 醇水溶液；將 Al (NO3)3.9H20 或 Al2(SO4)3.18H20 溶解到醇水溶液II中，得到濃度為0.lmol/L?lmol/L的鋁鹽醇水溶液；將Y2O3粉體溶解于濃硝酸中，在50°C?120°C的烘箱中溶解至得到澄清的硝酸釔溶液，硝酸釔溶液的濃度為0.lmol/L?5mol/L ;所述的醇水溶液I由醇類I和去離子水混合而成，去離子水和醇類I的體積比為1: (I?10);所述的醇水溶液II由醇類II和去離子水混合而成，去離子水和醇類II的體積比為1: (I?10)；
[0007]二、混合原料溶液:將步驟一得到的ZrOCl2.8H20醇水溶液、鋁鹽醇水溶液和澄清的硝酸釔溶液均勻混合，得到混合液I，然后向混合液I中加入分散劑，在室溫下攪拌Ih?60h，得到混合液II ;所述的混合液II中鋯元素和鋁元素的質(zhì)量比為1: ￠.7?6.9);所述的混合液II中釔元素和鋁元素的質(zhì)量比為1: (4?4.1);所述的分散劑的質(zhì)量和混合液I的體積比為lg: (1mL?100mL)；
[0008]三、共沉淀:將步驟二得到的混合液II在水浴溫度為50°C?200°C的條件下水浴攪拌0.5h?20h，用噴壺霧入沉淀劑，然后在室溫下攪拌0.5h?10h，用保鮮膜封閉置于室溫中靜置6h?24h，得到混合液III ;所述的沉淀劑和混合液II的體積比為1: (0.2?
1.67);
[0009]四、離心、洗滌和干燥:將步驟三得到的混合液III在轉(zhuǎn)速為5000rpm?8000rpm的條件下離心分離Imin?3min，得固體，用蒸餾水洗滌固體4次?7次，用硝酸銀水溶液對(duì)洗滌液進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢測出Cl，繼續(xù)用蒸餾水洗滌至檢測不出Cl，當(dāng)檢測不出Cl后用無水乙醇洗滌3次?5次，將洗滌后的沉淀放入烘箱中，在溫度為60°C?200°C的條件下干燥1h?24h，得到分散均勻的球形Al203/Y3A15012/Zr02m米前驅(qū)體粉體；
[0010]五、煅燒:將步驟四得到的分散均勻的球形Al203/Y3A15012/Zr02納米前驅(qū)體粉體放置在高溫空氣爐中，以5°C /min的升溫速率從室溫升溫至1000°C?1500°C，然后在煅燒溫度為1000°C?1500°C的條件下煅燒Ih?10h，得到分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr02*晶復(fù)合粉體。
[0011 ] 本發(fā)明采用醇-水鹽溶液水熱技術(shù)，通過控制溶液pH值、離子濃度、溫度及添加劑等技術(shù)參數(shù)制備具有物相準(zhǔn)確、成分均勻和反應(yīng)活性高特點(diǎn)的Al203/Y3A15012/Zr02三元共晶納米復(fù)合粉體材料，通過該技術(shù)所制備復(fù)相納米粉體不僅具有成分均勻、反應(yīng)活性高的特點(diǎn)，而且技術(shù)成本低廉可控性高從而能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0012]本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn):
[0013](I)本發(fā)明基于由熱浴恒溫加熱醇-水溶液體系，導(dǎo)致體系陽離子電介質(zhì)常數(shù)降低的原理，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)體系溫度、PH值等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)超細(xì)納米顆粒粒徑及分散性調(diào)控；
[0014](2)本發(fā)明方法所制備納米共晶粉體組分比例及含量具有可控性，因此可實(shí)現(xiàn)不同物相比例的納米復(fù)相粉體；
[0015](3)本發(fā)明采用醇-水鹽溶液水熱法合成工藝簡單、合成周期短、產(chǎn)量高、對(duì)環(huán)境污染小，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為試驗(yàn)一中所制備的分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr0#晶復(fù)合粉體的SEM圖；
[0017]圖2為試驗(yàn)一中所制備的分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr0#晶復(fù)合粉體的XRD圖；
[0018]圖3為試驗(yàn)二中所制備的分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr0#晶復(fù)合粉體的SEM圖；
[0019]圖4為試驗(yàn)二中所制備的分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr0#晶復(fù)合粉體的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式為一種納米Al203/Y3A15012/Zr02復(fù)合粉體材料的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:[0021 ] 一、制備原料溶液:將ZrOCl2.8Η20溶解到醇水溶液I中，得到濃度為0.lmol/L?lmol/L 的 ZrOCl2.8H20 醇水溶液；將 Al (NO3)3.9H20 或 Al2(SO4)3.18H20 溶解到醇水溶液II中，得到濃度為0.lmol/L?lmol/L的鋁鹽醇水溶液；將Y2O3粉體溶解于濃硝酸中，在50°C?120°C的烘箱中溶解至得到澄清的硝酸釔溶液，硝酸釔溶液的濃度為0.lmol/L?5mol/L ;所述的醇水溶液I由醇類I和去離子水混合而成，去離子水和醇類I的體積比為1: (I?10);所述的醇水溶液II由醇類II和去離子水混合而成，去離子水和醇類II的體積比為1: (I?10)；
[0022]二、混合原料溶液:將步驟一得到的ZrOCl2.8H20醇水溶液、鋁鹽醇水溶液和澄清的硝酸釔溶液均勻混合，得到混合液I，然后向混合液I中加入分散劑，在室溫下攪拌Ih?60h，得到混合液II ;所述的混合液II中鋯元素和鋁元素的質(zhì)量比為1: ￠.7?6.9);所述的混合液II中釔元素和鋁元素的質(zhì)量比為1: (4?4.1);所述的分散劑的質(zhì)量和混合液I的體積比為lg: (1mL?100mL)；
[0023]三、共沉淀:將步驟二得到的混合液II在水浴溫度為50°C?200°C的條件下水浴攪拌0.5h?20h，用噴壺霧入沉淀劑，然后在室溫下攪拌0.5h?10h，用保鮮膜封閉置于室溫中靜置6h?24h，得到混合液III ;所述的沉淀劑和混合液II的體積比為1: (0.2?
1.67);
[0024]四、離心、洗滌和干燥:將步驟三得到的混合液III在轉(zhuǎn)速為5000rpm?8000rpm的條件下離心分離Imin?3min，得固體，用蒸餾水洗滌固體4次?7次，用硝酸銀水溶液對(duì)洗滌液進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢測出Cl，繼續(xù)用蒸餾水洗滌至檢測不出Cl，當(dāng)檢測不出Cl后用無水乙醇洗滌3次?5次，將洗滌后的沉淀放入烘箱中，在溫度為60°C?200°C的條件下干燥1h?24h，得到分散均勻的球形Al203/Y3A15012/Zr02m米前驅(qū)體粉體；
[0025]五、煅燒:將步驟四得到的分散均勻的球形Al203/Y3A15012/Zr02納米前驅(qū)體粉體放置在高溫空氣爐中，以5°C /min的升溫速率從室溫升溫至1000°C?1500°C，然后在煅燒溫度為1000°C?1500°C的條件下煅燒Ih?10h，得到分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr02*晶復(fù)合粉體。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)是:步驟一中所述的醇類I為異丙醇、甲醇、無水乙醇或正丁醇；步驟一中所述的醇類II為異丙醇、甲醇、無水乙醇或正丁醇。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二的不同點(diǎn)是:步驟一中所述的濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是65%?68%。其他與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三的不同點(diǎn)是:步驟二所述的分散劑為PEG400、PEG1000、PEG2000或PEG 4000。其他與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三的不同點(diǎn)是:步驟三所述的沉淀劑為濃度為lmol/L?lOmol/L的碳酸氫銨溶液、質(zhì)量濃度為22%?25%的氨水溶液或濃度為0.lmol/L?5mol/L的六次甲基四胺水溶液。其他與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0030]通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0031 ] 試驗(yàn)一:本試驗(yàn)為一種納米Al203/Y3A15012/Zr02復(fù)合粉體材料的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:
[0032]一、制備原料溶液:將19.32g的ZrOCl2.8Η20溶解到150mL的醇水溶液I中，得到ZrOCl2.8H20醇水溶液；將144.9g的Al (NO3)3.9H20溶解到150mL的醇水溶液II中，得