多元稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层制备及性能研究

admin · 发表于 2022-8-30 19:37:45

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雅宝题库解析：
降低陶瓷层材料的导热系数，提高其热膨胀系数，是提高热障涂层隔热效果、增加热循环寿命的重要途径，也是热障涂层研究领域的重要发展方向之一。本文采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）制备了稀土掺杂氧化锆热障涂层，研究了稀土掺杂对氧化锆热障涂层结构、热循环寿命和隔热效果的影响机制。采用固相合成的方法制备了多元稀土氧化物掺杂改性的氧化锆材料，揭示了稀土氧化物掺杂对氧化锆材料的热物理性能的影响规律。研究表明，稀土氧化物掺杂YSZ的热扩散系数均比未掺杂的低；稀土氧化物掺杂降低了YSZ的比热容和密度，提高了其热膨胀系数。1373K下，15mol% Gd2O3和Yb2O3共同掺杂改性YSZ材料与15mol% Nd2O3和Yb2O3共同掺杂改性YSZ材料的热膨胀系数是YSZ的1.3倍而导热系数只有其一半。掌握了EB-PVD制备树枝状柱状晶（树枝晶）结构多元稀土氧化物掺杂改性氧化锆热障涂层的双枪双源技术。研究了多元稀土氧化物掺杂改性氧化锆热障涂层的隔热性能和热循环行为。研究表明，稀土氧化物掺杂改性涂层具有树枝晶结构特征：细小的枝晶沿着主柱状晶两侧斜45度方向规则生长，这与传统4.5 mol% YSZ （4.5YSZ）柱状晶结构有很大差别。这种结构在1373K下长时间热循环后保持稳定，涂层整体保持疏松多孔的结构，有利于提高涂层的寿命和隔热性能。在9rpm、1073K的工艺下制备的15 mol% Gd2O3-Yb2O3-4.5YSZ热障涂层的热循环寿命和隔热效果均是4.5 YSZ涂层的1.5倍以上。提出了一种多孔疏松的4.5YSZ /Gd2O3-Yb2O3-4.5YSZ双陶瓷层结构。研究表明，双陶瓷层热障涂层改变了传统4.5YSZ层的结构使其具有树枝晶结构特征，而且其结构和成分在1373K下保持稳定，这有利于提高涂层的隔热性能和抗热震性。实验表明，双陶瓷层热障涂层的热循环寿命是4.5YSZ涂层的1.5倍以上。

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