稀土Dy和Ce共掺杂La2Zr2O7新型热障涂层用陶瓷材料

用化学沉淀法制备了稀土Dy和Ce共掺杂La_2Zr_2O_7新型热障涂层用陶瓷粉末La_(1.7)Dy_(0.3)(Zr_(0.8)CeZr_(0.2))_2- O_7(LDCZ).通过X射线衍射、扫描电镜、高温膨胀仪、DSC和激光热导仪对粉末相结构、不同煅烧温度下的相组成、微观结构、高温相稳定性、热膨胀系数和导热系数进行了分析.结果表明,稀土共掺杂的La_(1.7)Dy_(0.3)(Zr_(0.8)CeZr_(0.2))_2O_7保持了烧绿石结构,120℃时粉末为无定形的混合氧化物,900℃时转化为复合氧化物,1200℃时转变为单一的烧绿石相;高温下LDCZ无明显相变;添加Dy和Ce不仅可提高锆酸镧的热膨胀系数,使其高于8YSZ的热膨胀系数,并可使其导热系数较La_2Zr_2O_7降低25%以上,达到1.28～1.07W/m·K.

电子束物理气相沉积La2Zr2O7热障涂层研究

为克服传统热障涂层材料YSZ耐温性能和隔热性能的不足，以ZrO2和La2O3为原料，采用无压烧结法合成了烧绿石结构化合物La2Zr2O7，用电子束物理气相沉积（EB—PVD）法在高温合金基体上制备了La2Zr2O7涂层，分析了涂层的成分，并对其显微结构、热物理性能与传统YSZ热障涂层进行了对比研究。结果表明，La2Zr2O7涂层成分处于P结构范围内，呈典型的柱状晶结构，柱状晶头部呈明显的金字塔形状。与传统YSZ柱状晶相比，La2Zr2O7涂层的柱状晶紊乱度更大，尺寸更加细小，并且柱状晶上的树枝状亚晶更多。在25～1200℃范围内，La2Zr2O7涂层的热导率最大为0．985W／（m·K），最小为0．796w／（m·K），大大低于同条件下的YSZ涂层。低本征热导率、小柱状晶直径、大紊乱度、密度轻及高孔隙率是造成La2Zr2O7涂层低热导率的主要因素。

在NiW合金基底上用化学溶液法制备CeO2/La2Zr2O7过渡层

采用化学溶液方法(CSD)在立方双轴织构的NiW合金基底上制备出了CeO2/La2Zr2O7(LZO)过渡层。利用常规XRD和XRD四环衍射仪对薄膜的取向进行了研究,结果显示CeO2薄膜和LZO薄膜具有很强的面内和面外取向,其中,CeO2(111)面φ扫描的半高宽值(FWHM)约8.35°,(200)面ω扫描的FWHM值约为6.54°。用高分辨扫描电子显微镜观察到薄膜表面致密平整,没有裂纹和孔洞。原子力显微镜测试结果表明,在30μm×30μm范围内,CeO2薄膜表面均方根粗糙度(Rrms)为5.9nm。

燃烧法合成La2Zr2O7粉及其光谱性能

以La_2O_3,Zr（NO_3）_4和甘氨酸为原料,采用燃烧法合成La_2Zr_2O_7粉。分别用发射光谱法（ICPAES）、能谱法（EDAX）、X衍射法（XRD）、红外光谱法（IR）和热重-差热法（TG-DTA）等对La_2Zr_2O_7粉进行表征。分别研究了热处理温度对La_2Zr_2O_7粉的X衍射谱和红外光谱的影响。La_2Zr_2O_7粉的ICP-AES和EDAX分析结果表明,用燃烧法可合成出La_2Zr_2O_7粉。不同温度热处理后La_2Zr_2O_7粉的XRD分析结果表明,当热处理温度为600℃时,出现一个衍射峰,且衍射峰较宽,该结构为半晶型结构;提高热处理温度,衍射峰逐渐尖锐,峰形变窄,衍射峰逐渐增多;热处理温度在750~800℃范围,可得到烧绿石结构的La_2Zr_2O_7粉。在650~750℃热处理后La_2Zr_2O_7粉的红外光谱分析结果与XRD分析结果相同,热处理温度为750℃时,可得到烧绿石结构的La_2Zr_2O_7粉。La_2Zr_2O_7粉的TG-DTG分析结果表明,在120~1 600℃范围,La_2Zr_2O_7粉的结构稳定。

硝酸盐法在Ni5W织构基带上外延生长La2Zr2O7过渡层的研究

采用硝酸盐为前驱盐制备涂层导体结构中的LaB2BZr2BBOB7B(LZO)过渡层.实验通过对前驱盐粉体热分解行为的分析,以及前驱盐溶液在铝酸镧(LAO)单晶和Ni5W合金基底上外延生长LZO膜层工艺的比较研究,经优化获得了采用硝酸盐为前驱盐,适用于Ni5W合金基底的低温两步热处理结合高温快速热处理制备LZO的工艺路线.研究发现,硝酸盐热分解过程及中间产物分解对外延织构的生成起着重要的作用.取向分析显示LZO膜层(222)phi扫描和(400)ω扫描的半高宽分别为8.5°和8.1°,这表明LZO膜层形成了较好的立方织构.SEM分析显示该工艺制备的膜层均匀致密,没有裂纹和孔洞.以上研究表明硝酸盐法可以应用于LZO过渡层的制备.

等离子喷涂La2Zr2O7热障涂层高温烧结的硬化行为

热障涂层在高温服役过程中发生烧结和硬化,是引发涂层开裂和剥离失效的主要因素,因此掌握涂层烧结规律是进行涂层设计制备、寿命预测和工艺优化的前提。文中采用等离子喷涂技术制备La2Zr2O7热障涂层,在1250℃条件下进行涂层高温热暴露试验,表征了涂层高温烧结过程中力学性能的变化规律,从孔隙结构的角度揭示了涂层高温烧结硬化机理。研究结果表明,喷涂态La2Zr2O7涂层为典型的层状结构,硬度为(405±20)HV0.3,高温热暴露后涂层呈现先快后慢的硬化趋势,热暴露200 h后涂层硬度提高了80%。涂层结构分析表明,涂层物相保持不变,但涂层孔隙率呈现出先快后慢的下降规律。坐标轴变换处理后发现,硬度和孔隙率均呈现以10 h为临界的双阶段特性。通过对涂层孔隙结构的高温准原位观察,发现涂层孔隙初期多点桥接超快愈合、后期以边界推进方式缓慢烧结的双阶段烧结现象,从而揭示了La2Zr2O7热障涂层分阶段硬化的烧结机理,从而为发展抗烧结高性能热障涂层提供了新的理论依据。

La2Zr2O7厚度对La2Zr2O7-8YSZ双陶瓷热障涂层隔热性能与初始残余应力影响的数值模拟

利用有限元法研究了LZO-8YSZ双陶瓷层热障涂层的初始残余应力分布状态,研究了LZO厚度对隔热性能和初始残余应力场的影响。结果表明,界面边缘处容易形成应力集中。在相同的陶瓷层厚度情况下,LZO-8YSZ双陶瓷热障涂层的初始残余应力低于单一YSZ陶瓷层热障涂层和单一LZO陶瓷层热障涂层。随着LZO厚度的增加,涂层的隔热效果越好,但涂层内的残余应力以及界面残余应力都相应提高。当LZO厚度100μm、YSZ厚度300μm时,热障涂层的初始残余应力最低。

La2Zr2O7 and MgO co-doped composite Li-Garnet solid electrolyte

Various solid electrolytes,such as sulfides(10^-3-10^-2 S cm^-1)and oxides(10^-4–10^-3 S cm^-1)are explored and developed to solve the safety problems in commercial Li-ion batteries using liquid flammable electrolytes.Metallic Li anode is required for pursuing high power density(>300 Wh kg^-1)for solid-state batteries[1,2].

La2Zr2O7催化剂结构相变对甲烷氧化偶联反应性能的影响

采用共沉淀法并通过改变焙烧温度制备了一系列具有不同晶相结构的La2Zr2O7催化剂,在微型固定床反应器上评价其甲烷氧化偶联反应性能,并利用XRD、Raman、CO2-TPD、XPS等表征手段,探究催化剂的物相结构、表面碱性以及表面氧物种的变化规律。结果表明,随着焙烧温度从700℃逐渐升高到1200℃,La 2Zr2O7催化剂结晶度不断提高,晶相发生明显变化,从无定形结构逐渐向缺陷萤石结构过渡,最终转变成烧绿石结构。焙烧温度提高促使La2Zr2O7晶相转变过程中,催化剂表面的碱性强度减弱,中等碱性位数量以及具有催化活性的表面氧物种O2^2-和O2^-的相对含量不断减少,致使催化剂的CH4转化率和C2+选择性不断降低。其中,无定形LZO-CP-700催化剂表现出最佳的甲烷氧化偶联反应性能。

热障涂层用La_2Zr_2O_7粉末研究进展

介绍了La2Zr2O7的结构及作为热障涂层材料的热力学性能;综述了国内外制备La2Zr2O7粉末的方法及其工艺对产物性能的影响;论述了La2Zr2O7用作热障涂层的优缺点和有待解决的问题。

La_2Zr_2O_7弹性常数及最低热导率的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波法计算了新型热障涂层陶瓷材料La2Zr2O7的弹性常数和热力学性质。计算结果表明:优化后的La2Zr2O7的晶格常数为1.0934 nm,当O(48f)的位置参数为0.329时其晶胞总能量最低;由计算得到的三个弹性刚度张量C11,C12,C44、体弹性模量B和剪切模量G可知La2Zr2O7的结构非常稳定;La2Zr2O7的杨氏模量E=201.50GPa,泊松比为0.274,同性系数为0.733,具有一定的脆性;计算得到的La2Zr2O7德拜温度为619.4K,等容比热为274.3J.mol-1.K-1,最低热导率为1.31W.m-1.K-1,与利用激光脉冲法在1473K测得的热导率1.55 W.m-1.K-1相比,相差15.48%。

La_2M_2O_7(M=Ti,Zr)多晶粉末的低温水热合成及表征

低温水热合成是水热化学一个活跃的研究方向，在氧化物粉末的合成方面具有潜在的应用价值．Ｌａ２Ｍ２Ｏ７（Ｍ＝Ｔｉ，Ｚｒ）陶瓷材料的优良特性使其多晶粉末的合成倍受关注［１，２］．传统的固相反应需在高温（＞１７７３Ｋ）下才能合成Ｌａ２Ｍ２Ｏ７［３］，Ｓｏｌ－...

沉淀剂对La_2Zr_2O_7制备过程的影响

分别采用氨水和草酸铵作沉淀剂,通过化学共沉淀法制备了单相La2Zr2O7粉末。利用DSC-TGA和XRD等方法对LZ前驱体的煅烧分解过程、产物物相进行了分析和表征。结果表明：氢氧化物前驱体在400～750℃分解得到无定型的复合氧化物,800℃保温2.5h即完成相转变形成单相组分的La2Zr2O7;而草酸盐前驱体在400～650℃草酸盐发生分解得到无定型氧化镧、氧化锆的混合物;700℃以后,La（OH）3的分解、无定型氧化物晶化得到六方结构氧化镧与单斜相氧化锆、Zr^4＋扩散到La2O3晶界生成La2Zr2O7等三个反应同时进行。获得单相组分La2Zr2O7的煅烧条件至少要1450℃,保温2.5h。草酸盐前驱体中镧和锆两种成分局部的分布不均匀是造成其处理温度比氨水法要高的直接原因。

La_2Zr_2O_7∶Eu发光材料的共沉淀法制备与表征

采用共沉淀法制备La2Zr2O7∶Eu纳米粉体。采用热分析和XRD研究了前驱沉淀物在不同热处理温度下的物相组成。采用SEM观察所制备纳米粉体的显微形貌。使用荧光光谱仪测试了样品的激发光谱和发射光谱。结果表明,1200℃热处理2 h制备的La2Zr2O7∶Eu纳米粉体颗粒基本上呈球状,分散性较好,粒径分布在30-50 nm。光谱分析表明,La2Zr2O7∶Eu纳米粉体的激发光谱属于Eu^3＋的特征谱带,其中强度最大的峰值位于285 nm的谱带,属于O2--Eu^3＋的电荷迁移带。样品的发射光谱分布于570~650 nm之间,主发射峰位于585 nm。Eu^3＋的最佳掺杂量为5 mol%。

锆酸镧涂层高温结构演变及热导性能

采用固相反应法制备 La2Zr2O7原料粉体,经喷雾造粒后,采用大气等离子喷涂工艺(air plasma spray,APS)制备 La2Zr2O7涂层。重点研究 La2Zr2O7 涂层在高温长时间条件下的物相组成、微观结构以及导热性能。结果表明:La2Zr2O7涂层具有烧绿石单相结构,密度平均值为 5.24 g cm^3,相成分及密度均不随热处理时间的延长而发生明显变化;初始态涂层内部存在大量非晶态结构,能够有效阻碍声子的传递,涂层热导率可低至 0.392 W·m^-1· K^-1;经高温热处理后,非晶态结构逐渐转变为晶态结构,声子传递效率明显提高,导致涂层热导率显著上升;同时,热处理后的涂层高温热导率的回升现象明显减弱。

新型La_2Zr_2O_7环境障涂层的1300℃热冲击行为研究

采用化学气相沉积和原位合成工艺在Cf/SiC基体上制备了Si/3Al2O3·2SiO2/La2Zr2O7新型环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBC),研究了EBC涂层在1300℃的抗热冲击性能。结果表明,涂覆Si/3Al2O3·2SiO2/La2Zr2O7涂层的Cf/SiC试样,在热冲击试验进行到121次时发生了过早剥落失效。试验过程中,3Al2O3·2SiO2中间层内的Al元素发生外扩散并在面层中发生反应生成LaAlO3,La2Zr2O7在1300℃高温热冲击环境下发生烧结和粉化,以及由于热膨胀系数差异造成的EBC涂层内残余应力的产生均是导致EBC涂层过早剥落失效的主要原因。

稀土镧添加氧化锆的合成与物相分析研究

以硝酸锆、硝酸镧和柠檬酸为原料,原位合成了稀土镧(La)掺杂氧化锆(ZrO2)和锆酸镧/氧化锆(La2Zr2O7/ZrO2)复合材料。采用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)作为分析和表征手段,研究了稀土La掺杂ZrO2和La2Zr2O7/ZrO2复合材料的物相组成以及La2Zr2O7/ZrO2复合材料的高温热稳定性。研究结果表明:稀土La很难进入ZrO2晶格形成固溶体,当稀土La掺杂量较少时,生成以m-ZrO2为主相的m-ZrO2和La2 Zr2 O7的复合材料;当稀土La掺杂量较大时,生成以La2Zr2O7为主相的t-ZrO2和La2Zr2O7的复合材料。在1 400℃煅烧6 h条件下,LZZ11(按La2Zr2O7与ZrO2物质的量比为1∶1称取原料制备的样品)中的t-ZrO2转变为m-ZrO2相,此时La2Zr2O7失去了对ZrO2的稳定作用。

等离子喷涂CeO_2改性La_2Zr_2O_7纳米热障涂层高温性能研究

研究了不同Ce掺杂量对La2Zr2O7相结构稳定性的影响,确定了Ce原子掺杂量为5.45%的CeO2改性La2Zr2O7涂层(CLZ)。研究了采用大气等离子喷涂制备的涂层与原始粉末化学成分计量比偏离情况。经共沉淀制粉、喷雾干燥团聚造粒、大气等离子喷涂制备了Ce原子掺杂量为5.45%的新型纳米CLZ热障涂层,研究了涂层的长期组织结构稳定性、抗热震性以及失效机制。结果表明,CLZ涂层具有良好的长期组织结构稳定性,涂层在1150℃下热震循环寿命达到26次。涂层失效主要以层状撕裂为主。陶瓷层和粘结层热膨胀不匹配、粘结层发生氧化可能是导致CLZ涂层热震失效的主要原因。

熔盐法合成烧绿石结构La_2Zr_2O_7粉体

以氧化锆和氧化镧为反应原料,以氯化钾-氯化锂为熔盐介质,采用熔盐法制备了烧绿石结构锆酸镧（La2Zr2O7）粉体,研究了反应温度和熔盐含量对该粉体纯度的影响,并分析了其显微结构。结果表明：La2Zr2O7粉体除了由原料直接反应合成外,还有部分是由La2O3与熔盐先生成中间产物LaOCl,该中间产物再与ZrO2反应而生成;La2Zr2O7相的生成量随反应温度的升高而增加,随熔盐含量的增加先增后减;当熔盐与反应原料的质量比为3∶1时,在1 200℃下反应3h后可以合成纯La2Zr2O7相的粉体,其形貌与原料ZrO2粉体的基本相似,呈无规则颗粒状,晶粒大小为80~200nm。

纳米异质外延层与衬底的晶体取向匹配的电子背散射衍射分析

本文采用电子背散射衍射(EBSD),测量纳米异质外延层的织构,及外延层与衬底的晶体取向匹配。测试的材料包括作为YBCO超导膜的过渡层、生长在强立方织构Ni-5at.%W(Ni-W)衬底上的La2Zr2O7(LZO)外延层,及LED器件中生长在蓝宝石衬底上的GaN过渡层和外延层。EBSD测量出LZO外延层具有旋转立方织构,显示出LZO与Ni-W衬底的面内取向(转动45°)及面外取向(沿[001]方向)的匹配关系。EBSD测量出GaN过渡层与蓝宝石衬底的面内取向(转动30°)的匹配关系,显示出由GaN过渡层的晶格畸变而引入的平行于外延生长方向的弹性应变梯度(约500 nm)。