[发明专利]一种抗CMAS腐蚀的多组分的高熵烧绿石结构热障涂层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种抗CMAS腐蚀的多组分的高熵烧绿石结构热障涂层材料及其制备方法和应用。热障涂层材料的化学式为A₂B₂O₇，A包括稀土元素、Al和Ba中的至少五种元素，B为Zr、Ti、Hf、Nb和Ce中的一种或多种。本发明提出通过五种以上多主元设计制备抗CMAS腐蚀的多组分的高熵烧绿石结构热障涂层材料。通过高熵效应获得降低的热导率、提高的热膨胀和断裂韧性，同时引入抗腐蚀元素如Al、Ba、Ti和Hf等能进一步提高其抗腐蚀性能，从而获得综合性能优异的热障涂层材料，在下一代高推重比发动机热障涂层领域具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种抗CMAS腐蚀的多组分的高熵烧绿石结构热障涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着航空发动机向更高推重比，更低油耗方向发展，发动机的设计进口温度不断提升，其工作温度最高可达到1650℃，这对发动机热端部件表面的隔热涂层提出了更高要求。目前广泛应用的热障涂层陶瓷层材料为钇稳定氧化锆(6～8wt.％Y₂O₃ stabilizedZrO₂,YSZ)，该材料在温度超过1200℃时会发生相变和快速烧结，烧结会使涂层的隔热性能和应变容限降低、涂层的弹性模量增加YSZ相变产生局部应力集中、韧性降低，从而导致涂层发生脱落失效，影响热障涂层的服役寿命。除此之外，在使用过程中CMAS(calcium-magnesium-aluminum-silicate)的腐蚀也对热障涂层造成了很大的威胁，当温度达到1250℃时，CMAS会熔化并沉积在热障涂层表面并顺着涂层的缝隙渗透其中从而造成涂层的剥落并失效。

稀土锆酸盐材料，Ln₂Zr₂O₇(Ln＝La～Gd)，由于其低的热导率、好的高温稳定性、低的烧结速率等优点被认为是目前最有潜力的热障涂层材料之一。这类材料展现出良好的抗CMAS腐蚀性能，当温度达到CMAS的熔点，稀土锆酸盐中的稀土元素会与CMAS熔体发生反应，形成磷灰石相的结晶化合物，这类化合物熔点高且致密，能填补热障涂层中的空隙，阻碍CMAS熔体的进一步渗透。但是，稀土锆酸盐材料的热膨胀系数较低、断裂韧性较差，热循环过程中容易发生开裂脱落，极大限制了该材料在热障涂层领域的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种抗CMAS腐蚀的多组分的高熵烧绿石结构热障涂层材料及其制备方法和应用。

本发明的一种抗CMAS腐蚀的多组分的高熵烧绿石结构热障涂层材料，热障涂层材料的化学式为A₂B₂O₇，A包括稀土元素、Al和Ba中的至少五种元素，B为Zr、Ti、Hf、Nb和Ce中的一种或多种。

进一步的，A元素平均离子半径与B元素平均离子半径比值在1.46～1.78之间。

一种如上述的抗CMAS腐蚀的多组分的高熵烧绿石结构热障涂层材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备混合溶液：将等组分的A元素和B元素的化合物溶解，获得混合溶液；

S2：共沉淀：将混合溶液滴定到过量的沉淀剂溶液中，边滴边搅拌，形成沉淀，滴定过程中保证溶液pH≥10，滴定完毕后，搅拌2个小时后静置；

S3：离心洗涤：用去离子水洗涤氢氧化物沉淀，至离心后上层清液与硝酸银溶液不发生反应；

S4：干燥：将离心后得到的沉淀物用分散剂分散混合，置于烘箱中烘干；

S5：研磨：将干燥后的沉淀物置于研磨中研磨并300目过筛，获得粉体；

S6：高温煅烧：将获得的粉体在一定温度下进行高温煅烧，获得烧绿石相的陶瓷粉；