[发明专利]一种高热膨胀系数正磷酸盐热障涂层材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高热膨胀系数正磷酸盐热障涂层材料及其制备方法，本发明首次采用高温固相反应法制备出具有硅铋石结构的ReM₃P₃O₁₂系列陶瓷。该ReM₃P₃O₁₂陶瓷属于立方晶系‑43m点群，不仅具有较高的熔点和优异的高温相稳定性，同时具有较低的热导率和合适的热膨胀系数，可以有效地缓解由于基体材料与陶瓷层热膨胀系数不匹配产生的应力，以满足长期服役的热端部件的隔热与抗高温氧化腐蚀的需求，在热障涂层领域具有应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高热膨胀系数正磷酸盐热障涂层材料及其制备方法，属于热障涂层技术领域。

背景技术

热障涂层通常用于航空发动机中的高温合金部件表面，以保护高温合金部件免于高温燃烧，从而使现代发动机能够在更高的气体温度下运行，从而可以提高能量转换效率并减少有害气体排放。最表面的热障涂层，要求具有良好的热学性能，例如高的熔点、低的热导率、高温相稳定性和抗烧结性；同时还需要匹配的热膨胀系数等。

热障涂层材料种类繁多，目前广泛使用的热障涂层材料主要有氧化钇稳定氧化锆(YSZ)和稀土锆酸盐(RE₂Zr₂O₇)等，但目前的热障涂层材料均存在一定程度的不足：YSZ在1200℃以上会发生高温相变，且热导率相对较高；而稀土锆酸盐热膨胀系数较低，热循环过程中会产生较大热应力，应力集中将会导致涂层的开裂和剥落。因此，开发新型热障涂层材料已经成为研制下一代高性能航空发动机的关键课题。

中国专利文献CN110386595A公开了一种高熵稀土磷酸粉体及其制备方法。所述的高熵稀土磷酸盐粉体，化学式为(La_0.2Ce_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2)PO₄、(La_0.2Y_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2)PO₄、(La_0.2Y_0.2Nd_0.2Yb_0.2Eu_0.2)PO₄或(La_0.2Ce_0.2Y_0.2Yb_0.2Er_0.2)PO₄，既可以作为Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料热障/环境障涂层材料，也可以作为高温隔热材料应用；本发明该提供其制备方法，工艺简单，煅烧温度低；但是该稀土磷酸粉体在室温下热导率偏高，室温下热导率为2.03-2.06W/m·K，热膨胀系数太低，仅为8.5-9.0×10^-6/℃(300-1300℃)。

中国专利文献CN112063959A公开了一种柱-层/树复合结构热障涂层，包括位于内部的柱状结构层和位于外部的层/树复合结构层；外部的层/树复合结构层包括若N层微纳复合层状结构；两层相邻微纳复合层状结构之间设有一层树状结构，N为自然数，且N≥2；微纳复合层状结构由片层单元与若干随机分布在中的纳米团簇堆积单元组成；柱状结构层的厚度占柱-层/树复合结构热障涂层总厚度的40％～60％，层/树复合结构层中每层树状结构的厚度小于等于柱状结构层的15％。该热障涂层结构复杂，不容易实现，并且也未涉及具体的性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高热膨胀系数正磷酸盐热障涂层材料及其制备方法。

发明概述