[发明专利]一种多元稀土掺杂制备LaSNYSZ复合陶瓷的方法

说明书

本发明公开了一种多元稀土掺杂制备LaSNYSZ复合陶瓷的方法，通过将ZrO₂、La₂O₃、Sm₂O₃和Nb₂O₅置于有机单体溶液中，加热干燥得到坯体进行煅烧得到陶瓷粉末的前驱体，在前驱体中加入聚乙二醇研磨混匀后烧结即得LaSNYSZ复合陶瓷。本发明制备得到的热障涂层的热传导率会大大降低，涂层的高温相稳定性和隔热性能会得到提高。

技术领域

本发明属于陶瓷粉体制备技术领域，具体涉及一种多元稀土掺杂制备LaSNYSZ复合陶瓷的方法。

背景技术

氧化锆一直是制备热障涂层材料的首选粉体，因其具有高熔点、耐高温氧化、良好的高温化学稳定性等特性，其热传导率较低且稳定，有优良的抗热震性，氧化锆的热膨胀系数已接近金属材料。然而，氧化锆粉体不能直接制备用于热障涂层，由于纯氧化锆具有同素异晶转变，受热会发生相变，在单斜相与四方相之间转变过程中会有3％～6％的体积变化而产生热应力。研究表明，掺杂6％～8％摩尔分数Y₂O₃可以部分稳定的ZrO₂，掺杂后会使热障涂层陶瓷性能大为改观，具有与金属基体接近的热膨胀系数、较低热传导率和低弹性模量、良好的高温化学稳定性等优异性能，是一般燃气轮机的最佳选用材料。但受涂层使用温度的影响ZrO₂-Y₂O₃(YSZ)在高温时也不能完全适用于先进燃气轮机的要求。有研究表明，当涂层使用温度超过1200℃及以上时转变为t相，在冷却时也会转变为m相，在相转变过程中还会发生晶粒长大、气孔收缩、导热系数增大、烧结等现象，从而导致热障涂层的使用早期失效，出现裂纹、剥落，最终影响热障涂层的使用。随着高推重比涡轮发动机的发展，热障涂层材料的工作温度至少要达到1400℃以上，对于这样的苛刻要求就必须研究新一代耐高温、高隔热的涂层材料。

稀土氧化物具有较高化学稳定性，较高的熔点，且大多数稀土离子半径与锆离子半径相差不大，能在氧化锆晶格中有限固溶，可在一定程度上改善单一元素稳定时所产生的不足，从而改善和提高ZrO₂-Y₂O₃(YSZ)热障涂层的性能。目前用于研究的稀土氧化物种类较多，常见用于掺杂的稀土氧化物有Gd₂O₃、La₂O₃、Sm₂O₃、Nd₂O₃、Yb₂O₃和Sc₂O₃等，已有研究表明能显著降低热传导率，并提高材料的高温相稳定性和隔热性能，成为了热障涂层系统中陶瓷顶层的候选材料。利用多种稀土氧化物作为稳定剂共同掺杂对YSZ进行粉体改性，以此降低涂层的热传导率，提高涂层的相稳定性和抗热震性等性能已成为目前研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多元稀土掺杂制备LaSNYSZ复合陶瓷粉体的方法，以La₂O₃、Sm₂O₃、Nb₂O₅和Y₂O₃为原料，采用溶胶凝胶法制备多元稀土共掺杂的ZrO₂基复合陶瓷粉末(La₂O₃-Sm₂O₃-Nb₂O₅-Y₂O₃-ZrO₂，简写为LaSNYSZ)。

为了达到上述技术目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种多元稀土掺杂制备LaSNYSZ复合陶瓷的方法，包括以下步骤：