Er2O3、Yb2O3、Y2O3摻雜對La2Zr2O7熱障涂層材料結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、航空航天工業(yè)上廣泛應用的6-8wt.％Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2(6-8YSZ)熱障涂層陶瓷材料僅能穩(wěn)定工作于1200℃以下的環(huán)境中,當工作溫度超過1200℃時,6-8YSZ陶瓷材料容易發(fā)生相變,相變伴隨著材料體積的膨脹,加快了陶瓷材料裂紋的形成,最終將導致熱障涂層陶瓷材料脫落失效,已經(jīng)難以滿足熱能發(fā)動機前燃氣進口溫度不斷提高的要求。因此,迫切需要尋求一種能夠長期穩(wěn)定工作于1200℃以上條件下的新型熱障涂層陶瓷材料。
　　本實驗以

2、La2O3、ZrO2、Er2O3、Yb2O3和 Y2O3為原料,通過固相合成法分別制備了(La1-xErx)2Zr2O7(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10),(La1-2xErxYbx)2Zr2O7(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)和(La1-xYx)2Zr2O7(x=0,0.1,0.2)三種體系陶瓷材料。分別利用X射線衍射儀(XRD)、示差掃描量熱儀(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)

3、、阿基米德原理、高溫熱膨脹儀、Neumann–Kopp定律和激光導熱儀表征了陶瓷材料的物相結(jié)構(gòu)、高溫相穩(wěn)定性、微觀組織結(jié)構(gòu)、體積密度、熱膨脹系數(shù)、熱容和熱擴散系數(shù)。
　　XRD結(jié)果表明,1600℃下燒結(jié)5h得到的(La1-xErx)2Zr2O7,(La1-2xErxYbx)2Zr2O7和(La1-xYx)2Zr2O7三種體系陶瓷材料的物相結(jié)構(gòu)均為單一立方燒綠石結(jié)構(gòu)。同時,其晶胞參數(shù)隨著各稀土氧化物的摻雜呈降低趨勢。
　　DS

4、C結(jié)果顯示,1600℃下燒結(jié)5h得到的(La1-xErx)2Zr2O7,(La1-2xErxYbx)2Zr2O7和(La1-xYx)2Zr2O7三種體系陶瓷材料在室溫至1450℃范圍內(nèi)(升降溫)沒有明顯的相變峰出現(xiàn),具有良好的高溫相穩(wěn)定性。
　　SEM結(jié)果顯示,1600℃下燒結(jié)5h得到的(La1-xErx)2Zr2O7,(La1-2xErxYbx)2Zr2O7和(La1-xYx)2Zr2O7三種體系陶瓷材料的微觀組織結(jié)構(gòu)相似,晶界

5、清晰,晶粒尺寸約為幾微米,并且陶瓷試樣致密。
　　熱物理性能測試結(jié)果顯示,在室溫至1300℃范圍內(nèi),(La1-xErx)2Zr2O7,(La1-2xErxYbx)2Zr2O7和(La1-xYx)2Zr2O7三種體系陶瓷材料的平均熱膨脹系數(shù)接近,分別處于9.57×10-6 K-1至9.66×10-6 K-1,9.39×10-6 K-1至9.80×10-6 K-1和9.52×10-6 K-1至9.71×10-6 K-1之間。在室溫至1

6、026.85℃范圍內(nèi),對于(La1-xErx)2Zr2O7和(La1-2xErxYbx)2Zr2O7體系陶瓷材料,隨著 Er2O3和 Er2O3+Yb2O3摻雜量的增加,熱容值降低;然而,對于(La1-xYx)2Zr2O7體系的陶瓷材料,隨著Y2O3摻雜量的增加,熱容值卻增加。在室溫至1000℃范圍內(nèi),Er2O3、Er2O3+Yb2O3、Y2O3的摻雜,有效地降低了La2Zr2O7陶瓷材料的熱擴散系數(shù)及熱導率,并且隨著各稀土氧化物摻雜量

7、的增加而越來越低。特別地,對于(La1-xErx)2Zr2O7體系陶瓷材料中的x=0.10組分,(La1-2xErxYbx)2Zr2O7體系陶瓷材料中的x=0.05組分,(La1-xYx)2Zr2O7體系陶瓷材料中的x=0.2組分,它們的熱導率分別介于1.27 Wm-1K-1至1.35 Wm-1K-1,1.22 Wm-1K-1至1.32 Wm-1K-1,1.28 Wm-1K-1至1.44 Wm-1K-1之間,熱導率隨溫度的升高變化不明顯