多孔二氧化鋯基隔熱材料的制備及性能

鄭 彧，韋中華，張 陽，張 躍，童亞琦，張偉儒

(1．北京中材人工晶體研究院有限公司，北京 100018； 2.北京航空航天大學材料科學與工程學院，北京 100191)

0 引 言

二氧化鋯(ZrO2)在高溫下具有較低的熱導率，多孔結構可極大增強材料的隔熱性能，因此多孔ZrO2基陶瓷是建筑、航天、倉儲、機械等領域防護系統的重要隔熱材料[1-4]。特別地，航天飛行器在出入大氣層的過程中產生強烈的氣摩擦熱，局部溫度可高達1 700 ℃ 以上[5-8]，要滿足嚴苛的隔熱要求，ZrO2基多孔陶瓷的氣孔率往往要求達到70%以上，這給多孔陶瓷的制備提出了不小的挑戰。

凝膠注模成型是20世紀90年代發明的一種膠態成型工藝[9-11]，是制備多孔陶瓷的重要方法，可實現氣孔率達到50%以上的高氣孔率多孔陶瓷的制備[12-15]。凝膠注模的介質一般分為水基[16-18]和非水基[19-22]體系，如叔丁醇等。其中水基凝膠注模具有成本低、環保等優點，是首選的凝膠注模溶劑體系。低陶瓷固相含量是獲得高氣孔率多孔陶瓷的前提，而大尺寸低固相含量水基凝膠注模濕坯在干燥時存在變形、開裂等嚴重問題；低固相含量坯體在高溫燒結過程中又存在坯體收縮過大、氣孔難以保持等難題。基于以上問題，本文分析了大尺寸低固相濕坯干燥變形、開裂的原因，篩選了適宜的濕坯干燥方式，利用Al2O3粉體對ZrO2基陶瓷燒結收縮的抑制作用控制了燒結收縮，獲得了大尺寸高氣孔率的ZrO2基多孔陶瓷。

1 實 驗

1.1 多孔ZrO2基隔熱陶瓷材料的制備

本研究采用凝膠注模法制備多孔ZrO2基隔熱材料，制備方法如下：