[發(fā)明專利]一種陶瓷高溫隔熱材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010503224.6
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN101948308A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設計）人: 馬文;董紅英;宋峰雨;倫文山;滕英躍;何偉燕
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/49;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發(fā)明涉及一種陶瓷隔熱材料，特別是涉及一種具有低熱導率、高相穩(wěn)定性的多金屬氧化物改性鈣鈦礦結構的陶瓷高溫隔熱材料。

背景技術：

對于地面燃氣輪機及航空燃氣輪機，必需使用高溫保護涂層來保護其熱端部件，從而提高燃氣輪機的可靠性。合金涂層作為抗腐蝕、抗氧化涂層，在高溫、有氧及熱循環(huán)條件下可以減緩熱端部件表面氧化物的生成，從而延長熱端部件的使用壽命。但是，這些合金涂層的最高使用溫度低于1000℃。因而，即使燃氣輪機在中等溫度下工作也需要大量的冷卻氣體來降低熱端部件溫度，這明顯地降低了燃氣輪機的性能及效率。

為了提高燃氣輪機熱端部件的工作溫度，從而降低冷卻氣體用量并且提高燃氣輪機效率，研究人員開發(fā)了熱障涂層并且將其涂覆于燃氣輪機熱端部件表面。熱障涂層是一種薄陶瓷層，用于將氣膜冷卻的熱端部件與高溫燃氣隔離開來，從而有助于保護燃氣輪機熱端部件，并且延長其使用壽命。

目前普遍使用的陶瓷熱障涂層材料是6～8wt.％Y₂O₃部分穩(wěn)定的ZrO₂(YSZ)。YSZ具有較高的熱膨脹系數(shù)(～11×10^-6K^-1)，較低的熱導率(～2.1Wm^-1K^-1)及良好的抗熱沖擊性。但是YSZ的長期使用溫度不超過1200℃，隨著溫度的進一步升高，涂層出現(xiàn)嚴重的結構不穩(wěn)定。一方面，隨著溫度升高YSZ涂層發(fā)生燒結，從而導致涂層熱導率及彈性模量升高，使得涂層的應變容限下降；另一方面，在熱循環(huán)過程中，YSZ涂層由亞穩(wěn)四方相轉變?yōu)樗姆较嗪土⒎较啵缓筠D變?yōu)閱涡毕啵a(chǎn)生大約4％的體積變化，導致涂層中形成裂紋，從而破壞了涂層的結構完整性。

隨著燃氣輪機工作溫度的不斷提高，現(xiàn)有的YSZ涂層已不能夠滿足下一代高性能、低排放燃氣輪機的設計和使用要求。以航空渦輪發(fā)動機為例，其發(fā)展趨勢是向高流量比、高推重比方向發(fā)展，渦輪發(fā)動機進口溫度進一步提高，從而可以大大提高發(fā)動機效率。推比10航空發(fā)動機的設計進口溫度已達到1577℃以上，推比15以上的航空發(fā)動機的設計進口溫度將超過1727℃。因此，需要尋找新的陶瓷熱障涂層材料來取代現(xiàn)有的YSZ。

發(fā)明內容：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有低熱導率、高相穩(wěn)定性的多金屬氧化物改性鈣鈦礦結構的陶瓷高溫隔熱材料。

本發(fā)明的目的由如下技術方案實施，一種陶瓷高溫隔熱材料，化合物的化學式為Sr_1+w(A_1-xB’_yB”_z)O_3+δ，A為Zr或者Hf，或者二者的組合，B’為Ta、Nb、Ti或Sc中的一種或者一種以上的組合，B”為La、Ce、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb、Lu、Y，以及Al、Cr、Co、Ni中的一種或者一種以上的組合，-0.15≤w≤0.15，-0.15≤δ≤0.15，0.1≤x≤0.3，y+z＝x，0.02≤y≤0.15，0.02≤z≤0.15。

所述B’為Ta、Nb、Ti或Sc中的一種或者任意兩種的組合。

所述B”為La、Ce、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb、Lu、Y，以及Al、Cr、Co、Ni中的一種或者任意兩種的組合。

所述化合物有：