[发明专利]TiSi2

说明书

本发明公开了一种TiSi₂掺杂Gd₂Zr₂O₇陶瓷材料、制备方法及热障涂层，其设计思想是利用TiSi₂这种断裂韧性优良的材料对Gd₂Zr₂O₇热障涂层陶瓷材料进行掺杂，改变原内部晶体结构的有序度，以此来达到增韧效果，同时也可以改善热膨胀系数、热导率等相关热物理性能，从而解决原Gd₂Zr₂O₇材料存在的相关问题。本发明对比已有发明和技术具有以下显著优点：掺杂不同含量的TiSi₂后的Gd₂Zr₂O₇热障涂层陶瓷材料在1500℃下仍然能够保持良好的高温相稳定性和较好的抗烧结性，与传统的Gd₂Zr₂O₇热障涂层陶瓷层材料相比，本发明在高温下具有更高的热膨胀系数以及更低的热导率，同时具有更好的断裂韧性,适合作为耐高温的热障涂层陶瓷层材料。

技术领域

本发明是关于高温隔热防护材料，特别是关于一种TiSi₂掺杂Gd₂Zr₂O₇陶瓷材料、制备方法及热障涂层。

背景技术

当今，航空航天发动机、燃气轮机的发展趋势主要是增加发动机的流量比、推重比、提高发动机部件在严酷环境下的热效率、降低燃料消耗以及提升热端部件的工作寿命等。为了达到提高效率、节约能源的要求，对于发动机的热端部件，特别是燃烧室的工作温度不断在提高，其工作温度几乎是以每年15℃的速率快速上升，燃气压力比提高了近3倍，燃气温度已超过1650℃，而现有的高温合金材料和冷却技术并不能满足当前的状况要求，在这种情况下，具有隔热、耐腐蚀和抗高温氧化等性能的热障涂层技术逐渐发展成为解决发动机热端部件高温使用难题的有效途径之一，并且逐步成为研究的热点。

典型的热障涂层的结构分为三部分：基体、粘结层、陶瓷层，陶瓷层起着隔热的作用，粘结层起到抗氧化腐蚀、增强陶瓷层和基体的结合力以及缓和热失配的作用，粘结层的成分主要是MCrAlY，陶瓷层主要有以下几种体系：1、部分稳定的氧化锆体系：就是在ZrO₂中加入Y²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ce⁴⁺等离子半径与Zr⁴⁺离子半径相差小于12％的阳离子(通常以相应的氧化物形式加入)以一种或者多种共渗的方式进行ZrO₂稳定。2、稀土焦绿石或萤石结构化合物体系：这是一大类具有相似结构的化合物，其化学通式可写作A₂B₂O₇，其中A为稀土元素，B为某种四价元素。从晶体学角度，焦绿石结构亦可看作是一种存在“有序缺陷”的萤石结构。它具有比YSZ陶瓷更低的杨氏模量、更低的热导率和更好的高温相稳定性，因此可以在更高的温度进行使用，符合高温材料的发展趋势。3、其他结构化合物体系：稀土磷酸盐体系、磁铅石结构化合物、石榴石结构化合物以及钙钛矿结构锆酸盐等。