[发明专利]一种碱土金属离子掺杂稀土钽酸盐或铌酸盐热障涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及热障涂层技术领域，具体公开了一种碱土金属离子掺杂稀土钽酸盐或铌酸盐热障涂层及其制备方法，该涂层为多元梯度涂层，包括两种以上不同陶瓷组份，且至少有一种以上的陶瓷组份的体积分数沿涂层梯度连续递增或递减的变化，该涂层中陶瓷组份的化学通式为RE_1‑xM¹_xM²O_4‑x/2(0x1)，M¹为Mg、Ca、Sr或Ba元素中的一种；M²为Ta或Nb元素。本专利中方案既能够保证热障涂层具备原本碱土金属掺杂的稀土钽/铌酸盐的高膨胀系数，同时其热导率也大幅度的下降，通过实验检测得到热导率未超过1.10W·m^‑1·K^‑1，满足热障涂层对低热导率的需求。

技术领域

本发明涉及热障涂层技术领域，特别涉及一种碱土金属离子掺杂稀土钽酸盐或铌酸盐热障涂层及其制备方法。

背景技术

热障涂层是利用陶瓷的隔热和抗腐蚀性特点来保护基体材料，在航空、航天、舰船、武器等方面有着重要的应用价值。目前，广泛使用的热障涂层材料主要为6％-8％的氧化钇稳定氧化锆(6-8YSZ)和锆酸镧(La₂Zr₂O₇)，这两种陶瓷均有一定程度的不足：6-8YSZ的使用温度较低(≤1200℃)，热导率也较高(约2.5W·m^-1k^-1，900℃)，La₂Zr₂O₇则有着热膨胀系数较低的问题，随着发动机和燃气轮机高推重比，高出口温度的未来发展需要，寻找新型热障涂层材料迫在眉睫。

稀土铌/钽酸盐陶瓷(RENb/TaO₄)凭借着高的熔点，低热导率(1.38～1.94W·m^-1·K^-1)，高热膨胀系数(11×10^-6K^-1，1200℃)和铁弹韧性等优异的热物理性能和力学性能，被认为是最具潜力的新一代热障涂层材料。铁弹增韧机制赋予稀土铌/钽酸盐陶瓷优异的高温断裂韧性，这是其他潜在热障涂层材料所不具备的独特优势，另外有研究发现通过掺杂离子的引入能够在稀土钽/铌酸盐内产生氧空位和点缺陷，对降低热障涂层的热导率有一定效果；因此要如何最大化的体现出离子掺杂稀土铌/钽酸盐陶瓷(RENb/TaO₄)陶瓷涂层对基体合金的保护作用依旧是当前研究的重点。

发明内容

本发明提供了一种碱土金属离子掺杂稀土钽酸盐或铌酸盐热障涂层及其制备方法，以得到热导率更低，符合热障涂层高温环境使用需求的离子掺杂稀土铌/钽酸盐陶瓷(RENb/TaO₄)陶瓷涂层。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种碱土金属离子掺杂稀土钽酸盐或铌酸盐热障涂层，该涂层为多元梯度涂层，包括两种以上不同陶瓷组份，且至少有一种以上的陶瓷组份的体积分数沿涂层梯度连续递增或递减的变化，该涂层中陶瓷组份的化学通式为RE_1-xM¹_xM²O_4-x/2(0x1)，M¹为Mg、Ca、Sr或Ba元素中的一种；M²为Ta或Nb元素。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中通过引入碱土金属离子掺杂稀土钽/铌酸盐，使其内部产生氧空位和点缺陷改善陶瓷涂层的热导率，另外通过对热障涂层各个梯度涂层的成分进行设计得到多元梯度涂层，即涂层中至少一种陶瓷组份的体积分数是在连续变化，这样的方式能够保证热障涂层具备原本碱土金属掺杂的稀土钽/铌酸盐的高膨胀系数，同时其热导率也大幅度的下降，通过实验检测得到热导率未超过1.10W·m^-1·K^-1，满足热障涂层对低热导率的需求。