[发明专利]镱掺杂锆铈酸钐热障涂层材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种镱掺杂锆铈酸钐热障涂层材料及其制备方法与应用。本发明首先以Ybsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、Smsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、ZrOsubgt;2/subgt;以及CeOsubgt;2/subgt;粉末原料按照配比球磨混合，随后通过高温固相反应法合成(Smsubgt;1‑/subgt;subgt;x/subgt;Ybsubgt;x/subgt;)subgt;2/subgt;(Zrsubgt;0.7/subgt;Cesubgt;0.3/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;粉末，其中0.1≤x≤0.3，并通过干压成型以及高温烧结获得(Smsubgt;1‑x/subgt;Ybsubgt;x/subgt;)subgt;2/subgt;(Zrsubgt;0.7/subgt;Cesubgt;0.3/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;致密陶瓷材料。本发明采用镱稀土元素掺杂锆酸盐，通过干压成型、高温烧结得到一类新型热障涂层材料镱掺杂锆铈酸钐(Smsubgt;1‑/subgt;subgt;x/subgt;Ybsubgt;x/subgt;)subgt;2/subgt;(Zrsubgt;0.7/subgt;Cesubgt;0.3/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;，(Smsubgt;1‑x/subgt;Ybsubgt;x/subgt;)subgt;2/subgt;(Zrsubgt;0.7/subgt;Cesubgt;0.3/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;材料较Smsubgt;2/subgt;(Zrsubgt;0.7/subgt;Cesubgt;0.3/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;材料具有更高的键强，降低了CMAS中Ca离子与稀土离子的化学亲和性，并且在1300℃长期CMAS腐蚀后，大量形成有效阻碍CMAS渗入的磷灰石相，具有优异的抗CMAS腐蚀性能，将会提升热障涂层在苛刻涡轮服役环境中的抗腐蚀能力。

技术领域

本发明属于航空发动机热障涂层材料技术领域，具体涉及一种镱掺杂锆铈酸钐热障涂层材料及其制备方法与应用。

背景技术

热障涂层技术已成为高温合金构件表面应用最为广泛的高温防护手段，但随着航空发动机向更高推重比、更低油耗特性发展，其涡轮前进口温度的不断提升，显著增强火山灰、沙砾等熔融沉积物介质(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂, CMAS)在涡轮焰流冲蚀涂层过程中的渗透与腐蚀能力。然而，目前热门的锆酸盐热障涂层在CMAS腐蚀过程中难以避免地产生溶解、相变、热应力开裂甚至剥落失效。因此，涡轮环境中的CMAS介质给航空发动机在更高温度下的服役造成极大安全隐患，亟需研发抗CMAS腐蚀性能优异涂层材料体系。

Sm₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇锆铈酸钐材料具有熔点高、热导率低、热稳定性良好等优点，被认为是最具潜力的热障涂层候选材料之一。虽然Sm₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇对CMAS腐蚀具备一定的化学惰性，但随着航空发动机承温度的不断提高，其抗CMAS腐蚀性能仍有待进一步的提升。近年来的诸多研究表明，小离子半径的稀土元素掺杂不仅可以改善热障涂层材料的力学与热物理性能，还可降低CMAS介质与稀土锆酸盐的化学亲和性，有利于提高航空发动机热障涂层的服役温度以及寿命。

因此，针对热障涂层抗CMAS腐蚀性能不足难题，研发制备工艺简单、抗CMAS腐蚀性能优异的稀土改性Sm₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇热障涂层材料具有重要意义。

发明内容