[发明专利]一种抗高温烧结热障涂层用复合陶瓷粉末材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种抗高温烧结热障涂层用复合陶瓷粉末材料的制备方法，

属于氧化物陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

热障涂层一般采用等离子喷涂或电子束物理气相沉积氧化物陶瓷材料制备。热障涂层工作环境苛刻—高温、氧化环境、燃气冲刷。涂层材料在高温下组织结构及相结构稳定性直接影响热障涂层内的应力大小及分布状态，与部件使用寿命密切相关。一旦涂层材料在高温下发生烧结，涂层组织将致密化导致涂层弹性模量增大、应力上升，热冲击抗力下降；而涂层发生相变将导致体积显著变化，涂层内将产生很大的应力，导致涂层开裂剥落，造成热障涂层失效甚至发动机部件高温烧损，因此热障涂层材料非常关键。

尽管目前先进的航空发动机及地面燃气轮机的热端部件均采用了冷却技术，但燃烧室及高压涡轮热端部件的表面工作温度仍然在1200℃以上，甚至达到1400℃以上的高温。目前广泛使用的热障涂层材料为单一Y₂O₃稳定的ZrO₂陶瓷材料，采用这种材料制备的热障涂层长期工作温度不能超过1200℃，超过1200℃涂层冷却到室温过程中将发生四方相向单斜相的转变，这一相变使涂层体积膨胀达3～4%，导致热障涂层开裂剥落，甚至造成发动机热端部件高温烧损；并且单一Y₂O₃稳定的ZrO₂陶瓷材料在1200℃以上特别容易烧结使涂层组织致密化、隔热能力下降、应力上升，涂层使用寿命下降，严重影响发动机工作安全。

目前解决热障涂层高温（1200℃以上）组织结构及相结构稳定性的手段一般是采用多种稀土氧化物掺杂氧化锆材料，制备多种稀土氧化物掺杂氧化锆大多采用将多种稀土氧化物与氧化锆直接混合后机械球磨高温烧结的固相合成方法，这种方法的最大缺点是难以保证掺杂组元与氧化锆形成组分分布均匀的固溶体，因而导致高温下（1200℃以上）热障涂层组织结构及相结构稳定性难以达到设计要求。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的缺点而设计提供了一种抗高温烧结热障涂层用复合陶瓷粉末材料的制备方法，其目的是提出一种抗高温烧结、工作温度1450℃下相结构依然稳定的三种稀土氧化物共掺杂氧化锆复合陶瓷粉末材料的制备方法。由该复合陶瓷粉末材料制备的热障涂层抗高温烧结且相结构稳定、热导率低，工作温度可达1450℃。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种抗高温烧结热障涂层用复合陶瓷粉末材料的制备方法，其特征在于：该种抗高温烧结热障涂层用复合陶瓷粉末材料是Y₂O₃、Yb₂O₃、Gd₂O₃三种稀土氧化物共掺杂ZrO₂而成，Y₂O₃、Yb₂O₃、Gd₂O₃、ZrO₂的重量百分比：6.5～9.0%Y₂O₃，5.0～7.0%Yb₂O₃，5.0～7.0%Gd₂O₃，余量为ZrO₂，该方法的步骤是：

⑴将符合重量百分比要求的Y₂O₃、Yb₂O₃、Gd₂O₃三种稀土氧化物分别溶解于盐酸中，盐酸需过量至Y₂O₃、Yb₂O₃、Gd₂O₃完全溶解成透明的YCl₃、YbCl₃、GdCl₃溶液；

⑵将ZrOCl₂·8H₂O溶解于去离子水中形成ZrOCl₂溶液，ZrOCl₂·8H₂O的重量应符合ZrO₂的重量百分比要求；

⑶将上述YCl₃、YbCl₃、GdCl₃、ZrOCl₂四种溶液完全混合得到混合盐溶液；