稀土掺杂锆酸钐陶瓷粉性能的研究(2)
3．结果与讨论 13
3.1合成温度对(Sm0.9Y0.05Dy0.05)2Zr2O7结构和表面形貌的影响 13
3.1.1 合成温度对(Sm0.9Y0.05Dy0.05)2Zr2O7结构的影响 13
3.1.2 合成温度对(Sm0.9Y0.05Dy0.05)2Zr2O7表面形貌的影响 14
3.2 Sm2Zr2O7和离子(Y、Dy、Mg和Ce)掺杂的Sm2Zr2O7的EDS分析 14
3.3离子(Y、Dy、Mg和Ce)掺杂对Sm2Zr2O7结构和表面形貌的影响 16
3.3.1离子(Y、Dy、Mg和Ce)掺杂对Sm2Zr2O7结构的影响 16
3.3.2离子(Y、Dy、Mg和Ce)掺杂对Sm2Zr2O7表面形貌的影响 17
3.4 Sm2Zr2O7和离子(Y、Dy、Mg和Ce)掺杂的Sm2Zr2O7的硬度分析 18
3.5 Sm2Zr2O7和离子(Y、Dy、Mg和Ce)掺杂的Sm2Zr2O7的IR分析 19
3.6 热膨胀分析 20
4.结论与创新 22
致 谢 23
参考文献 24
1.引言
1.1 热障涂层陶瓷材料相关介绍
近年来，随着科技的发展，重型工业、航空航天业、大型火电等设备对热端部件的工作温度提出了越来越高的要求，为了提高内燃机的经济和可靠性，故而在其燃烧室部件的表面喷涂陶瓷热障涂层。这种热障涂层由一系列绝热型良好的金属原料混合后高温烘焙制成陶瓷材料。由于陶瓷自身的耐高温性质，可以保证部件工作时处于一个良好的工作条件下，另一方面也可以保证热机内部热量的合理利用，以防损耗。另外，金属韧性好，可用来分担机械负荷。这样，由陶瓷和金属组成的复合结构可以满足核心动力部件工作时的温度需求，同时也可以承受热负荷与机械负荷的双重苛刻要求[1]。
热障涂层（Thermal Barrier Coatings , TBCs），又称隔热涂层，是指由陶瓷层与金属粘结层组成的金属陶瓷涂层系统，具有极佳的隔热性能和抗氧化效果[2]。一般而言， TBCs是由小于2W/(m•k)的低热导性陶瓷表层和金属结合底层组成。
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。因此，热障涂层陶瓷材料本身应该满足：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、抗烧结等性能。
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 传统热障涂层陶瓷材料的基本性质
Material Properties
Tm/℃ α×10-6/K-1 λ/W•m-1•K-1 Dth×10-6/m2•s-1 E/GPa ν Cp/J•g-1•K-1
ZrO2 2700 15.3(1000℃) 2.17 0.43 21 0.25 —
8YSZ 2700 11.5(1000℃) 2.12 0.58 540 0.22 0.64
莫来石 1850 5.4 3.3(1127℃） — 30 0.25 —
Al2O3 2050 9.6(1000) 5.8(1127℃) 0.47 30 0.26 —
注：Tm为熔点；α为热膨胀系数；λ为导热系数；Dth为热扩散系数；E为杨氏模量；ν为泊松比；Cp为比热容
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