[發明專利](La,Gd)2Zr2O7-(Zr,Gd)O2-δ復相熱障涂層材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010573283.0
• 申請日: 2010-12-03
• 公開（公告）號: CN102153892A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 江闊;但玉娟;王成龍;張力
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D5/00
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

技術領域

本發明涉及一種(La，Gd)₂Zr₂O₇-(Zr，Gd)O_2-δ復相熱障涂層材料及其制備方法，屬于熱障涂層領域。

背景技術

熱障涂層(Thermal?Barrier?Coatings，簡稱TBC)通常是指沉積在耐高溫金屬表面、具有良好隔熱效果的陶瓷涂層，能使基體材料免受高溫氧化和腐蝕，并能降低基體表面的工作溫度、提高油料的燃燒效率，而且也可以極大地延長發動機的壽命。

隨著航空燃氣渦輪發動機向高流量比、高推重比、高進口溫度的方向發展，新一代超音速飛機發動機熱障涂層服役溫度至少提高到1200℃，而傳統熱障涂層材料YSZ在1170℃附近m到t相之間的相變體積效應(3～5Vol％)，以及超過1200℃相變加劇(t相相轉變為m相)、易燒結(降低涂層的隔熱效果)、氧傳導率升高(提高金屬粘結層氧化速率)等諸多因素，已不能滿足下一代高進口溫度渦輪發動機的需要。

燒綠石結構稀土鋯酸鹽(Ln₂Zr₂O₇，Ln＝La、Nd、Eu、Gd)材料具有高熔點、比YSZ的熱導率低30％、室溫至1400℃溫度區間無相變、抗高溫燒結能力強、低的高溫氧傳導率(比YSZ低兩個數量級)等優點，因此是下一代高進口溫度燃氣渦輪發動機熱障涂層的重要候選材料，特別是復合稀土鋯酸鹽(La，Gd)₂Zr₂O₇材料，其熱導率更低(比Ln₂Zr₂O₇低約40％)，因此該材料作為熱障涂層隔熱層將具有更高的隔熱效果。

然而，陶瓷材料具有更低熱導率的同時，也使得材料的高溫熱穩定性下降，導致涂層在高溫熱沖擊過程中易脫落。而要緩解兩者之間的矛盾，只有提高材料的斷裂韌性。提高陶瓷材料的韌性主要有兩種方法，其一是減小材料的晶粒尺寸，其二是引入塑性相。根據熱障涂層使用的高溫環境，顯然前者不易實現。

(La，Gd)₂Zr₂O₇-(Zr，Gd)O_2-δ復相材料，因引入了更低熱導率的(La，Gd)₂Zr₂O₇組分，將會比YSZ和Ln₂Zr₂O₇涂層具有更高隔熱效果，同時(Zr，Gd)O_2-δ組分可以提高(La，Gd)₂Zr₂O₇的韌性；另一方面，燒綠石與螢石晶體結構相近，界面間存在強烈的共格關系，能夠抑制晶粒長大，這將會使材料的力學和熱物性得到進一步地提高。因此，與YSZ和Ln₂Zr₂O₇相比較，(La，Gd)₂Zr₂O₇-(Zr，Gd)O_2-δ復相涂層具有更高的隔熱效果和抗高溫熱沖擊的能力，是具有良好應用前景的新型熱障涂層材料。

然而，要獲得高性能的(La，Gd)₂Zr₂O₇-(Zr，Gd)O_2-δ復相材料及實現其應用，兩相的均勻性和工序簡單易行、產量高的制備方法是關鍵。傳統的高溫固相反應合成和機械混合的方法能夠提高材料的產量，但因煅燒溫度高(1400℃以上)和亞微米或納米粉末易團聚、分散性差，晶粒尺寸粗大(幾個微米，甚至幾十微米)和均勻性差；軟化學的方法，如溶膠-凝膠技術，因能夠使各元素間達到原子級的混合尺度，煅燒溫度低，晶粒尺寸細小(能夠得到納米尺度)、均勻性好，但因溶膠變成干凝膠需要較長時間干燥，產量低。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種(La，Gd)₂Zr₂O₇-(Zr，Gd)O_2-δ復相材料的制備方法，其特征在于包括：

按：