一種低熱導(dǎo)率陶瓷Sr₆ZrNb₄O₁₈及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有低熱導(dǎo)率與較高熱膨脹系數(shù)的熱障涂層陶瓷材料Sr6ZrNb4O18及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的SrCO3、ZrO2和Nb2O5的原始粉末按Sr6ZrNb4O18的組成稱量配料。（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在1500℃大氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)。（3）在步驟（2）制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在1550~1600℃大氣氣氛中燒結(jié)8小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇添加量占粉末總質(zhì)量的3%。本發(fā)明制備的陶瓷燒結(jié)性好,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；其熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于YSZ,而熱膨脹系數(shù)則遠(yuǎn)大于YSZ，在先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)熱障涂層系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低熱導(dǎo)率陶瓷材料，特別是涉及用于保護(hù)先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)高溫金屬部 件的熱障涂層陶瓷材料及其制備方法。 _種低熱導(dǎo)率陶瓷3「6〗「1\104〇18及其制備方法
【背景技術(shù)】
[0002 ]采用等離子噴涂方法或電子束物理氣相沉積技術(shù)制備的熱障涂層系統(tǒng)(Therma 1 Barrier Coatings,簡稱TBCs)，由于能保護(hù)先進(jìn)禍輪發(fā)動機(jī)高溫金屬部件并提高燃油經(jīng)濟(jì) 性，在先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展過程中舉足輕重。目前，傳統(tǒng)的氧化釔能部分穩(wěn)定氧化鋯(簡 稱YSZ)熱障涂層，在高溫下長期服役過程中，T-四方相轉(zhuǎn)化為正方和立方相，而且在冷卻過 程中，T相將近一步轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?。這類相變將加速表面涂層的燒結(jié)收縮，降低隔熱性能。此 外，YSZ低的熱膨脹系數(shù)(約為ΙΟΧΠ ^ΙΓ1)引起的涂層與金屬基體(如鎳基超級合金，熱膨 脹系數(shù)約為lexn^ir1)之間的熱膨脹失配，已被公認(rèn)為涂層失效的最強(qiáng)的因素之一。
[0003] 為了克服YSZ的缺點(diǎn)并進(jìn)一步提高運(yùn)營效率，迫切需要研制一種熱導(dǎo)率小于YSZ的 新型熱障涂層陶瓷。新型熱障涂層材料的選擇受一些基本要求的限制，如高熔點(diǎn)、在服役溫 度至工作溫度范圍內(nèi)的無相變、較低的熱導(dǎo)率、較高的熱膨脹系數(shù)、良好的耐腐蝕性能、抗 熱震性能和較低的燒結(jié)能力。然而，找到一種能同時(shí)滿足所有要求的陶瓷材料非常困難。目 前，許多研究人員把較低的熱導(dǎo)率、較高的熱膨脹系數(shù)作為選擇新型熱障涂層陶瓷材料的 首要條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種具有低熱導(dǎo)率與高熱膨脹系數(shù)的陶瓷材料及其制備方 法。
[0005] 本發(fā)明的低熱導(dǎo)率與高熱膨脹系數(shù)陶瓷的化學(xué)組成為Sr6ZrNb4018。
[0006] 本熱障涂層陶瓷材料的制備方法步驟為： (1)將純度為99.9%(重量百分比）以上的3"03、2抑2和恥2〇5的原始粉末按3〇2心匕4〇1 8 的組成稱量配料。
[0007] (2)將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在1500°C大 氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)。
[0008] (3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在1550~1600 °(：大氣氣氛中燒結(jié)8小時(shí);所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加 量占粉末總質(zhì)量的3%。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：Sr6ZrNb4018陶瓷燒結(jié)性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；1300°c時(shí)其熱導(dǎo)率低到 1.25W.m- 1. k-1，其熱膨脹系數(shù)達(dá)到14.3 X 10-6 K-1。Sr6ZrNb4〇is陶瓷熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于YSZ，而其 熱膨脹系數(shù)則遠(yuǎn)大于YSZ，在熱障涂層材料領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 實(shí)施例： 表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個(gè)具體實(shí)施例及其1300Γ時(shí)的熱導(dǎo)率和熱 膨脹系數(shù)。其制備方法如上所述，用激光脈沖法和推桿法分別測試其熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)。 結(jié)果表明，合成的Sr6ZrNb4〇is陶瓷1300°C時(shí)的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于YSZ(3. OW.m-1. k-3，而其熱膨脹 系數(shù)則遠(yuǎn)大于YSZ，有望成為新型熱障涂層材料，可滿足先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)熱障涂層系統(tǒng)技術(shù) 需要。
[0011] 表1:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低熱導(dǎo)率與高膨脹系數(shù)陶瓷，其特征在于所述陶瓷的化學(xué)組成為:Sr6ZrNb4〇18; 所述低熱導(dǎo)率與高膨脹系數(shù)陶瓷的制備方法具體步驟為： (1) 將純度為99.9%(重量百分比）以上的SrC03、Zr02和Nb2〇 5的原始粉末按Sr6ZrNb4〇is 的組成稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在1500°C大氣氣 氛中預(yù)燒6小時(shí)； (3) 在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在1550~1600°C大 氣氣氛中燒結(jié)8小時(shí);所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加量占 粉末總質(zhì)量的3%。
【文檔編號】C04B35/622GK106045512SQ201610401664
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月11日
【發(fā)明人】方維雙, 方亮, 李純純, 鄧酩
【申請人】桂林理工大學(xué)