(Gd0.9Yb0.1)2(Zr1-xCex)2O7热障涂层陶瓷材料热物理性能及CMAS腐蚀行为研究

(Gd0.9Yb0.1)2(Zr1-xCex)2O7热障涂层陶瓷材料热物理性能及 CMAS 腐蚀行为研究Study on Thermophysical Properties and CMAS Corrosion Behavior of (Gd0.9Yb0.1)2(Zr1-xCex)2O7 Ceramic摘 要热障涂层主要是应用在燃气轮机高温热端部件上，用来提高发动机的使用温度的一种防护涂层。随着时代的不断发展，传统的 8YSZ 涂层材料已经不能满足现役航空发动机最新的需求。而稀土锆酸盐材料与传统的 8YSZ 涂层材料相比而言其热导率更低，在高温下相稳定性更好，更好的抗烧结能力，被认为是可以替代现有热障涂层的候选材料之一。本文采用化学共沉淀-煅烧法，以氧化钆、氧化镱、氯氧化锆、硝酸铈为主要原料，制备了(Gd0.9Yb0.1)2(Zr1-xCex)2O7(x=0,0.1,0.2,0.3)四种陶瓷材料。并研究了这四种陶瓷块体材料的组织结构、微观形貌、热物理性能、力学性能以及其在与 CMAS 腐蚀反应后的截面形貌和腐产物的物相，研究取得的主要结果如下：（1）对掺杂不同含量 Ce 的(Gd0.9Yb0.1)2Zr2O7陶瓷材料进行制备工艺和组织结构的研究。对 Gd2Zr2O7前驱体粉末在不同温度煅烧后的物相进行分析，分析结果表明在 1150℃煅烧后粉末结晶效果最好。对掺杂后陶瓷块材的物相进行分析，研究结果表明在掺杂前后的陶瓷块材均为单相的缺陷型萤石结构，并没有出现其它杂相，并且随着掺杂含量的增加 x 射线的衍射峰向小角度方向偏移，晶格常数也随着掺杂含量的增加而近似线性增加，这表明掺杂的 Ce 完全的固溶到了(Gd0.9Yb0.1)2Zr2O7陶瓷材料的晶格中，形成了稳定的陶瓷固溶体材料。I（2）对掺杂不同含量 Ce 的(Gd0.9Yb0.1)2Zr2O7陶瓷材料进行了热物理和力学性能研究。研究结果表明在 800℃时，(Gd0.9Yb0.1)2Zr2O7掺杂了 Ce 之后的热导率随着掺杂含量的提高先降低后增大，热导率的值在 0.8964W/(m·k)~0.9765W/(m·k)之间，且在 x=0.1 时取得最低的热导率为 0.8964W/(m·k)。在 1000℃，陶瓷块材在掺杂了 Ce 之后的热膨胀系数随着掺杂含量的增加而增加，从未掺杂时的 10.595×10-6K-1增加到 11.148×10-6K-1，热膨胀系数有了明显增加。陶瓷块材的硬度和断裂韧性也随着 Ce 掺杂含量的增加而增加，硬度从未掺杂时的 6.83Gpa增加到掺杂含量 x=0.3 时的 8.05Gpa，断裂韧性从未掺杂时的 1.22MPa·m1/2增加 到掺杂含量 x=0.3 时的 1.65MPa·m1/2。（3）对掺杂了不同含量 Ce 的(Gd0.9Yb0.1)2Zr2O7陶瓷材料在 1250℃不同时间的 CMAS 腐蚀...