LaPO4La2Zr2O7复合陶瓷热障涂层料研究.docx

华北电力大学硕士学位论文摘 华北电力大学硕士学位论文 摘 要 热障涂层(Thermal Barrier Coatings，TBCs)作为一种高温热防护涂层被广 泛应用于航空发动机和燃气轮机的高温部件表面，起到隔热和抗腐蚀氧化的作 用，能够提高部件的使用温度，延长使用寿命。氧化钇稳定的氧化锆 (Yttria．stabilized Zirconia，YSZ)是迄今为止仍被广泛应用的传统热障涂层材 料，具有高温稳定性、热导率低、热膨胀系数大等优点。但是YSZ在超过1200℃ 后会烧结加剧，发生相变，导致涂层失效，所以研发新一代热障涂层材料具有 重要意义。本文对LaP04／La2Zr207复合陶瓷进行了研究。主要研究内容如下： 采用高温烧结法制备了LaP04／LazZr207复合陶瓷。XRD表征显示复合陶瓷 由LaP04和La2Zr207两相组成，说明在烧结过程中两种物质没有发生化学反应 和相变，具有高温稳定性。通过SEM观察复合陶瓷断面的微观形貌，微观组 织由LaP04晶粒、LazZr207晶粒和气孑L组成，随着LaP04含量的增加气孔的数 量也在增加，较大的La2Zr207晶粒包围着较小的LaP04晶粒。 复合陶瓷的热导率采用激光闪光法测试，在1000。C下复合陶瓷材料的热导 率在1．527--一1．554W／nl·K之间，低于YSZ(2．12W／rn·K，1000℃)和La2Zr207 (1．56W／m·K，1000℃)，测试结果表明它具有La2Zr207热导率低的优点。采 用德国耐驰高温热膨胀仪测量了热膨胀系数，在1000℃下，复合陶瓷的热膨胀 系数值在9．97～10．13x10。6 K以之间，比La2Zr207(9．O×10曲K～，1000 oC)的高 lO％，跟LaP04 f10x10’6K一，1000 oC)接近。结果表明复合陶瓷材料具有LaP04 高热膨胀系数的优点。 采用纳米压痕仪测量了复合陶瓷的硬度和弹性模量。复合陶瓷材料的硬度 和弹性模量的值介于LaP04和La2Zr207之问，因此硬度比LaP04的高，提高 了其耐磨性能，弹性模量比La2Zr20，的低，提高了其韧性，具有良好的力学性 能。 最后，为了研究玻璃态物质(CaO—MgO—A1203一Si02，CMAS)和S、V元素 腐蚀复合陶瓷的机理，做了LaP04、La2Zr207及复合陶瓷的CMAS和 Na2S04／V205腐蚀实验。实验发现，LaP04与CMAS、Na2S04、V205都不发生 化学反应，抗腐蚀能力强，La2Zr207与Na2S04不发生化学反应，但是LazZr207 与CMAS反应生成Ca2La8(Si04)602和Zr02，与五氧化二钒反应生成LaV04， 还与Na2S04和V205混合腐蚀介质发生反应，也生成LaV04。复合陶瓷材料和 CMAS、Na2S04／V205反应就是因为含有抗腐蚀性差的La2Zr207，LaP04虽然抗 腐蚀性好，但是在复合陶瓷材料中含量少没有起到抗腐蚀的作用。 万方数据 华北电力大学硕士学位论文关键词：热障涂层；复合陶瓷；热导率；热膨胀系数；力学性能 华北电力大学硕士学位论文 关键词：热障涂层；复合陶瓷；热导率；热膨胀系数；力学性能 II 万方数据 华北电力大学硕士学位论文Abstract 华北电力大学硕士学位论文 Abstract Thermal barrier coatings(TBCs)iS a thermal protective coating widely used on the surface of the components in aero engine and gas turbine which are applied in high temperature．The coatings play an important role in heat insulation and corrosion resistance，which can increase the working temperature of the parts to prolong their service 1ife．Yttria．stabilized zirconia(YSZ)as a traditional material is widely applied in thermal barrier coatings now,because it processes high temperature stability,low thermal conductivity,high thermal expansion coefficient． However,me YSZ can be sintered at mor