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YSZ/Sm2Zr2O7复合粉体研究现状

时间:2020-04-17 14:39:16  来源:  作者:

 近年来,国内外研究人员开发和研究的新型热障涂层陶瓷材料主要有:多元氧化物掺杂ZrO2A2B2O7 型烧绿石或萤石化合物、磁铅石型六铝酸盐化合物、石榴石型铝酸盐化合物、钙钛矿结构化合物和钽酸盐系列陶瓷等先进热障涂层陶瓷材料。其中,Sm2Zr2O7(SZO)陶瓷具有较低的热导率(1.50W·m1K1, 700) 和良好的高温稳定性(1500℃以下不发生相变) 等优点,是锆酸盐系列材料中综合性能较好的材料之一。但在研究和开发过程中发现SZO 涂层仍然存在两个主要问题:首先,与金属粘结层(17.5×106 K1)[18] 相比SZO 热膨胀系数较小(9.29×106 K1),陶瓷层和粘结层热膨胀系数不匹配将使得涂层在热循环过程中在界面处积累较大的应力,易萌生裂纹;其次,SZO 热障陶瓷涂层断裂韧性低于YSZ,抑制裂纹萌生与扩展的能力不强,使得涂层在实际服役环境中容易发生脆性断裂,由此限制其在航空发动机上的应用。针对以上两个问题,目前主要改善方法有:掺杂其他组元提高其热膨胀系数和多层涂层结构设计以降低热膨胀不匹配程度[20]。但SZO 掺杂改性结果并不十分理想,无法有效解决热膨胀系数不匹配问题。双层陶瓷层热循环性能相对于单层陶瓷层涂层得到了明显改善,但由于陶瓷层间性质的差异仍较大,涂层容易在陶层界面处发生失效。通过引入成分沿涂层厚度方向变化的过渡层,可以一定程度上消除层间的异相间界面,改变涂层中层间存在的明显物理、化学性能和微观组织界面现象。目前对梯度涂层研究主要集中于涂层结构对涂层性能的影响,但对复合材料本身的微观组织、相结构和相稳定性等方面进行研究很少,这在一定程度上影响了复合涂层的实际应用。鉴于此,在纳米SZO 粉末中添加纳米YSZ,采用喷雾造粒法制备适合等离子喷涂的复合粉体,对YSZ/SZO粉体的微观结构、相结构和稳定性进行研究。采用球磨造粒法制备Sm2Zr2O7(SZO) Y2O3 部分稳定ZrO2(YSZ)复合粉体,:SZOYSZ复合团聚粉体表面光滑致密,室温呈混合相结构。在室温~1200℃范围内无相变发生,说明YSZ/SZO粉末在该范围内较为稳定。等离子喷涂YSZ/SZO 涂层呈典型层状组织结构,涂层成分和组织分布较为均匀,与单一锆酸钐涂层相比,复合陶瓷涂层结合强度得到了提高。但等离子喷涂过程中SZOYSZ发生离子扩散,粉体稳定性下降,SZO发生有序-无序转变,涂层呈现单一萤石结构。

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