【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热防护涂层，涉及一种热障涂层材料，具体涉及一种热障涂层材料、热障涂层及其制备方法与应用。
技术介绍
1、热障涂层(thermal barrier coatings，tbcs)技术是采用高温下具有较低热导率和较高稳定性的陶瓷材料以涂层的方式与金属基底结合，从而有效降低高温环境下金属基底表面温度、显著提高发动机热效率的一种热防护技术，其主要作用就是为高温合金热部件提供隔热作用，其次还能在一定程度上提供抗氧化、抗腐蚀以及抗外来物冲蚀的作用。因此，tbc是降低发动机热部件基体表面温度以达更高涡轮进口燃气温度，提高发动机性能及服役寿命的重要方向和途径。
2、目前广泛应用的热障涂层材料为氧化钇稳定氧化锆(ysz)陶瓷材料，一般通过大气等离子喷涂(aps)或者电子束物理气相沉积(eb-pvd)方法制备。ysz涂层具有热力学非平衡的伪四方(t’)相结构，使用温度超过1200℃时，这种钇含量均匀的t’相会分解为立方(c)相和四方(t)相，导致断裂韧性降低，降温过程中还会向单斜(m)相转变，产生3-5％的体积膨胀，导致涂层大面积开裂剥落，同时还伴有烧结导致隔热性能降低等问题。这些问题限制了ysz涂层在1200℃以上的高温环境下使用，难以满足高推重比航空发动机的使役要求。
3、此外，研究人员还研究了稀土改性ysz、稀土锆酸盐、稀土磷/铈/钽酸盐和高熵稀土陶瓷等新型tbc材料。相较于ysz，稀土改性ysz由于各种稀土氧化物稳定剂的稳定化作用不同，得到的结果大部分是在显著提高某一性能的同时又牺牲了其它性能，且随着掺杂
4、因此，针对现有技术不足，需要提供一种热障涂层材料、热障涂层及其制备方法与应用，在保留传统ysz材料t’相的存在形式及其具有的优异的综合力学性能的同时，改善其在1200℃以上的耐高温性能及热物理性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种热障涂层材料、热障涂层及其制备方法与应用，热障涂层保留有ysz优异的力学性能，兼具高结构稳定性和低热导率。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种热障涂层材料，所述热障涂层材料的组成通式为(zr1-xhfx)0.9y0.1o1.95，其中，0<x≤0.5。
4、本专利技术提供的热障涂层材料结合了氧化铪具有高熔点和高相变温度的特点，氧化锆和氧化铪形成连续型固溶体，是一种非热力学平衡四方相的氧化钇稳定的氧化锆-氧化铪固溶体的涂层材料，材料具有类似8ysz的单一非热力学平衡四方相(t’)结构，保留了8ysz优异的力学性能，非热力学平衡四方相t’是一种铁弹相，这种铁弹相具有优异的断裂韧性，兼具高结构稳定性和低热导率，并提高了材料在1600℃下的热物理性能。
5、其中，0<x≤0.5，例如可以是0.1、0.2、0.3、0.4或0.5，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
6、第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述的热障涂层材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
7、(1)将锆源、铪源和钇源混合，得到混合物；
8、(2)将沉淀剂与步骤(1)所得混合物混合后，再进行煅烧，得到热障涂层材料。
9、本专利技术提供的制备方法通过均相化学共沉淀-煅烧法合成纯四方相的氧化钇稳定的氧化锆-氧化铪固溶体陶瓷涂层材料，工艺简单可控、纯度高、设备要求和生产成本较低，适合工业化应用。
10、优选地，步骤(1)所述混合物中，zr、hf和y的摩尔比zr:hf:y为(4.5-8.1):(0.9-4.5):1，例如可以是6:3:1、4.5:4.5:1、8.1:0.9:1、5:4:1或7:2:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
11、优选地，步骤(1)所述锆源包括可溶性锆盐。
12、优选地，步骤(1)所述锆源包括zrocl2和/或zrcl4。
13、优选地，步骤(1)所述铪源包括可溶性铪盐。
14、优选地，步骤(1)所述铪源包括hfcl4和/或hfocl2。
15、优选地，步骤(1)所述钇源包括钇的氧化物和/或可溶性钇盐。
16、优选地，步骤(1)所述钇源包括y2o3和/或y(no3)3。
17、优选地，步骤(2)所述沉淀剂包括氨水、碳酸铵或碳酸氢铵的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氨水与碳酸铵的组合，碳酸铵与碳酸氢铵的组合，氨水与碳酸氢铵的组合，或，氨水、碳酸铵与碳酸氢铵的组合。
18、优选地，步骤(2)所述沉淀剂的ph>13，例如可以是13.1、13.2、13.4、13.5、13.6、13.8或14，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19、优选地，步骤(2)所述煅烧的温度为1000-1200℃，例如可以是1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
20、优选地，步骤(2)所述煅烧的时间为2-4h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h或4h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
21、优选地，步骤(2)所述混合后依次进行洗涤、烘干、研磨和过筛。
22、优选地，所述烘干的温度为60-80℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23、优选地，所述烘干的时间为8-10h，例如可以是8h、8.5h、9h、9.5h或10h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
24、优选地，所述过筛后的粉体粒径≤200目，例如可以是200目、250目、300目、500目、700目或1000目，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
25、第三方面，本专利技术提供了一种热障涂层，所述热障涂层由第一方面所述的热障涂层材料制备得到。
26、第四方面，本专利技术提供了一种热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热障涂层材料，其特征在于，所述热障涂层材料的组成通式为(Zr1-xHfx)0.9Y0.1O1.95，其中，0<x≤0.5。
2.一种如权利要求1所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合物中，Zr、Hf和Y的摩尔比Zr:Hf:Y为(4.5-8.1):(0.9-4.5):1；
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述沉淀剂包括氨水、碳酸铵或碳酸氢铵的任意一种或至少两种的组合；
5.一种热障涂层，其特征在于，所述热障涂层由权利要求1所述的热障涂层材料制备得到。
6.一种如权利要求5所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述粘结剂的用量为热障涂层材料的5-8wt％；
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述喷涂粉末的粒径范围为80-325目；
9.根据权利要
10.一种如权利要求5所述的热障涂层的应用，其特征在于，所述热障涂层应用于航空发动机热端部件的防护。
...【技术特征摘要】
1.一种热障涂层材料，其特征在于，所述热障涂层材料的组成通式为(zr1-xhfx)0.9y0.1o1.95，其中，0<x≤0.5。
2.一种如权利要求1所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合物中，zr、hf和y的摩尔比zr:hf:y为(4.5-8.1):(0.9-4.5):1；
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述沉淀剂包括氨水、碳酸铵或碳酸氢铵的任意一种或至少两种的组合；
5.一种热障涂层，其特征在于，所述热障涂层由权...
【专利技术属性】
技术研发人员：兰昊，胡梓豪，张伟刚，张会丰，吴洋，孙小明，黄传兵，于守泉，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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