(Sm0.2Gd0.2Dy0.2Y0.2Yb0.2)3TaO7高熵陶瓷的制备及热物理性能

寻求具有良好热物理性能的新型陶瓷材料是热障涂层领域的研究热点之一.本研究采用固相反应法制备了(Sm0.2Gd0.2Dy0.2Y0.2Yb0.2)3TaO7高熵陶瓷材料,对其晶体结构、显微组织、元素分布、结构稳定性和热物理性能进行了研究.结果表明:制备的高熵陶瓷具有单一的缺陷萤石结构,元素分布均匀,晶粒尺寸在0.2～3μ...     

稀土氧化物掺杂对YSZ热障涂层热物理性能影响的研究进展

随着航空发动机和燃气轮机(简称“两机”)服役温度的升高,目前,在两机热端部件表面防护方面应用最为广泛的热障涂层(Thermal barrier coatings, TBCs)存在陶瓷层材料氧化钇稳定氧化锆(Yttria-stabilized zirconia, YSZ)在高温下会发生相转变、热膨胀系数与金属基底不匹配以及烧结导致涂层的热导率升高等问题,严重影响TBCs的服役寿命。新一代TBCs陶瓷面层材料分为以下几类：(1)稀土氧化物稳定YSZ;(2)钙钛矿结构陶瓷材料;(3)稀土六铝酸盐或稀土钽酸盐;(4)烧绿石或萤石结构稀土锆酸盐。其中,稀土氧化物掺杂可有效降低YSZ热障涂层的热导率,提高其热膨胀系数、高温相稳定性及耐烧结性能,被认为是提高YSZ热障涂层高温稳定性的有效方法。基于此,本文重点阐述了单元或多元稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层材料的研究进展,讨论了稀土氧化物掺杂对YSZ陶瓷面层高温相稳定性、热导率和热膨胀系数的影响机理。基于耦合作用机理为未来稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层的研发提供一定的借鉴。     

Sm2(Zr0.9Ce0.1)2O7陶瓷的溶胶凝胶法制备及热导率

以Sm2O3,ZrO(NO3)2.2H2和Ce(NO3).6H2O为原料,采用溶胶凝胶法制备了Sm2( Zr0.9Ce0.1 )2O7陶瓷材料.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)技术研究了样品的相组成和微观组织,用激光脉冲法测试了样品的热扩散系数.结果表明,采用溶胶凝胶成功制备了具有单一的萤石结构的Sm2 (Zr0.9 Ce0.1)2O7纳米粉体,其颗粒大小均匀,但团聚较为严重,其平均热导率仅为YSZ陶瓷的70％,较低热导率表明该材料有潜力用作新型热障涂层用陶瓷材料.     

La2(Zr0.7Ce0.3)2O7——新型高温热障涂层

采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备了新型La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 (LZ7C3)热障涂层.研究了涂层的组分、显微结构、表面和横截面形貌以及恒温氧化行为.结果表明:涂层中La2O3/ZrO2/CeO2的相对含量偏离了化学计量比,但X 射线衍射(XRD)相结构与靶材非常相似.通过CeO2 掺杂后,LZ7C3体材料的热膨胀系数比La2Zr2O7 (LZ)大;在1100℃恒温氧化890h的条件下,LZ7C3涂层的抗氧化增重性能明显优于传统的Y2O3部分稳定化的ZrO2(8YSZ)涂层.此外,热膨胀不匹配、黏结层氧化和陶瓷涂层内部微观裂纹的出现可能是导致LZ7C3涂层恒温氧化失效的主要原因.     

多元稀土氧化物掺杂二氧化锆基陶瓷材料的热物理性能

稀土氧化物(RE)掺杂氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)是提高传统YSZ热障涂层隔热性能和高温稳定性的有效途径之一。在1500 ℃高温固相反应烧结24 h制得Gd₂O₃和Yb₂O₃多元稀土氧化物掺杂的YSZ(含3.5%Y₂O₃(摩尔分数))(GY-YSZ)陶瓷材料。采用XRD研究了GY-YSZ 陶瓷材料的晶体结构和物相组成; 采用激光脉冲法研究了Gd₂O₃和Yb₂O₃掺杂对GY-YSZ 陶瓷材料的热物理性能的影响规律。研究发现, 掺杂2.0%~3.0%Gd₂O₃和Yb₂O₃(摩尔分数)后GY-YSZ的热导率为0.90~1.15 W·(m·K)-1, 比YSZ降低30%以上, 显示了良好的隔热性能。稀土氧化物掺杂对YSZ陶瓷材料热物理性能的影响机制为: 掺杂Gd₂O₃和Yb₂O₃导致YSZ中单斜相(M)、 四方相(T)和立方相(C)含量发生变化, 同时YSZ晶格发生畸变。      

氧化锆(ZrO_2)的热、化学性质与应用

重点分析了ZrO2的热性质、化学稳定性和其理论基础。ZrO2的导热系数极低,可用于热障涂层,介绍了热障涂层的结构和制备方法,说明了ZrO2作为热障涂层材料的优异特性。分析了ZrO2的表面能与表面酸性强度,表面酸位来源、固体超强酸的原理、性质、制备方法和应用领域。ZrO2的化学稳定性好,可作为催化剂材料基体,ZrO2基催化材料分类为纯ZrO2催化剂、负载型催化剂和复合型催化剂,列举了ZrO2基固体超强酸的反应方程式,ZrO2复合型催化剂具有更好的催化性能,论述了以CeO2-ZrO2固溶体作为三效催化剂的机理和进展。相关方法和原理可为ZrO2的热学性质研究提供系统的理论知识,将有助于理解和应用ZrO2的催化原理和表面性质。     

单相双稀土改性SrZrO3热障涂层的热物理性能

由于SrO和ZrO₂的蒸气压不同, 造成等离子喷涂SrZrO₃涂层组分偏离原始粉末化学计量比, 从而导致制备态涂层中出现第二相ZrO₂。为了获得高相稳定性的单相涂层, 实验采用固相合成法合成并经过喷雾造粒制备了双稀土改性Sr过量SrZrO₃(Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05)热喷涂粉末, 采用大气等离子喷涂方法制备了相应的涂层, 研究了单相双稀土改性SrZrO₃热障涂层的热物理性能及其热循环寿命。研究结果表明, 制备态Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层中无第二相产生, 1600 ℃热处理360 h后Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05保持单相SrZrO₃结构, 高温相稳定性良好。Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层的烧结系数为7.27×10 ^-6 s ^-1, 热处理360 h后该涂层的热膨胀系数为(9.0~11.0)×10 ^-6 K ^-1 (200~1400 ℃), 热导率为2.83 W/(m?K) (1000 ℃)。Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05/YSZ双层涂层的火焰循环次数为1000次, 失效区域主要发生在Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05陶瓷层内。在喷涂粉末中增加SrO的含量能够弥补在大气等离子喷涂过程中Sr元素过量挥发的问题, 成功制备了单相双稀土改性Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05热障涂层。双稀土掺杂能够明显提高涂层的热膨胀系数, 且单相双稀土改性Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层的抗烧结性能明显优于SrZrO₃涂层, 但单相Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层热导率比含有第二相的SrZrO₃涂层高。     

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%.     

纳米La2Ti2O7粉末的低温水热合成及光催化性能的研究

采用水热反应法,在180℃的低温下制备出纳米La2Ti2O7粉末,并对产物进行了X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、比表面积和紫外可见光谱的表征测试.用紫外光照射甲基橙溶液的光催化降解实验研究了制备样品的光催化活性,并比较了不同制备温度对其降解甲基橙效率的影响.     

添加剂对La2Ti2O7陶瓷性能的影响

研究了ZnO,Nb2O5和H3BO3的加入对La2Ti2O7陶瓷的烧结和介电性能的影响,并对影响机理作了初步探讨.结果表明选择合适种类和数量的添加剂能够使La2Ti2O7陶瓷在1220～1300℃之间烧结.添加1%(质量分数,下同)ZnO,0.5%Nb2O5和3%的H3BO3的La2Ti2O7陶瓷的介电常数分别为48和40,介电损耗在10-4数量级;在10kHz下,介电常数的温度系数分别为-24×10-6/℃和-48×10-6/℃,是一种性能良好的介质材料.     

La_2O_3和Y_2O_3掺杂ZrO_2复合材料的高温相稳定性、抗烧结性及热导率

采用化学共沉淀煅烧法制备不同La2O3掺杂量的La2O3-Y2O3-ZrO2(YSZ)复合陶瓷粉末,研究该复合陶瓷粉末的高温相稳定性、抗烧结性及热物理性能,并与传统应用的YSZ陶瓷粉末进行对比,以探讨La2O3-YSZ作为热障涂层材料应用的可能性。采用XRD分析陶瓷粉末的晶体结构和物相组成,研究La2O3掺杂量对YSZ高温相稳定性的影响。采用SEM观察陶瓷烧结体的微观形貌,研究La2O3掺杂对YSZ抗烧结性的影响。采用激光脉冲法测定热扩散率,通过计算得到材料的热导率。结果表明:YSZ和不同La2O3掺杂量的La2O3-YSZ均由单一的非平衡四方相ZrO2(t′-ZrO2)组成。经1 400℃热处理100h后,YSZ中t′-ZrO2完全转变为立方相ZrO2(c-ZrO2)和单斜相ZrO2(m-ZrO2),在0.4mol%~1.4mol%La2O3掺杂范围内,La2O3-YSZ的相稳定性均优于YSZ,其中1.0mol%La2O3掺杂的YSZ(1.0mol%La2O3-YSZ)经热处理后无m-ZrO2生成,表现出良好的高温相稳定性。此外,1.0mol%La2O3-YSZ较YSZ具有较高的抗烧结性和较低的热导率。在室温至700℃范围内,1.0mol%La2O3-YSZ的热导率为1.90~2.17 W/(m·K),明显低于YSZ的热导率(2.13~2.33 W/(m·K))。     

The Thermophysical Properties of Solid Solutions of CaLa2S4-La2S3 System

The thermal conductivity coefficient in the temperature range from 275 to 450 K and the coefficient of thermal expansion in the range from 300 to 900 K are experimentally determined for solid solutions of the CaLa₂S₄-La₂S₃ system. The mechanisms of heat transfer in CaLa₂S₄- La₂S₃ samples in the investigated temperature range are discussed, as well as the factors which define the complex concentration dependence of thermal conductivity coefficient. The correlation is treated between the value and temperature dependence of the coefficient of thermal expansion and the variation of the interatomic bond force in the case of variation of the concentration of cation vacancies in the investigated crystals.     

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.     

Processing and Properties of Garnet-Type Li7La3Zr2O12 Ceramic Electrolytes

Garnet-type solid electrolyte Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO) is widely considered as one of the most promising candidates for solid state batteries (SSBs) owing to its high ionic conductivity and good electrochemical stability. Since its discovery in 2007, great progress has been made in terms of crystal chemistry, chemical and electrochemical properties, and battery application. Nonetheless, reliable and controllable preparation of LLZO ceramics with desirable properties still remains as big challenges. Herein, this review summarizes various synthetic routes of LLZO ceramics and examines the influence of various key processing parameters on the chemical and electrochemical properties. Focusing on correlation of processing parameters and properties, this review aims to provide new insights on a reliable and controllable production of high-quality LLZO ceramic electrolytes for SSB application.     

La2O2S电子结构及光学性质的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理方法研究了La2O2S的电子结构及光学性质.能带结构分析表明:L2O2S是一种间接带隙的半导体材料,价带顶和导带底分别位于A点和K点.对带隙剪刀修正后,也通过第一原理方法研究了La2O2S的光学性质.计算并分析了La2O2S介电函数的虚部、实部以及由它们所派生的光学常数,即折射率、消光系数、反射率、吸收系数和透光率等.     

La2O3、Y2O3掺杂对(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷性能的影响

以(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3为基体,研究了单、双组分掺杂La2O3、Y2O3对BNBT6陶瓷的压电和介电性能及微观结构的影响。XRD分析表明:掺杂La2O3、Y2O3均得到钙钛矿结构。SEM分析表明,分别掺杂0.2%La2O3和0.2%Y2O3使得陶瓷晶粒增大,压电常数提高,双组分掺杂La2O3、Y2O3在掺杂量0.12%La2O3+0.08%Y2O3时,压电常数d33增大到最大值144.6×10-12C/N,介质损耗降低到最小值0.039。