[发明专利]一种陶瓷高温隔热材料

说明书

技术领域：

本发明涉及一种陶瓷隔热材料，特别是涉及一种具有低热导率、高相稳定性的多金属氧化物改性钙钛矿结构的陶瓷高温隔热材料。

背景技术：

对于地面燃气轮机及航空燃气轮机，必需使用高温保护涂层来保护其热端部件，从而提高燃气轮机的可靠性。合金涂层作为抗腐蚀、抗氧化涂层，在高温、有氧及热循环条件下可以减缓热端部件表面氧化物的生成，从而延长热端部件的使用寿命。但是，这些合金涂层的最高使用温度低于1000℃。因而，即使燃气轮机在中等温度下工作也需要大量的冷却气体来降低热端部件温度，这明显地降低了燃气轮机的性能及效率。

为了提高燃气轮机热端部件的工作温度，从而降低冷却气体用量并且提高燃气轮机效率，研究人员开发了热障涂层并且将其涂覆于燃气轮机热端部件表面。热障涂层是一种薄陶瓷层，用于将气膜冷却的热端部件与高温燃气隔离开来，从而有助于保护燃气轮机热端部件，并且延长其使用寿命。

目前普遍使用的陶瓷热障涂层材料是6～8wt.％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(YSZ)。YSZ具有较高的热膨胀系数(～11×10^-6K^-1)，较低的热导率(～2.1Wm^-1K^-1)及良好的抗热冲击性。但是YSZ的长期使用温度不超过1200℃，随着温度的进一步升高，涂层出现严重的结构不稳定。一方面，随着温度升高YSZ涂层发生烧结，从而导致涂层热导率及弹性模量升高，使得涂层的应变容限下降；另一方面，在热循环过程中，YSZ涂层由亚稳四方相转变为四方相和立方相，然后转变为单斜相，产生大约4％的体积变化，导致涂层中形成裂纹，从而破坏了涂层的结构完整性。

随着燃气轮机工作温度的不断提高，现有的YSZ涂层已不能够满足下一代高性能、低排放燃气轮机的设计和使用要求。以航空涡轮发动机为例，其发展趋势是向高流量比、高推重比方向发展，涡轮发动机进口温度进一步提高，从而可以大大提高发动机效率。推比10航空发动机的设计进口温度已达到1577℃以上，推比15以上的航空发动机的设计进口温度将超过1727℃。因此，需要寻找新的陶瓷热障涂层材料来取代现有的YSZ。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种具有低热导率、高相稳定性的多金属氧化物改性钙钛矿结构的陶瓷高温隔热材料。

本发明的目的由如下技术方案实施，一种陶瓷高温隔热材料，化合物的化学式为Sr_1+w(A_1-xB’_yB”_z)O_3+δ，A为Zr或者Hf，或者二者的组合，B’为Ta、Nb、Ti或Sc中的一种或者一种以上的组合，B”为La、Ce、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb、Lu、Y，以及Al、Cr、Co、Ni中的一种或者一种以上的组合，-0.15≤w≤0.15，-0.15≤δ≤0.15，0.1≤x≤0.3，y+z＝x，0.02≤y≤0.15，0.02≤z≤0.15。

所述B’为Ta、Nb、Ti或Sc中的一种或者任意两种的组合。

所述B”为La、Ce、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb、Lu、Y，以及Al、Cr、Co、Ni中的一种或者任意两种的组合。

所述化合物有：