本发明专利技术公开了一种Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)O1.96复相热障涂层材料，其化学组成为0.1～0.4(La0.6～0.8Nd0.2～0.4)2Zr2O7-0.6～0.9(Zr0.92Y0.08)O1.96。通过Nd2O3掺杂取代La2Zr2O7中的La晶格位，形成热导率低的(La，Nd)2Zr2O7化合物，并改变La2Zr2O7与(Zr0.92Y0.08)O1.96之间的晶格匹配性来进一步提高材料中(Zr0.92Y0.08)O1.96的相稳定性。本发明专利技术采用原位反应自生成方法制备的复相热障涂层材料中(La，Nd)2Zr2O7含量能提高至40mol％，在1450℃条件下，改性后材料中单斜氧化锆相的含量比改性前减少79％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zr0.92Y0.08)Ol96复相热障涂层材料。
技术介绍
伴随航空燃气涡轮发动机推重比的增加，涡前温度进一步提升，在设计上采用更为先进的冷却技术的同时，要求叶片表面要承受1200°C以上的高温，已超出了目前高温合金的使用温度极限，因此发展高温热障涂层是必然的趋势。根据热障涂层的功能要求，作为热障涂层隔热材料，首先具有低的热导率及耐腐蚀等特性，其次从涂层的服役环境来看，涂层材料也要有较高的抗热冲击损伤的特性，为提高这种特性，要求材料具有良好的抗高温烧结的能力及良好的相稳定性和断裂韧性等特性。然而，传统的热障涂层材料3 4mol % Y2O3稳定的ZrO2 (简称YSZ)虽然具有良好的断裂韧性，较低的热导率和耐腐蚀等优点，但在高温条件下相稳定性下降及其所带来的相变体积效应和高温易烧结等因素，只能在1200°C温度以下使用；具有高温无相变、能耐1400°C高温烧结和热导率比YSZ低30%的烧绿石结构La2Zr2O7材料，虽能提高热障涂层的使用温度和隔热效果，但由于该材料相对YSZ的韧性较差和热膨胀系数较低，涂层在热冲击过程中易剥落。虽然通过稀土掺杂能进一步降低La2Zr2O7的热导率，如(Laa7Nda3)2Zr2O7比La2Zr2O7的热导率约低13%，但断裂韧性并没得到改善。利用YSZ和La2Zr2O7各自优点进行复合，复合后的材料或涂层的某些性能比复合前得到了明显的改善。添加5mol %的YSZ能使La2Zr2O7材料的断裂韧性由1.4MPa *m1/2提高至1.9MPa *1111/2(与YSZ相当)；`添加5mol%的La2Zr2O7能使YSZ涂层1200°C时的热导率由2.1ff/mK降低到1.2W/mK，材料在1300°C烧结10小时后的相对密度由0.84下降到0.75。但当La2Zr2O7相含量超过Imol^时，材料中YSZ的相稳定性下降，涂层的使用温度及热循环寿命受到很大的影响，尚不能满足下一代燃气涡轮发动机1200°C以上热障涂层的使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Nd2O3改性的Jci JO1 96复相热障涂层材料。在La2Zr2O7-(Zra92Ya JO1.96复相材料的基础上，采用Nd2O3掺杂取代La2Zr2O7相中的部分La晶格位，改善其与(Zra92Yatl8)Ou6之间的晶格匹配性，缓解相间界面应力，并提高(Zr0.92Y0.08)Ol96的相稳定性。以此开发出新型的具有良好的相稳定性、热导率低和抗高温烧结能力强的复相热障涂层隔热材料，提高燃气涡轮发动机效率，降低燃油消耗，从而带来巨大的社会和经济效益以及满足下一代燃气涡轮发动机用热障涂层需达到1200°C以上温度的使用要求。根据本专利技术的一个方面，提供了一种Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yaci8)Ou6复相热障涂层材料，其特征在于:所述材料由纯度为99.99%的LnOuan = La、Nd、Y)和纯度为 99.99%的 ZrO2 组成，成分范围为 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。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)C^96复相热障涂层材料的制备方法，包括:以纯度为99.99% 的 Ln (NO3) 3 6H20 (Ln = La、Nd、Y)和 Zr (NO3) 4 3H20 为原料，分别配制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 成分称量，外力口适量柠檬酸、聚乙二醇和浓硝酸，磁力搅拌至澄清透明溶胶，采用0.1-0.3MPa空气将所述溶胶雾化到300°C _600°C刚玉坩埚中，以及将温度升至900 1200°C煅烧0.5 2小时即可。附图说明图1 是 1200。。煅烧 2 小时后的(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)系列复相材料室温粉末 XRD 图谱。图2 是 1200。。煅烧 2 小时后的 0.2 (La1^xNdx) 2Zr207-0.8 (Zr0.92Y0.08) O1.96 (x = 0.2、0.3,0.4)复相材料室温粉末XRD图谱。图3 是 1200。。煅烧 2 小时后的 0.4 (La1^xNdx) 2Zr207-0.6 (Zr0.92Y0.08) O1.96 (x = 0.2、0.3,0.4)复相材料室温粉末XRD图谱。图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)材料经1450°C煅烧50小时后的室温粉末XRD图谱。图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材料经1450 V煅烧50小时后室温单斜氧化锆相的含量。图中，改性后的材料中单斜氧化锆含量能减少到10mOl%，比未改性及(Zra92Ya JO1J均减少70%以上。具体实施例方式本专利技术是一种Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Yatl8)C^96复相热障涂层材料，化学式为0.1 0.4 (La0.6 0.gNd0.2 0.4) 2Zr207—0.6 0.9 (Zr0.92丫0.08) O1 96。在本专利技术中，Nd2O3改性的La2Zr2O7-(Zra92Ya JO1.96复相热障涂层材料可以是: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 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Nd2O3改性的La2Zr2O7?(Zr0.92Y0.08)O1.96复相热障涂层材料，其特征在于：所述材料由纯度为99.99％的LnO1.5(Ln＝La、Nd、Y)和纯度为99.99％的ZrO2组成，成分范围为60～90mol％ZrO2，4～30mol％LaO1.5，2～20mol％NdO1.5及2?7mol％YO1.5或0.1～0.4(La0.6～0.8Nd0.2～0.4)2Zr2O7?0.6～0.9(Zr0.92Y0.08)O1.96。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江阔，陈燕梅，连晓雯，刘松柏，苏冰野，李媛，李耀飞，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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