大气等离子体喷涂Sm_2Zr_2O_7涂层的结构和性能

稀土锆酸盐材料具有比Y2O3部分稳定ZrO2陶瓷低的热导率,是新型热障涂层的潜在候选材料之一.利用大气等离子体喷涂技术以喷雾造粒的Sm2Zr2O7粉体制备涂层,并在相同条件下沉积8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层.对比评价了两种涂层的结构、热物理性能和力学性能.X射线衍射结果表明,制备态Sm2Zr2O7涂层为缺陷萤石结构.扫描电镜分析显示,Sm2Zr2O7和8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层为典型的层状结构,内部有很多气孔、裂纹等缺陷.800℃测得的Sm2Zr2O7涂层的热导率为0.44 W/（m.K）,比相同条件下测得的8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层的热导率低~40%,两者的热膨胀系数相似.力学测试结果显示,Sm2Zr2O7涂层的抗折强度、硬度和弹性模量均低于8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层.

等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7/8YSZ热障涂层热冲击应力的数值模拟

热障涂层的热冲击应力对其热冲击性能有重要影响,有关其热冲击应力的研究鲜见报道。采用有限单元法研究了基体材质、厚度对等离子喷涂Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层水淬热冲击应力的影响,并与8YSZ涂层比较。结果表明:涂层内存在较大径向冲击热应力,其值随基体热膨胀系数增加而增大;随基体厚度增加,径向应力逐渐增加,厚度超过25 mm后对径向应力无影响;剪切压应力的绝对值随基体厚度增加而增大,基体厚度超过20 mm后趋于稳定;基体厚度对轴向应力无影响;该涂层的抗热冲击性能优于传统8YSZ涂层。

表面活性剂对Sm_2Zr_2O_7纳米热障涂层材料烧结性能的影响

采用水热合成法制备Sm2Zr2O7纳米晶体,研究了聚乙二醇(PEG)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)三种不同类型的表面活性剂对材料相结构、分散性能以及烧结性能的影响。实验结果表明:材料的物化性能与表面活性剂的类型密切相关,阳离子表面活性剂的添加抑制了材料由萤石结构向烧绿石结构的转变,样品比表面积为174.67 m2·g-1,经过高温烧结后块材的体积收缩和相对密度分别为24.5%和81.2%。相比之下,阳离子表面活性剂CTAB对于提高材料的抗烧结性能方面要明显好于非离子表面活性剂PEG和阴离子表面活性剂SDBS。

碳纳米管增韧Sm_2Zr_2O_7基热障涂层复合材料的制备

本文提纯和分散了碳纳米管,采用共沉淀法制备出Sm2Zr2O7-CNT复合材料粉末,并用热压法制备出复合材料块体试样。研究了碳纳米管对Sm2Zr2O7微观形貌、相结构以及断裂韧性的影响。结果表明:在所得的复合材料中,碳纳米管均匀分散在Sm2Zr2O7基体中;复合材料的断裂韧性高于纯Sm2Zr2O7试样,并且随着碳纳米管含量的增多,复合材料强度和韧性有所提高,可以用界面结合强度及纤维拔出、纤维与基体的脱粘、纤维搭桥等理论来分析碳纳米管增韧复合材料的机制。

感应等离子球化Sm_2Zr_2O_7粉末涂层性能研究

采用感应等离子球化技术对喷雾干燥制备的Sm_2Zr_2O_7(SZO)团聚粉末进行了球化处理,通过正交实验研究了各个工艺参数对于粉体球化率的影响,采用大气等离子喷涂技术制备了SZO涂层,利用场发射扫描电镜、X射线衍射(XRD)研究了Sm_2Zr_2O_7粉末及涂层的微观组织形貌、相结构。结果表明,经过感应等离子球化处理后,Sm_2Zr_2O_7粉末呈表面光洁、致密的实心球状,粉末的流动性能提高了67.6%,松装密度提高了128.8%,粉末相结构没有发生变化。各个工艺参数对于Sm_2Zr_2O_7粉末球化率的影响显著性顺序为:氢气流量、氩气流量、反应室压力、送粉速率。所制备的SZO热障涂层各个界面结合紧密,各层致密度较高,孔隙率约为7.54%,结合强度为43.5MPa。

La_2(Zr0.7Ce0.3)_2O_7——新型高温热障涂层

采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备了新型La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(LZ7C3)热障涂层。研究了涂层的组分、显微结构、表面和横截面形貌以及恒温氧化行为。结果表明:涂层中La2O3/ZrO2/CeO2的相对含量偏离了化学计量比,但X射线衍射(XRD)相结构与靶材非常相似。通过CeO2掺杂后,LZ7C3体材料的热膨胀系数比La2Zr2O7(LZ)大;在1100℃恒温氧化890h的条件下,LZ7C3涂层的抗氧化增重性能明显优于传统的Y2O3部分稳定化的ZrO2(8YSZ)涂层。此外,热膨胀不匹配、黏结层氧化和陶瓷涂层内部微观裂纹的出现可能是导致LZ7C3涂层恒温氧化失效的主要原因。

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.

Sm_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7纳米热障涂层材料的制备及其热物性能研究

Sm_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7是一种三元稀土氧化物材料,具有耐腐蚀性能好、熔点高、热导率低、热稳定性良好等优点,在热障涂层领域有着潜在的应用前景.以Sm_2O_3,ZrOCl_2·8H_2O和Ce(NO_3)3·6H_2O为原材料,通过水热合成法制备了Sm_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7是纳米材料,并与同样方法制备的Sm_2Zr_2O_7的相关性能进行了对比.通过TG-DSC、XRD、Raman、SEM等测试手段对材料的热行为、相结构、晶粒尺寸和形貌等参数进行了表征.结果表明:Sm_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7纳米材料在高温热处理后为烧绿石结构,初始样品的晶粒尺寸为5.43 nm,比表面积为103.11 m2g^(-1).同时对热导率、热膨胀系数等热物性能进行了研究,其热导率为1.04 W m^(-1)K^(-1),热膨胀系数为10.86×10^(-6)K^(-1),这些性能均满足热障涂层的标准.与Sm_2Zr_2O_7相比,Sm_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7具有更优异的性能,是一种具有广泛应用前景的纳米热障涂层材料.

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。

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。

空位对Sm_2Zr_2O_7陶瓷热膨胀系数的影响

以ZrO_2、Sm_2O_3和二价氧化物MO粉体(M=Mg,Ca)为原料,采用固相反应合成工艺制备了M_(0.1)Sm_(1.9)Zr_2O_(6.95)陶瓷,混合料在空气气氛中1600℃保温10h进行烧结。利用XRD、SEM和热膨胀仪测试了合成产物的相、微观组织和热膨胀系数,结果表明合成出了单相、微观组织较均匀的M_(0.1)Sm_(1.9)Zr_2O_(6.95)陶瓷,陶瓷的热膨胀系数均比纯Sm_2Zr_2O_7陶瓷要高,分析认为热膨胀系数的提高主要是由于Sm_2Zr_2O_7陶瓷中引入的空位所致。热障涂层陶瓷层材料热膨胀系数的提高有利于延长涂层的寿命。

热障涂层用Dy_2 Zr_2 O_7陶瓷粉末制备及其热物理性能研究

采用共沉淀-煅烧法制备了热障涂层用Dy2 Zr2 O7陶瓷粉末。通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射,SEM,DSC及霍尔流速计等分析方法,对粉末的化学组成、相组成、微观结构、高温相稳定性和流动性能进行了研究。通过高温膨胀仪、DSC和激光热导仪分别测定其热膨胀系数、比热系数和导热系数。结果表明,所制备粉末的组成与锆酸镝氟石结构的组成相近;高温下Dy2 Zr2 O7无明显相变;在高于1400℃的温度下煅烧后,Dy2 Zr2 O7的流动性得到显著改善;Dy2 Zr2 O7具有比8YSZ更高的热膨胀系数和更低的导热系数。

V_(2)O_(5)+Na_(2)SO_(4)熔盐作用下(Gd_(0.9)Sc_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)/YSZ热障涂层的热腐蚀行为研究

为评估(Gd_(0.9)Sc_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)涂层的耐熔盐腐蚀性能,用等离子喷涂法制备了(Gd_(0.9)Sc_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)/YSZ,研究了该涂层在V_(2)O_(5)+Na_(2)SO_(4)熔盐中的热腐蚀行为,将腐蚀条件为涂覆熔盐的涂层在700~1 000℃热处理2 h和10 h。结果表明:(Gd_(0.9)Sc_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)涂层与V_(2)O_(5)+Na_(2)SO_(4)熔盐发生了明显的腐蚀反应,产物为GdVO4和t-ZrO22种,且腐蚀产物种类与热腐蚀温度和时间关系不大;但当腐蚀温度为700℃和800℃时,涂层表面有一定的Na2SO4残留。对腐蚀后涂层截面分析发现,涂层表面形成了反应层,该反应层可在一定程度上阻止熔盐渗透,但随着腐蚀温度的提升,形成反应层的能力变弱,涂层内可观察到较明显的熔盐痕迹;总体上来看,经700~1 000℃的熔盐腐蚀后,(Gd_(0.9)Sc_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)/YSZ涂层依然能保持结构完整性。根据路易斯酸碱规则提出了熔盐与(Gd_(0.9)Sc_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)的反应机理,阐明了涂层抗熔盐腐蚀的机制。

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。

用X-射线衍法研究Sm_2Zr_2O_7形成机制

采用XRD技术研究了固相反应制备Sm_2Zr_2O_7的形成机制。结果表明:从1000℃开始,Sm^(3+)逐渐取代Zr^(4+)的位置,形成萤石结构ZrO_2-Sm_2O_3固溶体,该过程直到1400℃才基本结束;在1200℃～1300℃之间,Sm_2O_3与ZrO_2发生固溶的同时,固溶体开始转变为焦绿石结构的Sm_2Zr_2O_7,到1500℃所有固溶体完全转变为Sm_2Zr_2O_7;1500℃以后,Sm_2Zr_2O_7晶体逐渐长大并最终形成理想的Sm_2Zr_2O_7晶体。整个过程并无其它中间相生成。

不同基体材质的Sm2Ce2O7涂层热冲应力的数值模拟

采用ANSYS软件对Ni、45钢、SiCf/SiC、2Cr13、1Cr13Ni9Ti五种不同基体Sm2Ce2O_7涂层的热冲击应力进行了计算,系统研究了基体材质对热应力的影响规律。结果表明,不同基体材质涂层均存在较大的热应力,最大热应力绝对值出现在热冲击瞬间,35s后趋于稳定,径向应力的影响远大于轴向与剪切方向;径向应力在横向距离小于12mm时保持稳定,横向距离在12~18 mm范围内,应力梯度逐渐增大;SiCf/SiC基体在表面及表面层/粘结层界面的应力状态为压应力,且表面径向、表面及表面层/粘结层界面的轴向应力梯度均低于其他基体涂层,有利于界面的结合及防止横向裂纹的扩展;热膨胀系数的差异造成SiCf/SiC基体涂层与其他金属基体涂层的体积形变方向不一致,同时粘结层/基体界面应力绝对值及应力梯度略大于2Cr13基体涂层,基体的热膨胀系数是影响热冲击性能的关键因素之一。

稀土(Ln=Y/Yb)掺杂对Sm2Zr2O7陶瓷材料结构及热导率的影响

利用稀土Ln=Y/Yb对Sm_2Zr_2O_7进行A位取代掺杂,通过固相合成法制得Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料。分别利用XRD分析材料的晶体结构,SEM观察其显微形貌,激光导热仪测试其热扩散系数并计算得到热导率。结果表明,Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料为立方烧绿石结构,晶粒分布均匀,Yb^(3+)/Y^(3+)的掺杂降低了陶瓷材料的热扩散系数和热导率,其中Yb的作用更为明显。

双层YSZ/La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7热障涂层高温性能研究

采用等离子喷涂制备了双层YSZ/铈锆酸镧(La2(Zr0.7Ce0.3)2O7,LZ7C3)涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)等研究了涂层的结合强度、高温抗热震性能、抗钙镁铝硅酸盐玻璃(CMAS)侵蚀性能等。结果表明:沉积态涂层呈现萤石结构;涂层与基体的最高结合强度达到了38Mpa以上;双层涂层在1200℃的热震次数达到33次;涂层失效方式主要为外层铈锆酸镧涂层发生了逐层剥离;LZ7C3可与CMAS形成高熔点的结晶物,抵抗CMAS的入侵。双层YSZ/铈锆酸镧涂层具有良好的抗热震和抗CMAS性能。

用V_2O_5和Na_2SO_4制备的(Sm_(1-x)Yb_x)_2Zr_2O_7热障涂层材料热腐蚀行为的研究

本文采用ZrOCl_2·8H_2O、Sm_2O_3和Yb_2O_3粉体作为原材料,用化学共沉淀法制备出(Sm_(1-x)Yb_x)_2Zr_2O_7(x=0,0.5,1.0)粉体。粉体经煅烧后,用无压烧结工艺获得(Sm_(1-x)Yb_x)_2Zr_2O_7块体材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS),对在不同热处理条件和不同腐蚀剂作用下(Sm_(1-x)Yb_x)_2Zr_2O_7块体材料的相组成和微观组织结构进行比较和分析,系统地研究了(Sm_(1-x)Yb_x)_2Zr_2O_7材料热腐蚀机理。

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。