[發明專利]一種復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910429422.3
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN111978087B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 王一光;任科;王乾坤;廉玉龍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/48;C04B35/626
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 黃溪;劉芳

本發明提供一種復合材料及其制備方法和應用，所述復合材料的組成為A₂B₂O₇，其中，A選自稀土元素中的至少兩種；B選自Zr、Ce、Hf、Ti、Sn、Fe、Ta元素中的至少兩種。該復合材料不僅相穩定性良好，而且具有極低的超低導熱率和極強的抗燒結性，適宜作為新一代的熱障涂層進行使用和推廣。

技術領域

本發明涉及一種涂層材料，尤其涉及一種復合材料及其制備方法和應用，屬于材料技術領域。

背景技術

熱障涂層(Thermal Barrier Coatings，簡稱：TBCs)技術是采用耐高溫和低熱導的陶瓷材料以涂層的方式與金屬相復合，從而降低高溫環境下金屬表面溫度的一種熱防護技術，能使合金基體在高溫下長時運行，是燃氣渦輪發動機核心熱端部件高壓渦輪葉片的關鍵技術。由于惡劣、苛刻的服役環境(高溫，疲勞，化學腐蝕，沖刷，燒蝕等復雜載荷的作用)，熱障涂層材料的選擇受到諸多項條件的限制，比如高熔點、高溫穩定性、化學穩定性、抗腐蝕、熱膨脹系數匹配、與金屬基體結合度高、良好的抗燒結性能等等。

目前廣泛使用的熱障涂層材料為6％～8％氧化釔穩定的氧化鋯(簡稱YSZ),但是YSZ在1200℃下長期工作時，容易發生相變，燒結，晶粒粗大，并且在高溫下出現化學腐蝕等現象，導致熱導率升高，基體與涂層熱應力增大，使得涂層開裂，導致熱機壽命降低。

因此，尋找一種具有超低導熱率、相穩定性良好以及抗燒結性強的TBCs是本領域技術人亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明提供一種復合材料及其制備方法和應用，該復合材料不僅相穩定性良好，而且具有極低的超低導熱率和極強的抗燒結性，適宜作為新一代的熱障涂層進行使用和推廣。

本發明提供一種復合材料，所述復合材料的組成為A₂B₂O₇，

其中，A選自稀土元素中的至少兩種；

B選自Zr、Ce、Hf、Ti、Sn、Fe、Ta元素中的至少兩種。

如上所述的復合材料，其中，A中至少兩種稀土元素中，任意兩種稀土元素的物質的量之比為X且2/7≤X≤7/2，和/或，

B中至少兩種元素中，任意兩種元素的物質的量之比為Y且2/7≤X≤7/2。

如上所述的復合材料，其中，所述稀土元素選自La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu、Er、Ce、Pm。

本發明還提供一種上述任一所述的復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)混合第一鹽溶液和第二鹽溶液，得到混合溶液；

2)將所述混合溶液與堿液混合，攪拌，過濾，收集濾餅；

3)對所述濾餅依次進行冷凍干燥處理和煅燒處理，得到所述復合材料；

其中，所述第一鹽溶液為Zr、Ce、Hf、Ti、Sn、Fe、Ta元素中的至少兩種元素的鹽溶液的混合物，所述第二鹽溶液為至少兩種稀土元素的鹽溶液的混合物；

所述第一鹽溶液中金屬元素之和與所述第二鹽溶液中的稀土元素之和的摩爾比為(1-2)：(1-2)。

如上所述的復合材料的制備方法，其中，分別將至少兩種稀土元素的硝酸鹽與水混合，攪拌，得到所述第二鹽溶液。

如上所述的復合材料的制備方法，其中，所述堿液為氨水。

如上所述的復合材料的制備方法，其中，步驟2)中，保持所述混合溶液與所述氨水混合的反應液的pH＞9。