專利名稱：一種Nd₂O₃改性的La₂Zr₂O₇-(Zr_0.92Y_0.08)O_1.96復(fù)相熱障涂層材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)Ol96復(fù)相熱障涂層材料。
背景技術(shù)：
伴隨航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的增加，渦前溫度進(jìn)一步提升，在設(shè)計(jì)上采用更為先進(jìn)的冷卻技術(shù)的同時(shí)，要求葉片表面要承受1200°C以上的高溫，已超出了目前高溫合金的使用溫度極限，因此發(fā)展高溫?zé)嵴贤繉邮潜厝坏内厔?shì)。根據(jù)熱障涂層的功能要求，作為熱障涂層隔熱材料，首先具有低的熱導(dǎo)率及耐腐蝕等特性，其次從涂層的服役環(huán)境來看，涂層材料也要有較高的抗熱沖擊損傷的特性，為提高這種特性，要求材料具有良好的抗高溫?zé)Y(jié)的能力及良好的相穩(wěn)定性和斷裂韌性等特性。然而，傳統(tǒng)的熱障涂層材料3 4mol % Y2O3穩(wěn)定的ZrO2 (簡(jiǎn)稱YSZ)雖然具有良好的斷裂韌性，較低的熱導(dǎo)率和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但在高溫條件下相穩(wěn)定性下降及其所帶來的相變體積效應(yīng)和高溫易燒結(jié)等因素，只能在1200°C溫度以下使用；具有高溫?zé)o相變、能耐1400°C高溫?zé)Y(jié)和熱導(dǎo)率比YSZ低30%的燒綠石結(jié)構(gòu)La2Zr2O7材料，雖能提高熱障涂層的使用溫度和隔熱效果，但由于該材料相對(duì)YSZ的韌性較差和熱膨脹系數(shù)較低，涂層在熱沖擊過程中易剝落。雖然通過稀土摻雜能進(jìn)一步降低La2Zr2O7的熱導(dǎo)率，如(Laa7Nda3)2Zr2O7比La2Zr2O7的熱導(dǎo)率約低13%，但斷裂韌性并沒得到改善。利用YSZ和La2Zr2O7各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合后的材料或涂層的某些性能比復(fù)合前得到了明顯的改善。添加5mol %的YSZ能使La2Zr2O7材料的斷裂韌性由1.4MPa *m1/2提高至1.9MPa *1111/2(與YSZ相當(dāng))；`添加5mol%的La2Zr2O7能使YSZ涂層1200°C時(shí)的熱導(dǎo)率由2.1ff/mK降低到1.2W/mK，材料在1300°C燒結(jié)10小時(shí)后的相對(duì)密度由0.84下降到0.75。但當(dāng)La2Zr2O7相含量超過Imol^時(shí)，材料中YSZ的相穩(wěn)定性下降，涂層的使用溫度及熱循環(huán)壽命受到很大的影響，尚不能滿足下一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)1200°C以上熱障涂層的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種Nd2O3改性的Jci JO1 96復(fù)相熱障涂層材料。在La2Zr2O7-(Zra92Ya JO1.96復(fù)相材料的基礎(chǔ)上，采用Nd2O3摻雜取代La2Zr2O7相中的部分La晶格位，改善其與(Zra92Yatl8)Ou6之間的晶格匹配性，緩解相間界面應(yīng)力，并提高(Zr0.92Y0.08)Ol96的相穩(wěn)定性。以此開發(fā)出新型的具有良好的相穩(wěn)定性、熱導(dǎo)率低和抗高溫?zé)Y(jié)能力強(qiáng)的復(fù)相熱障涂層隔熱材料，提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)效率，降低燃油消耗，從而帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益以及滿足下一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用熱障涂層需達(dá)到1200°C以上溫度的使用要求。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)Ou6復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述材料由純度為99.99%的LnOuan = La、Nd、Y)和純度為 99.99%的 ZrO2 組成，成分范圍為 60 90mol% ZrO2,4 30mol% LaO15, 2 20mol%NdO1 5及 2-7mol% YO1 5 或 0.1 0.4 (La。6 。8制。2 。J2Zr2O7-O 6 0.9 (Zr。92Y。。8) O1 96。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)C^96復(fù)相熱障涂層材料的制備方法，包括:以純度為99.99% 的 Ln (NO3) 3 6H20 (Ln = La、Nd、Y)和 Zr (NO3) 4 3H20 為原料，分別配制0.1 0.3mol/L的水溶液，按0.1 0.4(La0.6 0.8Nd0.2 0.4)2Zr207-0.6 0.9 (Zr0.92Y0.08) Ol96 成分稱量，外力口適量檸檬酸、聚乙二醇和濃硝酸，磁力攪拌至澄清透明溶膠，采用0.1-0.3MPa空氣將所述溶膠霧化到300°C _600°C剛玉坩堝中，以及將溫度升至900 1200°C煅燒0.5 2小時(shí)即可。


圖1 是 1200。。煅燒 2 小時(shí)后的(Zr0.92Y0.08) O1.96、La2Zr2O7 和 0.1 (La1^xNdx)2Zr2O7-O 9 (Zr0.92Y0.08) 0L96 (X = 0.2,0.3,0.4)系列復(fù)相材料室溫粉末 XRD 圖譜。圖2 是 1200。。煅燒 2 小時(shí)后的 0.2 (La1^xNdx) 2Zr207-0.8 (Zr0.92Y0.08) O1.96 (x = 0.2、0.3,0.4)復(fù)相材料室溫粉末XRD圖譜。圖3 是 1200。。煅燒 2 小時(shí)后的 0.4 (La1^xNdx) 2Zr207-0.6 (Zr0.92Y0.08) O1.96 (x = 0.2、0.3,0.4)復(fù)相材料室溫粉末XRD圖譜。圖4 是H1-ZrO2、(Zr0.S32Y0 08) O1.96和 0.2 (LahNdx)2Zr2O7-0.8 (Zrci 92Y0 08) O1.96 (x = 0.0、0.2,0.4)材料經(jīng)1450°C煅燒50小時(shí)后的室溫粉末XRD圖譜。圖5 是(Zr0 92Y0 08) 01 96、0.2La2Zr207_0.8 (Zr0 92Y0 08) 01 96、0.2 (La0 6Nd0 4) 2Zr207_0.8(Zr0.92Y0.08) O1.96材料經(jīng)1450 V煅燒50小時(shí)后室溫單斜氧化鋯相的含量。圖中，改性后的材料中單斜氧化鋯含量能減少到10mOl%，比未改性及(Zra92Ya JO1J均減少70%以上。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)C^96復(fù)相熱障涂層材料，化學(xué)式為0.1 0.4 (La0.6 0.gNd0.2 0.4) 2Zr207—0.6 0.9 (Zr0.92丫0.08) O1 96。在本發(fā)明中，Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Ya JO1.96復(fù)相熱障涂層材料可以是:
0.4 (La0.8Nd0.2) 2Zr207-0.6 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者0.4 (La0.7Nd0.3) 2Zr207-0.6 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者0.4 (La0.6Nd0.4) 2Zr207-0.6 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者0.3 (La0.8Nd0.2) 2Zr20T~0.7 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者0.3 (La0.7Nd0.3) 2Zr207-0.7 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者0.3 (La0.6Nd0.4) 2Zr207-0.7 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者0.2 (La0.8Nd0.2) 2Zr207-0.8 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者0.2 (La0.7Nd0.3) 2Zr207-0.8 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者

0.2 (La0.6Nd0.4) 2Zr207-0.8 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者
0.1 (La0.8Nd0.2) 2Zr207~0.9 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者
0.1 (La0.7Nd0.3) 2Zr20T~0.9 (Zr0.92Y0.08) O1.96 或者0.1 (La0 6Nd0 4)2Zr2O7-0.9(Zr0.92Y0.08) 01 96。在本發(fā)明中，Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)O1J復(fù)相熱障涂層材料，在大氣氣氛中，經(jīng)過1450°C煅燒50小時(shí)后，材料中單斜相含量比改性前減少79%。本發(fā)明Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)Ol96復(fù)相熱障涂層材料的優(yōu)點(diǎn)包括:(I)通過Nd2O3改性后的La2Zr2O7- (Zr。.92Y0.08) O1.96復(fù)相熱障涂層材料，材料中La2Zr2O7相的含量高，因此改性后涂層的隔熱效果和使用溫度將得到大幅度提高；(2)通過Nd2O3改性后的La2Zr2O7- (Zr0.92Y0.08) O1.96復(fù)相熱障涂層材料，相穩(wěn)定性得到顯著提高，因此改性后涂層的使用溫度及熱循環(huán)壽命得到大幅度提高；(3)通過Nd2O3改性后的La2Zr2O7- (Zr。.92Y0.08) O1.96復(fù)相熱障涂層材料，形成比La2Zr2O7熱導(dǎo)率低的(La，NcD2Zr2O7,因此改性后涂層的隔熱效果進(jìn)一步得到提高；(4)通過Nd2O3改性后的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)Oh96復(fù)相熱障涂層材料，是采用噴霧熱解原位反應(yīng)自生成的制備方法，材料的晶粒尺寸小、混合均勻性和界面結(jié)合性好，材料的斷裂韌性高，因此改性后涂層的熱循環(huán)壽命得到進(jìn)一步提高。下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)O1J復(fù)相熱障涂層材料，是針對(duì)將熱導(dǎo)率低、抗高溫?zé)Y(jié)能力強(qiáng)和相穩(wěn)定的La2Zr2O7添加能顯著提高傳統(tǒng)熱障涂層涂層(Zr0.92Y0.08) Ol96的隔熱效果及其抗高溫?zé)Y(jié)能力，但添加量過高會(huì)導(dǎo)致(Zra92Yatl8)O1J的相穩(wěn)定性下降而不能作為高溫?zé)嵴贤繉邮褂玫膯栴}，在La2Zr2O7-(Zra92Yatl8) Ol96復(fù)相材料的基礎(chǔ)上開發(fā)出一種具有良好相穩(wěn)定性的Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)O1J復(fù)相熱障涂層材料，該材料能替代傳統(tǒng)熱障涂層材料YSZ，提高涂層的隔熱效果和使用溫度，降低能耗并帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，以及進(jìn)一步滿足新一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用涂層需達(dá)到承溫能力1200°C以上的要求。 本發(fā)明Nd2O3改性的La2Zr2O7- (Zr0.92Y0.08) O1.96復(fù)相熱障涂層材料，所需原料由純度為 99.99 % 的 La(NO3)3 6H20、99.99 % 的 Nd(NO3)3 6H20、99.99 % 的 Y(NO3)3 6H20和 Zr (NO3)4 3H20 組成，化學(xué)組成范圍為:0.1 0.4 (Laa6 0.8Nd0.2 0.4) 2Zr207_0.6 0.9 (Zr0.92Y0.08) O1.96。本發(fā)明的0.1 0.4 (La0 6 0.8Nd0.2 0.4) 2Zr207~0.6 0.9 (Zr0 92Y0.08) O1 96 復(fù)相熱障涂層材料采用噴霧熱解原位反應(yīng)自生成方法制備。該方法是先配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)水溶液，按成分比例稱取的溶液放入玻璃瓶中磁力攪拌，添加適量的檸檬酸、聚乙二醇和濃度為65 68%的濃硝酸后磁力攪拌得到透明的溶膠，采用自制的空氣噴霧熱解設(shè)備，以壓力為0.3MPa的純度為99.99 %的空氣將溶膠霧化到溫度為600°C的剛玉坩堝內(nèi)后，將溫度升至1200°C煅燒一定時(shí)間即可。其制備過程中，通過改變材料中的鑭(La)元素的含量同時(shí)添加相應(yīng)含量的釹(Nd)元素來提高復(fù)相材料的相穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)Oli^6復(fù)相熱障涂層材料的方法包括:以純度為 99.99% 的 Ln (NO3) 3 6H20 (Ln = La、Nd、Y)和 Zr (NO3) 4 3H20 為原料，分別配制0.1 0.3mol/L的水溶液，
按0.1 0.4 (La。.6 。.SN(Im4)2Zr2O7-0.6 0.9(Zr0 92Y0.08) Ol 96 成分稱量,外力口適量檸檬酸、聚乙二醇和濃硝酸，磁力攪拌至澄清透明溶膠，采用0.1-0.3MPa空氣將所述溶膠霧化到300°C _600°C剛玉坩堝中，以及將溫度升至900 1200°C煅燒0.5 2小時(shí)即可。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在上述方法中，在大氣氣氛中經(jīng)過1450°C煅燒50小時(shí)后，材料中的單斜相含量由改性前48mol%降低至10mol%，相穩(wěn)定性提高79.17%。將制備的材料進(jìn)行相組成及其穩(wěn)定性分析:(一 )復(fù)相涂層材料的相組成分析。采用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為X’Pert PRO、配有X’Celerator超能探測(cè)器的多功能X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相組成測(cè)試。根據(jù)相組成、相含量及其晶格常數(shù)的變化規(guī)律，確定在1200°C煅燒2小時(shí)得到的系列材料是由(La，NcO2Zr2O7和(Zra92Yatl8) O1J兩相組成，其中(Zr。.92Y0.08) O1.96相是亞穩(wěn)四方相。(二)相穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。將1200°C制備的復(fù)相材料取出少許放入剛玉坩堝中，在1450°C程控高溫爐中煅燒50小時(shí)后，采用XRD對(duì)樣品進(jìn)行物相測(cè)試與分析。經(jīng)高溫煅燒后，所有樣品均出現(xiàn)單斜氧化鋯相，但Nd2O3改性后樣品中的單斜氧化鋯相的含量比改性前能減少79%，比傳統(tǒng)的熱障涂層材料(Zra 92Y0.08) O1.96減少73 %。本發(fā)明開發(fā)出一種 相穩(wěn)定性好、抗燒結(jié)、低熱導(dǎo)及兩相均勻性好的復(fù)相熱障涂層材料，可以提高涂層的使用溫度、隔熱效果和熱循環(huán)壽命，從而帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益以及進(jìn)一步滿足新一代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用涂層需達(dá)到承溫能力1200°C以上的要求。實(shí)施例1:制0.1 (LahNdx)2Zr2O7-0.9 (Zr。.92Y。.JO1.96(x = 0.0、0.2、0.3、0.4)復(fù)相材料以純度為99.99% 的 Ln (NO3) 3 6H20 (Ln = La, Nd, Y)和 Zr (NO3) 4 3H20 為原料，配制濃度為0.lmol/L的標(biāo)準(zhǔn)水溶液。采用精度為10_4g的電子天平準(zhǔn)確稱量所需各原料，放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入IL的標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，如此反復(fù)4次，最后采用精度為0.1ml滴定管滴加超純水，直至標(biāo)準(zhǔn)容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 0.1 (LahNdx)2Zr2O7-0.9 (Zra92Ya08)Ol96(x = 0.2,0.3,0.4)(摩爾比)進(jìn)行準(zhǔn)確稱量,磁力攪拌機(jī)攪拌0.5小時(shí)后，加入添加劑檸檬酸、聚乙二醇和濃度為65 68%的濃硝酸，添加量分別為8g/100ml、5g/100ml和10ml/100ml，磁力攪拌0.5小時(shí)得到澄清透明的溶膠。采用自制的空氣噴霧熱解設(shè)備，空氣純度為99.99%，壓力為0.3MPa，將溶膠霧化到溫度為600°C的直徑為20cm、高為50cm的剛玉坩堝內(nèi)，溶膠霧化完畢后將溫度升至1200°C保溫2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫。 采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細(xì)，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為X’PertPRO、配有X’ Celerator超能探測(cè)器的多功能X射線衍射儀進(jìn)行物相組成測(cè)試,x射線是Cu |E kal,波長(zhǎng)X=1.5406A。請(qǐng)參見圖1所示。將1200°C合成的粉末取出部分放入剛玉坩堝中，在1450°C程控高溫爐中煅燒50小時(shí)后，以TC /分鐘的降溫速率降溫至800°C后隨爐冷卻至室溫，采用瑪瑙碾缽磨細(xì)后進(jìn)行物相組成測(cè)試。采用公式= 0.82[Im(-lll)+Im(lll)]/ICjt, (111)計(jì)算單斜氧化鋯相(簡(jiǎn)稱m)的摩爾百分含量，其中Im(_lll)及Im(Ill)分別為單斜氧化鋯(簡(jiǎn)稱m)的(-111)及(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度，I。,,，(111)為立方氧化鋯(簡(jiǎn)稱c)和亞穩(wěn)四方氧化鋯(簡(jiǎn)稱t')的(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度。請(qǐng)參見圖4和圖5所示。實(shí)施例2:制0.S(LahNdx)2Zr2O7-0.8 (Zr。.JaJO1.96(x = 0.0、0.2、0.3、0.4)復(fù)相材料以純度為99.99% 的 Ln (NO3) 3 6H20 (Ln = La, Nd, Y)和 Zr (NO3) 4 3H20 為原料，配制濃度為0.lmol/L的標(biāo)準(zhǔn)水溶液。采用精度為10_4g的電子天平準(zhǔn)確稱量所需各原料，放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入IL的標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，如此反復(fù)4次，最后采用精度為0.1ml滴定管滴加超純水，直至標(biāo)準(zhǔn)容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 0.1 (LahNdx)2Zr2O7-0.9 (Zra92Ya08)Ol96(x = 0.2,0.3,0.4)(摩爾比)進(jìn)行準(zhǔn)確稱量,磁力攪拌機(jī)攪拌0.5小時(shí)后，加入添加劑檸檬酸、聚乙二醇和濃度為65 68%的濃硝酸，添加量分別為10g/100ml、5g/100ml和10ml/100ml，磁力攪拌0.5 2小時(shí)得到澄清透明的溶膠。采用自制的空氣噴霧熱解設(shè)備，空氣純度為99.99%，壓力為0.3MPa，將溶膠霧化到溫度為600°C的直徑為20cm、高為50cm的剛玉坩堝內(nèi)，溶膠霧化完畢后將溫度升至1200°C保溫2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細(xì)，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為X’PertPRO、配有X’ Celerator超能探測(cè)器的多功能X射線衍射儀進(jìn)行物相組成測(cè)試,x射線是Cu |E kal,波長(zhǎng)X=1.5406A。請(qǐng)參見圖2所示。

將1200°C合成的粉末取出部分放入剛玉坩堝中，在1450°C程控高溫爐中煅燒50小時(shí)后，以rc /分鐘的降溫速率降溫至8oo°c后隨爐冷卻至室溫，采用瑪瑙碾缽磨細(xì)后進(jìn)行物相組成測(cè)試。采用公式= 0.82[Im(-lll)+Im(lll)]/ICjt, (111)計(jì)算單斜氧化鋯相的摩爾百分含量，其中IJ-111)及Ini(Ill)分別為單斜氧化鋯(簡(jiǎn)稱m)的(-111)及(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度，I。,,，(111)為立方氧化鋯(簡(jiǎn)稱c)和亞穩(wěn)四方氧化鋯(簡(jiǎn)稱t')的(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度。實(shí)施例3:制0.3(LahNdx)2Zr207-0.7 (Zr0.92Y0 08) 01 96(x = 0.0、0.2、0.3、0.4)復(fù)相材料以純度為99.99% 的 Ln (NO3) 3 6H20 (Ln = La, Nd, Y)和 Zr (NO3) 4 3H20 為原料，配制濃度為0.lmol/L的標(biāo)準(zhǔn)水溶液。采用精度為10_4g的電子天平準(zhǔn)確稱量所需各原料，放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入IL的標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，如此反復(fù)4次，最后采用精度為0.1ml滴定管滴加超純水，直至標(biāo)準(zhǔn)容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 0.1 (LahNdx)2Zr2O7-0.9 (Zra92Ya08)Ol96(x = 0.2,0.3,0.4)(摩爾比)進(jìn)行準(zhǔn)確稱量,磁力攪拌機(jī)攪拌0.5小時(shí)后，加入添加劑檸檬酸、聚乙二醇和濃度為65 68%的濃硝酸，添加量分別為9g/100ml、5g/100ml和10ml/100ml，磁力攪拌0.5小時(shí)得到澄清透明的溶膠。
采用自制的空氣噴霧熱解設(shè)備，空氣純度為99.99%，壓力為0.3MPa，將溶膠霧化到溫度為600°C的直徑為20cm、高為50cm的剛玉坩堝內(nèi)，溶膠霧化完畢后將溫度升至1200°C保溫2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細(xì)，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為X’PertPRO、配有X’ Celerator超能探測(cè)器的多功能X射線衍射儀進(jìn)行物相組成測(cè)試,x射線是Cu |E kal,波長(zhǎng)入=1.5406人。將1200°C合成的粉末取出部分放入剛玉坩堝中，在1450°C程控高溫爐中煅燒50小時(shí)后，以rc /分鐘的降溫速率降溫至8oo°c后隨爐冷卻至室溫，采用瑪瑙碾缽磨細(xì)后進(jìn)行物相組成測(cè)試。采用公式= 0.82[Im(-lll)+Im(lll)]/ICjt, (111)計(jì)算單斜氧化鋯相的摩爾百分含量，其中IJ-111)及Ini(Ill)分別為單斜氧化鋯(簡(jiǎn)稱m)的(-111)及(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度，I。,,，(111)為立方氧化鋯(簡(jiǎn)稱c)和亞穩(wěn)四方氧化鋯(簡(jiǎn)稱t')的(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度。實(shí)施例4:制0.A(LahNdx)2Zr2O7-0.6 (Zr。.92YaJ O1.96(x = 0.0、0.2、0.3、0.4)復(fù)相材料以純度為99.99% 的 Ln (NO3) 3 6H20 (Ln = La, Nd, Y)和 Zr (NO3) 4 3H20 為原料，配制濃度為0.lmol/L的標(biāo)準(zhǔn)水溶液。采用精度為10_4g的電子天平準(zhǔn)確稱量所需各原料，放入盛有500ml超純水的IL容積的玻璃燒杯中磁力攪拌，完全溶解后倒入IL的標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，再用IOOml超純水沖洗燒杯后倒入標(biāo)準(zhǔn)容量瓶中，如此反復(fù)4次，最后采用精度為0.1ml滴定管滴加超純水，直至標(biāo)準(zhǔn)容量瓶刻度后備用。采用容量為25ml、精度為 0.1ml 的滴定管，按 0.1 (LahNdx)2Zr2O7-0.9 (Zra92Ya08)Ol96(x = 0.2,0.3,0.4)(摩爾比)進(jìn)行準(zhǔn)確稱量,磁力攪拌機(jī)攪拌0.5小時(shí)后，加入添加劑檸檬酸、聚乙二醇 和濃度為65 68%的濃硝酸，添加量分別為6g/100ml、5g/100ml和12ml/100ml，磁力攪拌0.5小時(shí)得到澄清透明的溶膠。采用自制的空氣噴霧熱解設(shè)備，空氣純度為99.99%，壓力為0.3MPa，將溶膠霧化到溫度為600°C的直徑為20cm、高為50cm的剛玉坩堝內(nèi)，溶膠霧化完畢后將溫度升至1200°C保溫2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫。采用瑪瑙碾缽將上述粉末磨細(xì)，在荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的型號(hào)為X’PertPRO、配有X’ Celerator超能探測(cè)器的多功能X射線衍射儀進(jìn)行物相組成測(cè)試,x射線是Cu |E kal,波長(zhǎng)X=1.5406A。請(qǐng)參見圖3所示。將1200°C合成的粉末取出部分放入剛玉坩堝中，在1450°C程控高溫爐中煅燒50小時(shí)后，以rc /分鐘的降溫速率降溫至8oo°c后隨爐冷卻至室溫，采用瑪瑙碾缽磨細(xì)后進(jìn)行物相組成測(cè)試。采用公式= 0.82[Im(-lll)+Im(lll)]/ICjt, (111)計(jì)算單斜氧化鋯相的摩爾百分含量，其中IJ-111)及Ini(Ill)分別為單斜氧化鋯(簡(jiǎn)稱m)的(-111)及
(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度，I。,,，(111)為立方氧化鋯(簡(jiǎn)稱c)和亞穩(wěn)四方氧化鋯(簡(jiǎn)稱t')的(111)晶面的XRD衍射峰強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)O1^6復(fù)相熱障涂層材料,其特征在于:所述材料由純度為99.99%的LnO1.5(Ln = La、Nd、Y)和純度為99.99%的ZrO2組成，成分范圍為 60 90mol % ZrO2, 4 30mol % LaO1.5，2 20mol % NdO1.5 及 2_7mol % YO1.5 或 0.1 0.4 (La0 6 0.sNcIq.2 0.4) 2Zr207—0.6 0.9 (Zr0 ^Ytl.。8) O1 96。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)O1J復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述復(fù)相熱障涂層材料是 0.A(LahNdx)2Zr2O7-0.6 (Zr0.92Y0.08) Ol96 (x = 0.2、0.3、0.4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)O1J復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述復(fù)相熱障涂層材料是0.S(LahNdx)2Zr2O7-0.7 (Zr0.92Y0 08) O1966 (x = 0.2、0.3、0.4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)O1^6復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述復(fù)相熱障涂層材料是 0.2 (Laa8Nda2)2Zr2O7-0.8 (Zr0.92Y0.08) O1.966 (x = 0.2、0.3、0.4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)O1J復(fù)相熱障涂層材料，其特征在于:所述復(fù)相熱障涂層材料是0.1 (Laa8Nda2)2Zr2O7-0.9(Zr0 92Y0.08) O1966 (x = 0.2、0.3、0.4)。
6.一種制備Nd2O3改性的La2Zr2O7- (Zra92Yatl8) Ol96復(fù)相熱障涂層材料的方法，其特征在于包括: 以純度為 99.99%的 Ln(NO3)3.6H20(Ln = La、Nd、Y)和 Zr (NO3)4 3H20 為原料，分別配制0.1 0.3mol/L的水溶液，按 0.1 0.4 (La。. (JuNda2H)2Zr2O7-0.6 0.9 (Zra92Yatl8) Ol96 成分稱量,外加適量檸檬酸、聚乙二醇和濃硝酸， 磁力攪拌至澄清透明溶膠， 采用0.1-0.3MPa空氣將所述溶膠霧化到300°C _600°C剛玉坩堝中，以及 將溫度升至900 1200°C煅燒0.5 2小時(shí)即可。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:在大氣氣氛中經(jīng)過1450°C煅燒50小時(shí)后，材料中的單斜相含量由改性前48mol %降低至IOmol %。
8.—種Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)O1^6復(fù)相熱障涂層材料,其特征在于所述Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra 92Ya J Ol96復(fù)相熱障涂層材料是用如權(quán)利要求6或7所述的方法制備的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96復(fù)相熱障涂層材料，其化學(xué)組成為0.1～0.4(La0.6～0.8Nd0.2～0.4)2Zr2O7-0.6～0.9(Zr0.92Y0.08)O1.96。通過Nd2O3摻雜取代La2Zr2O7中的La晶格位，形成熱導(dǎo)率低的(La，Nd)2Zr2O7化合物，并改變La2Zr2O7與(Zr0.92Y0.08)O1.96之間的晶格匹配性來進(jìn)一步提高材料中(Zr0.92Y0.08)O1.96的相穩(wěn)定性。本發(fā)明采用原位反應(yīng)自生成方法制備的復(fù)相熱障涂層材料中(La，Nd)2Zr2O7含量能提高至40mol％，在1450℃條件下，改性后材料中單斜氧化鋯相的含量比改性前減少79％。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103121839SQ20111037169
公開日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者江闊, 陳燕梅, 連曉雯, 劉松柏, 蘇冰野, 李媛, 李耀飛 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)