【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热障涂层，尤其涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、热障涂层(thermal barrier coatings,tbcs)技术是以服役环境为需求导向、多性能协同发展、支撑叶片隔热防护的关键技术之一，是航空航天、舰船与海洋工程等领域动力装置热端部件防护的核心技术，直接决定着航空发动机及燃气轮机的热机效率、服役寿命和可靠性，与高温结构材料，高效气膜冷却技术并列为先进航空发动机涡轮叶片的三大关键技术。迄今为止，电子束物理气相沉积(eb-pvd)技术和等离子喷涂(aps)技术是现行制备热障涂层的两大主流技术，尤其以采用eb-pvd技术制备的7～8wt％ysz/mcraly双层结构热障涂层为代表的涂层体系综合性能最佳。然而，采用eb-pvd制备的ysz陶瓷层是由表面为纳米级羽毛状仿生结构的定向分布柱状晶组成，当长期在高于1200℃环境下服役时存在高温烧结加剧的问题，最终导致热导率和弹性模量增加，会极大地消弱其隔热效果和应变容限，成为影响其服役寿命和稳定性的瓶颈性问题。此外，氧化锆和锆酸盐基陶瓷材料是现行广泛应用的两类材料体系。然而，氧化锆体系在高于1200℃环境下长期服役也存在高温烧结加剧的问题，锆酸盐体系则存在高温烧结加剧和力学性能差的问题。
2、鉴于此，有必要开展面向超高温服役的航空发动机和改燃气轮机热端部件用抗烧结热障涂层材料设计及其靶材的配套制备技术，以适应新一代超高温热障涂层的发展需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种复合陶瓷材料，包含下列摩尔比例的成分：
4、ln2(cexzr1-x)2o7和zr1-ylnyo2-δ；
5、0≤x≤1，0.02≤y≤0.1；δ＝y/2；
6、所述ln2(cexzr1-x)2o7和zr1-ylnyo2-δ的摩尔比为0.8～1.2：1。
7、作为优选，ln2(cexzr1-x)2o7中的ln和zr1-ylnyo2-δ中的ln独立地为sc、y、la、gd和sm中的一种或几种。
8、作为优选，所述ln2(cexzr1-x)2o7的制备方法包含下列步骤：
9、将zro2、ln2o3和ceo2独立进行球磨，然后混合进行煅烧，得到ln2(cexzr1-x)2o7；
10、所述球磨的转速为600～1000r/min，所述球磨的时间为15～30h；
11、所述煅烧的温度为1500～1700℃，所述煅烧的时间为4～18h。
12、作为优选，所述zr1-ylnyo2-δ的制备方法包含下列步骤：
13、将zro2和ln2o3独立进行球磨，然后混合进行煅烧，得到zr1-ylnyo2-δ；
14、所述球磨的转速为600～1000r/min，所述球磨的时间为15～30h；
15、所述煅烧的温度为1400～1600℃，所述煅烧的时间为3～12h；
16、且zr1-ylnyo2-δ的煅烧的温度小于ln2(cexzr1-x)2o7的煅烧的温度。
17、本专利技术还提供了所述复合陶瓷材料的制备方法，包含下列步骤：
18、(1)将ln2(cexzr1-x)2o7和zr1-ylnyo2-δ混合，顺次进行第一球磨、煅烧和第二球磨，得到复合粉体；
19、(2)将复合粉体、分散剂和粘结剂混合进行造粒，得到造粒粉体；
20、(3)将造粒粉体顺次进行预压、二次加压和排胶，得到陶瓷素坯；
21、(4)将陶瓷素坯进行煅烧，得到所述的复合陶瓷材料。
22、作为优选，步骤(1)所述第一球磨的转速为600～1000r/min，所述第一球磨的时间为10～20h；
23、所述煅烧的温度为1450～1650℃，所述煅烧的时间为4～18h；
24、所述第二球磨的转速为600～1000r/min，所述第二球磨的时间为10～20h；
25、步骤(2)所述分散剂为paanh_4；
26、所述粘结剂为聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的质量分数为5～15％；
27、所述复合粉体、分散剂和粘结剂的质量比为100：0.5～3.5：0.1～2.0；
28、所述造粒的入口温度为100～250℃，所述造粒的出口温度为100～200℃，所述造粒的雾化盘转速为19000～21000r/min。
29、作为优选，步骤(3)所述预压的压力为7～20mpa，所述预压的保压时间为50～150s；
30、所述二次加压的压力为150～250mpa，所述二次加压的保压时间为10～30min。
31、作为优选，步骤(3)所述排胶的目标温度为100～300℃，所述排胶的保温时间为12～48h；
32、由室温升至排胶的目标温度的升温速率为4～6℃/min；由排胶的目标温度降至室温的降温速率为3～5℃/min。
33、作为优选，步骤(4)所述煅烧的目标温度为1500～1650℃，保温时间为4～10h；
34、由室温升至中间温度t1的升温速率为1～2℃/min，所述中间温度t1为900～1100℃，由中间温度t1升至煅烧的目标温度的升温速率为3～5℃/min；
35、由煅烧的目标温度降至中间温度t2的降温速率为1～3℃/min，所述中间温度t2为800～1000℃，由中间温度t2降至室温的降温速率为3～5℃/min。
36、本专利技术还提供了所述复合陶瓷材料在超高温环境服役涡轮叶片防护中的应用。
37、本专利技术的有益效果是：
38、(1)本专利技术提供了一种复合陶瓷材料，包含下列摩尔比例的成分：ln2(cexzr1-x)2o7和zr1-ylnyo2-δ；其中，0≤x≤1，0.02≤y≤0.1，δ＝y/2，ln2(cexzr1-x)2o7和zr1-ylnyo2-δ的摩尔比为0.8～1.2：1。本专利技术对氧化锆和锆酸盐基陶瓷材料体系进行稀土掺杂改性，形成ln2(cexzr1-x)2o7(0≤x≤1)和zr1-ylnyo2-δ(0.02≤y≤0.1)两种稀土陶瓷材料，然后将两种材料以共晶成分附近的摩尔比进行复合，形成了兼顾抗高温烧结、低热导率和增韧效应的新型热障涂层材料体系，实现了热障涂层综合服役性能的提升。此外，本申请制备的电子束物理气相沉积(eb-pvd)复合陶瓷靶材同样具有抗高温烧结、热导率低和力学性能高的优点。
39、(2)本专利技术提供了一种复合陶瓷材料的制备方法，将ln2(cexzr1-x)2o7、zr1-ylnyo2-δ、分散剂和粘结剂混合进行造粒，得到造粒粉体；然后将造粒粉体顺次进行预压、二次加压和排胶，得到陶瓷素坯；最后将陶瓷素坯进行煅烧，得到复合陶瓷材料。此外，本专利技术在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合陶瓷材料，其特征在于，包含下列摩尔比例的成分：
2.如权利要求1所述的复合陶瓷材料，其特征在于，Ln2(CexZr1-x)2O7中的Ln和Zr1-yLnyO2-δ中的Ln独立地为Sc、Y、La、Gd和Sm中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的复合陶瓷材料，其特征在于，所述Ln2(CexZr1-x)2O7的制备方法包含下列步骤：
4.如权利要求3所述的复合陶瓷材料，其特征在于，所述Zr1-yLnyO2-δ的制备方法包含下列步骤：
5.权利要求1～4任意一项所述复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：
6.如权利要求5所述的复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一球磨的转速为600～1000r/min，所述第一球磨的时间为10～20h；
7.如权利要求6所述的复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述预压的压力为7～20MPa，所述预压的保压时间为50～150s；
8.如权利要求7所述的复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述排胶的目标温度为10
9.如权利要求8所述的复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述煅烧的目标温度为1500～1650℃，保温时间为4～10h；
10.权利要求1～4任意一项所述复合陶瓷材料在超高温环境服役涡轮叶片防护中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种复合陶瓷材料，其特征在于，包含下列摩尔比例的成分：
2.如权利要求1所述的复合陶瓷材料，其特征在于，ln2(cexzr1-x)2o7中的ln和zr1-ylnyo2-δ中的ln独立地为sc、y、la、gd和sm中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的复合陶瓷材料，其特征在于，所述ln2(cexzr1-x)2o7的制备方法包含下列步骤：
4.如权利要求3所述的复合陶瓷材料，其特征在于，所述zr1-ylnyo2-δ的制备方法包含下列步骤：
5.权利要求1～4任意一项所述复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：
6.如权利要求5所述的复合陶瓷材料的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志刚，宋希文，谢敏，张永和，王炫力，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：
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