[發明專利]一種抗低熔點氧化物腐蝕的不同化學計量比的稀土鉭酸釤陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 201910344516.0
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN109942294A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 馮晶;種曉宇
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 李靜

本發明涉及熱障涂層技術領域，具體公開了一種抗低熔點氧化物腐蝕的不同化學計量比的稀土鉭酸釤陶瓷及其制備方法，該陶瓷由Sm₂O₃粉末和Ta₂O₅粉末燒結而成，該陶瓷的化學通式為SmTaO₄、Sm₃TaO₇或SmTa₃O₉，該陶瓷的致密度大于97％；該陶瓷的制備方法為稱取Sm₂O₃粉末和Ta₂O₅粉末，加入溶劑混合，采用球磨機進行球磨，得到粉末A；將粉末A干燥后進行過篩，得到粉末B；將粉末B壓實后進行預燒結，形成塊體C，待塊體C冷卻后采用研磨機進行研磨，后進行第二次過篩，得到粉末D；將粉末D進行燒結得到一種抗低熔點氧化物腐蝕的不同化學計量比的稀土鉭酸釤陶瓷。采用本專利中的技術方案得到的鉭酸釤陶瓷致密度高，能抵抗低熔點氧化物的高溫腐蝕。

技術領域

本發明涉及熱障涂層技術領域，特別涉及抗低熔點氧化物腐蝕的不同化學計量比的稀土鉭酸釤陶瓷及其制備方法。

背景技術

熱障涂層主要應用于航空發動機工業，主要起到隔熱、降低涂層與合金基體間的熱失配、有效抵抗粒子沖擊從而保護航空發動機高溫區域零部件的作用，要求其具有良好的熱力學性能，例如低的熱導率、高的熱膨脹系數以及高溫穩定性等。

目前廣泛使用的熱障涂層主要有氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)和稀土鋯酸鹽(RE₂Zr₂O₇)等，但均存在一定程度的不足：YSZ使用溫度較低(≦1200℃)，且熱導率相對較高；而稀土鋯酸鹽則存在熱膨脹系數較低的問題，這就促使研究人員去尋找能夠替代上述陶瓷材料的熱障涂層，2007年哈佛大學Clarke教授課題組同加州大學圣巴巴拉分校的Levi教授等提出了鉭酸釔(YTaO₄)鐵彈體有望作為新型熱障涂層材料，但關于稀土鉭酸鹽的研究主要集中在其晶體結構和發光性能等方面的理論計算；2016年Wang等人通過固相反應法制得了稀土鉭酸鹽塊體材料，得出了熱導率遠小于YSZ材料的結論，研究人員的大量研究與實驗結論為稀土鉭酸鹽在熱障涂層上的應用提供了理論的基礎。

目前的陶瓷粉體制備方法(如水熱法、固相反應法等)使得稀土鉭酸鹽粉體的晶體結構內存在一定的微裂紋和孔隙，由于航空發動機在惡劣的環境中飛越時，如火山巖上空等，會從進氣道吸入一定的沙粒、浮塵和飛灰。經測試，這些硅酸鹽礦物顆粒的化學組分都基本相同，主要為CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂以及少量的Ni和Fe的氧化物，其熔點大約在1200℃左右，統稱為鈣鎂鋁硅酸鹽(Calcium-Magnesium-Alumino-Silicate，CMAS)。隨著航空工業的發展，發動機渦輪前進口溫度通常在1200℃以上，而在1200℃時，CMAS顆粒就會發生融化，因此又將CMAS顆粒稱作低熔點氧化物，CMAS顆粒融化后在熱障涂層的表面沉積，并沿著涂層中的裂紋“緩慢”滲入到涂層的內部，冷卻過程中產生的脆性玻璃相導致涂層應變容限降低，從而引發涂層分層開裂，最后失效的問題。

發明內容

本發明提供了一種抗低熔點氧化物腐蝕的不同化學計量比的稀土鉭酸釤陶瓷及其制備方法，以解決現有的熱障涂層在惡劣環境中容易產生開裂的問題。

為了達到上述目的，本發明的基礎方案為：

一種抗低熔點氧化物腐蝕的不同化學計量比的稀土鉭酸釤陶瓷，該陶瓷由Sm₂O₃粉末和Ta₂O₅粉末燒結而成，該陶瓷的化學通式為SmTaO₄、Sm₃TaO₇或SmTa₃O₉，該陶瓷的晶體結構為單相，該陶瓷的致密度大于97％。