Er2O3摻雜對(duì)Ta2O5-Y2O3-ZrO2體系陶瓷結(jié)構(gòu)及性能的影響.pdf

1、近年來(lái)，航空航天事業(yè)發(fā)展迅猛，研究人員對(duì)熱障涂層材料進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯熱障涂層陶瓷材料逐漸不能滿足更高的技術(shù)要求。熱障涂層YSZ陶瓷材料長(zhǎng)期工作于1200℃的高溫環(huán)境中，容易發(fā)生相變，使得材料體積膨脹，與熱障涂層金屬粘結(jié)層材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，而且會(huì)產(chǎn)生微裂紋，最終導(dǎo)致涂層脫落失效。為此，研究人員通過(guò)摻雜稀土氧化物改善熱障涂層陶瓷材料的熱物理性能，以滿足長(zhǎng)期高溫環(huán)境對(duì)材料的技術(shù)要求。
　　本文采用固

2、相合成法并以氧化鉺、氧化鋯、氧化鉭、氧化釔為原料制備了Er2O3-Ta2O5-Y2O3-ZrO2體系陶瓷材料，利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、高溫?zé)崤蛎泝x、激光導(dǎo)熱儀(LFA427)對(duì)材料的物相結(jié)構(gòu)、相穩(wěn)定性、表面微觀形貌、熱膨脹系數(shù)及熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了表征；利用阿基米德原理對(duì)材料的體積密度進(jìn)行了測(cè)試；根據(jù)Neumann-Kopp規(guī)則對(duì)陶瓷材料的熱容進(jìn)行計(jì)算；利用點(diǎn)缺陷模型對(duì)陶瓷材料的理論熱導(dǎo)率進(jìn)行計(jì)算并與測(cè)量熱導(dǎo)率

3、進(jìn)行了對(duì)比。
　　XRD衍射結(jié)果顯示，經(jīng)1600℃燒結(jié)6h后得到了單一四方相Er2O3-Ta2O5-Y2O3-ZrO2陶瓷材料，且四方度較大。在低溫200℃和高溫1500℃下分別等溫?zé)崽幚?50h和310h后，材料的物相結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，仍呈現(xiàn)單一的四方相，表明 Er2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2陶瓷材料具有良好的相穩(wěn)定性。
　　SEM微觀表面結(jié)果顯示，ErxY0.18-xTa0.18Zr0.64O2體系陶瓷材料的晶粒

4、大小約為幾微米，且隨著Er2O3含量的增大，氣孔很少，相對(duì)密度達(dá)到97％以上。
　　熱物理性能測(cè)試結(jié)果顯示，從室溫至1300℃范圍內(nèi)，ErxY0.18-xTa0.18Zr0.64O2體系陶瓷材料的平均熱膨脹系數(shù)均低于 Ta2O5-Y2O3-ZrO2體系陶瓷材料的平均熱膨脹系數(shù)，但變化不是很明顯，其范圍為9.86×10-6 K-1～10.44×10-6 K-1。從室溫～1200℃，隨著溫度的升高，熱容值增大；隨著稀土Er2O3含量的

5、增加，熱容值減小。從室溫至1000℃內(nèi)，摻雜稀土氧化鉺影響了陶瓷材料的熱導(dǎo)率大小，當(dāng)摻雜量為2mol%時(shí)， ErxY0.18-xTa0.18Zr0.64O2陶瓷材料的熱導(dǎo)率值最小，熱導(dǎo)率值為1.13Wm-1K-1～1.49 Wm-1K-1。根據(jù)點(diǎn)缺陷模型計(jì)算出理論熱導(dǎo)率并得出：取代原子與基質(zhì)原子之間的質(zhì)量差、取代原子與基質(zhì)原子之間的半徑差以及點(diǎn)缺陷周圍應(yīng)變場(chǎng)共同影響了熱導(dǎo)率大小，其中點(diǎn)缺陷周圍應(yīng)變場(chǎng)對(duì)熱導(dǎo)率的影響最大。
　　綜上所