CN102826848A - 钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102826848A CN102826848A CN2012103346214A CN201210334621A CN102826848A CN 102826848 A CN102826848 A CN 102826848A CN 2012103346214 A CN2012103346214 A CN 2012103346214A CN 201210334621 A CN201210334621 A CN 201210334621A CN 102826848 A CN102826848 A CN 102826848A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramic material
- barrier coating
- thermal barrier
- aqueous solution
- gadolinium ion
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料，其特征在于：所述钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料的化学式为(La1-xGdx)2Ce2O7，其中0＜x＜0.5。本发明的(La1-xGdx)2Ce2O7纳米级热障涂层用陶瓷材料，其晶体结构为缺陷性萤石结构，粉体颗粒度为50-150nm之间。与7-8%氧化钇部分稳定的氧化锆相比，本发明的材料在高温时具有更低热导率和更高的热膨胀系数。在800-1000℃高温下，这两类材料的热导率约为1.24-2.12W/m.K，其热膨胀系（1000℃）数约为10.92-12.9×10-6/K，完全有潜力用作新型热障涂层表面层陶瓷材料。
Description
技术领域
本发明主要涉及一类用作热障涂层表面陶瓷层的钆离子掺杂的La2Ce2O7纳米陶瓷材料及其制备方法，这两类掺杂的La2Ce2O7化学式为(La1-xGdx)2Ce2O7，其中 0＜x＜0.5。
技术背景
在先进航空涡轮发动机中，为保护高温下工作的发动机叶片、燃烧室等关键金属部件并提高燃油经济性，需要在这些关键金属部件上面制备陶瓷涂层，这层陶瓷涂层就称为热障涂层。典型的热障涂层主要包括三部分，从外向里依次为表面陶瓷层、金属粘结层和金属基体。其中表面陶瓷层主要起隔热作用，金属粘结层主要功能是缓解表面陶瓷层与金属基体因热膨胀不匹配而产生的热应力，同时还可以保护金属基体不被氧化。目前，热障涂层的制备方法主要有等离子喷涂法和电子束物理气相沉积技术，无论哪一种制备方法，热障涂层要想更好的发挥其隔热作用，必须牢固的附着在金属基体之上。在已有的热障涂层中，由于氧化钇部分稳定氧化锆（Y2O3 stabilized zirconia,简称YSZ）陶瓷具有较低的热导率（平均约为2.3W/m.K），较高的热膨胀系数(9×10-6/℃)及良好的高温相稳定性能（<1200℃），而成为现役应用最广的热障涂层。
然而，随着航空发动机向高流量比、高推重比、高涡轮进口温度方向发展，其燃烧室关键热端部件的工作温度将超过1500℃。在这样的高温下，现役的YSZ热障涂层，由于其表层陶瓷材料YSZ在高温下会发生相转变，且烧结收缩严重等一系列问题，不仅使涂层的隔热性能下降，而且涂层的工作寿命也急剧降低，该类涂层已难于满足航空发动机技术发展的需要。为此，必须设法克服现役YSZ热障涂层的这一缺陷。就此问题而言，目前公认的有三种途径：(1)采用叶片冷却技术，如巧妙设计空心叶片的几何形状或叶片的冷气膜设计等；(2)采用真空熔炼和精密铸造技术研制新型的高温合金，如定向凝固和单晶叶片；（3）开发新型的热障涂层陶瓷材料。就(1)而言，随着叶片设计和制造技术的改进，人们得到的效益增长速率正在下降，目前要想通过单一的冷却结构设计使发动机叶片工作温度再提高几百摄氏度极端困难；而对于高温合金材料而言，既要具有高强度以满足设计许用应力的要求，又要在长期的运转中具备较高的化学稳定性(即耐高温氧化、抗腐蚀性能)，这两方面的要求很难同时达到。最好的途径是在采用先进冷却技术和开发高温合金的前提下，开发新型的热障涂层陶瓷材料以替代YSZ陶瓷。
新型的热障涂层用陶瓷材料需满足以下几点主要要求：（1）较低的热导率（<2.0W/m.K）;（2）较高的热膨胀系数（>9×10-6/℃）;(3)良好的高温想稳定性能（>1200℃）。目前，已经报道的新型热障涂层陶瓷材料，主要有三类，一类稀土掺杂的ZrO2基陶瓷材料，第二类是化学式为Ln2Zr2O7（Ln代表三价稀土元素）的稀土锆酸盐；第三类是近3-5年中报道的其它新型陶瓷，主要有Nd2Ce2O7, La2Ce2O7,稀土改性的 Ba1-xLnxNd2(Ti1-yLny)3O10类陶瓷，钡镧钛Ba1-xLnxSm2(Ti1-yLny)3O10，钡钕钛Ba1-xLnxNd2(Ti1-yLny)3O10，铬酸镧La2.0～3.0Cr2.0～2.5O6.0～7.5，以及InFeZnO4等，但国内有关钆离子掺杂的La2Ce2O7陶瓷材料的研究尚属空白。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有较高的热膨胀系数和较低的热导率，在1400℃下历经热循环依然保持良好的相稳定性能的钆离子掺杂的La2Ce2O7陶瓷材料。
本发明的技术方案是：钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料，所述钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料的化学式为(La1-xGdx)2Ce2O7，其中0＜x＜0.5。
所述的钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料的制备方法，它的步骤如下：
(1)将1-x摩尔La2O3溶解于浓度为40~50%、体积为50-100ml的稀硝酸中，得到La(NO3)3的水溶液；将x摩尔Gd2O3溶解于浓度为40~50%、体积为50-100ml的稀硝酸中，得到Gd(NO3)3的水溶液；将2摩尔Ce(NO3)3·6H2O溶于50-100ml去离子水中，得到硝酸铈的水溶液；
(2)将La(NO3)3的水溶液和Gd(NO3)3的水溶液缓慢倒入硝酸铈的水溶液中，得到混合溶液；
(3)将混合溶液在60~70℃的水浴条件下加热1-2小时后，加入1~6摩尔柠檬酸，搅拌1~2小时，加入1~4摩尔乙二醇，然后用氨水将混合溶液的pH调至6-7，并加热，得到粘稠的溶胶，将溶胶在120-130℃下加热，得到黑色固体凝胶，将固体凝胶置于马弗炉中，在700~900℃的条件下煅烧2-5小时，得到白色固体粉末，将白色固体粉末在玛瑙研钵中，以丙酮或乙醇为介质，研磨，得到钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料。
本发明的有益效果是：本发明的(La1-xGdx)2Ce2O7纳米级热障涂层用陶瓷材料，其晶体结构为缺陷性萤石结构，粉体颗粒度为50-150nm之间。与7-8%氧化钇部分稳定的氧化锆相比，本发明的材料在高温时具有更低热导率和更高的热膨胀系数。在800-1000℃高温下，这两类材料的热导率约为1.24-2.12W/m.K，其热膨胀系（1000℃）数约为10.92-12.9×10-6/K，完全有潜力用作新型热障涂层表面层陶瓷材料。
附图说明
图1为(La1-xGdx)2Ce2O7陶瓷材料的热导率；
图2为(La1-xGdx)2Ce2O7陶瓷材料的热膨胀系数。
具体实施方式
实施例1
钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料，化学式为(La0.9Gd0.1)2Ce2O7，制备步骤如下：
(1)将0.9摩尔La2O3溶解于浓度为40%、体积为50ml的稀硝酸中，得到La(NO3)3的水溶液；将0.1摩尔Gd2O3溶解于浓度为40%、体积为50ml的稀硝酸中，得到Gd(NO3)3的水溶液；将2摩尔Ce(NO3)3·6H2O溶于50ml去离子水中，得到硝酸铈的水溶液；
(2)将La(NO3)3的水溶液和Gd(NO3)3的水溶液缓慢倒入硝酸铈的水溶液中，得到混合溶液；
(3)将混合溶液在60℃的水浴条件下加热1小时后，加入1摩尔柠檬酸，搅拌1小时，加入1摩尔乙二醇，然后用氨水将混合溶液的pH调至6，并加热，得到粘稠的溶胶，将溶胶在120℃下加热，得到黑色固体凝胶，将固体凝胶置于马弗炉中，在700℃的条件下煅烧2小时，得到白色固体粉末，将白色固体粉末在玛瑙研钵中，以丙酮为介质，丙酮的用量为所研磨粉体体积的2-3倍，研磨，得到钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料。
实施例2
钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料，化学式为(La0.7Gd0.3)2Ce2O7，制备步骤如下：
(1)将0.7摩尔La2O3溶解于浓度为450%、体积为100ml的稀硝酸中，得到La(NO3)3的水溶液；将0.3摩尔Gd2O3溶解于浓度为50%、体积为100ml的稀硝酸中，得到Gd(NO3)3的水溶液；将2摩尔Ce(NO3)3·6H2O溶于100ml去离子水中，得到硝酸铈的水溶液；
(2)将La(NO3)3的水溶液和Gd(NO3)3的水溶液缓慢倒入硝酸铈的水溶液中，得到混合溶液；
(3)将混合溶液在70℃的水浴条件下加热2小时后，加入6摩尔柠檬酸，搅拌2小时，加入4摩尔乙二醇，然后用氨水将混合溶液的pH调至7，并加热，得到粘稠的溶胶，将溶胶在130℃下加热，得到黑色固体凝胶，将固体凝胶置于马弗炉中，在900℃的条件下煅烧5小时，得到白色固体粉末，将白色固体粉末在玛瑙研钵中，以乙醇为介质，研磨，得到钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料。
实施例3
钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料，化学式为(La0.5Gd0.5)2Ce2O7，制备步骤如下：
(1)将0.5摩尔La2O3溶解于浓度为45%、体积为80ml的稀硝酸中，得到La(NO3)3的水溶液；将0.5摩尔Gd2O3溶解于浓度为45%、体积为80ml的稀硝酸中，得到Gd(NO3)3的水溶液；将2摩尔Ce(NO3)3·6H2O溶于80ml去离子水中，得到硝酸铈的水溶液；
(2)将La(NO3)3的水溶液和Gd(NO3)3的水溶液缓慢倒入硝酸铈的水溶液中，得到混合溶液；
(3)将混合溶液在65℃的水浴条件下加热1.5小时后，加入2摩尔柠檬酸，搅拌1.5小时，加入2摩尔乙二醇，然后用氨水将混合溶液的pH调至6.5，并加热，得到粘稠的溶胶，将溶胶在125℃下加热，得到黑色固体凝胶，将固体凝胶置于马弗炉中，在800℃的条件下煅烧4小时，得到白色固体粉末，将白色固体粉末在玛瑙研钵中，以乙醇为介质，研磨，得到钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料。
实施例4
钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料，化学式为(La1-xGdx)2Ce2O7，其中0＜x＜0.5，制备步骤如下：
(1)将1-x摩尔La2O3溶解于浓度为40~50%、体积为50-100ml的稀硝酸中，得到La(NO3)3的水溶液；将x摩尔Gd2O3溶解于浓度为40~50%、体积为50-100ml的稀硝酸中，得到Gd(NO3)3的水溶液；将2摩尔Ce(NO3)3·6H2O溶于50-100ml去离子水中，得到硝酸铈的水溶液；
(2)将La(NO3)3的水溶液和Gd(NO3)3的水溶液缓慢倒入硝酸铈的水溶液中，得到混合溶液；
(3)将混合溶液在60~70℃的水浴条件下加热1-2小时后，加入1~6摩尔柠檬酸，搅拌1~2小时，加入1~4摩尔乙二醇，然后用氨水将混合溶液的pH调至6-7，并加热，得到粘稠的溶胶，将溶胶在120-130℃下加热，得到黑色固体凝胶，将固体凝胶置于马弗炉中，在700~900℃的条件下煅烧2-5小时，得到白色固体粉末，将白色固体粉末在玛瑙研钵中，以丙酮或乙醇为介质，研磨，得到钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料。
上述实施例中，所述La2O3、Gd2O3的纯度质量分数>99.9%，所述Ce(NO3)3·6H2O为分析纯。各物质可以以化学计量按比例调节用量。
Claims (2)
1. 钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料，其特征在于：所述钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料的化学式为(La1-xGdx)2Ce2O7，其中0＜x＜0.5。
2. 根据权利要求1所述的钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料的制备方法，其特征在于，它的步骤如下：
(1)将1-x摩尔La2O3溶解于浓度为40~50%、体积为50-100ml的稀硝酸中，得到La(NO3)3的水溶液；将x摩尔Gd2O3溶解于浓度为40~50%、体积为50-100ml的稀硝酸中，得到Gd(NO3)3的水溶液；将2摩尔Ce(NO3)3·6H2O溶于50-100ml去离子水中，得到硝酸铈的水溶液；
(2)将La(NO3)3的水溶液和Gd(NO3)3的水溶液缓慢倒入硝酸铈的水溶液中，得到混合溶液；
(3)将混合溶液在60~70℃的水浴条件下加热1-2小时后，加入1~6摩尔柠檬酸，搅拌1~2小时，加入1~4摩尔乙二醇，然后用氨水将混合溶液的pH调至6-7，并加热，得到粘稠的溶胶，将溶胶在120-130℃下加热，得到黑色固体凝胶，将固体凝胶置于马弗炉中，在700~900℃的条件下煅烧2-5小时，得到白色固体粉末，将白色固体粉末在玛瑙研钵中，以丙酮或乙醇为介质，研磨，得到钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012103346214A CN102826848A (zh) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | 钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012103346214A CN102826848A (zh) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | 钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102826848A true CN102826848A (zh) | 2012-12-19 |
Family
ID=47330191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012103346214A Pending CN102826848A (zh) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | 钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102826848A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109876767A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-06-14 | 闽江学院 | 一种硅藻土/铈酸镧复合材料的制备及应用 |
| CN112062566A (zh) * | 2019-05-22 | 2020-12-11 | 北京理工大学 | 一种铈酸盐复合材料及其制备方法和应用 |
| CN112777624A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-11 | 中国科学技术大学 | 一种电解质材料、其制备方法及其应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102557626A (zh) * | 2011-12-14 | 2012-07-11 | 北京矿冶研究总院 | 一种稀土改性氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料的制备方法 |
-
2012
- 2012-09-12 CN CN2012103346214A patent/CN102826848A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102557626A (zh) * | 2011-12-14 | 2012-07-11 | 北京矿冶研究总院 | 一种稀土改性氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| XUEYING WANG等: "Preparation of La2Ce2O7 Nano-powders by Molten Salts Method", 《ADVANCED MATERIALS RESEARCH》 * |
| 张红松等: "柠檬酸法制备热障涂层材用La2Ce2O7粉体", 《稀有金属材料与工程》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109876767A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-06-14 | 闽江学院 | 一种硅藻土/铈酸镧复合材料的制备及应用 |
| CN112062566A (zh) * | 2019-05-22 | 2020-12-11 | 北京理工大学 | 一种铈酸盐复合材料及其制备方法和应用 |
| 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 |
| CN112777624A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-11 | 中国科学技术大学 | 一种电解质材料、其制备方法及其应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103145421A (zh) | 钆锆双位掺杂Sm2Ce2O7热障涂层陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN103304234A (zh) | 一种抗高温烧结热障涂层用复合陶瓷粉末材料的制备方法 | |
| CN106884132A (zh) | 一种高温热障涂层材料 | |
| CN102659403A (zh) | 一种耐高温热障涂层陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN102826849A (zh) | 二价金属离子掺杂La2Ce2O7热障涂层陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN113956037B (zh) | 一种抗cmas腐蚀的双相组织钪钇稀土掺杂氧化锆粉末的制备方法 | |
| CN104891990A (zh) | 共晶结构热障涂层材料及其可用于热喷涂的粉粒制造方法 | |
| CN111153434A (zh) | 一种用于热喷涂的锆酸镧球形粉体制备方法 | |
| Li et al. | Growth of YbVO4 crystals evolved from hot corrosion reactions of Yb2Zr2O7 against V2O5 and Na2SO4+ V2O5 | |
| JP4612955B2 (ja) | 断熱被覆 | |
| CN102070335A (zh) | 一种烧绿石结构稀土锆酸盐材料及其制备方法与应用 | |
| CN106588004A (zh) | 一种纯相稀土锆酸盐纳米材料及其制备方法 | |
| CN108439977B (zh) | 一种高温低热导氧化铪基热障涂层材料及其制备方法 | |
| CN101333110B (zh) | Nd3+离子掺杂的Lu2O3透明激光陶瓷的制备方法 | |
| CN101948308B (zh) | 一种陶瓷高温隔热材料 | |
| CN102826848A (zh) | 钆离子掺杂La2Ce2O7纳米级热障涂层陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN101948995B (zh) | 一种陶瓷复合热障涂层材料 | |
| US20220306472A1 (en) | Orthophosphate thermal barrier coating material with high coefficient of thermal expansion and preparation method thereof | |
| 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 | |
| CN102153892B (zh) | (La,Gd)2Zr2O7-(Zr,Gd)O2-δ复相热障涂层材料及其制备方法 | |
| CN109943800A (zh) | 一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层及其制备方法 | |
| CN113373408A (zh) | 一种镝掺锆酸钆热障涂层材料及涂层的制备方法 | |
| CN102992764A (zh) | 稀土改性Sm2Ce2O7热障涂层陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN105130415B (zh) | Ln1‑xSrxMg1‑yMnyAl11‑zTizO19纳米陶瓷热障涂层材料及其制备方法 | |
| CN114671683B (zh) | 一种高温相稳定高熵氧化锆热障涂层材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121219 |