钕钐对锆酸镧陶瓷粉性能的影响(2)
1.8 课题背景 7
1.9 课题研究的目的 7
2.0 研究内容 8
2 实验部分 9
2.1仪器与试剂 9
2.1.1实验仪器 9
2.1.2实验试剂 9
2.2锆酸镧陶瓷粉的制备 9
2.3工艺条件的选择 11
2.3.1 反应温度 11
2.3.2 甘氨酸的量 11
2.3.3 反应时间 11
2.3.4 钕取代镧 11
2.3.5 钐取代镧 11
2.4 产品的表征 12
2.4.1 XRD分析 12
2.4.2 EDS分析 12
2.4.3 SEM分析 12
3结果与讨论 13
3.1 粉体XRD分析 13
3.1.1 反应温度的选择 13
3.1.2 甘氨酸量的选择 14
3.1.3 反应时间的选择 16
3.1.4 钕元素掺杂 17
3.2 EDS分析 19
3.3 SEM分析 21
4 结论 22
致谢 23
参考文献 24
1前言
1.1热障涂层陶瓷材料
热障涂层保护金属材料的工作原理有两方面：一是能直接降低高温合金部件的温度，二是防止合金在高温下被氧化和腐蚀。因此，热障涂层陶瓷材料本身应该满足的要求是：高熔点、在室温和使用温度区间无相变、热膨胀系数与高温合金相近、导热系数低、耐腐蚀、化学稳定性好、抗烧结等[1]。
1.1.1传统热障涂层陶瓷材料
传统的热障涂层陶瓷材料有氧化锆、莫来石和氧化铝。它们的具体性能如表1.1所示。
表1.1热障涂层中传统陶瓷材料的基本性质
Materials Tm/℃ αX10-6/K-1 λ/W•m-1•K-1 DthX10-6/m2•S-1 E/GPa ν Cp/J•g-1•K-1
ZrO2 2700 15.3 2.17 0.43 21 0.25 -
8YSZ 2700 11.5 2.12 0.58 540 0.22 0.64
Mullite 1850 5.4 3.3 - 30 0.25 -
Al2O3 2050 9.6 5.8 0.47 30 0.26 -
注：Tm为熔点，表示热膨胀系数，λ表示导热系数，Dth表示热扩散系数，E表示杨氏模量，ν为泊松比，Cp为比热容。
由表1.1可以看出，氧化锆的热膨胀系数接近于镍合金的热膨胀系数，且导热系数低、熔点高、化学性质稳定，从而成为制作热障涂层材料的首选。但是氧化锆会随着温度的升高产生晶系的变化，及会发生单斜相、四方相和立方相的转变，在转变过程中体检会随之发生变化，例如从单斜相转为四方相，体积减小5%，而从四方相转为单斜相时，体积增加8%。体积的变化导致的结果是纯氧化锆制品性能被毁损。研究者发现氧化钇的掺杂可以稳定氧化锆使之不会发生晶系的转变。最终使得氧化钇稳定化的氧化锆得到广泛的应用。
1.1.2新型热障涂层材料
由于传统热障涂层材料已经不能满足更高温度的要求，需要研发出能够在更高温度下使用、导热系数更低、更抗烧结和热变形、热循环寿命更长的新型热障涂层材料。目前关注比较多的材料主要有以下几类(表1.2)