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

1、隨著航空發(fā)動機向高流量比、高推重比方向發(fā)展,高溫合金材料的使用溫度已遠遠不能滿足需求,熱障涂層技術得到了日益廣泛的應用與發(fā)展。在整個熱障涂層體系中,陶瓷層承擔了大部分的溫降,對于陶瓷層材料隔熱性能的評價至關重要?，F(xiàn)役的陶瓷頂層材料是氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(簡稱YSZ),然而,該材料的使用溫度不超過1200℃,當溫度超過1200℃,材料發(fā)生相變,應力集中,致密度增加,熱導率升高,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)則計算了陶瓷材料的熱容。應用點缺陷模型計算了材料的理論熱導率。

3、　　X射線衍射結(jié)果表明,1600℃燒結(jié)6小時的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燒現(xiàn)象,Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2(Yb3+>8mol.%)體系陶瓷試樣的晶粒清晰可見,且隨著Yb3+含量的增加,晶粒尺寸均勻。1500℃處理150小時后的掃描照片說明,Yb2O3摻雜提高了Y2O3-Ta2O5-ZrO2材料的抗燒結(jié)性。
　　熱物理性能測試結(jié)果表明,在室溫~1000℃,Yb2O3的摻雜降低了Y2O3-Ta2O5

5、-ZrO2材料的熱容、熱擴散系數(shù)以及熱導率。當Yb3+摩爾分數(shù)為14%時Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2的熱導率最低,為1.50~1.68W/m·K。測量熱導率變化趨勢與依據(jù)點缺陷模型計算的熱導率變化趨勢一致。點缺陷模型預測材料的熱導率受取代原子與被取代原子的質(zhì)量差、半徑差以及點缺陷周圍的應力場三者共同影響,其中點缺陷周圍應力場起主要作用。此外,在室溫~1300℃,Yb2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2熱膨脹系數(shù)小于Y2O