含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷及其制备方法，特别涉及含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷及其制备方法。这种陶瓷主要应用于催化剂、固体电解质、高放废物的固化、高温热障涂层材料等方面。
【背景技术】
[0002]错酸|L (Gadolinium zirconates)陶瓷是一种综合性能好、耐高温的陶瓷材料。其具有优良的物理、化学性能而被广泛应用于催化剂、固体电解质、高放废物固化、高温热障涂层材料等方面。它的结构通常具有烧绿石相和萤石相两种类型。
[0003]含烧绿石相锆酸钆陶瓷因其具有较高的热稳定性、较高的相稳定性、耐化学腐蚀性和抗福照能力强等优点而被选作固化高放废物的一种优良基材。2000年Ewing等在研究锆酸钆陶瓷的辐照性能时，发现该种陶瓷具有非常好的耐辐照能力。此外，含烧绿石相的锆酸钆具有特殊而复杂的晶体结构，可能以晶格空位占位、等价阳离子替位和不等价阳离子的电荷补偿替位以及原子填隙、超晶格等多种方式包容过渡金属、镧系以及锕系核素，因而人们对它作为锕系核素固化基材的应用前景充满期待。
[0004]然而，锆酸钆陶瓷是一种很难合成的材料。目前，国内外报道的锆酸钆陶瓷的制备主要以氧化钆、氧化锆粉体为原料，采用高温固相反应法、湿化学方法和机械球磨法。这些传统的合成方法，非常耗能耗时，而且有的合成方法工艺复杂。
[0005]此外，对于锆酸钆陶瓷的高温烧结，目前主要是在常压下、1773K的温度下烧结。其保温时间长，烧结周期过长，生产成本较高，而且其获得的显微结构不理想(晶界明显、晶粒较大、气孔较大、气孔率高等)，常温力学性能不高，这些都影响了锆酸钆陶瓷材料的使用性能。因此传统陶瓷烧结技术不适用于锆酸钆的烧结，开发含烧绿石相锆酸钆粉体陶瓷新的烧结技术对接近工程化的实际需要具有重要的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的旨在解决现有技术锆酸钆陶瓷制备困难，制备的锆酸钆陶瓷结构不理想(晶界明显、晶粒较大、气孔较大、气孔率高等)，常温力学性能不理想等问题。本发明通过采用高压高温烧结方式，提供了一种效率高、实用性强的含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷及其制备方法。
[0007]—种含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷，它由下述重量百分数的原料制备而成:锆酸IL的重量百分数为?ο %?loo %;氧化IL和氧化错中至少一种，其重量百分数为ο %?90 %;烧结助剂重量百分数为0 %?5 %。
[0008]—种含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷，它由下述重量百分数的原料制备而成:锆酸IL的重量百分数为10%?100% ;具体为20%或80% ;氧化IL和氧化错，其重量百分数为0%?90% ;具体为75%或15% ;烧结助剂重量百分数为0%?5% ;具体为5%。
[0009]所述烧结助剂为氧化钇和氧化铝中至少一种。
[0010]所述锆酸钆的粒度为亚微米至纳米；所述氧化锆、氧化钆的粒度为数十微米至亚微米；所述烧结助剂的粒度为数十微米至亚微米。
[0011 ] 一种含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷的制备方法，包括如下步骤:
[0012](1)将所述锆酸钆、所述烧结助剂和所述氧化钆和氧化锆中至少一种充分混合，得到混合后的粉体；
[0013](2)在所述混合后的粉体中加入有机溶剂，研磨，然后将研磨后的混合物做干燥处理，得到复合粉体；
[0014](3)将所述复合粉体经冷等静压压制，取出后破碎，再经过方孔筛，获得均匀颗粒；然后将其预压成型，制得坯模；
[0015](4)将所述坯模装入烧结腔体中，将所述烧结腔体放入六面顶压机中先加压后再加热，进行高温高压处理，卸压、降温后得到含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷。
[0016]上述的制备方法，步骤(2)中，所述有机溶剂为无水乙醇。
[0017]上述的制备方法，步骤(2)中，所述研磨的时间为1?3h。
[0018]上述的制备方法，步骤(2)中，所述研磨后的混合物颗粒为60?200目。
[0019]上述的制备方法，步骤(2)中，所述干燥是在恒温鼓风干燥箱中进行；所述干燥的温度为60?90°C ;所述干燥的时间为1?4h。
[0020]上述的制备方法，步骤(3)中，所述冷等静压的压力为150?300MPa。
[0021]上述的制备方法，步骤(3)中，所述方孔筛的孔径为1?4_ ;所述预压成型的压力为4?50MPa。
[0022]上述的制备方法，所述烧结腔体的装配方法，包括如下步骤:把白云石管2装入外形为立方体、中部为圆孔的叶蜡石体1的孔中，把石墨加热管3装入白云石管2中，把立方氮化硼传热管4装入石墨加热管3中，将坯模8装入钼杯5，再把已装有坯模8的钼杯5放入立方氮化硼传热管4中，在钼杯5两端分别填装白云石堵头9，在各白云石堵头9外侧装上石墨导电片10，把2个铜导电片6分别置于石墨加热管3的两端，把2个导电钢碗7分别装在各铜导电片6的外侧，即构成一个烧结腔体。
[0023]上述的制备方法中，所述还模为直径8?30mm，高度3?16mm的圆柱。
[0024]上述的制备方法，步骤(4)中，所述加压到的压力为1?lOGPa ;具体为4GPa。所述升温到的温度为60?1800°C ;具体为1450°C或1500°C。所述高温高压处理的保温保压时间为10?lOOmin ;具体为20min或30min。
[0025]与现有技术相比，本发明具有下列优点:
[0026](1)采用本发明制得的含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷材料，显微结构均匀、致密性好、热学性能优异等，可广泛的应用于催化剂、固体电解质、高放废物的固化、高温热障涂层材料等方面。
[0027](2)本发明采用超高压(1?lOGPa)、快速、较低温度、无气氛控制的烧结技术，可以合理设计烧结腔体以实现多片装烧，获得锆酸钆陶瓷的显微结构均匀、致密性好、热学性能优异、成本低下。
[0028](3)本发明提供的制备方法，制备简单，易于操作，烧结温度低，烧结时间及生产周期短，所制得的陶瓷材料实用性强。
【附图说明】
[0029]图1是本发明实施例中烧结腔体的装配纵剖视结构示意图。图1中，1为叶蜡石体，2为白云石管，3为石墨加热管，4为立方氮化硼传热管，5为钼杯，6为铜导电片，7为导电钢碗，8为坯模，9为白云石堵头，10为石墨导电片。
[0030]图2是本发明实施例1合成样品的扫描电镜图。
[0031]图3是本发明实施例2合成样品的扫描电镜图。
[0032]图4是本发明实施例1?2合成样品的XRD衍射图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0034]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0035]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0036]实施例1
[