[发明专利]具有类柱状晶的锆酸钆薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及具有类柱状晶的锆酸钆薄膜及其制备方法，所述锆酸钆薄膜的形貌为类柱状晶，所述锆酸钆薄膜中钆与锆原子比为（0.19～1.72）：1。

技术领域

本发明涉及一种组分可调的类柱状晶锆酸钆薄膜及其制备方法，特别是一种以锆、钆的有机盐为前驱体，通过LCVD制备组分可调的类柱状晶锆酸钆的方法。

背景技术

目前已在航空航天领域大量应用的热障涂层，一般由MCrAlY金属粘结层和Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)陶瓷层组成，具有高熔点、低热导率、高热膨胀系数等很多优势。但YSZ在温度高于1200℃时会发生高温相变以及耐钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀性能差。相比于YSZ涂层，烧绿石结构的锆酸钆涂层具有更好的高温稳定性和更低的热传导率。锆酸钆可以在1550℃以下均有可以保持相稳定性，这比YSZ的相变温度高出350℃，并且具有很好的耐CMAS的腐蚀性能。研究表明，无论是锆酸钆的热学性能还是电学性能，都是以通过锆酸钆组分调整，如本征组分调整或者掺杂，来改变。那么我们可以通过化学方法来连续调控锆酸钆涂层的组分，近而扩展或优化其应用的范围和性能。

锆酸钆涂层已经可以用很多种方法来制备，例如EB-PVD、APS、SPS等，但是这些方法都是以物理沉积的方式来实现涂层的制备。物理方法可以达到高速、高效沉积效果，美中不足的是它无法实现涂层组分的连续调控，从而限制其应用范围以及使用性能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种涂层组分的连续调控的锆酸钆薄膜及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种锆酸钆薄膜，所述锆酸钆薄膜的形貌为类柱状晶，所述锆酸钆薄膜中钆与锆原子比为(0.19～1.72)：1。

较佳地，所述锆酸钆薄膜的热导率为0.92～0.96W/(m·K)。

另一方面，本发明还提供了一种上述的锆酸钆薄膜的制备方法，包括：

(1)分别将钆的有机盐和锆的有机盐加热至250～300℃和320～380℃，得到前驱体气体a和前驱体气体b；

(2)通入第一载气与前驱体气体a形成混合气体A，通入第二载气与前驱体气体b形成混合气体B；

(3)再将混合气体A和混合气体B混合后再与反应气体混合，得到混合气体C；

(4)将置于反应腔体内的反应基片升温至700～1000℃并进行激光辐照，然后将混合气体C通过喷头喷向反应基片开始反应10～20分钟，得到所述锆酸钆薄膜。

在本发明中，首次分别采用将钆的有机盐和锆的有机盐加热至250～300℃(优选255～275℃)和320～380℃(优选345～365℃)，得到前驱体气体a和前驱体气体b(进一步优选钆的有机盐和锆的有机盐的加热温度的温差至少＞50℃)，以避免出现气体分层现象，并保证两种前驱体气体的混合气体同时到达混合室，并在实现混合均匀。再然后通入第一载气与前驱体气体a形成混合气体A，通入第二载气与前驱体气体b形成混合气体B。将混合气体A和混合气体B混合后再与反应气体混合，得到混合气体C。最后开始锆酸钆薄膜的生长，最终得到具有更大应力容限、结合力更大和性能稳定的形貌为类柱状晶的锆酸钆薄膜。若将钆的有机盐和锆的有机盐混合并进行加热处理和生长，所得类柱状晶薄膜的物相呈现为分层现象，其下层是氧化钆+锆酸钆，上层为锆酸钆+氧化锆或只有氧化锆。

较佳地，所述钆的有机盐和锆的有机盐的摩尔比为(0.2～1.4)：1，优选为(0.5～1.4)：1。

较佳地，所述加热的升温速率为10～15℃/分钟。

较佳地，所述钆的有机盐为：2、2、6、6四甲基3、5庚二酮钆和/或乙酰丙酮钆；所述锆的有机盐为：2、2、6、6四甲基3、5庚二酮锆和/或乙酰丙酮锆。