稀土锆酸盐热障涂层的相稳定性和界面结合性能研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺制备了La2Zr2O7(LZ)、La2Zr2O7-3wt.％Y2O3(LZ3Y)、La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(LZ7C3)和6～8wt.％Y2O3部分稳定化的ZrO2(YSZ)四种陶瓷涂层,研究了稀土锆酸盐和YSZ热障涂层的高温相稳定性、涂层结合性能和热循环行为.借助...     

沉淀剂对La_2Zr_2O_7制备过程的影响

分别采用氨水和草酸铵作沉淀剂,通过化学共沉淀法制备了单相La2Zr2O7粉末。利用DSC-TGA和XRD等方法对LZ前驱体的煅烧分解过程、产物物相进行了分析和表征。结果表明:氢氧化物前驱体在400~750°C分解得到无定型的复合氧化物,800℃保温2.5h即完成相转变形成单相组分的La2Zr2O7;而草酸盐前驱体在400~650°C草酸盐发生分解得到无定型氧化镧、氧化锆的混合物;700°C以后,La(OH)3的分解、无定型氧化物晶化得到六方结构氧化镧与单斜相氧化锆、Zr4+扩散到La2O3晶界生成La2Zr2O7等三个反应同时进行。获得单相组分La2Zr2O7的煅烧条件至少要1450℃,保温2.5h。草酸盐前驱体中镧和锆两种成分局部的分布不均匀是造成其处理温度比氨水法要高的直接原因。     

大气等离子体喷涂Sm2Zr2O7涂层的结构和性能

稀土锆酸盐材料具有比Y2O3部分稳定ZrO2陶瓷低的热导率,是新型热障涂层的潜在候选材料之一.利用大气等离子体喷涂技术以喷雾造粒的Sm2Zr2O7粉体制备涂层,并在相同条件下沉积8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层.对比评价了两种涂层的结构、热物理性能和力学性能.X射线衍射结果表明,制备态Sm2Zr2O7涂层为缺陷萤石结构.扫描电镜分析显示,Sm2Zr2O7和8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层为典型的层状结构,内部有很多气孔、裂纹等缺陷.800℃测得的Sm2Zr2O7涂层的热导率为0.44 W/(m.K),比相同条件下测得的8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层的热导率低~40%,两者的热膨胀系数相似.力学测试结果显示,Sm2Zr2O7涂层的抗折强度、硬度和弹性模量均低于8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层.     

原位合成La_2Zr_2O_7-YSZ复合材料及高温热稳定性研究

以硝酸锆、硝酸镧、硝酸钇和柠檬酸为原料,原位合成了La2Zr2O7、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)及其La2Zr2O7-YSZ复合材料。采用X射线衍射和拉曼光谱对样品进行分析和表征,研究La2Zr2O7、YSZ和La2Zr2O7-YSZ复合材料的物相组成与高温热稳定性。结果表明:合成的La2Zr2O7和YSZ均为单一纯相。在1 200℃煅烧6 h条件下合成的系列复合材料(物质的量比n(La2Zr2O7)∶n(YSZ)=1∶8~10∶1)中均未发现单斜ZrO2相和其他化合物的生成。在1 400℃煅烧24 h条件下合成的LZYZ11中出现单斜ZrO2相,此时La2Zr2O7对YSZ的稳定效果不大。     

EB-PVD锆酸镧热障涂层抗高温氧化性能研究EI北大核心

在高温合金基体上采用EB-PVD技术制备了锆酸镧(La2Zr2O7,LZ)热障涂层,研究了涂层的抗高温氧化性能;采用XRD分析了经历不同氧化时间后涂层的相结构,分别采用SEM和EDS观察和分析了氧化前后涂层的显微形貌和成分,并对可能导致涂层失效的原因进行了分析。结果表明,在相同的试验条件下,LZ的氧化增重速率低于8%Y2O3稳定氧化锆(质量分数);氧化试验后LZ涂层保持了沉积态完整的细小柱状晶结构,表面的显微形貌也基本保持了沉积态的状况;XRD分析结果显示,涂层没有发生可观察到的相变和烧结现象;循环氧化后,LZ涂层局部区域的柱状晶头部发生了断裂脱落失效,LZ的热膨胀系数较低、弹性模量较大以及断裂韧度较低,是造成这种现象的主要原因。     

新型La_2Zr_2O_7环境障涂层的1300℃热冲击行为研究

采用化学气相沉积和原位合成工艺在Cf/SiC基体上制备了Si/3Al2O3·2SiO2/La2Zr2O7新型环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBC),研究了EBC涂层在1300℃的抗热冲击性能。结果表明,涂覆Si/3Al2O3·2SiO2/La2Zr2O7涂层的Cf/SiC试样,在热冲击试验进行到121次时发生了过早剥落失效。试验过程中,3Al2O3·2SiO2中间层内的Al元素发生外扩散并在面层中发生反应生成LaAlO3,La2Zr2O7在1300℃高温热冲击环境下发生烧结和粉化,以及由于热膨胀系数差异造成的EBC涂层内残余应力的产生均是导致EBC涂层过早剥落失效的主要原因。     

等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层及其性能

为研究稀土锆酸盐热障涂层的抗热震性能及隔热性能,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在LY12合金表面制备了Sm2Zr2O7热障涂层.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试技术研究了Sm2Zr2O7粉末和Sm2Zr2O7涂层的微观组织结构、涂层结合强度和热导率.结果表明:制备的Sm2Zr2O7粉末主要呈短轴状,颗粒内部结合紧密,可满足热喷涂的需要;喷涂前后Sm2Zr2O7相成分没有发生任何变化,具有良好的相稳定性能;Sm2Zr2O7热障涂层组织结构致密,涂层的孔隙率约为14.31%,结合强度约为19.8 MPa;在相同的孔隙率下,Sm2Zr2O7涂层的热导率仅为YSZ涂层的37.6%和纳米YSz涂层的42.1%.     

复合溶胶-凝胶法制备锆酸钐涂层的工艺研究

以ZrO(NO3)2·2H2O,Sm2 O3为原料,柠檬酸(C6H8O7·H2O)为整合剂,采用溶胶-凝胶工艺分别制备了Sm2 Zr2O7前驱体溶胶和Sm2Zr2O7粉体,将两者按比例球磨混合制备复合浆料;在ZrB2/SiC基体上铺Al2O3粉高温处理制备过渡层.采用浸渍提拉法在含过渡层的ZrB2/SiC基体上制备出了Sm2Zr2O7涂层.用X射线衍射仪(XRD)分析了Sm2Zr2O7粉体的物相,用场发射扫描电镜(SEM)对粉体、过渡层及涂层的微观形貌进行了表征.结果表明:1150℃保温2h可以制备出具有单一焦绿石结构的Sm2 Zr2O7粉体;采用烧结制度为0～1100℃,8℃/min,1100～1550℃,4℃/min,可以制备出平整均匀的Al2O3过渡层;前驱体Zr离子浓度为1.87mol/L,固含量为45％时,经三次浸涂可以制备出完整的Sm2Zr2O7涂层.     

Pt/MoO3/ZrO2催化剂的制备及三效催化性能的研究

采用浸渍法制备了MoOz/ZrO2,用低温氮吸附-脱附法和NH3-程序升温脱附法(TPD)分别对其比表面积和酸碱性进行了表征.结果表明,MoO3/ZrO2具有106.8m2/g的比表面积和超强酸的性能.用等体积浸渍法制备了Pt/MoO3/ZrO2催化剂,在汽车尾气模拟气中考察了其对C3H8、CO和NO的催化活性.与传统三效催化剂Pt/La2O3/Al2O3相比较,Pt/MoO3/ZrO2具有更好的低温起燃性能和更宽的空燃比窗口,并显著地改善了C3H8在富氧状态下的转化效率.通过XRD、H2-TPR对催化剂进行了表征,结果表明,Pt在催化剂载体上具有高度的分散性和优异的氧化还原性能.     

(Mg0.05La0.45Sm0.5)2(Zr0.7Ce0.3)2O6.95陶瓷的制备与导热性能研究

以MgCl2·6H2O、La2O3、Sm2O3、ZrOCl2·8H2O和Ce(NO3)3·6H2O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( Mg0.05La0.45Sm0.5)2(Zr0.7Ce0.3)2O6.95陶瓷粉体,在1600℃无压烧结10h制备了致密的陶瓷块体,用X射线衍射仪(XRD)及场发射扫描电镜(SEM)对其微观组织结构进行了表征,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材料具有焦绿石结构,晶粒细小,陶瓷的热导率明显低于一元稀土锆酸盐Sm2Zr2O7和二元(La0.5 Srn0.5)2(Zr0.7Ce03)2O7的热导率.该研究结果显示(Mg0.05 La0.45 Sm0.5)2 (Zr0.7 Ce0.3)2O6.95多元稀土锆酸盐陶瓷有可能应用于热障涂层陶瓷层材料.     

Thermal cycling and isothermal oxidation behavior of quadruple EB‐PVD thermal barrier coatings

Increase of energy efficiency by increasing the turbine inlet temperature is the main driving force for further investigations regarding new thermal barrier coating materials. Today, thermal barrier coatings consisting of yttria stabilized zirconia are state of the art. In this study, thermal barrier coatings consisting of 7 weight percent yttria stabilized zirconia (7YSZ) and pyrochlore lanthanum zirconate (La₂Zr₂O₇) were deposited by electron beam physical vapor deposition. Regarding thermal cycling and isothermal oxidation behavior different layer architectures such as mono‐, double‐ and quadruple ceramic layers were investigated. The thermal shock behavior was examined by thermocycle tests at temperatures in the range between T = 50 °C ‐1,150 °C. Additionally, the isothermal oxidation behavior at a temperature of T = 1,150 °C with dwell times of t= 50 h and t = 100 h was studied in the present work. The conducted research concerning the behavior of various thermal barrier coating systems under thermal cycle and isothermal load highlights the potential of multilayer thermal barrier coatings for operating in high temperature areas.     

(La1-xMgx)2Ce2O7-x的合成与热物理性能

Mg对La₂Ce₂O₇的掺杂可提高其热膨胀系数、降低其热导率, 从而改善其作为热障涂层材料的性能。采用溶胶-凝胶法制备了(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x系列组成样品。X射线测试表明: 当 0≤x≤0.4时, 所有(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x 样品均与La₂Ce₂O₇具有相同的缺陷萤石结构, 且晶胞参数随x的增大而递减; 当x?0.4时, 样品中出现MgO的峰。在组成相同的情况下, 样品(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x (0≤x≤0.4)的热膨胀系数随温度升高而增大, 而热导率随温度升高而降低。在相同温度下, 不同组成样品(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x (0≤x≤0.4)的热膨胀系数随x的增大而增大; 而样品的热导率则随Mg掺杂量的增加呈先增大后减小的趋势。在此基础上, 探讨了Mg掺杂对La₂Ce₂O₇的物相、晶胞参数、热膨胀系数以及热导率的影响机理。     

Improvement of Fracture Toughness Lanthanum Zirconate

Thermalbarriercoatings(TBCs)havefoundan increasingnumberofapplicationsinprotectinghigh temperaturemetalliccomponents,forexample,TBCsaredepositedontransitionpieces,combustion lines,first stagebladesandvanes,andotherhot pathcomponentsofgasturbineseithertoincreasethe inlettemperaturewithaconsequentimprovementof theefficiencyortoreducetherequirementsfora coolingsystem[1].Thereareseveralceramicsthat havebeenevaluatedasTBCmaterials[2].Lanthanum zirconatewasrecentlyproposedasapromisingTBC materia…     

Adhesive strength of new thermal barrier coatings of rare earth zirconates

La₂Zr₂O₇ (LZ) and La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇ (LZ7C3) as novel candidate materials for thermal barrier coatings (TBCs) were prepared by electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD). The adhesive strength of the as-deposited LZ and LZ7C3 coatings were evaluated by transverse scratch test. Meanwhile, the factors affecting the critical load value were also investigated. The critical load value of LZ7C3 coating is larger than that of LZ coating, whereas both values of these two coatings are lower than that of the traditional coating material, i.e. 8 wt% yttria stabilized zirconia (8YSZ). The micro-cracks formed in the scratch channel can partially release the stress in the coating and then enhance the adhesive strength of the coating. The width of the scratch channel and the surface spallation after transverse scratch test are effective factors to evaluate the adhesive strength of LZ and LZ7C3 coatings.     

壳聚糖／纳米La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3复合膜的制备及表征

采用甘氨酸一硝酸盐燃烧法成功的制备了La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3钙钛矿型复合氧化物,并通过扫描电镜、红外光谱、XRD现代分析手段对其进行了分析,结果表明La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3纳米晶体复合氧化物呈球形,粒径为19．1nm。利用溶胶-凝胶法在壳聚糖溶液中制备壳聚糖／La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3薄膜,并通过以上分析手段,对膜的表面形貌、成分变化、La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3的形态、粒子尺寸等进行分析,研究其成膜前后的变化。结果表明壳聚糖与La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3之间存在较强的氢键相互作用,这种分子问的相互作用扰乱了壳聚糖原有的晶体结构,在壳聚糖与La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3复合过程中产生了新的分子排列,从而使两组分之间形成了良好的分散与相容。     

La_(0.7)Ca_(0.3)Fe_(0.25)Co_(0.75)O_3-聚苯胺纳米复合材料的合成与表征

用甘氨酸一硝酸盐燃烧法制备掺杂的钙钛矿型La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3纳米晶体复合氧化物;以苯胺、过硫酸铵为原料,盐酸为溶荆,采用原位聚合法合成粒径为18.1nm的La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3-聚苯胺纳米复合材料.用IR、XRD、SEM和电化学测试对复合材料进行表征.结果表明;La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3纳米晶体阻碍了聚苯胺结晶,复合材料中PANI和La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3存在相互作用,高分子基体在一定程度上减少了纳米颗粒的团聚.循环伏安表明,在KOH溶液中,复合材料有更好的电化学活性.     

负载磷钼杂多酸/La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3/聚吡咯的制备及光催化性能研究

采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法成功制备了La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3钙钛矿型复合氧化物,以(NH4)2S2O8为氧化剂,运用化学氧化法合成La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3/聚吡咯薄膜,然后通过静电自组装方法制备了一种新的表面负载修饰型复合光催化剂La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3/PPy/PMO12。采用XRD、SEM、FT-IR对催化剂的物化结构进行了表征。光催化性能测试是以亚甲基蓝染料的水溶液为降解目标,结果表明,PMo12的负载修饰改进了La0.7Ca0.3-Fe0.25Co0.75O3/PPy光催化剂的催化活性。     

La_(0.7)Sr_(0.3)NiO_3/壳聚糖/聚吡咯/牛血红蛋白修饰玻碳电极的制备及构建过氧化氢传感器

在玻碳电极上修饰一层表面均匀的聚吡咯膜,然后利用钙钛矿和壳聚糖的复合膜来固定牛血红蛋白(Hb),制备出性能良好的过氧化氢生物传感器.采用循环伏安(CV)和扫描电镜对修饰电极进行了表征.该传感器对H2O2具有好的催化响应,且响应快.在优化的实验条件下,所制备的传感器对H2O2的线性范围为7.0×10-6～1.5×10-3mol/L,检测限为9.0×10-8mol/L.