[发明专利]一种钪铈共掺杂锆酸钆热障涂层材料及其制备方法、以及一种热障涂层及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种钪铈共掺杂锆酸钆热障涂层材料及其制备方法、以及一种热障涂层及其制备工艺。本发明通过在单一锆酸钆材料中分别由Sc对Gd位、Ce对Zr位共同掺杂得到一种钪铈共掺杂锆酸钆热障涂层材料，其化学组成为(Gd_0.925Sc_0.075)₂Zr_2‑xCe_xO₇，其中0.15≤x≤0.60，该材料呈现单一缺陷萤石相结构。根据本发明制备的钪铈共掺杂锆酸钆热障涂层材料，有着优异的高温相稳定性、低热导率及高断裂韧性，由此材料制备得到的热障涂层系统具有高断裂韧性，相比单一锆酸钆热障涂层提高了30％以上。根据本发明提供的热障涂层陶瓷材料及涂层，可用于航空涡轮发动机超高温热障涂层的备选材料。

技术领域

本发明属于热障涂层技术领域，更具体地涉及一种钪铈共掺杂锆酸钆热障涂层材料及其制备方法、以及一种热障涂层及其制备工艺。

背景技术

锆酸钆陶瓷材料是稀土锆酸盐材料中综合性能较好的材料之一，具有化学稳定性好、抗烧结性能优异、耐CMAS腐蚀、低热导率等优点，被认为是最有前景的热障涂层材料之一。但相较于传统热障涂层YSZ材料，单一锆酸钆材料的断裂韧性较差限制了其寿命及应用。此外，下一代高性能航空发动机热障涂层材料需要更优异的隔热效果，即低热导率。因此，通过对单一锆酸钆材料稀土掺杂改性处理，提高其隔热性能及断裂韧性，有望提供一种新型超高温热障涂层的备选材料。

目前针对单一锆酸钆材料进行稀土掺杂改性的研究分为Gd位掺杂、Zr位掺杂、双位掺杂三种，大部分研究侧重于热物理性能的提升，而针对其力学性能的研究甚少。CeO₂作为一种良好的结构稳定剂，其热膨胀系数高，热传导性低，目前的研究通常利用其本身良好的热物理性质，将其作为提升热物理性能的掺杂组分。王彩妹和郭磊(陶瓷国际，2015)等人发现掺杂Sc可以提升单一锆酸钆材料的断裂韧性，在特定配比下材料还可以获得较大的热膨胀系数，而他们的研究仅仅针对Gd位掺杂，掺杂比较单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种钪铈共掺杂锆酸钆热障涂层材料及其制备方法，以及一种热障涂层及其制备工艺，解决单一锆酸钆材料断裂韧性较低的问题，并且获得更低的热导率，提供了一种新型超高温热障涂层的备选材料。

根据本发明的第一方面，提供一种钪铈共掺杂锆酸钆热障涂层材料，所述钪铈共掺杂锆酸钆热障涂层材料通过在单一锆酸钆材料中分别由Sc对Gd位、 Ce对Zr位双位稀土共掺杂得到，所述双位稀土共掺杂锆酸钆陶瓷材料的化学组成为(Gd_0.925Sc_0.075)₂Zr_2-xCe_xO₇，其中0.15≤x≤0.60，呈现单一缺陷萤石相结构。