[发明专利]一种纯相稀土锆酸盐纳米材料及其制备方法

说明书

本发明是关于一种纯相稀土锆酸盐纳米材料及其制备方法，其中，所述的纳米材料为(Gd_0.2Yb_0.2Y_0.6)₂(Zr_1‑xCe_x)₂O₇；制备方法包括，将氧化钆、氧化钇、氧化镱、硝酸铈、氧氯化锆混合，得到混合物，向所述的混合物中加入稀硝酸，溶解，得到混合稀土硝酸盐溶液；将所述的混合稀土硝酸盐溶液置于反应釜中，加入氨水，进行共沉淀反应，形成氢氧化物胶体溶液，以此胶体溶液作为前驱体；采用水热反应法将所述的前驱体制成浆料；将所述的浆料进行清洗、造粒、致密化，制得所述的纯相稀土锆酸盐纳米材料。本发明制得的热障涂层材料热膨胀系数高、高温相结构稳定，更加适于实际应用。

技术领域

本发明涉及一种热障涂层材料，特别是涉及一种纯相稀土锆酸盐纳米热障涂层材料及其制备方法。

背景技术

热障涂层是由高温抗氧化合金属粘结层和低热导率陶瓷面层组成的涂层系统，可以将发动机的热端部件基体表面与高温焰流隔开，从而提高热端部件的隔热、抗高温氧化和耐腐蚀能力。热障涂层被广泛应用于航空发动机、地面燃气轮机热端部件的热防护。

目前，在1200℃使用温度条件下，热障涂层的陶瓷面层材料广泛应用氧化钇部分稳定的氧化锆ZrO₂-(6-8wt％)Y₂O₃。当使用温度长期超过1200℃时，YSZ(钇稳定氧化锆)会发生相变失稳，体积产生变化，使界面热应力急剧升高，导致涂层失效，降低了热端部件使用寿命；另外，在使用过程中，YSZ严重烧结导致热导率过高，隔热效果下降。因此需要新型陶瓷面层材料来替代YSZ，来满足热端部件更高温度的热防护需求。

R₂Zr₂O₇(R＝La、Gd、Dy、Sm、Nd)是一种具有焦绿石结构的锆酸盐，该种结构中较多的离子和空使其具有较低的热导率和良好的高温相结构稳定性(最高可达2300℃)，但是该种热障涂层材料也存在热膨胀系数较低，抗热冲击性能较差等缺点。现有技术中，多种元素掺杂的焦绿石结构稀土锆酸盐，解决了热膨胀系数在低温下存在剧烈波动的问题。但是材料的热膨胀系数仍然较高，高温相结构不稳定导致使用温度限制在1550℃以内且抗热冲击性能较差。另外，目前主要使用固相烧结的方法制备该种锆酸盐材料，在制备过程中涉及球磨混粉、高温煅烧工艺，存在粉末混合不均匀，高温煅烧相变反应不完全及晶粒长大等缺点，影响了涂层的使用性能。

有鉴于此，迫切需要发展一种新型纯相稀土锆酸盐纳米材料及其制备工艺以克服以上缺点，满足涂层制备需求。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种纯相稀土锆酸盐纳米材料及其制备方法，所要解决的技术问题是，提供一种热膨胀系数高、高温相结构稳定的热障涂层材料，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种纯相稀土锆酸盐纳米材料，所述的纳米材料为(Gd_0.2Yb_0.2Y_0.6)₂(Zr_1-xCe_x)₂O₇，其中，所述的0＜x≤0.4；分子式中数字为各元素的摩尔比。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的一种纯相稀土锆酸盐纳米材料的，其中所述的0.1＜x≤0.25。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。