Yb2O3摻雜對(duì)Y2O3-Ta2O5-ZrO2結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)向高流量比、高推重比方向發(fā)展,高溫合金材料的使用溫度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求,熱障涂層技術(shù)得到了日益廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。在整個(gè)熱障涂層體系中,陶瓷層承擔(dān)了大部分的溫降,對(duì)于陶瓷層材料隔熱性能的評(píng)價(jià)至關(guān)重要。現(xiàn)役的陶瓷頂層材料是氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(簡(jiǎn)稱YSZ),然而,該材料的使用溫度不超過(guò)1200℃,當(dāng)溫度超過(guò)1200℃,材料發(fā)生相變,應(yīng)力集中,致密度增加,熱導(dǎo)率升高,最終材料的隔熱作用失效,因此需要尋找新的陶瓷材料替代原有的Y

2、SZ陶瓷材料。
　　本文以氧化釔、氧化鉭、氧化鐿和氧化鋯為原料,采用固相合成法制備Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2體系陶瓷材料。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、激光導(dǎo)熱儀(LFA)、熱膨脹儀以及阿基米德原理分別表征了陶瓷材料的物相組成和相的穩(wěn)定性、斷口微觀形貌、熱擴(kuò)散系數(shù)、熱膨脹系數(shù)以及塊材的體密度。按照Neumann-Kopp規(guī)則計(jì)算了陶瓷材料的熱容。應(yīng)用點(diǎn)缺陷模型計(jì)算了材料的理論熱導(dǎo)率。

3、　　X射線衍射結(jié)果表明,1600℃燒結(jié)6小時(shí)的Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2體系陶瓷材料由單一四方相組成,且均呈現(xiàn)較高的四方度,Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2的四方度高于Y2O3-Ta2O5-ZrO2的四方度。Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2體系陶瓷材料在200~1500℃溫度范圍熱處理24h~400h后仍為單一四方相,說(shuō)明該體系陶瓷材料具有良好的相穩(wěn)定性。
　　1600℃燒結(jié)6小時(shí)的掃描電鏡照片

4、顯示Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2(Yb3+≤8mol.％)體系陶瓷試樣存在過(guò)燒現(xiàn)象,Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2(Yb3+>8mol.%)體系陶瓷試樣的晶粒清晰可見(jiàn),且隨著Yb3+含量的增加,晶粒尺寸均勻。1500℃處理150小時(shí)后的掃描照片說(shuō)明,Yb2O3摻雜提高了Y2O3-Ta2O5-ZrO2材料的抗燒結(jié)性。
　　熱物理性能測(cè)試結(jié)果表明,在室溫~1000℃,Yb2O3的摻雜降低了Y2O3-Ta2O5

5、-ZrO2材料的熱容、熱擴(kuò)散系數(shù)以及熱導(dǎo)率。當(dāng)Yb3+摩爾分?jǐn)?shù)為14%時(shí)Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2的熱導(dǎo)率最低,為1.50~1.68W/m·K。測(cè)量熱導(dǎo)率變化趨勢(shì)與依據(jù)點(diǎn)缺陷模型計(jì)算的熱導(dǎo)率變化趨勢(shì)一致。點(diǎn)缺陷模型預(yù)測(cè)材料的熱導(dǎo)率受取代原子與被取代原子的質(zhì)量差、半徑差以及點(diǎn)缺陷周?chē)膽?yīng)力場(chǎng)三者共同影響,其中點(diǎn)缺陷周?chē)鷳?yīng)力場(chǎng)起主要作用。此外,在室溫~1300℃,Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2熱膨脹系數(shù)小于Y2O