注冊
陶瓷

您當(dāng)前所在位置:

中國建材總院在高熵氧化物陶瓷方面取得新進展

來源:中國建材總院  撰稿人:  發(fā)布時間:2024年08月12日 瀏覽:
摘要:

中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司所屬國檢集團研究團隊在《Ceramics Internatioal》發(fā)表了題為《高熵氧化物陶瓷的合成、微觀結(jié)構(gòu)和熱物理性能》的論文。

中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司所屬國檢集團研究團隊在《Ceramics Internatioal》發(fā)表了題為《高熵氧化物陶瓷的合成、微觀結(jié)構(gòu)和熱物理性能》的論文。

↓論文鏈接↓
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884223037914

隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展,航空發(fā)動機的葉片及其它熱端部件面臨著更加苛刻的極端環(huán)境,提高航空發(fā)動機熱端部件的耐高溫氧化能力是目前亟待解決的問題。而針對航空航天用的熱端部件在高溫、腐蝕等極端環(huán)境下的嚴(yán)苛需求,涂敷高溫涂層是一種有效的解決方案,這不僅能顯著提升其工作溫度上限,還能增強其抗環(huán)境侵蝕的能力。

迄今為止,應(yīng)用最廣、最成熟的熱障涂層是以氧化釔(質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%~8%)部分穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)陶瓷層為面層,MCrAIY合金層為粘接層的雙層結(jié)構(gòu)熱障涂層體系,但是它在高溫環(huán)境服役過程中存在晶型轉(zhuǎn)變、應(yīng)變失配等諸多問題。因此,探索出熱穩(wěn)定性能優(yōu)、隔熱性能好、抗腐蝕能力強的新型涂層材料對于航空航天技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

為此,國檢集團萬德田團隊探討了高熵稀土鋯酸鹽陶瓷的致密化合成及微觀結(jié)構(gòu)和熱物理性能,探索其在熱障涂層領(lǐng)域的應(yīng)用前景,取得的研究成果如下:

研究成果:

1.采用冷等靜壓結(jié)合無壓燒結(jié)法合成了致密度為93.7%RD的致密高熵氧化物陶瓷,XRD、SEM 和 EDS Mapping結(jié)果表明,合成樣品為單相燒綠石型結(jié)構(gòu),元素分布均勻,沒有明顯的偏析現(xiàn)象。

圖1 高熵稀土鋯酸鹽陶瓷的維氏硬度與壓痕載荷的關(guān)系
插圖為10N載荷下的壓痕顯微照片

圖2 在室溫至1200℃溫度范圍內(nèi)彈性模量、剪切模量和泊松比隨溫度的變化情況

2.高熵氧化物陶瓷的本征硬度為7.9 GPa (圖1),抗彎強度為178 MPa。從室溫到 1200 ℃測得的彈性模量和剪切模量與溫度呈負(fù)相關(guān),分別從25℃ 時的148.05 GPa和 56.68 GPa降至1200 ℃時的117.44 GPa和44.63 GPa(圖2)。

3.基于高熵效應(yīng),高熵氧化物陶瓷具有優(yōu)異的隔熱性能。在25°C時,熱導(dǎo)率、熱容和熱擴散系數(shù)分別為0.938 W/mK、0.298 J/gK和0.005 cm³/s,而當(dāng)溫度為1200 °C時,相應(yīng)值分別為1.992 W/mK、0.828 J/gK和0.0041 cm³/s(圖3)。

4.高熵氧化物陶瓷的熱膨脹系數(shù)為11.0×10-6K-1(圖4),與鎳基超耐熱合金的熱膨脹系數(shù)相近,是TBC領(lǐng)域的理想候選材料。

圖3 從室溫至1200℃高熵稀土鋯酸鹽陶瓷的熱擴散系數(shù)、熱導(dǎo)率和熱容

圖4 從室溫至1200℃高熵稀土鋯酸鹽陶瓷的線性熱膨脹系數(shù)曲線

主要創(chuàng)新點:

本研究采用冷等靜壓結(jié)合無壓燒結(jié)法合成出致密度為93.7%RD的高熵氧化物陶瓷。對其微觀結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進行了系統(tǒng)表征,探索出其本征硬度為7.9 GPa,抗彎強度為187.9 MPa。此外,彈性模量和剪切模量分別從25℃ 時的148.05 GPa和 56.68 GPa下降到1200 ℃時的117.44 GPa和44.63 GPa。在25-1200℃溫度范圍內(nèi),熱擴散系數(shù)從0.0053cm³/s 降至0.0041cm³/s,熱膨脹系數(shù)為11.0×10-6K-1。高熵氧化物陶瓷優(yōu)異的隔熱性能及其與鎳基超合金相似的熱膨脹系數(shù)表明,該材料在隔熱涂層領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

責(zé)任編輯:褚贊贊
分享文章到:
0
瀏覽次數(shù):
】 【 打印本頁】 【 關(guān)閉窗口

版權(quán)與免責(zé)聲明:
       本網(wǎng)站注明“來源:中國建材信息總網(wǎng)”的文本、圖片、LOGO、創(chuàng)意等版權(quán)歸屬中國建材信息總網(wǎng),任何媒體、網(wǎng)站或個人在轉(zhuǎn)載使用時必須注明來源,違反者本網(wǎng)將依法追究責(zé)任。
       凡本網(wǎng)注明“來源:XXX(非中國建材信息總網(wǎng))”的作品,均轉(zhuǎn)載自其他媒體,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或?qū)ζ湔鎸嵭载?fù)責(zé)。本網(wǎng)轉(zhuǎn)載其他媒體之稿件,意在為公眾提供免費服務(wù),如稿件版權(quán)單位或個人無意在本網(wǎng)發(fā)布,請在兩周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,本網(wǎng)經(jīng)核實后可立即將其撤除。
京ICP證040699號-1
因特網(wǎng)信息服務(wù):電信業(yè)務(wù)審批[2004]885號 京公網(wǎng)安備 11010802024070號 廣告經(jīng)營許可證:京海工商廣字第9990號
中科匯聯(lián)承辦,easysite內(nèi)容管理系統(tǒng),portal門戶,輿情監(jiān)測,搜索引擎,政府門戶,信息公開,電子政務(wù)