[发明专利]一种复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料的组成为A₂B₂O₇，其中，A选自稀土元素中的至少两种；B选自Zr、Ce、Hf、Ti、Sn、Fe、Ta元素中的至少两种。该复合材料不仅相稳定性良好，而且具有极低的超低导热率和极强的抗烧结性，适宜作为新一代的热障涂层进行使用和推广。

技术领域

本发明涉及一种涂层材料，尤其涉及一种复合材料及其制备方法和应用，属于材料技术领域。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coatings，简称：TBCs)技术是采用耐高温和低热导的陶瓷材料以涂层的方式与金属相复合，从而降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术，能使合金基体在高温下长时运行，是燃气涡轮发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术。由于恶劣、苛刻的服役环境(高温，疲劳，化学腐蚀，冲刷，烧蚀等复杂载荷的作用)，热障涂层材料的选择受到诸多项条件的限制，比如高熔点、高温稳定性、化学稳定性、抗腐蚀、热膨胀系数匹配、与金属基体结合度高、良好的抗烧结性能等等。

目前广泛使用的热障涂层材料为6％～8％氧化钇稳定的氧化锆(简称YSZ),但是YSZ在1200℃下长期工作时，容易发生相变，烧结，晶粒粗大，并且在高温下出现化学腐蚀等现象，导致热导率升高，基体与涂层热应力增大，使得涂层开裂，导致热机寿命降低。

因此，寻找一种具有超低导热率、相稳定性良好以及抗烧结性强的TBCs是本领域技术人亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种复合材料及其制备方法和应用，该复合材料不仅相稳定性良好，而且具有极低的超低导热率和极强的抗烧结性，适宜作为新一代的热障涂层进行使用和推广。

本发明提供一种复合材料，所述复合材料的组成为A₂B₂O₇，

其中，A选自稀土元素中的至少两种；

B选自Zr、Ce、Hf、Ti、Sn、Fe、Ta元素中的至少两种。

如上所述的复合材料，其中，A中至少两种稀土元素中，任意两种稀土元素的物质的量之比为X且2/7≤X≤7/2，和/或，

B中至少两种元素中，任意两种元素的物质的量之比为Y且2/7≤X≤7/2。

如上所述的复合材料，其中，所述稀土元素选自La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu、Er、Ce、Pm。

本发明还提供一种上述任一所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)混合第一盐溶液和第二盐溶液，得到混合溶液；

2)将所述混合溶液与碱液混合，搅拌，过滤，收集滤饼；

3)对所述滤饼依次进行冷冻干燥处理和煅烧处理，得到所述复合材料；

其中，所述第一盐溶液为Zr、Ce、Hf、Ti、Sn、Fe、Ta元素中的至少两种元素的盐溶液的混合物，所述第二盐溶液为至少两种稀土元素的盐溶液的混合物；

所述第一盐溶液中金属元素之和与所述第二盐溶液中的稀土元素之和的摩尔比为(1-2)：(1-2)。

如上所述的复合材料的制备方法，其中，分别将至少两种稀土元素的硝酸盐与水混合，搅拌，得到所述第二盐溶液。

如上所述的复合材料的制备方法，其中，所述碱液为氨水。

如上所述的复合材料的制备方法，其中，步骤2)中，保持所述混合溶液与所述氨水混合的反应液的pH＞9。