本發(fā)明涉及陶瓷材料技術領域，具體為涉及一種共離子絡合的方法制備鎂基六鋁酸鑭粉體，該粉體材料特別適用于熱噴涂(等離子噴涂或火焰噴涂)等工藝制備熱障涂層或高溫燒結工藝制備結構陶瓷。

背景技術：

隨著航空技術的不斷發(fā)展，航空器對發(fā)動機的性能要求也越來越高；隨著飛行器的更新?lián)Q代，航空發(fā)動機開始向著高空氣流量比、高推重比以及高渦輪進口溫度發(fā)展，發(fā)動機關鍵部件所接觸的燃氣溫度將進一步提高。有研究表明，渦輪進口燃氣溫度每提高55℃，發(fā)動機推力可增加約10％；渦輪進口燃氣溫度每提高100℃，發(fā)動機推重比可以增加約10％。國外20世紀70年代研制出的航空發(fā)動機，渦輪進口的燃氣溫度已經(jīng)達到1600℃以上。為了提高發(fā)動機的使用溫度，主要通過在發(fā)動機基體材料表面涂覆熱障涂層，利用涂層材料的低熱導率、耐高溫、抗腐蝕的性能，降低基體接觸的溫度，從而保護發(fā)動機的部件在高溫下正常工作，使合金免受高溫和廢氣的腐蝕，提高發(fā)動機的使用壽命。

如今，熱障涂層已經(jīng)成為先進發(fā)動機熱端部件和內(nèi)燃機應用中的重要技術，而目前最廣泛使用的熱障涂層材料是部分以穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)，但是隨著發(fā)動機性能的提高，這種材料已經(jīng)不能滿足需求，尤其在超過1200℃的高溫下，該材料會產(chǎn)生相變，由非四方相變?yōu)樗姆较嗪土⒎较嘣龠M一步轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?，并在相變過程中發(fā)生體積變化，使涂層的體積變化與金屬基體的體積變化不相適應，從而導致涂層容易產(chǎn)生裂紋甚至脫落，因此涂層長時間在1200℃下使用極易失效。鎂基六鋁酸鑭是一種磁鉛石結構的板片狀六鋁酸鹽材料，具有高熔點、很好的高溫穩(wěn)定性、高熱膨脹系數(shù)、低熱導率等特點，成為新型熱障材料的研究方向，具有特殊結構的六鋁酸鹽作為新型無機功能材料，自70年代被制備出以來，已經(jīng)在許多領域得到廣泛的應用，可用于熒光材料的晶體基質(zhì)、超導材料、激光材料、高溫催化燃燒反應的催化材料等。

制備鎂基六鋁酸鑭的方法有很多種，比如CN1730210A和CN104528799A分別提供了一種采用共離子沉淀方法制備鎂基六鋁酸鑭粉體的方法，其區(qū)別在于前者步驟較為簡單，制備的鎂基六鋁酸鑭粉體分散性較差，比表面積較小；后者通過調(diào)整工藝，增加分散劑以及表面活性劑等手段提高了其分散性，增加了比表面積，并且降低了煅燒溫度等。CN101012066A提供了一種采用尿素燃燒制備六鋁酸鹽的方法，雖然可以明顯降低反應溫度，但是尿素法不能簡單的直接用于制備六鋁酸鹽，需要經(jīng)過大量的探索實驗找到離子配比，才能獲得結構完整和高純度的六鋁酸鹽材料。CN101108340A提供了一種反向微乳體系制備鋯錳摻雜六鋁酸鹽催化劑材料的制備方法，CN101225301A提供了一種利用反向微乳法和共沉淀結合的方法制備納米結構六鋁酸鹽發(fā)光材料的方法，徐金光等采用水熱-超臨界干燥法制備了錳取代六鋁酸鋇納米粉體，但是以上三種方法反應條件苛刻，生產(chǎn)成本較高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種采用共離子絡合制備鎂基六鋁酸鑭粉體的方法，該方法制備的鎂基六鋁酸鑭粉體粒度小、分散性好，工藝簡單快速，所需設備簡單，與固相法相比省去了多道球磨工序，節(jié)約能耗，適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術方案為：

一種采用共離子絡合的方法制備鎂基六鋁酸鑭粉體的方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)、制備醋酸固化物：將鎂鹽和鋁鹽溶于冰乙酸溶劑中，得到混合溶液A，混合溶液A中鎂離子的濃度為0.01～0.05mol/L，鋁離子的濃度為0.11～0.55mol/L，將混合溶液A充分攪拌均勻，然后將醋酸鑭粉末加入到攪拌均勻后的混合溶液A中，形成混合溶液B，將混合溶液B快速攪拌直至溶液發(fā)生固化，形成固化醋酸物；

(2)、冷凍干燥除溶劑：將固化醋酸物在冷凍干燥機中凍干5～24h，制得充分分散的前軀體粉末；

(3)、粉末的熱處理：將上步驟中得到的前軀體粉末置于1300～1600℃溫度下熱處理1～5h，即可制得純相的磁鉛石礦結構的鎂基六鋁酸鑭粉體，其形貌為六角片層狀結構，晶粒厚度為100～300nm，長度為1～5μm。

步驟(1)中所述的鎂鹽為硝酸鎂、氯化鎂或者醋酸鎂，所述的鋁鹽為硝酸鋁、氯化鋁或者醋酸鋁。

混合溶液A中的鎂離子與鋁離子的摩爾比為1：11，混合溶液B中鑭離子、鎂離子、鋁離子的摩爾比為1：1：11。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、通過醋酸物前驅(qū)體直接制備鎂基六鋁酸鑭粉體，成本低，所需設備簡單，便于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

2、采用冷凍干燥技術，使工藝簡單，效率高，去除溶劑后可以保留前驅(qū)體材料的空間結構，使粉體分散性良好，保證了產(chǎn)品高比表面積和一定的表面活性。

3、熱處理過程中升溫至500℃左右的階段是醋酸物的分解燃燒過程，在此過程中醋酸完全分解后不殘留雜質(zhì)，保證了產(chǎn)品的高純度。

4、通過改變合成方法，簡化了工藝步驟，縮短了鎂基六鋁酸鑭的合成制備周期，相比于固相法多次球磨處理，有效的節(jié)約了能耗。

該制備方法獲得的鎂基六鋁酸鑭粉體經(jīng)過造粒后可滿足于等離子體噴涂、火焰噴涂、電弧噴涂等熱噴涂工藝需求，用于制備各種抗高溫熱障涂層或抗高溫、耐磨耗、耐腐蝕涂層。應用于航空航天、燃氣輪機、船舶、汽車、機械、化工等行業(yè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中鎂基六鋁酸鑭粉體凍干后的掃描電鏡圖；

圖2為本發(fā)明實施例2、3、4中提供的鎂基六鋁酸鑭非晶粉末熱處理后的粉末的XRD圖譜；

圖3本發(fā)明實施例5中提供的鎂基六鋁酸鑭粉體熱處理后掃描電鏡圖；

圖4本發(fā)明實施例6中提供的鎂基六鋁酸鑭粉體熱處理后掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結合實施例以及附圖對本發(fā)明做詳細具體的說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不局限于以下實施例。

實施例1：

(1)制備醋酸固化物：將硝酸鎂和硝酸鋁溶于冰乙酸，得到混合溶液A，其中鎂離子的濃度為0.02mol/L，鋁離子的濃度為0.22mol/L，混合溶液A中的鎂離子與鋁離子的摩爾比為1：11。混合溶液A攪拌35min，取一定質(zhì)量的醋酸鑭粉末加入到攪拌均勻的混合溶液A中，形成混合溶液B，混合溶液B中鑭離子、鎂離子、鋁離子摩爾比為1：1：11，經(jīng)劇烈攪拌50min溶液發(fā)生固化，形成固化醋酸物；

(2)冷凍干燥除溶劑：將固化醋酸物在冷凍干燥機中凍干20h，得到分散性很好的前驅(qū)體粉末，固含量約為8％(重量)，前驅(qū)體粉體的掃描電鏡圖片如圖1所示，可以發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體中是薄片長條狀結構，證明了該方法固化過程中的絡合結構的形態(tài)，其尺寸寬為100～200nm，長約為1μm；

(3)粉末的熱處理：將冷凍干燥后的粉末于1500℃進行3h的熱處理，即可得到純相的磁鉛石礦結構的鎂基六鋁酸鑭粉體。

(4)檢測其熱膨脹性能，1500℃高溫下的熱膨脹系數(shù)為10.9×10^-6K^-1。

實施例2：

(1)制備醋酸固化物：將氯化鎂和氯化鋁溶于冰乙酸，得到混合溶液A，其中鎂離子的濃度為0.01mol/L，鋁離子的濃度為0.11mol/L，混合溶液A中的鎂離子與鋁離子的摩爾比為1：11?；旌先芤篈攪拌30min，取一定質(zhì)量的醋酸鑭粉末加入到攪拌均勻的混合溶液A中，形成混合溶液B，混合溶液B中鑭離子、鎂離子、鋁離子摩爾比為1：1：11，經(jīng)劇烈攪拌60min溶液發(fā)生固化，形成固化醋酸物；

(2)冷凍干燥除溶劑：將固化醋酸物在冷凍干燥機中凍干24h，得到分散性很好的前驅(qū)體粉末，固含量約為4％(重量)；

(3)粉末的熱處理：將冷凍干燥后的粉末于1400℃進行5h的熱處理，即可得到純相的磁鉛石礦結構的鎂基六鋁酸鑭粉體，其物相檢測結果如圖2所示，證明其為單一磁鉛石礦結構。

實施例3：

(1)制備醋酸固化物：將醋酸鎂和醋酸鋁溶于冰乙酸，得到混合溶液A，其中鎂離子的濃度為0.05mol/L，鋁離子的濃度為0.55mol/L，混合溶液A中的鎂離子與鋁離子的摩爾比為1：11?；旌先芤篈攪拌60min，取一定質(zhì)量的醋酸鑭粉末加入到攪拌均勻的混合溶液A中，形成混合溶液B，混合溶液B中鑭離子、鎂離子、鋁離子摩爾比為1：1：11，經(jīng)劇烈攪拌20min溶液發(fā)生固化，形成固化醋酸物；

(2)冷凍干燥除溶劑：將固化醋酸物在冷凍干燥機中凍干5h，得到分散性很好的前驅(qū)體粉末，固含量約為20％(重量)；

(3)粉末的熱處理：將冷凍干燥后的粉末于1600℃進行2h的熱處理，即可得到純相的磁鉛石礦結構的鎂基六鋁酸鑭粉體，其物相檢測結果如圖2所示，證明其為單一磁鉛石礦結構。

實施例4：

(1)制備醋酸固化物：將硝酸鎂和醋酸鋁溶于冰乙酸，得到混合溶液A，其中鎂離子的濃度為0.05mol/L，鋁離子的濃度為0.55mol/L，混合溶液A中的鎂離子與鋁離子的摩爾比為1：11?；旌先芤篈攪拌60min，取一定質(zhì)量的醋酸鑭粉末加入到攪拌均勻的混合溶液A中，形成混合溶液B，混合溶液B中鑭離子、鎂離子、鋁離子摩爾比為1：1：11，經(jīng)劇烈攪拌20min溶液發(fā)生固化，形成固化醋酸物；

(2)冷凍干燥除溶劑：將固化醋酸物在冷凍干燥機中凍干7h，得到分散性很好的前驅(qū)體粉末，固含量約為20％(重量)；

(3)粉末的熱處理：將冷凍干燥后的粉末于1500℃進行3h的熱處理，即可得到純相的磁鉛石礦結構的鎂基六鋁酸鑭粉體，其物相檢測結果如圖2所示，證明其為單一磁鉛石礦結構。

實施例5：

(1)制備醋酸固化物：將氯化鎂和硝酸鋁溶于冰乙酸，得到混合溶液A，其中鎂離子的濃度為0.04mol/L，鋁離子的濃度為0.44mol/L，混合溶液A中的鎂離子與鋁離子的摩爾比為1：11?；旌先芤篈攪拌50min，取一定質(zhì)量的醋酸鑭粉末加入到攪拌均勻的混合溶液A中，形成混合溶液B，混合溶液B中鑭離子、鎂離子、鋁離子摩爾比為1：1：11，經(jīng)劇烈攪拌25min溶液發(fā)生固化，形成固化醋酸物；

(2)冷凍干燥除溶劑：將固化醋酸物在冷凍干燥機中凍干10h，得到分散性很好的前驅(qū)體粉末，固含量約為16％(重量)；

(3)粉末的熱處理：將冷凍干燥后的粉末于1500℃進行5h的熱處理，即可得到純相的磁鉛石礦結構的鎂基六鋁酸鑭粉體，圖3中掃描電鏡圖顯示其形貌為六角片層狀結構，晶粒厚度約為300nm，長度約為5μm。

實施例6：

(1)制備醋酸固化物：將醋酸鎂和硝酸鋁溶于冰乙酸，得到混合溶液A，其中鎂離子的濃度為0.03mol/L，鋁離子的濃度為0.33mol/L，混合溶液A中的鎂離子與鋁離子的摩爾比為1：11?；旌先芤篈攪拌40min，取一定質(zhì)量的醋酸鑭粉末加入到攪拌均勻的混合溶液A中，形成混合溶液B，混合溶液B中鑭離子、鎂離子、鋁離子摩爾比為1：1：11，經(jīng)劇烈攪拌35min溶液發(fā)生固化，形成固化醋酸物；

(2)冷凍干燥除溶劑：將固化醋酸物在冷凍干燥機中凍干13h，得到分散性很好的前驅(qū)體粉末，固含量約為12％(重量)；

(3)粉末的熱處理：將冷凍干燥后的粉末于1600℃進行2h的熱處理，即可得到純相的磁鉛石礦結構的鎂基六鋁酸鑭粉體，圖4中掃描電鏡圖顯示其形貌為六角片層狀結構，晶粒厚度約為200nm，長度約為3μm。

實施例7：

(1)制備醋酸固化物：將醋酸鎂和醋酸鋁溶于冰乙酸，得到混合溶液A，其中鎂離子的濃度為0.01mol/L，鋁離子的濃度為0.11mol/L，混合溶液A中的鎂離子與鋁離子的摩爾比為1：11?；旌先芤篈攪拌60min，取一定質(zhì)量的醋酸鑭粉末加入到攪拌均勻的混合溶液A中，形成混合溶液B，混合溶液B中鑭離子、鎂離子、鋁離子摩爾比為1：1：11，經(jīng)劇烈攪拌60min溶液發(fā)生固化，形成固化醋酸物；

(2)冷凍干燥除溶劑：將固化醋酸物在冷凍干燥機中凍干18h，得到分散性很好的前驅(qū)體粉末，固含量約為4％(重量)；

(3)粉末的熱處理：將冷凍干燥后的粉末于1300℃進行5h的熱處理，即可得到純相的磁鉛石礦結構的鎂基六鋁酸鑭粉體。

當然，本領域技術人員可以通過調(diào)節(jié)各工藝參數(shù)，來制備鎂基六鋁酸鑭粉體，例如通過調(diào)節(jié)步驟1)中離子濃度，來控制所得產(chǎn)物鎂基六鋁酸鑭粉體的粒度范圍，還可以改變煅燒保溫的時間或溫度，控制煅燒過程中晶粒的成長，等等，諸如此類，可以不脫離本發(fā)明的技術構思的情況下對本發(fā)明進行各種改動和變形。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出若干改進和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。