一种四方相高熵热障涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种四方相高熵热障涂层材料，其由ZrO2、Y2O3、M2O3、Ta2O5和Nb2O5氧化物粉末形成，组元为Zr1‑

【技术实现步骤摘要】
一种四方相高熵热障涂层材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热障涂层，更具体地涉及一种四方相高熵热障涂层材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]热障涂层(Thermal Barrier Coatings)用来保护地面燃气轮机和航空发动机中高压涡轮部件的合金叶片避免受到高温燃气的腐蚀和氧化，提高涡轮进口温度，从而极大的改良燃气轮机和航空发动机的工作效率。
[0003]目前应用最广泛的热障涂层材料是7～8wt％氧化钇稳定的氧化锆(7～8YSZ)。为了追求燃气轮机更高的工作效率，下一代的燃气轮机燃气使用温度一定会超过1500℃，高于目前7～8YSZ热障涂层的使用范围。已知的热障涂层材料具有的高温相稳定性较差、热导率不够低、抗CMAS能力较差等缺点。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中的已知的热障涂层材料的高温相稳定性较差等问题，本专利技术提供一种四方相高熵热障涂层材料及其制备方法。
[0005]根据本专利技术的四方相高熵热障涂层材料，其由ZrO2、Y2O3、M2O3、Ta2O5和Nb2O5氧化物粉末形成，组元为Zr1‑
4x
Y
x
M
x
Ta
x
Nb
x
O2，其中，0<x<0.25，M为三价稀土元素。
[0006]优选地，M为Yb、La或Eu。
[0007]优选地，0.088<x<0.2。在优选的实施例中，四方相高熵热障涂层材料的组元为Zr
0.2
Y
0.2
Yb
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
O2、Zr
0.284
Y
0.179
Yb
0.179
Ta
0.179
Nb
0.179
O2、Zr
0.524
Y
0.119
Yb
0.119
Ta
0.119
Nb
0.119
O2、Zr
0.648
Y
0.088
Yb
0.088
Ta
0.088
Nb
0.088
O2。
[0008]优选地，ZrO2(氧化锆)、Y2O3(氧化钇)、M2O3(稀土氧化物)、Ta2O5(氧化钽)和Nb2O5(氧化铌)的氧化物粉末的纯度≥99.5％。
[0009]根据本专利技术的四方相高熵热障涂层材料的制备方法，其包括如下步骤：S1，按照组元Zr1‑
4x
Y
x
M
x
Ta
x
Nb
x
O2中各阳离子原子百分比分别称取ZrO2、Y2O3、M2O3、Ta2O5、Nb2O5氧化物粉末，分别逐渐加热至900
‑
1100℃煅烧后降温，除去各氧化物粉末中的吸附水和杂质；S2，将煅烧后的各氧化物粉末倒入至高能球磨罐中，加入第一有机溶剂和磨球，球料比为5～10:1，进行高能球磨；S3，将高能球磨完后的悬浮液进行球料分离，采用第二有机溶剂洗涤、干燥后研磨过筛得到颗粒尺寸为1～10微米的混合粉末；S4，将所得到的混合粉末在150～300MPa压力下，采用陶瓷压片机压制成陶瓷胚体，然后逐渐加热至1500
‑
1700℃后降温，得到高熵陶瓷块体材料。
[0010]优选地，在所述步骤S1中，将各氧化物粉末分置于不同的坩埚中，放入箱式马弗炉中于900
‑
1100℃保温1～3h，控制升温速率和降温速率均为2～10℃/min。在优选的实施例中，坩埚为氧化铝坩埚。在优选的实施例中，放入箱式马弗炉中于1000℃保温2h。在优选的实施例中，升温速率和降温速率均为5
‑
8℃/min。在优选的实施例中，箱式马弗炉是上海科
晶有限公司生产的L1700型高温箱式马弗炉。
[0011]优选地，在所述步骤S2中，第一有机溶剂为异丙醇。更优选地，加入80
‑
120ml的异丙醇。在优选的实施例中，加入90
‑
110ml的异丙醇。在优选的实施例中，加入100ml的异丙醇。应该理解，该第一有机溶剂也可以是其他溶剂，例如乙醇、蒸馏水等，其作用是为了吸附在各氧化物粉末的表面，降低表面活性，削弱粉体聚集成团的能力。
[0012]优选地，在所述步骤S2中，磨球为氧化锆磨球。应该理解，采用氧化锆磨球不会引入其他杂质，因为基体材料包括氧化锆。更优选地，磨球的直径为0.3～0.5mm。在优选的实施例中，磨球的直径为0.4mm。在优选的实施例中，球料比为8:1。在优选的实施例中，高能球磨机是美国Union Process有限公司生产的01
‑
HDDM 750cc型高能球磨机和氧化锆内衬。
[0013]优选地，在所述步骤S2中，球磨转速为2000～3000r/min，球磨时间为6～12h。在优选的实施例中，球磨转速为2100r/min
‑
2700r/min。在优选的实施例中，球磨转速为2500r/min。在优选的实施例中，球磨时间8h。
[0014]优选地，在所述步骤S3中，第二有机溶剂为无水乙醇或异丙醇。在优选的实施例中，通过无水乙醇或异丙醇洗涤4～6次。在优选的实施例中，无水乙醇和异丙醇的纯度≥99.5％。
[0015]优选地，在所述步骤S3中，洗涤后得到的混合悬浊液置于80～120℃的电热鼓风干燥箱内干燥24～48h后研磨过筛。在优选的实施例中，置于90
‑
100℃的电热鼓风干燥箱内干燥40
‑
48h后研磨过筛即可获得颗粒尺寸为3
‑
6微米左右的混合粉末。在优选的实施例中，研磨过筛获得颗粒尺寸为4微米左右的混合粉末。
[0016]优选地，在所述步骤S4中，将所得到的混合粉末在200MPa压力下，采用陶瓷压片机压制成陶瓷胚体。在优选的实施例中，陶瓷压片机是合肥科晶有限公司生产的YLJ
‑
30T
‑
LD型压片机。
[0017]优选地，在所述步骤S4中，陶瓷胚体放入箱式马弗炉中以2～10℃/min的速率从室温升至1500
‑
1700℃，保温12～40h，以30～50℃/min的速率从1600℃降至1100℃，以5～10℃/min的速率从1100℃降至室温，得到高熵陶瓷块体材料。在优选的实施例中，在箱式马弗炉中加热至1600℃保温20h。在优选的实施例中，控制升温速率为5℃/min，降温速率在1600℃到1100℃为33
‑
44℃/min，1100℃至室温为10℃/min。在优选的实施例中，箱式马弗炉是上海科晶有限公司生产的L1700型高温箱式马弗炉。
[0018]根据本专利技术的四方相高熵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四方相高熵热障涂层材料，其特征在于，该四方相高熵热障涂层材料由ZrO2、Y2O3、M2O3、Ta2O5和Nb2O5氧化物粉末形成，组元为Zr1‑
4x
Y
x
M
x
Ta
x
Nb
x
O2，其中，0<x<0.25，M为三价稀土元素。2.根据权利要求1所述的四方相高熵热障涂层材料，其特征在于，M为Yb、La或Eu。3.根据权利要求1所述的四方相高熵热障涂层材料，其特征在于，0.088<x<0.2。4.根据权利要求1所述的四方相高熵热障涂层材料，其特征在于，四方相高熵热障涂层材料的组元为Zr
0.2
Y
0.2
Yb
0.2
Ta
0.2
Nb
0.2
O2、Zr
0.284
Y
0.179
Yb
0.179
Ta
0.179
Nb
0.179
O2、Zr
0.524
Y
0.119
Yb
0.119
Ta
0.119
Nb
0.119
O2、Zr
0.648
Y
0.088
Yb
0.088
Ta
0.088
Nb
0.088
O2。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的四方相高熵热障涂层材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：S1，按照组元Zr1‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张显程，赵晓峰，郭芳威，石俊秒，杨凯，王卫泽，刘利强，范晓慧，姚尧，
申请(专利权)人：上海交通大学中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：