Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种Sm‑Eu‑Dy三稀土离子钽酸盐及其制备方法与应用，该Sm‑Eu‑Dy三稀土离子钽酸盐的化学通式为SmaEubDycTaO7，其中，a+b+c＝3，a、b、c＝0.8～1.2。其制备方法包括如下步骤：1)按化学计量比称取氯化铕、硝酸钐、硝酸镝和草酸钽，并与设定量的柠檬酸在保温条件下进行机械混合，混合过程中加入浓氨水中和溶液，再在保温条件下进行机械混合促进化学反应的进行。2)将所得溶液进行干燥，随后在高温下煅烧去除碳杂质，即得Sm‑Eu‑Dy三稀土离子钽酸盐粉末。该Sm‑Eu‑Dy三稀土离子钽酸盐，高温热稳定性好，热导系数低，可作为热障涂层材料进行应用。

Sm Eu Dy three rare earth ion tantalates and preparation method and application thereof

The invention discloses a Sm Eu Dy three rare earth ion tantalates and preparation method and application thereof, the chemical formula of the Sm Eu Dy three rare earth ions tantalates SmaEubDycTaO7, wherein, a+b+c = 3, a, B, C = 0.8 ~ 1.2. The preparation method comprises the following steps: 1) according to the stoichiometric ratio and europium chloride, samarium nitrate, Dysprosium Nitrate and oxalic acid and tantalum, were mixed with citric acid in a set amount of insulation under the condition of adding concentrated ammonia solution mixed by mechanical mixing process, then the insulation conditions promote chemical reaction. 2) the resulting solution is dried and calcined at high temperature to remove carbon impurities, namely Sm Eu Dy three rare earth ion tantalate powder. The Sm Eu Dy three rare earth ions tantalates high temperature, good thermal stability, low thermal conductivity, can be used as thermal barrier coatings application.

【技术实现步骤摘要】
Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种钽酸盐，特别是指一种Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐及其制备方法与应用。
技术介绍
随着航空、航天及民用技术的发展，热端部件的使用温度要求越来越高，已达到高温合金和单晶材料的极限状况。以燃料轮机的受热部件如喷嘴、叶片、燃烧室为例，它们处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达1100℃，已超过了高温镍合金使用的极限温度(1075℃)。将金属的高强度、高韧性与陶瓷的耐高温的优点结合起来所制备出的热障涂层能解决上述问题，它能起到隔热、抗氧化、防腐蚀的作用，已在汽轮机、柴油发电机、喷气式发动机等热端材料上取得一定应用，并延长了热端部件的使用寿命。目前，最适于作为热障涂层的陶瓷材料主要有氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，稀土锆酸盐(RE2Zr2O7)，稀土硅酸盐(RE2SiO5)，稀土磷酸盐(REPO4)，稀土铈酸盐(RE2Ce2O7)以及稀土锡酸盐(RE2Sn2O7)等。其中应用最广泛的是氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，其具有高熔点、低热导、高热膨胀系数以及良好的力学性能，但使用温度较低，仅为1200℃，这是由于在1200℃以上YSZ会发生相变导致体积变化而致使涂层失效。除了YSZ以外，目前应用的热障涂层材料有La2Zr2O7，属于稀土锆酸盐的一种，其相较于YSZ具有更低的热导率，且使用温度高达1600℃，这是由于稀土锆酸盐为焦绿石和缺陷萤石型结构，具有大量的晶体缺陷能够有效散射声子，从而降低热导率，而且在高温下不存在相变等问题。由此可知，在寻找新型热障涂层材料时可以从晶体结构出发，探索具有良好高温相稳定性的低热导材料。稀土钽酸盐RE3TaO7是一种新型热障涂层材料，Yoshiyuki的研究结果表明(YoshiyukiYokogawa,MasahiroYoshimuraandShigeyukiSomiya；Order-disorderinR3TaO7(R＝rareearth)Phases,SolidStateionics:28-30(1988)1250-1253)，在RE3TaO7中随着稀土离子半径的变化发生由焦绿石到缺陷萤石结构转变的有序--无序变化，这与稀土锆酸盐(RE2Zr2O7)类似。因此可以猜测具有类似晶体结构的两种氧化物陶瓷可能具有相同的特性，例如高熔点、低热导率、高热膨胀系数等，而且根据以往研究结果表明RE3TaO7为铁弹性材料，这与YSZ相同，因此在高温下具有良好的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热导系数低、热稳定性好的Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐及其制备方法与应用。为实现上述目的，本专利技术所提供的Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐，其化学通式为SmaEubDycTaO7，其中，a+b+c＝3，a、b、c＝0.8～1.2。优选地，a＝b＝c＝1，此时，该Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐的化学式为SmEuDyTaO7。优选地，该Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐具有如下性质：1)平均晶粒尺寸为1～10μm；2)温度100～800℃下，热导率为1.2～1.9W·m-1·K-1，且随着温度升高而降低；3)XRD图谱中，衍射峰按相对强度递减排列所在的角度为：29.9±1°，49.3±1°，58.2±1°，34.7±1°，79.1±1°，61.2±1°，71.5±1°。本专利技术同时提供了上述Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐的一种制备方法，包括如下步骤：1)按化学计量比称取硝酸钐、氯化铕、硝酸镝和草酸钽，并与设定量的柠檬酸在保温条件下进行机械混合，混合过程中加入浓氨水中和溶液，再在保温条件下进行机械混合促进化学反应的进行：以上反应中，三种稀土元素的物质的量之和∶草酸钽∶柠檬酸＝6∶1∶8，各稀土元素的物质的量按化学计量系数确定；柠檬酸随后可煅烧出来，因此可稍微过量；氨水加入量以使溶液达到中性附近为宜。2)将所得溶液进行干燥，随后在高温下煅烧去除碳杂质，即得Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐粉末。优选地，步骤1)中，第一次机械混合时，温度为120～160℃，时间40～60min；第二次机械混合时，温度为170～190℃，时间30～50min。优选地，步骤2)中，干燥温度为250～300℃，干燥时间6～10h；煅烧温度为700～1000℃，煅烧时间6～10h。上述Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐具有低的热导系数低和较高的热膨胀系数，可作为热障涂层材料进行应用。其作为热障涂层材料的一种应用方式为：将所述Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐以粉体形态送入大气等离子体喷涂设备，对基体表面进行大气等离子喷涂，制备出Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐热障涂层。大气等离子体喷涂(APS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)是目前用于制备热障涂层的主要方法。与大气等离子喷涂相比，EB-PVD热障涂层其沉积效率较低，涂层厚度不可控，表面清洗复杂、设备复杂昂贵、沉积速率相对较低、工艺流程繁琐，并且试样尺寸不能太大，因此本专利技术中采用大气等离子喷涂方式制备高温陶瓷涂层。优选地，将所述Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐造粒后再送入大气等离子体喷涂设备进行喷涂；所述造粒的步骤包括：1)向所述Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐粉末中混入粘结剂，制成泥状液体，2)再送入喷雾式干燥机中进行喷雾，制成球状造粒粉末，过筛后得到的粉末粒度为40～50μm。所述粘结剂优选为粘度在900～1200MPa·S的高粘度琼脂溶液。优选地，进行大气等离子体喷涂时，使用的离子气体为Ar和He，并且Ar气体的流量为50～100L/min，He气体的流量为6～20L/min；电弧电压为50～80V，电弧电流为500～800A；送粉速度为20～110g/min，送粉角度为60～90°，喷涂距离为90～130mm。本专利技术的有益效果如下：1)该Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐SmaEubDycTaO7可获得比现有的稀土钽酸盐RE3TaO7更好的热学性质，例如更好的高温热稳定性(在1600℃下使用无相变)，更低的热导系数(1.3～1.9W.m-1.K-1,100～800℃)和更高的热膨胀系数(～12.5×10-6K-1,1200℃)，能够有效减小与合金基体的热失配。与双稀土离子钽酸盐(专利申请号：CN201610597143.4)相比，本专利技术中Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐为缺陷萤石型晶体结构，氧空位浓度大，能够有效降低热导率，且在高温下无相变；而双稀土离子钽酸盐为单斜相(m)结构，其在高温下存在m-t相变，体积变化大，在实际应用中可能体积变化产生巨大内应力导致涂层的失效等。2)其制备方法采用液相反应体系，使三种稀土离子充分混合，并采用保温机械混合以及浓氨水的加入，促进原料之间的充分反应，所制得的Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐纯度高，杂质含量少，致密度高，晶粒尺寸小，气孔、裂纹等缺陷少，具有良好的力学性能。3)对该Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐进行测试，结果显示，其晶粒尺寸为1～10μm；温度100～800℃下，热导率为1.2～1.9W·m-1·K-1，且随着温度升高而降低；XRD图谱中，衍射峰按相对强度递减排列所在的角度为：29.9±1°，49.3±1°，58.2±1°，34.7±1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Sm‑Eu‑Dy三稀土离子钽酸盐，其特征在于：该钽酸盐的化学通式为SmaEubDycTaO7，其中，a+b+c＝3，a、b、c＝0.8～1.2。

【技术特征摘要】
1.一种Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐，其特征在于：该钽酸盐的化学通式为SmaEubDycTaO7，其中，a+b+c＝3，a、b、c＝0.8～1.2。2.根据权利要求1所述的Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐，其特征在于：a＝b＝c＝1。3.根据权利要求1所述的Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐，其特征在于：该Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐具有如下性质：1)其晶粒尺寸为1～10μm；2)温度100～800℃下，热导率为1.2～1.9W·m-1·K-1，且随着温度升高而降低；3)XRD图谱中，衍射峰按相对强度递减排列所在的角度为：29.9±1°，49.3±1°，58.2±1°，34.7±1°，79.1±1°，61.2±1°，71.5±1°。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)按化学计量比称取氯化铕、硝酸钐、硝酸镝和草酸钽，并与设定量的柠檬酸在保温条件下进行机械混合，混合过程中加入浓氨水中和溶液，再在保温条件下进行机械混合促进络合反应。2)将所得溶液进行干燥，随后在高温下煅烧去除碳杂质，即得Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐。5.根据权利要求4所述的Sm-Eu-Dy三稀土离子钽酸盐的制备方法，其特征在于：步骤1)中，第一次机械混合时，温度为120～160℃，时间40～60min；第二次机械混合时，温度为170～190℃，时间30～50min；步骤2)中，干燥温度为250～...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晶，胡志辉，周颖，宋鹏，陈咏君，
申请(专利权)人：昆明工匠涂层科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53