Y2O3,Gd2O3共掺杂对La2(Zr0.7Ce0.3)2O7热障涂层材料结构与性能的影响

摘要

6-8wt％ YSZ（氧化钇稳定氧化锆）陶瓷材料具有低热导率、高韧性等热物理性能，是目前应用最广泛的热障涂层陶瓷材料。然而当工作温度高于1000~1200℃时，6-8YSZ会发生严重的相变和烧结并导致热障涂层材料脱落失效，很难满足快速发展的航空航天技术要求。急需开发一种具有卓越热物理性能（高温相稳定性、低热导率及抗烧结性等）的新型热障涂层陶瓷材料来代替6-8YSZ。
　　本文以La2O3、ZrO2、CeO2、Y2O3、Gd2O3作为原料，通过固相合成法制备(La1-2xYxGdx)2(Zr0.7Ce0.3)2O7(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30，0.35，0.40，0.45，0.50)陶瓷试样。分别用XRD、SEM、高温热膨胀仪(DIL402C)、激光导热仪(LFA-427)、表征了陶瓷材料的物相组成、表面显微组织结构、热膨胀系数、热扩散系数，分别利用阿基米德原理和Neumann-Kopp定律计算了陶瓷材料的体积密度和热容。
　　X射线衍射结果表明，1600℃下烧结5 h得到的(La1-2xYxGdx)2(Zr0.7Ce0.3)2O7体系陶瓷材料的物相结构有两种，当掺杂量x≤0.25时，相组成为单一立方烧绿石结构，当掺杂量0.25　　扫描电子显微镜(SEM)照片显示，1600℃下烧结5 h得到的(La1-2xYxGdx)2(Zr0.7 Ce0.3)2O7体系陶瓷材料晶粒发育良好，晶粒尺寸均匀，晶粒尺寸均小于5μm，陶瓷材料不完全致密。
　　热学性能测试结果表明，在室温到1300℃之间，(La1-2xYxGdx)2(Zr0.7Ce0.3)2O7体系陶瓷材料的平均热膨胀系数在10.49×10-6 K-1至11.11×10-6 K-1之间。稀土氧化物Gd2O3和Y2O3的掺入明显提高了La2(Zr0.7Ce0.3)2O7的热膨胀系数。在室温至1100℃范围内，随着稀土氧化物 Gd2O3和 Y2O3掺杂量的增加，(La1-2xYxGdx)2(Zr0.7Ce0.3)2O7体系陶瓷材料的热容值在逐渐增大。在室温至800℃范围内，稀土氧化物 Gd2O3和Y2O3掺杂La2(Zr0.7Ce0.3)2O7明显地降低了La2(Zr0.7Ce0.3)2O7的热导率。并且随着稀土氧化物Gd2O3和Y2O3掺杂量的增加(La1-2xYxGdx)2(Zr0.7Ce0.3)2O7(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20)的热导率也在逐渐的降低，此外当掺杂量超过0.15时，(La0.6Y0.20Gd0.20)2(Zr0.7Ce0.3)2O7陶瓷材料的热导率却略微升高了一点。在低温时，(La1-2xYxGdx)2(Zr0.7 Ce0.3)2O7(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20)的热导率随着稀土氧化物Gd2O3和Y2O3掺杂量的增加而明显降低，如该体系陶瓷材料在室温的热导率由2.08 Wm-1K-1降低到1.55 Wm-1K-1。随着温度的升高，(La1-2xYxGdx)2(Zr0.7Ce0.3)2O7(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20)体系陶瓷材料的热导率随掺杂量的变化越来越趋于平缓，其热导率变化幅度在1.33 Wm-1K-1到1.41 Wm-1K-1之间。

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1文献综述

1.1引言

1.2热障涂层概述

1.2.1热障涂层的结构与特点

1.2.2热障涂层陶瓷顶层材料的特点

1.2.3热障涂层陶瓷顶层材料的制备方法

1.3热障涂层陶瓷顶层材料的研究现状

1.3.1氧化锆基热障涂层陶瓷顶层材料的研究现状

1.3.2新型热障涂层陶瓷顶层材料的研究现状

1.3.3 La2Zr2O7体系陶瓷材料

1.3.4稀土氧化物掺杂对La2Zr2O7性能的影响

1.4研究目的与内容

2实验内容及测试分析方法

2.1 (La1-2xYxGdx)2(Zr0.7Ce0.3)2O7体系陶瓷材料的制备

2.2测试分析方法

2.2.1试样的物相组成

2.2.2试样的微观形貌

2.2.3试样的密度

2.2.4热膨胀系数

2.2.5热容

2.2.6热扩散系数

2.2.7热导率

3实验结果与分析

3.1材料的物相组成分析

3.2微观组织结构

3.3热物理性能

3.3.1热膨胀系数

3.3.2热容

3.3.3热扩散系数

3.3.4热导率

结论

参考文献

在校研究成果

致谢