一种稀土锆酸盐高熵陶瓷及其制备方法与流程

1.本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种稀土锆酸盐高熵陶瓷及其制备方法。


背景技术：

2.热障涂层是指沉积在航空发动机和燃气轮机热端金属部件表面，在热气流和发动机部件之间起隔热、防护于一体的多功能陶瓷防护层，可以大幅提高发动机的工作温度，并成倍延长发动机的服役寿命。热障涂层最主要的作用之一是隔热，所以低热导率是热障涂层陶瓷材料追求的关键目标。
3.目前，降低热障涂层陶瓷材料热导率的研究工作主要集中在阻碍晶格热传导上。国内外学者主要从以下几个方面进行研制低热导率的新型热障涂层陶瓷材料。第一方面，利用稀土氧化物掺杂改性传统的zro2陶瓷材料，通过增加陶瓷中的缺陷(氧空穴或氧空位)数量以及掺杂离子的差异实现材料的热导率降低；第二方面，开发具有烧绿石和萤石结构的稀土复合陶瓷材料(如稀土锆酸盐ln2zr2o7，ln＝la,sm,nd,gd等)，该类型材料晶体结构比zro2陶瓷材料更为复杂，具有更低的热导率；第三方面，通过多组元掺杂将传统的zro2陶瓷或稀土锆酸盐陶瓷材料实现高熵化，高熵陶瓷由等摩尔或接近等摩尔的五种或五种以上元素组成，其混合构型熵大于1.5r(δs
mix
＝rlnn，r为摩尔气体常数，n为等摩尔元素的数目)，陶瓷材料高熵化将导致严重的晶格畸变，加强声子散射，致使声子平均自由程减小，从而达到降低热导率的目的。
4.然而，对于红外半透明或完全透明(高透射率)的一些热障涂层陶瓷材料，随着温度的升高，热辐射效应将加剧，辐射热传导越来越显著，高温下辐射热导率的增加将导致陶瓷材料热导率的急剧升高。特别是对于一些吸收系数低的稀土锆酸盐(包括高熵稀土锆酸盐)陶瓷材料，辐射热传导的贡献在几百摄氏度以上就会显著增加。高温下热障涂层陶瓷材料热导率的升高将严重影响其隔热效果，缩短陶瓷涂层的服役寿命。热辐射效应导致的高温下热导率的急剧升高是高温热障涂层材料设计和应用环节存在的共性技术难题，已然成为限制其服役温度的主要瓶颈之一。
5.因此，从根本上抑制高温辐射热导率的增加是开发低热导率的新型热障涂层材料的关键。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种稀土锆酸盐高熵陶瓷及其制备方法，解决现有技术中存在的问题。
7.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
8.本发明提供了一种稀土锆酸盐高熵陶瓷，包括由以下质量份数的原料制备而成：
9.稀土锆酸盐高熵基体85～98份，
10.过渡金属氧化物或尖晶石结构粉体ab2o42～15份；
11.所述稀土锆酸盐高熵基体为(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ti
x
)2o7或
(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ce
x
)2o7；其中，x独立的为0.1～0.5。
12.优选的，在上述一种稀土锆酸盐高熵陶瓷中，所述过渡金属氧化物为fe2o3、cr2o3、mno2、coo或nio。
13.优选的，在上述一种稀土锆酸盐高熵陶瓷中，所述尖晶石结构粉体ab2o4中a为mn
2+
、co
2+
、ni
2+
、cu
2+
中的一种或几种，b为fe
3+
、cr
3+
、al
3+
中的一种或几种。
14.本发明还提供了一种稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
15.将ao氧化物、b2o3氧化物、水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第一煅烧，得到尖晶石结构粉体ab2o4；
16.将la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、tio2氧化物或la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2氧化物按照稀土锆酸盐高熵基体的化学计量比配制，然后与水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第二煅烧，得到稀土锆酸盐高熵基体；
17.将过渡金属氧化物或尖晶石结构粉体ab2o4与稀土锆酸盐高熵基体、水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第三煅烧，得到稀土锆酸盐高熵陶瓷。
18.优选的，在上述一种稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法中，所述ao氧化物为mno、coo、nio、cuo中的一种或几种；
19.所述b2o3氧化物为fe2o3、cr2o3、al2o3中的一种或几种。
20.优选的，在上述一种稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法中，所述高能球磨处理的转速独立的为2500～2800r/min，所述高能球磨处理的时间独立的为4～6h。
21.优选的，在上述一种稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法中，所述浆料的固含量独立的为45～55wt％。
22.优选的，在上述一种稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法中，所述第一煅烧的温度为1100～1300℃，所述第一煅烧的时间为3～5h。
23.优选的，在上述一种稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法中，所述第二煅烧的温度为1500～1650℃，所述第二煅烧的时间为6～10h。
24.优选的，在上述一种稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法中，所述第三煅烧的温度为1500～1600℃，所述第三煅烧的时间为5～8h。
25.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
26.本发明以(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ti
x
)2o7或(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ce
x
)2o7(x＝0.1～0.5)高熵稀土锆酸盐为基体，采用过渡金属mn、fe、co、cr等氧化物或尖晶石结构材料作为掺杂剂制备屏蔽热辐射的稀土锆酸盐高熵陶瓷，所制备的高熵陶瓷能够有效的提高其热辐射屏蔽性能，阻碍高温下的辐射热传导，进而抑制高温下热导率的急剧升高。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
28.图1为实施例1中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7的xrd图；
29.图2为对比例1中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7陶瓷、实施例1中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o
7-mno2的热导率图；
30.图3为实施例2中尖晶石结构粉体mncr2o4的xrd图；
31.图4为对比例2中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7陶瓷、实施例2中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o
7-(mno-cr2o3)的热导率图；
32.图5为对比例3中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7陶瓷、实施例3中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o
7-(mno-fe2o3)的热导率图；
33.图6为实施例4中尖晶石结构粉体cocrfeo4的xrd图；
34.图7为对比例4中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7陶瓷、实施例4中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o
7-(coo-cr2o
3-fe2o3)的热导率图；
35.图8为实施例5中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7的xrd图；
36.图9为对比例5中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7陶瓷、实施例5中(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o
7-(coo-nio-fe2o3)的热导率图。
具体实施方式
37.本发明提供了一种稀土锆酸盐高熵陶瓷，包括由以下质量份数的原料制备而成：
38.稀土锆酸盐高熵基体85～98份，
39.过渡金属氧化物或尖晶石结构粉体ab2o42～15份。
40.在本发明中，所述稀土锆酸盐高熵基体的质量份数优选为85～98份，进一步优选为87～96份，更优选为89～93份。
41.在本发明中，所述过渡金属氧化物或尖晶石结构粉体ab2o4的质量份数优选为2～15份，进一步优选为6～12份，更优选为7～9份。
42.在本发明中，所述稀土锆酸盐高熵基体优选为(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ti
x
)2o7或(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ce
x
)2o7，更优选为(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ti
x
)2o7；其中，x独立的优选为0.1～0.5，进一步优选为0.2～0.4，更优选为0.3～0.35。
43.在本发明中，所述过渡金属氧化物优选为fe2o3、cr2o3、mno2、coo或nio，进一步优选为fe2o3、cr2o3或mno2，更优选为fe2o3或cr2o3。
44.在本发明中，所述尖晶石结构粉体ab2o4中a优选为mn
2+
、co
2+
、ni
2+
、cu
2+
中的一种或几种，进一步优选为mn
2+
、co
2+
、ni
2+
中的一种或几种，更优选为mn
2+
、co
2+
中的一种或两种；b优选为fe
3+
、cr
3+
、al
3+
中的一种或几种，进一步优选为fe
3+
、cr
3+
中的一种或两种，更优选为fe
3+
。
45.本发明还提供了一种稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
46.将ao氧化物、b2o3氧化物、水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第一煅烧，得到尖晶石结构粉体ab2o4；
47.将la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、tio2氧化物或la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2氧化物按照稀土锆酸盐高熵基体的化学计量比配制，然后与水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第二煅烧，得到稀土锆酸盐高熵基体；
48.将过渡金属氧化物或尖晶石结构粉体ab2o4与稀土锆酸盐高熵基体、水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第三煅烧，得到稀土锆酸盐高熵陶瓷。
49.在本发明中，所述ao氧化物优选为mno、coo、nio、cuo中的一种或几种，进一步优选为mno、coo、nio中的一种或几种，更优选为mno、coo中的一种或两种；
50.所述b2o3氧化物优选为fe2o3、cr2o3、al2o3中的一种或几种，进一步优选为fe2o3、cr2o3中的一种或两种，更优选为fe2o3。
51.在本发明中，所述高能球磨处理的转速独立的优选为2500～2800r/min，进一步优选为2550～2750r/min，更优选为2600～2700r/min；所述高能球磨处理的时间独立的优选为4～6h，进一步优选为4.25～5.5h，更优选为4.5～5.25h。
52.在本发明中，所述浆料的固含量独立的优选为45～55wt％，进一步优选为46～53wt％，更优选为49～51wt％。
53.在本发明中，所述第一煅烧进行前还包括：干燥，所述干燥的温度为100℃，干燥的时间为24h。
54.在本发明中，所述第一煅烧的温度优选为1100～1300℃，进一步优选为1150～1250℃，更优选为1185～1235℃；所述第一煅烧的时间优选为3～5h，进一步优选为3.25～4.75h，更优选为3.75～4.5h。
55.在本发明中，所述第二煅烧进行前还包括：干燥，所述干燥的温度为100℃，干燥的时间为24h。
56.在本发明中，所述第二煅烧的温度优选为1500～1650℃，进一步优选为1550～1625℃，更优选为1582～1615℃；所述第二煅烧的时间优选为6～10h，进一步优选为6.5～9h，更优选为7～8h。
57.在本发明中，所述第三煅烧进行前还包括：干燥，再将干燥后得到的粉体进行干压成型得到陶瓷素坯；所述干燥的温度为100℃，干燥的时间为24h。
58.在本发明中，所述第三煅烧的温度优选为1500～1600℃，进一步优选为1525～1582℃，更优选为1530～1550℃；所述第三煅烧的时间优选为5～8h，进一步优选为5.5～7.25h，更优选为6～7h。
59.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
60.实施例1
61.以原料la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、tio2总质量为1000g计算，按照(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7的化学计量比精确称取la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、tio2分别为118.50g、131.84g、82.13g、143.32g、139.12g、268.90g、116.19g，加入去离子水，调节浆料的固含量为55wt％，将浆料导入高能球磨机，以2500r/min的球磨转速高能球磨6h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1500℃焙烧10h，得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7粉体；
62.以原料mno2和(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7粉体总质量为1000g计算，精确称取原料mno2为20g，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7粉体为980g，加入去离子水，调节浆料的固含量为45wt％，将浆料导入高能球磨机，以2800r/min的球磨转速高能球磨4h；将球磨之后的浆料在100℃干燥24h，再将干燥后得到的粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1500℃焙烧8h后得到稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o
7-mno2。
63.上述制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7粉体的xrd图如图1所示。由图1可知，合成的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7粉体的物相结构为单一烧绿石结构，无其他杂相存在。
64.对比例1
65.将实施例1中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1500℃焙烧8h后得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7陶瓷。
66.对对比例1中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7陶瓷、实施例1中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o
7-mno2进行热导率测试，测试结果如图2所示。由图2可知，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o7陶瓷的热导率在600℃以上开始急剧升高；但掺杂mno2后，其600℃以上热导率的升高得到了有效的抑制，表明掺杂mno2的稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ti
0.4
)2o
7-mno2能够有效的屏蔽热辐射。
67.实施例2
68.以原料mno和cr2o3总质量为1000g计算，按照(1mol)mno-(1mol)cr2o3的化学计量比精确称取mno和cr2o3分别为318.22g、681.78g，加入去离子水，调节浆料的固含量为55wt％，将浆料导入高能球磨机，以2500r/min的球磨转速高能球磨6h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1150℃焙烧5h，得到尖晶石结构粉体mncr2o4；
69.以原料la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2总质量为1000g计算，按照(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7的化学计量比精确称取la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2分别为106.14g、118.09g、73.56g、128.38g、124.62g、281.00g、168.21g，加入去离子水，调节浆料的固含量为52wt％，将浆料导入高能球磨机，以2600r/min的球磨转速高能球磨5.5h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1550℃焙烧9h，得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7粉体；
70.以尖晶石结构粉体mncr2o4和(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7粉体总质量为1000g计算，精确称取尖晶石结构粉体mncr2o4为60g，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7粉体为940g，加入去离子水，调节浆料的固含量为48wt％，将浆料导入高能球磨机，以2750r/min的球磨转速高能球磨4.5h；将球磨之后的浆料在100℃干燥24h，再将干燥后得到的粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1530℃焙烧7h后得到稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o
7-(mno-cr2o3)。
71.上述制得的尖晶石结构粉体mncr2o4的xrd图如图3所示。由图3可知，尖晶石结构粉体mncr2o4的结构为尖晶石结构，无其他杂相存在。
72.对比例2
73.将实施例2中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1530℃焙烧7h后得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7陶瓷。
74.对对比例2中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7陶瓷、实施例2中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o
7-(mno-cr2o3)进行热导率测试，测试结果如图4所示。由图4可知，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o7陶瓷的热导率在600℃以上开始急剧升高；但掺杂尖晶石结构粉体mncr2o4后，其600℃以上热导率的升高得到了有效的抑制，
表明掺杂mncr2o4的稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.7
ce
0.3
)2o
7-(mno-cr2o3)能够有效的屏蔽热辐射。
75.实施例3
76.以原料mno和fe2o3总质量为1000g计算，按照(1mol)mno-(1mol)fe2o3的化学计量比精确称取mno和fe2o3分别为307.59g、692.41g，加入去离子水，调节浆料的固含量为52wt％，将浆料导入高能球磨机，以2600r/min的球磨转速高能球磨5h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1200℃焙烧4.5h，合成为尖晶石结构粉体mnfe2o4；
77.以原料la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、tio2总质量为1000g计算，按照(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7的化学计量比精确称取la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、tio2分别为120.40g、133.95g、83.44g、145.62g、141.35g、227.67g、147.57g，加入去离子水，调节浆料的固含量为50wt％，将浆料导入高能球磨机，以2700r/min的球磨转速高能球磨5h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1590℃焙烧8h，得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7粉体；
78.以尖晶石结构粉体mnfe2o4和(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7粉体总质量为1000g计算，精确称取尖晶石结构粉体mnfe2o4为90g，合成的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7粉体为910g，加入去离子水，调节浆料的固含量为51wt％，将浆料导入高能球磨机，以2700r/min的球磨转速高能球磨5h；将球磨之后的浆料在100℃干燥24h，再将干燥后得到的粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1550℃焙烧6.5h后得到稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o
7-(mno-fe2o3)。
79.对比例3
80.将实施例3中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1550℃焙烧6.5h后得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7陶瓷。
81.对对比例3中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7陶瓷、实施例3中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o
7-(mno-fe2o3)进行热导率测试，测试结果如图5所示。由图5可知，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o7陶瓷的热导率在600℃以上开始急剧升高；但掺杂尖晶石结构粉体mnfe2o4后，其600℃以上热导率的升高得到了有效的抑制，表明掺杂尖晶石结构粉体mnfe2o4的稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ti
0.5
)2o
7-(mno-fe2o3)能够有效的屏蔽热辐射。
82.实施例4
83.以原料coo、cr2o3和fe2o3总质量为1000g计算，按照(1mol)coo-(0.5mol)cr2o
3-(0.5mol)fe2o3的化学计量比精确称取coo、cr2o3和fe2o3分别为324.70g、329.31g和345.99g，加入去离子水，调节浆料的固含量为49wt％，将浆料导入高能球磨机，以2700r/min的球磨转速高能球磨4.5h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1250℃焙烧4h，得到尖晶石结构粉体cocrfeo4；
84.以原料la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2总质量为1000g计算，按照(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7的化学计量比精确称取la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2分别为102.86g、114.44g、71.29g、124.42g、120.77g、194.52g、271.70g，加
入去离子水，调节浆料的固含量为47wt％，将浆料导入高能球磨机，以2750r/min的球磨转速高能球磨4.5h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1620℃焙烧7h，得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7粉体；
85.以尖晶石结构粉体cocrfeo4和(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7粉体高熵粉体总质量为1000g计算，精确称取尖晶石结构粉体cocrfeo4为120g，合成的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7粉体为880g，加入去离子水，调节浆料的固含量为53wt％，将浆料导入高能球磨机，以2600r/min的球磨转速高能球磨5.5h；将球磨之后的浆料在100℃干燥24h，再将干燥后得到的粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1580℃焙烧6h后得到稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o
7-(coo-cr2o
3-fe2o3)。
86.上述制得的尖晶石结构粉体cocrfeo4的xrd图如图6所示。由图6可知，尖晶石结构粉体cocrfeo4的结构为尖晶石结构，无其他杂相存在。
87.对比例4
88.将实施例4中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1580℃焙烧6h后得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7陶瓷。
89.对对比例4中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7陶瓷、实施例4中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o
7-(coo-cr2o
3-fe2o3)进行热导率检测，检测结果如图7所示。由图7可知，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o7陶瓷的热导率在600℃以上开始急剧升高；但掺杂cocrfeo4后，其600℃以上热导率的升高得到了有效的抑制，表明掺杂cocrfeo4的稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.5
ce
0.5
)2o
7-(coo-cr2o
3-fe2o3)能够有效的屏蔽热辐射。
90.实施例5
91.以原料coo、nio和fe2o3总质量为1000g计算，按照(0.5mol)nio-(0.5mol)coo-(1mol)fe2o3的化学计量比精确称取coo、nio和fe2o3分别为159.77g、159.25g和680.98g，加入去离子水，调节浆料的固含量为45wt％，将浆料导入高能球磨机，以2800r/min的球磨转速高能球磨4h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1300℃焙烧3.5h，得到尖晶石结构粉体co
0.5
ni
0.5
fe2o4；
92.以原料la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2总质量为1000g计算，按照(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7的化学计量比精确称取la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2分别为104.48g、116.24g、72.41g、126.37g、122.66g、237.08g、220.76g，加入去离子水，调节浆料的固含量为45wt％，将浆料导入高能球磨机，以2800r/min的球磨转速高能球磨4h；将球磨之后的浆料在100℃下干燥24h，再将干燥后得到的粉体在1550℃焙烧9h，得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7粉体；
93.以尖晶石结构粉体co
0.5
ni
0.5
fe2o4和(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7粉体总质量为1000g计算，精确称取尖晶石结构粉体co
0.5
ni
0.5
fe2o4为150g，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7粉体为850g，调节浆料的固含量为55wt％，将浆料导入高能球磨机，以2500r/min的球磨转速高能球磨6h；将球磨之后的浆料在100℃干燥24h，再将干燥后得到的粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1600℃焙烧5h
后得到稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o
7-(coo-nio-fe2o3)。
94.上述制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7粉体的xrd图如图8所示。由图8可知，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7粉体的物相结构为单一萤石结构，无其他杂相存在。
95.对比例5
96.将实施例5中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7粉体进行干压成型得到陶瓷素坯，最后将陶瓷素坯于1600℃焙烧5h后得到(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7陶瓷。
97.对对比例5中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7陶瓷、实施例5中制得的(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o
7-(coo-nio-fe2o3)进行热导率检测，检测结果如图9所示。由图9可知，(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o7陶瓷的热导率在600℃以上开始急剧升高；但掺杂co
0.5
ni
0.5
fe2o4后，其600℃以上热导率的升高得到了有效的抑制，表明掺杂co
0.5
ni
0.5
fe2o4的稀土锆酸盐高熵陶瓷(la
0.2
gd
0.2y0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
0.6
ce
0.4
)2o
7-(coo-nio-fe2o3)能够有效的屏蔽热辐射。
98.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种稀土锆酸盐高熵陶瓷，其特征在于，包括由以下质量份数的原料制备而成：稀土锆酸盐高熵基体85～98份，过渡金属氧化物或尖晶石结构粉体ab2o42～15份；所述稀土锆酸盐高熵基体为(la
0.2
gd
0.2
y
0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ti
x
)2o7或(la
0.2
gd
0.2
y
0.2
yb
0.2
er
0.2
)2(zr
1-x
ce
x
)2o7；其中，x独立的为0.1～0.5。2.根据权利要求1所述的稀土锆酸盐高熵陶瓷，其特征在于，所述过渡金属氧化物为fe2o3、cr2o3、mno2、coo或nio。3.根据权利要求1或2所述的稀土锆酸盐高熵陶瓷，其特征在于，所述尖晶石结构粉体ab2o4中a为mn
2+
、co
2+
、ni
2+
、cu
2+
中的一种或几种，b为fe
3+
、cr
3+
、al
3+
中的一种或几种。4.权利要求1～3任一项所述的稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将ao氧化物、b2o3氧化物、水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第一煅烧，得到尖晶石结构粉体ab2o4；将la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、tio2氧化物或la2o3、gd2o3、y2o3、yb2o3、er2o3、zro2、ceo2氧化物按照稀土锆酸盐高熵基体的化学计量比配制，然后与水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第二煅烧，得到稀土锆酸盐高熵基体；将过渡金属氧化物或尖晶石结构粉体ab2o4与稀土锆酸盐高熵基体、水混合，进行高能球磨处理，得到浆料；对浆料进行第三煅烧，得到稀土锆酸盐高熵陶瓷。5.根据权利要求4所述的稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述ao氧化物为mno、coo、nio、cuo中的一种或几种；所述b2o3氧化物为fe2o3、cr2o3、al2o3中的一种或几种。6.根据权利要求5所述的稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述高能球磨处理的转速独立的为2500～2800r/min，所述高能球磨处理的时间独立的为4～6h。7.根据权利要求5或6所述的稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述浆料的固含量独立的为45～55wt％。8.根据权利要求5或6所述的稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述第一煅烧的温度为1100～1300℃，所述第一煅烧的时间为3～5h。9.根据权利要求8所述的稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述第二煅烧的温度为1500～1650℃，所述第二煅烧的时间为6～10h。10.根据权利要求9所述的稀土陶瓷高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述第三煅烧的温度为1500～1600℃，所述第三煅烧的时间为5～8h。

技术总结
本发明属于陶瓷技术领域，公开了一种稀土锆酸盐高熵陶瓷及其制备方法。该稀土锆酸盐高熵陶瓷，包括：稀土锆酸盐高熵基体85～98份，过渡金属氧化物或尖晶石结构粉体2～15份；稀土锆酸盐高熵基体为(La


技术研发人员：张永和 宋希文 谢敏 王志刚 孙广杰 李婷婷 郭昱
受保护的技术使用者：中国北方稀土（集团）高科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/10/15