一種熱障涂層陶瓷Ca₃Sn₄Ta₄O₂₁及其制備方法

一種熱障涂層陶瓷Ca₃Sn₄Ta₄O₂₁及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有低熱導率與較高熱膨脹系數的熱障涂層陶瓷材料Ca3Sn4Ta4O21及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的CaCO3、SnO2和Ta2O5的原始粉末按Ca3Sn4Ta4O21的組成稱量配料。（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合12小時，球磨介質為蒸餾水，烘干后在1450℃大氣氣氛中預燒6小時。（3）在步驟（2）制得的粉末中添加粘結劑并造粒后，再壓制成型，最后在1500~1600℃大氣氣氛中燒結8小時；所述的粘結劑采用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇添加量占粉末總質量的3%。本發明制備的陶瓷燒結性好,結構穩定；其熱導率遠低于YSZ,而熱膨脹系數則遠大于YSZ，在先進航空發動機熱障涂層系統具有重要的應用價值。
【專利說明】
_種熱障涂層陶瓷Ca3Sn4Ta4〇2i及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及低熱導率陶瓷材料，特別是涉及用于保護先進渦輪發動機高溫金屬部 件的熱障涂層陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002 ]采用等離子噴涂方法或電子束物理氣相沉積技術制備的熱障涂層系統(Therma 1 Barrier Coatings,簡稱TBCs)，由于能保護先進禍輪發動機高溫金屬部件并提高燃油經濟 性，在先進航空發動機的發展過程中舉足輕重。目前，傳統的氧化釔能部分穩定氧化鋯(簡 稱YSZ)熱障涂層，在高溫下長期服役過程中，T-四方相轉化為正方和立方相，而且在冷卻過 程中，T相將近一步轉變為單斜相。這類相變將加速表面涂層的燒結收縮，降低隔熱性能。此 外，YSZ低的熱膨脹系數(約為ΙΟΧΠ ^ΙΓ1)引起的涂層與金屬基體(如鎳基超級合金，熱膨 脹系數約為lexn^ir1)之間的熱膨脹失配，已被公認為涂層失效的最強的因素之一。
[0003] 為了克服YSZ的缺點并進一步提高運營效率，迫切需要研制一種熱導率小于YSZ的 新型熱障涂層陶瓷。新型熱障涂層材料的選擇受一些基本要求的限制，如高熔點、在服役溫 度至工作溫度范圍內的無相變、較低的熱導率、較高的熱膨脹系數、良好的耐腐蝕性能、抗 熱震性能和較低的燒結能力。然而，找到一種能同時滿足所有要求的陶瓷材料非常困難。目 前，許多研究人員把較低的熱導率、較高的熱膨脹系數作為選擇新型熱障涂層陶瓷材料的 首要條件。
[0004]

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種具有低熱導率與較高熱膨脹系數的熱障涂層陶瓷材料 及其制備方法。
[0006] 本發明的熱障涂層陶瓷的化學組成為Ca3Sn4Ta4〇21。
[0007] 本熱障涂層陶瓷材料的制備方法步驟為： (1)將純度為99.9%(重量百分比）以上的CaC03、Sn〇2和Ta2〇5的原始粉末按Ca 3SruTa4〇2i 的組成稱量配料。
[0008] (2)將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時，球磨介質為蒸餾水，烘干后在1450°C大 氣氣氛中預燒6小時。
[0009] (3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結劑并造粒后，再壓制成型，最后在1500~1600 °(：大氣氣氛中燒結8小時;所述的粘結劑采用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加 量占粉末總質量的3%。
[0010]本發明的優點：Ca3Sn4Ta4〇21陶瓷燒結性好，結構穩定；1200 °C時其熱導率低到 1.21W.m-1. k-1，其熱膨脹系數達到13.9 X 10-6 K-1。Ca3SmTa4〇2i陶瓷熱導率遠低于YSZ，而其 熱膨脹系數則遠大于YSZ，在熱障涂層材料領域具有重要的應用價值。
【具體實施方式】
[0011] 實施例： 表1示出了構成本發明的不同燒結溫度的3個具體實施例及其1200Γ時的熱導率和熱 膨脹系數。其制備方法如上所述，用激光脈沖法和推桿法分別測試其熱導率和熱膨脹系數。 結果表明，合成的Ca3Sn4T￡i4〇 21陶瓷1200 °C時的熱導率遠低于YSZ (3.0W. πΓ1. Γ1)，而其熱膨 脹系數則遠大于YSZ，有望成為新型熱障涂層材料，可滿足先進航空發動機熱障涂層系統技 術需要。
[0012] 表1:
【主權項】
1. 一種熱障涂層陶瓷，其特征在于所述熱障涂層陶瓷的化學組成為:Ca3Sn4Ta40 21; 所述熱障涂層陶瓷的制備方法具體步驟為： (1) 將純度為99.9%(重量百分比）以上的0&0)3、311〇2和了 &2〇5的原始粉末按0&331^&4〇21 的組成稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時，球磨介質為蒸餾水，烘干后在1450°C大氣氣 氛中預燒6小時； (3) 在步驟(2)制得的粉末中添加粘結劑并造粒后，再壓制成型，最后在1500~1600°C大 氣氣氛中燒結8小時;所述的粘結劑采用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加量占 粉末總質量的3%。
【文檔編號】C04B35/495GK106045507SQ201610352286
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】方亮, 方維雙, 李純純, 鄧酩
【申請人】桂林理工大學