CN101898889B - 一种高温热障涂层材料及制备方法 - Google Patents
一种高温热障涂层材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101898889B CN101898889B CN 201010189456 CN201010189456A CN101898889B CN 101898889 B CN101898889 B CN 101898889B CN 201010189456 CN201010189456 CN 201010189456 CN 201010189456 A CN201010189456 A CN 201010189456A CN 101898889 B CN101898889 B CN 101898889B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- barrier coating
- temperature
- coating material
- thermal barrier
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明属于材料技术，高温热障涂层材料及制备方法。现有的热障涂层材料，高温下服役，易发生相变，造成涂层失效。本发明多元稀土高温热障涂层材料，通式为：LnyLn′zLn″1-y-zMexAl12-xO19+δ；其中：Ln、Ln′、Ln″为稀土元素La、Ce、Nd、Sm、Gd、Dy、Er、Yb；Me为金属元素Mn、Mg、Ni、Co、Sr、Ca、Ba；x为0～12；y为0～1；z为0～1；y+z≤1。制备方法为：制备混合金属盐溶液；制备络合剂溶液；制备混合金属离子溶胶；70～180℃烘干、研磨、煅烧制得。本发明优点是：耐高温，熔点2000℃以上；高温相稳定性优越，室温至2000℃或更高温之间不发生相变；材料热导率低。
Description
技术领域
本发明属于材料技术，具体地说是一种高温热障涂层材料及制备方法。
背景技术
现有的高温合金材料无法满足现代涡轮发动机对高进口温度的要求，燃烧室内壁、涡轮叶片等金属部件上需制备热障涂层TBCs，以承受更高的温度，获得合格寿命，并提高发动机效率。
热障涂层由多层材料组成，具有隔热、抗高温氧化和耐腐蚀等作用，其典型结构为双层，由表层的陶瓷热障层和中间的金属粘结层构成。在热障涂层中实际起隔热作用的是陶瓷热障层，它能有效减少向金属基体的热传导，保护关键零部件等，因此热障涂层陶瓷材料是非常关键。合适的热障涂层陶瓷材料应满足高熔点、低热导率、热膨胀系数与金属基体匹配、低烧结速率、良好的高温化学稳定性、与金属层结合力高、在室温与工作温度之间无相变等要求。
现有经氧化物稳定的ZrO2是目前实际应用最为广泛的热障涂层陶瓷材料，然而，该种热障涂层陶瓷材料在高于1200℃温度下较长时间服役过程中，晶粒较易长大，涂层内微气孔收缩烧结，会使导热系数增大；更严重的是，该种材料在高温服役时易发生严重相变，引起的体积变化使涂层内部应力急剧加大，促使涂层的开裂和剥落，造成涂层失效。所以发明一种具有良好高温相稳定性、低热导率的热障涂层纳米陶瓷粉体材料及制备方法对于开发新一代高性能发动机是十分重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好高温相稳定性、低热导率的热障涂层陶瓷材料；
本发明的另一目的是提供该热障涂层陶瓷材料的制备方法。
本发明的技术方案是：
一种多元稀土高温热障涂层材料，通式为：
LnyLn′zLn″1-y-zMexAl12-xO19+δ；
其中：Ln、Ln′、Ln″为稀土元素La、Ce、Nd、Sm、Gd、Dy、Er、Yb；
Me为金属元素Mn、Mg、Ni、Co、Sr、Ca、Ba；
x为0～12；y为0～1；z为0～1；y+z≤1。
多元稀土高温热障涂层材料的制备方法，步骤如下：
(1)制备金属盐混合溶液：
取权利要求1所述的稀土元素、金属元素可溶性盐用去离子水溶解，搅拌混合均匀；制备质量浓度为10～100g/L可溶性金属盐混合溶液；
(2)制备络合剂溶液：
以醋酸、柠檬酸、乙二醇、乙二胺四乙酸、甘氨酸为络合剂，去离子水溶解；稀氨水调节络合剂溶液pH为2～7；
(3)制备混合金属离子溶胶：
将步骤(1)制备的混合金属盐溶液进行水浴加热、搅拌，水浴温度60～95℃；将步骤(2)制得的络合剂溶液滴加到混合金属盐溶液中，滴加速度为3～30ml/min；继续搅拌混合溶液2～10小时，混合金属离子溶胶制成；
(4)将步骤(3)制得的混合金属离子溶胶70～180℃条件下烘干，研磨成细粉，置入加热炉中900℃～1400℃煅烧1～5小时，制得多元稀土高温热障涂层材料。
步骤(1)中稀土元素为La、Ce、Nd、Sm、Gd、Dy、Er和Yb中的两种或两种以上。
步骤(1)中的可溶性盐为硝酸盐或氯盐；
步骤(2)中所述的络合剂为醋酸、柠檬酸、乙二醇、乙二胺四乙酸、甘氨酸中的一种，或者两种以任何比例混合；
步骤(2)中所述的稀氨水体积比浓度为1％～10％。
本发明的要点是：
按LnyLn′zLn″1-y-zMexAl12-xO19+δ化学计量比进行配料，利用络合剂与混合金属盐溶液作用，制得混合金属离子的溶胶，烘干成干凝胶后煅烧，获得高温热障涂层陶瓷材料。
本发明的具体实现步骤为：
步骤一、用去离子水溶解各金属元素的可溶性盐，获得含有各金属离子的混合溶液，所述混合溶液中可溶性金属盐的质量浓度为10～100g/L，搅拌混合金属盐溶液，使各种金属离子达到分子级别的均匀混合；
步骤二、用去离子水溶解醋酸、柠檬酸、乙二醇、乙二胺四乙酸、甘氨酸等络合剂，用稀氨水调节络合剂溶液的pH为2～7；
步骤三、在水浴加热和搅拌条件下将调好pH的络合剂溶液滴加到混合金属盐溶液中，滴加速度为3～30ml/min，水浴加热温度为60～95℃，继续搅拌混合溶液2～10小时，得到粘稠凝胶；
步骤四、将得到的粘稠凝胶在70～180℃烘干，研磨成细粉，然后在加热炉中900℃～1400℃煅烧1～5小时，得到多元稀土掺杂纳米六铝酸盐高温热障涂层陶瓷材料。
本发明提供的高温热障涂层陶瓷材料颗粒直径为5～60nm；熔点在2000℃以上；在室温至2000℃或更高温之间不发生相变；抗热震性能好；高温下化学稳定性优越；此外，多元稀土掺杂引入大量的晶格缺陷，增加声子或光子的散射，有效降低了材料的热导率。
本发明多元稀土高温热障涂层材料的应用：该陶瓷粉体材料经湿法球磨得浆料，将浆料干燥、造粒，成型得陶瓷块体，块体烧结后可作为电子束物理气相沉积法制备热障涂层的靶材。
本高温热障涂层陶瓷材料可直接作为等离子喷涂、火焰喷涂等技术制备热障涂层的原料。
本发明的优点是：
1、高温相稳定性优越，室温至2000℃或更高温之间不发生相变；
2、材料热导率低。
附图说明
图1是本发明提供的多元稀土掺杂纳米六铝酸盐高温热障涂层陶瓷材料之一的Gd0.6Dy0.4MgAl11O19+δ粉体材料分别在1400℃和2000℃煅烧5小时后的X射线衍射分析XRD图谱；
图2是纳米Gd0.6Dy0.4MgAl11O19+δ陶瓷粉体的扫描电镜SEM照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明予以进一步说明。
实施例1
采用氯化铝、氯化镁、氯化钆、氯化镝为原料，制备纳米Gd0.6Dy0.4MgAl11O19+δ粉体材料。
(1)将氯化铝(AlCl3·6H2O，99wt％)、氯化镁(MgCl2·6H2O，99wt％)、氯化钆(GdCl3·6H2O，99.9wt％)和氯化镝(DyCl3·6H2O，99.9wt％)以实际金属离子摩尔比为11∶1∶0.6∶0.4进行配比混合，加入一定量的去离子水，搅拌，使其充分溶解。
(2)称取与总金属离子摩尔数相等的醋酸，用去离子水将其溶解，用体积分数为5％的稀氨水调节其pH值为3。
(3)用机械搅拌机在水浴加热条件下搅拌混合金属盐溶液，水浴加热温度为90℃，同时将调好pH的醋酸溶液滴加至混合金属盐溶液中，滴加速度为25ml/min，继续搅拌混合溶液8小时，得到粘稠凝胶。
(4)将得到的粘稠凝胶在100℃烘干，研磨成细粉。
(5)将凝胶粉盛装在氧化锆坩埚中，一起置于加热炉中，在空气气氛下1000℃～1400℃煅烧5小时，然后随炉冷却。
(6)冷却后取出样品，得到一种纳米六铝酸盐高温热障涂层陶瓷材料，化学分子式为Gd0.6Dy0.4MgAl11O19+δ。
将本实施方式制得的纳米Gd0.6Dy0.4MgAl11O19+δ陶瓷粉体材料分别在1400℃和2000℃下煅烧5小时，两者结构一致，在不同温度煅烧后未发生相变，即该材料适合作为高温热障涂层材料。
实施例2
采用硝酸铝、硝酸锰、硝酸镧、硝酸钆、硝酸镱为原料，制备纳米La0.3Gd0.5b0.2MnAl11O19+δ粉体材料。
(1)将硝酸铝(Al(NO3)39H2O，99wt％)、硝酸锰(Mn(NO3)2，50wt％水溶液)、硝酸镧(La(NO3)3nH2O，La2O3含量不少于44wt％)、硝酸钆(Gd(NO3)36H2O，99wt％)和硝酸镱(Yb(NO3)35H2O，99.9wt％)以实际金属离子摩尔比为11∶1∶0.3∶0.5∶0.2进行配比混合，加入一定量的去离子水，搅拌，使其充分溶解。
(2)称取与总金属离子摩尔数相等的柠檬酸，用去离子水将其溶解，用体积分数为5％的稀氨水调节其pH值为5。
(3)用机械搅拌机在水浴加热条件下搅拌混合金属盐溶液，水浴加热温度为80℃，同时将调好pH的柠檬酸溶液滴加至混合金属盐溶液中，滴加速度为25ml/min，继续搅拌混合溶液9小时，得到粘稠凝胶。
(4)将得到的粘稠凝胶在120℃烘干，研磨成细粉。
(5)将凝胶粉盛装在氧化锆坩埚中，一起置于加热炉中，在空气气氛下1000℃烧5小时，然后随炉冷却。
(6)冷却后取出样品，得到一种纳米六铝酸盐高温热障涂层陶瓷材料，化学分子式为La0.3Gd0.5Yb0.2MnAl11O19+δ。
上述实施例仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改和变化，均在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种多元稀土高温热障涂层材料的制备方法，其特征在于，所述的多元稀土高温热障涂层材料为纳米六铝酸盐高温热障涂层陶瓷材料，化学分子式为Gd0.6Dy0.4MgAl11O19+δ，步骤如下：
（1）取氯化铝、氯化镁、氯化钆和氯化镝以实际金属离子摩尔比为11：1：0.6：0.4进行配比混合，用去离子水溶解，搅拌混合使其充分溶解；
（2）称取与总金属离子摩尔数相等的醋酸为络合剂，去离子水溶解；用体积分数为5%氨水调节其pH为3；
（3）用机械搅拌机在水浴加热条件下搅拌步骤（1）制得的混合金属盐溶液，水浴加热温度90℃；同时将调好pH的醋酸溶液滴加到混合金属盐溶液中，滴加速度为25ml/min；继续搅拌混合溶液8小时，制成黏稠凝胶；醋酸与金属离子总量摩尔数相等；
（4）将步骤（3）制得的黏稠凝胶在100℃条件下烘干，研磨成细粉；
（5）将凝胶粉盛装在氧化锆坩埚中，一起置入加热炉中，在空气气氛下1000～1400℃煅烧5小时，然后随炉冷却；
（6）冷却后取出样品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010189456 CN101898889B (zh) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | 一种高温热障涂层材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010189456 CN101898889B (zh) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | 一种高温热障涂层材料及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101898889A CN101898889A (zh) | 2010-12-01 |
| CN101898889B true CN101898889B (zh) | 2013-10-09 |
Family
ID=43224867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010189456 Expired - Fee Related CN101898889B (zh) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | 一种高温热障涂层材料及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101898889B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102815928B (zh) * | 2012-08-27 | 2013-09-25 | 哈尔滨工业大学 | 稀土离子掺杂六铝酸盐高发射率材料的制备方法 |
| CN104528799B (zh) * | 2014-12-10 | 2016-08-24 | 中国地质大学（武汉） | 一种镁基稀土六铝酸盐超细粉体的制备方法 |
| CN104988454A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-10-21 | 北京航空航天大学 | 一种抗熔融cmas腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层及其制备方法 |
| CN107937858A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-20 | 江苏华友装饰工程有限公司 | 一种热障涂层及其制备方法 |
| CN109023203B (zh) * | 2018-08-16 | 2020-11-13 | 暨南大学 | 稳定结晶态六铝酸盐热障涂层的制备方法 |
| CN112062566B (zh) * | 2019-05-22 | 2022-04-15 | 北京理工大学 | 一种铈酸盐复合材料及其制备方法和应用 |
-
2010
- 2010-06-02 CN CN 201010189456 patent/CN101898889B/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Coating Tecnhology》.2007,第202卷第2698-2703页. * |
| Narottam P. Bansal, et al..Thermal properties of oxides with magnetoplumbite structure for advanced thermal barrier coatings.《Surface & Coating Tecnhology》.2007,第202卷第2698-2703页. |
| Narottam P. Bansal, et al..Thermal properties of oxides with magnetoplumbite structure for advanced thermal barrier coatings.《Surface & * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101898889A (zh) | 2010-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101898889B (zh) | 一种高温热障涂层材料及制备方法 | |
| CN102626785B (zh) | 一种制备稀土氧化物掺杂钨粉的方法 | |
| KR101731240B1 (ko) | 가넷형 화합물의 제조 방법, 가넷형 화합물 및 상기 가넷형 화합물을 포함한 전고체 리튬 2차 전지 | |
| Du et al. | Sol-gel processing of Eu3+ doped Li6CaLa2Nb2O12 garnet for efficient and thermally stable red luminescence under near-ultraviolet/blue light excitation | |
| CN108367924A (zh) | 用于固体钠离子电池组的具有nasicon结构的电解质材料及其制造方法 | |
| CN100551868C (zh) | 混合型石榴石基陶瓷材料的制备方法 | |
| CN110272278A (zh) | 热障涂层用高熵陶瓷粉体及其制备方法 | |
| CN113772723A (zh) | 一种抗cmas腐蚀的多组分的高熵烧绿石结构热障涂层材料及其制备方法和应用 | |
| CN104145003B (zh) | 氧氮化物荧光体粉末 | |
| CN102060551B (zh) | 一种原位反应制备的纳米复相热障涂层材料La2Zr2O7-YSZ及其制备方法 | |
| Misevicius et al. | Sol–gel synthesis and investigation of un-doped and Ce-doped strontium aluminates | |
| CN101407336A (zh) | 锆酸镧粉体制备方法 | |
| CN106588004B (zh) | 一种纯相稀土锆酸盐纳米材料及其制备方法 | |
| CN102786303A (zh) | 一种用于热障涂层的陶瓷纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN111978761B (zh) | 一种锆酸盐复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN104030693B (zh) | 一种三元阳离子Ce：LuAG陶瓷荧光粉的制备方法 | |
| CN108640692B (zh) | 一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末及其制备方法 | |
| RU2613994C1 (ru) | Способ получения легированного алюмоиттриевого граната | |
| CN106876755A (zh) | 一种铈基电解质隔层上低温烧制复合阴极的方法 | |
| EP3168279A1 (en) | Phosphor and method for manufacturing the same | |
| CN104445394A (zh) | 一种用于热障涂层的锆基氧化物陶瓷粉体的制备方法 | |
| CN111253152B (zh) | 一种快衰减高光效闪烁材料及其制备方法 | |
| CN114874771A (zh) | 全固相Eu、Dy激活的铝酸锶荧光粉及其制备方法 | |
| CN101333441A (zh) | Ce3+掺杂的镥铝石榴石纳米陶瓷发光粉体的制备方法 | |
| CN106747398A (zh) | 一种铜掺杂铝酸镁可调谐发光材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131009 Termination date: 20190602 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |