纳米YSZ热障涂层隔热行为研究

通过测试等离子喷涂纳米氧化钇稳定氧化锆热障涂层的热扩散率、比热容及密度,得出涂层的热导率,借以评价涂层的隔热效果。借助X射线衍射和扫描电镜测定涂层的晶粒度和微观形貌。结果表明,从室温至900℃涂层的热导率范围为0.5565～0.6479W/(m×K),涂层中存在大量未完全熔化的纳米颗粒和小孔径孔隙,对降低涂层的热导率,提高涂层的隔热性能极为有利。

纳米YSZ包裹NiO对固体氧化物燃料电池阳极性能的影响

利用沉淀法制备纳米YSZ包裹的Nio粉体，将其和8YSZ及PMMA按一定质量比混合，采用水系流延技术经1400℃烧成制成阳极支撑型阳极，采用丝网印刷技术印刷4LSM＋SSZ复合阴极，在1200℃下煅烧2h得到单电池。以X射线衍射仪、透射电镜、电子扫描电镜、阿基米德排水法、压汞法和电化学工作站等测试手段分别对包裹粉体的物相、显微结构及单电池的显微结构和电化学性能等进行了表征。结果表明，沉淀法制备的20～50nm立方相YSZ颗粒能够有效地附着在NiO颗粒上，通过这种方式构建的多孔网络结构的阳极，大大的增加了三相界面的长度，有利于燃料气H2的扩散，降低电池的浓差极化。以H2＋5％水蒸气为燃料气，空气为氧化气，在750℃ 2wt%纳米YSZ包裹NiO的单电池的最大功率密度为1．02w／d，欧姆电阻为0．19Ωcm^2，极化电阻0．38Ωcm^2。

纳米YSZ基扩散控制极限电流型氧传感器的研究

讨论了极限电流型氧传感器的结构和原理 ;制作了以纳米 (2 0～ 3 0nm)YSZ粉体为原料的电解质基片、Pt电极上带有多孔涂层的扩散控制极限电流型氧传感器。实验测定了氧在 0～ 3 7% (mol) ,温度在 60 0～ 70 0℃范围内传感器的输出特性。结果表明 :在上述条件和V =0 .3～ 1.3V电压范围内 ,极限电流 (IL)与氧气浓度成线性关系 ;IL∝T0 .6。

纳米YSZ热障涂层组织结构及性能分析

运用电子扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等设备,对采用等离子喷涂方法制备的热障涂层进行了组织结构、氧化动力学、高温热腐蚀动力学、高温隔热性能、抗热震以及结合强度等性能分析。结果表明:原始态的氧化锆涂层微观组织良好,涂层为非转变四方相结构,热生长氧化物(TGO)层是影响热障涂层性能的主要原因,涂层体系经400小时预氧化仍具有良好的抗氧化性但不耐熔盐腐蚀,1100℃涂层的热冲击性能满足500周次循环要求,涂层结合强度呈抛物线特性。

纳米YSZ热障涂层制备工艺及涂层环境试验研究

以结合强度为衡量指标,由L9(34)试验确立了等离子喷涂纳米YSZ制备热障涂层的最佳工艺参数。采用SEM对涂层微观组织结构及涂层相关性能进行了研究分析。结果表明,经优化工艺参数喷涂制备的YSZ热障涂层结合强度可达38.26MPa,厚度为0.37mm的该涂层在600℃时的隔热温度达到70℃,且该涂层具有良好的环境适应性。

纳米YSZ热喷涂粉末的制备及其性能

基于纳米涂层的优异性能,研究了纳米YSZ热喷涂粉末的制备工艺。喷雾干燥造粒后,分别用霍尔漏斗法和电子扫描显微镜对团聚体粉末的流动性、松装密度及微观形貌进行了测试与分析。研究发现,固含量越高,粉末的流动性及松装密度性能越好,但过高的固含量反而会影响造粒效果;在固含量一定的情况下,黏结剂含量适中的浆料造粒后团聚体粉末的流动性更好。为了得到性能更好的团聚体粉末,合理的后续处理方法是在电流300A,电压40V条件下进行等离子致密化。

素坯高压成型对纳米4YSZ烧结的影响

在纳米 4YSZ粉中加入少量纳米Al2 O3 粉 ,素坯两次 40 0MPa加压成型后在 4GPa高压下再成型 ,素坯相对密度达 72 4 %,降低了烧结致密温度。超密实坯体在 110 0℃常压下烧结 2小时 ,陶瓷体致密度达 99 2 %。烧结样品的晶胞四方度atc- 1t 为 1 0 12 ,晶胞体积V为 0 132nm3 。 110 0℃常压煅烧 ,烧结体晶粒大小在 40～ 70nm。烧结体研磨成粉后含有 12～ 14%的单斜相。

等离子喷涂常规和纳米8YSZ热障涂层的性能

分别采用了常规微米和纳米8YSZ粉末使用大气等离子喷涂系统进行热障涂层的制备,研究了涂层的结合强度、微观结构、常温热导率、折弯性能,试验结果表明:纳米涂层的结合强度要低于常规8YSZ涂层,但涂层的热导率、弯曲性能均优于常规8YSZ涂层。

溶胶–凝胶法制备YSZ纳米粉体的改进研究

以无污染的草酸为沉淀剂,廉价的无机盐ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O为前驱物,PEG400和PEG4000为复合表面活性剂,采用HCl调节pH值、无水乙醇超声分散等手段,对传统溶胶–凝胶法进行了改进。采用热重–差热(TGA-DTA)分析、红外光谱分析(IR)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试方法,对采用改进溶胶–凝胶法制备的YSZ(其中x(Y2O3)为9%)粉料的特性和制备工艺进行了研究。实验表明:采用改进溶胶–凝胶法制备的YSZ粉料,经600℃、30 min煅烧后可以得到室温下全稳定立方相结构、平均晶粒度为13.7 nm的纳米粉体。

Ho^(3+)/Yb^(3+)∶8YSZ纳米粉体制备及发光性能研究

通过化学共沉淀法制备Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂的氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ)纳米粉体。研究了煅烧温度对Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂8YSZ纳米粉体荧光光谱和上转换发光性能的影响。结果表明:在448 nm波长激发光激发下,Ho^(3+)/Yb^(3+)∶8YSZ纳米粉体有一个549 nm的绿光发射峰,随着煅烧温度的升高,Ho^(3+)/Yb^(3+)∶8YSZ纳米粉体的荧光强度先升高后降低。980 nm波长激光激发下,Ho^(3+)/Yb^(3+)∶8YSZ纳米粉体在450~750 nm范围内有一个中心波长在539 nm的绿光发射峰和一个中心波长在650 nm的红光发射峰,随着煅烧温度的升高,纳米粉体的颗粒尺寸增大的同时,其上转换发光强度也逐渐增大。

纳米8YSZ粉末不同温度下烧结行为研究

目的 通过关注纳米8YSZ粉末在不同温度下烧结过程中的晶粒长大行为及相结构组成变化,获得纳米8YSZ粉末的高温稳定性,防止高温烧结导致纳米8YSZ涂层性能明显衰减,致使涂层在正常服役过程中过早失效。方法 采用共沉淀工艺合成低杂质含量的8YSZ纳米粉末,经过低温煅烧预处理后,在900～1200℃温度区间进行3～12 h的烧结。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对纳米颗粒进行物相结构和形貌分析,根据Scherrer公式计算热处理后的颗粒平均晶粒尺寸,采用Arrhenius公式得到晶粒生长活化能,进而确定晶粒的生长机制。结果 经过低温煅烧预处理后,粉末绝大多数仍然保持非晶态结构,经过高温热处理后,粉末均完成了晶态转化,相结构基本为单一四方相。温度为900～1100℃时,晶粒生长的活化能为42.638 k J/mol;温度为1100～1200℃时,晶粒生长的活化能为3.849 k J/mol。结论 高温热处理后,纳米8YSZ粉末物相结构为单一四方相,可以保持高温稳定性,防止涂层性能明显衰减。温度为900～1200℃时,晶粒生长机制以表面扩散为主的聚合生长。

柔性YSZ-TiO_2纳米纤维膜的制备及其光催化性能研究

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板聚合物、醋酸锆[(Zr(Ac)_4]为锆源、六水合硝酸钇[Y(NO_3)_3·6H_2O]为稳定剂,通过均质处理的方法在前驱体溶液中加入二氧化钛纳米颗粒(TiO_2-NPs)并利用静电纺丝技术及煅烧工艺制备了掺杂TiO_2-NPs的柔性钇稳定氧化锆(YSZ-TiO_2)纳米纤维膜,并研究了其对亚甲基蓝(MB)的降解效果。研究结果表明:在MB溶液浓度为10mg/L,降解时间为70min,TiO_2-NPs用量为8%条件下,制得的柔性YSZTiO_2纳米纤维膜对MB的降解率最高达到95%,有望应用在污水处理等领域。

等离子喷涂纳米ZrO_2-8%Y_2O_3涂层的结构及性能

热障涂层能提高工件的性能,延长其使用寿命,但目前对其厚度0.5mm以上的研究报道不多。为此,以纳米ZrO2-8%(质量分数)Y2O3粉末(YSZ)为原料,用等离子体喷涂法制备了3种厚度(0.6,0.8,1.2mm)的热障涂层,并对涂层的结构和性能进行了研究。结果表明:纳米涂层主要由未熔粉末及周围的柱状晶、等轴晶组成,可观察到大量纳米晶,喷涂电流对组织结构的影响远大于喷涂距离;热障涂层结合强度随涂层厚度的增加而降低;涂层隔热性能随涂层厚度的增加而提高,温度越高优势越明显。

喷涂功率对纳米热障涂层组织及性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM,Scanning Electron Microscopy)、X射线衍射(XRD,X-Ray Diffraction)等方法研究了大气等离子喷涂功率对纳米Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ,Yttria Stabilized Zirconia)热障涂层组织结构及热震性能的影响.结果表明,不同功率下制备的陶瓷层包含熔融相和未熔相,未熔相中存有纳米晶粒,相组成为四方相ZrO2.随着功率的增加,涂层的纳米区域逐渐减少,孔隙率逐渐降低,热震寿命先增加后减少.涂层失效位置位于靠近TGO(Thermally Grown Oxide)处的陶瓷层中.

纳米ZrO_(2)-8%Y_(2)O_(3)水相悬浮液分散稳定性研究

目的探究Y_(2)O_(3)为8%的纳米ZrO_(2)-8Y_(2)O_(3)(8YSZ)水相悬浮液的分散机理。方法选用PAA、PEG600、PEG2000三种不同分散剂,在不同分散剂含量和pH值条件下,制备固相含量(以质量分数计)为20%的纳米8YSZ水相悬浮液。采用Zeta电位、粒度分布和悬浮液黏度对纳米8YSZ水相悬浮液的分散稳定性进行表征。结果pH为中性时,悬浮液中分散剂PAA、PEG2000、PEG600的最佳用量(以质量分数计)分别为2.4%、2.4%、3.2%,对应的最低黏度分别为4.08、3.84、3.36 mPa·s。加入分散剂PAA后,纳米8YSZ等电点的pH值由6左移到4附近。当PH值为8时,纳米8YSZ颗粒的Zeta电位最高,达–44.5 mV。结论纳米8YSZ水相悬浮液的分散稳定性与分散剂的种类、含量和pH值有关。仅添加分散剂或调节pH值均不能使纳米8YSZ水相悬浮液分散稳定。分散剂PAA同时具有静电稳定和空间位阻稳定的作用。分散剂的总体分散效果由高到低依次为PAA、PEG2000、PEG600。制备固相含量为20%的纳米8YSZ水相悬浮液的最佳条件为:pH=8,PAA含量为2.4%。此时悬浮液的分散效果最好,黏度最低,为2.56 mPa·s。

纳米ZrO_2粉末感应等离子体球化处理工艺研究

采用液体送粉技术及感应等离子体球化技术对纳米YSZ（6%～8%Y2O3-ZrO2）粉末进行了团聚、球化处理,研究了感应等离子体球化处理工艺参数对于粉体球化率的影响,采用三维景深显微镜、场发射扫描电镜、X射线衍射（XRD）研究了球化处理前后纳米YSZ粉末的表面形貌、截面形貌及其相结构。结果表明,采用液体送粉感应等离子球化处理技术,可同时对纳米YSZ粉末进行团聚及其致密化处理,得到的粉末为表面光洁、致密的实心球或空心球粉末,其粒径分布范围为40～100μm;YSZ粉末的相结构在处理前后没有发生变化。

纳米8YSZ粉的热处理对等离子喷涂涂层热震性能的影响

8YSZ纳米粉（晶粒度为20 nm）在800～1200℃范围内煅烧12 h（温度间隔100℃）,然后用大气等离子喷涂方法制备相应的涂层。对涂层的相成分、结构、结合强度、弹性模量和热震性能进行了详细分析。分析结果表明：当粉末的煅烧温度高于1000℃时,8YSZ晶粒度明显增大;涂层为双模式结构即熔化区和未熔化区,涂层的密度和熔化程度随温度升高而增加,并导致硬度和弹性模量增大;1200℃煅烧粉末所制备的涂层由于微裂纹或微孔缺陷增加,导致涂层的弹性模量减小。涂层的失效原因主要归因于热膨胀系数不匹配,涂层的热震寿命与其弹性模量呈反比关系。