一种溶胶凝胶法合成Hf6Ta2O17粉体的制备方法

摘要

本发明涉及一种溶胶凝胶法合成Hf6Ta2O17粉体的制备方法，根据铪元素与钽元素摩尔比为3:1的计量比称取四氯化铪HfCl4和五氯化钽TaCl5，并溶于无水乙醇中，充分搅拌后加入一定量的浓硝酸、聚乙二醇(PEG)和水，在50～70℃条件下加热搅拌形成溶胶；将上述溶胶置于温度为80℃的鼓风干燥箱中充分干燥，并在600～1500℃条件下热处理2～3h，即可获得Hf6Ta2O17粉体。与现有技术相比，本工艺具有操作简单，制备周期短、均匀性好和可制备纳米尺度粉体等优点。

说明书

技术领域

本发明属于粉末合成领域，涉及一种溶胶凝胶法合成Hf

背景技术

碳/碳(C/C)复合材料具有一系列优异的性能，如低密度、高比强和随温度升高不降反升的力学性能，因而广泛应用于航空航天等领域。随着高超声速飞行器的快速发展，机翼前缘、喉衬和发动机喷管等热端部件将会承受更加严苛的环境。但是，C/C复合材料的氧化敏感性严重制约着其在上述领域的应用。在C/C复合材料表面制备超高温陶瓷涂层被认为是一种改善其氧化烧蚀防护性能的有效方式。但是，单相超高温陶瓷涂层因氧化后形成的多孔结构不利于阻碍氧气的扩散，所以其防护效果并不能满足要求。为此，一些低熔点的改性相，如碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)等，在烧蚀后可以形成玻璃相以达到阻碍氧气扩散的效果，因而通常被引入超高温陶瓷涂层。但是，随着烧蚀时间的延长，这些低熔点的玻璃相会出现严重的蒸发，从而导致涂层材料不能为基体提供长时有效的保护。因此，制备一种具有低氧扩散系数和高熔点的改性相成为了解决该问题的有效途径。

文献1“Wang Y,Xiong X,Li G,et al.Preparation and ablation propertiesof Hf(Ta)C co-deposition coating for carbon/carbon composites[J].CorrosionScience,2013,66:177-182.”报道了采用化学气相沉积工艺制备Hf(Ta)C涂层，并发现烧蚀后氧化层中可以检测到Hf

文献2“Tong M,Chen C,Fu Q,et al.Exploring Hf-Ta-O precipitation uponablation of Hf-Ta-Si-C coating on C/C composites,Journal of the EuropeanCeramic Society,2022,42:2586-2596.”采用化学气相沉积法制备了Hf-Si-C和Hf-Ta-Si-C涂层，并发现Hf-Ta-O玻璃相较Hf-Si-O玻璃相具有更好的化学稳定性。

文献3“Tan Z,Yang Z,Zhu W,et al.Mechanical properties and calcium-magnesium-alumino-silicate(CMAS)corrosion behavior of a promisingHf

文献4“Yang Y,Perepezko J,Zhang C.Oxidation synthesis ofHf

文献5“Li H,Yu Y,Wang S,et al,Low thermal conductivity Hf

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种溶胶凝胶法合成Hf

技术方案

一种溶胶凝胶法合成Hf

步骤1：以摩尔比为3:1的铪元素与钽元素的计量比，称取四氯化铪HfCl

步骤2：将上述混合溶液置于磁力加热搅拌器上加热搅拌至形成溶胶，随后置于鼓风干燥箱中充分干燥；

步骤3：经干燥后的粉末置于刚玉方舟中，放入600～1500℃的马弗炉中热处理2～3h，将处理好的粉末冷却至室温，进行研磨得到Hf

所述浓硝酸的浓度为65％～68％。

所述聚乙二醇PEG的相对分子量在180～220。

所述步骤2加热搅拌器的温度为50～70℃。

所述步骤2鼓风干燥箱的温度为80℃。

所述步骤3热处理时的升温速率为4℃/min～10℃/min。

有益效果

本发明提出的一种溶胶凝胶法合成Hf

与现有技术相比，本工艺具有操作简单，制备周期短、均匀性好和可制备纳米尺度粉体等优点，有益效果在于：

1.相较于微米尺度的粉末，本工艺所得为纳米级，作为第二相引入超高温陶瓷中可以有效解决其韧性差的问题；

2.操作简单、制备周期短、不涉及高温高压过程，安全性高；

3.工艺稳定，易于大规模生产。

图1为合成的Hf

图2为合成的Hf

图3为合成的Hf

附图说明

图1为合成的Hf

图2为合成的Hf

图3为合成的Hf

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实施例1：

步骤1：根据铪元素与钽元素摩尔比为3:1的计量比称取四氯化铪HfCl

将浓硝酸、聚乙二醇和水依次缓慢地添加到搅拌中的混合溶液，并剧烈搅拌；

上述浓硝酸的浓度为65％～68％，聚乙二醇(PEG)的相对分子量在180～220；

步骤2：将上述混合溶液置于50～70℃的磁力加热搅拌器上进行加热搅拌至形成溶胶，随后置于80℃的鼓风干燥箱中充分干燥；

步骤3：经干燥后的粉末置于刚玉方舟中，放入800℃的马弗炉中热处理2h，将处理好的粉末冷却至室温，进行充分研磨得到粉体；

所述的升温速率为4℃/min～10℃/min升至800℃，并以随炉冷却的方式降至室温。

实施例2：

步骤1：根据铪元素与钽元素摩尔比为3:1的计量比称取四氯化铪HfCl

将浓硝酸、聚乙二醇(PEG)和水依次缓慢地添加到搅拌中的混合溶液，并剧烈搅拌；

上述浓硝酸的浓度为65％～68％，聚乙二醇(PEG)的相对分子量在180～220；

步骤2：将上述混合溶液置于50～70℃的磁力加热搅拌器上进行加热搅拌至形成溶胶，随后置于80℃的鼓风干燥箱中充分干燥；

步骤3：经干燥后的粉末置于刚玉方舟中，放入1000℃的马弗炉中热处理2h，将处理好的粉末冷却至室温，进行充分研磨得到粉体；

所述的升温速率为4℃/min～10℃/min升至1000℃，并以随炉冷却的方式降至室温。

实施例3：

步骤1：根据铪元素与钽元素摩尔比为3:1的计量比称取四氯化铪HfCl

将浓硝酸、聚乙二醇(PEG)和水依次缓慢地添加到搅拌中的混合溶液，并剧烈搅拌；

上述浓硝酸的浓度为65％～68％，聚乙二醇(PEG)的相对分子量在180～220；

步骤2：将上述混合溶液置于50～70℃的磁力加热搅拌器上进行加热搅拌至形成溶胶，随后置于80℃的鼓风干燥箱中充分干燥；

步骤3：经干燥后的粉末置于刚玉方舟中，放入1500℃的马弗炉中热处理2h，将处理好的粉末冷却至室温，进行充分研磨得到粉体；

所述的升温速率为4℃/min～10℃/min升至1500℃，并以随炉冷却的方式降至室温。