稀土掺杂锆酸钐陶瓷粉性能的研究(3)
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%[3]。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
因为社会需求的日益增长，传统热障涂层材料已经不能满足适应更高温度的要求，因此需要研究能够在更高温度下使用、导热系数低、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)。
表1.2 新型热障涂层材料的基本性质
Materials Tm/℃ α*10-6/K-1 λ/W•m-1•K-1 DthX10-6/m2•S-1 E/GPa ν Cp/J•g-1•K-1
La2Zr2O7 2300 9.1 1.55 0.54 270 - 0.49
CeO2 2600 13 2.77 0.86 172 0.29 0.47
BaZrO3 2690 8.1 3.42 1.25 181 - 0.45
Y3Al5O12
LaMgAl1O19
LaPO4 1970
-
2070 9.1
7.7~9.3
10.5 3
1.2~2.21.8 --- --133 --
0.28 -
0.66
-
近几年来，关于R2Zr2O7陶瓷材料的研究已经获得了一定的进展。经研究表明，R2Zr2O7具有烧绿石结构，改结构中较多的离子和空位时期具有较低的热导率和良好的高温稳定性（最高可达2300℃）[4]。其中，Sm2Zr2O7陶瓷材料具有热导率低、熔点高以及结构稳定等特点，成为重要的候选材料之一[5]。
1) 萤石结构氧化物
氧化铈、氧化铀等氧化物的晶体结构都与氧化锆的晶体结构类似，因此，人们最先想到以此来制备新型高温热障涂层材料。但是由于氧化铀具有放射性危害，所以只能排除不予考虑；氧化铈虽然具有低的导热系数和大的热膨胀系数，但由于其在等离子喷涂中易发生挥发从而使得涂层成分难以有效控制，不仅如此，四价铈的氧化物很容易被还原成三价铈的氧化物，而三价铈的氧化物更容易促进涂层的烧结，烧结速度过快而使得得到的涂层效果不是很好。
2) 烧绿石结构氧化物
烧绿石旧称黄绿石，其成分中含有铌以及含量不等的稀土、U、Th、Zr、Ti等元素。由于将其置于火上灼烧后颜色会变为绿色，故名烧绿石。与萤石结构相比，烧绿石结构具有更高的化学稳定性、高熔点、较高的离子电导率，其传导温度与萤石型氧化物相近。烧绿石型氧化物是一系列具有相似结构的化合物，他们具有独特的晶体结构，并在晶格中存在很多的功能型替代位[6]。
烧绿石型化合物的电子特性从绝缘性到半导体性、金属行为及超导性变化[7-8]，而且，此类化合物展示了有趣的电绝缘性，压电性及铁电行为[9]。
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