專利名稱：一種Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>改性的La<sub>2</sub>Zr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>-(Zr<sub>0.92</sub>Y<sub>0.08</sub>)O<sub>1.96</sub>復(fù)相熱障涂層材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0 92YQ.08) O1 96復(fù)相熱障涂層隔熱材料。
背景技術(shù)：
伴隨航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的增加，渦前溫度進(jìn)一步提升，在設(shè)計(jì)上采用更為先進(jìn)的冷卻技術(shù)的同時(shí)，要求葉片表面要承受1200°C以上的高溫，已超出了目前高溫合金的使用溫度極限，因此發(fā)展高溫?zé)嵴贤繉邮潜厝坏内厔?shì)。根據(jù)熱障涂層的功能要求，作為熱障涂層隔熱材料，首先具有低的熱導(dǎo)率及耐腐蝕等特性，其次從涂層的服役環(huán)境來看，涂層材料也要有較高的抗熱沖擊損傷的特性，為提高這種特性，要求材料具有良好的抗高溫?zé)Y(jié)的能力及良好的相穩(wěn)定性和斷裂韌性等特性。然而，傳統(tǒng)的熱障涂層材料3 4mol % Y2O3穩(wěn)定的ZrO2 (簡稱YSZ)雖然具有良好的斷裂韌性，較低的熱導(dǎo)率和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但在高溫條件下相穩(wěn)定性下降及其所帶來的相變體積效應(yīng)和高溫易燒結(jié)等因素，只能在1200°C溫度以下使用；具有高溫?zé)o相變、能耐1400°C高溫?zé)Y(jié)和熱導(dǎo)率比YSZ低30%的燒綠石結(jié)構(gòu)La2Zr2O7材料，雖能提高熱障涂層的使用溫度和隔熱效果，但由于該材料相對(duì)YSZ的韌性較差和熱膨脹系數(shù)較低，涂層在熱沖擊過程中易剝落。雖然通過稀土摻雜能進(jìn)一步降低La2Zr2O7的熱導(dǎo)率，如(Laa7Nda3)2Zr2O7比La2Zr2O7的熱導(dǎo)率約低13%，但斷裂韌性并沒得到改善。利用YSZ和La2Zr2O7各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合后的材料或涂層的某些性能比復(fù)合前得到了明顯的改善。添加5mol %的YSZ能使La2Zr2O7材料的斷裂韌性由1.4MPa *m1/2提高至1.9MPa.πι1/2(與YSZ相當(dāng))；添加5mol%的La2Zr2O7能使YSZ涂層1200°C時(shí)的熱導(dǎo)率由2.1ff/mK降低到1.2W/mK，材料在1300°C燒結(jié)10小時(shí)后的相對(duì)密度由0.84下降到0.75。但當(dāng)La2Zr2O7相含量超過Imol^時(shí)，材料中YSZ的相穩(wěn)定性下降，涂層的使用溫度及熱循環(huán)壽命受到很大的影響，尚不能滿足下一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)1200°C以上熱障涂層的使用要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08) O1 96復(fù)相熱障涂層材料。在La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)Ou6復(fù)相材料的基礎(chǔ)上，采用Nd2O3摻雜取代La2Zr2O7相中的部分La晶格位，形成熱導(dǎo)率低的(La，Nd)2Zr207化合物，Yb2O3摻雜取代(Zra92Yatl8)Oh96中的Zr晶格位形成穩(wěn)定的立方相，起到降低材料的熱導(dǎo)率和提高相穩(wěn)定性的作用。以此開發(fā)出新型的具有相穩(wěn)定、熱導(dǎo)率低和抗高溫?zé)Y(jié)能力強(qiáng)的復(fù)相熱障涂層隔熱材料，提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)效率，降低燃油消耗，從而帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益以及滿足下一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用熱障涂層需達(dá)到1200°C以上溫度的使用要求。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種Nd2O3-Yb2O3 改性的 La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述復(fù)相材料由純度為99.99%的Ln2O3(Ln = La、Nd、Yb、Y)和純度為99.99%的ZrO2組成，成分范圍為60 90mol% ZrO2,4 30mol% LaO1.5，I IOmol % NdO1.5,1 IOmol % YbO1.5 及 2_7mol % YO1.5。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的方面，提供了制備上述Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0 92Y0 08) O1 96復(fù)相熱障涂層材料的方法,其特征在于包括:以純度為99.99% 的 Ln (NO3) 3.6H20 (Ln = La、Nd、Y)和 Zr (NO3) 4.3Η20 為原料，分別配制0.1 0.3mol/L的水溶液，按設(shè)計(jì)成分稱量，外加適量的檸檬酸、聚乙二醇和濃硝酸，磁力攪拌至澄清透明溶膠，用0.1-ο.3MPa的空氣將溶膠霧化到300°C _600°C剛玉坩堝中，再將溫度升至900 1200°C煅燒0.5 12小時(shí)。
圖1 是 1200°C煅燒 12 小時(shí)后的 73Zr02-(23-x)La015-0.5xNd0L5-0.5xYb0LS^YO1.5(x = 7、9、11、14、16、18)復(fù)相材料室溫粉末XRD圖譜。
圖2 是 1200 °C 煅燒 12 小時(shí)后的 73Zr02_ (23_x) LaO1.5_0.25xNd0L5-0.75xYb0L 5-4Y0L5(x = 7、9、11)復(fù)相材料室溫粉末XRD圖譜。圖3 是 1200 °C 煅燒 12 小時(shí)后的 62Zr02-(35.8_x) LaO15-0.5xNd0L 5-0.5xYb0L5-2.2Y0L5(x = 10.8、14.2、17.8)復(fù)相材料室溫粉末XRD圖譜。圖4 是 1200°C煅燒 12 小時(shí)后的 73Zr02-(23-x)La015-0.5xNd0L5-0.5xYb0LS^YO1.5(x = 7、9、11、14、16、18)復(fù)相材料的晶粒尺寸與摻雜濃度x之間關(guān)系圖。圖5 是 TSZrO2-HLaO1.5-4.5Nd0L s~4.SYbO1.SlYO1.5 和未改性的材料經(jīng) 1450°C煅燒100小時(shí)后室溫粉末XRD圖譜。圖6 是 TSZrO2-HLaO1.5-4.5Nd0L s~4.SYbO1.SlYO1.5 和未改性的材料經(jīng) 1450°C煅燒100小時(shí)后單斜氧化鋯含量對(duì)比圖。圖7(a)是 TSZrO2-1eLaO1.5-3.5Nd0L5-3.5Yb0L 5-4Y0L 5,圖 7 (b)是作為對(duì)照的未改性的材料經(jīng)1400°C燒結(jié)50小時(shí)后的背散射電子像。圖8 是 T3ZrO2-HLaO1.5_2.25Nd0L5-6.75YbO1.5_4Y015 材料經(jīng) 1400°C燒結(jié) 50 小時(shí)后的背散射電子像。圖9 是 62Zr02-21.6La0L5-8.9Nd0L 5-8.9Yb015_2.2Y0L 材料經(jīng) 1400°C燒結(jié) 50 小時(shí)后的背散射電子像。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Ol96復(fù)相熱障涂層材料,其化學(xué)組成為60 9011101% ZrO2,4 3011101% LaO1 5,1 IOmol %NdO1.5，I IOmol % YbO1.5 及 2_7mol % YO1.5。根據(jù)本發(fā)明的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr。.92Y0.08) O1.96復(fù)相熱障涂層材料可以是 62Zr02-(35.8_x) LaO15-0.5xNd0L 5-0.5xYb0L5-2.2Y015(x = 10.8,14.2,17.8)或者
73Zr02-(23-x)La015-0.25xNd015_0.75xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)或者73Zr02-(23-x)La015-0.75xNd0L5-0.25x Yb015_4Y015(x = 7、9、11)或者73Zr02-(23-x)La015-0.5xNd0L5-0.5xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11、14、16、18)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復(fù)相熱障涂層材料，1200°C煅燒12小時(shí)后，兩相的晶粒尺寸均介于40 55nm之間；1450°C煅燒100小時(shí)后，材料組分氧化鋯中的單斜相含量由改性前的49mol%降低至Omol材料能耐1400°C長時(shí)間燒結(jié)。本發(fā)明Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0 92Y0 08)O1 96復(fù)相熱障涂層材料的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)通過Nd2O3-Yb2O3改性后的La2Zr2O7-(Zr0.^0.08)0,96復(fù)相熱障涂層材料，材料中La2Zr2O7相的含量能達(dá)到IOmol %以上，并能耐1400°C燒結(jié)，因此改性后涂層的使用溫度和隔熱效果將得到大幅度提聞;(2)通過Nd2O3-Yb2O3 改性后的 La2Zr2O7-(Zra92Ytl.08)0^ 復(fù)相熱障涂層材料，1450°C煅燒IOOh后，單斜氧化鋯含量由改性前49m0l%降低至Omol%，因此改性后涂層的使用溫度和熱循環(huán)壽命得到大幅度提聞;(3)通過Nd2O3-Yb2O3改性后的La2Zr2O7-(Zr0.^0.08)0,96復(fù)相熱障涂層材料，形成比 La2Zr2O7 和(Zra92Yatl8)Oh96 熱導(dǎo)率低的(La，NcO2Zr2O7 和(Zr，Y，Yb)02_s，因此改性后的涂層隔熱效果得到進(jìn)一步提聞;(4)通過Nd2O3-Yb2O3改性后的La2Zr2O7-(Zr0.^0.08)0,96復(fù)相熱障涂層材料，是采用噴霧熱解原位反應(yīng)自生成的制備方法，材料的晶粒尺寸小、混合均勻性和界面結(jié)合性好，因此改性后涂層的熱循環(huán)壽命得到進(jìn)一步提高。下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr。.92Y0.08)Ol96復(fù)相熱障涂層材料，是針對(duì)將熱導(dǎo)率低、抗高溫?zé)Y(jié)能力強(qiáng)和相穩(wěn)定的La2Zr2O7添加能顯著提高傳統(tǒng)熱障涂層涂層(Zra92Yatl8)O1J的隔熱效果及其抗高溫?zé)Y(jié)能力，但添加量過高會(huì)導(dǎo)致(Zra92Yatl8)Oh96的相穩(wěn)定性下降而不能作為高溫?zé)嵴贤繉邮褂玫膯栴}，在La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復(fù)相材料的基礎(chǔ)上開發(fā)出一種具有相穩(wěn)定的Nd2O3-Yb2O3改性改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)O1J復(fù)相熱障涂層材料，該材料能替代傳統(tǒng)熱障涂層材料YSZ，提高涂層的隔熱效果和使用溫度，降低能耗并帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，以及進(jìn)一步滿足新一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用涂層需達(dá)到承溫能力1200°C以上的要求。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0.92Y0.08) O1.96復(fù)相熱障涂層材料，由純度為99.99%的Ln2O3(Ln = La、Nd、Yb、Y)和純度為99.99%的ZrO2組成，成分范圍為 60 90mol % ZrO2,4 30mol % LaO1 5,1 IOmol % NdO1 5,1 IOmol % YbO1 5及 2-7mol% YO1.5。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0.92Y0.08) O1.96復(fù)相熱障涂層材料是采用噴霧熱解原位反應(yīng)自生成方法制備。該方法包括:配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)水溶液，按成分比例稱取的溶液放入玻璃瓶中磁力攪拌，添加適量的檸檬酸、聚乙二醇和濃度為65 68%的濃硝酸，
采用空氣噴霧熱解設(shè)備，以壓力為0.3MPa的純度為99.99%的空氣將溶膠霧化到溫度為600°C的剛玉坩堝內(nèi)，將溫度升至1200°C煅燒一預(yù)定時(shí)間。對(duì)制備的材料的相組成、相穩(wěn)定性及抗燒結(jié)能力進(jìn)行分析:(一 )復(fù)相涂層材料的相組成和晶粒尺寸分析采用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為X’Pert PRO、配有X’Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相組成測試，X射線是Cu靶kal，波長λ=1.5406Α。根據(jù)材料的相組成、相含量及其晶格常數(shù)隨Nd2O3-Yb2O3加入量的變化規(guī)律，確定在1200°C煅燒12小時(shí)得到的系列材料是由(La，NcO2Zr2O7和(Zr，Y，Yb)02_s兩種化合物組成，其中(Zr，Y，Yb) 02_s是立方相。采用Scherrer公式:D = 0.89 λ /Bcos θ，式中λ，Θ和B分別為χ射線波長、衍射角和衍射峰的半高寬，計(jì)算材料中兩相的晶粒尺寸均小于60nm。(二)相穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。將1200°C制備的復(fù)相材料取出少許放入剛玉坩堝中，在1450°C程控高溫爐中煅燒100小時(shí)后，采用XRD對(duì)樣品進(jìn)行物相測試與分析。經(jīng)高溫煅燒后，改性前的樣品均有單斜氧化鋯相出現(xiàn)，而Nd2O3-Yb2O3·改性后的樣品仍是穩(wěn)定的立方相。(三)抗燒結(jié)能力將改性前后的粉料分別在500MPa壓力下進(jìn)行模壓成型，放入程控高溫爐中1400°C燒結(jié)50小時(shí)，升降溫速率為2°C /分鐘，采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察燒結(jié)體表面形貌，表明材料經(jīng)改性后能耐1400°C燒結(jié)。本發(fā)明開發(fā)出一種相穩(wěn)定、抗燒結(jié)、低熱導(dǎo)、晶粒尺寸小、兩相均勻性好的復(fù)相熱障涂層材料，可以提高涂層的使用溫度、隔熱效果和熱循環(huán)壽命，從而帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益以及進(jìn)一步滿足新一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用涂層需達(dá)到承溫能力1200°C以上的要求。實(shí)施例1:制73Zr02-(23-x)La015-0.5x NdO1.5_0.5xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11、14、16、18)復(fù)相材料以純度為99.99% 的 Ln(NO3)3.6H20 (Ln = La, Nd, Y, Yb)和 Zr (NO3) 4.3H20 為原料，配制濃度為0.lmol/L的標(biāo)準(zhǔn)水溶液。采用精度為l(T4g的電子天平準(zhǔn)確稱量所需各原料，放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入IL的標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，如此反復(fù)4次，最后采用精度為
0.1ml滴定管滴加超純水，直至標(biāo)準(zhǔn)容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 73Zr02_(23_x)LaO1.5_0.5xNd0L5-0.5xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11、14、16、18)(摩爾比)進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，磁力攪拌機(jī)攪拌0.5小時(shí)后，加入添加劑檸檬酸、聚乙二醇和濃度為65 68%的濃硝酸，添加量分別為8g/100ml、5g/100ml和10ml/100ml，磁力攪拌0.5小時(shí)得到澄清透明的溶膠。采用空氣噴霧熱解設(shè)備，空氣純度為99.99%，壓力為0.3MPa，將溶膠霧化到溫度為600°C的直徑為20cm、高為50cm的剛玉坩堝內(nèi)，溶膠霧化完畢后將溫度升至1200°C保溫12小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細(xì)，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為V Pert PRO、配有X’Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進(jìn)行物相測試，χ射線是Cu靶ka i，波長λ=1.5406Α。結(jié)果請(qǐng)參見圖1。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細(xì)，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為V Pert PRO、配有V Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進(jìn)行物相測試，χ射線是Cu |E kal,波長λ=1.5406Α。采用公式:D = 0.9 λ/Bcos Θ計(jì)算材料中兩相的晶粒尺寸,式中λ，Θ和B分別為χ射線的波長、衍射角和衍射峰的半高寬。結(jié)果請(qǐng)參見圖4。將1200°C合成的粉末取出部分放入剛玉坩堝中，在1450°C程控高溫爐中煅燒100小時(shí)后，以TC /分鐘的降溫速率降溫至800°C后隨爐冷卻至室溫，采用瑪瑙碾缽磨細(xì)后進(jìn)行物相組成測試。采用公式=MnZMc^, =0.82[Im(-lll)+Im(lll)]/ICjt, (111)計(jì)算單斜氧化鋯相的摩爾百分含量，式中In(-lll)及Ini(Ill)分別為單斜氧化鋯(簡稱m)的(-111)及(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度，Ic,t, (111)為立方氧化鋯(簡稱c)和亞穩(wěn)四方氧化鋯(簡稱C )的(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度。1450°C煅燒100小時(shí)后的結(jié)果請(qǐng)參見圖5及圖6。將1200°C合成的粉末放入圓形不銹鋼模具中模壓成型(壓力為500MPa)，壓坯厚度為2mm。采用程控高溫爐燒結(jié)，在空氣氣氛中以2°C /min的恒定升溫速率升溫至1400°C并保溫50小時(shí)，以2°C /分鐘的降溫速率降溫至800°C后隨爐冷卻至室溫。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形貌，如圖7(a)所示?？梢姡c圖7(b)顯示的作為對(duì)照的未改性的材料經(jīng)1400°C燒結(jié)50小時(shí)后的背散射電子像的情況相比，經(jīng)改性后的本實(shí)施例的材料燒結(jié)體的致密化程度得到明顯降低。 實(shí)施例2:制73Zr02-(23-x)La015-0.25x NdO1.5_0.75xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)復(fù)相材料以純度為99.99% 的 Ln(NO3)3.6H20 (Ln = La, Nd, Y, Yb)和 Zr (NO3) 4.3H20 為原料，配制濃度為0.lmol/L的標(biāo)準(zhǔn)水溶液。采用精度為l(T4g的電子天平準(zhǔn)確稱量所需各原料，放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入IL的標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，如此反復(fù)4次，最后采用精度為
0.1ml滴定管滴加超純水，直至標(biāo)準(zhǔn)容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 73Zr02_ (23_x) LaO1.5_0.25xNd0L5-0
75xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)(摩爾比)進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，磁力攪拌機(jī)攪拌0.5小時(shí)后，加入添加劑檸檬酸、聚乙二醇和濃度為65 68%的濃硝酸，添加量分別為8g/100ml、5g/100ml和10ml/100ml，磁力攪拌0.5小時(shí)得到澄清透明的溶膠。采用空氣噴霧熱解設(shè)備，空氣純度為99.99%，壓力為0.3MPa，將溶膠霧化到溫度為600°C的直徑為20cm、高為50cm的剛玉坩堝內(nèi)，溶膠霧化完畢后將溫度升至1200°C保溫12小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細(xì)，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為V Pert PRO、配有X’Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進(jìn)行物相測試，χ射線是Cu靶ka i，波長λ=1.5406Α。結(jié)果請(qǐng)參見圖2。將1200°C合成的粉末放入圓形不銹鋼模具中模壓成型(壓力為500MPa)，壓坯厚度為2mm。采用程控高溫爐燒結(jié)，在空氣氣氛中以2°C /min的恒定升溫速率升溫至1400°C并保溫50小時(shí)，以2V /分鐘的降溫速率降溫至800°C后隨爐冷卻至室溫。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形貌，結(jié)果請(qǐng)參見圖8。實(shí)施例3:
制62Zr02-(35.8_x) LaO15-0.5xNd0L5-0.5xYb0L5-2.2Y015(x = 10.8,14.2,17.8)復(fù)相材料以純度為99.99% 的 Ln(NO3)3.6H20 (Ln = La, Nd, Y, Yb)和 Zr (NO3) 4.3H20 為原料，配制濃度為0.lmol/L的標(biāo)準(zhǔn)水溶液。采用精度為l(T4g的電子天平準(zhǔn)確稱量所需各原料，放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入IL的標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，如此反復(fù)4次，最后采用精度為
0.1ml滴定管滴加超純水，直至標(biāo)準(zhǔn)容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 62Zr02_ (35.8-χ) LaO1.5-0.5xNd0L5-0
5xYb0L5-2.2Y0L5(x = 10.8,14.2,17.8)(摩爾比)進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，磁力攪拌機(jī)攪拌0.5小時(shí)后，加入添加劑檸檬酸、聚乙二醇和濃度為65 68%的濃硝酸，添加量分別為8g/100ml、5g/100ml和8ml/100ml，磁力攪拌0.5小時(shí)得到澄清透明的溶膠。采用空氣噴霧熱解設(shè)備，空氣純度為99.99%，壓力為0.3MPa，將溶膠霧化到溫度為600°C的直徑為20cm、高為50cm的剛玉坩堝內(nèi)，溶膠霧化完畢后將溫度升至1200°C保溫12小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細(xì)，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為V Pert PRO、配有X’Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進(jìn)行物相測試，χ射線是Cu靶ka i，波長λ=1.5406Α。結(jié)果請(qǐng)參見圖3。將1200°C合成的粉末放入圓形不銹鋼模具中模壓成型(壓力為500MPa)，壓坯厚度為2mm。采用程控高溫爐燒結(jié)，在 空氣氣氛中以2°C /min的恒定升溫速率升溫至1400°C并保溫50小時(shí)，以2V /分鐘的降溫速率降溫至800°C后隨爐冷卻至室溫。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形貌，結(jié)果請(qǐng)參見圖9。
權(quán)利要求
1.一種Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)O1^6復(fù)相熱障涂層材料,其特征在于:所述復(fù)相材料由純度為99.99%的Ln2O3 (Ln = La、Nd、Yb、Y)和純度為99.99%的ZrO2組成，成分范圍為 60 9OmoI % ZrO2,4 3OmoI % LaO1 5,1 IOmol % NdO1 5,1 IOmol %YbO15 及 2-7mol% YO1.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述復(fù)相熱障涂層材料是62Zr02-(35.8-x)La0L5-0.5xNd0L5-0.5xYb0L5-2.2Y015(x = 10.8,14.2,17.8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述復(fù)相熱障涂層材料是7321^-(23-31^0^-0.25xNd0L5-0.75xYb0L5-4Y015(x = 7、9、11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述復(fù)相熱障涂層材料是7321^-(23-31^0^-0.5xNd0L5-0.5xYb0L5-4Υ015(χ = 7、9、11、14、16、18)。
5.一種制備權(quán)利要求1所述的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0 92Y0 08)O1 96復(fù)相熱障涂層材料的方法，其特征在于:以純度為 99.99% 的 Ln(NO3)3.6Η20(Ln = La,Nd, Y)和 Zr (NO3)4.3Η20 為原料，分別配制0.1 0.3mol/L的水溶液， 按設(shè)計(jì)成分稱量，外加適量的檸檬酸、聚乙二醇和濃硝酸，磁力攪拌至澄清透明溶膠， 采用0.1-0.3MPa空氣將溶膠霧化到300°C -600°C剛玉坩堝中，再將溫度升至900 1200°C煅燒0.5 12小時(shí) 即可。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法制備的Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:1450°C煅燒100小時(shí)后，材料中氧化鋯相中的單斜相含量由改性前的4911101%降低至Omol1^ ;改性后的材料能耐1400°C燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96復(fù)相熱障涂層材料。通過Nd3+取代La2Zr2O7中的La3+晶格位形成(La，Nd)2Zr2O7、以及離子半徑相對(duì)較小的Yb3+取代(Zr0.92Y0.08)O1.96中的Zr4+形成立方相(Zr，Y，Yb)O2-δ，起到進(jìn)一步降低材料的熱導(dǎo)率和提高相穩(wěn)定性的作用，進(jìn)而提高涂層的隔熱效果和使用溫度及熱循環(huán)壽命。本發(fā)明的復(fù)相材料是采用原位反應(yīng)自生成方法制備，1200℃煅燒12小時(shí)后，兩相的晶粒尺寸均介于40～55nm之間；改性后的材料經(jīng)1450℃煅燒100小時(shí)后仍保持良好的相穩(wěn)定性，能耐1400℃燒結(jié)。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103159478SQ20111040654
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者江闊, 陳燕梅, 蘇冰野, 劉松柏, 連曉雯, 李媛, 李耀飛 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)