[发明专利]一种高韧稀土磷酸盐/锆酸盐复合热障涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层制备技术领域，特别是涉及一种高隔热、高韧性、长寿命的稀土磷酸盐/锆酸盐复合热障涂层。

背景技术

为满足航空涡轮发动机工作温度不断提升以及发动机在恶劣环境下长时间稳定工作的需求，除发展新一代高温合金材料外，热障涂层的作用已经不可替代。

Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)的热障涂层已成功地应用在航空发动机热端部件上并取得良好的使用效果，但其在高温环境中易产生烧结和相变现象，这极大地限制了其使用温度。与YSZ相比，稀土锆酸盐(Ln₂Zr₂O₇)具有更优隔热性能、相稳定性、抗熔盐和CMAS腐蚀能力，被认为是一种具有前景的新一代热障涂层材料。但Ln₂Zr₂O₇的断裂韧性较差，仅为YSZ的10-20％，这在很大程度上限制了Ln₂Zr₂O₇在热障涂层领域的应用。针对Ln₂Zr₂O₇的断裂韧性差缺点，国内外学者进行了大量研究工作：Ren等人通过在氧化钇稳定氧化锆中加入磷酸镧相来改善涂层材料断裂韧性，并将其增韧机理归因于裂纹偏转模式的改变(Ren X，Guo S，Zhao M，et al.Thermal conductivity and mechanical properties of YSZ/LaPO4 composites[J].Journal of Materials Science，2014，49(5)：2243-2251)。Pan等人的研究表明在La₂Zr₂O₇中添加第二相LaPO₄可提高涂层隔热性能并改善其断裂韧性和弹性模量(Yang J，Wan C，Zhao M，et al.Effective blocking of radiative thermal conductivity in La₂Zr₂O₇/LaPO₄ composites for high temperature thermal insulation applications[J].Journal of the European Ceramic Society，2016)。Guo等人通过在Ln₂Zr₂O₇中掺杂Sc₂O₃提高了涂层的韧性(见参考文献1 Wang C.M.，Guo L.Enhanced thermal expansion and fracture toughness of Sc₂O₃-doped Gd₂Zr₂O₇ceramics[J]，Ceramic International 41(2015)10730-10735，参考文献2 Guo L.，Zhang Y.Thermal expansion and fracture toughness of(RE_0.9Sc_0.1)2Zr₂O₇(RE＝La，Sm，Dy，Er)ceramics[J]，Ceramics International，42(2016)583-588)。