專利名稱：一種Gd<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Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0 92YQ.08) O1 96復相熱障涂層隔熱材料。
背景技術(shù)：
伴隨航空燃氣渦輪發(fā)動機推重比的增加，渦前溫度進一步提升，在設計上采用更為先進的冷卻技術(shù)的同時，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)展高溫熱障涂層是必然的趨勢。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燒結(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，較低的熱導率和耐腐蝕等優(yōu)點，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；具有高溫無相變、能耐1400°C高溫燒結(jié)和熱導率比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一步降低La2Zr2O7的熱導率，如(Laa7Gda3)2Zr2O7比La2Zr2O7的熱導率約低42%，但斷裂韌性并沒得到改善。利用YSZ和La2Zr2O7 各自優(yōu)點進行復合，復合后的材料或涂層的某些性能比復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.m1/2 (與YSZ相當)；添加5mol %的La2Zr2O7能使YSZ涂層1200°C時的熱導率由2.1ff/mK降低到1.2W/mK，材料在1300°C燒結(jié)10小時后的相對密度下降11%。但當La2Zr2O7相含量超過Imol^時，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氣渦輪發(fā)動機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Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr。92Y0.08) O1 96復相熱障涂層材料。在La2Zr2O7-(Zra92Ya J O1.96復相材料的基礎上，采用Gd2O3和Yb2O3摻雜取代(Zra92Ya08)Oh96中的Zr晶格位形成穩(wěn)定的立方相(Zr，Gd，Y，Yb)02_s，Gd2O3摻雜取代La2Zr2O7中La晶格位，形成熱導率低的(La，Gd)2Zr207化合物，起到提高材料的相穩(wěn)定性及進一步降低熱導率的作用，并由此改善兩相之間的晶格匹配性，起到細化晶粒的作用。以此開發(fā)出新型的具有相穩(wěn)定、熱導率低和抗高溫燒結(jié)能力強的復相熱障涂層隔熱材料，提高燃氣渦輪發(fā)動機效率，降低燃油消耗，從而帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益以及滿足下一代燃氣渦輪發(fā)動機用熱障涂層需達到1200°C以上溫度的使用要求。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種Gd2O3-Yb2O3 改性的 La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復相熱障涂層材料，其特征在于:所述復相材料由純度為99.99%的LnO1.5(Ln = La、Gd、Y)和純度為99.99%的ZrO2組成，成分范圍為62 73mol% ZrO2, 7 25mol% LaO15,1.75
8.9mol% GdO1.5，1.75 8.9mol% YbO1.5 及 2.2-4mol% YO1.5。根據(jù)本發(fā)明的一個進一步的方面，提供了制備上述Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0 92Y0 08) O1 96復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、Gd、Yb、Y)和 Zr (NO3)4.3Η20 為原料，分別配制0.lmol/L的水溶液，按設計成分稱量，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。根據(jù)本發(fā)明的一個進一步的方面，提供了制備Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2C^-(Zra92Yatl8)Oh96復相熱障涂層材料的方法，其特征在于:以純度為99.99% 的 Ln(N O3)3.6H20(Ln = La、Gd、Yb、Y)和 Zr (NO3)4.3H20 為原料，分別配制0.lmol/L的水溶液，按Zr: La: Gd: Yb: Y = 62 73: 7 25: 1.75 8.9: 1.75
8.9: 2.2-4 (摩爾比)稱量所需所述水溶液，磁力攪拌0.5 2小時，外加5 8g/100ml的朽1檬酸、5g/100ml的聚乙二醇和5 10ml/100ml的濃度為65 68%的濃硝酸，磁力攪拌至澄清透明溶膠，用0.1-0.3MPa空氣將所述溶膠霧化到300°C _600°C剛玉坩堝中，將溫度升至900 1200°C煅燒0.5 12小時。
圖1是1200°C煅燒12小時后的73Zr02-(23-x)La015-0.5xGd015_0.5xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11、14、16)復相材料室溫粉末XRD圖譜。圖2是1200°C煅燒12小時后的73Zr02-(23-x)La015-0.25xGd015_0.75xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)復相材料室溫粉末XRD圖譜。圖3是1200°C煅燒12小時后的73Zr02-(23-x)La015-0.75xGd0L5-0.25xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)復相材料室溫粉末XRD圖譜。圖4是1200°C煅燒12小時后的62Zr02-(35.8_x) LaO1.5_0.5xGd0L5-0.5xYb0L5-2.2Y015(x = 10.8,14.2,17.8)復相材料室溫粉末XRD圖譜。圖5是1200°C煅燒12小時后的73Zr02-(23-x)La015-0.5xGd0L5-0.5xYb015_4Y015(x = 7、9、11、14、16、18)復相材料的晶粒尺寸與摻雜濃度X之間關(guān)系圖。
圖6 是 TSZrO2-HLaO1.5-4.5Gd0L5-4.SYbO1.SlYO1.5 和未改性的材料經(jīng) 1450°C煅燒100小時后室溫粉末XRD圖譜。圖7 是 TSZrO2-HLaO1.5-4.5Gd0L5-4.SYbO1.SlYO1.5 和未改性的材料經(jīng) 1450°C煅燒100小時后單斜氧化鋯含量對比圖。圖8 (a)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的 TSZrO2-1eLaO1.「3.5Gd0L「3.5Yb0L 5-4Y0L 5的采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形貌，圖8(b)是作為對照的未改性的材料經(jīng)1400°C燒結(jié)50小時后的背散射電子像。圖9 是 TSZrO2-HLaO1.5-2.25Gd0L5-6.75Yb0L5-4Y0L5 材料經(jīng) 1400°C燒結(jié) 50 小時后的背散射電子像。圖10 是 T3ZrO2-HLaO1.5_6.75Gd0L5-2.Z5YbO1.5_4Y015 材料經(jīng) 1400°C燒結(jié) 5O 小時后的背散射電子像。圖11 是 62Zr02-21.6La0L5-8.9Gd015_8.9Yb0L5-2.2Y0!.材料經(jīng) 1400。。燒結(jié) 50 小時后的背散射電子像。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Ol96復相熱障涂層材料,其化學組成為60 9011101% ZrO2,4 3011101% LaO1 5,1 IOmol %GdO1.5，I IOmol % YbO1.5 及 2_7mol % YO1.5。根據(jù)本發(fā)明的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr。.92Y0.08) O1.96復相熱障涂層材料可以是 62Zr02-(35.8_x) LaO15-0.5xGd0L 5-0.5xYb0L5-2.2Y015(x = 10.8,14.2,17.8)或者
73Zr02-(23-x)La015-0.25xGd015_0.75xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)或者73Zr02-(23-x)La015-0.75xGd015_0.25x Yb015_4Y015(x = 7、9、11)或者73Zr02-(23-x)La015-0.5xGd0L5-0.5xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11、14、16、18)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Z^9Ao8)Ol96復相熱障涂層材料，1200°C煅燒12小時后，兩相的晶粒尺寸均介于60 70nm之間；1450°C煅燒100小時后，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 燒結(jié)。本發(fā)明Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0 92Y0 08)O1 96復相熱障涂層材料的優(yōu)點在于:(I)通過Gd2O3-Yb2O3改性后的La2Zr2O7-(Zr0.^0.08)0,96復相熱障涂層材料，材料中La2Zr2O7相的含量能達到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Gd2O3-Yb2O3 改性后的 La2Zr2O7-(Zra92Ytl.08)0^ 復相熱障涂層材料，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Gd2O3-Yb2O3改性后的La2Zr2O7- (Zr。.92Y0.08) O1.96復相熱障涂層材料，形成比La2Zr2O7 和(Zra92Yatl8) Oh96 熱導率低的(La7Gd)2Zr2O7 (Zr，Gd，Y，Yb) 02_s，因此改性后的涂層隔熱效果得到進一步提聞;(4)通過Gd2O3-Yb2O3改性后的La2Zr2O7-(Zr0.^0.08)0,96復相熱障涂層材料，是采用噴霧熱解原位反應自生成的制備方法，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)壽命得到進一步提高。下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0.92Y0.08)Ol96復相熱障涂層材料，是針對將熱導率低、抗高溫燒結(jié)能力強和相穩(wěn)定的La2Zr2O7添加能顯著提高傳統(tǒng)熱障涂層(Zra92Yaci8)O1J的隔熱效果及其抗高溫燒結(jié)能力，但添加量過高會導致(Zra92Yatl8)Oh96的相穩(wěn)定性下降而不能作為高溫熱障涂層使用的問題，在La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復相材料的基礎上開發(fā)出一種具有相穩(wěn)定的Gd2O3-Yb2O3改性改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)O1J復相熱障涂層材料，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和經(jīng)濟效益，以及進一步滿足新一代燃氣渦輪發(fā)動機用涂層需達到承溫能力1200°C以上的要求。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0.92Y0.08) O1.96復相熱障涂層材料，由純度為99.99%的LnOuan = La、Gd、Yb、Y)和純度為99.99%的ZrO2組成，成分范圍為 62 73mol % ZrO2, 7 25mol % LaO1.5，1.75 8.9mol % GdO1.5，1.75 8.9mol %YbO1.5 及 2.2-4mol% YO1.5。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0.92Y0.08) O1.96復相熱障涂層材料是采用噴霧熱解原位反應自生成方法制備。該方法包括:以純度為99.99% 的 Ln(NO3)3.6H20(Ln = La、Gd、Yb、Y)和 Zr (NO3)4.3Η20 為原料，分別配制0.lmol/L的水溶液，按Zr: La: Gd: Yb: Y = 62 73: 7 25: 1.75 8.9: 1.75
8.9: 2.2-4 (摩爾比)量取所需溶液，磁力攪拌0.5 2小時，
添加5 8g/100ml的朽1檬酸、5g/100ml的聚乙二醇和5 10ml/100ml的濃度為65 68%的濃硝酸，磁力攪拌至澄清透明溶膠，采用空氣噴霧熱解設備，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煅燒一預定時間。對制備的材料的相組成、相穩(wěn)定性及抗燒結(jié)能力進行分析:(一 )復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)的型號為V Pert PRO、配有V Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀(XRD)進行物相組成測試，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Gd2O3-Yb2O3加入量的變化規(guī)律，確定在1200°C煅燒12小時得到的系列材料是由(La，GcO2Zr2O7和(Zr，Gd，Y，Yb)02_s兩種化合物組成，其中(Zr，Gd，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，計算材料中兩相的晶粒尺寸均小于70nm。( 二)穩(wěn)定性評價將1200°C制備的復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小時后，采用XRD對樣品進行物相測試與分析。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Gd2O3-Yb2O3改性后仍是穩(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壓力下進行模壓成型，放入程控高溫爐中1400°C燒結(jié)50小時，升降溫速率為2V /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、晶粒尺寸小、兩相均勻性好的復相熱障涂層材料，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和經(jīng)濟效益以及進一步滿足新一代燃氣渦輪發(fā)動機用涂層需達到承溫能力1200°C以上的要求。實施例1:制 73Zr02-(23-x)La015-0.5x GdO1.5_0.5xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11、14、16)復相材料以純度為99.99 % 的 Ln(NO3)3.6H20 (Ln = La, Gd, Y, Yb)和 Zr (NO3) 4.3H20為原料，配制濃度為0.lmol/L的標準水溶液。采用精度為10、的電子天平分別稱量La(NO3)3.6Η20、Y (NO3) 3.6Η20、Gd (NO3) 3.6Η20、Yb (NO3)3.6Η20 和 Zr (NO3) 4.3Η20 各 43.3012g、38.3012g、45.1356g、46.7160g和39.3289g，分別放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入容積為IL的標準容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標準容量瓶中，如此反復沖洗4次,最后采用精度為0.1ml滴定管滴加超純水,直至標準容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 73Zr02_(23_x)LaO1.5_0.5xGd0L5-0.5xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11、14、16)(摩爾比)進行準確稱量，磁力攪拌機攪拌0.5小時后，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小時得到澄清透明的溶膠。采用空氣噴霧熱解設備，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小時后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號為V Pert PRO、配有X’Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進行物相測試，χ射線是Cu靶ka i，波長λ=1.5406Α。結(jié)果請參見圖1。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號為V Pert PRO、配有V Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進行物相測試，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)果請參見圖5。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，采用瑪瑙碾缽磨細后進行物相組成測試。采用公式= 0.82[Im(-lll)+Im(lll)]/ICjt, (111)計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衍射峰強度，Ic,t, (111)為立方氧化鋯(簡稱c)和亞穩(wěn)四方氧化鋯(簡稱t')的(111)晶面的XRD衍射峰強度。1450°C煅燒100小時后的結(jié)果請參見圖6及圖7。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，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8(a)所示?？梢?，與圖8(b)顯示的作為對照的未改性的材料經(jīng)1400°C燒結(jié)50小時后的背散射電子像的情況相比，經(jīng)改性后的本實施例的材料燒結(jié)體的致密化程度得到明顯降低。實施例2:制 73Zr02-(23-x)La015-0.25x GdO1.5_0.75xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)復相材料以純度為99.99 % 的 Ln(NO3)3.6H20 (Ln = La, Gd, Y, Yb)和 Zr (NO3) 4.3H20為原料，配制濃度為0.lmol/L的標準水溶液。采用精度為10、的電子天平分別稱量La(NO3)3.6Η20、Y (NO3) 3.6Η20、Gd (NO3) 3.6Η20、Yb (NO3)3.6Η20 和 Zr (NO3) 4.3Η20 各 43.3012g、38.3012g、45.1356g、46.7160g和39.3289g，分別放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入容積為IL的標準容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標準容量瓶中，如此反復沖洗4次,最后采用精度為0.1ml滴定管滴加超純水,直至標準容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 73Zr02_ (23_x) LaO1.5_0.25xGd015_0
75xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)(摩爾比)進行準確稱量，磁力攪拌機攪拌0.5小時后，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小時得到澄清透明的溶膠。采用空氣噴霧熱解設備，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小時后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號為V Pert PRO、配有X’Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進行物相測試，χ射線是Cu靶ka i，波長λ=1.5406Α。結(jié)果請參見圖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，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)果請參見圖9。實施例3:制 73Zr02-(23-x)La015-0.75x GdO1.5_0.25xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)復相材料以純度為99.99 % 的 Ln(NO3)3.6H20 (Ln = La, Gd, Y, Yb)和 Zr (NO3) 4.3H20為原料，配制濃度為0.lmol/L的標準水溶液。采用精度為10、的電子天平分別稱量La(NO3)3.6Η20、Y (NO3) 3.6Η20、Gd (NO3) 3.6Η20、Yb (NO3)3.6Η20 和 Zr (NO3) 4.3Η20 各 43.3012g、38.3012g、45.1356g、46.7160g和39.3289g，分別放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入容積為IL的標準容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標準容量瓶中，如此反復沖洗4次,最后采用精度為0.1ml滴定管滴加超純水,直至標準容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 73Zr02_ (23_x) LaO1.5_0.75xGd015_0
25xYb0L5-4Y0L5(x = 7、9、11)(摩爾比)進行準確稱量，磁力攪拌機攪拌0.5小時后，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小時得到澄清透明的溶膠。
采用空氣噴霧熱解設備，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小時后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號為V Pert PRO、配有X’Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進行物相測試，χ射線是Cu靶ka i，波長λ=1.5406Α。結(jié)果請參見圖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，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)果請參見圖10。實施例4:制 62Zr02-(35.8_x) LaO15-0.5xGd0L 5-0.SxYbO1.「2.2Y015(x = 10.8,14.2、17.8)復相材料以純度為99.99 % 的 Ln(NO3)3.6H20 (Ln = La, Gd, Y, Yb)和 Zr (NO3) 4.3H20為原料，配制濃度為0.lmol/L的標準水溶液。采用精度為10、的電子天平分別稱量La(NO3)3.6Η20、Y (NO3) 3.6Η20、Gd (NO3) 3.6Η20、Yb (NO3)3.6Η20 和 Zr (NO3) 4.3Η20 各 43.3012g、38.3012g、45.1356g、46.7160g和39.3289g，分別放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入容積為IL的標準容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標準容量瓶中，如此反復沖洗4次,最后采用精度為0.1ml滴定管滴加超純水,直至標準容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 62Zr02_ (35.8-χ) LaO1.5-0.5xGd0L5-0
5xYb0L5-2.2Y0L5(x = 10.8,14.2,17.8)(摩爾比)進行準確稱量，磁力攪拌機攪拌0.5小時后，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小時得到澄清透明的溶膠。采用空氣噴霧熱解設備，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小時后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號為V Pert PRO、配有X’Celerator超能探測器的多功能X射線衍射儀進行物相測試，χ射線是Cu靶ka i，波長λ=1.5406Α。結(jié)果請參見圖4。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，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)果請參見圖11。
權(quán)利要求
1.一種Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)O1^6復相熱障涂層材料,其特征在于:所述復相材料由純度為99.99%的Ln2O3 (Ln = La、Gd、Yb、Y)和純度為99.99%的ZrO2組成，成分范圍為 62 73mol % ZrO2, 7 25mol % LaO1.5，1.75 8.9mol % GdO1.5，1.75 8.9mol% YbO1.5 及 2.2-4mol% YO1.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復相熱障涂層材料，其特征在于:所述復相熱障涂層材料是62Zr02-(35.8-x)La0L5-0.5xGd0L5-0.5xYb0L5-2.2Y015(x = 10.8,14.2,17.8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復相熱障涂層材料，其特征在于:所述復相熱障涂層材料是7321^-(23-31^0^-0.25xGd0L5-0.75xYb0L5-4Y015(x = 7、9、11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)O1^6復相熱障涂層材料，其特征在于:所述復相熱障涂層材料是7321^-(23-31^0^-0.75x GdOh5-0.25xYbO1.5-4Y0l5(x = 7、9、11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)Oh96復相熱障涂層材料，其特征在于:所述復相熱障涂層材料是7321^-(23-31^0^-0.5xGd0L5-0.5xYb0L5-4Υ015(χ = 7、9、11、14、16)。
6.一種制備權(quán)利要求1所述的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0 92Y0 08)O1 96復相熱障涂層材料的方法，其特征在于:以純度為 99.99%的 Ln(NO3)3.6H20 (Ln = La, Gd, Yb, Y)和 Zr (NO3) 4.3Η20 為原料，分別配制 0.lmol/L 的 La (NO3) 3.6H20、Gd (NO3) 3.6H20、Yb (NO3) 3.6H20 和 Y (NO3) 3.6H20 水溶液，按Zr: La: G d: Yb: Y = 62 73: 7 25: 1.75 8.9: 1.75 8.9: 2.2-4(摩爾比)稱量所需所述水溶液，磁力攪拌0.5 2小時， 外加5 8g/100ml的朽1樣酸、5g/100ml的聚乙二醇和5 10ml/100ml的濃度為65 68 %的濃硝酸，磁力攪拌至澄清透明溶膠， 用0.1-0.3MPa空氣將所述溶膠霧化到300°C _600°C剛玉坩堝中， 將溫度升至900 1200°C煅燒0.5 12小時。
7.用根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法制備的Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08) O1.96復相熱障涂層材料，其特征在于:1450°C煅燒100小時后，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Gd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96復相熱障涂層材料。通過Gd3+取代La2Zr2O7中的La3+晶格位形成(La，Gd)2Zr2O7、以及Gd3+和Yb3+取代(Zr0.92Y0.08)O1.96中的Zr4+形成立方相(Zr，Gd，Y，Yb)O2-δ，起到進一步降低材料熱導率提高相穩(wěn)定性的作用，進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)明的復相材料是采用原位反應自生成方法制備，改性后的材料經(jīng)1450℃煅燒100小時后單斜氧化鋯相含量由改性前49mol％減少到0mol％；改性后的材料能耐1400℃燒結(jié)。
文檔編號C04B35/50GK103159480SQ201110424800
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者江闊, 陳燕梅, 劉松柏, 蘇冰野, 連曉雯, 李媛, 李耀飛 申請人:西南科技大學