超高温陶瓷热障涂层材料稀土锆酸锶的基础研究

热障涂层技术是航空航天、船舶、能源等军民两用的高端技术，为重大装备制造和国防工业所急需。热障涂层技术已经同高效冷却技术及高温合金技术一起构成高性能燃气轮机制造技术中并重的三大技术。.基于传统陶瓷热障涂层材料YSZ的长期使用温度不能超过1200oC、以及满足下一代高性能燃气轮机的设计和使用要求，本项目从材料化学的角度对热障涂层材料的设计、选择和改性提出新的思想。通过选择性的离子掺杂提高材料的相稳定性、降低热导率和氧扩散率。钙钛矿型结构的锆酸锶具有高熔点、高热膨胀系数和低热导率，在高温热障涂层方面有较好的应用前景，但其在室温到1200oC范围内存在相转变。本项目拟采用"缺陷簇"法通过双稀土氧化物掺杂提高锆酸锶的相稳定性、抗烧结性能并降低其热导率，研究获得在1300oC以上能长期服役的新型钙钛矿型稀土锆酸锶材料，从而为下一代高性能燃气轮机的研制提供一种陶瓷热障涂层候选材料。

热障涂层技术是航空航天、船舶、能源等军民两用的高端技术，为重大装备制造和国防工业所急需。热障涂层技术已经同高效冷却技术及高温合金技术一起构成高性能燃气轮机制造技术中并重的三大技术。. 基于传统陶瓷热障涂层材料YSZ的长期使用温度不能超过1200oC、以及满足下一代高性能燃气轮机的设计和使用要求，本项目采用"缺陷簇"法通过双稀土氧化物掺杂提高SrZrO3的相稳定性、并降低其热导率。Sr(Zr0.9Sc0.05Gd0.05)O2.95 (SZSG)、Sr(Zr0.9Y0.05Gd0.05)O2.95 (SZYG)、Sr(Zr0.9Sc0.05Yb0.05)O2.95 (SZSY)和Sr(Zr0.9Y0.05Yb0.05)O2.95 (SZYY)在1450oC热处理288 h保持单相。SZSG、SZYG、SZSY和SZYY块材在200-1200oC范围内的热膨胀系数分别为8.5-10.7×10-6 K-1、8.2-10.5×10-6 K-1、8.4-10.6×10-6 K-1和8.5-10.7×10-6 K-1，在升温过程中热膨胀系数没有明显的异常变化。SZSG、SZYG、SZSY和SZYY块材在1000oC下的热导率分别为~1.65 Wm-1K-1、~1.35 Wm-1K-1、~1.32 Wm-1K-1和~1.24 Wm-1K-1，与SrZrO3和 8YSZ (bulk, 2.1-2.2 W/mK, 1000oC)相比明显降低。选择性双稀土氧化物掺杂可以有效地提高SrZrO3的相稳定性并同时降低SrZrO3的热导率，这对开发新型陶瓷热障涂层材料具有重要的意义。