CN117756520A - 热障陶瓷材料及其制备方法、热障涂层、燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种热障陶瓷材料及其制备方法、热障涂层、燃气轮机，热障陶瓷材料热障陶瓷材料的化学组成为A_xCe_yZr_1‑yO_2+1.5x，其中，A选自Dy、Er、Yb和Lu中的一种或多种，0.04≤x≤0.08，0.05≤y＜0.2。以稀土氧化物掺杂锆酸铈材料制成热障陶瓷材料，通过调控稀土元素的种类和掺入量，使热障陶瓷材料具有稳定的四方相和部分立方相，在改善热障陶瓷材料相稳定性的同时，保证材料具有高膨胀系数和低热导率。

Description

热障陶瓷材料及其制备方法、热障涂层、燃气轮机

技术领域

本申请涉及高温涂层材料技术的领域，具体涉及一种热障陶瓷材料及其制备方法与应用、热障涂层。

背景技术

热障涂层广泛应用于燃气轮机、柴油机等高温金属部件的热防护，可以对基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使得用其制成的器件可以在高温下运行。

传统的7wt％～8wt％Y₂O₃部分稳定ZrO₃(YSZ)陶瓷是目前应用最广泛、最成熟的热障陶瓷材料，但是在1300℃及以上温度使用时，YSZ会发生相变，导致热障涂层失效，无法满足燃气轮机燃烧室热障涂层的使用要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请实施例提供一种热障陶瓷材料及其制备方法与应用、热障涂层，旨在提供一种具有长寿命、高稳定性和低热导率的热障陶瓷材料。

第一方面，本申请实施例提供一种热障陶瓷材料，所述热障陶瓷材料的化学组成为A_xCe_yZr_1-yO_2+1.5x，其中，A选自Dy、Er、Yb和Lu中的一种或多种，0.04≤x≤0.08，0.05≤y＜0.2。

本申请实施例中，以稀土氧化物掺杂锆酸铈材料制成热障陶瓷材料，通过调控稀土元素的种类和掺入量，使热障陶瓷材料具有稳定的四方相和部分立方相，在改善热障陶瓷材料相稳定性的同时，保证材料具有高膨胀系数和低热导率。

在本申请的一些实施例中，所述热障陶瓷材料包括四方相结构和立方相结构，以相结构的总摩尔量为100％计，所述立方相结构的含量为0～40％。

在本申请的一些实施例中，以相结构的总摩尔量为100％计，所述热障陶瓷材料在1400℃煅烧200h后单斜相的含量低于3％。

在本申请的一些实施例中，所述热障陶瓷材料呈颗粒状，所述颗粒的粒径为30～110μm。

在本申请的一些实施例中，所述热障陶瓷材料的热导率为2.0～2.4W/(m·k)。

在本申请的一些实施例中，所述热障陶瓷材料的热膨胀系数为(11.2～12)×10^{- 6}K^-1。

第二方面，本申请实施例提供了一种热障陶瓷材料的制备方法，包括：

提供A₂O₃、CeO₂和ZrO₂，其中，A₂O₃包括Dy₂O₃、Er₂O₃、Yb₂O₃和Lu₂O₃中的一种或多种组合；

将A₂O₃、CeO₂、ZrO₂进行球磨混合处理，得到球磨混合物；

将所述球磨混合物进行煅烧处理，以获得热障陶瓷材料。

在本申请的一些实施例中，所述A₂O₃相对于所述球磨混合物总量的摩尔占比为2％～4％。

在本申请的一些实施例中，所述CeO₂占所述CeO₂和ZrO₂总摩尔量的5％～20％。

在本申请的一些实施例中，所述球磨混合处理的球料比为(10～20)：1。

在本申请的一些实施例中，所述球磨混合处理的球磨转速为200～300rpm。

在本申请的一些实施例中，所述将所述球磨混合物进行煅烧处理包括：

将所述球磨混合物在1100～1250℃煅烧5～10h，得到预成相粉料；

将所述预成相粉料进行球磨处理后在1300～1600℃煅烧处理6～10h，得到热障陶瓷材料。

第三方面，本申请实施例提供了一种热障涂层，包括依次沉积于高温合金基体上的粘接层和热障陶瓷层，所述热障陶瓷层包含根据本申请第一方面实施例的热障陶瓷材料或根据本申请第二方面实施例的制备方法得到的热障陶瓷材料。

在本申请的一些实施例中，所述热障陶瓷层的孔隙率为15％～20％。

在本申请的一些实施例中，所述热障陶瓷层的热导率低于1.1W/(m·k)。

在本申请的一些实施例中，所述粘接层的厚度为0.2～0.25mm。

在本申请的一些实施例中，所述粘接层的成分为MCrAlY，其中，M选自Ni、Co中的一种或两种。

第四方面，本申请实施例提供一种燃气轮机，所述燃气轮机的燃烧室中设置有根据本申请第三方面实施例的热障涂层。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其的附图。

图1是本申请实施例1～3中制备的热障陶瓷材料在1400℃煅烧200h前后的X射线衍射图谱，其中，(a)为热处理前，(b)为热处理后；

图2是本申请实施例4中制备的热障陶瓷层的热导率曲线图；

图3为实施例4中制得的热障涂层的在热循环处理(1100℃保温45min，15min空气冷却)前后的形貌图，其中，(a)为热障陶瓷层涂层截面SEM图，(b)为热障陶瓷层失效后的基体形貌照片，(c)为热循环处理后热障陶瓷层的形貌照片。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其变体意在涵盖非排性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种热障陶瓷材料及其制备方法与应用、热障涂层。

本申请的第一方面实施例提供一种热障陶瓷材料，热障陶瓷材料的化学组成为A_xCe_yZr_1-yO_2+1.5x，其中，A选自Dy、Er、Yb和Lu中的一种或多种，0.04≤x≤0.08，0.05≤y＜0.2。

本申请实施例中，通过在锆酸铈材料中掺入一定量的具有高稳定性的稀土元素，通过控制稀土元素的掺入量和种类，使制得的热障陶瓷材料具有稳定的相结构，这种稳定的相结构可以减少高温环境下使用时热障陶瓷材料的相变，将其应用于热障涂层中时可以减少因相变导致的涂层体积变化，进而减少涂层的孔隙和裂纹，使涂层保持良好的隔热性能的同时可以减少热障涂层在高温环境下的开裂剥落，从而提升涂层的稳定性，使其可以在室温至1400℃温度范围内长期使用。此外，通过稀土掺杂的锆酸铈材料具有更高的熔点、低的热导率和高热膨胀系数，高热膨胀系数可以使热障涂层服役在“冷热交替”的热循环工况中时与基体之间具有良好的结合强度，避免过大的涂层内应力导致热障涂层剥落。

根据本申请实施例，将上述的热障陶瓷材料制成热障涂层，由于其极低的热导率使得热障涂层具备良好的隔热性能，并且热障涂层具有稳定的相结构，使得热障涂层的体积在高温环境中可以保持稳定，进而减少涂层的开裂剥落，提升热障涂层使用寿命和稳定性。

在一些实施例中，热障陶瓷材料包括四方相结构和立方相结构，以相结构的总摩尔量为100％计，立方相结构的含量为0～40％。

根据本申请实施例，通过控制稀土元素的掺入量和种类制成热障陶瓷材料，其以四方相为主并含有少量立方相，四方相具有良好的结构稳定性，通过掺入少量的立方相，在改善材料相稳定性的同时，可以保证材料具有高热膨胀系数，进而可以制成结构稳定的热障涂层。

在一些实施例中，以相结构的总摩尔量为100％计，所述热障陶瓷材料在1400℃煅烧200h后单斜相的含量低于3％。

根据本申请实施例，上述热障陶瓷材料具有良好的相稳定性，在高温烧结过程中几乎无单斜相出现。

在一些实施例中，热障陶瓷材料呈颗粒状，颗粒的粒径为30～110μm。

根据本申请实施例，通过控制热障陶瓷材料的粒径在上述范围内，可以得到粒径均匀分布的热障陶瓷材料颗粒，可用于大气等离子喷涂制备指定厚度的热障涂层。

在一些实施例中，热障陶瓷材料的热导率为2.0～2.4W/(m·k)。

根据本申请实施例，通过控制热障陶瓷材料的原材料组成和配比调控热障陶瓷材料的热导率在此范围内，可以用于制备具有极低热导率的热障涂层，提升热障涂层的隔热性能。

在一些实施例中，热障陶瓷材料的热膨胀系数为(11.2～12)×10^-6K^-1。

根据本申请实施例，通过控制热障陶瓷材料的组分配比，可以使制得的热障陶瓷材料具有较高的热膨胀系数，用于制备具有良好强度和结构稳定性的热障涂层。

本申请第二方面的实施例提供一种热障陶瓷材料的制备方法，包括以下S10至S30步骤：

S10、提供A₂O₃、CeO₂和ZrO₂，其中，A₂O₃包括Dy₂O₃、Er₂O₃、Yb₂O₃和Lu₂O₃中的一种或多种组合；

S20、将A₂O₃、CeO₂、ZrO₂进行球磨混合处理，得到球磨混合物；

S30、将球磨混合物进行煅烧处理，以获得热障陶瓷材料。

根据本申请实施例，本申请实施例中提供的热障陶瓷材料的制备方法，以氧化铈、氧化锆和对应的稀土元素的氧化物为原材料，通过球磨混合、煅烧的方式制备热障陶瓷材料。制备过程，通过选择特定的稀土金属的种类来调控制成的热障陶瓷材料的相结构，使得到的热障陶瓷材料主要为四方相和少部分立方相，确保制成的材料具有高相稳定性。

在一些实施例中，CeO₂占CeO₂和ZrO₂总摩尔量的5％～20％。

在一些实施例中，A₂O₃相对于球磨混合物总量的摩尔占比为2％～4％。

根据本申请实施例，通过控制稀土氧化物、氧化铈和氧化锆的比例，可以有效调控制得的热障陶瓷材料的相结构，得到以四方相为主、含有少量立方相的热障陶瓷材料。

在一些实施例中，提供A₂O₃、CeO₂和ZrO₂包括：将A₂O₃、CeO₂和ZrO₂进行煅烧处理。

在一些实施例中，煅烧处理的温度为1000～1200℃。

在一些实施例中，煅烧处理的时间为1～3h。

根据本申请实施例，通过对原材料进行煅烧处理，去除原材料粉末中吸附的二氧化碳、水等杂质，提高原材料的纯度。

在一些实施例中，球磨混合处理的球料比为(10～20)：1。

在一些实施例中，球磨混合处理的球磨转速为200～300rpm。

在一些实施例中，球磨混合为湿法球磨，湿法球磨的溶剂为水或有机溶剂；有机溶剂可以为乙醇。

根据本申请实施例，在此球磨处理参数下，各原料组分球磨混合更加充分，可以得到粒径分布更加均匀的球磨混合物。

在一些实施例中，将球磨混合物进行煅烧处理包括：

S31、将球磨混合物在1100～1250℃煅烧5～10h，得到预成相粉料；

S32、将预成相粉料进行球磨处理后在1300～1600℃煅烧处理6～10h，得到热障陶瓷材料。

根据本申请实施例，球磨混合物在煅烧处理过程中，先以较低的温度烧结进行预成相，得到相结构初步成型的粉料，然后再在较高温度下进行二次煅烧，使材料的结构稳定成型，得到具有稳定相结构的热障陶瓷材料。因此，本申请第二方面实施例提供的制备方法可以用于制备本申请第一方面实施例的热障陶瓷材料。

在一些实施例中，球磨混合物在煅烧前需要进行研磨和过筛。

通过球磨混合处理得到的球磨混合物中含有一定量的块状物，通过研磨过筛可以将块状物研磨成粉，并筛去其中残留的较大块体得到粒度均匀的粉体，可以使煅烧得到的热障陶瓷材料的结构更加稳定。

在一些实施例中，热障陶瓷材料的制备方法包括：将热障陶瓷材料过筛后进行喷雾造粒，然后在1350～1500℃煅烧1～3h，筛出尺寸在30～110μm范围的颗粒。

根据本申请实施例，将得到的热障陶瓷材料通过喷雾造粒得到接近于球形的颗粒，通过筛选得到指定粒径范围的颗粒材料，这种粒径大小的颗粒可以用于大气等离子喷涂，进而制备得到性能稳定的热障涂层。

本申请第三方面的实施例提供一种热障涂层，热障涂层包括依次沉积于高温合金基体上的粘接层和热障陶瓷层，热障陶瓷层包含根据本申请第一方面实施例的热障陶瓷材料或根据本申请第二方面实施例的制备方法得到的热障陶瓷材料。

根据本申请实施例，应用本申请实施例中的热障陶瓷材料制成的热障涂层，其具有低的热导率、高膨胀系数以及良好的隔热性，可以在室温至1400℃温度范围内长时间使用，具有更高的稳定性和更长的寿命。

在一些实施例中，热障陶瓷层的厚度为1～2mm。

根据本申请实施例，热障涂层的厚度在1mm以上可以起到稳定的隔热效果，保护合金基底免受高温热侵蚀；同时，控制热障陶瓷层的厚度在1～2mm内，在满足隔热性要求的同时，热障陶瓷层在热循环过程中可以保持较好的结构稳定性，避免涂层厚度过高产生的巨大内应力导致涂层开裂脱落。

在一些实施例中，热障陶瓷层的孔隙率为15％～20％。

根据本申请实施例，控制热障陶瓷层的孔隙率在此范围内，可以使热障陶瓷层具有良好的抗冲击性能和较低的热导率，提升热障陶瓷层的结构稳定性和隔热性能。当孔隙率过高时，涂层过于稀疏，热障陶瓷层与下层之间强度较弱，导致涂层整体结构强度降低；而孔隙率过低时，涂层过于致密，热障陶瓷层层在高温环境下内应力过大容易导致涂层开裂剥落，导致热障涂层的稳定性下降，影响其使用寿命。

在一些实施例，热障陶瓷层的热导率低于1.1W/(m·k)。

根据本申请实施例，通过控制热障陶瓷材料的组成和配比，可以使制成的热障涂层具有极低的热导率，进而使其具有良好的隔热性能，可以有效应用于燃气轮机燃烧室等高温环境中。

在一些实施例中，粘结层的厚度为0.2～0.25mm。

在一些实施例中，粘结层的成分为MCrAlY，其中，M选自Ni、Co中的一种或两种。

在一些实施例中，高温合金基体包括In738、GH4169中的任意一种。

本申请第四方面的实施例提供一种燃气轮机，燃气轮机的燃烧室中设置有根据本申请第三方面实施例的热障涂层。

实施例

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。除特殊说明外，以下实施例中的份数均指重量份。

实施例1

一种热障陶瓷材料，通过以下方法制得：

S10、分别取氧化铈、氧化锆、氧化镱粉末在1100℃煅烧3h，去除粉末中吸附的二氧化碳、水分等杂质；

S20、按照Yb：Ce：Zr＝0.04:0.1:0.9的摩尔比称取氧化镱、氧化铈和氧化锆粉末进行球磨混合，得到球磨混合物；其中，球磨介质为氧化锆球和乙醇，球料比为10:1，球磨时间为8h；

S30、滤除球磨混合物中的液体，将固体进行研磨、过筛，随后在1200℃煅烧10h，得到预成相粉料；

S40、将预成相粉料再次进行球磨，球磨时间10h，随后过筛，在1500℃煅烧8h，得到热障陶瓷材料的粉末，该热障陶瓷材料的化学式为Yb_0.04Ce_0.1Zr_0.9O_2.06。

实施例2

一种热障陶瓷材料，通过以下方法制得：

S10、分别取氧化铈、氧化锆、氧化镱、氧化镥粉末在1100℃煅烧3h，以去除粉末中吸附的二氧化碳、水分等杂质；

S20、按照Yb：Lu：Ce：Zr＝0.02:0.02:0.1:0.9的摩尔比称取氧化镱、氧化铈和氧化锆粉末进行球磨混合，得到球磨混合物；其中，球磨介质为氧化锆球和乙醇，球料比为10:1，球磨时间为8h；

S30、滤除球磨混合物中的液体，将固体进行研磨、过筛，随后在1200℃煅烧10h，得到预成相粉料；

S40、将预成相粉料再次进行球磨，球磨时间10h，随后过筛，在1500℃煅烧10h，得到热障陶瓷材料的粉末，该热障陶瓷材料的化学式为Yb_0.02Lu_0.02Ce_0.1Zr_0.9O_2.06。

实施例3

一种热障陶瓷材料，通过以下方法制得：

S10、分别取氧化铈、氧化锆、氧化镱、氧化镥粉末在1100℃煅烧3h，以去除粉末中吸附的二氧化碳、水分等杂质；

S20、按照Yb：Lu：Ce：Zr＝0.04:0.04:0.05:0.95的摩尔比称取氧化镱、氧化铈和氧化锆粉末进行球磨混合，得到球磨混合物；其中，球磨介质为氧化锆球和水，球料比为20:1，球磨时间为8h；

S30、滤除球磨混合物中的液体，将固体进行研磨、过筛，随后在1200℃煅烧10h，得到预成相粉料；

S40、将预成相粉料再次进行球磨，球磨时间10h，随后过筛，在1600℃煅烧8h，得到热障陶瓷材料的粉末，该热障陶瓷材料的化学式为Yb_0.04Lu_0.04Ce_0.05Zr_0.95O_2.12。

对比例1

一种热障陶瓷材料，通过以下方法制得：

S10、分别取氧化铈和氧化锆粉末在1100℃煅烧3h，以去除粉末中吸附的二氧化碳、水分等杂质；

S20、按照Ce：Zr＝0.1:0.9的摩尔比称取氧化铈和氧化锆粉末进行球磨混合，得到球磨混合物；其中，球磨介质为氧化锆球和水，球料比为20:1，球磨时间为8h；

S30、滤除球磨混合物中的液体，将固体进行研磨、过筛，随后在1200℃煅烧10h，得到预成相粉料；

S40、将预成相粉料再次进行球磨，球磨时间10h，随后过筛，在1600℃煅烧8h，得到锆酸铈材料的粉末，该锆酸铈材料的化学式为Ce_0.1Zr_0.9O₂。

对比例2

一种热障陶瓷材料，通过以下方法制得：

S10、分别取氧化铈、氧化锆、氧化镱粉末在1100℃煅烧3h，以去除粉末中吸附的二氧化碳、水分等杂质；

S20、按照Yb：Ce：Zr＝0.08:0.5:0.5的摩尔比称取氧化镱、氧化铈和氧化锆粉末进行球磨混合，得到球磨混合物；其中，球磨介质为氧化锆球和乙醇，球料比为10:1，球磨时间为8h；

S30、滤除球磨混合物中的液体，将固体进行研磨、过筛，随后在1200℃煅烧10h，得到预成相粉料；

S40、将预成相粉料再次进行球磨，球磨时间10h，随后过筛，在1500℃煅烧8h，得到热障陶瓷材料的粉末，该热障陶瓷材料的化学式为Yb_0.08Ce_0.5Zr_0.5O_2.12。

对比例3

一种热障陶瓷材料，通过以下方法制得：

S10、分别取氧化铈、氧化锆、氧化镱粉末在1100℃煅烧3h，以去除粉末中吸附的二氧化碳、水分等杂质；

S20、按照Yb：Ce：Zr＝0.03:0.1:0.9的摩尔比称取氧化镱、氧化铈和氧化锆粉末进行球磨混合，得到球磨混合物；其中，球磨介质为氧化锆球和乙醇，球料比为10:1，球磨时间为8h；

S30、滤除球磨混合物中的液体，将固体进行研磨、过筛，随后在1200℃煅烧10h，得到预成相粉料；

S40、将预成相粉料再次进行球磨，球磨时间10h，随后过筛，在1500℃煅烧8h，得到热障陶瓷材料的粉末，该热障陶瓷材料的化学式为Yb_0.03Ce_0.1Zr_0.9O_2.045。

对比例4

一种热障陶瓷材料，通过以下方法制得：

S10、分别取氧化铈、氧化锆、氧化镱粉末在1100℃煅烧3h，以去除粉末中吸附的二氧化碳、水分等杂质；

S20、按照Yb：Ce：Zr＝0.1:0.1:0.9的摩尔比称取氧化镱、氧化铈和氧化锆粉末进行球磨混合，得到球磨混合物；其中，球磨介质为氧化锆球和乙醇，球料比为10:1，球磨时间为8h；

S30、滤除球磨混合物中的液体，将固体进行研磨、过筛，随后在1200℃煅烧10h，得到预成相粉料；

S40、将预成相粉料再次进行球磨，球磨时间10h，随后过筛，在1500℃煅烧8h，得到热障陶瓷材料的粉末，该热障陶瓷材料的化学式为Yb_0.1Ce_0.1Zr_0.9O_2.15。

将实施例1～3及对比例1～4中制得的产物的热导率、晶体结构和热膨胀系数进行检测，晶体结构通过X射线进行表征后通过分缝处理计算各峰的量，通过热膨胀仪(DIL)检测样品膨胀系数。检测结果如下表1所示。

表1：

结合表中的数据和图1，图1示出了实施例1～3中热障陶瓷材料在热处理前后的XRD图谱，可以看出，热处理前热障陶瓷材料以四方相为主，经过热处理后出现了少量的立方相，并且经过热循环处理后无单斜相出现。

实施例4～6

一种热障涂层，分别采用实施例1～3中的热障陶瓷材料，具体制备方法如下：

S10、取热障陶瓷材料过筛，通过喷雾造粒后，在1500℃煅烧2h，然后筛出粒径在30～110μm范围的颗粒备用；

S20、取高温合金基体(In738)，通过喷砂处理提高高温合金基体的粗糙度后，通过大气等离子喷涂在高温合金基体表层制出厚度为200μm粘结层，粘结层的成分为CoCrAlY；

S30、取步骤S10中筛出的颗粒，采用大气等离子喷涂，喷涂功率为30KW，喷涂距离为80～120mm，在粘结层表面喷涂得到厚度为1mm的热障陶瓷层，控制热障陶瓷层的孔隙率为20％。

图2示出了实施例4中热障陶瓷层在热处理过程中的热导率曲线，可以看出，在受热过程中热导率均保持在较低范围，且温度升高过程中热导率有一定的降低。图3示出了实施例4中热障陶瓷层的形貌特征，通过图3(a)可以看出，热障陶瓷层具备良好的孔隙结构，通过(b)和(c)可以看出，失效后的基体也具有完整的形貌结构。

实施例7

一种热障涂层，采用实施例1中的热障陶瓷材料，制备方法与实施例4相同，区别在于：热障陶瓷层的厚度为2mm。

实施例8

一种热障涂层，采用实施例1中的热障陶瓷材料，制备方法与实施例4相同，区别在于：热障陶瓷层的厚度为2.5mm。

实施例9

一种热障涂层，采用实施例1中的热障陶瓷材料，制备方法与实施例4相同，区别在于：控制热障陶瓷层的孔隙率为25％。

实施例10

一种热障涂层，采用实施例1中的热障陶瓷材料，制备方法与实施例4相同，区别在于：控制热障陶瓷层的孔隙率为10％。

对比例5～8

分别选用对比例1～4中的热障陶瓷材料，采用与实施例4中相同的方法制成热障涂层。

测试部分

对实施例4～8和对比例5～8中制得的热障涂层进行性能检测，将制成的热障涂层在1400℃热处理200h后检测热障陶瓷层的相结构组成，同时检测热障涂层的循环寿命(1100℃热处理45min，空气冷却15min)。测试结果见下表2。

表2：

	循环寿命/次	热处理后热障陶瓷层晶体结构
			实施例4	223	83％四方相+17％立方相
实施例5	203	76％四方相+24％立方相
			实施例6	212	75％四方相+25％立方相
实施例7	100	80％四方相+20％立方相
			实施例8	89	71％四方相+29％立方相
实施例9	125	76％四方相+24％立方相
			实施例10	82	70％四方相+30％立方相
对比例5	1	30％四方相+70％单斜相
			对比例6	2	40％四方相+60％立方相
对比例7	1	60％四方相+40％单斜相
			对比例8	2	30％四方相+70％立方相

结合表2中的数据，本申请实施例中制得的热障陶瓷层经过热处理后，晶体结构以四方相为主，包含少量立方相，无单斜相处理，具备良好的结构稳定性，循环寿命高。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种热障陶瓷材料，其特征在于，所述热障陶瓷材料的化学组成为A_xCe_yZr_1-yO_2+1.5x，其中，A选自Dy、Er、Yb和Lu中的一种或多种，0.04≤x≤0.08，0.05≤y＜0.2。

2.根据权利要求1所述的热障陶瓷材料，其特征在于，所述热障陶瓷材料包括四方相结构和立方相结构，以相结构的总摩尔量为100％计，所述立方相结构的含量为0～40％。

3.根据权利要求1或2所述的热障陶瓷材料，其特征在于，以相结构的总摩尔量为100％计，所述热障陶瓷材料在1400℃煅烧200h后单斜相的含量低于3％。

4.根据权利要求1所述的热障陶瓷材料，其特征在于，所述热障陶瓷材料呈颗粒状，所述热障陶瓷材料的粒径为30～110μm。

5.根据权利要求1所述的热障陶瓷材料，其特征在于，所述热障陶瓷材料的热导率为2.0～2.4W/(m·k)，和/或

所述热障陶瓷材料的热膨胀系数为(11.2～12)×10^-6K^-1。

6.一种热障陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：

提供A₂O₃、CeO₂和ZrO₂，其中，A₂O₃包括Dy₂O₃、Er₂O₃、Yb₂O₃和Lu₂O₃中的一种或多种组合；

将A₂O₃、CeO₂、ZrO₂进行球磨混合处理，得到球磨混合物；

将所述球磨混合物进行煅烧处理，以获得热障陶瓷材料。

7.根据权利要求6所述的热障陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述A₂O₃相对于所述球磨混合物总量的摩尔占比为2％～4％，和/或

所述CeO₂占所述CeO₂和ZrO₂总摩尔量的5％～20％。

8.根据权利要求6所述的热障陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述球磨混合处理的球料比为(10～20)：1，和/或

所述球磨混合处理的球磨转速为200～300rpm。

9.根据权利要求6所述的热障陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述将所述球磨混合物进行煅烧处理包括：

将所述球磨混合物在1100～1250℃煅烧5～10h，得到预成相粉料；

将所述预成相粉料进行球磨处理后在1300～1600℃煅烧处理6～10h，得到热障陶瓷材料。

10.一种热障涂层，其特征在于，包括依次沉积于高温合金基体上的粘接层和热障陶瓷层，所述热障陶瓷层包含权利要求1～4任一项所述的热障陶瓷材料或权利要求5～8任一项所述的制备方法得到的热障陶瓷材料。

11.根据权利要求10所述的热障涂层，其特征在于，所述热障陶瓷层的厚度为1～2mm，和/或

所述热障陶瓷层的孔隙率为15％～20％，和/或

所述热障陶瓷层的热导率低于1.1W/(m·k)。

12.根据权利要求10所述的热障涂层，其特征在于，所述粘接层的成分为MCrAlY，其中，M选自Ni、Co中的一种或两种，和/或

所述粘接层的厚度为0.2～0.25mm。

13.一种燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机的燃烧室中设置有如权利要求10～12任一项所述的热障涂层。