等离子喷涂Gd_2Zr_2O_7-SrZrO_3复合陶瓷涂层的微观结构和性能

通过固相反应法合成了Gd_2Zr_2O_7-SrZrO_3 (GZSZ,Gd_2Zr_2O_7:SrZrO_3=7:3)复合陶瓷粉末,并采用喷雾造粒法和大气等离子喷涂法分别制备了适合等离子喷涂使用的相应喷涂粉末及涂层。使用X射线衍射、扫描电子显微镜对粉末和涂层的相组成、显微结构进行分析。借助激光热导仪、高温热膨胀仪对涂层的热扩散系数和热膨胀系数、烧结系数进行了表征。结果表明,制备的GZSZ复合陶瓷粉末和涂层都由Gd_2Zr_2O_7和SrZrO_3两相组成,粉末中的Gd_2Zr_2O_7为烧绿石结构,而涂层中的Gd_2Zr_2O_7为萤石结构,SrZrO_3都为钙钛矿结构。制备态GZSZ涂层的孔隙率为～14%。GZSZ涂层1400℃热处理5 h后的热膨胀系数为(9.8～11.2)×10~(-6) K~(-1)。制备态GZSZ涂层的热导率为～0.8 W·m~(-1)·K~(-1),与制备态SrZrO_3涂层的热导率～1.0 W·m~(-1)·K~(-1)相比降低～20%。1400℃热处理360 h后GZSZ涂层的热导率增加到～1.5 W·m~(-1).K~(-1)。综上表明,GZSZ涂层是一种很有前景的复合陶瓷热障涂层材料。     

新型热障涂层陶瓷La2-xGdxWMoO9的制备及其热物理性能研究

采用溶胶-凝胶自蔓延合成工艺,以Gd3+作为掺杂离子,以(NH4)6Mo7O24·4H2O,H40N10O41W12·xH2O及La(NO3)3·6H2O为前驱体原料,合成了La2-xGdxWMoO9系(LGWMO,x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷粉体。通过放电等离子烧结技术(SPS)制备出LGWMO系高致密陶瓷材料,借助XRD、激光热导仪、热膨胀系数测试仪、SEM等分析技术对材料的物相组成、热扩散系数、热膨胀系数、微观形貌等性能进行表征;研究了Gd3+离子掺杂量对LGWMO系材料热导率、热膨胀系数的影响。结果表明:少量Gd3+的掺杂(x<0.1)能降低La2WMoO9陶瓷材料的热导率,但不利于La2WMoO9陶瓷热膨胀系数的提高;在Gd3+掺杂量x=0.1时,La1.9Gd0.1WMoO9陶瓷材料具有最佳的热物理性能:热导率λ=0.65W·m-1·K-1(T=298K);热膨胀系数αL=15.04×10-6K-1(T=1273K)。     

La2(Zr0.7Ce0.3)2O7固相合成行为及热物理性能

采用固相合成制备了热障涂层陶瓷材料La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(LZ7C3)。通过差热分析、X射线衍射等分析方法对固相合成行为影响因素进行研究,并用激光脉冲法和高温膨胀仪测试了LZ7C3粉末的热扩散系数和热膨胀系数。结果表明:完全合成LZ7C3的温度至少1400℃,煅烧时间至少5 h,反应粉末的粒度为0.82μm时,合成的LZ7C3粉末X射线衍射图谱没有La2 O3残留峰,其La∶Zr∶Ce为50.09∶35.12∶14.79,非常接近理论原子比例10∶7∶3;LZ7C3的热导率在1200℃时为0.79 W.m-1.K-1,热膨胀系数在1200℃时为11.6×10-6K-1,从室温到1200℃的加热过程中没有失重和相变发生,具有较高的相稳定性。     

等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7 喂料的制备与性能

目的 稀土锆酸盐具有低热导率、优异的抗烧结性能和相稳定性,是下一代热障涂层和环境障涂层的理想材料。通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构球形喂料Gd2Zr2O7,以满足下一代热障涂层和环境障涂层的需求。方法 以Gd2O3与ZrO2粉体为原材料,采用纳米粉体再造粒技术制备出可等离子喷涂用的纳米结构Gd2Zr2O7喂料。利用SEM、XRD研究了固相烧结温度和时间对Gd2Zr2O7含量和晶粒尺寸的影响,分析了纳米结构Gd2Zr2O7喂料在不同纳米粉体再造粒阶段的微观形貌和相组成。同时,测定了纳米结构Gd2Zr2O7喂料的流动性、松装密度和振实密度。结果 纳米粉体再造粒技术可以制备出等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7喂料,喂料内部结构致密,球形度好,粒径为10~50 μm。在纳米粉体再造粒过程中,晶粒尺寸会随着烧结温度的升高而增大。在1 300 ℃烧结2 h生成的Gd2Zr2O7含量高,且晶粒尺寸小,为最优固相烧结工艺。等离子球化处理能有效地改善喂料的流动性。等离子球化处理后的喂料松装密度为2.09 g/cm3,振实密度为3.26 g/cm3,流动性为22.3 s/(50 g)。结论 采用纳米粉体再造粒技术成功制备出纳米结构Gd2Zr2O7粉体喂料。该喂料颗粒内部结构致密,外部表面光滑,球形度好,适合等离子喷涂,有望成为下一代热障涂层和环境障涂层。     

Gd2 O3 -Yb2 O3 -Y2 O3 -ZrO2 热障涂层材料的热物理性能

目的通过多元稀土氧化物掺杂改性YSZ,提高传统热障涂层的性能。方法使用化学共沉淀法制备不同掺杂量的Gd2O3-Yb2O3-Y2O3-Zr O2(GYYZO)材料,并分别使用冷等静压-烧结和等离子喷涂工艺制备块材和涂层。通过测试块材的热导率和热膨胀系数,分析评价材料的热物理性能。对高温退火处理后的涂层进行X射线衍射分析,评价不同成分涂层的高温相稳定性。结果氧化锆基材料的热导率和热膨胀系数随总掺杂量升高而降低。氧化锆中稀土氧化物总掺杂量为5.5%~9.84%(摩尔分数)时,在1000℃下的热导率为1.25~1.56 W/(m·K),相对8YSZ材料下降了22%~37.5%;在200~1300℃的热膨胀系数为(10~11.1)×10-6/K,与传统8YSZ材料相当。在1400℃长时间退火处理后,低掺杂量GYYZO涂层中的单斜相含量明显低于8YSZ涂层。结论多元稀土氧化物掺杂改性氧化锆材料具有良好的高温相稳定性、低热导率和适当的热膨胀系数,可以作为高性能热障涂层的备选材料。     

大气等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层的微观组织

以Sm2O3和ZrO2为原料,采用固相反应法制备了热喷涂用Sm2Zr2O7粉末,并采用大气等离子喷涂技术制备了Sm2Zr2O7热障涂层.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段研究了Sm2Zr2O7粉末和Sm2Zr2O7涂层的微观组织、涂层结合强度和热导率.结果表明,制备的Sm2Zr2O7粉末主要呈不规则颗粒状,颗粒内部结合紧密,满足热喷涂的需要.喷涂前后Sm2Zr2O7相成分没有发生任何变化,表现出良好的相稳定性能.所制备的Sm2Zr2O7热障涂层组织结构致密,涂层各界面结合紧密.涂层的孔隙率约为14.31%,结合强度约为19.8MPa.在相同的孔隙率下,Sm2Zr2O7涂层的热导率仅为YSZ涂层37.6%.     

高温热循环对不同结构YSZ涂层隔热性能的影响

研究了高温热循环对不同结构YSZ涂层隔热性能的影响。结果表明:相对于亚微米YSZ涂层的细密柱晶结构,纳米YSZ涂层内有明显的层状结构和未熔颗粒存在,这利于降低涂层的热导率和提高涂层的隔热性能。在1100℃时,喷涂态的纳米涂层的热导率低于亚微米涂层,其中,SAPS(超音速等离子喷涂)的纳米涂层的热导率最低(1.41W·m~(-1)·K~(-1))。经过7次热循环后,APS(大气等离子喷涂)微米涂层的热导率升至最高(4.91 W·m-1·K-1),而SAPS(超音速等离子喷涂)的纳米涂涂层热导率则降低至0.92 W·m~(-1)·K~(-1)。热循环初期,APS涂层隔热效果均高于SAPS涂层;热循环过程中,SAPS涂层的隔热温度升高,而APS涂层的隔热温度则下降。涂层的热导率与隔热变化趋势保持一致。     

等离子喷涂(La0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7涂层的热性能研究

本文采用大气等离子喷涂制备了(La0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7涂层,并在相同的条件下制备了Sm2Zr2O7涂层作为对比。分别用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析 LSYZO涂层的微观形貌和相结构,并对两种涂层的热导率进行测定。结果表明,等离子喷涂后LSYZO涂层的相结构未发生变化。LSYZO涂层的结合强度为22 MPa,与SZO涂层相当。LSYZO涂层热震40次后发生失效,其热导率明显低于SZO涂层,这主要与LSYZO陶瓷自身的复杂结构有关。     

8YSZ制粉工艺对热障涂层性能的影响

主要研究了喷雾干燥、等离子球化(中空粉)和熔炼破碎法制备的8%Y2O3-ZrO2(8YSZ)粉末的特性及采用等离子喷涂工艺获得的对应涂层的性能.分析发现,粉末的特性与涂层性能有密切关系,其中,采用熔炼破碎法制备8YSZ粉末所获得的等离子喷涂涂层具有孔隙率低、热导率较高的特点;而采用喷雾干燥法制备8YSZ粉末所获得的等离子涂层常温下的热导率最低,仅为0.96 W/(m·K).     

(Gd0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7陶瓷的合成与导热性能研究

以Gd2O3、Sm2O3、Yb2O3和ZrOCl2·8H2O为原料,采用化学共沉淀法合成了一种新型的多元稀土锆酸盐(Gd0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7陶瓷粉体,在1600℃无压烧结10h合成了致密的陶瓷块体.用X射线衍射仪(XRD)及场发射扫描电镜(SEM)对粉体和块体的微观结构进行了表征,采用激光闪射法测试了块体的导热性能.结果表明,制备的多元稀土锆酸盐陶瓷粉体具有焦绿石结构,晶粒细小,陶瓷的热导率明显低于一元稀土锆酸盐Sm2Zr2O7的热导率.该研究结果显示(Gd0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7多元稀土锆酸盐陶瓷有可能应用于热障涂层陶瓷层材料.     

复合钙钛矿型Ba(Zn1/3Ta2/3)O3陶瓷作为热障涂层陶瓷层材料的性能评价

以BaCO₃、ZnO、Ta₂O₅为原料,采用固相反应法制备了Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃(BZT)陶瓷材料。对BZT的物相结构、高温相稳定性、热导率、热膨胀系数和喷涂工艺适应性进行表征研究,并与同类Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃(BMT)、Ba(Ni_1/3Ta_2/3)O₃(BNT)和Ba(Sr_1/3Ta_2/3)O₃(BST)对比,以评价BZT作为热障涂层陶瓷层材料的应用潜力。结果表明,BZT在室温至1500℃内无相变,且经1600℃长时处理48 h后不分解,表现出良好的高温相稳定性;在1200℃,BZT的热导率仅为1.65 W·m^-1·K^-1,明显低于BMT(2.57 W·m^-1·K     

等离子喷涂La2(Zr0.7Ce0.3)2O7热障涂层的抗热震性能

采用等离子喷涂制备了La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇（LZ7C3）热障涂层,并对涂层的微观组织、相结构、成分、相稳定性、涂层热导率以及抗热震性能进行了研究.结果表明,LZ7C3涂层由单相烧绿石结构物质组成,高温稳定性较好;涂层的热导率较块材下降约20%,这是由于涂层具有较高的孔隙率所致:涂层在不同温度范围的热震寿命和失效机制不同,在室温至约1000℃间的热震寿命为116 cyc,涂层失效方式以片状剥落为主:在室温至1100℃间的热震寿命为53 cyc,涂层失效方式为片状剥落和层状撕裂;在室温至1200℃间的热震寿命为3 cyc,涂层失效方式以层状撕裂为主.     

Gd3+掺杂La2Mo2O9的相稳定性及热导率

La2Mo2O9具有极低的热导率,但其在580℃左右会发生α-β相变,严重影响其性能和应用。本实验以Gd203掺杂La2Mo2O9制备了一系列La2-xGdxMo2O9 (x=0.0~0.5)固溶体,研究了掺杂Gd3+对La2Mo2O9相稳定性和热导率的影响。结果表明,随着Gd3+掺杂量的增加,相变得到有效抑制,当x≥0.2时样品以β相存在。样品的热导率随Gd3+掺杂量的增加先减小后增加,室温下在x=0.2时达到最低,此后缓慢上升,但所有样品的热导率均小于1 W/(m·K)。     

Solvothermal synthesis and thermoelectric properties of skutterudite compound Fe（0.25）Ni（0.25）Co（0.5）Sb3

Nanostructured skutterudite-related compound Fe0.25Ni0.25Co0.5Sb3 was synthesized by a solvothermal method using FeCl3, NiCl2, CoCl2, and SbCl3 as the precursors and NaBH4 as the reductant. The soivothermally synthesized powders consisted of free granules with an average particle size of tens of nanometers. The bulk material was prepared by hot pressing the powders. Transport property measurements indicated a heavily doped semiconductor behavior with n-type conduction. The thermal conductivity is about 1.83 W.m-1·K-1 at room temperature and decreases to 1.57 W.m-1·K-1 at 673 K. The low thermal conductivity is attributed to small grain size and high porosity. A maximum dimensionless figure of merit of 0.15 is obtained at 673 K.     

Performance of Dy2Zr2O7 Thermal Barrier Coating in Thermal-Shock Test

通过北气等离子喷涂(APS)制备了一种基于锆酸镝(Dy2Zr2O7)的新型热障涂层,该涂层具有更低的热导率及与镍基高温合金更匹配的热膨胀系数。对涂层的结构、相组成以及抗热震性能进行了研究。此外,对涂层在热震循冲过程中的失效过程进行了讨论。结果表明,在6~8次热震循冲后,涂层从基体表面脱落。陶瓷层中的微裂纹在热震过程中生长并导致粘结层界面附近的陶瓷层被压碎,从而最终导致陶瓷层的脱落。     

MoSi_2含量对MoSi_2/Al_2O_3复合涂层介电与力学性能的影响(英文)

通过喷雾干燥法制备MoSi2包覆Al2O3的壳核结构混合粉,利用该混合粉以等离子喷涂技术制备MoSi2/Al2O3复合涂层材料。研究MoSi2/Al2O3质量比涂层材料的力学和介电性能的影响。结果表明:随着MoSi2含量从0增加到45%,复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别从198MPa和3.05MPa·m1/2增加到324MPa和4.82MPa·m1/2,随后又降到310MPa和4.67MPa·m1/2。在8.2-12.4GHz微波频率波段内,随着MoSi2含量的增加,复合材料的介电损耗增加,而介电常数的实部却呈减小趋势。这主要是由于MoSi2颗粒熔化后的凝聚及导电网络结构的形成导致电导率的增加引起的。     

WC-(W,Cr)_2C-Ni/Ag复合涂层的制备及摩擦学性能

针对众多运动部件存在严重的摩擦磨损问题,使用大气等离子喷涂(APS)设备在1Cr18Ni9Ti不锈钢金属基材上喷涂制备WC-(W,Cr)2C-Ni和WC-(W,Cr)2C-Ni/Ag两种防护涂层,使用CSM摩擦磨损试验机考察两种涂层在室温下与Si3N4球配副时的滑动摩擦磨损性能。结果表明:Ag相的添加可明显降低涂层在干摩擦条件下的摩擦因数,并能减轻涂层的磨损程度;APS制备的WC-(W,Cr)2C-Ni/Ag复合涂层不仅具有优良的自润滑性能,而且具有极佳的耐磨性能,有望作为一种新型耐磨自润滑涂层材料。     

热压烧结制备Cu/FeCoCr复合材料的显微组织及热物理性能

利用相图计算的CALPHAD方法和超音雾化制粉技术,在CuFeCoCr体系中设计并制备了一系列微米级复合粉体。通过热压烧结方法在烧结温度为950℃,烧结压力为45 MPa的工艺条件下成功获得块体复合材料。研究了块体复合材料中Cu含量对显微组织,热导率,热膨胀系数以及显微硬度的影响。结果表明:CuFeCoCr块体复合材料均由fcc富铜相和fcc富铁钴铬相组成。该系列复合材料经600℃时效处理8 h后,其热膨胀系数变化范围为5.83×10-6~10.61×10-6 K-1,热导率变化范围为42.17~107.53 W·m-1·K-1。其中Cu55(Fe0.37Cr0.09Co0.54)45复合材料表现出良好的综合性能,即其热膨胀系数和热导率分别为9.08×10-6K-1和91.09 W·m-1·K-1,与电子封装半导体材料的热膨胀系数相匹配。