CN106588042A - 一种三元稀土掺杂ysz热障涂层材料及其制备方法 - Google Patents

一种三元稀土掺杂ysz热障涂层材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106588042A
CN106588042A CN201611031256.4A CN201611031256A CN106588042A CN 106588042 A CN106588042 A CN 106588042A CN 201611031256 A CN201611031256 A CN 201611031256A CN 106588042 A CN106588042 A CN 106588042A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ternary
barrier coat
heat barrier
powder
coat materials
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.)
Withdrawn
Application number
CN201611031256.4A
Other languages
English (en)
Inventor
王全胜
陈东
柳彦博
李金宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201611031256.4A priority Critical patent/CN106588042A/zh
Publication of CN106588042A publication Critical patent/CN106588042A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/66—Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62222—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明涉及一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料及其制备方法，属于涂层材料领域。该热障涂层材料组成以摩尔百分比计为：xLa2O3‑yGd2O3‑yYb2O3‑4.0～4.5Y2O3‑89～93ZrO2，所有物质的摩尔总含量为100，x为0～1.5，y为1.5～2.5。本发明所述的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的热导率与一元或二元掺杂YSZ热障涂层材料比热导率低10～20％，在高温长时间保温条件下能够保持原有相结构，保持优异的隔热性能及抗烧结性能，可满足航空发动机和地面燃气轮机热端部件热障涂层在高温下长时间服役。

Description

一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料及其制备方法，具体涉及三元稀土掺杂氧化钇部分稳定氧化锆材料成分设计及其制备方法。属于涂层材料领域。
背景技术
热障涂层是提高涡轮发动机和燃气轮机热端部件使用温度最有效的手段，是先进航空发动机和燃气轮机不可或缺的关键技术之一。目前在燃气轮机中应用最为经典的热障涂层材料为8YSZ(7～8wt％Y2O3部分稳定ZrO2)，其优势是具有高热膨胀系数、低热导率和低弹性模量。随着涡轮发动机向高推重比发展，进口温度不断提高，如推重比12～15的一级发动机要求涂层工作温度达到1400℃以上，而YSZ涂层使用温度超过1200℃时会由于相变和烧结导致涂层失效，已经不能适应先进燃气轮机更高的涡轮前温度下长寿命服役的要求。为满足新型热障涂层的应用需求，必须开发新一代耐高温、高隔热的热障涂层材料。
稀土氧化物具有较高的化学稳定性和熔点，能在ZrO2晶格中有限固溶，因此稀土元素被用作ZrO2的高温稳定元素以期改善和提高传统YSZ热障涂层性能。目前的稀土氧化物掺杂改性研究主要集中在YSZ基材料基础上添加其他一种或者两种稀土元素。但是单一稀土元素掺杂仅能提高涂层某种性能，往往会忽视其他性能。两种稀土稳定剂共同掺杂可在一定程度上改善单一元素稳定时所产生的不足，但其热导率、相稳定性和抗烧结性能还不足以满足热障涂层所要求的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料，该热障涂层材料拥有较低的热导率，在高温长时间保温条件下具有优良的抗烧结性能，能够实现高温长时间保持原有相结构，较长时间保持优异的隔热性能。本发明的目的之二在于提供一种制备所述三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的方法。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案：
一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料，所述热障涂层材料组成以摩尔百分比计为：xLa2O3-yGd2O3-yYb2O3-4.0～4.5Y2O3-89～93ZrO2，所有物质的摩尔总含量为100，x为0～1.5，y为1.5～2.5。
一种本发明所述三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的制备方法，所述方法的具体步骤如下：
步骤1.将0.1～3μm的La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料去除水分和杂质，得到洁净的粉末原料。
步骤2.将洁净的La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料按照摩尔比为0:1.5:1.5:4.0:93～1.5:2.5:2.5:4.5:89装入球磨罐中，加入无水乙醇和氧化锆球，氧化锆球质量：粉末原料：无水乙醇质量＝3:1:1～5:1:1，得到混合物。
步骤3.将上述所得混合物进行机械球磨2～4h，将球磨后的悬浊液蒸发干燥得到充分干燥的粉末。
步骤4.将上述干燥后的粉末研磨3分钟以上，然后经1500℃～1550℃高温烧结10～12h后冷却至室温，得到三元掺杂的氧化锆基粉末。
步骤5.将所述氧化锆基粉末经研磨至粒径达到1mm以下，放入球磨罐中，加入氧化锆磨球，球磨5～10min，氧化锆磨球质量：氧化锆基粉末质量＝5:1～7:1。
步骤6.球磨后的粉末经筛分得到粒度为0.2～2μm的粉末，即本发明所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料。
优选的，步骤1中氧化物原料去除水分和杂质的方法为：将所述的氧化物原料分别装入不同的刚玉坩埚，并置于箱式电阻炉中经900～1100℃焙烧1～2h，冷却至室温。
优选的，步骤2中球磨罐为聚氨酯或尼龙球磨罐。
优选的，步骤3中机械球磨操作在行星式球磨机中进行；蒸发干燥的方法为：将球磨混合好的悬浊液倒入容器中，在旋转蒸发仪上水浴加热干燥至乙醇挥发完全，干燥后的粉末置于干燥箱中干燥20～24h，干燥温度为80～120℃。
优选的，步骤4中所述的高温烧结是将研磨后的粉末装入刚玉坩埚中进行的。
优选的，步骤5所述的研磨操作使用玛瑙研磨钵进行。
优选的，步骤6中筛分操作使用标准检验筛进行。
有益效果
(1)本发明所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料拥有较低的热导率，与一元或者二元掺杂YSZ相比热导率降低10-20％，在高温长时间保温条件下具有优良的抗烧结性能，能够实现高温长时间保持原有相结构，较长时间保持优异的隔热性能。
(2)本发明所述的制备一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的方法，该方法操作简单精准，成本低，可靠性强。
附图说明
图1为实施例1中制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(LaGYYSZ)及对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(GYYSZ)的热导率图。
图2为实施例1中制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(LaGYYSZ)1400℃保温150小时前后XRD图谱。
图3为实施例1制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料及对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料在1400℃保温条件下密度随时间变化曲线。
图4为实施例1中制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(LaGYYSZ)热膨胀系数图，测试温度为室温至1400℃。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述，但实施例并不限制本发明的保护范围。
对以下实施例制备得到的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(LaGYYSZ)及对比实施例进行如下测试：
(1)热导率测试：
采用LAF-427激光闪射仪测试材料热导率，测试条件：Ar气保护，表面涂覆石墨；测试温度为600℃、800℃、1000℃。
(2)X射线衍射分析：
采用荷兰PANalytical公司生产的X’Pert PRO MPD型多晶X射线衍射分析仪进行分析；试验条件：Cu靶，Kα，Ni滤波片；管电压40kV，管电流40mA；狭缝尺寸DS＝0.957°，PSD＝2.12，扫描速度4℃/min，1400℃保温150h；
(3)热膨胀系数：
利用NETZSCH DIL402C型热膨胀分析仪进行检测；测试条件：10-2mbar，加热速率：5K/min；测试范围：室温至1400℃。
(4)抗烧结性能测试：
热障涂层的抗烧结性能通常是通过密度变化率或体积变化率来衡量，通过测量一定热处理后材料的密度变化从而评价材料的抗烧结性能。利用排水法测试无压烧结炉对烧结体密度进行测量，从而体现材料抗烧结性能检测：将试样用无水乙醇清洗干净，充分烘干，用MA260S型电子天平(精度0.0001g)测量试样的质量m1。将试样置于沸水域中保温15min，测量试样水中质量m2，通过公式计算材料的实际密度；测试条件：1400℃，加热速率：5K/min；测试范围：0～150h。
所用的试剂原料：
所用的仪器：
以下实施例和对比实施例中步骤5中得到的粉末在常温下2MPa压制成25×4×4mm长方体和Φ12.7×1.5mm圆柱体的试样，试样经200MPa冷等静压5min后放入马弗炉中1500℃烧结6h，得到分别用于热膨胀系数和热导率测试的样品，烧结时间较短，所制得的样品性能基本与原材料一致。
对比实施例
1.将0.1-3μm Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料分别装入不同的刚玉坩埚，并且置于箱式电阻炉中经1000℃焙烧2小时，随炉冷却至室温，去除粉末原料中吸附的水分和杂质；
2.按照配比精确称量所需Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料的质量，其中各粉末原料摩尔比为2.0:2.0:4.5:91.5，并装入聚氨酯球磨中，加入无水乙醇和氧化锆球，氧化锆球质量：粉末原料质量：无水乙醇质量＝4:1:1，得到混合物；
3.将上述所得混合物置于行星式球磨机中机械经球磨3小时，球磨转速350rpm/min；球磨混合好的悬浊液倒入茄型瓶中，在旋转蒸发仪上旋蒸干燥，水浴温度70℃，转速70rpm/min；干燥后的粉末在干燥箱中干燥24小时，干燥温度100℃；
4.将上述干燥后的研磨3分钟，所得的粉末装入刚玉坩埚中在空气气氛下，经1500℃高温烧结10小时随炉冷却，得到二元掺杂的氧化锆基粉末；
5.将上述得到的氧化锆基粉末放入玛瑙研磨钵中研磨至粒径达到1mm以下，再放入球磨罐中，加入氧化锆磨球，球磨5～10min。
6.经球磨破碎后的粉末经标准检验筛筛分得到所述的对比实施例一种二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料。
实施例1
1.将0.1-3μm La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料分别装入不同的刚玉坩埚，并且置于箱式电阻炉中经1000℃焙烧2小时，随炉冷却至室温，去除粉末原料中吸附的水分和杂质；
2.按照配比精确称量所需La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料的质量，其中各粉末原料摩尔比为0.5:1.5:1.5:4.0:92.5，并装入聚氨酯球磨中，加入无水乙醇和氧化锆球，氧化锆球质量：粉末原料质量：无水乙醇质量＝4:1:1，得到混合物；
3.将上述所得混合物置于行星式球磨机中机械经球磨3小时，球磨转速350rpm/min；球磨混合好的悬浊液倒入茄型瓶中，在旋转蒸发仪上旋蒸干燥，水浴温度70℃，转速70rpm/min；干燥后的粉末在干燥箱中干燥24小时，干燥温度100℃；
4.将上述干燥后的粉末研磨3分钟，所得的粉末装入刚玉坩埚中在空气气氛下，经1500℃高温烧结10小时随炉冷却得到三元掺杂的氧化锆基粉末；
5.将上述得到的氧化锆基粉末放入玛瑙研磨钵中研磨至粒径达到1mm以下，再放入球磨罐中，加入氧化锆磨球，球磨5min，氧化锆磨球质量：氧化锆基粉末质量＝5:1。
6.球磨破碎后的粉末经标准检验筛筛分得到粒度为0.2～2μm的粉末，即本发明所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料。
对本实施例制备得到的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料进行检测，结果如下：
图1为实施例1制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(LaGYYSZ)及对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(GYYSZ)的热导率图。La2O3、Gd2O3和Yb2O3掺杂的YSZ热障涂层材料比二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的热导率低10％。
图2为实施例1制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料未经热处理(下面的曲线)及经1400℃保温150小时后(上面的曲线)的XRD图谱。可以发现，热处理前后没有其他相的峰出现，即没有发现发生相变，表明材料在高温条件下具有良好的相稳定性，适用于高温长时间服役热障涂层。
图3为实施例1制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料及对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料在1400℃保温条件下密度随时间变化曲线，随时间的增长趋势较对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料有明显放缓现象，可以发现三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料表现出明显优于二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的抗烧结性能。
图4为实施例1制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料热膨胀系数图，测试温度为室温至1400℃。可以看出，室温至200℃时，热膨胀系数上升较快，之后随温度增加平稳增加，高温阶段(1000-1400℃)热膨胀系数达到10.6～11.2×10-6K-1，与8YSZ(10～11×10-6K-1)粉末材料接近，略有提高。
实施例2
1.将0.1-3μm La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料分别装入不同的刚玉坩埚，并且置于箱式电阻炉中经1000℃焙烧2小时，随炉冷却至室温，去除粉末原料中吸附的水分和杂质；
2.按照配比精确称量所需La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料的质量，其中各粉末原料摩尔比为1.0:2.0:2.0:4.2:90.8，并装入聚氨酯球磨中，加入无水乙醇和氧化锆球，氧化锆球质量：粉末原料质量：无水乙醇质量＝4.5:1:1；
3.将上述所得混合物置于行星式球磨机中机械经球磨3小时，球磨转速350rpm/min；球磨混合好的悬浊液倒入茄型瓶中，在旋转蒸发仪上旋蒸干燥，水浴温度70℃，转速70rpm/min；干燥后的粉末在干燥箱中干燥24小时，干燥温度100℃；
4.将上述干燥后的粉末研磨3分钟，所得的粉末装入刚玉坩埚中在空气气氛下，经1530℃高温烧结10小时随炉冷却得到三元掺杂的氧化锆基粉末；
5.将上述得到的氧化锆基粉末放入玛瑙研磨钵中研磨至粒径达到1mm以下，再放入球磨罐中，加入氧化锆磨球，球磨8min，氧化锆磨球质量：氧化锆基粉末质量＝6:1。
6.球磨破碎后的粉末经标准检验筛筛分得到粒度为0.2～2μm的粉末，即本发明所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料。
经测试，实施例2制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的热导率为0.91W/mK(1000℃)，比对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(1.12W/mK，1000℃)低20％。
实施例2制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料未经热处理及经1400℃保温150小时后的XRD图谱都未发现其他相的峰出现，即没有发生相变，表明材料在高温条件下具有良好的相稳定性，适用于高温长时间服役热障涂层。
实施例2制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料在1400℃保温条件下密度随时间的增长趋势较对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料有明显放缓现象，可以发现三元稀土掺杂YSZ材料表现出明显优于二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的抗烧结性能。
实施例2制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料热膨胀系数在室温至200℃时，热膨胀系数上升较快，随后随温度增加平稳增加，高温阶段(1000-1400℃)热膨胀系数达到10.8～11.4×10-6K-1，与8YSZ(10～11×10-6K-1)相比略有提升。
实施例3
1.将0.1-3μm La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料分别装入不同的刚玉坩埚，并且置于箱式电阻炉中经1000℃焙烧2小时，随炉冷却至室温，去除粉末原料中吸附的水分和杂质；
2.按照配比精确称量所需La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料的质量，其中各粉末原料摩尔比为1.5:2.5:2.5:4.5:89，并装入聚氨酯球磨中，加入无水乙醇和氧化锆球，氧化锆球质量：粉末原料质量：无水乙醇质量＝5:1:1，得到混合物；
3.将上述所得混合物置于行星式球磨机中机械经球磨3小时，球磨转速350rpm/min；球磨混合好的悬浊液倒入茄型瓶中，在旋转蒸发仪上旋蒸干燥，水浴温度70℃，转速70rpm/min；干燥后的粉末在干燥箱中干燥24小时，干燥温度100℃；
4.将上述干燥后粉末研磨3分钟，所得的粉末装入刚玉坩埚中在空气气氛下，经1550℃高温烧结10小时随炉冷却得到三元掺杂的氧化锆基粉末；
5.将上述得到的氧化锆粉末放入玛瑙研磨钵中研磨至粒径达到1mm以下，再放入球磨罐中，加入氧化锆磨球，球磨10min，氧化锆磨球质量：氧化锆基粉末质量＝5:1。
6.经球磨破碎后的粉末经标准检验筛筛分得到粒度为0.2～2μm的粉末，即本发明所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料。
经测试，实施例3制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料热导率为0.89W/mK(1000℃)，比二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料(1.12W/mK，1000℃)的低20％。
实施例3制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料未经热处理及经1400℃保温150小时后的XRD图谱都未发现其他相的峰出现，即没有发生相变，表明材料在高温条件下具有良好的相稳定性，适用于高温长时间服役热障涂层。
实施例3制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料在1400℃保温条件下密度随时间的增长趋势较对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料有明显放缓，可以发现三元稀土掺杂YSZ材料表现出明显优于对比实施例制备的二元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的抗烧结性能。
实施例3制备的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料热膨胀系数在室温至200℃时，热膨胀系数上升较快，之后随温度增加平稳增加，高温阶段(1000-1400℃)热膨胀系数达到10.3～10.6×10-6K-1，与8YSZ(10～11×10-6K-1)相差不大。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料，其特征在于：所述热障涂层材料组成以摩尔百分比计为：xLa2O3-yGd2O3-yYb2O3-4.0～4.5Y2O3-89～93ZrO2，所有物质的摩尔总含量为100，x为0～1.5，y为1.5～2.5。
2.一种如权利要求1所述的三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
步骤1.将0.1～3μm的La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3和ZrO2粉末原料去除水分和杂质，得到洁净的粉末原料；
步骤2.将洁净的粉末原料按照摩尔比为0:1.5:1.5:4.0:93～1.5:2.5:2.5:4.5:89装入球磨罐中，加入无水乙醇和氧化锆球，氧化锆球质量：粉末原料：无水乙醇质量＝3:1:1～5:1:1，得到混合物；
步骤3.将上述所得混合物进行机械球磨2～4h，将球磨后的悬浊液蒸发干燥得到充分干燥的粉末；
步骤4.将上述干燥后的粉末研磨3分钟以上，然后经1500℃～1550℃高温烧结10～12h后冷却至室温，得到三元掺杂的氧化锆基粉末；
步骤5.将所述氧化锆基粉末经研磨至粒径达到1mm以下，放入球磨罐中，加入氧化锆磨球，球磨5～10min，氧化锆磨球质量：氧化锆基粉末质量＝5:1～7:1；
步骤6.球磨后的粉末经筛分得到粒度为0.2～2μm的粉末，即所述一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料。
3.如权利要求2所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤1中氧化物原料去除水分和杂质的方法为：将所述的氧化物原料分别装入不同的刚玉坩埚，并置于箱式电阻炉中经900～1100℃焙烧1～2h，冷却至室温。
4.如权利要求2或3所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤2中球磨罐为聚氨酯或尼龙球磨罐。
5.如权利要求2或3所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤3中机械球磨操作在行星式球磨机中进行；蒸发干燥的方法为：将球磨混合好的悬浊液倒入容器中，在旋转蒸发仪上水浴加热干燥至乙醇挥发完全，干燥后的粉末置于干燥箱中干燥20～24h，干燥温度为80～120℃。
6.如权利要求2或3所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤4中所述的高温烧结是将研磨后的粉末装入刚玉坩埚中进行的。
7.如权利要求2或3所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤5所述的研磨操作使用玛瑙研磨钵进行。
8.如权利要求2或3所述的一种三元稀土掺杂YSZ热障涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤6中筛分操作使用标准检验筛进行。
CN201611031256.4A 2016-11-18 2016-11-18 一种三元稀土掺杂ysz热障涂层材料及其制备方法 Withdrawn CN106588042A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611031256.4A CN106588042A (zh) 2016-11-18 2016-11-18 一种三元稀土掺杂ysz热障涂层材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611031256.4A CN106588042A (zh) 2016-11-18 2016-11-18 一种三元稀土掺杂ysz热障涂层材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106588042A true CN106588042A (zh) 2017-04-26

Family

ID=58592506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611031256.4A Withdrawn CN106588042A (zh) 2016-11-18 2016-11-18 一种三元稀土掺杂ysz热障涂层材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106588042A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107585787A (zh) * 2017-08-30 2018-01-16 昆明工匠涂层科技有限公司 Sm‑Eu‑Dy三稀土离子钽酸盐及其制备方法与应用
CN111978087A (zh) * 2019-05-22 2020-11-24 北京理工大学 一种复合材料及其制备方法和应用
CN113045309A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有低热导率的氧化锆基热障涂层材料及其制备方法和应用
CN113773075A (zh) * 2021-09-22 2021-12-10 湘潭大学 一种抗cmas侵蚀的锆钽系热障涂层材料及其制备方法
CN114478005A (zh) * 2022-03-02 2022-05-13 北京理工大学 一种四方相热障涂层材料及其制备方法
CN114538922A (zh) * 2022-03-22 2022-05-27 北京理工大学 一种用于氧化锆的多主组元掺杂剂
CN116656156A (zh) * 2023-05-30 2023-08-29 青岛科技大学 一种N-MXene/8YSZ:Eu3+温敏热障涂层材料的制备方法
WO2023186094A1 (zh) * 2022-04-02 2023-10-05 华东理工大学 一种热障涂层及其制备方法
WO2024021268A1 (zh) * 2022-07-29 2024-02-01 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 多元素高熵掺杂氧化锆基陶瓷材料及其制备方法和应用
CN117658629A (zh) * 2023-12-01 2024-03-08 杭钢金属陶瓷(安吉)有限公司 一种多元复合稳定氧化锆热障涂层材料及其制备方法
CN116656156B (zh) * 2023-05-30 2024-06-04 青岛科技大学 一种N-MXene/8YSZ:Eu3+温敏热障涂层材料的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101767987A (zh) * 2010-02-01 2010-07-07 中国地质大学（北京） 一种用于热障涂层陶瓷层的钇铒铝酸盐粉体及其制备方法
CN103159478A (zh) * 2011-12-08 2013-06-19 西南科技大学 一种Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96复相热障涂层材料
CN103159479A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 西南科技大学 一种Gd2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96复相热障涂层材料

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101767987A (zh) * 2010-02-01 2010-07-07 中国地质大学（北京） 一种用于热障涂层陶瓷层的钇铒铝酸盐粉体及其制备方法
CN103159478A (zh) * 2011-12-08 2013-06-19 西南科技大学 一种Nd2O3-Yb2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96复相热障涂层材料
CN103159479A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 西南科技大学 一种Gd2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96复相热障涂层材料

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈东等: "多元稀土掺杂ZrO2 粉末制备与涂层性能研究", 《热喷涂技术》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107585787A (zh) * 2017-08-30 2018-01-16 昆明工匠涂层科技有限公司 Sm‑Eu‑Dy三稀土离子钽酸盐及其制备方法与应用
CN111978087A (zh) * 2019-05-22 2020-11-24 北京理工大学 一种复合材料及其制备方法和应用
CN113045309A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有低热导率的氧化锆基热障涂层材料及其制备方法和应用
CN113773075A (zh) * 2021-09-22 2021-12-10 湘潭大学 一种抗cmas侵蚀的锆钽系热障涂层材料及其制备方法
CN113773075B (zh) * 2021-09-22 2023-08-18 湘潭大学 一种抗cmas侵蚀的锆钽系热障涂层材料及其制备方法
CN114478005B (zh) * 2022-03-02 2023-02-21 北京理工大学 一种四方相热障涂层材料及其制备方法
CN114478005A (zh) * 2022-03-02 2022-05-13 北京理工大学 一种四方相热障涂层材料及其制备方法
CN114538922A (zh) * 2022-03-22 2022-05-27 北京理工大学 一种用于氧化锆的多主组元掺杂剂
WO2023186094A1 (zh) * 2022-04-02 2023-10-05 华东理工大学 一种热障涂层及其制备方法
WO2024021268A1 (zh) * 2022-07-29 2024-02-01 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 多元素高熵掺杂氧化锆基陶瓷材料及其制备方法和应用
CN116656156A (zh) * 2023-05-30 2023-08-29 青岛科技大学 一种N-MXene/8YSZ:Eu3+温敏热障涂层材料的制备方法
CN116656156B (zh) * 2023-05-30 2024-06-04 青岛科技大学 一种N-MXene/8YSZ:Eu3+温敏热障涂层材料的制备方法
CN117658629A (zh) * 2023-12-01 2024-03-08 杭钢金属陶瓷(安吉)有限公司 一种多元复合稳定氧化锆热障涂层材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106588042A (zh) 一种三元稀土掺杂ysz热障涂层材料及其制备方法
Zhuang et al. Phase transformation and grain-boundary segregation in Al-Doped Li7La3Zr2O12 ceramics
Dikmen Effect of co-doping with Sm3+, Bi3+, La3+, and Nd3+ on the electrochemical properties of hydrothermally prepared gadolinium-doped ceria ceramics
Chourashiya et al. Studies on structural, morphological and electrical properties of Ce1− xGdxO2−(x/2)
Dikmen et al. Hydrothermal preparation and electrochemical properties of Gd3+ and Bi3+, Sm3+, La3+, and Nd3+ codoped ceria-based electrolytes for intermediate temperature-solid oxide fuel cell
Liu et al. Structural evolution and thermophysical properties of (SmxGd1− x) 2Zr2O7 (0≤ x≤ 1.0) ceramics
CN102659403A (zh) 一种耐高温热障涂层陶瓷材料及其制备方法
Kumar et al. Thermal and electrical properties of rare-earth co-doped ceria ceramics
Hongsong et al. Investigation about thermophysical properties of Ln2Ce2O7 (Ln= Sm, Er and Yb) oxides for thermal barrier coatings
Wei et al. Enhanced thermoelectric performance of nonstoichiometric compounds Cu 3− x SbSe 4 by Cu deficiencies
Takeuchi et al. Improvement of mechanical strength of 8 mol% yttria-stabilized zirconia ceramics by spark-plasma sintering
Liu et al. Citric–Nitrate Combustion Synthesis and Electrical Conductivity of the Sm3+ and Nd3+ Co‐Doped Ceria Electrolyte
Zhang et al. Preparation and thermal conductivities of Gd2Ce2O7 and (Gd0. 9Ca0. 1) 2Ce2O6. 9 ceramics for thermal barrier coatings
Abrahams et al. Correlation of defect structure and ionic conductivity in δ-phase solid solutions in the Bi3NbO7–Bi3YO6 system
Durmuş et al. Electrical, structural and thermal properties of nanoceramic (Bi2O3) 1− x− y (Ho2O3) x (Tm2O3) y ternary system
Khakpour et al. Electrical conductivity of Sm-doped CeO2 electrolyte produced by two-step sintering
Gil et al. Rapid densification by using Bi2O3 as an aid for sintering of gadolinia-doped ceria ceramics
Liu et al. Preparation and characterization of SrZrO3–La2Ce2O7 composite ceramics as a thermal barrier coating material
CN114105672B (zh) 一种锆钽复合稀土基多孔高熵陶瓷及其制备方法
Zhao et al. Processing and characterization of Bi2O3 and Sm2O3 codoped CeO2 electrolyte for intermediate‐temperature solid oxide fuel cell
Yang et al. High‐temperature mechanical and thermal properties of Ca1− xSrxZrO3 solid solutions
Polat et al. Phase stability, thermal, electrical and structural properties of (Bi2O3) 1− x− y (Sm2O3) x (CeO2) y electrolytes for solid oxide fuel cells
Liu et al. Densification, structure, and thermophysical properties of ytterbium–gadolinium zirconate ceramics
Preis et al. Electrical properties of bulk and grain boundaries of scandia-stabilized zirconia co-doped with yttria and ceria
Chavan et al. Phase relations and thermal expansion studies in the ceria–yttria system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20170426