[发明专利]一种低热导率高熵陶瓷热障涂层材料

说明书

本发明公开一种低热导率高熵陶瓷热障涂层材料，其制备方法为：步骤A：以三价稀土元素的硝酸盐和四价金属元素的醋酸盐为原料，采用等离子喷涂工艺制备具有空心球状结构的高熵陶瓷粉体；步骤B：向高熵陶瓷粉体中依次加入聚乙烯醇水溶液和乙醇溶液进行研磨，研磨后放入烘箱中干燥，得到前驱体粉末；步骤C：将前驱体粉末预压成圆片状或条形状块材，放入一次性橡胶指套中抽真空后，进行冷等静压处理，处理后得到陶瓷坯体；步骤D：陶瓷坯体的烧制：将陶瓷坯体置于马弗炉中煅烧，煅烧结束后随炉冷却。本发明公开的高熵陶瓷热障涂层材料为烧绿石相，与YSZ材料相比具有更低的热导率、良好的高温相稳定性和与基体材料更接近的热膨胀系数。

技术领域

本发明涉及高熵陶瓷材料技术领域。具体地说是一种低热导率高熵陶瓷热障涂层材料。

背景技术

热障涂层的选材有严格的标准，由于其在高温高压等复杂环境中长时间工作，所以必须满足以下几点：材料具有较高的熔点；在工作温度区间不会发生相变；具有较低的热导率(2.5W·m^–1·K^–1)；良好的化学稳定性和抗腐蚀性；与基体的热膨胀系数相匹配(通常要求涂层的热膨胀系数10×10^-6K^-1)；与金属基体具有较高的结合强度；具有良好的抗烧结性。稀土锆酸盐A₂B₂O₇陶瓷材料因其良好的性能被作为热障涂层的候选材料之一，它相比YSZ材料具有更低的热导率(张永和，Er₂O₃,Yb₂O₃,Y₂O₃掺杂对La₂Zr₂O₇热障涂层材料结构与性能的影响[D],内蒙古科技大学，2014)，还具有良好的高温相稳定性和与基体材料更接近的热膨胀系数，以烧绿石结构Ln₂Zr₂O₇为代表，(Ln＝La，Gd，Sm，Nd，Eu)，化学式为(La_1/5Sm_1/5Gd_1/5Nd_1/5Eu_1/5)₂Zr₂O₇，其热导率低至1.1～1.7W·m^–1·K^–1(700～1200℃)。

传统的制备高熵陶瓷粉体的制备方法有:固相合成法、化学共沉淀法、溶胶凝胶法，还有用燃烧法合成透明高熵陶瓷。固相合成法因其步骤简单，合成效率高，是目前制备高熵陶瓷粉体使用最多的办法，但是这种方法合成的粉体存在粉体颗粒不均匀、形状不规则以及反应不充分等问题，所以使得制备的陶瓷块材的性能(密度、热导率、与基体的热膨胀系数的匹配程度等)也不太理想，难以满足热障涂层材料的应用要求。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种晶粒呈空心球状结构的低热导率高熵陶瓷热障涂层材料，以解决热障涂层材料的热导率相对较高、与基体的热膨胀系数的匹配程度不好以及热稳定性差等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种低热导率高熵陶瓷热障涂层材料，由如下步骤制备得到：

步骤A：高熵陶瓷粉体的制备：以三价稀土元素的硝酸盐和四价金属元素的醋酸盐为原料，采用等离子喷涂工艺制备具有空心球状结构的高熵陶瓷粉体；

步骤B：高熵陶瓷粉体的预处理：向高熵陶瓷粉体中依次加入聚乙烯醇水溶液和乙醇溶液进行研磨，研磨后放入烘箱中干燥，得到前驱体粉末；