Er2O3摻雜對Ta2O5-Y2O3-ZrO2體系陶瓷結構及性能的影響.pdf

1、近年來，航空航天事業(yè)發(fā)展迅猛，研究人員對熱障涂層材料進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯熱障涂層陶瓷材料逐漸不能滿足更高的技術要求。熱障涂層YSZ陶瓷材料長期工作于1200℃的高溫環(huán)境中，容易發(fā)生相變，使得材料體積膨脹，與熱障涂層金屬粘結層材料的熱膨脹系數不匹配，而且會產生微裂紋，最終導致涂層脫落失效。為此，研究人員通過摻雜稀土氧化物改善熱障涂層陶瓷材料的熱物理性能，以滿足長期高溫環(huán)境對材料的技術要求。
　　本文采用固

2、相合成法并以氧化鉺、氧化鋯、氧化鉭、氧化釔為原料制備了Er2O3-Ta2O5-Y2O3-ZrO2體系陶瓷材料，利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、高溫熱膨脹儀、激光導熱儀(LFA427)對材料的物相結構、相穩(wěn)定性、表面微觀形貌、熱膨脹系數及熱擴散系數進行了表征；利用阿基米德原理對材料的體積密度進行了測試；根據Neumann-Kopp規(guī)則對陶瓷材料的熱容進行計算；利用點缺陷模型對陶瓷材料的理論熱導率進行計算并與測量熱導率

3、進行了對比。
　　XRD衍射結果顯示，經1600℃燒結6h后得到了單一四方相Er2O3-Ta2O5-Y2O3-ZrO2陶瓷材料，且四方度較大。在低溫200℃和高溫1500℃下分別等溫熱處理450h和310h后，材料的物相結構未發(fā)生變化，仍呈現(xiàn)單一的四方相，表明 Er2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2陶瓷材料具有良好的相穩(wěn)定性。
　　SEM微觀表面結果顯示，ErxY0.18-xTa0.18Zr0.64O2體系陶瓷材料的晶粒

4、大小約為幾微米，且隨著Er2O3含量的增大，氣孔很少，相對密度達到97％以上。
　　熱物理性能測試結果顯示，從室溫至1300℃范圍內，ErxY0.18-xTa0.18Zr0.64O2體系陶瓷材料的平均熱膨脹系數均低于 Ta2O5-Y2O3-ZrO2體系陶瓷材料的平均熱膨脹系數，但變化不是很明顯，其范圍為9.86×10-6 K-1～10.44×10-6 K-1。從室溫～1200℃，隨著溫度的升高，熱容值增大；隨著稀土Er2O3含量的

5、增加，熱容值減小。從室溫至1000℃內，摻雜稀土氧化鉺影響了陶瓷材料的熱導率大小，當摻雜量為2mol%時， ErxY0.18-xTa0.18Zr0.64O2陶瓷材料的熱導率值最小，熱導率值為1.13Wm-1K-1～1.49 Wm-1K-1。根據點缺陷模型計算出理論熱導率并得出：取代原子與基質原子之間的質量差、取代原子與基質原子之間的半徑差以及點缺陷周圍應變場共同影響了熱導率大小，其中點缺陷周圍應變場對熱導率的影響最大。
　　綜上所