[發明專利]一種稀土鉭酸鹽RE3

有效

• 申請號: 202010889298.1
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111908921B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 馮晶;鄭奇;陳琳;王一濤;楊凱龍;汪俊;張志東;李振軍;王峰
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學;陜西天璇涂層科技有限公司
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/50;C04B35/622;C23C4/11;C23C4/131
• 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，具體公開了一種稀土鉭酸鹽(RE3TaO7)熱障涂層及其制備方法，取兩種以上不同稀土元素的鉭酸鹽陶瓷粉末混合成n份混合陶瓷粉體，n份混合陶瓷粉體中至少一種以上的鉭酸鹽陶瓷組份的體積分數為連續遞增或遞減的變化；將n份混合陶瓷粉體依次沉積到基體材料上得到多元梯度的稀土鉭酸鹽熱障涂層。本專利中通過對兩種以上不同稀土元素的鉭酸鹽陶瓷粉末進行設計，得到多元梯度涂層，即涂層中至少一種陶瓷組份的體積分數是在連續的遞增或連續的遞減變化，這樣的方式能夠保證熱障涂層具備原本稀土鉭酸鹽(RE₃TaO₇)的高膨脹系數，同時其熱導率也大幅度的下降。

技術領域

本發明涉及熱障涂層技術領域，特別涉及一種稀土鉭酸鹽RE₃TaO₇熱障涂層及其制備方法。

背景技術

熱障涂層是利用陶瓷的隔熱和抗腐蝕性特點來保護基體材料，在航空、航天、艦船、武器等方面有著重要的應用價值。目前，廣泛使用的熱障涂層材料主要為6%-8%的氧化釔穩定氧化鋯 (6-8 YSZ) 和鋯酸鑭 (La₂Zr₂O₇)，這兩種陶瓷均有一定程度的不足：6-8YSZ的使用溫度較低(≤ 1200 °C)，熱導率也較高(約2.5W·m^-1·K^-1，900°C)，La₂Zr₂O₇則有著熱膨脹系數較低的問題，隨著發動機和燃氣輪機高推重比，高出口溫度的未來發展需要，尋找新型熱障涂層材料迫在眉睫。

經哈佛大學Clarke教授課題組同加州大學圣巴巴拉分校的Levi教授等共同研究，通過理論計算提出了鉭酸釔陶瓷(YTaO₄)有望作為新一代熱障涂層材料，作為同一系列的RE₃TaO₇陶瓷的熱物理和力學性能也相繼得到關注，Li Chen 等人制備了稀土鉭酸鹽(RE₃TaO₇) 致密塊體試樣的并對其熱力學性質等方面進行了研究，而對該材料在熱障涂層領域的使用目前處于研究狀態中，而要如何最大化的體現出稀土鉭酸鹽(RE₃TaO₇)對基體合金的保護作用依舊是當前研究的重點。

發明內容

本發明提供了一種稀土鉭酸鹽RE₃TaO₇熱障涂層及其制備方法，以得到熱導率更低，符合熱障涂層高溫環境使用需求的稀土鉭酸鹽RE₃TaO₇熱障涂層。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種稀土鉭酸鹽RE₃TaO₇熱障涂層，該涂層為多元梯度涂層，包括兩種以上不同稀土鉭酸鹽RE₃TaO₇陶瓷組份，且至少有一種以上的陶瓷組份的體積分數沿涂層梯度連續遞增或遞減的變化。

本技術方案的技術原理和效果在于：

1、本方案中通過對兩種以上不同稀土元素的鉭酸鹽陶瓷粉末進行設計，得到多元梯度涂層，即涂層中至少一種陶瓷組份的體積分數是在連續的遞增或連續的遞減變化，這樣的方式能夠保證熱障涂層具備原本稀土鉭酸鹽RE₃TaO₇的高膨脹系數，同時其熱導率也大幅度的下降，通過實驗檢測得到熱導率未超過1.15W·m^-1·K^-1，滿足熱障涂層對低熱導率的需求。

2、本方案中能夠得到低熱導率的多元梯度陶瓷涂層，其原因在于，各梯度涂層之間成分呈漸變的形式，這樣各梯度涂層之間形成的界面少，使得界面效應弱，同時最重要的一點在于，在各梯度涂層沉積過程中，每一層的成分還會不斷的擴散，使得界面效應繼續減弱，從而使得熱導率下降。

進一步，所述多元梯度涂層的厚度為150~300μm。