CN102732883A

CN102732883A - 一种弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层及制备方法

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Publication number: CN102732883A
Application number: CN2012102077530A
Authority: CN
Inventors: 何业东; 马晓旭; 张津; 邓舜杰; 王德仁; 李洪
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: CN102732883B

Abstract

本发明一种弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层及制备方法，属于复合材料领域。复合热障涂层由弥散贵金属微粒的Al₂O₃-稀土氧化物构成的复合粘结层和由弥散贵金属微粒增韧的各种低热导陶瓷单层或双层构成的隔热层构成。弥散贵金属微粒为Au、Pt、Pt-Au合金、Pt-Rh合金，含量为0.5~3%。本发明采用复合溶胶-凝胶热压滤烧结技术，或复合溶胶-凝胶加压微波烧结技术，或等离子喷涂技术制备弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层，具有优异的热障性能、抗高温氧化性能、抗开裂、抗剥落和抗热冲击性能；结构稳定，使用温度范围宽，服役寿命长。

Description

一种弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层及制备方法

技术领域

本发明的一种弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层及制备方法属于复合材料领域，涉及复合材料与涂层技术，用于提高高温合金和难熔合金的使用温度，提高热障涂层的断裂韧性，提高热障涂层与基体合金的结合力，提高抗高温氧化性能，避免基体合金力学性能的降低，延长热端部件的使用寿命。

背景技术

热障涂层( Thermal barrier coatings ,简称TBCs) 是利用陶瓷材料的耐高温、抗腐蚀和低导热性能，提高金属热端部件的工作温度，增强热端部件的抗高温氧化能力，延长热端部件的使用寿命，提高热机效率的一种表面技术。热障涂层与高温结构材料、高效气冷技术被称为先进航空发动机叶片的三大关键技术。热障涂层还可以用于舰船发动机、地面燃气涡轮、火箭发动机等。

目前，在工业上获得广泛应用的热障涂层体系由基体合金、MCrAlY或Pt改性铝化物粘结层、热生长的氧化物(TGO)和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热陶瓷层四部分组成，如图1所示。大量的研究表明，这种热障涂层的失效主要是由各层热膨胀系数的差异导致的热应力不匹配所造成，其中粘结层的热膨胀系数为14×10^-6 K^-1、氧化铝TGO层的热膨胀系数为8.8×10^-6 K^-1，YSZ热障陶瓷层的热膨胀系数为12×10^-6 K^-1，导致热障涂层在TGO处发生开裂与剥落（Nitin P. Padture, Maurice Gell, Eric H. Jordan, Thermal Barrier Coatings for Gas-Turbine Engine Applications, Science, (2002), 296:280-284：T.S.Hille, S.Turteltaub, A.S.J.Suiker, Oxide growth and damage evolution in thermal barrier coatings, Engineering Fracture Mechanics, (2011), 78:2139–2152.）。而且，YSZ热障层的工作温度不能超过1200℃, 高于此温度发生相变将导致YSZ体积膨胀; 同时由于烧结, 引起涂层致密化, 将导致涂层的容应变能力下降而热应力增大, 加速涂层剥落失效（郭洪波、宫声凯、徐惠彬, 先进航空发动机热障涂层技术研究进展, 中国材料进展,2009,28(9-10):18-26.）。另外，由于合金粘结层与合金基体之间存在互扩散，不仅使粘结层中Al含量下降，影响到TGO中氧化铝的生成，还会改变合金基体的成分与相结构，使其力学性能显著下降。特别是粘结层与单晶合金发生互扩散时，可在单晶合金中析出有害的TCP相和二次反应区(SRZ)，导致单晶合金的高温疲劳寿命大幅度下降（郭洪波、宫声凯、徐惠彬, 先进航空发动机热障涂层技术研究进展, 中国材料进展,2009,28(9-10):18-26.）。因此，上述传统结构的热障涂层不能满足热端部件对更高的工作温度、长寿命、高可靠性的需求。

近年来，低热导率、高相变温度，甚至不发生相变的、抗烧结的新型热障陶瓷的研究得到了快速的发展，如氧化物稳定的氧化锆、钙钛矿结构ABO₃陶瓷、烧绿石结构A₂B₂O₇陶瓷、磁铁铅矿结构MMeAl₁₁O₁₉陶瓷、萤石结构La₂Ce₂O₇陶瓷等（X.Q.Cao, R.Vassen, D.Stoever, Ceramic materials for thermal barrier coatings, Journal of the European Ceramic Society, (2004), 24:1-10；刘占国、欧阳家虎、夏校良、相珺、周玉，新型稀土锆酸盐材料研究进展，中国材料进展，(2011), 30(1):32-40；李志明、钱士强、王伟, 热障涂层陶瓷材料的研究现状与展望，材料保护，(2011), 44(1):38-41.）。然而，新型热障陶瓷的断裂韧性往往比YSZ差，例如La₂Zr₂O₇从室温到熔点均为有序的烧绿石结构，具有较低的热导率（1.2~1.98 W.m^-1.K^-1），但其热膨胀系数（8.8~9.0×10^-6 K^-1）和断裂韧性较低（刘占国、欧阳家虎、夏校良、相珺、周玉，新型稀土锆酸盐材料研究进展，中国材料进展，(2011), 30(1):32-40；李志明、钱士强、王伟, 热障涂层陶瓷材料的研究现状与展望，材料保护，(2011), 44(1):38-41.），采用图1传统结构制备的热障涂层在高温热循环条件下易发生开裂与剥落。因此，如何提高新型热障陶瓷的断裂韧性已经成为发展新型热障涂层的关键问题之一。

为了克服图1结构热障涂层的缺点，发展了多层结构、梯度结构和双热障陶瓷层的热障涂层，其结构如图2所示，其中的粘结层通常仍然采用MCrAlY涂层或Pt改性的铝化物涂层。在多层结构的热障涂层中(图2a)，外层的封闭层主要用于阻挡燃气腐蚀产物的侵蚀；热障陶瓷层用于阻碍热向合金基体的传输；氧阻挡层则用于降低氧向涂层内部的扩散，提高涂层的抗氧化性能（徐惠彬, 宫声凯, 刘福顺. 航空发动机热障涂层材料体系的研究, 航空学报, (2000) , 21 (1) : 7-12.）。梯度结构的热障涂层通常在粘结底层和热障热陶瓷外层之间施加具有应力和功能梯度的过渡层(图2b)，以降低由于金属材料与陶瓷材料热膨胀系数差异较大而产生的热应力，提高涂层的结合强度、抗热震能力和使用寿命。在施加双热障陶瓷层的热障涂层中(图2c)，如La₂O₃-Y₂O₃-ZrO₂/YSZ、La₂Zr₂O₇/YSZ和LaTi₂Al₉O₁₉/YSZ等（M.Matsumoto, N.Yamaguchi, H.Matsubara, Low Thermal Conductivity and High Temperature Stability of ZrO₂-2Y₂O₃-2La₂O₃ Coatings Produced by Electron Beam PVD, Scripta Materialia, (2004), 50: 867 – 871；R.Vassen, E.Traeger, D.Stover. New Thermal Barrier Coatings Based on Pyrochlore/YSZ Double Layer Systems. International Journal of Applied Ceramic Technology, 2004 (1) : 351 – 361；Xie Xiaoyun, Guo Hongbo, Gong Shengkai, Xu Huibin, Thermal cycling behavior and failure mechanism of LaTi₂Al₉O₁₉/YSZ Thermal barrier coatings exposed to gas flame, Surface and coating technology, (2011), 205:4291-4298.），利用两种热障陶瓷层在相稳定性、导热率和热膨胀系数等方面的差异，可提高热障涂层的工作温度、隔热效果、抗高温腐蚀和抗热循环等性能。然而，所有这些热障涂层体系都是以MCrAlY涂层或Pt改性的铝化物涂层为粘结层的，这种粘结层高温氧化生成TGO及其所带来的问题仍然是难以避免的。

另一方面，目前发展的热障涂层大多数是针对高温合金的。然而，难熔合金也需要施加热障涂层，以适应更高的工作温度。因此，需要可以在更宽温度工作的多用途热障涂层。

综上所述，现有的热障涂层由于材料和结构的原因，在力学性能和抗高温腐蚀性能，耐温性，以及隔热效果上都存在一系列有待解决的问题，迫切需要发展新结构的热障涂层。

发明内容

本发明为一种多用途的新型复合结构热障涂层及其制备技术，通过弥散贵金属微粒的增韧作用和复合结构获得优异的性能。

本发明的弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层由厚度为1-20mm的弥散贵金属微粒的Al₂O₃-稀土氧化物构成的复合粘结层和由厚度为100-500mm的弥散贵金属微粒的低热导陶瓷单层（图3a）或双层（图3b）构成的隔热层构成。

复合热障涂层中弥散贵金属微粒为Au、Pt、含1~30%Au（质量百分比）的Pt-Au合金和含1~20%Rh（质量百分比）的Pt-Rh合金，弥散贵金属微粒的尺寸在20nm~2000nm，复合热障涂层中弥散贵金属微粒的含量为0.5~3%（质量百分比）。

在由弥散贵金属微粒的Al₂O₃-稀土氧化物构成的复合粘结层中，稀土氧化物的含量为0.1~1%（质量百分比），复合粘结层的厚度为1-20mm。复合粘结层可以取代传统的合金粘结层。通过弥散贵金属微粒和稀土氧化物微粒的增韧作用，可使复合粘结层获得优异的结合力、抗开裂和抗剥落性能；通过复合粘结层中的可以封闭基体合金的氧化铝对氧扩散的阻碍作用获得优异的抗高温氧化性能；由于复合粘结层与基体合金之间没有互扩散，可以避免传统合金粘结层对基体合金力学性能的影响。

复合隔热层由厚度为100-500mm的弥散贵金属微粒的低热导陶瓷单层（图3a）或双层（图3b）构成。复合隔热层采用的低导热系数的陶瓷包括：Y₂O₃稳定的ZrO₂（YSZ）、或CaO稳定的ZrO₂、或Nd₂O₃稳定的ZrO₂、或Sm₂O₃稳定的ZrO₂、或Er₂O₃稳定的ZrO₂、或MgO稳定的ZrO₂、或SrZrO₃、或BaZrO₃、或Ti₂ZrO₇、或CaO-CeO₂稳定的ZrO₂、或 Sc₂O₃-Y₂O₃稳定的ZrO₂ (SYSZ)、或La₂O₃-Y₂O₃稳定的ZrO₂、或YSZ-Nd、或YSZ-Yb、或YSZ-Nd-Yb、或YSZ-Gd-Yb、或YSZ-Sm-Yb、或10mol%Y₂O₃+10mol%Ta₂O₅的四方ZrO₂(20YTaO4Z)、或La₂Zr₂O₇(LZ)、或Nd₂Zr₂O₇、或Sm₂Zr₂O₇、或Gd₂Zr₂O₇、或La₂Ce₂O₇、或La₂Hf₂O₇、或Pr₂Hf₂O₇、或Sm₂Ti₂O₇、或LaTi₂Al₉O₁₉，或YAG(Y₃Al₅O₁₂)。通过弥散贵金属微粒的增韧作用，可以解决热障陶瓷层普遍韧性较差的问题；由于在复合隔热层中弥散贵金属微粒的含量较低，对涂层的热导性能影响甚微，但通过弥散贵金属微粒的增韧过程可在复合隔热层中形成大量的微裂纹，可以提高涂层的隔热效果。通过双层复合结构，利用两种热障陶瓷层在相稳定性、导热率和热膨胀系数等方面的差异，可进一步提高热障涂层的工作温度、隔热效果、抗高温腐蚀和抗热循环等性能。

本发明的弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层具有优异的热障效果，优异的力学性能，对基体合金的力学性能影响极小和优异的抗高温腐蚀性能，以及较宽的工作温度范围，可用于高温合金和难熔合金的高温防护。本发明为制备高性能热障涂层提供了新的技术途径。

本发明采用复合溶胶-凝胶热压滤烧结技术，或复合溶胶-凝胶加压微波烧结技术，或等离子喷涂技术，制备以弥散贵金属微粒增韧的Al₂O₃-稀土氧化物复合层作为抗氧化粘结层，以弥散贵金属微粒增韧的各种低导热率氧化物陶瓷单层或双层作为隔热层的新型复合热障涂层。相对于对比文献(中国发明专利：何业东、王德仁、张鲲、李良坚，一种热压滤法制备纳米和纳米复合陶瓷涂层的方法，ZL200510011338.8，2006年10月25日；中国发明专利：何业东、高俊国、任超、王德仁、张津, 一种加压微波烧结制备陶瓷涂层的方法，200910084729.0)，本发明新的2个技术特征是；(1)在复合溶胶-凝胶中加入了贵金属微粒，采用热压滤烧结或加压微波烧结形成弥散贵金属微粒的复合热障涂层；(2)在等离子喷涂的粉中掺入弥散的贵金属微粒，采用等离子喷涂制备弥散贵金属微粒的复合热障涂层。

本发明的弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层具有如下特性：

(1) 优异的隔热性能

在弥散贵金属微粒增韧复合热障陶瓷层中，贵金属微粒的含量<3%，对涂层的热导性能影响甚微，但通过弥散贵金属微粒的增韧过程可在复合隔热层中形成大量的微裂纹，提高涂层的隔热效果；本发明采用弥散贵金属微粒可以增韧热膨胀系数低的导热率小的热障陶瓷层，因而可以显著提高热障涂层的隔热性能。

(2) 优异的高温力学性能

复合热障涂层中产生热应力时，通过贵金属微粒的塑性变形可以吸收微裂纹扩展的能量，阻碍裂纹的扩展并松弛涂层中的应力，贵金属微粒还可使裂纹尖端的曲率半径变大，使裂纹尖端发生钝化，阻碍裂纹的扩展，显著提高复合热障涂层的断裂韧性。因此，弥散贵金属微粒增韧复合热障陶瓷层在热循环条件和热冲击下具有优异的结合力和抗开裂、抗剥落性能，特别是可以解决热膨胀系数较低的热障陶瓷层(如La₂Zr₂O₇)抗开裂、抗剥落性能差的难题。

在弥散贵金属微粒增韧的Al₂O₃-稀土氧化物粘结层中，可以通过弥散贵金属微粒和稀土氧化物微粒的协同增韧作用，避免复合粘结层的开裂与剥落，提高粘结层与合金基体、隔热陶瓷层的结合力。

由于弥散贵金属微粒增韧的陶瓷层与合金基体之间没有互扩散，合金中不会生成有害相，因此新型复合热障涂层对合金基体力学性能的影响甚微，这种特性将特别有助于解决目前高温单晶合金施加热障涂层所面临的问题。

(3) 优异的抗高温氧化性能

在弥散贵金属微粒增韧的Al₂O₃-稀土氧化物粘结层中，不仅可以通过弥散贵金属微粒和稀土氧化物微粒的协同增韧作用，避免复合粘结层的开裂与剥落，而且可以封闭合金基体，阻碍氧的扩散，在足够的厚度下保护基体合金免于高温氧化。

(4) 工作温度范围宽

弥散贵金属微粒可以增韧熔点高、导热率低、具有不同热膨胀系数的各种隔热陶瓷层。因此，弥散贵金属微粒增韧复合热障陶瓷层最高工作温度可以高达1600℃，可作为高温合金和难熔合金（如Fe基合金、Ni基合金、Co基合金、TiAl合金、Nb基合金、Mo基合金、W基合金、Re基合金）的热障涂层。

(5) 长寿命，多用途

综合上述特性，本发明的弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层可具有超长的服役寿命，可广泛用于航空发动机、舰船发动机、地面燃气涡轮、火箭发动机等。

附图说明

图1为传统热障涂层的结构。

图2为三种热障涂层结构的示意图：其中图2(a)为多层结构的热障涂层；图2(b)为梯度结构的热障涂层；图2 (c)为双隔热陶瓷层的热障涂层。

图3为弥散贵金属粒子增韧复合热障涂层的结构示意图：其中图3(a)为单隔热陶瓷层的热障涂层；图3(b)为双隔热陶瓷层的热障涂层。

具体实施方式

本发明的多功能的弥散贵金属微粒的复合热障涂层可采用3种方法制备。

第1种方法：采用复合溶胶-凝胶热压滤烧结技术

相对于对比文献(中国发明专利：何业东、王德仁、张鲲、李良坚，一种热压滤法制备纳米和纳米复合陶瓷涂层的方法，ZL200510011338.8，2006年10月25日)，在Al₂O₃-稀土氧化物复合溶胶-凝胶中加入贵金属微粒，均匀混合后，涂覆于高温合金或难熔合金表面，采用热压滤烧结成为弥散贵金属微粒增韧的Al₂O₃-稀土氧化物复合粘结层；然后在低导热氧化物陶瓷粉与低导热氧化物溶胶-凝胶构成的复合溶胶-凝胶中加入贵金属微粒，均匀混合后，涂覆于复合粘结层表面，采用热压滤烧结成为弥散贵金属微粒增韧的隔热陶瓷层；采用同样的方法可以在第一层隔热陶瓷层上面制备第二层隔热陶瓷层。

第2种方法：采用复合溶胶-凝胶加压微波烧结技术

相对于对比文献(2006年10月25日；中国发明专利：何业东、高俊国、任超、王德仁、张津, 一种加压微波烧结制备陶瓷涂层的方法，200910084729.0)，在Al₂O₃-稀土氧化物复合溶胶-凝胶中加入贵金属微粒，均匀混合后，涂覆于高温合金或难熔合金表面，采用加压微波烧结成为弥散贵金属微粒增韧的Al₂O₃-稀土氧化物复合粘结层；然后在低导热氧化物陶瓷粉与低导热氧化物溶胶-凝胶构成的复合溶胶-凝胶中加入贵金属微粒，均匀混合后，涂覆于复合粘结层表面，采用加压微波烧结成为弥散贵金属微粒增韧的隔热陶瓷层；采用同样的方法可以在第一层隔热陶瓷层上面制备第二层隔热陶瓷层。

第3种方法：采用等离子喷涂技术

在等离子喷涂的粉中加掺入弥散的贵金属微粒，采用等离子喷涂分别制备弥散贵金属微粒增韧的Al₂O₃-稀土氧化物复合粘结层和弥散贵金属微粒增韧的隔热陶瓷单层或双层。

实施例1：热压滤烧结弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层

制备Al₂O₃-YAG(Y₃Al₅O₁₂)-Pt微粒复合溶胶-凝胶，其中固体微粒的含量为60%（质量百分比），溶胶-凝胶换算为氧化物的含量为40%（质量百分比），Pt微粒的粒径为20~500nm，其含量为1%（质量百分比）；YAG的含量为0.5%（质量百分比）。均匀混合后，涂覆于镍基高温合金表面，厚度控制在5mm，采用热压滤烧结成为Al₂O₃-YAG-Pt复合粘结层。

制备YSZ-Pt微粒复合溶胶-凝胶，其中固体微粒含量为60%（质量百分比），溶胶-凝胶换算为氧化物的含量为40%（质量百分比），Pt微粒的粒径为20~500nm，其含量为1%（质量百分比）。均匀混合后，涂覆于Al₂O₃-YAG-Pt复合粘结层表面，厚度控制在200mm，采用热压滤烧结成为弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层。

弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层在1100℃空气环境中循环试验1000小时，证明具有优异的隔热效果，以及优异抗剥落、抗开裂、抗热冲击性能和抗高温氧化性能。

实施例2：加压微波烧结弥散Pt-20%Au微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层

制备Al₂O₃-YAG-(Pt-20%Au)微粒复合溶胶-凝胶，其中固体微粒的含量为60%（质量百分比），溶胶-凝胶换算为氧化物的含量为40%（质量百分比），(Pt-20%Au)微粒的粒径为20~500nm，其含量为1%（质量百分比）；YAG的含量为0.5%（质量百分比）。均匀混合后，涂覆于镍基高温合金表面，厚度控制在5mm，采用加压微波烧结成为Al₂O₃-YAG-(Pt-20%Au)复合粘结层。

-(Pt-20%Au)微粒复合溶胶-凝胶，其中固体微粒的比例为60%（质量百分比），溶胶-凝胶换算为氧化物的含量为40%（质量百分比），(Pt-20%Au)微粒的粒径为20~500nm，其含量为1%（质量百分比）。均匀混合后，涂覆于Al₂O₃-YAG-(Pt-20%Au)复合粘结层表面，厚度控制在200mm，采用加压微波烧结成为弥散(Pt-20%Au)微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层。

弥散(Pt-20%Au)微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层在1100℃空气环境中循环试验1000小时，证明具有优异的隔热效果，以及优异抗剥落、抗开裂、抗热冲击性能和抗高温氧化性能。

实施例3：加压微波烧结弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层

制备Al₂O₃-YAG-Pt微粒复合溶胶-凝胶，其中固体微粒的含量为60%（质量百分比），溶胶-凝胶换算为氧化物的含量为40%（质量百分比），Pt微粒的粒径为20~500nm，其含量为1%（质量百分比）；YAG的含量为0.5%（质量百分比）。均匀混合后，涂覆于镍基高温合金表面，厚度控制在5mm，采用加压微波烧结成为Al₂O₃-YAG-Pt复合粘结层。

制备YSZ-Pt微粒复合溶胶-凝胶，其中固体微粒的含量为60%（质量百分比），溶胶-凝胶换算为氧化物的含量为40%（质量百分比），Pt微粒的粒径为20~500nm，其含量为1%（质量百分比）。均匀混合后，涂覆于Al₂O₃-YAG-Pt复合粘结层表面，厚度控制在100mm，采用加压微波烧结结成为弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层。

制备La₂Zr₂O₇-Pt微粒复合溶胶-凝胶，其中固体微粒的含量为60%（质量百分比），溶胶-凝胶换算为氧化物的含量为40%（质量百分比），Pt微粒的粒径为20~500nm，其含量为1%（质量百分比）。均匀混合后，涂覆于弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层表面，厚度控制在100mm，采用加压微波烧结成为弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层。

弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层在1150℃空气环境中循环试验1000小时，证明具有优异的隔热效果，以及优异抗剥落、抗开裂、抗热冲击性能和抗高温氧化性能。

实施例4：等离子喷涂弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层

分别制备含量为1%（质量百分比）Pt微粒的Al₂O₃-YAG-Pt粉体（其中YAG的含量为0.5%（质量百分比））和YSZ-Pt粉体，Pt微粒的尺寸为50~1000nm。采用低压等离子喷涂，先沉积Al₂O₃-YAG-Pt层，其厚度为10mm，然后沉积YSZ-Pt层，其厚度为500mm，形成弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层。

等离子喷涂的弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ复合热障涂层在1100℃空气环境中循环试验1000小时，证明具有优异的隔热效果，以及优异抗剥落、抗开裂、抗热冲击性能和抗高温氧化性能。

实施例5：等离子喷涂弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层

分别制备含量为1%（质量百分比）Pt微粒的Al₂O₃-YAG-Pt粉体（其中YAG的含量为0.5%（质量百分比））、YSZ-Pt粉体和La₂Zr₂O₇-Pt粉体，Pt微粒的尺寸为50~1000nm。采用低压等离子喷涂，先沉积Al₂O₃-YAG-Pt层，其厚度为10mm，然后沉积YSZ-Pt层，其厚度为200mm，再沉积La₂Zr₂O₇-Pt层，其厚度为200mm，形成弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层。

等离子喷涂的弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层在1100℃空气环境中循环试验1000小时，证明具有优异的隔热效果，以及优异抗剥落、抗开裂、抗热冲击性能和抗高温氧化性能。

实施例6：等离子喷涂弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/LaTi₂Al₉O₁₉复合热障涂层

分别制备含量为1%（质量百分比）Pt微粒的Al₂O₃-YAG-Pt粉体（其中YAG的含量为0.5%（质量百分比））、YSZ-Pt粉体和LaTi₂Al₉O₁₉-Pt粉体，Pt微粒的尺寸为50~1000nm。采用低压等离子喷涂，先沉积Al₂O₃-YAG-Pt层，其厚度为10mm，然后沉积YSZ-Pt层，其厚度为200mm，再沉积LaTi₂Al₉O₁₉-Pt层，其厚度为200mm，形成弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/ LaTi₂Al₉O₁₉复合热障涂层。

等离子喷涂的弥散Pt微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/LaTi₂Al₉O₁₉复合热障涂层在1100℃空气环境中循环试验1000小时，证明具有优异的隔热效果，以及优异抗剥落、抗开裂、抗热冲击性能和抗高温氧化性能。

实施例7：等离子喷涂弥散(Pt-10%Rh)微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层

分别制备含量1%（质量百分比）(Pt-10%Rh)微粒的Al₂O₃-YAG-(Pt-10%Rh)粉体（其中YAG的含量为0.5%（质量百分比））、YSZ-(Pt-10%Rh)粉体和La₂Zr₂O₇-(Pt-10%Rh)粉体，(Pt-10%Rh)微粒的尺寸为50~1000nm。采用低压等离子喷涂，先沉积Al₂O₃-YAG(Pt-10%Rh)层，其厚度为10mm，然后沉积YSZ-(Pt-10%Rh)层，其厚度为200mm，再沉积La₂Zr₂O₇-(Pt-10%Rh)层，其厚度为200mm，形成弥散(Pt-10%Rh)微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层。

等离子喷涂的弥散(Pt-10%Rh)微粒增韧(Al₂O₃-YAG)/YSZ/La₂Zr₂O₇复合热障涂层在1200℃空气环境中循环试验1000小时，证明具有优异的隔热效果，以及优异抗剥落、抗开裂、抗热冲击性能和抗高温氧化性能。

Claims

1.一种多用途的弥散贵金属微粒增韧的复合热障涂层，其特征在于：复合热障涂层由厚度为2-20mm的弥散贵金属微粒的Al₂O₃-稀土氧化物构成的复合粘结层和由厚度为100-500mm的弥散贵金属微粒的低热导陶瓷单层或双层构成的隔热层构成；弥散贵金属微粒为Au、Pt、含质量百分比1~30%Au的Pt-Au合金和含质量百分比1~20%Rh的Pt-Rh合金，弥散贵金属微粒的尺寸在20nm~2000nm，复合热障涂层中弥散贵金属微粒的质量百分比含量为0.5~3%。

2.如权利要求1所述的弥散贵金属微粒增韧的复合热障涂层，其特征在于：在由弥散贵金属微粒的Al₂O₃-稀土氧化物构成的复合粘结层中，稀土氧化物的质量百分比含量为0.1~1%，复合粘结层的厚度为2-20mm。

3.如权利要求1所述的弥散贵金属微粒增韧的复合热障涂层，其特征在于：复合隔热层采用的低导热系数的陶瓷包括：Y₂O₃稳定的ZrO₂即YSZ、或CaO稳定的ZrO₂、或Nd₂O₃稳定的ZrO₂、或Sm₂O₃稳定的ZrO₂、或Er₂O₃稳定的ZrO₂、或MgO稳定的ZrO₂、或SrZrO₃、或BaZrO₃、或Ti₂ZrO₇、或CaO-CeO₂稳定的ZrO₂、或 Sc₂O₃-Y₂O₃稳定的ZrO₂ 即SYSZ、或La₂O₃-Y₂O₃稳定的ZrO₂、或YSZ-Nd、或YSZ-Yb、或YSZ-Nd-Yb、或YSZ-Gd-Yb、或YSZ-Sm-Yb、或10mol%Y₂O₃+10mol%Ta₂O₅的四方ZrO₂即20YTaO4Z、或La₂Zr₂O₇即LZ、或Nd₂Zr₂O₇、或Sm₂Zr₂O₇、或Gd₂Zr₂O₇、或La₂Ce₂O₇、或La₂Hf₂O₇、或Pr₂Hf₂O₇、或Sm₂Ti₂O₇、或LaTi₂Al₉O₁₉、或Y₃Al₅O₁₂即YAG。

4.如权利要求1、2或3所述的弥散贵金属微粒增韧的复合热障涂层的制备方法，其特征在于：采用复合溶胶-凝胶热压滤法烧结技术，或复合溶胶-凝胶加压微波烧结技术，制备以弥散贵金属微粒增韧的Al₂O₃-稀土氧化物复合层作为抗氧化粘结层，以弥散贵金属微粒增韧的各种低导热率氧化物陶瓷单层或双层作为隔热层的复合热障涂层。

5.如权利要求1、2或3所述的弥散贵金属微粒增韧的复合热障涂层的制备方法，其特征在于：在等离子喷涂粉中加入了贵金属微粒，采用等离子喷涂制备以弥散贵金属微粒增韧的Al₂O₃-稀土氧化物复合层作为抗氧化粘结层，以弥散贵金属微粒增韧的各种低导热率氧化物陶瓷单层或双层作为隔热层的复合热障涂层。