一种稀土铪酸盐涂层结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种稀土铪酸盐涂层结构及其制备方法，包括基体及通过等离子喷涂法在基体表面喷涂形成的涂层，所述涂层中包括稀土铪酸盐，所述稀土铪酸盐的化学式为

【技术实现步骤摘要】
一种稀土铪酸盐涂层结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及无机材料制备
，具体地说，涉及一种稀土铪酸盐涂层结构及其制备方法
。

技术介绍

[0002]航空技术的不断发展对航空发动机的推重比提出了更高的要求
。
实现高推重比会导致航空发动机的涡轮前进气温度不断提高
。
新一代高推重比航空发动机中的热端部件会面临极端的燃气环境，其服役温度可达
1500℃
以上
。
[0003]高温合金
、
陶瓷复合基材料
(CMCs)
等是目前航空发动机热端部件常用的结构材料
。
为了满足结构材料在高温下的服役需求，需要设计具有良好隔热性能的涂层体系对热端部件的结构材料进行防护，从而大幅度提升发动机的推重比和长期服役稳定性
。
[0004]一般来说，具有良好隔热性能的涂层材料需要具有低热导率
、
良好的高温相稳定性等优点
。
氧化钇稳定氧化锆
(YSZ)
由于其良好的隔热性能，是目前发动机热端部件隔热涂层的首选材料
。
[0005]然而，
YSZ
在
1200℃
即发生亚稳态四方相
(T
’
相
)
向立方相
(C
相
)
与单斜相
(M
相
)
的相变，引发体积膨胀效应，产生裂纹；此外，
>YSZ
在该温度下还易发生烧结，导致应变容限和隔热性能的降低，这使得
YSZ
的应用温度受到了严重限制，无法满足高推重比发动机的应用需求
。
[0006]因此，制备出一种具有低热导率
、
良好高温稳定性的先进涂层材料，以实现其在
1500℃
以上服役温度下的稳定应用是目前研究的一个重要方向
。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供了一种低热导率的和高温稳定性良好的稀土铪酸盐涂层结构及其制备方法
。
[0008]根据本专利技术的一方面，提供了一种稀土铪酸盐涂层结构，包括基体及其表面的涂层，所述涂层中包括稀土铪酸盐，所述稀土铪酸盐的化学式为
RE2Hf2O7，
RE
为
La、Sm、Eu、Gd、Nd
或
Ce。
[0009]优选的：所述基体通过等离子喷涂法在其表面制备所述涂层
。
[0010]优选的：所述基体选自石墨
、SiC、Si3N4、C/C
复合材料
、C/SiC
复合材料
、SiC
f
/SiC
复合材料
、
不锈钢或高温合金材料
。
[0011]根据本专利技术的另一方面，提供了上述稀土铪酸盐涂层结构的制备方法：包括以下步骤：
[0012]步骤1，制备喷涂粉体，所述喷涂粉体中包括稀土铪酸盐；
[0013]步骤2，通过等离子喷涂法在所述基体表面喷涂所述喷涂粉体制备所述涂层
。
[0014]优选的：所述步骤1包括：
[0015]步骤
1.1
，以摩尔比计
HfO2：
RE2O3＝2：1称取原料；
[0016]步骤
1.2
，将原料混合后进行反应烧结，得到陶瓷粉体；
[0017]步骤
1.3
，将所得的陶瓷粉体依次进行破碎
、
浆料配置
、
喷雾造粒和烧结
、
筛分，制得喷涂粉体
。
[0018]优选的：所述步骤
1.2
中的烧结温度为
1300
‑
1600℃
，保温时间为
10
‑
15h。
[0019]优选的：所述步骤1中陶瓷粉体的获粒径分布为
10
‑
100
μ
m。
[0020]优选的：所述步骤2中在所述基体表面喷涂前还包括对基体表面进行粗糙化预处理
。
[0021]优选的：所述粗糙化预处理为喷砂预处理或激光图案化处理
。
[0022]优选的：所述步骤2中的等离子喷涂法的工艺参数包括：等离子体气体
Ar
：
24
‑
50slpm
；等离子体气体
H2：5‑
12slpm
；喷涂距离：
100
‑
150mm
；喷涂电压
65
‑
75V
；喷涂功率：
30
‑
50kw
；送粉速率：
10
‑
35r/min。
[0023]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果有：
[0024]1、
本专利技术技术方案制备的稀土铪酸盐涂层具有良好的高温相稳定性和较低的热导率，适合用于
1500℃
以上的服役环境
。
[0025]2、
所制备的稀土铪酸盐涂层成分均匀，结构致密，无贯穿裂纹等缺陷
。
[0026]3、
本专利技术技术方案采用的喷涂粉体制备工艺具有成本低
、
粉体纯度高
、
制备效率高
、
适合批量化制备等优点
。
[0027]4、
本专利技术技术方案采用的涂层的制备方法为等离子体喷涂法，具有沉积速度快
、
成本低
、
重复性好
、
涂层喷涂厚度可调范围大
、
生产效率高
、
适合规模化生产等优点
。
附图说明
[0028]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征
、
目的和优点将会变得更明显
。
[0029]图1示出了本专利技术实施例1中制备的
Gd2Hf2O7粉体和涂层的
XRD
图；
[0030]图2示出了本专利技术实施例1中制备的
Gd2Hf2O7涂层的截面形貌图；
[0031]图3示出了本专利技术实施例1中制备的
Gd2Hf2O7涂层经
1500℃
热处理
50h
的
XRD
图；
[0032]图4示出了本专利技术实施例1中制备的
Gd2Hf2O7涂层经
1500℃
热处理
50h
的截面形貌图；
[0033]图5示出了本专利技术实施例1中制备的
Gd2Hf2O7涂层的热导率图；
[0034]图6示出了本专利技术实施例2中制备的
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种稀土铪酸盐涂层结构，其特征在于，包括基体及其表面的涂层，所述涂层中包括稀土铪酸盐，所述稀土铪酸盐的化学式为
RE2Hf2O7，
RE
为
La、Sm、Eu、Gd、Nd
或
Ce。2.
根据权利要求1所述的稀土铪酸盐涂层结构，其特征在于：所述基体通过等离子喷涂法在其表面制备所述涂层
。3.
根据权利要求1所述的稀土铪酸盐涂层结构，其特征在于：所述基体选自石墨
、SiC、Si3N4、C/C
复合材料
、C/SiC
复合材料
、SiC
f
/SiC
复合材料
、
不锈钢或高温合金材料
。4.
根据权利要求1所述的稀土铪酸盐涂层结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，制备喷涂粉体，所述喷涂粉体中包括稀土铪酸盐；步骤2，通过等离子喷涂法在所述基体表面喷涂所述喷涂粉体制备所述涂层
。5.
根据权利要求4所述的稀土铪酸盐涂层结构的制备方法，其特征在于：所述步骤1包括：步骤
1.1
，以摩尔比计
HfO2：
RE2O3＝2：1称取原料；步骤
1.2
，将原料混合后进行反应烧结，得到陶瓷粉体；步骤
1.3
，将所得的陶瓷粉体依次进行破碎
、
浆料配置
、
喷雾造粒和烧结
、
筛分，制得喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟鑫，吴一鸣，牛亚然，梁锐辉，黄利平，洪督，郑学斌，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：