【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于熱障涂層材料，具體涉及一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層及其制備方法。
技術介紹
1、熱障涂層常用于保護受高溫熱流沖刷的熱端部件如：超高速飛行器外蒙皮、航空發動機、大型燃氣輪機葉片等區域，使相應的工程系統在高溫環境中穩定運行，并提高其性能和工作效率。稀土鉭酸鹽因為其有低熱導率、良好的相穩定性和抗腐蝕性，合適的熱膨脹系數，良好的力學性能等，是非常有潛力的熱障涂層材料。然而其和常見tbc材料類似，對短紅外波段的紅外輻射呈半透明性，意味著外部高溫熱流產生的熱輻射可透過涂層，對基體造成熱損傷。在2000k的熱流環境下，tbcs內部組合的傳導輻射熱通量可以比單獨的傳導熱通量高約30％，由紅外輻射傳熱帶來的tbcs隔熱能力下降的問題不容忽視。因此，提高tbc材料的抗輻射穿透能力是新一代超高溫燃氣輪機系統十分緊迫的需求。然而，目前關于熱障涂層材料體系抗輻射穿透性能調控的研究仍處于初級階段，相關研究十分稀少，近五年內只有中國專利(cn?115233069?a)和(cn?115010492?a)分別公開了一種鉑微米片平行排列分布和一種貴金屬納米顆粒分散分布于陶瓷基體內的復合材料及其制備方法，改善陶瓷的紅外輻射屏蔽性能。貴金屬第二相的選擇存在成本高昂、貴金屬與陶瓷基體間熱膨脹匹配失效、熱導率變大等問題。因此繼續發展具有低成本、高抗輻射穿透、高熱膨脹系數、低導熱系數一體化的紅外輻射屏蔽的熱障涂層陶瓷材料及涂層制備方法。
技術實現思路
1、本專
2、一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層為具有本征高吸收特性的abo3型過渡族金屬氧化物彌散分布于稀土鉭酸鹽陶瓷基相中，abo3型過渡族金屬氧化物以片層結構堆疊成近似球體，直徑為1000～1500nm；abo3型過渡族金屬氧化物和稀土鉭酸鹽陶瓷基相隸屬不同晶系，二者之間不存在無限固溶效應。
3、一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
4、一、稱取b2o3或bo及a2o3，將稱取的b2o3或bo與a2o3混合均勻，得到混合粉體ⅰ，將混合粉體ⅰ進行煅燒，得到abo3型過渡族金屬氧化物粉體；
5、步驟一中所述的a2o3中a元素為eu、gd、tb、dy或y；b2o3中b為cr或fe；bo中b為co或ni；
6、步驟一中所述的a2o3和b2o3的摩爾比為1:1；
7、步驟一中所述的a2o3和bo的摩爾比為1:2；
8、步驟一中所述的煅燒的工藝為：以3℃/min～5℃/min的升溫速率升溫至1200℃～1300℃，在1200℃～1300℃下煅燒4h～6h，再隨爐冷卻至室溫；
9、二、稱取re2o3和ta2o5，將稱取的re2o3和ta2o5混合均勻，得到混合粉體ⅱ，將混合粉體ⅱ進行煅燒，得到稀土鉭酸鹽基相陶瓷粉體；
10、步驟二中所述的re2o3和ta2o5的摩爾比為3:1；
11、步驟二中所述的re2o3中re元素為eu、gd、tb、dy或y；
12、步驟二中所述的煅燒的工藝為：以3℃/min～5℃/min的升溫速率升溫至1400℃～1500℃，在1400℃～1500℃下煅燒4h～7h，再隨爐冷卻至室溫；
13、三、稱取abo3型過渡族金屬氧化物粉體和稀土鉭酸鹽基相陶瓷粉體，將稱取的abo3型過渡族金屬氧化物粉體和稀土鉭酸鹽基相陶瓷粉體混合均勻，得到混合粉體ⅲ；將混合粉體ⅲ預壓成型、冷等靜壓、煅燒，得到兼具紅外輻射屏蔽/高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷；
14、步驟三中所述的abo3型過渡族金屬氧化物粉體和稀土鉭酸鹽基相陶瓷粉體的摩爾比為(0.9～0.975):(0.025～0.1)；
15、步驟三中所述的煅燒的工藝為：以3℃/min～5℃/min的升溫速率升溫至1550℃～1600℃，在1550℃～1600℃下煅燒8h～10h，再隨爐冷卻至室溫。
16、一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷涂層的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
17、一、基體的預處理：
18、去除基體表面的雜質和油污，再粗化基體表面，得到預處理后的基體；
19、二、制備粘結層：
20、對預處理后的基體進行高溫熱處理，然后采用大氣等離子噴涂工藝在熱處理后的基體表面制備粘結層，得到附著粘結層的基體；
21、三、造粒處理：
22、對混合粉體ⅲ進行造粒，得到abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽喂料粉體；利用大氣等離子噴涂工藝將abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽喂料粉體噴涂至附著粘結層的基體的表面，得到在基體表面得到兼具紅外輻射屏蔽/高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽涂層。
23、本專利技術的原理：
24、本專利技術通過固相反應結合二次煅燒技術，在稀土鉭酸鹽基體內原位合成均勻彌散分布的abo3型過渡族金屬氧化物顆粒，利用abo3型過渡族金屬氧化物本征高光學吸收特性，和紅外波長與顆粒尺寸接近導致的顆粒背向光學散射增強，使本專利技術紅外輻射屏蔽的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層的在400-2500nm的近紅外波段紅外透過率最低可低于0.2％，近紅外波段(2.5～6μm)的平均發射率大于0.8，提高了陶瓷基相抵抗高溫輻射穿透的能力；且復合陶瓷的熱膨脹系數對比陶瓷基相差異小于0.5×10-6k-1，高溫熱導率上翹得到抑制，確保了熱障涂層的高溫穩定性，從而提高其服役壽命。
25、本專利技術的優點
26、本專利技術提供了一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層及其制備方法，與現有貴金屬納米顆粒復合陶瓷體系和彌散相復合陶瓷體系相比，本專利技術采用成本更低、操作更簡單的材料體系和工藝技術，獲得極佳的紅外輻射屏蔽性能，同時復合材料具有良好的熱膨脹匹配性和高溫服役穩定性，對熱障涂層抵抗紅外輻射穿透領域的發展具有十分重要的意義。
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1.一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層為具有本征高吸收特性的ABO3型過渡族金屬氧化物彌散分布于稀土鉭酸鹽陶瓷基相中，ABO3型過渡族金屬氧化物以片層結構堆疊成近似球體，直徑為1000～1500nm；ABO3型過渡族金屬氧化物和稀土鉭酸鹽陶瓷基相隸屬不同晶系，二者之間不存在無限固溶效應。
2.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的ABO3型過渡族金屬氧化物中A元素為Eu、Gd、Tb、Dy或Y；B元素為Cr、Fe、Co或Ni；所述的稀土鉭酸鹽陶瓷基相為具有韋伯氏體結構的Re3TaO7，其中Re元素為Eu、Gd、Tb、Dy或Y；韋伯氏體結構的Re3TaO7具有較高的力學性能和高溫熱膨脹匹配性。
3.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的稀土鉭酸鹽陶瓷基相為具
4.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層中ABO3型過渡族金屬氧化物的質量分數為0.89％～3.8％。
5.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層在400～2500nm波段超低的紅外透過率≤0.2％，在2.5～14μm紅外波段的平均發射率>0.9，在2.5～6μm近紅外波段的平均發射率大于0.8，在6～14μm中紅外波段的平均發射率>0.95。
6.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層在50～1400℃內的熱膨脹系數為9.6×10-6K-1～9.8×10-6K-1，和金屬基體匹配性較高。
7.如權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層的制備方法，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷的制備方法具體是按以下步驟完成的：
8.根據權利要求7所述的一種兼具紅外輻射屏蔽/高發射率的ABO3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷的制備方法，其特征在于步驟一中所述的混合的方法為：將稱取的B2O3或BO、A2O3分別置于600℃～900℃下煅燒3h～6h，隨爐冷卻至室溫，得到去除雜質和結合水的B2O3或BO、A2O3；將去除雜質和結合水的B2O3或BO、A2O3、無水乙醇和氧化鋯磨球放入球磨罐中，然后以300～500r/min的轉速球磨12h～24h，再在80℃～100℃下干燥8h～12h，研磨，過200目～400目篩，得到混合粉體Ⅰ；步驟一中所述的去除雜質和結合水的B2O3或BO、A2O3的總質量與無水乙醇、氧化鋯微球的質量比為1:(0.1～0.2):(4～6)；氧化鋯微球的直徑尺寸為1mm～3mm；步驟二中所述的混合的方法為：將稱取的Re2O3、Ta2O5分別置于600℃～900℃下煅燒3h～6h，隨爐冷卻至室溫，得到去除雜質和結合水的Re2O3、Ta2O5；將去除雜質和結合水的Re2O3、Ta2O5、無水乙醇和氧化鋯磨球放入球磨罐中，然后以300～500r/min的轉速球磨12h～24h，再在80℃～100℃下干燥8h～12h，研磨，過200～400目篩，得到混合粉體Ⅱ；步驟二中所述的去除雜質和結合水的Re2O3和Ta2O5的總質量與無水乙醇、氧化鋯微球的質量比為1:(0.1～0.2):(4～6)；氧化鋯微球的直徑尺寸為1～3mm；步驟三中所述的混合的方法為：將ABO3型過渡族金屬氧化物粉體、稀土鉭酸鹽基相陶瓷粉體、無水乙醇和氧化鋯磨球放入球磨罐中，然后以300～500r/min的轉速球磨10h～15h，再在60℃～100℃下干燥10h～15h，研磨，過300目～40...
【技術特征摘要】
1.一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層為具有本征高吸收特性的abo3型過渡族金屬氧化物彌散分布于稀土鉭酸鹽陶瓷基相中，abo3型過渡族金屬氧化物以片層結構堆疊成近似球體，直徑為1000～1500nm；abo3型過渡族金屬氧化物和稀土鉭酸鹽陶瓷基相隸屬不同晶系，二者之間不存在無限固溶效應。
2.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的abo3型過渡族金屬氧化物中a元素為eu、gd、tb、dy或y；b元素為cr、fe、co或ni；所述的稀土鉭酸鹽陶瓷基相為具有韋伯氏體結構的re3tao7，其中re元素為eu、gd、tb、dy或y；韋伯氏體結構的re3tao7具有較高的力學性能和高溫熱膨脹匹配性。
3.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的稀土鉭酸鹽陶瓷基相為具有韋伯氏體結構的re3tao7，其中re元素為eu、gd、tb、dy或y；所述的abo3型過渡族金屬氧化物具有afeo3結構，具有fe離子變價和窄禁帶寬度的特點；其中a元素為eu、gd、tb、dy或y；a元素與re3tao7中re元素相同。
4.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層中abo3型過渡族金屬氧化物的質量分數為0.89％～3.8％。
5.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層在400～2500nm波段超低的紅外透過率≤0.2％，在2.5～14μm紅外波段的平均發射率>0.9，在2.5～6μm近紅外波段的平均發射率大于0.8，在6～14μm中紅外波段的平均發射率>0.95。
6.根據權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層在50～1400℃內的熱膨脹系數為9.6×10-6k-1～9.8×10-6k-1，和金屬基體匹配性較高。
7.如權利要求1所述的一種兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷/涂層的制備方法，其特征在于所述的兼具紅外輻射屏蔽和高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷的制備方法具體是按以下步驟完成的：
8.根據權利要求7所述的一種兼具紅外輻射屏蔽/高發射率的abo3型過渡族金屬氧化物復合稀土鉭酸鹽陶瓷的制備方法，其特征在于步驟一中所述的混合的方法為：將稱取的b2o3或bo、a2o3分別置于600℃～900℃下煅燒3h～6h，隨爐冷卻至室溫，得到去除雜質和結合水的b2o3或bo、a2o3；將去除雜質和結合水的b2o3或bo、a2o3、無水乙醇和氧化鋯磨球放入球磨罐中，然后以300～500r/min的轉速球磨12h～24h，再在80℃～100℃下干燥8h～12h，研磨，過200目～400目篩，得到混合粉體ⅰ；步驟一中所述的去除雜質和結合水的b2o3或bo、a2o3的總質量與無水乙醇、氧化鋯微球的質量比為1:(0.1～0.2):(4～6)；氧化鋯微球的直徑尺寸為1mm～3mm；步驟二中所述的混合的方法為：將稱取的re2o...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王亞明，謝恩雨，陳國梁，王樹棋，鄒永純，姚鈞騰，彭子健，歐陽家虎，周玉，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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