CN115925417A - 一种低热导抗cmas腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种低热导抗cmas腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115925417A CN115925417A CN202211301367.8A CN202211301367A CN115925417A CN 115925417 A CN115925417 A CN 115925417A CN 202211301367 A CN202211301367 A CN 202211301367A CN 115925417 A CN115925417 A CN 115925417A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- entropy
- zirconate
- cmas
- conductivity
- 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.)
- Granted
Links
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 86
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 43
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 35
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 20
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 10
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 abstract description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 13
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 9
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052661 anorthite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 7
- GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N dialuminum;calcium;disilicate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- -1 rare earth ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料及其制备方法与应用。本发明首先以Gd2O3，Er2O3，Tm2O3，Yb2O3，Y2O3以及ZrO2粉末原料按照配比球磨混合，随后通过高温固相反应法合成高熵锆酸盐粉体，并通过干压成型以及高温烧结获得高熵锆酸盐致密陶瓷材料。本发明提供低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料为缺陷萤石相，其热导率极低，断裂韧性极高以及抗CMAS腐蚀性能极强等特性，可用于航空发动机热端构件表面的热障涂层材料。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机热障涂层材料技术领域，具体涉及一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料及其制备方法与应用。
背景技术
在高温高压以及苛刻涡轮环境长时间服役的航空发动机高温合金构件，其表面热障涂层陶瓷材料必须满足以下几点：材料具有较低的热导率，以提供优良的隔热性能；良好的断裂韧性，提高涂层的应力应变容限，避免涂层应力集中带来的失效；较高的硬度，抵抗燃气中的颗粒冲蚀撞击；优异的抗CMAS腐蚀性能，提高热障涂层服役寿命等。
单一组元的稀土锆酸盐材料凭借着较YSZ更低的热导率特性成为热障涂层候选体系之一，但是其力学/热学以及抗腐蚀综合性能具有局限性，无法为热障涂层的长寿命服役提供稳定保障。随着高熵陶瓷体系的不断发展与完善，大量研究证实将多种性能优异的锆酸盐陶瓷通过高熵化设计后，赋予陶瓷材料的力学/热学以及抗腐蚀综合性能通常比单一组元锆酸盐更为优异，使其在航空航天高温结构材料领域具有广阔的发展潜力。
因此，针对上述存在的技术缺陷问题，开发一种能具有优异力学/热学及抗腐蚀综合性能的热障涂层材料势在必行。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料，本发明的另一目的在于提供一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料的制备方法，以解决热障涂层材料热导率相对较高、抗CMAS性能不足以及断裂韧性较低等问题，本发明的第三个目的在于提供一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料在航空发动机热障涂层上的应用。
为解决现有技术问题，本发明采取的技术问题为：
一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料，由Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Y2O3粉末，Yb2O3粉末，以及ZrO2粉末制备而成，所述低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷的化学式为(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7，且相对密度达到96.35%，孔隙率对热物理和力学性能的影响可忽略不计。
作为改进的是，所述Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Yb2O3粉末，Y2O3粉末，ZrO2粉末的粉末纯度均≥99.9%。
作为改进的是，n(Gd):n(Er):n(Tm):n(Yb):n(Y):n(ZR)=1:1:1:1:1:5。
上述一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料的制备方法，其特征在于，由Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Y2O3粉末，Yb2O3粉末，以及ZrO2粉末，通过高温固相反应法合成高熵锆酸盐粉体，再依次通过干压成型、高温烧结即得低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷，具体包括如下步骤：
步骤1，根据所需制备高熵陶瓷中元素的摩尔比计算氧化物的用量，称取对应量的Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Yb2O3粉末，Y2O3粉末以及ZrO2粉末，并将这六种粉末依次倒入球磨罐中，再加入无水乙醇，使得混合粉末充分溶解；
步骤2，将球磨罐放入行星球磨机中球磨，得到均匀的混合溶液；
步骤3，将混合溶液经过干燥、高温固相反应，得高熵陶瓷粉体；
步骤4，将高熵陶瓷粉末经过研磨、过筛、PVA聚粒、干压成型、排胶、烧结处理后，得化学式为(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料。
作为改进的是，步骤2中球磨转速为450rpm,时间为12 h。
作为改进的是，步骤3中干燥温度为80 ℃，时间为12 h,高温固相反应温度为1550℃，时间为4 h。
作为改进的是，步骤4中过筛的目数为150目，干压成型的一次加压为200 MPa,时间为60 s,二次加压为160 MPa，时间为30 s，排胶的温度550 ℃，时间为2 h,烧结温度为1550℃，时间为7 h。
上述一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料用于制备航空发动机热端构件表面的热障涂层。
有益效果：
本发明作为一类新型热障涂层材料，采用高熵化稀土锆酸盐设计，选用高熵稀土锆酸盐(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7为热障涂层材料。通过干压成型、高温烧结获得的高熵锆酸盐(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7材料热导率和热膨胀系数比单一稀土锆酸盐Gd2Zr2O7陶瓷材料更低，适合于更高温度的工况下服役，并且有利于提高热障涂层的热循环服役寿命，断裂韧性与硬度较Gd2Zr2O7更高，将会提高热障涂层的应变容限以及抗颗粒冲蚀能力。同时，高熵锆酸盐(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7材料在1300℃长期CMAS腐蚀后，形成有效阻碍CMAS渗入的磷灰石相，具有优异的抗CMAS腐蚀性能，将会提升热障涂层在苛刻涡轮服役环境中的抗腐蚀能力。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7陶瓷材料的XRD示意图；
图2为实施例1的表面微观形貌示意图；
图3为实施例1和对比例1制备的Gd2Zr2O7材料的热导率对比示意图；
图4为实施例1和对比例1的热膨胀系数对比示意图；
图5为实施例1和对比例1的断裂韧性、硬度对比示意图；
图6为实施例1和对比例1在1300℃经过CMAS腐蚀后的表面对比示意图：(A)实施例1腐蚀5小时；(B) 实施例1腐蚀10小时；(C) 实施例1腐蚀15小时；(D)对比例1腐蚀5小时；(E) 对比例1腐蚀10小时；(F) 对比例1腐蚀15小时；
图7为实施例1和对比例1经过CMAS腐蚀后的截面对比示意图：(A)实施例1腐蚀5小时；(B) 实施例1腐蚀10小时；(C) 实施例1腐蚀15小时；(D)对比例1腐蚀5小时；(E) 对比例1腐蚀10小时；(F) 对比例1腐蚀15小时。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
如图1-7所示，本发明提供了一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料，所述低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料具体为以Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Yb2O3粉末，Y2O3粉末以及ZrO2粉末为原料，通过高温固相反应法制备出所需的高熵锆酸盐陶瓷粉体，并通过干压成型以及高温烧结获得高熵锆酸盐致密陶瓷块材。
所述低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷中所采用Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Yb2O3粉末，Y2O3粉末以及ZrO2粉末纯度均≥99.9%。
所述低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷化学式为(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7，其中，n(Gd):n(Er):n(Tm):n(Yb):n(Y):n(ZR)=1:1:1:1:1:5。
所述低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷的相对密度达到96.35%，孔隙率对热物理和力学性能的影响可忽略不计。
所述低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷具有极低的热导率，抗CMAS腐蚀性能极强和极高的断裂韧性特性。
实施例1
1）首先根据所需制备高熵陶瓷中元素的摩尔比计算氧化物的用量，然后称取适量Gd2O3粉末，Er2O3粉末,Tm2O3粉末,Yb2O3粉末,Y2O3粉末以及ZrO2粉末，将这六种粉末依次倒入球磨罐中，再倒入无水乙醇使粉末溶解；
2）将球磨罐放入行星球磨机中球磨，得到均匀的混合溶液；
3）将得到的混合溶液经过干燥，放入马弗炉进行高温固相反应后得到所需的(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7高熵陶瓷粉体；
4）将得到的高熵陶瓷粉体经过研磨、过筛、PVA造粒以及干压成型，再通过马弗炉进行排胶、烧结后得到所需的(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7高熵陶瓷块材；Gd2O3，Er2O3，Tm2O3, Yb2O3，Y2O3和ZrO2摩尔比为1:1:1:1:1:5。
所采用Gd2O3粉末,Er2O3粉末,Tm2O3粉末,Yb2O3粉末,Y2O3粉末以及ZrO2粉末纯度均≥99.9%。
所述步骤2）中的球磨转速为450 rpm，时间为12 h。
所述步骤3）中干燥温度为80 ℃，时间为12 h,高温固相反应温度为1550 ℃，时间为4 h。
所述步骤4）中PVA浓度为5%，目的是增强高熵陶瓷粉末的可塑性，达到造粒效果。过筛的目数为150目，干压成型的一次加压为200 MPa,时间为60 s,二次加压为160 MPa，时间为30 s，排胶温度550 ℃，时间为2 h,为烧结温度为1550 ℃，时间为7 h。
对比例1：
本对比例1与实施例1中所示的粘结层制备步骤区别在于：
步骤1中，根据Gd2Zr2O7陶瓷中元素的摩尔比称取适量的Gd2O3和ZrO2粉末 (摩尔比为1:2)，步骤3中固相反应温度为1500 ℃，时间为4 h，步骤4中烧结温度为1500℃，时间为7h，其余同实施例1。
性能测试
由图1可知，通过固相反应法合成的高熵陶瓷材料的具有缺陷萤石结构的特征峰（111）、（220）、（200），因此该高熵锆酸盐陶瓷为缺陷萤石相，并且该高熵陶瓷表面致密，孔隙率较低，如图2所示；
由图3可知，实施例1中的高熵锆酸盐陶瓷的热导率为0.67~0.83 W×m-1×K-1（室温至1200℃），对比例1的GdZr2O7陶瓷热导率为1.11~1.45 W×m-1×K-1（室温至1200℃），表明该高熵陶瓷比GdZr2O7陶瓷具有更低的热导率性能；
由图4可知，实施例1的热膨胀系数为8.07~10.61×10-6K-1，较对比例1的（热膨胀系数8.73~10.82×10-6K-1）更低，更满足与底层材料的热膨胀匹配；
由图5可知，实施例1的断裂韧性和硬度分别为1.38 MPa×m1/2和11.97 GPa，均较对比例1中断裂韧性和硬度的0.83 MPa×m1/2和8.43 GPa更高，有利于增强涂层材料应变容限及抗颗粒冲蚀能力；
由图6可知，实施例1在经历CMAS腐蚀过程中表面先产出大量板条状钙长石(CaAl2Si2O8)，夹杂针状磷灰石(RE8Ca2Si6O28，RE为稀土元素)，随后板条状钙长石消失，针状磷灰石继续存在，伴随部分球状萤石(四方相ZrO2)的析出。钙长石能一定程度抵挡CMAS的腐蚀，但它存在时间较短，最后分解，无法长期稳定的抵抗CMAS腐蚀。真正起到抗CMAS作用的是针状磷灰石结构。高熵陶瓷被CMAS腐蚀后，稀土离子与钙离子、硅离子结合形成磷灰石，众多磷灰石会形成密集的保护层，阻挡CMAS继续腐蚀，而且其存在时间长，可以持续抵抗CMAS进一步腐蚀。球形萤石是被腐蚀后，锆酸盐分解成的腐蚀产物 ZrO2,与抵抗腐蚀无关。另外，对比例1随着CMAS腐蚀表面一直由球形萤石结构组成，且随腐蚀时间延长，球形萤石烧结致密化程度越高，说明CMAS腐蚀反应进行充分；
由图7可知，实施例1的内部腐蚀前期出现黑色板条状钙长石，灰白色的针状磷灰石和球状萤石，随后，黑色钙长石开始分解并减少，最终内部保留较多的球形萤石和少量夹杂的磷灰石，且部分CMAS残留下来，并未完全反应，说明该高熵锆酸盐陶瓷被CMAS腐蚀的速率有所降低，这与其内部形成磷灰石组成的有效保护层有很大关系。另外，从对比例1截面无法观察到残留的CMAS，说明Gd2Zr2O7与CMAS进行了充分的腐蚀反应，腐蚀产物球状萤石并未有效阻止CMAS腐蚀。
综上所述，本发明的高熵稀土锆酸盐与单一稀土组元的Gd2Zr2O7相比，具有更低的热导率以及热膨胀系数，更高的断裂韧性和硬度，更优异的抗CMAS腐蚀性能，能够满足热障涂层材料的选材要求。
Claims (8)
1.一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料，其特征在于由Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Y2O3粉末，Yb2O3粉末，以及ZrO2粉末制备而成，所述低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷的化学式为(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7，且相对密度达到96.35%，孔隙率对热物理和力学性能的影响可忽略不计。
2.根据权利要求1所述的一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料，其特征在于，所述Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Yb2O3粉末，Y2O3粉末，ZrO2粉末的粉末纯度均≥99.9%。
3.根据权利要求2所述的一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷，其特征在于， n(Gd):n(Er):n(Tm):n(Yb):n(Y):n(Zr)=1:1:1:1:1:5。
4.基于权利要求1所述的一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料的制备方法，其特征在于，由Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Y2O3粉末，Yb2O3粉末，以及ZrO2粉末，通过高温固相反应法合成高熵锆酸盐粉体，再依次通过干压成型、高温烧结即得低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷，具体包括如下步骤：
步骤1，根据所需制备高熵陶瓷中元素的摩尔比计算氧化物的用量，称取对应量的Gd2O3粉末，Er2O3粉末，Tm2O3粉末，Yb2O3粉末，Y2O3粉末以及ZrO2粉末，并将这六种粉末依次倒入球磨罐中，再加入无水乙醇，使得混合粉末充分溶解；
步骤2，将球磨罐放入行星球磨机中球磨，得到均匀的混合溶液；
步骤3，将混合溶液经过干燥、高温固相反应，得高熵陶瓷粉体；
步骤4，将高熵陶瓷粉末经过研磨、过筛、PVA聚粒、干压成型、排胶、烧结处理后，得化学式为(Gd0.2Er0.2Tm0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤2中球磨转速为450rpm,时间为12 h。
6.根据权利要求4所述的一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤3中干燥温度为80 ℃，时间为12 h,高温固相反应温度为1550 ℃，时间为4h。
7.根据权利要求4所述的一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤4中过筛的目数为150目，干压成型的一次加压为200 MPa,时间为60 s,二次加压为160 MPa，时间为30 s，排胶的温度550 ℃，时间为2 h,烧结温度为1550℃，时间为7h。
8.基于权利要求1所述的一种低热导抗CMAS腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料用于制备航空发动机热端构件表面的热障涂层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211301367.8A CN115925417B (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一种低热导抗cmas腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211301367.8A CN115925417B (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一种低热导抗cmas腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115925417A true CN115925417A (zh) | 2023-04-07 |
| CN115925417B CN115925417B (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=86554847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211301367.8A Active CN115925417B (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一种低热导抗cmas腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115925417B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115894027A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-04-04 | 广东省科学院新材料研究所 | 基于锆酸钆的高熵陶瓷热障涂层粉体及其制备方法和应用 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110272278A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-09-24 | 东华大学 | 热障涂层用高熵陶瓷粉体及其制备方法 |
| DE102018118813B3 (de) * | 2018-08-02 | 2019-11-21 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Kühlvorrichtung sowie Kühlverfahren basierend auf magnetoelektrischer Kopplung |
| 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 |
| CN113772723A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-10 | 中国地质大学（武汉） | 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 |
| CN114149260A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-08 | 内蒙古工业大学 | 一种低热导率高熵陶瓷热障涂层材料 |
| CN114672756A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-28 | 华东理工大学 | 一种高熵超高温氧化锆基热障涂层材料及其制备方法和应用、氧化锆基热障涂层 |
| CN114956820A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-30 | 西北工业大学 | 一种稀土复合氧化物多孔高熵陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN115161595A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-10-11 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种镧钆钐基高熵热障涂层及其制备方法 |
-
2022
- 2022-10-24 CN CN202211301367.8A patent/CN115925417B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018118813B3 (de) * | 2018-08-02 | 2019-11-21 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Kühlvorrichtung sowie Kühlverfahren basierend auf magnetoelektrischer Kopplung |
| CN110272278A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-09-24 | 东华大学 | 热障涂层用高熵陶瓷粉体及其制备方法 |
| 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 |
| CN113772723A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-10 | 中国地质大学（武汉） | 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 |
| CN114149260A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-08 | 内蒙古工业大学 | 一种低热导率高熵陶瓷热障涂层材料 |
| CN114672756A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-28 | 华东理工大学 | 一种高熵超高温氧化锆基热障涂层材料及其制备方法和应用、氧化锆基热障涂层 |
| CN114956820A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-30 | 西北工业大学 | 一种稀土复合氧化物多孔高熵陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN115161595A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-10-11 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种镧钆钐基高熵热障涂层及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SHUXIANG DENG ET AL.: "Calcium-magnesium-alumina-silicate (CMAS) resistant high entropy ceramic (Y 0.2 Gd 0.2 Er 0.2 Yb 0.2 Lu 0.2 ) 2 Zr 2 O 7 for thermal barrier coatings", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY》, vol. 107, pages 259 - 265 * |
| TIAN-ZHE TU ET AL.: "Graceful behavior during CMAS corrosion of a high-entropy rare-earth zirconate for thermal barrier coating material", 《JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY 》, vol. 42, no. 2, pages 649 - 657, XP086866004, DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.10.022 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115894027A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-04-04 | 广东省科学院新材料研究所 | 基于锆酸钆的高熵陶瓷热障涂层粉体及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115925417B (zh) | 2024-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2371987B1 (en) | Thermal barrier coating member, method for producing the same, use of the thermal barrier coating material, gas turbine, and sintered body | |
| KR100798478B1 (ko) | 열차폐 코팅용 소결체, 이의 제조방법 및 이를 이용한열차폐 코팅층의 제조방법 | |
| CN101768380A (zh) | 成分梯度变化的热防护涂层及制备方法 | |
| CN115925417A (zh) | 一种低热导抗cmas腐蚀高熵锆酸盐陶瓷材料及其制备方法与应用 | |
| Feng et al. | Effect of Yb2SiO5 addition on the physical and mechanical properties of sintered mullite ceramic as an environmental barrier coating material | |
| CN115403382B (zh) | 一种热障涂层用高熵钇酸盐陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| Liu et al. | Effect of HfO2 content on CMAS corrosion resistance of a promising Hf6Ta2O17 ceramic for thermal barrier coatings | |
| Paksoy et al. | Study on sintering behaviour of ytterbium disilicate and ytterbium monosilicate for environmental barrier coating applications | |
| CN113773075B (zh) | 一种抗cmas侵蚀的锆钽系热障涂层材料及其制备方法 | |
| CN117344260B (zh) | 一种超高温陶瓷可磨耗封严涂层材料及其制备方法 | |
| CN106518062B (zh) | 一种超低热导高温相稳定的钕铈复合锆酸盐热障涂层材料及其制备方法 | |
| CN115368134B (zh) | 一种抗熔盐腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN114853473B (zh) | 一种耐高温cmas腐蚀的稀土硅酸盐陶瓷与制备方法 | |
| Tong et al. | Densification and mechanical properties of YAG ceramics fabricated by air pressureless sintering | |
| CN109678504B (zh) | 一种二价镁离子掺杂钽酸钇高温陶瓷及其制备方法 | |
| US5196386A (en) | Sintered ceramic composite body and method of manufacturing same | |
| CN115418596A (zh) | 一种共晶增韧抗烧结氧化铝/稀土掺杂氧化锆超高温热障涂层喷涂材料、制备方法及其应用 | |
| JP2021138581A (ja) | セラミックス焼結体およびその製造方法 | |
| CN114315347A (zh) | 一种锆酸钡/氧化镁复合陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN107043263A (zh) | 一种低温无压烧结氮化硅陶瓷的制备方法 | |
| KR20090081506A (ko) | 파이로클로어 결정 구조의 저열전도성 세라믹 소재 및 그제조방법 | |
| Newman et al. | Processing and properties of oxide/oxide composites for industrial applications | |
| CN116143530A (zh) | 镱掺杂锆铈酸钐热障涂层材料及其制备方法与应用 | |
| Fan et al. | In situ characterization of high-temperature mechanical behaviors of freestanding Si, BSAS and Yb2SiO5 environmental barrier coatings by three-point bending tests based on digital image correlation | |
| CN114349501B (zh) | 一种zyto体系复合陶瓷材料及其制备方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |