[发明专利]一种抗熔盐腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗熔盐腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料，该高熵氧化物陶瓷材料呈致密块体，其在Nasubgt;2/subgt;SOsubgt;4/subgt;+Vsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;的混合熔盐中，陶瓷表面经1000℃腐蚀10h的腐蚀深度＜30μm。同时，本发明还公开了该高熵氧化物陶瓷材料的制备方法。本发明高熵陶瓷材料在不同质量混合后的硫酸钠（Nasubgt;2/subgt;SOsubgt;4/subgt;）和五氧化二钒（Vsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;）腐蚀熔盐体系中，经高温腐蚀后，其陶瓷表面腐蚀深度未超过30μm，更未出现腐蚀层剥落的现象，从而表现出更好的抗熔盐腐蚀能力。

技术领域

本发明涉及热障涂层材料制备及其应用领域，尤其涉及一种抗熔盐腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

热障涂层（TBC）被广泛应用于航空发动机和燃气轮机（“两机”）的热端部件，旨在提供对高温合金基体的热防护，改善发动机的持久性和能量效率。随着发动机的推重比的增高和“两机”服役环境的越来越苛刻，对热障涂层材料的综合性能提出了更高要求。

新型热障陶瓷材料除了具有低热导率、高热膨胀系数（TEC）和优异的机械性能外，耐热腐蚀性对热障涂层的性能和寿命起着至关重要的作用，这是由于高温热腐蚀是热障陶瓷材料失效的一种重要因素，如熔盐腐蚀等。各类热障陶瓷涂层材料在苛刻环境长时间服役过程中，低质量的燃料中通常含有Na、V、S 等杂质，服役环境气氛中也通常含有Na，这些杂质就会形成Na₂SO₄和V₂O₅ 附着在热障陶瓷涂层上，在高温的作用下形成的Na₂SO₄ +V₂O₅混合熔盐就会与热障陶瓷发生反应，引发材料的体积膨胀和相变，继而相变应力和腐蚀产物的形成将导致热障陶瓷涂层开裂甚至剥落。

近几年，具有多种主元素的高熵氧化物陶瓷因其独特的性能引起了广泛关注，如优异的抗烧结性和热稳定性、较高的断裂韧性、较低的热导率以及良好的耐热腐蚀性能，这些优异的综合性能归因于热力学的高熵效应、结构的晶格畸变效应、动力学的迟滞扩散效应以及性能上的“鸡尾酒”效应。而高熵氧化物陶瓷作为一种潜在的热障涂层材料，独特的高熵构型赋予了此类材料更好的耐高温熔盐腐蚀性能。

因此，研发一种能够抗混合熔盐（Na₂SO₄+V₂O₅）腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料势在必行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种性能优异的抗熔盐腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该抗熔盐腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种抗熔盐腐蚀的高熵氧化物陶瓷材料，其特征在于：该高熵氧化物陶瓷材料呈致密块体，其在Na₂SO₄+V₂O₅的混合熔盐中，陶瓷表面经1000℃腐蚀10h的腐蚀深度＜30μm。

所述高熵氧化物陶瓷材料由CeO₂、La₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃、Nb₂O₅和Gd₂O₃制得；其显微硬度值＞9.6GPa，具有A₂B₂O_x型萤石结构，其中：A由La、Nd、Sm、Nb和Gd五种元素组成，B为四价的Ce元素，7.0＜x≤7.4。

所述Nb元素的价态为五价，其摩尔百分比占所述A总摩尔量的10~20%，其余四种元素保持相同的摩尔比。