復合粉體材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種納米Al203/Y3A15012/Zr02復合粉體材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國航空、航天技術研究的深入與發展，超高溫結構陶瓷日益成為制約尖端技術裝備性能和安全性的關鍵性因素。Α1203/Υ3Α15012/Ζγ02Ξ元共晶納米復相陶瓷由于能夠在接近熔點(>1650°C)的超高溫氧化環境下保持良好的力學性能與組織穩定性等特性，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構材料。然而，由于在實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，通常調控氧化鋁陶瓷基質中納米Y3Al5O1^ ZrO 2增強相顆粒尺寸和分散性，這是提高Al 203/Y3Al5012/Zr0f元共晶納米復相陶瓷高溫抗水蒸氣腐蝕性和提高力學強度的必要舉措。
[0003]目如，有關制備氧化招基納米共晶復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法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法和化學沉淀法等，溶膠-凝膠法及化學沉淀法能夠合成納米級粉體，但其大量采用有機物，制備工藝復雜、成本高、產量低。傳統制備顆粒彌散Al203/Y3A15012/Zr0g元復相陶瓷所采用的制備方法多為機械混合法，其缺點是各相顆粒難以實現均勻分散且不能夠對顆粒大小等性能進行調控。
【發明內容】
[0004]本發明是為了解決現有制備納米Al203/Y3A15012/Zr02復合粉體材料的方法大量采用有機物，制備工藝復雜、成本高、產量低、各相顆粒難以實現均勻分散且不能夠對顆粒大小等性能進行調控的技術問題，而提供一種納米A1203/Y3A15012/ZrO2復合粉體材料的制備方法。
[0005]本發明的一種納米Al203/Y3A15012/Zr02復合粉體材料的制備方法是按以下步驟進行的:
[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量比為1: ￠.7?6.9);所述的混合液II中釔元素和鋁元素的質量比為1: (4?4.1);所述的分散劑的質量和混合液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，用硝酸銀水溶液對洗滌液進行檢驗，如果檢測出Cl，繼續用蒸餾水洗滌至檢測不出Cl，當檢測不出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*晶復合粉體。
[0011 ] 本發明采用醇-水鹽溶液水熱技術，通過控制溶液pH值、離子濃度、溫度及添加劑等技術參數制備具有物相準確、成分均勻和反應活性高特點的Al203/Y3A15012/Zr02三元共晶納米復合粉體材料，通過該技術所制備復相納米粉體不僅具有成分均勻、反應活性高的特點，而且技術成本低廉可控性高從而能夠實現工業產業化生產。
[0012]本發明方法的優點:
[0013](I)本發明基于由熱浴恒溫加熱醇-水溶液體系，導致體系陽離子電介質常數降低的原理，通過調節反應體系溫度、PH值等參數實現對超細納米顆粒粒徑及分散性調控；
[0014](2)本發明方法所制備納米共晶粉體組分比例及含量具有可控性，因此可實現不同物相比例的納米復相粉體；
[0015](3)本發明采用醇-水鹽溶液水熱法合成工藝簡單、合成周期短、產量高、對環境污染小，可以實現工業化批量生產。
【附圖說明】
[0016]圖1為試驗一中所制備的分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr0#晶復合粉體的SEM圖；
[0017]圖2為試驗一中所制備的分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr0#晶復合粉體的XRD圖；
[0018]圖3為試驗二中所制備的分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr0#晶復合粉體的SEM圖；
[0019]圖4為試驗二中所制備的分散良好的納米Al203/Y3A15012/Zr0#晶復合粉體的XRD圖。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:本實施方式為一種納米Al203/Y3A15012/Zr02復合粉體材料的制備方法，具體是按以下步驟進行的:[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量比為1: ￠.7?6.9);所述的混合液II中釔元素和鋁元素的質量比為1: (4?4.1);所述的分散劑的質量和混合液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，用硝酸銀水溶液對洗滌液進行檢驗，如果檢測出Cl，繼續用蒸餾水洗滌至檢測不出Cl，當檢測不出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*晶復合粉體。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是: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【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:步驟一中所述的濃硝酸的質量分數是65%?68%。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0028]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三的不同點是:步驟二所述的分散劑為PEG400、PEG1000、PEG2000或PEG 4000。其他與【具體實施方式】一至三相同。
[0029]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至三的不同點是: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【具體實施方式】一至三相同。
[0030]通過以下試驗驗證本發明的有益效果:
[0031 ] 試驗一:本試驗為一種納米Al203/Y3A15012/Zr02復合粉體材料的制備方法，具體是按以下步驟進行的:
[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