[发明专利]一种具有钙钛矿结构的热障涂层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有钙钛矿结构的热障涂层材料及其制备方法，该热障涂层材料的化学组成为(A_1‑xM_x)(B_1‑yN_y)O₃，属ABO₃钙钛矿型结构；0≤x≤1；0≤y≤1；M和N是添加元素，M处于A位，N处于B位；A位元素的价态为+1价、+2价或+3价，B位的元素的价态为+2价、+3价、+4价、+5价或+6价。本发明热障涂层材料具有低热膨胀系数、低热导率，极高的维氏硬度和弹性模量；能应用在航空涡轮发动机和燃气轮机涡轮叶片等高温环境中工作的设备的表面。

技术领域

本发明属于高温防护涂层技术领域，涉及一种陶瓷热障涂层材料及其制备方法。

背景技术

热障涂层材料在工业制造、军事国防、航天航空等领域都有非常重要的应用。例如，对于航空发动机来说，其高压涡轮需要承受超高温高速燃气带来的热冲击，这对其热障涂层材料提出了极高的要求。传统发动机热障涂层多采用钇的氧化锆基陶瓷材料(比如8％钇掺杂的氧化锆，简称8YSZ)。然而，随着温度升高，氧化锆基陶瓷材料的性能迅速下降。具体表现为材料氧化，热导率增加，从而导致热障涂层失效。另外，目前四代航空发动机涡轮前温度已经达到1600℃，未来有可能超过2000℃，这是目前已有热障涂层材料所无法承受的温度。因此，寻找性能更好、成本更低、工作温度更高的热障涂层材料已成为研制下一代高性能航空发动机的关键。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种具有钙钛矿结构的热障涂层材料及其制备方法，本发明热障涂层材料具有与Al₂O_3f/Al₂O₃陶瓷基复合材料相匹配的热膨胀系数，同时具有非常致密的结构、低热导率、极高的维氏硬度及弹性模量。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种具有钙钛矿结构的热障涂层材料，该热障涂层材料化学组成式为(A_1-xM_x)(B_1-yN_y)O₃，0≤x≤1；0≤y≤1；属ABO₃钙钛矿型结构；

M和N是添加元素，M处于A位，N处于B位；A位元素的价态为+1价、+2价或+3价，B位元素的价态为+2价、+3价、+4价、+5价或+6价；

A和M选自以下元素中的一种或多种：Ba、Sr、K、Na、Bi、Ca、Li、La、Pb；

B和N选自以下元素中的一种或多种：Zr、Ti、Sn、Hf、Mg、Nb、Ta、Y、Sm、Sc、Ce、Al、Fe、Mn、Pr、Co、Nd、Eu、V、Mo、W、Si。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，该热障涂层材料的原料为各组成元素的氧化物，各原料纯度均高于99％。

具体的，该热障涂层材料为Ba(Zr_0.2Ti_0.2Sn_0.2Hf_0.2Nb_0.2)O₃。

具体的，该热障涂层材料的原料包括BaCO₃粉、ZrO₂粉、TiO₂粉、SnO₂粉、HfO₂粉和Nb₂O₅粉。

一种所述的具有钙钛矿结构的热障涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

根据化学组成式中的配比称取上述各原料；依次通过球磨、预烧、造粒、压片成型和烧结，得到具有钙钛矿结构的热障涂层材料。