一种镁基六铝酸镨(PrMgAl11O19)耐高温陶瓷材料的制备方法，属于耐高温隔热材料技术领域。其特点是：按PrMgAl11O19化学计量比进行配料。制备方法：(1)采用湿式球磨法，利用球磨机球磨混料，将浆料烘干后，在高温炉中煅烧进行固相反应，合成以PrMgAl11O19材料，经粉碎、研磨、二次球磨、干燥以及100目过筛等处理后得到PrMgAl11O19粉体；(2)通过干压成型的方法得到PrMgAl11O19坯体，并经冷等静压进一步密实化后，置于高温炉中于1400℃～1800℃进行无压烧结0.1～24小时，随炉冷却后取出陶瓷制品，即得到PrMgAl11O19陶瓷材料。采用本发明专利技术制备的PrMgAl11O19陶瓷具有较低的热导率、良好的高温相稳定性以及较优异的力学性能，同时，其制备方法具有工艺流程简单、周期短、成本相对低廉、易于工业化生产等特点，非常有潜力成为一种新型耐高温隔热保温陶瓷材料。
【技术实现步骤摘要】
一种PrMgAl11O19耐高温陶瓷材料的制备方法，属于耐高温隔热材料
技术介绍
“节能减排”是当今世界经济与社会发展的大势所趋。中国是目前世界上第二大能源生产国和消费国，但能源利用率较低，从各国能源利用率情况来看，如节能工作做得好的日本，能源利用率已达到57%，美国达到51%以上，欧共体国家平均为42%左右。而我国的能源利用率大约30%左右。对此中国政府明确提出了到2020年单位国内生产总值能源消耗比2005年降低40 45%左右的目标。我国工业能源消费量占全国能源消费总量的 70%，国家发改委和科技部联合颁布的《中国节能技术政策大纲》将工业节能列为我国节能工作的重点，并将节能新材料作为鼓励和支持的节能技术研究开发，产业发展和节能项目重点投资技术方向的主要内容之一。在工业生产中，工业窑炉是高温工业生产重要的热工设备，同时也是主要耗能装备，尤其在冶金、建材、陶瓷、玻璃、化工及机电企业中的热加工过程中，工业窑炉的能耗可占总能耗的40 70%。然而各种工业窑炉的热损失一般都很大，在大多数情况下，它们的热效率都较低，能源利用率不到30%，然而我国在工业窑炉方面的能耗比国外先进国家高 30% 180%。因此，从工业炉节约能源的战略目标来看，研究和采用高效轻质耐高温隔热炉衬材料和优化炉衬结构、减少工业炉炉衬的蓄热损失及散热损失是节约能源重要的技术方向。根据傅立叶导热定理，工业窑炉的散热损失与炉衬耐高温隔热材料的导热系数成正比，降低炉衬耐高温隔热材料的导热系数能有效减少工业窑炉的散热损失。目前，在工业窑炉炉衬等领域使用的主要耐高温隔热材料的基体材质主要是氧化铝质、莫来石质、氧化镁质、镁铝尖晶石质、石墨质以及氧化锆质材料。这些材料体系中的氧化铝、氧化镁和尖晶石等陶瓷存在热导率较高，使用过程中节能效果较差；而氧化锆基陶瓷具有较低的热导率，但其本身具有难以克服的缺陷如存在高温相变(高温下长期使用其稳定剂如Y2O3等会发生溶出现象)和氧化锆基陶瓷中的氧空位会使该材料具有氧离子传导能力过强的特性，长期使用会使材料失效，而且氧化锆的密度和原料价格都相对比较高，实际应用较少。因此，寻找具有更高性能和更低成本的新型隔热耐高温陶瓷材料，突破ZrO2系陶瓷的寿命极限，研制开发全新隔热材料，寻找一些具有更高相稳定性的低导热材料，使其能在更高温度下长时间使用，一直是耐高温隔热材料研究中的一个重要方向。镁基六铝酸镨(PrMgAl11O19)作为稀土六铝酸盐LnMAl11O19 (Ln = La Gd，M = Mg， Mn to Zn)材料中的一种，继承了镁基六铝酸镧(LaMgAl11O19)材料的优良性能，其弹性模量低，熔点高，有较强的结构和热化学稳定性，作为一种新型低导热耐高温陶瓷材料具有较好的应用前景。相对于氧化钇部分稳定的氧化锆基陶瓷材料而言，PrMgAl11O19独特的畸变六方磁铅石结构使其具有低的氧扩散速率并决定其晶体里板片状的结晶习性，板片状晶粒随机排列能平衡结构中的微气孔，有助于降低PrMgAl11O19材料的热导率；同时这种片状结构具有很好的抗烧结性，当制品在高温下长期使用的过程中可以保持好的体积稳定性；同时PrMgAl11O19陶瓷具有低的密度和原料价格和更高的高温相稳定性。此外，PrMgAl11O19陶瓷与传统高温隔热材料氧化铝、氧化镁和尖晶石和莫来石等陶瓷相比，具有显著的低热导率。 因此，PrMgAl11O19陶瓷所具备的这些独特的性能，使其在高温领域作为耐高温隔热材料方面具有潜在的应用前景。目前国内外对于LnMgAl11O19(Ln = La Gd)材料的研究主要集中在激光晶体、荧光材料以及热障涂层(TBCs)等应用领域，如徐进章等人采用助熔剂法成功制备了 LaMgAl11O19:Eu11+(η = 2,3)和LaMgAl11O19 = Tb3+单相荧光粉体；齐峰等人研究了新型热障涂层镁基六铝酸镧材料，以Y-Al2O3、La2O3、MgO为原料，采用喷雾干燥和粉末烧结法成功制备了具有单相成分近球形的可应用于大气等离子喷涂的镁基六铝酸镧喷涂粉末，研究结果表明，制备的LaMgAl11O19涂层粉末具有较低的热导率。P. Bansal等人采用柠檬酸溶胶-凝胶法在 1400°C合成了 LaMgAl11O19' GdMgAl11O19' SmMgAl11O19, Gd。. 7YbQ. 3MgAln019 粉体，并采用热压烧结法制备了相应的陶瓷，对其热学性能的研究结果表明上述陶瓷的热导率在I. 8W/ m · K 3. Off/m · K(200°C 1200°C )之间，对LaMgAl11O19材料进行稀土元素的掺杂，有助于降低其热导率。但是，目前对于采用PrMgAl11O19材料来制备陶瓷块体用于高温隔热保温领域几乎没有相关研究报道。当前采用简单无机化合物为原料制备的PrMgAl11O19陶瓷相比于ZrO2基陶瓷材料具有显著的原料低成本优势，密度也较后者低，具有较广泛的应用前景。因此，开发一种具有低成本制备技术并兼顾力学和热学性能优异的PrMgAl11O19陶瓷材料，非常有潜力成为一种新型耐高温隔热保温陶瓷材料，也具有重要的应用价值和技术创新意义。此外，制备PrMgAl11O19致密陶瓷材料多采用热压、高压等烧结方法，制备工艺较为复杂，烧结设备昂贵，难以实现大批量工业化生产，极大地限制了 PrMgAl11O19陶瓷的应用和发展。而本专利技术采用固相反应合成和无压烧结相结合的工艺来制备PrMgAl11O19陶瓷，制备工艺流程简单，周期短，成本相对低廉，易于工业化批量生产，同时也适合制备构件形状较为复杂的制品，是一种比较便利的方法。
技术实现思路
本专利技术针对目前在陶瓷隔热涂层材料中使用最多的氧化锆基陶瓷存在难以从根本上解决其相变及其具有极高的氧离子传递特性、原料成本高等问题，同时考虑到传统的隔热块体材料如氧化铝、氧化镁和尖晶石和莫来石等陶瓷具有较高的热导率。本专利技术利用PrMgAl11O19M料独特的晶体结构和本身具有的优异性能，提出一种通过固相反应合成 PrMgAl11O19粉体,采用便利的无压烧结工艺制备PrMgAl11O19陶瓷的低成本制备方法,达到制备一种具有优良力学性能的低导热PrMgAl11O19陶瓷材料，以满足其在高温隔热领域的条件需要。本专利技术的目的在于提供一种低成本制备PrMgAl11O19高温隔热用陶瓷材料的方法。 为实现上述目的，本专利技术提出一种两步法制备PrMgAl11O19陶瓷材料的方法本专利技术所述的PrMgAl11O19耐高温陶瓷材料的制备方法，其特点在于(I)采用固相反应法合成粉体合成PrMgAl11O19粉体；(2)采用无压烧结工艺制备PrMgAl11O19陶瓷。本专利技术所选用原料为氧化镨原料为氧化轧(Pr2O3);氧化铝原料为氢氧化铝(Al(OH)3);氧化镁原料为碱式碳酸镁(4MgC03 · Mg(OH)2 · 5H20)或碳酸镁(MgCO3)或氢氧化镁(Mg(OH)2)或氧化镁(MgO)。其中各种原料的要求如下Pr2O3粉纯度要求大于 95wt. %，平均粒径小于20μπι汸1(0!1)3粉纯度要求大于95wt. %，平均粒径小于100 μ m ; 4MgC03 · Mg(OH)本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闵鑫，房明浩，黄朝辉，刘艳改，马斌，关鸣，钱婷婷，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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