[发明专利]一种高熵稀土钽酸盐氧离子绝缘体材料及其制备方法

说明书

本专利申请公开了一种高熵稀土钽酸盐氧离子绝缘体材料及其制备方法，采用原料为稀土氧化物REsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、五氧化二钽Tasubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;和熔盐NaCl；所述稀土氧化物REsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和五氧化二钽Tasubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;的摩尔比为(1/x：1/x：……：1/x)：1，化学反应式为x表示稀土氧化物REsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;的种数，x≥4，其中i取整数，且4≤i≤x；所述熔盐NaCl占原料中总质量的3％‑8％。本发明通过高熵效应、加入熔盐多种形式结合，可使氧空位浓度升高到临界点，形成氧空位团簇，形成低氧离子电导率，降低热生长氧化物(TGO)的生长速率，延长涂层的使用寿命，是一种新型热障和氧障一体化的涂层材料。

技术领域

本发明属于高温热防护抗氧化技术领域，具体涉及一种高熵稀土钽酸盐氧离子绝缘体材料及其制备方法。

背景技术

热障涂层(TBCs)通常有4层结构：①高温合金基体(Sub)；②金属粘结层(BC)；③陶瓷面层(TC)；④热生长氧化物层(TGO)。其中陶瓷层起到扮演着缓解陶瓷表层与金属基体间热失配和提高涂层抗高温氧化的角色。在服役过程中，氧化失效是TBCs涂层失效的主要形式之一。这主要是由于在高温条件下，会在陶瓷层与粘接层之间生成一层热生长氧化物(thermally grown oxides，TGO)。当TGO层以Al₂O₃为主时，致密的Al₂O₃层能有效抑制其他氧化物的产生并降低TGO的生长速率，对提高热障涂层的抗高温氧化性能和热循环使用寿命起着有益的作用。与Al₂O₃层的缓慢生长不同，Cr₂O₃、CoO、NiO和尖晶石等氧化物具有较大的体积膨胀率和较快的生长速率，当TGO内的Al₂O₃层保护效果降低或者消失后，其他氧化物会迅速产生并长大，增加TGO的厚度，导致陶瓷层与合金粘接层界面处生长应力的急剧增大。当TGO的生长应力达到一个临界值时，在涂层内就会导致裂纹的萌生与扩展，最终引起涂层的剥落和失效。

Chen等报道稀土钽酸盐RE₃TaO₇(RE＝La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy)热导率较小(1.1-2.1W·m^-1·K^-1，25-900℃)，明显低于YSZ(2.3-3.5W·m^-1·K^-1，25-900℃)，与RE₂Zr₂O₇(1.3-2.5W·m^-1·K^-1，25-900℃)接近，具有较高的热膨胀系数8.8-10.6×10^-6K^-1(100-1200℃)，合适的硬度(5.0-10GPa)和较小的杨氏模量(131.0-260.0GPa)，但是上述公开的稀土钽酸盐材料未发现其氧障性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高熵稀土钽酸盐氧离子绝缘体材料及其制备方法，该材料具有低氧离子电导率，抑制热生长氧化物(TGO)的生长速率，延长涂层的使用寿命，是一种新型热障和氧障一体化的涂层材料。

本发明所采用的技术方案如下：

一种高熵稀土钽酸盐氧离子绝缘体材料，采用原料为稀土氧化物RE₂O₃、五氧化二钽Ta₂O₅和熔盐NaCl；