大块致密配比精确可控的Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７／ＺｒＯ２陶瓷复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７／ＺｒＯ２陶瓷复合材料的制备技术，具体为一种大块致密配比精确可控的Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７／ＺｒＯ２陶瓷复合材料的制备方法。该制备过程由两步组成：（１）先制备Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７陶瓷粉末，以Ｙ２Ｏ３和ＳｉＯ２混合物为原料，制备单相Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７陶瓷粉末；（２）再在Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７陶瓷粉末中加入预定体积份数的氧化锆粉末；上述两种粉末混合后，经球磨混合均匀，再将粉末成型得到生坯进行无压烧结，烧结温度为１１００～１６００℃，烧结时间为０．５～２小时，烧结后得到致密的Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７／ＺｒＯ２陶瓷复合材料，密度为理论密度的８５～１００％。本发明专利技术可以在无压烧结下制备出具有精确配比、高致密度的大块Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７／ＺｒＯ２陶瓷复合材料。该材料可以用作高温热障／环障／抗氧化涂层材料的靶材或原料，也可以作为高温结构材料、抗磨损材料等，在航空、航天方面有着广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大块致密配比精确可控的Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的制备技术，具 体为一种无压烧结制备Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的方法，它是以高纯单相Y2Si207陶瓷粉 末为其中的一种原料提高产物纯度、提高配比精度并促进烧结的方法。
技术介绍
￥^1207是一种熔点为1775t:的新型难熔陶瓷材料，因而可以作为一种新型的高 温结构材料，而且由于其具有低的杨氏模量、低的热膨胀系数及好的抗热腐蚀性能，Y2Si207 也可做为一种优良的抗氧化保护或环障涂层(oxidationresistantor environmental barrier coatings)。同时Y2Si207陶瓷材料还具有很低的热导率(当温度高于300°C时， 热导率小于3. 0W/mK)，是一种理想的热障涂层材料(thermalbarrier coating material) [J. Am. Ceram. Soc. ， 91 [8] ， 2623-2629 (2008)]，因而在航空、航天方面有着广泛的应用前 景。除此之外，&51207陶瓷材料在力学性能上也很有特点。比如高的损伤容限、低的剪切 变形阻力，因而能被普通的硬质合金刀具加工；另外，Y2Si207陶瓷材料还具有很好的抗磨 擦磨损性能，Y2Si207陶瓷材料是一种优异的可加工陶瓷并可加工为形状复杂的工件，所以 Y2Si207陶瓷材料可以用作形状复杂的磨擦件如喷嘴、阀门和密封件等等。Zr02陶瓷已成功 的广泛应用在结构或功能领域。由于其优异的热学性能，这种陶瓷被成功的用作航空发动 机和涡轮热机的叶片热障保护涂层。 因此，考虑到Y2Si207和Zr02两种材料的优势和一些互补性，Y2Si207/Zr02复合材料必然是一种前途光明的复合材料。这种复合材料会具有优异的环境容忍性，能抵抗高温、强 氧化、强热腐蚀环境，因此LSi20乂Zi^陶瓷复合材料可以用作热障涂层和环障涂层材料。 而且，由于其良好的高温性能，这种复合材料也是优秀的高温结构材料。并且，由于Y2Si207 和Zr02两种材料的良好的抗磨擦磨损性能，这种复合材料也可以作为抗磨损件材料使用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种制备大块致密配比精确可控的Y2Si207/Zr02陶瓷复合材 料的方法，通过以高纯单相Y2Si207陶瓷粉末为其中的一种原料提高产物纯度、提高配比精 度并促进烧结来制备大块致密配比精确可控的Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料。 本专利技术的技术方案是 —种大块致密配比精确可控的Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的制备方法，制备过程 由两步组成。先制备Y2Si207陶瓷粉末，以Y203和Si02混合物为原料，其中Y203和Si02的摩 尔比例为l : (1.4 2.5)，混合均匀后在高温空气电炉中进行煅烧，煅烧温度为125(TC 160(TC，煅烧时间为1 5小时，得到高纯单相Y2Si207陶瓷粉末。单相Y2Si207陶瓷粉末与 一定配比的商用Y203稳定Zr02(YSZ)或者单斜Zr02粉末进行混合，采用这种方法能精确控 制复合材料的配比。两种原料粉末的配比可以在0.01%到99.99%的范围内变化，两种原料粉末^231207陶瓷粉末、商用Y203稳定Zi^(YSZ)或者单斜Zr02粉末)的优选体积比例 范围为l : (0.01-100)。再将粉末成型得到生坯进行无压烧结(即常压下烧结)，烧结温 度为1100 160(TC，烧结时间为0. 5 2. 5小时，得到大块致密配比精确可控的Y2Si207/ Zr02陶瓷复合材料。烧结后的Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料由单相Y2Si207与7-8mol% Y203 稳定的Zr02组成，无其它杂质相，密度为理论密度的85%以上，在高温保温一定时间后可达 100%。 本专利技术Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的制备原材料为单相Y2Si207陶瓷粉末和商用 Zr02粉末，粉末粒度为0. 03-50 y m。 混合后的复合粉末经行星式球磨机球磨9 24小时，球磨罐和球磨介质均采用玛 瑙材质，球磨转速为250 400转/分钟，将球磨介质与粉末分离并干燥得到平均颗粒尺寸 为0. 03 2微米的超细粉。 所述生坯成型方式为将干燥粉末装入高强钢模具中单向冷压，压强为15 65MPa，或进行冷等静压成型，成型压力为50 300MPa，得到初始相对密度为45 65%的 生坯。所述无压烧结工艺为，升温速率为2 25°C /min，降温速率为2 50°C /min。所述成型后的Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料生坯的烧结方法为生坯在高温空气电炉或氧气炉中进行无压烧结，得到致密的无其它杂质的Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料；所述烧结气氛为空气或氧气。 本专利技术的有益效果是 1、本专利技术通过以Y2Si207为原料，使Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的配比在0_100% 的范围内精确可控，并使￥251207/21<)2陶瓷复合材料的烧结温度降低了达3501:，产物稳定 性显著提高并且促进了烧结。用无压烧结的方法制备出了大块无杂质、化学性能稳定、致密 均匀的Y2Si207/Zr02陶瓷块体复合材料。 2、本专利技术烧结温度低、保温时间短、所用设备简单、成本低，用Y^iA和Zr(^粉末 在1100°C 160(TC、烧结0. 5 2小时即可得到材料化学成分可控、无其它杂质的￥251207/ Zr02陶瓷块体复合材料。两相在复合材料中的分布均匀。 3、本专利技术制备的大块致密高纯的￥251207/21<)2陶瓷复合材料中使用单相^51207和 商用Zr02为原料粉末，保持了 Y2Si207和Zr02陶瓷的诸多优点，并且Y2Si207中的微量Y元 素进入Zr02晶格将Zr02稳定为立方相，保持了 Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料在各种恶劣环境 中的化学稳定性，因而在航空、航天方面有着广泛的应用前景。 4、本专利技术可以在无压烧结下制备出具有精确配比、高致密度的大块Y^i20/Zi^ 陶瓷复合材料。该材料可以用作高温热障/环障/抗氧化涂层材料的靶材或原料，也可以 作为高温结构材料、抗磨损材料等。附图说明 图1为实施例1的Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的密度和硬度随着Zr02含量变化而 变化的情况。 图2为实施例2中烧结后部分Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的扫描电镜照片(Zr02 含量分别为20、30、40、50vol% )。 图3为实施例2中烧结后10vol% Zr02含量Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的透射电 镜照片。 图4为实施例3中Y2Si207/Zr02陶瓷复合材料的弹性模量和抗弯强度随Zr02含量 变化而变化的情况。具体实施方式 实施例1 原材料为Y _Y2Si207陶瓷粉末和单斜Zr02粉末，粉末粒度为5 y m。将Y _Y2Si207陶 瓷粉末和单斜Zi^粉末按比例进行称量，其中单斜Zi^粉末的含量分别为总体积的10X、 20%、30%、40%、50%、70%、80%、100%。按配比称量好后的粉末经行星式球磨机球磨12 小时，球磨罐和球磨介质均采用玛瑙材质，球磨转速为300转/分钟，将球磨介质与粉末分 离并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大块致密配比精确可控的Ｙ↓［２］Ｓｉ↓［２］Ｏ↓［７］／ＺｒＯ↓［２］陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，制备过程由两步组成：　　（１）先制备Ｙ↓［２］Ｓｉ↓［２］Ｏ↓［７］陶瓷粉末，以Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］和ＳｉＯ↓［２］混合物为原料，制备单相Ｙ↓［２］Ｓｉ↓［２］Ｏ↓［７］陶瓷粉末；　　（２）再在Ｙ↓［２］Ｓｉ↓［２］Ｏ↓［７］陶瓷粉末中加入预定体积份数的氧化锆粉末；　　上述两种粉末混合后，经球磨混合均匀，再将粉末成型得到生坯进行无压烧结，烧结温度为１１００～１６００℃，烧结时间为０．５～２小时，烧结后得到致密的Ｙ↓［２］Ｓｉ↓［２］Ｏ↓［７］／ＺｒＯ↓［２］陶瓷复合材料，密度为理论密度的８５～１００％。

【技术特征摘要】
一种大块致密配比精确可控的Y2Si2O7/ZrO2陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，制备过程由两步组成(1)先制备Y2Si2O7陶瓷粉末，以Y2O3和SiO2混合物为原料，制备单相Y2Si2O7陶瓷粉末；(2)再在Y2Si2O7陶瓷粉末中加入预定体积份数的氧化锆粉末；上述两种粉末混合后，经球磨混合均匀，再将粉末成型得到生坯进行无压烧结，烧结温度为1100～1600℃，烧结时间为0.5～2小时，烧结后得到致密的Y2Si2O7/ZrO2陶瓷复合材料，密度为理论密度的85～100％。2. 按权利要求1所述的陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，原料粉末采用纯净的 单相Y2Si207陶瓷粉末和商用Y203稳定Zr02或者单斜Zr02粉末。3. 按权利要求1所述的陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述生坯的成型方式 为将干燥粉末装入高强钢模具中单向冷压，压强为15 65MPa ;或者，将干燥粉末进行冷 等静压成型，成型压力为50 300MPa ;获得的Y2Si207/Zr02生坯，其初始相对密度为45 65%。4. 按权利要求3所述的陶瓷复合材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周延春，孙子其，李美栓，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]