【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料及制备方法，具体地说，涉及一种具有低热导率、良好热稳定性和高结合强度的(nd0.2dy0.2ho0.2y0.2er0.2)tao4热防护陶瓷涂层材料及制备方法，属于高熵陶瓷材料。
技术介绍
1、随着航空发动机、燃气轮机等高温设备向着高质量方向发展，其内部零件将面临更加严苛的高温环境。为了提高此类零部件的寿命，提高其使用性能，通常在零部件表面添加一层陶瓷涂层作为热防护涂层，以起到隔热，抗腐蚀的作用，保证其在相对较低的温度下工作。目前，常用的热防护材料是氧化钇稳定氧化锆(ysz)。但是，ysz在高温下会发生相变，造成涂层开裂、剥落等问题，导致它最高的服役温度为1200℃，限制了它的使用。因此，人们开始寻找能在更高温下服役，热防护性能更好的涂层材料。
2、稀土钽酸盐(retao4)由于其优异的热物理性能，引起了极大的关注。levi教授的前期研究表明，ytao4的使用温度可以达到1600℃，且在800℃下热导率为1.51w/m·k，是一种极具潜力的热防护涂层(tpc)材料。然而，先前的研究表明，ytao4导热系数仍然不够低。这极大的限制了ytao4作为tpc材料的应用。
3、与单元素陶瓷相比，高熵陶瓷(hecs)由于其独特的高熵效应，如低热导率、热膨胀系数可调等，并表现出良好的高温稳定性。因此，通过设计高熵陶瓷材料组件、微结构，特别是利用hec中独特的晶格畸变效应来降低材料的导热系数，合成具有优良性能的hec，为创造新的tpc材料提供了有效途径。
1、为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料及其制备方法。
2、为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
3、一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料，所述陶瓷涂层材料的物相组成为(nd0.2dy0.2ho0.2y0.2er0.2)tao4。
4、一种本专利技术所述高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，所述方法步骤如下：
5、(1)按照所述涂层材料的物相组成，采用化学计量比称取各个原料粉体，采用湿法球磨混合均匀，形成浆料；
6、步骤(1)中：
7、所述原料粉体为氧化钕、氧化镝、氧化钬、氧化钇、氧化铒和氧化钽的粉体。
8、优选所述原料粉体的粒径均为5μm～10μm。
9、优选所述原料粉体的纯度≥99.9％。
10、优选所述球磨的磨球与原料粉体的质量比为5:1。
11、优选所述球磨的球磨介质为无水乙醇。
12、优选所述球磨的球磨转速为250r/min～300r/min，球磨时间为8h～10h。
13、(2)将步骤(1)制得的浆料干燥去除球磨介质，得到粉体，将粉体升温至1450℃～1550℃恒温煅烧8h～10h，制备得到本专利技术所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料。
14、步骤(2)中：
15、优选先采用旋转蒸发进行干燥，然后烘干，具体方法如下：
16、将步骤(1)制得的浆料置于容器中在75℃～80℃旋转蒸发进行干燥，待容器中无明显液滴后，继续旋转蒸发5min～8min，保证旋转蒸发后的粉体中不含或含少量的球磨介质；然后将旋转蒸发后的原料在95℃～100℃继续干燥6h～10h。
17、优选浆料干燥后进行研磨，过筛，得到过筛后的粉体，再升温煅烧。
18、优选将粉体以5℃/min～10℃/min的速率升温至1450℃～1550℃。
19、一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层，所述涂层采用本专利技术所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料高温镍基合金基底上制备得到。
20、有益效果
21、(1)本专利技术提供了一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料，所述涂层材料通过将nd2o3、dy2o3、ho2o3、y2o3和er2o3五种稀土氧化物与ta2o5固溶，形成具有单斜晶体结构的单相化合物，物相组成为(nd0.2dy0.2ho0.2y0.2er0.2)tao4，相对于常用的单组分ytao4，由于高熵化的晶格畸变效应显著改善了稀土钽酸盐的热导率，因此所述涂层材料具有优异热物理性能，具有1.41w·m-1·k-1的低热导率，10.5×10-6k-1的热膨胀系数，并具有优异的热稳定性，可以作为tpc的候选材料，在关键高端装备热防护涂层领域具有广泛的应用场景。
22、(2)本专利技术提供了一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，所述制备方法将五种稀土氧化物和氧化钽通过固相烧结的方式制得所述涂层材料。
23、(3)本专利技术提供了一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，所述制备方法中，步骤(1)中通过湿法球磨使得原料粉末充分均匀混合，可以使高温合成的高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料元素分布均匀，不会存在某一稀土元素团聚富集；
24、优选所述原料粉体的粒径均为5μm～10μm，粉体粒径均匀能有效提高合成效率，保证合成材料物相组成单一性；
25、优选所述球磨的磨球与原料粉体的质量比为5:1；所述球磨的球磨转速为250r/min～300r/min，球磨时间为8h～10h；保证原料充分混合均匀。
26、(4)本专利技术提供了一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，所述制备方法中，所述制备方法中，步骤(2)中在1450℃～1550℃，恒温煅烧8h～10h；在此煅烧条件下，可以合成单一相的(nd0.2dy0.2ho0.2y0.2er0.2)tao4，超出此条件，产物将会有第二相杂质，无法保证(nd0.2dy0.2ho0.2y0.2er0.2)tao4单一相；
27、优选先干燥时对浆料二次烘干，能够充分的将无水乙醇蒸干。降低粉体的团聚，提高过筛效率
28、优选浆料干燥后进行研磨，过筛，得到过筛后的粉体，再升温煅烧，使得煅烧的粉体颗粒均匀，可以使所述涂层材料颗粒大小分布均匀，具有较好的颗粒形貌。
29、(6)本专利技术提供了一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层，所述涂层采用本专利技术所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料，适于配合高温镍基合金基底使用；所述涂层具有低热导率，高热膨胀系数和优异的热稳定性，在关键高端装备热防护涂层领域具有广泛的应用场景。
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1.一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料，其特征在于：所述陶瓷涂层材料的物相组成为(Nd0.2Dy0.2Ho0.2Y0.2Er0.2)TaO4。
2.一种如权利要求1所述的高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述原料粉体的粒径均为5μm～10μm，纯度均≥99.9％。
4.根据权利要求2或3所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述球磨的磨球与原料粉体的质量比为5:1；所述球磨的球磨介质为无水乙醇；所述球磨的球磨转速为250r/min～300r/min，球磨时间为8h～10h。
5.根据权利要求2所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，干燥方式具体为：将浆料置于容器中在75℃～80℃旋转蒸发进行干燥，待容器中无明显液滴后，继续旋转蒸发5min～8min；然后在95℃～100℃继续干燥6h～10h。
6.根据权利要求2所述的一种高熵稀土
7.根据权利要求2所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，煅烧的升温速率为5℃/min～10℃/min。
8.根据权利要求2所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，干燥方式具体为：将浆料置于容器中在75℃～80℃旋转蒸发进行干燥，待容器中无明显液滴后，继续旋转蒸发5min～8min；然后在95℃～100℃继续干燥6h～10h；
9.根据权利要求2所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述原料粉体的粒径均为5μm～10μm，纯度均≥99.9％；
10.一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层，其特征在于：所述涂层采用如权利要求1所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料高温镍基合金基底上制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料，其特征在于：所述陶瓷涂层材料的物相组成为(nd0.2dy0.2ho0.2y0.2er0.2)tao4。
2.一种如权利要求1所述的高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述原料粉体的粒径均为5μm～10μm，纯度均≥99.9％。
4.根据权利要求2或3所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述球磨的磨球与原料粉体的质量比为5:1；所述球磨的球磨介质为无水乙醇；所述球磨的球磨转速为250r/min～300r/min，球磨时间为8h～10h。
5.根据权利要求2所述的一种高熵稀土钽酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，干燥方式具体为：将浆料置于容器中在75℃～80℃旋转蒸发进行干燥，待容器中无明显液滴后，继续旋转蒸发5min～8min；然后在95℃～100...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亚宁，朱锦鹏，杨凯军，田金玉，王海龙，何季麟，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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