熱障涂層陶瓷層材料LnMgAl11O19(Ln=La, Nd)粉體的性能

熱障涂層由基底層、粘結層、氧化層及陶瓷層組成，作為一種集隔熱、抗氧化、防腐蝕和耐沖蝕于一體的環(huán)保材料廣泛應用在航空航天發(fā)動(dòng)機渦輪葉片的表面 目前常用的熱障涂層陶瓷層材料，為8%氧化釔穩定的氧化鋯[1] 氧化鋯在較高工作溫度下的單斜相與四方相之間的轉化[2]產(chǎn)生4%左右的體積膨脹收縮，易使涂層剝落開(kāi)裂 很多學(xué)者針對陶瓷層材料的這一問(wèn)題展開(kāi)了研究，期望制備出熱導率低、在熔點(diǎn)以下無(wú)相變、抗高溫燒結能力強的材料 燒綠石結構的稀土鋯酸鹽Ln2Zr2O7[3]、螢石結構的La2Ce2O7[4]、鈣鈦礦結構的SrZrO3均滿(mǎn)足以上要求，但是前者的熱膨脹系數和斷裂韌性偏低且高溫熱循環(huán)壽命短，而螢石結構的La2Ce2O7在低溫發(fā)生熱膨脹收縮，氧化鈰的化學(xué)計量比偏低，在室溫到1230℃間有相變[5,6]，均不能滿(mǎn)足熱障涂層系統嚴苛的使用條件 磁鉛石具有立方相和六方相混合結構，以及各向異性的物理性能 [7] 一層La2O3緊接著(zhù)四層尖晶石結構，尖晶石層被對稱(chēng)鏡面分割 沿著(zhù)垂直于該層與鏡面方向的c軸生長(cháng)緩慢，熱穩定性較好，且這種排列結構的空穴量較少，能抑制氧原子的擴散[8] 磁鉛石結構的鎂基六鋁酸鑭化學(xué)式為L(cháng)aMgAl11O19，具有六方晶系，有較大的縱橫比，抗高溫燒結能力強，即使在1200℃焙燒后其比表面積仍大于20 m2/g[9] 該結構具有高熔點(diǎn)、室溫到工作溫度間無(wú)相變、低熱導率[10]、化學(xué)反應惰性、高熱膨脹系數、良好的抗熱沖擊性和低燒結率，有極大的研究?jì)r(jià)值和應用前景 制備鎂基六鋁酸鑭的主要方法有高溫固相法，溶膠-凝膠法和共沉淀法 共沉淀法可使多種陽(yáng)離子以均相形式存在于溶液中，化學(xué)反應后可得到成分均勻的納米粉體材料，易制備出粒度小且分布均勻的納米粉體材料 與高溫固相法相比，化學(xué)共沉淀法可使原料細化和均勻混合，產(chǎn)物的雜質(zhì)含量低；與溶膠-凝膠法相比，化學(xué)共沉淀法可節約反應前驅體、制備工藝更簡(jiǎn)單 本文選取不同的沉淀溫度和pH值，以確定可提高鎂基六鋁酸鑭生成效率及相驅動(dòng)力的參數，降低磁鉛石相初始生成溫度，降低純鎂基六鋁酸鑭粉體生成溫度，提高前驅粉體的質(zhì)量 1 實(shí)驗方法1.1 鎂基六鋁酸鑭粉末的制備 采用共沉淀法制備鎂基六鋁酸鑭粉末，其工藝流程為：配料—溶解—沉淀—洗滌沉淀—干燥—高溫煅燒—破碎篩分 使用的原料為L(cháng)a2O3、Al(NO3)3·9H2O、Mg(NO3)2·6H2O；試劑為