(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.     

焦绿石型Ln2Zr2O7陶瓷的研究进展

焦绿石相结构的稀土锆酸盐陶瓷(Ln2Zr2O7)是一类先进的功能材料,具有各种不同的物理化学性质.本文简要阐述了Ln2Zr2O7陶瓷的微观结构特征,介绍了制备Ln2Zr2O7陶瓷的工艺方法,并对Ln2Zr2O7陶瓷在热障涂层、固体电解质、催化剂、放射性核废料等方面的应用进行了综述.     

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%.     

MgO掺杂对稀土锆酸盐Sm2Zr2O7热导率的影响

通过掺杂二价元素以改变稀土锆酸盐中缺陷浓度的方法，研究了不同含量MgO掺杂对稀土锆酸盐Sm2Zr2O7热扩散系数及热导率的影响。采用高温固相法在1600℃烧结10h制备得到了致密的试样，所有试样均保持单相的焦绿石结构。结果表明，随着MgO掺杂量的增多，热导率没有降低，反而有升高的趋势：在掺杂量为0．075-0．100范围内有一个斜率的变化，这些变化规律可能与MgO在Sm2Zr2O7中的固溶机理及其变化有关。     

(Gd0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7粉体的共沉淀及sol-gel合成

以Gd2O3、Sm2O3.Yb2O3、ZrOCl2·8H2O和ZrO(NO3)2·2H2O为原料,分别采用化学共沉淀法和溶胶-凝胶法(sol-gel)合成了一种新型的复杂稀土氧化物粉体材料.以X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)对合成产物的物相以及粉体的微观形貌进行了表征,采用高速自动比表面分析仪以及颗粒分布自动分析仪分别测试了粉体的比表面积和平均粒径.结果表明,两种方法制备的复杂稀土氧化物陶瓷材料均具有焦绿石结构,共沉淀法制备的粉体颗粒细小,分散性好,晶粒尺寸在10～20 nm之间,其比表面积也明显高于sol-gel法制备的粉体,表明化学共沉淀法是制备复杂稀土氧化物粉体的理想方法.     

MgO掺杂对稀土锆酸盐Sm2Zr2O7热导率的影响

通过掺杂二价元素以改变稀土锆酸盐中缺陷浓度的方法,研究了不同含量MgO掺杂对稀土锆酸盐Sm2Zr2O7热扩散系数及热导率的影响.采用高温固相法在1600℃烧结10 h制备得到了致密的试样,所有试样均保持单相的焦绿石结构.结果表明,随着MgO掺杂量的增多,热导率没有降低,反而有升高的趋势;在掺杂量为0.075～0.100范围内有一个斜率的变化,这些变化规律可能与MgO在Sm2Zr2O7中的固溶机理及其变化有关.     

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。     

等离子喷涂Sm2Zr2O7/NiCoCrAlY功能梯度热障涂层的热冲击性能

采用有限元法计算了涂层结构、材料成分等对等离子喷涂Sm2Zr2O7/NiCoCrAlY功能梯度热障涂层热冲击性能的影响。结果表明:径向热应力在试样边沿急剧降低,而轴向热应力在边沿处发生从压应力向拉应力的突变;从基体至涂层表面,涂层中的径向冲击热应力逐渐增大,增加涂层层数可缓解热应力;材料组成对涂层的冲击热应力影响不明显。所研究的1357功能梯度热障涂层具有最好的抗热冲击性能。     

高温稀土永磁Sm（Co0．72Fe0．15Cu0．1Zr0．03）7．5的烧结和磁性能研究

采用粉末冶金法制备高温稀土永磁Sm（Co0.72Fe0．15Cu0.1Zr0．03）7.5，研究了烧结温度对磁体磁性能的影响。结果表明：烧结温度过低，则磁体的致密度较低，难以获得优良的磁性能；烧结温度过高，则Sm挥发，磁体的Sm含量降低，磁性能恶化。磁体的最佳烧结条件为：温度1215℃，保温45min。在上述条件制备的磁体在25℃及500℃时的剩磁夙、内禀矫顽力Hci、最大磁能积（BH）max分别为：0．94T，2276．6kA／m，171．9kJ／m^3及0．67T，509．4kA／m，81.2kJ／m^3；磁体的占．日退磁曲线在500℃时保持为直线，内禀矫顽力温度系数声（25℃-500℃）为-0，16％／℃，最高使用温度达到533℃。     

Fe含量对高温稀土永磁Sm（Coba1FexCu0．1Zr0．03）7．5（x-0．09-0．21）磁性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了高温稀土永磁Sm（CobalFexCu0.1Zr0.03）7．5（x=0．09-0．21）,研究了Fe含量对磁体磁性能的影响。结果表明：随着Fe含量的增加,剩磁Br和最大磁能积（BH）max。逐渐增加,在x=0．21时获得最大值,分别为0．96T和176．7kJ／m^3;内禀矫顽力巩先增加后降低,在x=0．15时获得峰值2276．6kA／m。最佳工艺制备（x=0．15）的磁体温度稳定性良好,B-H退磁曲线在温度为500℃时保持为直线;内禀矫顽力温度系数β为-0．16％／℃,最高使用温度（OT）max达到533℃。     

Preparation and Thermal Conductivity of Sm2(Zr0.6Ce0.4)2O7 Ceramic

A pure Sm₂(Zr_0.6Ce_0.4)₂O₇ ceramic was prepared via solid-state reaction using ZrO₂, CeO₂, and Sm₂O₃ as the starting powders at 1600 °C for 10 h. The phase composition and microstructure were studied by X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectrometer (FT-IR), and scanning electron microscope (SEM). The thermal conductivity was measured by laser-flash method. The results indicated that the prepared ceramic had a pure fluorite structure. Its microstructure was dense with a relative density of 93.35% and there were no other unreacted oxides or interphases in the interfaces between grains. Because of the structure transformation from pyrochlore to fluorite, the synthesized product had a higher thermal conductivity than Sm₂Zr₂O₇ ceramic. However, the average thermal conductivity of Sm₂(Zr_0.6Ce_0.3)₂O₇ was lower than that of yttria-stabilized zirconia. The measurements of thermal conductivity suggested that the synthesized ceramic can be used as a new material for new thermal barrier coatings in the future.     

Sm2Ce2O7-Gd2Zr2O7复合材料制备及热导率

目的探讨了Gd_2Zr_2O_7的颗粒度和含量对(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料热导率的影响。方法用纳米级和微米级粉体制备了两个系列的(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料。用X射线衍射技术分析了材料的相组成,用扫描电镜观察了复合材料的显微形貌,用纽曼科普定律计算了复合材料的比热,用激光脉冲法测试了材料的热扩散系数。根据比热、密度和热扩散系数计算了复合材料的热导率,并根据最终热导率结果,分析了Gd_2Zr_2O_7颗粒度和含量对复合材料热导率的影响。结果所合成的粉体均具有单一的萤石晶体结构,纳米级Gd_2Zr_2O_7粉体最大比表面积为15.413 m~2/g,微米级Sm_2Ce_2O_7粉体最小比表面积为0.226 m~2/g。所制备的两个系列的(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料也表现出单一的萤石晶体结构,但晶粒大小不均匀。结论当x=0.5时,纳米粉体制备的复合材料存在明显的纳米晶。微米级Gd_2Zr_2O_7对复合材料声子热导率抑制不明显,但可以抑制高温光子热导率;纳米级Gd_2Zr_2O_7的引入可明显降低复合材料的声子热导率,但对高温光子热导率抑制不明显。两个系列复合材料的热导率均低于YSZ。     

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。     

缺陷萤石型(Sm0.6Y0.4)2Zr2O7陶瓷中的短程有序化现象

采用X射线衍射、高分辨透射电镜、选区电子衍射以及拉曼光谱等技术手段研究了(Sm0.6Y0.4)2Zr2O7陶瓷的晶体结构。X射线衍射表明,(Sm0.6Y0.4)2Zr2O7陶瓷为单一立方相缺陷型萤石结构。然而高分辨电镜和选区电子衍射观察结果显示,在电子衍射花样中除了缺陷型萤石相点阵的衍射外,还发现有对应于烧绿石相的弱散射斑点。这表明在无序的缺陷型萤石相点阵中存在短程有序化现象。拉曼光谱结果进一步证实了在微米或纳米尺度范围内存在短程有序化现象。     

空位对Sm2Zr2O7陶瓷热膨胀系数的影响

以ZrO2、Sm2O3和二价氧化物MO粉体(M=Mg,Ca)为原料,采用固相反应合成工艺制备了M0.1Sm1.9Zr2O6.95陶瓷,混合料在空气气氛中1600℃保温10h进行烧结.利用XRD、SEM和热膨胀仪测试了合成产物的相、微观组织和热膨胀系数,结果表明合成出了单相、微观组织较均匀的M0.1Sm1.9Zr2O6.95陶瓷,陶瓷的热膨胀系数均比纯Sm2Zr2O7陶瓷要高,分析认为热膨胀系数的提高主要是由于Sm2Zr2O7陶瓷中引入的空位所致.热障涂层陶瓷层材料热膨胀系数的提高有利于延长涂层的寿命.