铈掺杂的锆酸镧陶瓷粉制备工艺的研究(2)
2.6.4粉体热膨胀系数的测定 15
3结果与讨论 16
3.1粉体结构的分析 16
3.1.1反应温度对产物的影响 16
3.3.2反应时间对产物的影响 17
3.3.3掺杂不同含量的铈对产物的影响 18
3.2粉体微观形貌的观察 20
3.3粉体成分的分析 21
3.4 粉体热膨胀系数的测定 22
4结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 前言
1.1课题研究的背景
近几年，因为航空的燃气涡轮机的发展方向是更高的流量比、更高的推重比、更高的进口温度, 因此燃烧室中的燃气压力和温度也在持续的提高。如今, 燃气的温度已将近到达2000K 。所以, 合金材料需要喷涂热障涂层才能让航空发动机上的涡轮叶片能承受1600℃以上的涡轮进口温度[1,2]。
1.2热障涂层的研究进展
人们开始研究起热障涂层是在1948-1952年[3]。到1960年代人们开始将热障涂层应用到X-15的火箭喷嘴以及燃气涡轮发动机的燃烧室部件上[4,5]。在1970年代的中期时候，因为双层涂层的系统开发取得了成功，并且热障涂层的研究也获得了突破性的进展，从而开始在燃气轮机涡轮叶片、导向叶片、翼而和涡轮浆等上广泛的运用[6]。一开始航空发动机采用的是高纯A12O3作为热障涂层的陶瓷材料和用CaO、MgO稳定化处理的ZrO2(CSZ、MSZ)[7]粘结层是用热喷涂法制各的Ni-Al涂层以及随后发展的用大气等离子喷涂(Air Plasma Spray，APS)方法制备的Ni-Cr/AI、MCrAIY(即NiCoCrAlY或CoNiCrAlY)涂层。但是APS Al2O3涂层常含有很多亚稳定相如y-A12O3和d-A12O3，这些亚稳定相在加热过程中将转变为稳定的Ⅱ-A12O3同时伴随着体积的臣大收缩(y- n，~l 5％)，造成涂层开裂。另外，在燃气的硫化作用下CSZ、MSZ容易分解，使得这种热障涂层的实际使用温度上限只有9500℃。
为了提高ZrO2材料的高温热稳定性，开发了Y2O3稳定化处理的ZrO2(Y2O3stabilized ZrO2，YSZ)体系，标志着第一代的热障涂层的开始就是以YSZ来用作陶瓷层材料。涂层的使用年限提高了4倍是因为良好地改变了陶瓷层结构的稳定性以及它的耐腐蚀性。
为了减少APS工艺过程中粘结层的氧化，提高涂层致密度，在APS基础上发展了低压等离子喷涂(Low Pressure Plasma Spray，LPPS)技术。用LPPS MCrAIY粘结层代替APS MCrAIY粘结层，标志着热障涂层进入第二代。为了增加使用年限，改进了粘结层的抗氧化性，不仅使用年限增加了2.5倍，也使得涂层失效从原先的粘结层转移到了陶瓷层。
第三代热障涂层[8]的诞生是在上世纪80年代。美国的Pratt & Whimey公司为了强化陶瓷层，取代APSYSZ涂层，采用了电子柬物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition，EB-PVD)技术在LPPS MCrAIY粘结层表面制各出具有开放式柱状结构的YSZ涂层。和第二代热障涂层作对比，第三代的使用年限又增加了10倍、。
目前，最先进的热障涂层已经能够使涡轮叶片温度降低1700℃以上，这是人类经过30年的努力才能在提高高温合金使用温度的方面取得的进展。可以想象，在将来的数载里，热障涂层还是会拥有巨大的应用开拓前景。
在许多可参考的难熔的氧化物体系中，真正可以在1200℃以上使用的热障涂层只有三种材料石榴石、烧绿石结构的氧化物和吹冰铝酸镧LaAl11Ol9，可以从表1.1看出。其中，烧绿石结构La2Zr2O7(LZ)的导热系数最低，在熔点以下无相变发生，虽然热膨胀系数与YSZ相比偏低，但理论和实验均证明，通过适当的离子掺杂可以提高材料的热膨胀系数因此被认为是一种非常有潜力的新型高温热障涂层材料。