[发明专利]一种具有高断裂韧性稀土锆酸盐/稀土铝酸盐共晶热障涂层材料及其制备方法

说明书

本发明属于高断裂韧性陶瓷技术领域，尤其涉及一种具有高断裂韧性稀土锆酸盐/稀土铝酸盐共晶热障涂层材料，其包括：材料中只存在RE₂Zr₂O₇和REAlO₃两种成分，且摩尔比处于1/3～2/3之间，RE选自La、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb和Dy。共晶(包括亚共晶和过共晶)结构的RE2Zr2O7/REAlO3材料不仅具备高熔点、优异的抗烧结能力、高强度以及低热导率等优异的性能，其断裂韧性得到了大幅度提高，相比纯稀土锆酸盐提高了40％，由2Mpam1/2提高到了2.8Mpam1/2以上。

技术领域

本发明属于高断裂韧性陶瓷技术领域，尤其涉及一种具有高断裂韧性稀土锆酸盐/稀土铝酸盐共晶热障涂层材料及其制备方法。

背景技术

为了满足航空航天发动机、高温燃气轮机热端高温防护的需求，一层具有隔热性能且力学性能优良的陶瓷涂层被用来提高发动机的工作温度和工作效率。大量的研究集中在了寻找新型的具有与低热导率的热障涂层材料方向。然而，无论是稀土锆酸盐还是其他的新型热障涂层材料，其断裂韧性都很低，严重降低了涂层的热循环寿命，因此寻找具有高断裂韧性的热障涂层材料已经成为获取长寿命新型热障涂层技术的关键。而具有共晶(包括亚共晶和过共晶)结构的RE₂Zr₂O₇/REAlO₃复合陶瓷的断裂韧性大幅提升，而其具有高熔点、低热导率和高热膨胀系数等优势，有望成为新一代的热障涂层材料。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种能让两种高温热障涂层候选材料形成共晶结构(或亚共晶结构或过共晶)结构，以大幅度提高材料的断裂韧性。

用于解决技术问题的方法

针对上述问题，本发明提出了一种具有高断裂韧性稀土锆酸盐/稀土铝酸盐共晶热障涂层材料及制备方法。

根据本发明的一个实施方案，提供一种具有高断裂韧性稀土锆酸盐/稀土铝酸盐共晶热障涂层材料，其包括：材料中只存在RE₂Zr₂O₇和REAlO₃两种成分，且摩尔比处于1/3～2/3之间，RE选自La、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb和Dy。

一种实施方式为，其中，REAlO₃和RE₂Zr₂O₇分别具有钙钛矿结构和烧绿石(萤石)结构。

一种实施方式为，其中，热障涂层材料具备共晶结构、亚共晶结构和过共晶结构中的一种。

一种实施方式为，其中，共晶热障涂层材料断裂韧性为2.8Mpam1/2以上。

根据本发明的第二方面，提供一种具有高断裂韧性稀土锆酸盐/稀土铝酸盐共晶热障涂层材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将原料为RE₂O₃、Al₂O₃和ZrO₂，高温煅烧后，取出吸附的杂质；

(2)将干燥后的RE₂O₃、Al₂O₃和ZrO₂按比例称取粉末，保证复合材料中只存在RE₂Zr₂O₇和REAlO₃两种成分，且摩尔比处于1/3～2/3之间；

(3)将称量好的粉末进行球磨混合；

(4)将球磨后的浆料进行分离，并将获取的块体进行研磨、过筛、煅烧；