[发明专利]一种低热导率、高相稳定性的锆酸锶基复合陶瓷热障涂层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种低热导率、高相稳定性的锆酸锶基复合陶瓷热障涂层材料及其制备方法和应用，所述锆酸锶基复合陶瓷热障涂层材料的化学式为Sr_X(Zr_0.9Yb_0.05A_0.05)O_1.95+X，其中A为Y或Gd，X为大于或等于0.7，且小于或等于0.9；采用固相法制备：以SrCO₃、ZrO₂、Yb₂O₃和A₂O₃粉体为原料，将原料称重后混合，用研钵进行研磨，以无水乙醇为介质；然后进行焙烧及热处理，得到锆酸锶基复合陶瓷热障涂层材料。本申请制备方法简单，原料易得且价格低廉。该材料在室温至1450℃温度范围内有很好的相稳定性，并且热导率最高的陶瓷比现有热障涂层材料低30％以上，比锆酸锶材料低20％以上；热导率最低的陶瓷比常规热障涂层YSZ材料降低了40％以上，比锆酸锶材料降低30％以上。

技术领域

本发明涉及热障涂层技术领域。具体地说是一种低热导率、高相稳定性的锆酸锶基复合陶瓷热障涂层材料和制备方法及应用。

背景技术

热障涂层(TBCs)是由陶瓷层和金属粘结层构成的涂层系统。将热障涂层喷涂在涡轮叶片上，利用热障涂层具有较低的热导率、较高的热膨胀系数和良好的相稳定性等优点，能够有效地降低基体的使用温度，提高基体在高温下的抗腐蚀能力，延长热端部件的使用寿命，同时能够减少发动机的油耗，并提高发动机的工作效率。随着燃气轮机使用温度的不断提高，目前广泛使用的热障涂层材料为含有7％-8％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(YSZ，Yttria-Stabilized Zirconia)，由于其在1250℃以上发生相变和烧结现象，从而造成涂层发生失效。因此新型陶瓷热障涂层材料的研发已成为下一代高性能燃气轮机热防护涂层的关键问题之一。

锆酸锶(SrZrO₃)材料是一类典型的具有钙钛矿结构的氧化物(ABO₃)，这类氧化物普遍具有较高熔点、较低热导率和较高的热膨胀系数的特点，同时钙钛矿结构的氧化物(ABO₃)中的A、B位的离子取代的可能性极为丰富，因而该种氧化物可以通过离子取代进而选择性的提高材料的某些性能。近年来，SrZrO₃已经成为人们重点研究的服役温度相较于YSZ更高的新一代热障涂层陶瓷层材料。

锆酸锶(SrZrO₃)作为新型热障涂层陶瓷层热门备选材料，因此人们对锆酸锶的研究的相对比较深入。早在2000年Howard等人就对SrZrO₃材料从室温到1230℃温度区间内的相变特征进行了研究。然而，SrZrO₃材料在环境温度发生变化过程中存在的这些相变，对其作为热障涂层陶瓷层材料是不利的。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种在升温过程中抑制相转变、降低热导率的低热导率、高相稳定性的锆酸锶基复合陶瓷热障涂层材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种低热导率、高相稳定性的锆酸锶基复合陶瓷热障涂层材料，所述锆酸锶基复合陶瓷热障涂层材料的化学式为Sr_X(Zr_0.9Yb_0.05A_0.05)O_1.95+X，其中A为Y或Gd，X大于或等于0.7，且小于或等于0.9。