CN104803677A - 热障涂层材料、热障涂层及其制备方法 - Google Patents

热障涂层材料、热障涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热障涂层材料、热障涂层及其制备方法。所述热障涂层材料的化学组成为[(La1-xRx)2Zr2O7]y(SrZrO3)1-y，其中，0≤x≤0.5，0.3≤y≤0.7，R为Nd，Sm，Eu，Gd，Dy中一种或一种以上的组合。其制备方法如下：以Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O为原料，按（1-x）y：2xy：（1+y）：（1-y）摩尔比混合，其中，0≤x≤0.5，0.3≤y≤0.7，R为Nd，Sm，Eu，Gd，Dy中一种或一种以上的组合；将所述原料用去离子水配制成透明溶液；在搅拌下将所述透明溶液添加到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，得悬浮液；将所述悬浮液陈化后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀，得滤饼；所述滤饼经干燥、煅烧后，即可获得热障涂层材料成品。

Description

热障涂层材料、热障涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷复合材料技术领域，尤其涉及一种热障涂层材料、热障涂层及其制备方法。
背景技术
随着航空、航天及民用技术的发展，涡轮发动机热端部件的使用温度要求越来越高。以航空涡轮发动机为例，其发展趋势是向高流量比、高推重比方向发展，涡轮发动机进口温度进一步提高，从而可以大大提高发动机效率。推重比10级航空发动机的设计出口温度已达到1577oC以上，这是目前任何高温合金都难以承受的工作温度。虽然经过多年的研究，用于涡轮发动机热端部件的高温合金的使用温度已提高至1100oC左右（单晶高温合金），但仍难满足现代航空发动机的设计要求。采用气膜冷却技术可以降低高温部件的表面温度从而提高其使用温度，但采用气膜冷却技术在降低高温部件温度的同时，不可避免地损失了很大一部分能量，从而降低涡轮发动机的效率。在这种情况下，另一种降低涡轮发动机热端部件工作温度的可行技术—热障涂层技术得到了广泛的应用。
目前普遍使用的陶瓷热障涂层材料是掺入6~8wt.%Y2O3部分稳定的ZrO2 陶瓷(YSZ)。YSZ具有较高的热膨胀系数（~11×10-6 K-1），较低的热导率（2.0~2.1 Wm-1K-1）及良好的抗热冲击性。但是YSZ的长期使用温度在1200oC左右，随着温度的进一步升高，涂层出现严重的结构不稳定，一方面，随着温度升高，YSZ涂层发生烧结，从而导致涂层热导率及弹性模量升高，使得涂层的应变容限下降；另一方面，在热循环过程中，YSZ涂层由亚稳四方相转变为四方相和立方相，然后转变为单斜相，产生大约4%的体积变化，导致涂层中形成裂纹，从而破坏了涂层的结构完整性。
考虑到以上因素，必须开发新型陶瓷热障涂层材料来取代YSZ，从而应用到更高的使用温度条件下。总的来说，新型陶瓷热障涂层材料应该具有与YSZ相比更低的热导率、相当的热膨胀系数、更低的烧结速率及相当的断裂韧性。稀土改性SrZrO3具有很高的结构稳定性、低热导率以及抗烧结的特点，是高温热障涂层的候选材料。德国专利DE19801424公开了可以用于1000℃以上的陶瓷高温隔热材料，具体为具有烧绿石结构的La2Zr2O7和具有钙钛矿结构的BaZrO3与SrZrO3。稀土锆酸盐（Ln2Zr2O7，Ln=La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）具有相对较低的热导率和氧传导率，但其热膨胀系数相对较低、韧性较差。钙钛矿结构锆酸锶（SrZrO3）具有相对较高的热膨胀系数和优异的高温化学稳定性，但其热导率相对较高、韧性较差，且从室温到高温条件下相稳定性较差。此外，不论是稀土锆酸盐还是锆酸锶，由其制备的热障涂层的热循环寿命相对较短。
目前，上述材料的制备方法主要是高温固相反应法，以SrCO3、Ln2O3（Ln=La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）和ZrO2为原料，经球磨、烘干、煅烧合成，煅烧温度通常在1400℃以上，煅烧时间长，需要多次重复上述过程才能得到所需粉体材料，由此粉体制备的块材的晶粒尺寸较大，使得块材的热导率相对较高、力学性能相对较差。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种具有低热导率、高韧性的热障涂层材料、热障涂层及其制备方法。
一种热障涂层材料，该热障涂层材料的化学组成为[(La1-xRx)2Zr2O7]y(SrZrO3)1-y ，其中，0≤x≤0.5，0.3≤y≤0.7，R为Nd，Sm，Eu，Gd，Dy中一种或一种以上的组合。
作为上述实施方式的进一步改进，所述热障涂层材料为(La2Zr2O7)0.3(SrZrO3)0.7、(La2Zr2O7)0.5(SrZrO3)0.5、(La2Zr2O7)0.7(SrZrO3)0.3、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3中的任意一种。
一种热障涂层材料的制备方法，该制备方法包括：
以Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O为原料，按（1-x）y：2xy：（1+y）：（1-y）摩尔比混合，其中，0≤x≤0.5，0.3≤y≤0.7，R为Nd，Sm，Eu，Gd，Dy中一种或一种以上的组合；
将所述原料用去离子水配制成透明溶液；
在搅拌下将所述透明溶液添加到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，得悬浮液；
将所述悬浮液陈化后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀，得滤饼；
所述滤饼经干燥、煅烧后，即可获得热障涂层材料成品。
作为上述实施方式的进一步改进，所述滤饼在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时后，获得前驱体。
作为上述实施方式的进一步改进，所述前驱体在900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，获得热障涂层材料成品。
一种热障涂层，其包括依次叠设的镍基高温合金基体、金属黏结层和陶瓷层，所述金属粘结层为MCrAlY系列的合金材料，M为Ni、Co和Fe中一种或两种以上组合，所述陶瓷层为上述所述的热障涂层材料。
作为上述实施方式的进一步改进，所述热障涂层还包括夹设于所述金属粘结层和所述陶瓷层之间的8YSZ陶瓷层。
作为上述实施方式的进一步改进，所述金属粘结层、陶瓷层和8YSZ陶瓷层采用等离子喷涂法或电子束物理气相沉积法叠设于所述镍基高温合金基体表面。
相较于现有技术，本发明提供的热障涂层材料具有较低的热导率和较高的断裂韧性，热导率约为0.6~1.3W·m-1·K-1，断裂韧性约为1.6~2.1 MPa·m1/2，而且所述热障涂层材料在室温~1450℃温度范围内具有很好的相稳定性，经1450℃温度长期热处理后，所述热障涂层材料的相态几乎不再变化，在同等温度条件下，所述热障涂层材料的热导率比La2Zr2O7和SrZrO3的热导率分别降低20%和40%以上。此外，本发明提供的热障涂层材料的制备方法简单、原料丰富易得、成本适中，同时，本发明提供的热障涂层具有较低的热导率和较高的断裂韧性。
附图说明
图1是本发明提供的热障涂层一较佳实施方式的结构示意图；
图2是本发明提供的热障涂层另一较佳实施方式的结构示意图；
图3为实施例2提供的热障涂层材料的XRD图谱；
图4为实施例2提供的热障涂层材料1450℃温度下经不同热处理时间的XRD图谱；
图5为实施例1~3中热障涂层材料的热导率曲线图；
图6为实施例1~3中热障涂层材料的断裂韧性图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
本发明的目的在于提供一种热障涂层材料，其化学组成为[(La1-xRx)2Zr2O7]y(SrZrO3)1-y ，其中，0≤x≤0.5，0.3≤y≤0.7，R为Nd，Sm，Eu，Gd，Dy中一种或一种以上的组合。
本发明实施例中，所述热障涂层材料可以为(La2Zr2O7)0.3(SrZrO3)0.7、(La2Zr2O7)0.5(SrZrO3)0.5、(La2Zr2O7)0.7(SrZrO3)0.3、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3中的任意一种。
本发明的另一个目的是提供一种上述热障涂层材料的制备方法，该制备方法可以包括：
步骤S1：以Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O为原料，按（1-x）y：2xy：（1+y）：（1-y）摩尔比混合，其中，0≤x≤0.5，0.3≤y≤0.7，R为Nd，Sm，Eu，Gd，Dy中一种或一种以上的组合；
步骤S2：将所述原料用去离子水配制成透明溶液；
步骤S3：在搅拌下将所述透明溶液添加到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，得悬浮液；
具体地，先将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后将所述透明溶液逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌并保持溶液pH值介于10~11之间。
步骤S4：将所述悬浮液陈化后抽滤，通常需陈化6~12小时后再抽滤，在抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，得滤饼；
步骤S5：所述滤饼经干燥、煅烧后，即制得热障涂层材料成品。
具体地，先所述滤饼在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时后，得到前驱体，然后将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得热障涂层材料成品。
本发明还提供一种采用上述热障涂层材料制备的热障涂层，如图1所示，其包括依次叠设的镍基高温合金基体10、金属黏结层20和陶瓷层30，其中，所述金属粘结层20为MCrAlY系列的合金材料，M为Ni、Co和Fe中一种或两种以上组合，所述陶瓷层30为上述的热障涂层材料。该热障涂层属于单陶瓷层热障涂层体系。
作为上述实施方式的进一步改进，如图2所示，所述热障涂层还包括夹设于所述金属粘结层20和所述陶瓷层30之间的8YSZ陶瓷层40，所述8YSZ陶瓷层是参杂8%mol钇稳定的氧化锆。该热障涂层属于双陶瓷层热障涂层体系。
所述金属粘结层20、所述陶瓷层30和8YSZ陶瓷层40均可以采用等离子喷涂法或电子束物理气相沉积法叠设于所述镍基高温合金基体10表面。
实施例1
制备热障涂层材料 (La2Zr2O7)0.3(SrZrO3)0.7粉末：将Sr(NO3)2、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.3:1.3:0.7摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120oC、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用(La2Zr2O7)0.3(SrZrO3)0.7粉末制备(La2Zr2O7)0.3(SrZrO3)0.7块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用(La2Zr2O7)0.3(SrZrO3)0.7喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用电子束物理气相沉积技术沉积一层厚约130μm的NiCrAlY金属粘结层，然后在NiCrAlY金属粘结层表面采用等离子喷涂技术沉积一层厚约300μm的(La2Zr2O7)0.3(SrZrO3)0.7陶瓷层，得到热障涂层，该热障涂层属于单陶瓷层热障涂层体系。
实施例2
用实施例1的方法制备热障涂层材料 (La2Zr2O7)0.5(SrZrO3)0.5粉末：将Sr(NO3)2、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.5:1.5:0.5摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。图3是所述前驱体粉末在1200℃煅烧2小时的XRD图谱，从图中可看出，所制得的热障涂层材料是SrZrO3和La2Zr2O7的复合材料。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用(La2Zr2O7)0.5(SrZrO3)0.5粉末制备(La2Zr2O7)0.5(SrZrO3)0.5块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用(La2Zr2O7)0.5(SrZrO3)0.5喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用电子束物理气相沉积技术沉积一层厚约150μm的FeCrAlY金属粘结层，然后在所述FeCrAlY金属粘结层表面采用电子束物理气相沉积技术依次沉积一层厚约100μm的8YSZ陶瓷层和一层厚约100μm的(La2Zr2O7)0.5(SrZrO3)0.5陶瓷层，该热障涂层属于双陶瓷层热障涂层体系。
实施例3
用实施例1的方法制备热障涂层材料 (La2Zr2O7)0.7(SrZrO3)0.3粉末：将Sr(NO3)2、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.7:1.7:0.3摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用(La2Zr2O7)0.7(SrZrO3)0.3粉末制备(La2Zr2O7)0.7(SrZrO3)0.3块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用(La2Zr2O7)0.7(SrZrO3)0.3喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用等离子喷涂技术沉积一层厚约200μm的CoCrAlY金属粘结层，然后在所述CoCrAlY金属粘结层表面采用等离子喷涂技术沉积一层厚约400μm的(La2Zr2O7)0.7(SrZrO3)0.3陶瓷层，该热障涂层属于单陶瓷层热障涂层体系。
实施例4
用实施例1的方法制备热障涂层材料[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7粉末：将Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.21:0.18:1.3:0.7摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7粉末制备[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用电子束物理气相沉积技术沉积一层厚约150μm的NiCoCrAlY金属粘结层，然后在所述NiCoCrAlY金属粘结层表面采用电子束物理气相沉积技术依次沉积一层厚约100μm的8YSZ陶瓷层和一层厚约250μm的[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7陶瓷层，该热障涂层属于单陶瓷层热障涂层体系。
实施例5
用实施例1的方法制备热障涂层材料[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5粉末：将Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.35:0.3:1.5:0.5摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5粉末制备[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用电子束物理气相沉积技术沉积一层厚约150μm的FeCoCrAlY金属粘结层，然后在所述FeCoCrAlY金属粘结层表面采用等离子喷涂技术依次沉积一层厚约200μm的8YSZ陶瓷层和一层厚约200μm的[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5陶瓷层，该热障涂层属于双陶瓷层热障涂层体系。
实施例6
用实施例1的方法制备热障涂层材料[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3粉末：将Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.49:0.42:1.7:0.3摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3粉末制备[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用等离子喷涂技术沉积一层厚约200μm的CoCrAlY金属粘结层，然后在所述CoCrAlY金属粘结层表面采用等离子喷涂技术沉积一层厚约300μm的[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3陶瓷层，该热障涂层属于单陶瓷层热障涂层体系。
实施例7
用实施例1的方法制备热障涂层材料[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7粉末：将Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.15:0.3:1.3:0.7摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7粉末制备[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用等电子束物理气相沉积技术沉积一层厚约100μm的NiCrAlY金属粘结层，然后在所述NiCrAlY金属粘结层表面采用等离子喷涂技术沉积一层厚约500μm的[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7陶瓷层，该热障涂层属于单陶瓷层热障涂层体系。
实施例8
用实施例1的方法制备热障涂层材料[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5粉末：将Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.25:0.5:1.5:0.5摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5粉末制备[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用等离子喷涂技术沉积一层厚约150μm的FeCrAlY金属粘结层，然后在所述FeCrAlY金属粘结层表面采用等离子喷涂技术依次沉积一层厚约200μm的8YSZ陶瓷层和一层厚约250μm的[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5陶瓷层，该热障涂层属于双陶瓷层热障涂层体系。
实施例9
用实施例1的方法制备热障涂层材料[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3粉末：将Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O按0.35:0.7:1.7:0.3摩尔比混合，加入去离子水配制成透明溶液，将所述透明溶液移入分液漏斗中，然后逐滴滴入到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，在滴加过程中使用磁力搅拌器强力搅拌，整个滴加过程中保持溶液的pH值介于10~11之间，将获得的悬浮液陈化6~12小时后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀至中性，再将滤饼放入真空干燥箱中在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时，得到前驱体，将所述前驱体研磨成粉末后置于900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，即可获得所需的热障涂层材料粉末。
上述热障涂层材料粉末用喷雾造粒制成高流动性粉末或者制备成陶瓷料棒用于等离子喷涂或电子束物理气相沉积。
用[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3粉末制备[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3块材：在上述得到的热障涂层材料粉末中加入1~5wt.%粘结剂（PVA）并充分研磨，将研磨好的粉末放入不锈钢模具在30~60MPa下冷压成型，然后在1200~1500℃、空气气氛下烧结4~12小时，即可获得致密度大于95%的热障涂层材料块材。
用[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3喷雾造粒粉末制备热障涂层：首先在镍基高温合金基体表面采用电子束物理气相沉积技术沉积一层厚约170μm的CoCrAlY金属粘结层，然后在所述CoCrAlY金属粘结层表面采用电子束物理气相沉积技术沉积一层厚约350μm的[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3陶瓷层，该热障涂层属于单陶瓷层热障涂层体系。
请参阅图4，其为实施例2提供的热障涂层材料1450℃温度下经不同热处理时间的XRD图谱。从图中可知，所述热障涂层材料经1450℃温度长时间处理后，其相态基本达到稳定，不再变化，说明所述热障涂层材料具有很高的相稳定性。
请再参阅图5和图6，其中图5为实施例1~3中热障涂层材料的热导率曲线图，图6为实施例1~3中热障涂层材料的断裂韧性图。从图中可知，所制得的热障涂层材料具有较低的热导率和较高的断裂韧性，其热导率为0.6~1.3W·m-1·K-1，断裂韧性为1.6~2.1MPa·m1/2。
相较于现有技术，本发明提供的热障涂层材料具有较低的热导率和较高的断裂韧性，热导率约为0.6~1.3W·m-1·K-1，断裂韧性约为1.6~2.1 MPa·m1/2，而且所述热障涂层材料在室温~1450℃温度范围内具有很好的相稳定性，经1450℃温度长时间热处理后，所述热障涂层材料的相态几乎不再变化，在同等温度条件下，所述热障涂层材料的热导率比La2Zr2O7和SrZrO3的热导率分别降低20%和40%以上。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种热障涂层材料，其特征在于，该热障涂层材料的化学组成为[(La1-xRx)2Zr2O7]y(SrZrO3)1-y ，其中，0≤x≤0.5，0.3≤y≤0.7，R为Nd，Sm，Eu，Gd，Dy中一种或一种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的热障涂层材料，其特征在于，所述热障涂层材料为(La2Zr2O7)0.3(SrZrO3)0.7、(La2Zr2O7)0.5(SrZrO3)0.5、(La2Zr2O7)0.7(SrZrO3)0.3、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5、[(La0.7R0.3)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.3(SrZrO3)0.7、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.5(SrZrO3)0.5、[(La0.5R0.5)2Zr2O7]0.7(SrZrO3)0.3中的任意一种。
3.一种热障涂层材料的制备方法，用于制备如权利要求1所述的热障涂层材料，其特征在于，该制备方法包括：
以Sr(NO3)2、R(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O为原料，按（1-x）y：2xy：（1+y）：（1-y）摩尔比混合，其中，0≤x≤0.5，0.3≤y≤0.7，R为Nd，Sm，Eu，Gd，Dy中一种或一种以上的组合；
将所述原料用去离子水配制成透明溶液；
在搅拌下将所述透明溶液添加到适量的稀氨水或者草酸铵溶液中，得悬浮液；
将所述悬浮液陈化后抽滤，抽滤时用去离子水反复洗涤沉淀，得滤饼；
所述滤饼经干燥、煅烧后，即可获得热障涂层材料成品。
4.根据权利要求3所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，所述滤饼在80~120℃、真空条件下干燥12~24小时后，获得前驱体。
5.根据权利要求4所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体在900~1200℃、空气气氛下煅烧1~4小时，获得热障涂层材料成品。
6.一种热障涂层，其包括依次叠设的镍基高温合金基体、金属黏结层和陶瓷层，其特征在于，所述金属粘结层为MCrAlY系列的合金材料，M为Ni、Co和Fe中一种或两种以上组合，所述陶瓷层为如权利要求1所述的热障涂层材料。
7.根据权利要求6所述的热障涂层，其特征在于，所述热障涂层还包括夹设于所述金属粘结层和所述陶瓷层之间的8YSZ陶瓷层。
8.根据权利要求6或7所述的热障涂层，其特征在于，所述金属粘结层、陶瓷层和8YSZ陶瓷层采用等离子喷涂法或电子束物理气相沉积法叠设于所述镍基高温合金基体表面。
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