專利名稱：稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高發(fā)射率材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
耐高溫金屬材料在熱結(jié)構(gòu)部件和飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。金屬材料的使用溫度受到本身性質(zhì)的制約，鈦合金可以應(yīng)用于650°C的環(huán)境；Y-TiAl合金能夠承受870°C的高溫；鎳基高溫合金的最高使用溫度可以達(dá)到1000 1100°C。然而，現(xiàn)代航空航天以及軍事工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展使材料的服役環(huán)境更為苛刻。為了防止金屬材料如鎳基高溫合金在高溫下性能退化，其表面往往需要制備一層抗氧化、抗熱震以及具有高發(fā)射率的多功能防護(hù)涂層，通過輻射散熱的方式將大部分熱量散失掉。
根據(jù)維恩位移定律，隨著溫度的增加，紅外輻射的峰值波長向短波方向移動。由普朗克定律可以計算出，當(dāng)黑體溫度在1000°c時，約97%的輻射能集中在I 14 μ m波段。迄今為止，研究發(fā)現(xiàn)過渡金屬氧化物體系和碳化硅及其陶瓷基復(fù)合材料在這一波段內(nèi)具有較高的發(fā)射率。然而，過渡金屬氧化物體系抗熱沖擊性較差；而碳化硅及其陶瓷基復(fù)合材料與耐高溫金屬材料存在熱膨脹失配的問題，使得它在航空航天和軍事工業(yè)等方面的應(yīng)用受到限制。近年來，六鋁酸鹽材料引起了人們的廣泛關(guān)注。它具有與耐高溫金屬材料相匹配的熱膨脹系數(shù)以及較高的熔點和優(yōu)異的高溫?zé)岱€(wěn)定性，這些性能使它足以勝任苛刻的高溫環(huán)境，然而其熱輻射性能尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有鎳基高溫合金表面防護(hù)涂層難以同時滿足高發(fā)射率、抗熱震和抗氧化的多功能要求的問題，而提供稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料及其制備方法。稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的化學(xué)式為LahLnxMgAl11O19，其中Ln = Nd、Sm 或 Dy,O ^ x ^ I0稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法按以下步驟實現(xiàn)—、將氧化物粉體A、MgO和Al2O3分別置于坩堝中，再將坩堝置于高溫爐中，以100 300°C /h的升溫速度升溫至600 1000°C，保溫I 4h后，以100 500°C /h的降
溫速度降至室溫；二、依照化學(xué)式LahLnxMgAl11O19,按化學(xué)計量比稱取經(jīng)步驟一處理后的氧化物粉體A、MgO和Al2O3，置于球磨瓶中，加入無水乙醇和磨球，濕磨混合均勻，得到混合物；三、將步驟二得到的混合物烘干、過160 500目篩后，在10 40MPa的壓力下冷壓成型，再在100 400MPa下冷等靜壓，保壓時間為3 lOmin，得到坯體；四、將步驟五中得到的坯體在溫度為1500 1700°C的條件下，燒結(jié)5 30h，即完成稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備；其中步驟一中氧化物粉體A為La203、Nd203、Sm2O3和Dy2O3中的一種或兩種；
步驟二中化學(xué)式LahLnxMgAl11O19 中 Ln = Nd、Sm 或 Dy, O ^ x ^ I ；步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與無水乙醇的質(zhì)量比為I : (O. 5 3)；步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為I : (3 5)。本發(fā)明的有益效果是制備方法工藝簡單、成本低以及適合于大批量生產(chǎn)。制得的La1^xLnxMgAl11O19在3 14 μ m整個波段內(nèi)法向光譜發(fā)射率均大于O. 7，在6 11 μ m波段接近于I. 0，有利于應(yīng)用于高超聲速飛行器上外蒙皮的熱防護(hù)涂層材料，可以同時滿足高發(fā)射率、抗熱震和抗氧化的多功能要求。



圖I是具體實施方式
九中所得產(chǎn)物L(fēng)aa9NdaiMgAl11O19陶瓷的X射線衍射(XRD)圖譜；圖2是具體實施方式
九中所得產(chǎn)物L(fēng)aa9NdaiMgAl11O19陶瓷的掃描電子顯微鏡(SEM)微觀形貌圖；圖3是具體實施方式
九中所得產(chǎn)物L(fēng)aa9NdaiMgAl11O19陶瓷在500°C下的法向光譜發(fā)射率；圖4是具體實施方式
十中所得產(chǎn)物L(fēng)aa9SmaiMgAl11O19陶瓷在500°C下的法向光譜發(fā)射率。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的化學(xué)式為LahLnxMgAl11O19,其中 Ln = Nd、Sm 或 Dy,O ^ x ^ I0具體實施方式
二 本實施方式稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法按以下步驟實現(xiàn)一、將氧化物粉體A、MgO和Al2O3分別置于坩堝中，再將坩堝置于高溫爐中，以100 300°C /h的升溫速度升溫至600 1000°C，保溫I 4h后，以100 500°C /h的降
溫速度降至室溫；二、依照化學(xué)式LahLnxMgAl11O19,按化學(xué)計量比稱取經(jīng)步驟一處理后的氧化物粉體A、MgO和Al2O3，置于球磨瓶中，加入無水乙醇和磨球，濕磨混合均勻，得到混合物；三、將步驟二得到的混合物烘干、過160 500目篩后，在10 40MPa的壓力下冷壓成型，再在100 400MPa下冷等靜壓，保壓時間為3 lOmin，得到坯體；四、將步驟五中得到的坯體在溫度為1500 1700°C的條件下，燒結(jié)5 30h，即完成稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備；其中步驟一中氧化物粉體A為La2O3、Nd2O3、Sm2O3和Dy2O3中的一種或兩種；步驟二中化學(xué)式LahLnxMgAl11O19 中 Ln = Nd、Sm 或 Dy, O ^ x ^ I ；步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與無水乙醇的質(zhì)量比為I : (O. 5 3)；步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為I : (3 5)。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟一中以200°C /h的升溫速度升溫至800°C，保溫2h后，以300°C /h的降溫速度降至室溫。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二或三不同的是步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與無水乙醇的質(zhì)量比為I : 1.5。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二或三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二至四之一不同的是步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為I : 4。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
二至五之一不同的是步驟二中磨球材質(zhì)為ZrO2，大小為O. 3 10mm。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
二至六之一不同的是步驟三中混合 物烘干、過300目篩后，在30MPa的壓力下冷壓成型，再在300MPa下冷等靜壓，保壓時間為5min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
二至七之一不同的是步驟四中坯體在溫度為1600°C的條件下，燒結(jié)10h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法按以下步驟實現(xiàn)一、將氧化物粉體La2O3、Nd2O3、MgO和Al2O3分別置于坩堝中，再將坩堝置于高溫爐中，以300°C /h的升溫速度升溫至900°C，保溫3h后，以100°C /h的降溫速度降至室溫；二、依照化學(xué)式LahLnxMgAl11O19,按化學(xué)計量比稱取經(jīng)步驟一處理后的氧化物粉體La203、Nd203、MgO和Al2O3,置于球磨瓶中，加入無水乙醇和磨球，濕磨混合均勻，得到混合物；三、將步驟二得到的混合物烘干、過500目篩后，在20MPa的壓力下冷壓成型，再在300MPa下冷等靜壓,保壓時間為5min,得到還體；四、將步驟五中得到的坯體在溫度為1700°C的條件下，燒結(jié)10h，即完成稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備；其中步驟二中氧化物粉體La2O3、Nd2O3、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與無水乙醇的質(zhì)量比為 I : 2 ;步驟二中氧化物粉體La203、Nd203、Mg0和Al2O3的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為I : 3。本實施方式中步驟二中按化學(xué)計量比稱取經(jīng)步驟一處理后的氧化物粉體，分別為14. 662g 的 La2O3U. 682g 的 Nd203>4. 030g 的 MgO 和 56. 079g 的 Al2O30本實施方式中制備所得稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的化學(xué)式為Laa9Nda WgAl11O1P所得試樣的XRD如圖I所示，峰型狹窄而尖銳，說明樣品結(jié)晶良好，衍射峰位置顯示Laa9NdaiMgAl11O19為磁鉛石結(jié)構(gòu)六招酸鹽。圖2顯示其晶粒呈長方板狀。圖3顯示Laa9NdaiMgAl11O19在3 14 μ m整個波段內(nèi)法向光譜發(fā)射率均大于O. 7，在6 11 μ m波段更是接近于I. 0，顯示出優(yōu)異的熱輻射性能。
具體實施方式
十本實施方式稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法按以下步驟實現(xiàn)—、將氧化物粉體La2O3、Sm2O3、MgO和Al2O3分別置于坩堝中，再將坩堝置于高溫爐中，以250°C /h的升溫速度升溫至950°C，保溫2. 5h后，以150°C /h的降溫速度降至室溫；二、依照化學(xué)式LahLnxMgAl11O19,按化學(xué)計量比稱取經(jīng)步驟一處理后的氧化物粉體La203、Sm2O3> MgO和Al2O3,置于球磨瓶中，加入無水乙醇和磨球，濕磨混合均勻，得到混合物；三、將步驟二得到的混合物烘干、過300目篩后，在30MPa的壓力下冷壓成型，再在300MPa下冷等靜壓,保壓時間為6min,得到還體；四、將步驟五中得到的坯體在溫度為1650°C的條件下，燒結(jié)10h，即完成稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備；其中步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與無水乙醇的質(zhì)量比為I I. 5 ；步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為I : 3.5。 本實施方式中步驟二中按化學(xué)計量比稱取經(jīng)步驟一處理后的氧化物粉體，分別為14. 662g 的 La2O3U. 682g 的 Nd203>4. 030g 的 MgO 和 56. 079g 的 Al2O30本實施方式中制備所得稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的化學(xué)式為Laa9NdaiMgAl11O1P如圖4所示Laa9Sma^gAl11O19在6 11 μ m波段內(nèi)法向光譜發(fā)射率大于O. 9，顯示出優(yōu)異的熱輻射性能。
權(quán)利要求
1.稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料，其特征在于稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的化學(xué)式為 La^xLnxMgAl11O19,其中 Ln = Nd、Sm 或 Dy,O ^ x ^ I0
2.如權(quán)利要求I所述稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法，其特征在于稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法按以下步驟實現(xiàn) 一、將氧化物粉體A、MgO和Al2O3分別置于坩堝中，再將坩堝置于高溫爐中，以100 3000C /h的升溫速度升溫至600 1000°C，保溫I 4h后，以100 500°C /h的降溫速度降至室溫； 二、依照化學(xué)式LahLnxMgAl11O19,按化學(xué)計量比稱取經(jīng)步驟一處理后的氧化物粉體A、MgO和Al2O3，置于球磨瓶中，加入無水乙醇和磨球，濕磨混合均勻，得到混合物； 三、將步驟二得到的混合物烘干、過160 500目篩后，在10 40MPa的壓力下冷壓成型，再在100 400MPa下冷等靜壓，保壓時間為3 lOmin，得到坯體； 四、將步驟五中得到的坯體在溫度為1500 1700°C的條件下，燒結(jié)5 30h，即完成稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備； 其中步驟一中氧化物粉體A為La203、Nd203、Sm2O3和Dy2O3中的一種或兩種； 步驟二中化學(xué)式 LahLnxMgAl11O19 中 Ln = Nd、Sm 或 Dy, O ^ x ^ I ； 步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與無水乙醇的質(zhì)量比為I : (O. 5 3); 步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為I : (3 5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法，其特征在于步驟一中以200°C /h的升溫速度升溫至800°C，保溫2h后，以300°C /h的降溫速度降至室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法，其特征在于步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與無水乙醇的質(zhì)量比為I : 1.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法，其特征在于步驟二中氧化物粉體A、MgO和Al2O3的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為I : 4。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法，其特征在于步驟二中磨球材質(zhì)為Zr2O3,大小為O. 3 10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法，其特征在于步驟三中混合物烘干、過300目篩后，在30MPa的壓力下冷壓成型，再在300MPa下冷等靜壓，保壓時間為5min。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料的制備方法，其特征在于步驟四中坯體在溫度為1600°C的條件下，燒結(jié)10h。
全文摘要
稀土離子摻雜六鋁酸鹽高發(fā)射率材料及其制備方法，它涉及高發(fā)射率材料及其制備方法。它為了解決現(xiàn)有鎳基高溫合金表面防護(hù)涂層難以同時滿足高發(fā)射率、抗熱震和抗氧化的多功能要求的問題。產(chǎn)品的化學(xué)式為La1-xLnxMgAl11019，其中Ln＝Nd、Sm或Dy，0≤x≤1。方法一、原料處理；二、依照化學(xué)式，按化學(xué)計量比稱取處理后的原料，球磨后得混合物；三、混合物烘干、過篩后冷壓成型再冷等靜壓并保壓，得坯體；四、坯體經(jīng)燒結(jié)后即完成。本發(fā)明制備方法工藝簡單、成本低以及適合于大批量生產(chǎn)；所得產(chǎn)品有利于應(yīng)用于高超聲速飛行器上外蒙皮的熱防護(hù)涂層材料，可以同時滿足高發(fā)射率、抗熱震和抗氧化的多功能要求。
文檔編號C04B35/10GK102815928SQ20121030762
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者歐陽家虎, 劉虹志, 劉占國, 王亞明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)