铈酸镧热障涂层材料的制备工艺研究.docx
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1、摘 要热障涂层(Thermal Barrier Coatings)是一层陶瓷涂层,对基底起到隔热的作用,可以降低基底温度,使用其制成的器件能在高温下运行,并可提高热机效率,使器件更加耐用。氧化钇部分稳定的氧化锆是目前应用相对比较成熟的热障涂层材料,但其不能在超过1200的温度下长期使用,在此温度以上长期使用,YSZ涂层容易发生失效。铈酸镧具有高的热膨胀系数,低的热导率以及在1400下高温相结构稳定的特点,因此可用铈酸镧代替氧化钇稳定的氧化锆作为制备热障涂层的材料。制备铈酸镧材料可采用高温固相烧结法、水热法和溶胶-凝胶法。本文主要采用水热法制备铈酸镧材料,并对不同温度下烧结得到的铈酸镧材料经行观
2、察和分析。关键词:铈酸镧;热障涂层;水热法AbstractThermal Barrier Coatings (TBCs) are a layer of ceramic coatings, which can insulate the substrate and reduce the temperature of the substrate. Devices made of TBCs can operate at high temperatures, improve the efficiency of heat engines and prolong the service life of de
3、vices. At present, the most mature thermal barrier coating material is yttria partially stabilized zirconia, but its long-term service temperature cannot exceed 1200 , and YSZ coating is prone to failure if used above this temperature for a long time. Lanthanum Cerate has the characteristics of high
4、 coefficient of thermal expansion, low thermal conductivity and stable phase structure at 1400 , so lanthanum Cerate can be used instead of yttria stabilized zirconia as the material for preparing thermal barrier coatings. Lanthanum Cerate can be prepared by high-temperature solid-phase sintering, h
5、ydrothermal method and sol-gel method. In this paper, lanthanum cerium oxide materials were prepared by hydrothermal method, and the lanthanum cerium oxide materials sintered at different temperatures were observed and analyzed.Key words: Lanthanum Cerate; Thermal barrier coating; Hydrothermal metho
6、d目录摘 要IIABSTRACTII前 言11 热障涂层概述11.1 热障涂层研究背景11.2 热障涂层的应用11.3 热障涂层的制备方法21.3.1 等离子喷涂法21.3.2 电子束物理气相沉积法22 热障涂层材料22.1 热障涂层材料22.2 热障涂层材料的制备32.2.1水热法32.2.2高温固相沉积法32.2.3溶胶-凝胶法33 实验过程43.1主要试验用化学试剂43.2试验主要仪器43.3 样品制备53.4 实验结果与分析6结 论6参 考 文 献7谢 辞8前 言二十一世纪是材料科学的世纪,在传统材料的基础上,新型材料弥补了传统材料的不足,具有更优异的性能,特别应用在交通运输、军用材料
7、和建筑领域。热障涂层是近几年研究的一大热点,在涡轮叶片、燃机叶片、汽轮机、柴油发电机、喷气式发动机等材料上均有广泛应用8。制备热障涂层有许多方法,最常用的是等离子喷涂法11。目前制备的热障涂层在性能和使用环境上仍存在一些弊端,如器件的使用温度、化学环境等,且国内对热障涂层的研究较国外起步晚,研究技术也相对落后,为推动热障涂层在各领域的应用,需加强对热障涂层材料的开发与研究。稀土元素稳定性好,在制备热障涂层材料时掺杂稀土元素可以明显提高其性能9,尤其是铈酸镧材料制备的热障涂层,可有效提高器件的使用温度,提高运行效率。本文就是利用水热法合成铈酸镧热障涂层材料,并对其进行表征。 1 热障涂层概述1.
8、1 热障涂层研究背景热障涂层(thermal barrier coatings,简称TBCs)是一种高温防护涂层,由陶瓷层和基地材料层组成,它沉积在耐高温金属或合金表面对基底材料起到隔热作用,降低基底温度,使得如发动机涡轮叶片等用其制备的器件能在高温下运行,并使器件的热效率提高到60%以上,使使用寿命延长1。文献表明,目前先进热障涂层在工作环境下降低器件温度170K左右4。热障涂层在高温发动机热端部件上的应用逐渐增多,人们逐渐认识到热障涂层不仅可以提高发动机的使用温度,还可以减小燃油消耗、提高热效率并可以延长器件热端部件的使用寿命5。1.2 热障涂层的应用随着交通运输及民用技术的发展,热端部件
9、的使用温度的要求不断提高,因此可将热障涂层的优良性能应用于燃料轮的受热部件等器件,使它们处于高温的恶劣环境中,承受温度超过普通高温镍合金的使用极限温度,起到隔热、抗氧化、防腐蚀的作用6。TBC最初用在火箭喷管和燃气轮机的燃烧室部件上3,60年代以后,TBC的应用逐渐向航空发动机叶片热防护发生转向,70 年代中期,离子喷涂热障涂层被 NASA Lewis 研究中心将等应用于 J-75发动机上并且此技术首次通过验证,之后用于该发动机的燃烧室,此后被称为第一代航空用热障涂层3,这标志热障涂层已经进入了应用时代3。 如今,热障涂层在许多方面都得到了应用,且技术逐渐成熟,发展前景非常好。 航空发动机涡轮
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