[发明专利]一种钽酸钪热障涂层材料的制备方法

说明书

本发明提供一种钽酸钪热障涂层材料的制备方法，将Sc₂O₃与Ta₂O₅按比例混合后，加入无水乙醇和ZrO₂球磨珠进行球磨使混合均匀，将混合物烘干，烘干后的样品放入坩埚并置于马弗炉中，在1100‑1300℃条件下加热反应10‑20h，然后在1500‑1700℃条件下加热反应10‑20h，反应结束后随炉冷却至室温，研磨后得到ScTaO₄粉体。得到的ScTaO₄粉体质量纯度在95％以上。本发明工艺流程简单，设备造价低廉，所得粉体粒径小。

技术领域

本发明涉及一种热障涂层材料的制备方法，具体为钽酸钪(ScTaO₄)的固相合成制备方法。合成的ScTaO₄粉体材料可以用以制备致密高、裂纹和气孔少，具有耐腐蚀、抗高温氧化性能的ScTaO₄热障涂层。

背景技术

热障涂层(TBCs)在提高燃气轮机效率和耐久性方面得到了广泛的应用，TBCs可以降低燃气轮机与部件表面之间的温度，是燃气轮机和航空发动机中最重要的材料之一(陈琳,汪俊,冯晶.稀土钽酸盐陶瓷热障涂层的研究进展[J].中国材料进展,2017,36(12):938-949)。目前热障涂层材料面临的挑战是如何提高工作温度以及抵抗CMAS腐蚀，近来有学者指出稀土钽酸盐陶瓷材料具有类似于YSZ的铁弹增韧效果，且前期计算结果表明此类陶瓷材料具有极低的热导率，极低的热导率有利于提供更优异的隔热能力，从而提高使用温度，所以稀土钽酸盐陶瓷材料有望取代YSZ陶瓷作为新一代的热障涂层材料(AndiM.Limarga,Samuel Shian,Rafael M.Leckie,Carlos G.Levi,David R.Clarke,Thermalconductivity of single-and multi-phase compositions in the ZrO₂–Y₂O₃–Ta₂O₅system,Journal of the European Ceramic Society,Volume 34,Issue 12,2014,Pages3085-3094.)。钪作为镧系元素的同族元素，具有与镧系元素相似的性质，另外，Sc³⁺在CMAS中具有较低的溶解度，不易与CMAS发生反应(Laura R.Turcer,Amanda R.Krause,Hector F.Garces,Lin Zhang,Nitin P.Padture,Environmental-barrier coatingceramics for resistance against attack by molten calcia-magnesia-aluminosilicate(CMAS)glass:Part II,β-Yb₂Si₂O₇ andβ-Sc₂Si₂O₇,Journal of theEuropean Ceramic Society,Volume 38,Issue 11,2018,Pages 3914-3924.)。因此，开发高纯度ScTaO₄的制备方法具有重要的意义。

目前已有文献中并未检索到ScTaO₄物质粉体的制备方法，纯净ScTaO₄物质粉体的制备存在问题。固相反应法是目前制备陶瓷粉体材料的重要方法之一，它通过固体间发生化学反应生成新物质，该方法具有反应原理简单，合成温度低，所得粉体粒径小等优点。因此，本发明采用固相反应法制备ScTaO₄物质粉体，所得ScTaO₄粉体纯度高，该粉体有望应取代YSZ陶瓷作为新一代的热障涂层材料。

发明内容