[發(fā)明專利]一種氧化釓增韌的氧化鉿高溫?zé)岱雷o(hù)涂層材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911086108.6
• 申請(qǐng)日: 2019-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN110835265A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭洪波;任超龍;李春;馬岳;宮聲凱;徐惠彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/488
• 分類號(hào): C04B35/488;C04B35/622
• 代理公司: 北京航智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發(fā)明公開了一種氧化釓增韌的氧化鉿高溫?zé)岱雷o(hù)涂層材料，化學(xué)組成為Hf_1?xGd_xO_2?0.5x，0x≤0.3，簡(jiǎn)寫為XGSH，X＝100x。本發(fā)明所制備的材料具有較高的韌性，斷裂韌性比純HfO₂可提高19％?63％，最高可達(dá)到1.9?2.6MPa·m^1/2；在室溫至1600℃保持相穩(wěn)定；具有較低的熱導(dǎo)率，1200℃時(shí)致密塊材的本征熱導(dǎo)率最低可達(dá)1.52?1.88W/m·K，遠(yuǎn)低于目前廣泛使用的8YSZ材料(～2.3W/m·K)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱防護(hù)涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧化釓增韌的氧化鉿高溫?zé)岱雷o(hù)涂層材料及其制備方法。

背景技術(shù)

高溫?zé)岱雷o(hù)涂層是高性能發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片制造的三大關(guān)鍵技術(shù)之一。它是將耐高溫、高隔熱的陶瓷材料與基體材料復(fù)合，從而降低熱端部件的表面溫度并改善基體材料的抗高溫氧化腐蝕以及使用壽命，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和熱效率。

6～8wt％氧化釔(Y₂O₃)部分穩(wěn)定的氧化鋯(ZrO₂)(簡(jiǎn)稱為YSZ)是目前應(yīng)用最廣泛的熱防護(hù)涂層陶瓷材料，它具有優(yōu)良的力學(xué)性能，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，熱導(dǎo)率低等優(yōu)點(diǎn)。然而，隨著航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)向高推重比的方向發(fā)展，渦輪前進(jìn)口溫度越來越高，當(dāng)YSZ長(zhǎng)期服役溫度高于1200℃時(shí)，YSZ會(huì)發(fā)生T→M相變和燒結(jié)，引起體積膨脹，從而產(chǎn)生裂紋，熱導(dǎo)率升高，最終導(dǎo)致涂層失效。因此，為了適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片對(duì)更高服役溫度的需求，急需發(fā)展新型高溫高隔熱的熱防護(hù)涂層陶瓷材料。

氧化鉿(HfO₂)與氧化鋯的晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)十分相似，氧化鉿同樣具有較低的熱導(dǎo)率，四方相氧化鉿和氧化鋯的熱膨脹系數(shù)相近，均在10×10^-6K^-1左右。氧化鉿的T→M的相變所引起的體積膨脹僅為氧化鋯的1/3，即1.2％左右。另外，氧化鉿比氧化鋯具有更高的相變溫度，更高的熔點(diǎn)，以及更好的高溫相穩(wěn)定性。但是，氧化鉿的相變?cè)鲰g效果不如氧化鋯，從而使其斷裂韌性較低，限制了氧化鉿在熱防護(hù)涂層領(lǐng)域的應(yīng)用。因此需要找到一種氧化鉿的增韌方法，以提高其斷裂韌性，從而實(shí)現(xiàn)在熱防護(hù)涂層領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)氧化鉿材料韌性較低的問題，本發(fā)明提供了一種氧化釓(Gd₂O₃)增韌的氧化鉿高溫?zé)岱雷o(hù)涂層材料及其制備方法。

本發(fā)明提供的一種氧化釓增韌的氧化鉿高溫?zé)岱雷o(hù)涂層材料，具有下述化學(xué)組成：Hf_1-xGd_xO_2-0.5x，0x≤0.3，簡(jiǎn)寫為XGSH，其中，X＝100x，稱為氧化釓穩(wěn)定氧化鉿。例如(Hf_0.86Gd_0.14)O_1.93簡(jiǎn)稱為14GSH，其他類同。

在一些實(shí)施方式中，所述氧化釓增韌的氧化鉿高溫?zé)岱雷o(hù)涂層材料具有如下的化學(xué)組成：Hf_1-xGd_xO_2-0.5x，0x＜0.2，所述材料的微觀組織由立方相和單斜相組成。優(yōu)選地，0.1≤x＜0.2。

在一些實(shí)施方式中，所述氧化釓增韌的氧化鉿高溫?zé)岱雷o(hù)涂層材料具有如下的化學(xué)組成：Hf_1-xGd_xO_2-0.5x，0.2≤x≤0.3，所述材料的微觀組織由立方相組成。