一種氧化鋯基多孔復合材料及其制備方法
【專利摘要】一種氧化鋯基多孔復合材料及其制備方法，所述氧化鋯基多孔復合材料包含由La2O3、Y2O3和ZrO2構成的氧化鋯基體、以及埋覆于氧化鋯基體中的增強體纖維，其中，在氧化鋯基體中，將La2O3、Y2O3以及ZrO2的摩爾比之和作為100mol%，La2O3占1-10mol%，Y2O3占0.5-5mol%，其余為ZrO2；增強體纖維占所述氧化鋯基多孔復合材料的10-45wt%。
【專利說明】一種氧化鋯基多孔復合材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于高溫熱防護材料領域，具體涉及一種氧化鋯基多孔復合材料及其制備 方法。

【背景技術】
[0002] 航天飛行器或巡航導彈在飛行過程中要經受嚴重的熱、振動、噪聲和沖擊等 復雜環境的影響，其中最苛刻的飛行條件是從軌道上以高超音速再入大氣層時強烈的 氣動加熱。飛行器以8馬赫數的速度在27km高度飛行時頭錐處的溫度為1793°C，機 翼或尾翼前緣的溫度高達 1455 °C [NASA Facts，National Aeronautics and Space Administration,John F. Kennedy Space Center, Orbiter Thermal Protection System，FS-2000-06-29-KSC，1997.]。隨著航天、航空飛行器飛行速度不斷提高，服役環 境越來越惡劣，對熱防護材料的要求愈加苛刻。新型飛行器熱防護系統期望材料具有 輕質、隔熱、耐高溫并兼有一定承載能力的特性，這類用于飛行器上的防/隔熱復合材料 已成為目前研究的熱點和重點。經過多年的研制和改進，陶瓷瓦高效隔熱復合材料已形 成了 LI(Lockheed Insulation)、FRCI (Fibrous Refractory Insulation Composite)、 AETB (Alumina Enhanced Thermal Barrier)以及BRI (Boeing Resuable Insulation)等系 列材料[C. John, I. Francesco, Thermal protection system of the space shuttle [R]. ADA308170, 1989.]，典型的陶瓷隔熱瓦AETB-12體積密度0. 192g/cm3,熱導率約為0. 064W/ (m · K)，壓縮強度0. 90?1. 83MPa，使用溫度可達1700?1870K。然而陶瓷瓦隔熱材料卻 具有脆性大，抗損傷能力差，維護成本高，更換周期長的缺點。現階段研制出的氣凝膠超 級隔熱材料，具有低密度，極低熱導率特性，如氧化硅氣凝膠具有優異的隔熱性能，是目前 公認熱導率最低的固態材料（常溫下約為〇. 〇13WAm · K))[王小東.納米多孔Si02氣凝 膠隔熱復合材料應用基礎研究[D].長沙：國防科學技術大學，2006]。由于氣凝膠本身固 有的力學性能差，使該類材料在力學性能要求高的航空航天領域的應用受到限制。
[0003] 纖維增強的陶瓷基復合材料具有陶瓷材料耐高溫、密度低、熱穩定性和化學穩定 等特點，同時還具有不產生災難性破壞的優點，它作為一種重要的高溫防/隔熱材料越來 越引起材料研究者的重視。碳/碳（C/C)復合材料是碳纖維增強碳基體的復合材料，具有 高強高模、比重輕、熱膨脹系數小、抗腐蝕、抗熱沖擊、耐摩擦性能好、化學穩定性好等一系 列優異性能，是一種新型的熱結構/功能一體化的超高溫復合材料。但由于其具有強烈的 氧化敏感性（溫度高于500°C時迅速氧化），如不加以保護，C/C復合材料難以在高溫下滿 足要求[P.L. Walker Jr, Carbon-An old but new material [J], Carbon, 1972, 10 (4) :369-3 82.]。另一類超高溫熱防護材料是C/SiC復合材料，C/SiC復合材料具有低密度、高強度、耐 高溫、抗燒蝕和抗沖擊等優點，其抗氧化性能優于C/C復合材料。西北工業大學等單位研制 的C/SiC陶瓷復合材料在1650°C的氧化環境中能夠長時間工作，室溫抗彎強度和斷裂韌性 分別達到700MPa以上和10?15MPa ·πι1/2[張立同，成來飛，徐永東.新型碳化硅陶瓷基 復合材料的研究進展[J].航空制造技術，2003, 233(1) :24-32.]。但是性能優異的C/SiC復 合材料熱防護件制備工藝復雜、周期長、制備成本高，其高溫本征抗氧化性能差，熱橋阻斷 作用也較弱。氧化物陶瓷不存在氧化的問題，氧化鋯基陶瓷具有熔點高、硬度高、熱導率低、 熱穩定性好、耐化學腐蝕、線膨脹系數接近金屬材料等諸多優異性能，可以作為熱結構的保 護材料使用。將氧化鋯基材料制成多孔陶瓷可進一步降低熱導率和輕量化[B.Nait-Ali，K. Haberko, H. Vesteghem,J. Absi and D. S. Smith, Thermal conductivity of highly porous zirconia, Journal of the European Ceramic Society，2006,26:3567-3574.]， 同時多孔陶瓷中的孔結構還可以緩解熱膨脹不匹配造成的應力。另外，將稀有金屬離子 固溶到氧化锫晶格中也可以材料降低熱導率[M. Matsumoto, K. Aoyama，H. Matsubara，K. Takayama, T. Banno, Y. Kagiya, Y. Sugita,Thermal conductivity and phase stability of plasma sprayed Zr02 - Y203 - La203coatings, Surf. Coat. Technol, 2005, 194:31-35 ； Akira Kishimoto, Masanori Okada，Takashi Teranishi，Hidetaka Hayshi, Maintaining the mechanical strength of La-，Y-c0-substituted zirconia porous ceramics through the superplastically foaming method, Materials Science&Engineering A，2013, 581:98-103]。
[0004] 目前制備多孔陶瓷方法包括模板法[H. W. Kim，S. Y. Lee，C. J. Bae，Y. J. Noh，H. E. Kim, Η. M. Kim, J. S. Ko, Porous Zr02bone scaffold coated with hydroxyapatite with fluorapatite intermediate layer, Biomaterials, 2003, 24:3277-3284 ；I.K.Jun,Y. H. Koh,Η. E. Kim, Fabrication of ultrahigh porosity ceramics with biaxial pore channels，Mater. Lett·，2006, 60:878-882]、添加造孔劑法[M.Boaro，J.M.Vohs，R. J.Gorte, Synthesis of highly porous yttria-stabilized zirconia by tape-casting methods，J. Am. Ceram. Soc.，2003, 86 (3) : 395-400]、部分燒結法[Z. Y. Deng，J. F. Yang，Y. Beppu, M. Ando, T. Ohji, Effect of agglomeration on mechanical properties of porous zirconia fabricated by partial sintering，J. Am. Ceram. Soc.，2002, 85:1961-1965]、 有機泡沫浸潰法[S. Y. Gomez，J. A. Escobar，0· A. Alvarez，C. R. Rambo, A. P. N. de Oliveira,D. Hotza,Zr02foams for porous radiant burners,Journal of Materials Science，2009, 44:3466-3471]等，但是這些方法都難以制備出兼備高氣孔率和高力學強 度的多孔陶瓷。


【發明內容】

[0005] 本發明旨在填補現有技術難以制備兼具高氣孔率和高力學強度的多孔陶瓷的空 白，本發明提供了一種氧化鋯基多孔復合材料及其制備方法。
[0006] 本發明提供了一種氧化鋯基多孔復合材料，所述氧化鋯基多孔復合材料包含由 La203、Y203和Zr02構成的氧化鋯基體、以及埋覆于氧化鋯基體中的增強體纖維，其中，在氧 化鋯基體中，將La 203、Y203以及Zr02的摩爾比之和作為lOOrnol%，La 203占 l-10mol%，Y203 占0. 5-5mol%，其余為Ζι?2 ;增強體纖維占所述氧化鋯基多孔復合材料的10-45wt%。
[0007] 較佳地，所述增強體纖維可為氧化鋯氈、莫來石氈、氧化鋁纖維編織體、碳纖維編 織體或氧化鋯纖維編織體，所述增強體纖維的直徑為20-25 μ m。
[0008] 較佳地，所述Ζι?2可以立方相和單斜相存在。
[0009] 較佳地，可以氧化鋯氈作為增強體纖維，所述氧化鋯基多孔復合材料的密度為 2.93-3.328/〇113，顯氣孔率41.1-49.8%，壓縮強度為14.6-47.4]\0^，在 100-12001：溫度范 圍下所述氧化鋯多孔復合材料的熱導率為〇. 58-0. 91WAm · K)。
[0010] 此外，本發明還提供了一種上述氧化鋯基多孔復合材料的制備方法，所述方法包 括： 1) 以氧氯化鋯、硝酸釔和硝酸鑭為原料，按氧化鋯基體中Zr、La、Υ之間的摩爾比配制 含有Zr、La、Y的水溶液，加入分散劑，滴加氨水，加熱蒸發部分溶劑得到Zr元素的摩爾濃度 為3. 9-7. 7的前驅體乳液，優選Zr元素的摩爾濃度為7. 0?7. 7mol/L ; 2) 將前驅體乳液、乙醇和聚乙烯醇混合配制為具有規定粘度的前驅體漿料； 3) 將作為骨架的增強體纖維在步驟2)制備的漿料中浸漬，得到所述氧化鋯基多孔復 合材料的前驅體； 4) 將步驟3)制備的前驅體干燥后，在規定氣氛、800- 1000°C下裂解得到預制體；以及 5) 將步驟4)中制備的預制體在規定氣氛、1200-1700°C下進行熱處理。
[0011] 較佳地，重復步驟3)和步驟4)以使所述氧化鋯基多孔復合材料具有規定的密度 和/或強度。
[0012] 較佳地，步驟1)中，氧氯化鋯與氨水的摩爾比為1 :(0. 5-1. 1)，優選1 :(0. 5? 0· 8)。
[0013] 較佳地，步驟2)中，所述規定的粘度為20_60mPa · s。
[0014] 較佳地，步驟2)中，所述聚乙烯醇溶液的濃度為2?6wt %，所述前驅體乳液和乙 醇和聚乙烯醇溶液的體積比為100 : (90?70) : (0. 5?2)。
[0015] 較佳地，步驟3)中，所述浸漬包括：抽真空至lOOPa以下浸漬10?40分鐘；以及 充氮氣至1?2. 5MPa，保壓浸漬7?13小時。
[0016] 較佳地，步驟4)中，裂解工藝的參數為：升溫速率2 - 10°C/分鐘，裂解時間0.5- 3小時。
[0017] 較佳地，步驟5)中，熱處理工藝的參數為：溫度變化速率為3 - 10°C /分鐘，保溫 時間1一6小時，其中，熱處理優選包含兩次保溫，第一次保溫的升溫速率5 - 10°C /分鐘， 保溫溫度1450-1600°C，保溫時間1-4小時，第二次保溫在降溫階段以降溫速率3-5°C / 分鐘，保溫溫度1 〇〇〇- 1200°C，保溫時間3- 6小時。
[0018] 較佳地，步驟4)和步驟5)中，所述規定氣氛包括：若增強體為非氧化物則規定氣 氛是保護性氣體為Ar、氮氣或氨氣；若增強體為氧化物則規定氣氛是空氣或者保護性氣體 為Ar、氮氣或氨氣。
[0019] 本發明的有益效果： 本發明提供的多孔復合材料（例如氧化鋯氈/氧化鋯多孔復合材料）的特點是體積密 度可為 2. 93-3. 32g/cm3,開口氣孔率 41. 1-49. 8 %，壓縮強度為 14. 6-47. 4MPa，在 100 ? 1200°C溫度范圍氧化鋯氈/氧化鋯多孔復合材料的熱導率為0. 58?0. 91WAm · K); 與傳統的隔熱材料相比，多孔氧化鋯基復合材料（例如氧化鋯氈/氧化鋯多孔復合材 料）兼備耐高溫、低熱導率、輕質、抗氧化、具有一定的力學強度等諸多特性； 本發明適用于氧化鋯氈、莫來石氈、氧化鋯纖維編織體、氧化鋁纖維編織體等多種骨架 增強的氧化鋯基復合材料的制備，具有廣泛的適用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1示出了本發明的一個實施方式中制備的氧化鋯前驅體乳液； 圖2示出了本發明的一個實施方式中使用的氧化鋯氈的顯微結構，氧化鋯短纖維平均 直徑為20?25 μ m，連通的空隙結構有利于充分滲入漿液； 圖3示出了本發明的一個實施方式中使用的氧化鋯氈XRD圖譜，主要晶型是立方氧化 鋯，并含有少量的單斜相； 圖4a示出了本發明的一個實施方式中1550°C燒結的以氧化鋯氈為增強體的氧化鋯基 多孔復合材料中氧化鋯氈拔出斷面SEM圖，表明氧化氈在多孔氧化鋯基體中起到補強增韌 作用，這種增強作用類似于連續長纖維在陶瓷基體中的拔出； 圖4b示出了本發明的一個實施方式中1550°C燒結的以氧化鋯氈為增強體的氧化鋯基 多孔復合材料中氧化鋯氈脫粘斷面SEM圖，表明氧化氈在多孔氧化鋯基體中起到補強增韌 作用，這種增強作用類似于連續長纖維在陶瓷基體中的脫粘； 圖5示出了本發明的一個實施方式中1600°C燒結的以氧化鋯氈為增強體的氧化鋯基 多孔復合材料XRD圖譜，燒結體中Zr02主要晶相為立方相氧化鋯。

【具體實施方式】
[0021] 以下結合附圖和下述實施方式進一步說明本發明，應理解，附圖及下述實施方式 僅用于說明本發明，而非限制本發明。
[0022] 本發明涉及一種（以氧化鋯氈作為增強體纖維）氧化鋯基隔熱、耐高溫抗氧化、多 孔復合材料的制備方法，獨創性地采用無機鹽氧氯化鋯（Zr0Cl 2*8H20)為氧化鋯前驅體，利 用真空壓力浸漬工藝將氧化鋯前驅體浸漬液引入增強體纖維（氧化鋯氈）骨架中，循環浸 漬、干燥、裂解十二次，最后在溫度1450?1600°C常壓燒結獲得（以氧化鋯氈作為增強體纖 維）氧化鋯基多孔復合材料，體積密度可為2. 93-3. 32g/cm3,開口氣孔率41. 1-49. 8 %， 壓縮強度為14. 6-47. 4MPa，在100?1200°C溫度范圍（以氧化鋯氈作為增強體纖維）氧化 鋯多孔復合材料的熱導率為〇. 58?0. 91WAm · K)。本發明創造一種具有輕質、隔熱、耐高 溫的多孔材料及其制備方法，有望在使用工況苛刻的高溫熱防護領域中得到廣泛應用。該 復合材料的主要晶型是立方相。（以氧化鋯氈作為增強體纖維）氧化鋯基多孔復合材料兼 具低熱導率、低密度、耐高溫和一定力學強度，生產成本低，易于實現工業化生產。
[0023] 本發明提供了一種輕質、隔熱、耐高溫抗氧化的氧化鋯基多孔復合材料，除了增強 體纖維外，組成還有 La203(l-10mol% )、Y203(0. 5_5mol% )、Zr02 (以 La203、Y203 以及 Zr02 的 摩爾比之和作為100% )。
[0024] 所述的輕質、隔熱、耐高溫抗氧化的氧化鋯基多孔復合材料，除了增強體纖維外， 組成還有 La203 (1. 5mol % )、Y203 (2. 5mol % )、Zr02 (以 La203、Y203 以及 Zr02 的摩爾比之和 作為100% )。
[0025] 本發明還提供了一種所述的輕質、隔熱、耐高溫的氧化鋯基多孔復合材料制備方 法，包括下述步驟： (1) 將鋯的無機鹽和添加的穩定劑在溶劑中攪拌混合，制備出均勻的前驅體乳液；鋯 的無機鹽為氧氯化鋯，穩定劑包括六水硝酸釔和六水硝酸鑭； (2) 將步驟（1)所制備的乳液與乙醇、PVA溶液均勻混合配制成合適粘度的（前驅體） 漿液； (3) 將作為骨架的氧化鋯氈增強體在步驟（2)所制備的漿液中進行浸漬； (4) 將干燥后的骨架預浸體進行裂解； (5) 裂解后預制體（前驅體）根據制品的密度、強度或者其他性能對其的需要重復步驟 (3)、（4)若干次； (6) 將步驟（5)中致密化處理的樣品在高溫保護性氣氛中進行熱處理； 步驟（6)中熱處理溫度為大于1200°C且小于1700°C ; 所述保護氣氛為Ar, N2或者NH3氣氛。
[0026] 所述輕質、隔熱、耐高溫抗氧化的氧化鋯基多孔復合材料中，增強體包括但不限于 氧化鋯氈、莫來石氈、氧化鋁纖維編織體、碳纖維編織體、氧化鋯纖維編織體。
[0027] 所述輕質、隔熱、耐高溫的氧化鋯基多孔復合材料制備方法，裂解后預制體（前驅 體）一般進行〇?18次但不包括0次漿液浸漬裂解后再進行高溫熱處理。
[0028] 本發明獨創性地配制出廉價的鋯的無機鹽前驅體浸漬液，并利用真空壓力浸漬工 藝把具有力學增強作用的氧化鋯氈作為多孔氧化鋯陶瓷的骨架，制備了耐高溫、低熱導率、 輕質和具有一定力學強度的結構/功能一體化的高溫隔熱材料。
[0029] 氧化鋯基多孔復合材料前驅體乳液制備 將氧氯化鋯溶于水中，氧氯化鋯的濃度約為2?4mol/L，按選定的硝酸釔和硝酸鑭添 加量加入到溶液中，加入聚乙二醇作為分散劑，濃度為〇. 2?2wt%。用0. 5?2mol/L濃 度的稀氨水緩慢滴定，滴加總量285ml稀氨水。在氨水滴加完之后，加熱溶液蒸發掉部分溶 齊U (例如混合溶液總體積從540ml降至130ml)，并冷卻到室溫，得到白色的含氧化鋯的乳液 (圖 1)。
[0030] 氧化鋯氈選擇 采用體積密度〇. 95g/cm3,氣孔率約80%的氧化鋯氈作為多孔復合材料的骨架，主要晶 型是立方氧化鋯并含有少量的單斜相，氧化鋯短纖維平均直徑為20?25 μ m，氧化鋯氈的 顯微結構和物相組成分別見圖2和圖3。所述骨架包括但不限于氧化鋯氈、莫來石氈、氧化 鋁纖維編織體、碳纖維編織體、氧化鋯纖維編織體。
[0031] 漿液粘度調節 氧化鋯前驅體乳液、乙醇和5wt %濃度聚乙烯醇（PVA)溶液按100:80:1體積比例均勻 混合，控制漿液的室溫粘度為20?60mPa · s。
[0032] 氧化鋯氈循環浸漬、干燥、裂解 氧化鋯氈循環浸漬、干燥、裂解的具體實施步驟為：把氧化鋯氈置于真空浸漬罐內，當 浸漬罐抽真空到l〇〇Pa以下后，倒吸浸漬液直至浸漬液能夠完全浸沒氧化鋯氈，半小時之 后開始往浸漬罐內充氮氣至1?2. 5MPa，保壓7?13h時間，取出氧化鋯氈放入60°C烘箱 中干燥6h，再調節烘箱溫度至90°C干燥12h。最后，將完全干燥后的樣品置于裂解爐中，在 空氣氣氛下以5°C /min升溫速率升至970°C裂解2h后隨爐冷卻。根據制品的密度、強度或 其它性能的需要可以對預制件循環浸漬、干燥、裂解若干周期。
[0033] 常壓燒結 對裂解后的坯體進行常壓燒結。以10°c /min的升溫速率升到1450?1600°C保溫2h， 隨后以5°C /min降溫速率降至1200°C，并保溫4h，然后隨爐冷卻。
[0034] 本發明提供的（以氧化鋯氈作為增強體纖維）氧化鋯基多孔復合材料的特點是： 1. 體積密度為2. 93-3. 32g/cm3,開口氣孔率41. 1-49. 8%，壓縮強度為14. 6-47. 4MPa， 在100?1200°C溫度范圍以氧化鋯氈為增強體的氧化鋯多孔復合材料的熱導率為0. 58? 0. 91ff/(m · K)； 2. 與傳統的隔熱材料相比，（以氧化鋯氈作為增強體纖維）氧化鋯基多孔復合材料兼 備耐高溫、低熱導率、輕質、抗氧化、具有一定的力學強度等諸多特性； 3. 本發明適用于氧化鋯氈、莫來石氈、氧化鋯纖維編織體、氧化鋁纖維編織體等多種骨 架增強的氧化鋯基復合材料的制備，具有廣泛的適用性。
[0035] 以下進一步列舉出一些示例性的實施例以更好地說明本發明。應理解，本發明詳 述的上述實施方式，及以下實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，本領域 的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬于本發明的保護 范圍。另外，下述工藝參數中的具體配比、時間、溫度等也僅是示例性，本領域技術人員可以 在上述限定的范圍內選擇合適的值。
[0036] 實施例1 : 將180g氧氯化鋯溶于150ml水中，攪拌使其溶解。加入11. 54g六水硝酸釔和7. 85g 六水硝酸鑭混合均勻，并加入1. 13g聚乙二醇作為分散劑，然后滴加285ml稀氨水（濃度為 2mol/L)。在氨水滴加完之后，加熱溶液蒸發掉部分溶劑使混合溶液總體積降至130ml，并冷 卻至室溫得到氧化鋯前驅體乳液。隨后將氧化鋯前驅體乳液、乙醇和5wt%濃度聚乙烯醇 (PVA)溶液按100:80:1體積比例均勻混合，控制漿液的室溫粘度20?60mPa · s并用旋轉 粘度計測量粘度。把氧化鋯氈置于真空浸漬罐內，當浸漬罐抽真空到l〇〇Pa以下后，倒吸浸 漬液直至浸漬液能夠完全浸沒氧化鋯氈，半小時之后開始往浸漬罐內充氮氣至2. 5MPa，保 壓13h時間，取出氧化鋯氈放入60°C烘箱中干燥6h，再調節烘箱溫度至90°C干燥12h。最 后，將完全干燥后的樣品置于裂解爐中，在空氣氣氛下以5°C/min升溫速率升至970°C裂解 2h后隨爐冷卻。為了使材料達到一定的致密化程度，按上述工藝對氧化鋯氈循環浸漬、干 燥、裂解12次。隨后將預制件置于綜合爐中氮氣氣氛下常壓燒結，以10°C /min的升溫速率 升到1450°C保溫2h，保溫燒結過后以5°C /min降溫速率降至1200°C保溫4h后隨爐冷卻。
[0037] 將燒結體加工成尺寸10mmX 10mmX 10mm的試樣，參照GB-T8489-2006精細陶瓷壓 縮強度試驗方法進行，測試儀器為Instron-5566型萬能材料試驗機，加載速率0. 2mm/min。 根據Archimedes原理，用Precisa公司的XT-220型分析天平測試并計算試樣的開口氣孔 率（P a)及體積密度（P v):

【權利要求】
1. 一種氧化鋯基多孔復合材料，其特征在于，所述氧化鋯基多孔復合材料包含由 La203、Y203和Zr02構成的氧化鋯基體、以及埋覆于氧化鋯基體中的增強體纖維，其中，在氧 化鋯基體中，將La 203、Y203以及Zr02的摩爾比之和作為100 mol%，La203占 l-10mol%，Y203 占0. 5-5mol%，其余為Zr02 ;增強體纖維占所述氧化鋯基多孔復合材料的10-45wt%。
2. 根據權利要求1所述的氧化鋯基多孔復合材料，其特征在于，所述增強體纖維為氧 化鋯氈、莫來石氈、氧化鋁纖維編織體、碳纖維編織體或氧化鋯纖維編織體。
3. 根據權利要求1或2所述的氧化鋯基多孔復合材料，其特征在于，所述Zr02以立方 相和單斜相存在。
4. 根據權利要求1-3中任一所述的氧化鋯基多孔復合材料，其特征在于，以氧化 鋯氈作為增強體纖維，所述氧化鋯基多孔復合材料的密度為2. 93-3. 32g/cm3,顯氣孔率 41. 1-49. 8%，壓縮強度為14. 6-47. 4MPa，在100-1200°C溫度范圍下所述氧化鋯多孔復合材 料的熱導率為〇. 58-0. 91 WAm · K)。
5. -種權利要求1-4中任一所述氧化鋯基多孔復合材料的制備方法，其特征在于，所 述方法包括： 1) 以氧氯化鋯、硝酸釔和硝酸鑭為原料，按氧化鋯基體中Zr、La、Y之間的摩爾比配制 含有Zr、La、Y的水溶液，加入分散劑，滴加氨水，加熱蒸發部分溶劑得到Zr元素的摩爾濃度 為3. 9-7. 7的前驅體乳液，優選Zr元素的摩爾濃度為7. 0?7. 7mol/L ; 2) 將前驅體乳液、乙醇和聚乙烯醇混合配制為具有規定粘度的前驅體漿料； 3) 將作為骨架的增強體纖維在步驟2)制備的漿料中浸漬，得到所述氧化鋯基多孔復合 材料的前驅體； 4) 將步驟3)制備的前驅體干燥后，在規定氣氛、800- 1000°C下裂解得到預制體；以及 5) 將步驟4)中制備的預制體在規定氣氛、1200-1700°C下進行熱處理。
6. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，重復步驟3)和步驟4)以使所述氧化 鋯基多孔復合材料具有規定的密度和/或強度。
7. 根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，氧氯化鋯與氨水的摩 爾比為 1 :(0. 5-1. 1)，優選 1 :(0. 5 ?0. 8)。
8. 根據權利要求5?7中任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述規定的 粘度為 20-60 mPa · s。
9. 根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述聚乙烯醇溶液的濃度 為2?6wt%，所述前驅體乳液和乙醇和聚乙烯醇溶液的體積比為100 : (90?70) : (0. 5? 2)。
10. 根據權利要求5-9中任一所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述浸漬包 括： 抽真空至l〇〇Pa以下浸漬10?40分鐘；以及充氮氣至1?2. 5MPa，保壓浸漬7?13 小時。
11. 根據權利要求5-10中任一所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，裂解工藝的參 數為：升溫速率2-10°C /分鐘，裂解時間0. 5-3小時。
12. 根據權利要求5-11中任一所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，熱處理工藝的 參數為：溫度變化速率為3 - 10°C /分鐘，保溫時間1一6小時，其中，熱處理優選包含兩次 保溫，第一次保溫的升溫速率5 - 10°C /分鐘，保溫溫度1450-1600°C，保溫時間1一4小時， 第二次保溫在降溫階段以降溫速率3 - 5°C /分鐘，保溫溫度1000- 1200°C，保溫時間3- 6小時。
13.根據權利要求5-12中任一所述的制備方法，其特征在于，步驟4)和步驟5)中，所 述規定氣氛包括：若增強體為非氧化物則規定氣氛是保護性氣體為Ar、氮氣或氨氣；若增 強體為氧化物則規定氣氛是空氣或者保護性氣體為Ar、氮氣或氨氣。
【文檔編號】C04B35/80GK104193384SQ201410431296
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】艾建平, 王士維, 周國紅, 張海龍, 覃顯鵬, 劉娟 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所