[发明专利]La2O3、Yb2O3稳定ZrO2热障涂层材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种La₂O₃、Yb₂O₃稳定ZrO₂热障涂层材料的制备方法，属于材料领域。

背景技术

随着航空技术的日益发展，人们对作战飞机的性能提出了更高的要求，飞行速度加快，推重比增大，致使航空发动机承受比以前更高的温度。

目前应用最广泛的热障涂层是6-8％氧化钇(Y₂O₃)部分稳定的氧化锆(ZrO₂)(YSZ)热障涂层材料，以降低发动机基体材料的温度，防止发动机基体材料的氧化、腐蚀，提高发动机的工作温度。然而目前使用的YSZ热障涂层材料具有以下缺点：1)YSZ的长期使用温度一般只能低于1473K，当温度高于1473K时，YSZ会发生相变，带来4％～6％的体积变化，热导率高达3.0W/(m·K)，产生热膨胀不匹配并促进裂纹的形成和扩展，降低涂层的热循环寿命。2)随着热端部件使用温度的不断提高，YSZ烧结速率加快，涂层内的微裂纹和微孔会愈合，导致陶瓷涂层致密化，加剧涂层与基体的应力不匹配，进一步导致涂层缺陷的产生。热障涂层产生裂纹、脱落、从而失效，使发动机无法正常运行，阻碍航空航天工业的进一步发展。

发明内容

本发明的目的就是针对现有热障涂层材料性能的不足，提供一种能够提高热障涂层的使用温度、抑制涂层烧结及降低材料热导率的La₂O₃、Yb₂O₃稳定ZrO₂热障涂层材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明La₂O₃、Yb₂O₃稳定ZrO₂热障涂层材料，其制备过程包括采用化学共沉淀法制得La₂O₃、Yb₂O₃共掺杂的ZrO₂试样，然后进行模压和冷等静压成型以及真空烧结。

本发明的La₂O₃、Yb₂O₃稳定ZrO₂热障涂层材料的制备方法，其制备过程的步骤依次包括：

a.采用化学共沉淀法，Yb₂O₃和La₂O₃作为添加剂，得到La₂O₃、Yb₂O₃共掺杂的ZrO₂试样，所述试样具有单一的烧绿石相；

b.采用先模压后冷等静压成型的方法，将试样压制成型；

c.将压制的试样分步排胶，使试样内的添加剂完全挥发；

d.将脱除添加剂的试样，进行真空烧结；

e.将真空烧结的La₂O₃、Yb₂O₃共掺杂的ZrO₂试样，进行退火处理，最后得到La₂O₃、Yb₂O₃稳定ZrO₂热障涂层材料。

所述化学共沉淀法的具体操作步骤为：将ZrOCl₂·8H₂O溶于蒸馏水配成溶液，Yb₂O₃和La₂O₃分别溶于浓盐酸中，用聚丙烯酰胺做分散剂，三种溶液混合后倒入氨水中，搅拌并使pH值保持在10～12之间，将混合液分离洗涤，洗净后的滤饼在干燥箱中烘干，煅烧，得到粉体。

优先地，ZrOCl₂·8H₂O溶于蒸馏水配成溶液的浓度为0.8～1.0mol/L；所制备粉体的粒径为1.5～2.5μm。

所述粉体中，ZrO₂为66mol％，La₂O₃为6.6～30.6mol％，Yb₂O₃为27.4～3.4mol％。