[發明專利]一種Gd2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96復相熱障涂層材料

無效

• 申請號: 201110422706.3
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN103159479A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 江闊;陳燕梅;連曉雯;蘇冰野;劉松柏;李媛;李耀飛
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/622
• 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Gd₂O₃改性的La₂Zr₂O₇-(Zr_0.92Y_0.08)O_1.96復相熱障涂層隔熱材料。

背景技術

伴隨航空燃氣渦輪發動機推重比的增加，渦前溫度進一步提升，在設計上采用更為先進的冷卻技術的同時，要求葉片表面要承受1200℃以上的高溫，已超出了目前高溫合金的使用溫度極限，因此發展高溫熱障涂層是必然的趨勢。

根據熱障涂層的功能要求，作為熱障涂層隔熱材料，首先具有低的熱導率及耐腐蝕等特性，其次從涂層的服役環境來看，涂層材料也要有較高的抗熱沖擊損傷的特性，為提高這種特性，要求材料具有良好的抗高溫燒結的能力及良好的相穩定性和斷裂韌性等特性。

然而，傳統的熱障涂層材料3～4mol％Y₂O₃穩定的ZrO₂(簡稱YSZ)雖然具有良好的斷裂韌性，較低的熱導率和耐腐蝕等優點，但在高溫條件下相穩定性下降及其所帶來的相變體積效應和高溫易燒結等因素，只能在1200℃溫度以下使用；具有高溫無相變、能耐1400℃高溫燒結和熱導率比YSZ低30％的燒綠石結構La₂Zr₂O₇材料，雖能提高熱障涂層的使用溫度和隔熱效果，但由于該材料相對YSZ的韌性較差和熱膨脹系數較低，涂層在熱沖擊過程中易剝落。雖然通過稀土摻雜能進一步降低La₂Zr₂O₇的熱導率，如(La_0.7Gd_0.3)₂Zr₂O₇比La₂Zr₂O₇的熱導率約低42％，但斷裂韌性并沒得到改善。

利用YSZ和La₂Zr₂O₇各自優點進行復合，復合后的材料或涂層的某些性能比復合前得到了明顯的改善。添加5mol％的YSZ能使La₂Zr₂O₇材料的斷裂韌性由1.4MPa·m^1/2提高至1.9MPa·m^1/2(與YSZ相當)；添加5mol％的La₂Zr₂O₇能使YSZ涂層1200℃時的熱導率由2.1W/mK降低到1.2W/mK，材料在1300℃燒結10小時后的相對密度由0.84下降到0.75。但當La₂Zr₂O₇相含量超過1mol％時，材料中YSZ的相穩定性下降，涂層的使用溫度及熱循環壽命受到很大的影響，尚不能滿足下一代燃氣渦輪發動機1200℃以上熱障涂層的使用要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種Gd₂O₃改性的La₂Zr₂O₇-(Zr_0.92Y_0.08)O_1.96復相熱障涂層材料。采用Gd₂O₃摻雜取代La₂Zr₂O₇相中的部分La晶格位，形成(La，Gd)₂Zr₂O₇化合物，Gd₂O₃摻雜取代(Zr_0.92Y_0.08)O_1.96中的Zr晶格位形成(Zr，Gd，Y)O_2-δ化合物，起到降低材料的熱導率和提高相穩定性的作用。以此開發出新型的具有相穩定、熱導率低和抗高溫燒結能力強的復相熱障涂層隔熱材料，提高燃氣渦輪發動機效率，降低燃油消耗，從而帶來巨大的社會和經濟效益以及滿足下一代燃氣渦輪發動機用熱障涂層需達到1200℃以上溫度的使用要求。