本發(fā)明涉及熱障涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高隔熱、高韌性、長壽命的稀土磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合熱障涂層。

背景技術(shù)：

為滿足航空渦輪發(fā)動機(jī)工作溫度不斷提升以及發(fā)動機(jī)在惡劣環(huán)境下長時間穩(wěn)定工作的需求，除發(fā)展新一代高溫合金材料外，熱障涂層的作用已經(jīng)不可替代。

y2o3部分穩(wěn)定zro2(ysz)的熱障涂層已成功地應(yīng)用在航空發(fā)動機(jī)熱端部件上并取得良好的使用效果，但其在高溫環(huán)境中易產(chǎn)生燒結(jié)和相變現(xiàn)象，這極大地限制了其使用溫度。與ysz相比，稀土鋯酸鹽(ln2zr2o7)具有更優(yōu)隔熱性能、相穩(wěn)定性、抗熔鹽和cmas腐蝕能力，被認(rèn)為是一種具有前景的新一代熱障涂層材料。但ln2zr2o7的斷裂韌性較差，僅為ysz的10-20％，這在很大程度上限制了ln2zr2o7在熱障涂層領(lǐng)域的應(yīng)用。針對ln2zr2o7的斷裂韌性差缺點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究工作：ren等人通過在氧化釔穩(wěn)定氧化鋯中加入磷酸鑭相來改善涂層材料斷裂韌性，并將其增韌機(jī)理歸因于裂紋偏轉(zhuǎn)模式的改變(renx，guos，zhaom，etal.thermalconductivityandmechanicalpropertiesofysz/lapo4composites[j].journalofmaterialsscience，2014，49(5)：2243-2251)。pan等人的研究表明在la2zr2o7中添加第二相l(xiāng)apo4可提高涂層隔熱性能并改善其斷裂韌性和彈性模量(yangj，wanc，zhaom，etal.effectiveblockingofradiativethermalconductivityinla2zr2o7/lapo4compositesforhightemperaturethermalinsulationapplications[j].journaloftheeuropeanceramicsociety，2016)。guo等人通過在ln2zr2o7中摻雜sc2o3提高了涂層的韌性(見參考文獻(xiàn)1wangc.m.，guol.enhancedthermalexpansionandfracturetoughnessofsc2o3-dopedgd2zr2o7ceramics[j]，ceramicinternational41(2015)10730-10735，參考文獻(xiàn)2guol.，zhangy.thermalexpansionandfracturetoughnessof(re0.9sc0.1)2zr2o7(re＝la，sm，dy，er)ceramics[j]，ceramicsinternational，42(2016)583-588)。

申請者在前期研究中發(fā)現(xiàn)，lapo4/gd2zr2o7復(fù)合陶瓷材料具有較高的斷裂韌性，當(dāng)lapo4摻雜量為30mol％時，材料的韌性可達(dá)gd2zr2o7的1.45倍(見文獻(xiàn)3c.m.wang，l.guo，lapo4asatougheningagentforrareearthzirconateceramics，mater.des.111(2016)389-393)。稀土鋯酸鹽ln2zr2o7(ln＝la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd)屬于同一系列化合物，具有相同的晶體結(jié)構(gòu)(燒綠石型)和相似的熱、力學(xué)性能，因此均可預(yù)計通過lapo4摻雜能達(dá)到增韌目的。同理，稀土磷酸鹽lnpo4(ln＝ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd)具有與lapo4相似結(jié)構(gòu)，也可被設(shè)計成陶瓷材料的一種有效增韌劑。據(jù)此，可認(rèn)為稀土磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合陶瓷材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、相穩(wěn)定性高、韌性高等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代超高溫?zé)嵴贤繉拥奶沾蓪硬牧?。同時，熱障涂層的壽命不僅與陶瓷材料的性能密切相關(guān)，還受涂層的制備工藝、組織結(jié)構(gòu)、微觀成分、相組成等影響。因此，為滿足先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)對高性能熱障涂層的需求，亟需研發(fā)新一代超高溫低導(dǎo)熱的熱障涂層材料及其涂層化技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

稀土鋯酸鹽ln2zr2o7(ln＝la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd)熱障涂層斷裂韌性低而導(dǎo)致的熱循環(huán)壽命低的問題，本發(fā)明提出在其中摻雜稀土磷酸鹽repo4(re為輕稀土元素，可與ln2zr2o7中的稀土種類ln相同或不同)以提高涂層的斷裂韌性，并提出了相應(yīng)涂層的制備方法。本發(fā)明解決了稀土鋯酸鹽涂層韌性較低而導(dǎo)致的過早失效問題和復(fù)合陶瓷材料涂層化過程中的成分偏析的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高韌稀土磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合熱障涂層，涂層自基體而上依次為粘結(jié)層、第一陶瓷層和第二陶瓷層；所述的粘結(jié)層的材料選用mcralx合金，其中m＝ni或co或兩者組合物，x＝y(tǒng)、hf、pt中的一種或兩種組合物；第一陶瓷層的材料選用ysz涂層；第二陶瓷層的材料選用repo4/ln2zr2o7復(fù)合陶瓷材料，其中re和ln為la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd中任意一種稀土元素，re和ln的元素可相同或不同，repo4摻雜范圍為5～50mol％。

所述熱障涂層體系中各層厚度如下：粘結(jié)層厚度30～60μm，第一陶瓷層厚度80～150μm，第二陶瓷層厚度80～150μm。優(yōu)選第一陶瓷層的厚度等于第二陶瓷層厚度。

本發(fā)明的一種高韌稀土磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合熱障涂層制備方法，包括如下步驟：

第一步，基體前處理；

第二步，制備mcralx粘結(jié)層；

第三步，制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7。

上述第三步中第一陶瓷層、第二陶瓷層采用電子束物理氣相沉積法或大氣等離子噴涂法。

本發(fā)明第三步采用電子束物理氣相沉積法制備第一陶瓷層和第二陶瓷層，具體步驟包括

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7沉積靶材；

b)沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7；

將兩種靶材放進(jìn)電子束物理氣相沉積設(shè)備的坩堝中，設(shè)置沉積第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)：真空度10^-4～10^-3pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度900±20℃，基體轉(zhuǎn)速10～15rpm，沉積速率2.5～4.0mm/min，調(diào)整高能電子束將ysz靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間32～38min，得到厚度80～150μm的第一陶瓷層；

設(shè)置沉積第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7的工藝參數(shù)，沉積過程中待沉積的樣品溫度900±20℃，基體轉(zhuǎn)速10～15rpm，沉積速率2.5～4.0mm/min，調(diào)整高能電子束將repo4/ln2zr2o7靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間32～38min，得到厚度80～150μm的第二陶瓷層。

本發(fā)明第三步采用大氣等離子法制備第一陶瓷層和第二陶瓷層，具體步驟包括

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7噴涂粉末；

b)噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7；

a)噴涂第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓55～70v，電流550～700a，主氣體ar流量40～60l/min，h2流量2～8l/min，送粉率20～30g/min，噴槍橫向移動速率為200～300mm/s，火焰噴口與基體的距離100～120mm；

b)噴涂第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓50～65v，電流500～650a，主氣體ar流量30～50l/min，h2流量5～15l/min，送粉率20～30g/min，噴槍橫向移動速率為200～300mm/s，火焰噴口與基體的距離100～120mm。

與第一陶瓷層ysz相比，第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7的制備應(yīng)選擇較小噴涂功率，主要是因?yàn)閞epo4的蒸汽壓相對較小，噴涂功率大使等離子弧溫度升高，造成repo4蒸發(fā)量相對增加，因而，適當(dāng)?shù)慕档蛧娡抗β视兄诮档屯繉优c噴涂粉末之間的成分偏差。

本發(fā)明通過在ln2zr2o7中摻雜repo4，不僅明顯改善了涂層的斷裂韌性和隔熱性能，還延長了涂層的熱沖擊壽命及優(yōu)化涂層制備工藝解決復(fù)合陶瓷材料涂層化過程中的成分偏析的技術(shù)問題。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明提出高韌復(fù)合熱障涂層的制備方法簡單，易于實(shí)施；

2.與re2zr2o7涂層相比，本發(fā)明提出的repo4/ln2zr2o7復(fù)合熱障涂層具有更低導(dǎo)熱系數(shù)；

3.與re2zr2o7涂層相比，本發(fā)明提出的repo4/ln2zr2o7復(fù)合熱障涂層具有更高的斷裂韌性；

4.與re2zr2o7涂層相比，本發(fā)明提出的repo4/ln2zr2o7復(fù)合熱障涂層具有更高的熱沖擊壽命。

附圖說明

圖1：本發(fā)明所提出的repo4/ln2zr2o7復(fù)合熱障涂層橫截面示意圖；

圖2：本發(fā)明所提出的repo4/ln2zr2o7復(fù)合熱障涂層在1300℃時的導(dǎo)熱系數(shù)圖；repo4的摻雜量為5～50mol％，re＝la、ce、nd、sm、gd、pr、pm，ln＝la、gd、sm、nd、ce、pm、eu；

圖3：本發(fā)明所提出的repo4/ln2zr2o7復(fù)合熱障涂層的斷裂韌性kic圖；repo4的摻雜量為5～50mol％，re＝la、ce、nd、sm、gd、pr、pm，ln＝la、gd、sm、nd、ce、pm、eu；

圖4：本發(fā)明所提出磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合涂層和未摻雜磷酸鹽的熱障涂層的熱沖擊壽命圖；ln2zr2o7熱障涂層中l(wèi)n＝la、sm、ce、la、nd、gd；repo4/ln2zr2o7復(fù)合涂層中re＝la、nd、gd、la、sm、ce、pm、eu，ln＝la、sm、ce、la、nd、gd、pr、pm。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明提出的一種高韌稀土磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合熱障涂層的制備方法，具體步驟如下：

a.采用電子束物理氣相沉積法制備涂層的步驟如下：

第一步，基體前處理；

選用牌號為k3的高溫合金，依次用200#、400#、800#、1200#的砂紙打磨，隨后將其放入稀釋的丙酮溶液中超聲波清洗30min，自然晾干后噴砂處理，備用。

第二步，沉積mcralx粘結(jié)層；

將處理好的高溫合金k3置于電子束物理氣相沉積設(shè)備旋轉(zhuǎn)基板上，依次用無水乙醇、丙酮清洗試樣表面，將旋轉(zhuǎn)基板放入電子束物理氣相沉積設(shè)備中，設(shè)置沉積粘接層的工藝參數(shù)：真空度10^-4～10^-3pa，沉積時基體溫度900±20℃，基體轉(zhuǎn)速15～20rpm，沉積速率1.25～2.0μm/min，沉積時間24～30min。將制備好的粘接層置于真空爐于1000℃熱處理2h，然后噴丸處理和超聲波清洗。所述的粘結(jié)層mcralx，其合金元素按質(zhì)量百分比為：19～22％的cr，7.0～9.0％的al，1～2％的x，其余是m，粘結(jié)層的靶材在1500℃熔煉得到。

第三步，沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7。

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7沉積靶材；

將第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7的粉末冷壓制備成圓柱狀棒材，置于1300～1500℃的高溫爐中燒結(jié)10～15h得到沉積涂層所用的靶材。

b)沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7。

將兩種靶材放進(jìn)電子束物理氣相沉積設(shè)備的坩堝中，設(shè)置沉積第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)：真空度10^-4～10^-3pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度900±20℃，基體轉(zhuǎn)速10～15rpm，沉積速率2.5～4.0μm/min，調(diào)整高能電子束將ysz靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間32～38min，得到厚度80～150μm的第一陶瓷層。

設(shè)置沉積第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7的工藝參數(shù)：沉積過程中待沉積的樣品溫度900±20℃，基體轉(zhuǎn)速10～15rpm，沉積速率2.5～4.0μm/min，調(diào)整高能電子束將repo4/ln2zr2o7靶材熔化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間32～38min，得到厚度80～150μm的第二陶瓷層。

沉積粘結(jié)層、第一陶瓷層和第二陶瓷層所采用的設(shè)備均為eu-205型電子束物理氣相沉積設(shè)備。

b.采用大氣等離子噴涂法制備涂層的步驟如下：

第一步，基體前處理；

選用牌號為k3的高溫合金，依次用200#、400#、800#、1200#的砂紙打磨，隨后將其放入稀釋的丙酮溶液中超聲波清洗30min，自然晾干后噴砂處理，備用。

第二步，噴涂mcralx粘結(jié)層；

所述的粘結(jié)層mcralx，其元素按質(zhì)量百分比分別為：19～22％的cr，7.0～9.0％的al，1～2％的x，其余是m。

噴涂粘結(jié)層的工藝參數(shù)設(shè)定為：電壓50～65v，電流550～650a，主氣體ar流量40～60l/min，h2流量2～8l/min，送粉率10～20g/min，噴槍橫向移動速率為200～300mm/s，基體的預(yù)熱溫度400～600℃，火焰噴口與基體的距離100～120mm。所用的設(shè)備為gp-80型低壓等離子噴涂設(shè)備。

第三步，噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7。

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7噴涂粉末

通過噴霧干燥造粒和過篩獲得ysz和repo4/ln2zr2o7納米粉末，得到適合大氣等離子噴涂的納米團(tuán)聚體。

b)噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7

a)噴涂第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓55～70v，電流500～700a，主氣體ar流量40～60l/min，h2流量2～8l/min，送粉率20～30g/min，噴槍橫向移動速率為200～300mm/s，火焰噴口與基體的距離100～120mm。

b)噴涂第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓50～65v，電流500～650a，主氣體ar流量40～60l/min，h2流量2～8l/min，送粉率20～30g/min，噴槍橫向移動速率為200～300mm/s，火焰噴口與基體的距離100～120mm。

與第一陶瓷層ysz相比，第二陶瓷層repo4/ln2zr2o7的制備應(yīng)選擇較小噴涂功率，主要是因?yàn)閞epo4的蒸汽壓相對較小，噴涂功率大使等離子弧溫度升高，造成repo4蒸發(fā)量相對增加，因而，適當(dāng)?shù)慕档蛧娡抗β视兄诮档屯繉优c噴涂粉末之間的成分偏差。

噴涂第一陶瓷層和第二陶瓷層采用有9mb噴槍和4mp粉體器的瑞士sultermetco7型大氣等離子設(shè)備。

專利申請人發(fā)現(xiàn)在制備磷酸鹽/鋯酸鹽熱障涂層的整個過程中，磷酸鹽和稀土鋯酸鹽不發(fā)生任何反應(yīng)且穩(wěn)定共存，除此之外，申請者發(fā)現(xiàn)磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合熱障涂層的導(dǎo)熱系數(shù)要低于未摻雜磷酸鹽的熱障涂層，下面申請人將結(jié)合附圖給出進(jìn)一步解釋。圖2對比了repo4/ln2zr2o7復(fù)合熱障涂層的導(dǎo)熱系數(shù)，得出摻雜repo4可以降低ln2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)，降低程度與摻雜的稀土磷酸鹽repo4有關(guān)。由圖可知，ln2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)隨repo4摻雜量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在摻雜量達(dá)到20～35mol％時導(dǎo)熱系數(shù)明顯降低，相比ln2zr2o7降低了30～50％。稀土磷酸鹽ln2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)受多種因素的影響。

申請者研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)在ln2zr2o7的基體中摻雜repo4時，repo4作為第二相出現(xiàn)，并會在ln2zr2o7基體中相互滲透連接成網(wǎng)絡(luò)，降低紅外輻射傳導(dǎo)系數(shù)，進(jìn)而降低陶瓷材料的輻射導(dǎo)熱系數(shù)；同時，lnpo4作為第二相會對聲子有散射和吸收作用，這會在一定程度上降低聲子傳導(dǎo)平均自由程，所以摻雜lnpo4可進(jìn)一步降低ln2zr2o7陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)越低則隔熱性能越強(qiáng)，因此，磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合熱障涂層的隔熱性能要優(yōu)于未摻雜磷酸鹽的熱障涂層。

專利申請人發(fā)現(xiàn)repo4的最佳摻雜范圍在23～40mol％，如圖3對比了添加repo4的repo4/ln2zr2o7復(fù)合熱障涂層的斷裂韌性kic，得出repo4/ln2zr2o7復(fù)合組分的斷裂韌性較ln2zr2o7提高了30～60％。研究表明repo4第二相添加到ln2zr2o7基體中是一種非常有效的增韌方法，主要原因在于repo4作為一種具有多層結(jié)構(gòu)的軟相，能夠與ln2zr2o7基體產(chǎn)生弱界面相來增加涂層的斷裂韌性，此外，repo4第二相的摻雜還可通過改變裂紋的擴(kuò)展模式來提高材料的斷裂韌性，即主要包括裂紋的橋接，分叉和穿晶斷裂。

如圖4所示，申請者發(fā)現(xiàn)磷酸鹽/鋯酸鹽熱障涂層repo4/ln2zr2o7具有最長的熱沖擊壽命，較未添加repo4的熱障涂層提高了近2倍。除此之外，熱障涂層的熱循環(huán)壽命的提高還有賴于第一陶瓷層ysz，其能顯著緩解粘接層與陶瓷表層repo4/ln2zr2o7熱膨脹不匹配產(chǎn)生的應(yīng)力。

實(shí)施例1

采用電子束物理氣相沉積法制備高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層的具體步驟如下：

第一步，基體準(zhǔn)備和前處理；

選用牌號為k3的高溫合金，依次用200#、400#、800#、1200#的砂紙打磨，隨后將其放入稀釋的丙酮溶液中超聲波清洗30min，自然晾干后噴砂處理，備用。

第二步，沉積nicocraly粘結(jié)層；

將處理好的高溫合金k3置于電子束物理氣相沉積設(shè)備旋轉(zhuǎn)基板上，依次用無水乙醇、丙酮清洗試樣表面，將旋轉(zhuǎn)基板放入電子束物理氣相沉積設(shè)備中，設(shè)置沉積粘接層的工藝參數(shù)：真空度10^-4pa，沉積時基體溫度880℃，基體轉(zhuǎn)速15rpm，沉積速率1.25μm/min，沉積時間24min。將制備好的粘接層置于真空爐于1000℃熱處理2h，然后噴丸處理和超聲波清洗。所述的粘結(jié)層nicocraly，其合金元素按質(zhì)量百分比分別為：40％的ni，33％的co，19％的cr，7.0％的al，1％的y，粘結(jié)層的靶材在爐中1500℃熔煉得到。

第三步，沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7。

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的靶材；

采用化學(xué)共沉淀、煅燒和混合球磨法制備ysz和lapo4/la2zr2o7納米級陶瓷粉末，其中l(wèi)apo4的摻雜量為5mol％。將第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的粉末冷壓制備成圓柱狀棒材，置于1300℃的高溫爐中燒結(jié)10h得到沉積涂層所用的靶材。

b)沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7。

將兩種靶材放進(jìn)電子束物理氣相沉積設(shè)備的坩堝中，設(shè)置沉積第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)：真空度10^-4pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度880℃，基體轉(zhuǎn)速10rpm，沉積速率2.5μm/min，調(diào)整高能電子束將ysz靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間32min，得到厚度80μm的第一陶瓷層。

設(shè)置沉積第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的工藝參數(shù)：真空度10^-3pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度880℃，基體轉(zhuǎn)速10rpm，沉積速率2.5μm/min，調(diào)整高能電子束將lapo4/la2zr2o7靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間32min，得到厚度80μm的第二陶瓷層。

沉積粘接層、第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7均采用eu-205型電子束物理氣相沉積設(shè)備。

上述工藝制備的熱障涂層高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層，其粘結(jié)層的厚度為30μm，第一陶瓷層ysz的厚度為80μm，第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7厚度為80μm。

采用式(1)計算上述工藝制備的高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)(λ)。利用激光熱導(dǎo)儀(netzschlfa427)測量選定溫度下陶瓷層的熱擴(kuò)散系數(shù)(α)，利用neumann-kopp法則計算陶瓷層的比熱容(cp)，利用阿基米德原理測量陶瓷層的密度(ρ)。測試前在陶瓷層兩面涂敷用來吸收脈沖激光的石墨粉，

λ＝ρ·α·cp(1)

采用多次測試取均值的方法減小測量誤差。本文測得的lapo4/la2zr2o7陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)如附圖2所示，lapo4摻雜量為5mol％時，lapo4/la2zr2o7陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)為1.35m·m^-1·k^-1。

采用壓痕法測試高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的斷裂韌性。壓痕法雖然不能測試出斷裂韌性的精確值，但是可以用來定性比較采用相同工藝制備出的樣品。本文采用壓痕法反映陶瓷層斷裂韌性的變化趨勢，利用顯微硬度計hxz-1000測量陶瓷層的維氏硬度，利用式(2)計算陶瓷層的斷裂韌性，式中a數(shù)值等于壓痕對角線長度的1/2，c數(shù)值等于壓痕中部到裂紋尖端距離的1/2。測得的lapo4/la2zr2o7陶瓷層斷裂韌

kic＝0.16hva²c^-3/2(2)

性的變化趨勢如附圖3所示，lapo4摻雜量為5mol％時，lapo4/la2zr2o7陶瓷層的斷裂韌性kic為0.8mpa·m。

對上述工藝制備的高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層在熱端1300℃～1350℃，冷端溫度為1050～1100℃的條件下保溫5min，然后使用壓縮空氣在90s內(nèi)冷卻到室溫條件下，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，經(jīng)過630次熱沖擊后失效，而未摻雜磷酸鑭的熱障涂層的熱沖擊壽命僅為580次。磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層較未摻雜磷酸鑭熱障涂層的熱沖擊壽命提高了8.6％。

實(shí)施例2

采用電子束物理氣相沉積法制備高韌磷酸釹/鋯酸釤復(fù)合熱障涂層的具體步驟如下：

該實(shí)施例中的第一步與實(shí)施例一第一步相同，不同之處在于第二步和第三步。

第二步，沉積cocralpt粘結(jié)層；

將處理好的高溫合金k3置于電子束物理氣相沉積設(shè)備旋轉(zhuǎn)基板上，依次用無水乙醇、丙酮清洗試樣表面，將旋轉(zhuǎn)基板放入電子束物理氣相沉積設(shè)備中，設(shè)置沉積粘接層的工藝參數(shù)：真空度10^-3pa，沉積時基體溫度920℃，基體轉(zhuǎn)速20rpm，沉積速率2.0μm/min，沉積時間30min。將制備好的粘接層置于真空爐于1000℃熱處理2h，然后噴丸處理和超聲波清洗。所述的粘結(jié)層cocralpt，其合金元素按質(zhì)量百分比分別為：67％的co，22％的cr，9.0％的al，2％的pt，粘結(jié)層的靶材在爐內(nèi)1600℃熔煉得到。

第三步，沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層ndpo4/sm2zr2o7。

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層ndpo4/sm2zr2o77的靶材；

采用實(shí)施例一種所述的方法制備ysz和ndpo4/sm2zr2o7納米級陶瓷粉末，其中ndpo4的摻雜量為12mol％，將第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層ndpo4/sm2zr2o7的粉末冷壓制備成圓柱狀棒材，置于1500℃的高溫爐中燒結(jié)15h得到沉積涂層所用的靶材。

b)沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層ndpo4/sm2zr2o7。

將兩種靶材放進(jìn)電子束物理氣相沉積設(shè)備的干鍋中，設(shè)置沉積第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)：真空度10^-3pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度920℃，基體轉(zhuǎn)速15rpm，沉積速率4.0μm/min，調(diào)整高能電子束將ysz靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間38min，得到厚度150μm的第一陶瓷層。

設(shè)置沉積第二陶瓷層ndpo4/sm2zr2o7的工藝參數(shù)：沉積過程中待沉積的樣品溫度920℃，基體轉(zhuǎn)速15rpm，沉積速率4.0μm/min，調(diào)整高能電子束將ndpo4/sm2zr2o7靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間38min，得到厚度150μm的第二陶瓷層。

沉積粘接層、ysz陶瓷層和ndpo4/sm2zr2o7陶瓷層均采用eu-205型電子束物理氣相沉積設(shè)備。

上述工藝制備的熱障涂層高韌磷酸釹/鋯酸釤復(fù)合熱障涂層，其粘結(jié)層的厚度60μm，ysz陶瓷層厚度150μm，ndpo4/sm2zr2o7陶瓷層厚度150μm。

采用實(shí)施例一中所述的方法測量上述工藝制備的高韌磷酸釹/鋯酸釤復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層ndpo4/sm2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)。本文測得的ndpo4/sm2zr2o7陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)如附圖2所示，ndpo4摻雜量為12mol％時，ndpo4/sm2zr2o7陶瓷層導(dǎo)熱系數(shù)為1.41m·m^-1·k^-1。

采用壓痕法測量高韌磷酸釹/鋯酸釤復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層ndpo4/sm2zr2o7的斷裂韌性，操作方法與實(shí)施例一相同。測得的ndpo4/sm2zr2o7陶瓷層斷裂韌性的變化趨勢如附圖3所示，ndpo4摻雜量為12mol％時，ndpo4/sm2zr2o7陶瓷層斷裂韌性kic為0.93mpa·m。

對上述工藝制備的高韌磷酸釹/鋯酸釤熱障涂層在熱端1300℃～1350℃，冷端溫度為1050～1100℃的條件下保溫5min，然后使用壓縮空氣在90s內(nèi)冷卻到室溫條件下，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，經(jīng)過805次熱沖擊后失效，而未摻雜磷酸釹熱障涂層的熱沖擊壽命僅為609次。磷酸釹/鋯酸釤復(fù)合熱障涂層較未摻雜磷酸釹熱障涂層的熱沖擊壽命提高了32％。

實(shí)施例3

采用電子束物理氣相沉積法制備高韌磷酸釓/鋯酸鈰復(fù)合熱障涂層的具體步驟如下：

該實(shí)施例所述的第一步和第二步與實(shí)施例一相同，不同之處在于第三步。

第三步，沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層gdpo4/ce2zr2o4。

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層gdpo4/ce2zr2o4的靶材；

采用實(shí)施例一所述的方法制備ysz和gdpo4/ce2zr2o4納米級陶瓷粉末，其中g(shù)dpo4的摻雜量為27mol％，將第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層gdpo4/ce2zr2o4的粉末冷壓制備成圓柱狀棒材，置于1400℃的高溫爐中燒結(jié)10h得到沉積涂層所用的靶材。

b)沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層gdpo4/ce2zr2o4。

將兩種靶材放進(jìn)電子束物理氣相沉積設(shè)備的坩堝中，設(shè)置沉積第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)：真空度5×10^-4pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度900℃，基體轉(zhuǎn)速12rpm，沉積速率3μm/min，調(diào)整高能電子束將ysz靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間30min，等到厚度90μm的第一陶瓷層。

設(shè)置沉積第二陶瓷層gdpo4/ce2zr2o4的工藝參數(shù)：真空度5×10^-4pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度900℃，基體轉(zhuǎn)速12rpm，沉積速率3μm/min，調(diào)整高能電子束將gdpo4/ce2zr2o4靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間30min，等到厚度90μm的第二陶瓷層。

沉積粘接層、ysz陶瓷層和gdpo4/ce2zr2o4陶瓷層均采用eu-205型電子束物理氣相沉積設(shè)備。

上述工藝制備的熱障涂層高韌磷酸釓/鋯酸鈰復(fù)合熱障涂層，其粘結(jié)層的厚度為60μm，第一陶瓷層ysz厚度為90μm，第二陶瓷層gdpo4/ce2zr2o4陶瓷層厚度為90μm。

采用實(shí)施例一中所述的方法測量上述工藝制備的高韌磷酸釓/鋯酸鈰復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層gdpo4/ce2zr2o4的導(dǎo)熱系數(shù)。本文測得的gdpo4/ce2zr2o4陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)如附圖2所示，gdpo4摻雜量為27mol％時，gdpo4/ce2zr2o4陶瓷層導(dǎo)熱系數(shù)為1.48m·m^-1·k^-1。

采用壓痕法測量高韌磷酸釓/鋯酸鈰復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層gdpo4/ce2zr2o4的斷裂韌性，操作步驟同實(shí)施例一。測得的gdpo4/ce2zr2o4陶瓷層斷裂韌性的變化趨勢如附圖3所示，gdpo4摻雜量為27mol％時，gdpo4/ce2zr2o4陶瓷層斷裂韌性kic為1.18mpa·m。

對上述工藝制備的高韌磷酸釓/鋯酸鈰熱障涂層在熱端1300℃～1350℃，冷端溫度為1050～1100℃的條件下保溫5min，然后使用壓縮空氣在90s內(nèi)冷卻到室溫條件下，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，進(jìn)過1406次熱沖擊后失效，而未摻雜磷酸釓熱障涂層的熱沖擊壽命僅為601次。磷酸釓/鋯酸鈰復(fù)合熱障涂層較未摻雜磷酸釓熱障涂層的熱沖擊壽命提高了2.3倍。

實(shí)施例4

采用電子束物理氣相沉積法制備高韌磷酸鐠/鋯酸钷復(fù)合熱障涂層的具體步驟如下：

該實(shí)施例所述的第一步和第二步與實(shí)施例一相同，不同之處在于第三步。

第三步，沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層prpo4/pm2zr2o4。

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層prpo4/pm2zr2o4的靶材；

采用實(shí)施例一所述的方法制備ysz和prpo4/pm2zr2o4納米級陶瓷粉末，其中prpo4的摻雜量為24mol％，將第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層prpo4/pm2zr2o4的粉末冷壓制備成圓柱狀棒材，置于1400℃的高溫爐中燒結(jié)10h得到沉積涂層所用的靶材。

b)沉積第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層prpo4/pm2zr2o4。

將兩種靶材放進(jìn)電子束物理氣相沉積設(shè)備的坩堝中，設(shè)置沉積第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)：真空度5×10^-4pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度900℃，基體轉(zhuǎn)速12rpm，沉積速率3μm/min，調(diào)整高能電子束將ysz靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間30min，等到厚度90μm的第一陶瓷層。

設(shè)置沉積第二陶瓷層prpo4/pm2zr2o4的工藝參數(shù)：真空度5×10^-4pa，沉積過程中待沉積的樣品溫度900℃，基體轉(zhuǎn)速12rpm，沉積速率3μm/min，調(diào)整高能電子束將prpo4/pm2zr2o4靶材融化，靶材蒸發(fā)、沉積，形成第一陶瓷層，本發(fā)明選擇的沉積時間30min，等到厚度90μm的第二陶瓷層。

沉積粘接層、ysz陶瓷層和prpo4/pm2zr2o4陶瓷層均采用eu-205型電子束物理氣相沉積設(shè)備。

上述工藝制備的熱障涂層高韌磷酸鐠/鋯酸钷復(fù)合熱障涂層，其粘結(jié)層的厚度為60μm，第一陶瓷層ysz厚度為90μm，第二陶瓷層prpo4/pm2zr2o4陶瓷層厚度為90μm。

采用實(shí)施例一中所述的方法測量上述工藝制備的高韌磷酸鐠/鋯酸钷復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層prpo4/pm2zr2o4的導(dǎo)熱系數(shù)。本文測得的prpo4/pm2zr2o4陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)如附圖2所示，prpo4摻雜量為24mol％時，prpo4/pm2zr2o4陶瓷層導(dǎo)熱系數(shù)為1.35m·m^-1·k^-1。

采用壓痕法測量高韌磷酸鐠/鋯酸钷復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層prpo4/pm2zr2o4的斷裂韌性，操作步驟同實(shí)施例一。測得的prpo4/pm2zr2o4陶瓷層斷裂韌性的變化趨勢如附圖3所示，prpo4摻雜量為24mol％時，prpo4/pm2zr2o4陶瓷層斷裂韌性kic為0.92mpa·m。

對上述工藝制備的高韌磷酸鐠/鋯酸钷熱障涂層在熱端1300℃～1350℃，冷端溫度為1050～1100℃的條件下保溫5min，然后使用壓縮空氣在90s內(nèi)冷卻到室溫條件下，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，進(jìn)過748次熱沖擊后失效，而未摻雜磷酸鐠熱障涂層的熱沖擊壽命僅為520次。磷酸鐠/鋯酸钷復(fù)合熱障涂層較未摻雜磷酸鐠熱障涂層的熱沖擊壽命提高了1.44倍。

實(shí)施例5

采用大氣等離子噴涂法制備高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層的具體步驟如下：

該實(shí)施例的第一步與實(shí)施例一相同，不同之處在于第二步和第三步。

第二步，噴涂粘結(jié)層

該實(shí)施例中采用的粘接層的成分與實(shí)施例一相同。不同在于粘結(jié)層的制備。

噴涂粘結(jié)層的工藝參數(shù)設(shè)定為：電壓50v，電流550a，主氣體ar流量40l/min，h2流量2l/min，送粉率10g/min，噴槍橫向移動速率為200mm/s，基體的預(yù)熱溫度400℃，火焰噴口與基體的距離100mm。所用的設(shè)備為gp-80型低壓等離子噴涂設(shè)備。

第三步，噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7噴涂粉末

采用實(shí)施例一所述的方法制備ysz和lapo4/la2zr2o7納米級陶瓷粉末，再通過噴霧干燥造粒和過篩得到適宜大小的大氣等離子噴涂的兩種陶瓷粉末的納米團(tuán)聚體。

b)噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7

a)噴涂第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓55v，電流550a，主氣體ar流量30l/min，h2流量5l/min，送粉率20g/min，噴槍橫向移動速率為200mm/s，火焰噴口與基體的距離100mm。

b)噴涂第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓50v，電流500a，主氣體ar流量30l/min，h2流量5l/min，送粉率20g/min，噴槍橫向移動速率為200mm/s，火焰噴口與基體的距離100mm。

噴涂第一陶瓷層和第二陶瓷層所采用有9mb噴槍和4mp粉體器的瑞士sultermetco7型大氣等離子設(shè)備。

上述工藝制備的熱障涂層高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層，其粘結(jié)層的厚度為30μm，第一陶瓷層ysz的厚度為80μm，第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7厚度為80μm。

與第一陶瓷層ysz相比，第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的制備應(yīng)選擇較小噴涂功率，主要是因?yàn)閘apo4的熔點(diǎn)相對較小，其噴涂時的蒸汽壓相對較小，較大噴涂功率使等離子弧溫度升高，造成lapo4蒸發(fā)量相對增加，因而，適當(dāng)降低的噴涂功率有助于降低涂層與噴涂粉末之間的成分偏差。

采用實(shí)施例一中所述的方法測量上述工藝制備的高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)。本文測得的lapo4/la2zr2o7陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)如附圖2所示，lapo4摻雜量為17mol％時，lapo4/la2zr2o7陶瓷層導(dǎo)熱系數(shù)1.28m·m^-1·k^-1。

采用壓痕法測量高韌磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層lapo4/la2zr2o7的斷裂韌性，操作方法與實(shí)施例一相同。測得的lapo4/la2zr2o7陶瓷層斷裂韌性的變化趨勢如附圖3所示，lapo4摻雜量為17mol％時，lapo4/la2zr2o7陶瓷層斷裂韌性kic為0.92mpa·m。

對上述工藝制備的高韌磷酸鑭/鋯酸鑭熱障涂層在熱端1300℃～1350℃，冷端溫度為1050～1100℃的條件下保溫5min，然后使用壓縮空氣在90s內(nèi)冷卻到室溫條件下，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，經(jīng)過495次熱沖擊后失效，而未摻雜磷酸鑭熱障涂層的熱沖擊壽命僅為451次。磷酸鑭/鋯酸鑭復(fù)合熱障涂層較未摻雜磷酸鑭熱障涂層的熱沖擊壽命提高了9％。

實(shí)施例6

采用大氣等離子噴涂法制備高韌磷酸釤/鋯酸釹復(fù)合熱障涂層的具體步驟如下：

該實(shí)施例中的第一步與實(shí)施例一相同。不同之處在于第二步和第三步。

第二步，噴涂粘結(jié)層；

該實(shí)施例中采用的粘結(jié)層的成分與實(shí)施例五相同，不同之處在與制備工藝參數(shù)。

噴涂粘結(jié)層的工藝參數(shù)設(shè)定為：電壓65v，電流650a，主氣體ar流量60l/min，h2流量8l/min，送粉率20g/min，噴槍橫向移動速率為300mm/s，基體的預(yù)熱溫度600℃，火焰噴口與基體的距離120mm。所用的設(shè)備為gp-80型低壓等離子噴涂設(shè)備。

第三步，噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層smpo4/nd2zr2o7

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層smpo4/nd2zr2o7噴涂粉末

通過噴霧干燥造粒和過篩獲得ysz和smpo4/nd2zr2o7納米粉末得到適合大氣等離子噴涂的納米團(tuán)聚體。

b)噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層smpo4/nd2zr2o7

a)噴涂第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓70v，電流700a，主氣體ar流量60l/min，h2流量8l/min，送粉率30g/min，噴槍橫向移動速率為300mm/s，火焰噴口與基體的距離110mm。

b)噴涂第二陶瓷層smpo4/nd2zr2o7的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓55v，電流550a，主氣體ar流量60l/min，h2流量8l/min，送粉率30g/min，噴槍橫向移動速率為300mm/s，火焰噴口與基體的距離110mm。

上述工藝制備的熱障涂層高韌磷酸釤/鋯酸釹復(fù)合熱障涂層，其粘結(jié)層的厚度為60μm，第一陶瓷層ysz厚度為150μm，第二陶瓷層smpo4/nd2zr2o7厚度為150μm。

噴涂第一陶瓷層和第二陶瓷層所采用有9mb噴槍和4mp粉體器的瑞士sultermetco7型大氣等離子設(shè)備。

與第一陶瓷層ysz相比，第二陶瓷層smpo4/nd2zr2o7的制備應(yīng)選擇較小噴涂功率，主要是因?yàn)閟mpo4的熔點(diǎn)相對較小，使其噴涂時的蒸汽壓相對較大，而較大噴涂功率使等離子弧溫度升高，造成smpo4蒸發(fā)量相對增加，不利于涂層成分的穩(wěn)定。

采用實(shí)施例一中所述的方法測量上述工藝制備的高韌磷酸釤/鋯酸釹復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層smpo4/nd2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)。本文測得的smpo4/nd2zr2o7陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)如附圖2所示，smpo4摻雜量為34mol％時，smpo4/nd2zr2o7陶瓷層導(dǎo)熱系數(shù)為1.48m·m^-1·k^-1。

采用壓痕法測量高韌磷酸釤/鋯酸釹復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層smpo4/nd2zr2o7的斷裂韌性，操作步驟同實(shí)施例一。測得的smpo4/nd2zr2o7陶瓷層斷裂韌性的變化趨勢如附圖3所示，smpo4摻雜量為34mol％時，smpo4/nd2zr2o7陶瓷層斷裂韌性kic為1.15mpa·m。

對上述工藝制備的高韌磷酸釤/鋯酸釹熱障涂層在熱端1300℃～1350℃，冷端溫度為1050～1100℃的條件下保溫5min，然后使用壓縮空氣在90s內(nèi)冷卻到室溫條件下，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，進(jìn)過677次熱沖擊后失效，而未摻雜磷酸釤熱障涂層的熱沖擊壽命僅為473次。磷酸釤/鋯酸釹復(fù)合熱障涂層較未摻雜磷酸釤熱障涂層的熱沖擊壽命提高了43％。

實(shí)施例7

采用大氣等離子噴涂法制備高韌磷酸钷/鋯酸銪復(fù)合熱障涂層的具體步驟如下：

該實(shí)施例中的第一步與實(shí)施例一相同。不同之處在于第二步和第三步。

第二步，噴涂粘結(jié)層；

該實(shí)施例中采用的粘結(jié)層的成分與實(shí)施例五相同，不同之處在與制備工藝參數(shù)。

噴涂粘結(jié)層的工藝參數(shù)設(shè)定為：電壓65v，電流650a，主氣體ar流量60l/min，h2流量8l/min，送粉率20g/min，噴槍橫向移動速率為300mm/s，基體的預(yù)熱溫度600℃，火焰噴口與基體的距離120mm。所用的設(shè)備為gp-80型低壓等離子噴涂設(shè)備。

第三步，噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層pmpo4/eu2zr2o7

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層pmpo4/eu2zr2o7噴涂粉末

通過噴霧干燥造粒和過篩獲得ysz和pmpo4/eu2zr2o7納米粉末得到適合大氣等離子噴涂的納米團(tuán)聚體。

b)噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層pmpo4/eu2zr2o7

a)噴涂第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓70v，電流700a，主氣體ar流量60l/min，h2流量8l/min，送粉率30g/min，噴槍橫向移動速率為300mm/s，火焰噴口與基體的距離110mm。

b)噴涂第二陶瓷層pmpo4/eu2zr2o7的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓65v，電流650a，主氣體ar流量60l/min，h2流量8l/min，送粉率30g/min，噴槍橫向移動速率為300mm/s，火焰噴口與基體的距離110mm。

上述工藝制備的熱障涂層高韌磷酸钷/鋯酸銪復(fù)合熱障涂層，其粘結(jié)層的厚度為60μm，第一陶瓷層ysz厚度為150μm，第二陶瓷層pmpo4/eu2zr2o7厚度為150μm。

噴涂第一陶瓷層和第二陶瓷層所采用有9mb噴槍和4mp粉體器的瑞士sultermetco7型大氣等離子設(shè)備。

與第一陶瓷層ysz相比，第二陶瓷層pmpo4/eu2zr2o7的制備應(yīng)選擇較小噴涂功率，主要是因?yàn)閜mpo4的熔點(diǎn)相對較小，使其噴涂時的蒸汽壓相對較大，而較大噴涂功率使等離子弧溫度升高，造成pmpo4蒸發(fā)量相對增加，不利于涂層成分的穩(wěn)定。

采用實(shí)施例一中所述的方法測量上述工藝制備的高韌磷酸钷/鋯酸銪復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層pmpo4/eu2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)。本文測得的pmpo4/eu2zr2o7陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)如附圖2所示，pmpo4摻雜量為31mol％時，pmpo4/eu2zr2o7陶瓷層導(dǎo)熱系數(shù)為1.35m·m^-1·k^-1。

采用壓痕法測量高韌磷酸钷/鋯酸銪復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層pmpo4/eu2zr2o7的斷裂韌性，操作步驟同實(shí)施例一。測得的pmpo4/eu2zr2o7陶瓷層斷裂韌性的變化趨勢如附圖3所示，pmpo4摻雜量為31mol％時，pmpo4/eu2zr2o7陶瓷層斷裂韌性kic為1.10mpa·m。

對上述工藝制備的高韌磷酸钷/鋯酸銪熱障涂層在熱端1300℃～1350℃，冷端溫度為1050～1100℃的條件下保溫5min，然后使用壓縮空氣在90s內(nèi)冷卻到室溫條件下，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，進(jìn)過807次熱沖擊后失效，而未摻雜磷酸钷熱障涂層的熱沖擊壽命僅為515次。磷酸钷/鋯酸銪復(fù)合熱障涂層較未摻雜磷酸钷熱障涂層的熱沖擊壽命提高了57％。

實(shí)施例8

采用大氣等離子噴涂法制備高韌磷酸鈰/鋯酸釓復(fù)合熱障涂層的具體步驟如下：

該實(shí)施例中的第一步和第二步與實(shí)施例四相同。不同之處在于第三步。

第三步，噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層cepo4/gd2zr2o7

a)制備第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層cepo4/gd2zr2o7噴涂粉末

通過噴霧干燥造粒和過篩獲得ysz和cepo4/gd2zr2o7納米粉末得到適合大氣等離子噴涂的納米團(tuán)聚體。

b)噴涂第一陶瓷層ysz和第二陶瓷層cepo4/gd2zr2o7

a)噴涂第一陶瓷層ysz的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓65v，電流600a，主氣體ar流量50l/min，h2流量4l/min，送粉率20g/min，噴槍橫向移動速率為200mm/s，火焰噴口與基體的距離100mm。

b)噴涂第二陶瓷層cepo4/gd2zr2o7的工藝參數(shù)設(shè)定如下：電壓60v，電流600a，主氣體ar流量50l/min，h2流量4l/min，送粉率20g/min，噴槍橫向移動速率為200mm/s，火焰噴口與基體的距離100mm。

上述工藝制備的熱障涂層高韌磷酸鈰/鋯酸釓復(fù)合熱障涂層，其粘結(jié)層的厚度為50μm，第一陶瓷層ysz厚度為100μm，第二陶瓷層cepo4/gd2zr2o7厚度為100μm。

噴涂第一陶瓷層和第二陶瓷層所采用有9mb噴槍和4mp粉體器的瑞士sultermetco7型大氣等離子設(shè)備。

與第一陶瓷層ysz相比，第二陶瓷層cepo4/gd2zr2o7的制備應(yīng)選擇較小噴涂功率，主要是因?yàn)閏epo4的熔點(diǎn)相對較小，使其噴涂時的蒸汽壓相對較大，較大噴涂功率使等離子弧溫度升高，造成cepo4蒸發(fā)量相對增加，不利于涂層成分的穩(wěn)定。與實(shí)施例四相比，該實(shí)施例增大了噴涂的功率和噴涂距離，較大的噴涂功率使涂層粉末處在半融化狀態(tài)，這有助于形成納米熱障涂層，而噴涂距離的增加使噴涂粉末與空氣接觸時間變長致使等離子噴涂粉末的動能和熱能增小，從而使噴涂粉末中cepo4蒸發(fā)量相對減少，有助于熱障涂層成分的穩(wěn)定。

采用實(shí)施例一中所述的方法測量上述工藝制備的高韌磷酸鈰/鋯酸釓復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層cepo4/gd2zr2o7的導(dǎo)熱系數(shù)。本文測得的cepo4/gd2zr2o7陶瓷層的導(dǎo)熱系數(shù)如附圖2所示，cepo4摻雜量為50mol％時，cepo4/gd2zr2o7陶瓷層導(dǎo)熱系數(shù)為1.34m·m^-1·k^-1。

采用壓痕法測量高韌磷酸鈰/鋯酸釓復(fù)合熱障涂層中第二陶瓷層cepo4/gd2zr2o7的斷裂韌性，操作方法與實(shí)施例一相同。測得的cepo4/gd2zr2o7陶瓷層斷裂韌性的變化趨勢如附圖3所示，cepo4摻雜量為50mol％時，cepo4/gd2zr2o7陶瓷層斷裂韌性kic為0.94mpa·m。

對上述工藝制備的高韌磷酸鈰/鋯酸釓熱障涂層在熱端1300℃～1350℃，冷端溫度為1050～1100℃的條件下保溫5min，然后使用壓縮空氣在90s內(nèi)冷卻到室溫條件下，進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，進(jìn)過1401次熱沖擊后失效，而未摻雜磷酸鈰熱障涂層的熱沖擊壽命僅為469次。磷酸鈰/鋯酸釓復(fù)合熱障涂層較未摻雜磷酸鈰熱障涂層的熱沖擊壽命提高了1.98倍。

本發(fā)明公開和提出一種高韌稀土磷酸鹽/鋯酸鹽復(fù)合熱障涂層及其制備方法，本領(lǐng)域技術(shù)的人員可以通過借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改變條件路線等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，盡管本發(fā)明的方法和制備技術(shù)已經(jīng)通過較佳的例子進(jìn)行描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能的擺脫在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)容對本文所述的方法和技術(shù)的路線進(jìn)行改動或重新組合，來實(shí)現(xiàn)最終的制備技術(shù)。特別需要指出的是，相關(guān)類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都視為包括本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。