本發(fā)明屬于熱障涂層，具體涉及一種高熵陶瓷材料及其制備方法與應用。

背景技術：

1、熱障涂層(thermal?barrier?coatings，tbcs)技術是提高航空發(fā)動機承溫能力的關鍵技術，然而，隨著航空發(fā)動機工作溫度的不斷提高，熔融環(huán)境沉積物(cmas)腐蝕逐漸成為熱障涂層失效的主要形式，傳統(tǒng)的熱障涂層材料，如氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(yttria-stabilized?zirconia，ysz)存在涂層過早失效和承溫能力不足等缺陷，已無法滿足航空發(fā)動機對抗高溫氧化、熱沖擊以及外界腐蝕的能力要求，因此亟需研發(fā)具有低熱導率、高硬度以及耐高溫腐蝕等綜合性能優(yōu)異的新型熱障涂層材料。稀土螢石氧化物具有較低熱導率、高硬度、優(yōu)異的相穩(wěn)定性以及耐高溫腐蝕等特點，在熱障涂層材料領域展現(xiàn)出了巨大的潛力，能以此開發(fā)出更加優(yōu)異、可靠的熱障涂層材料，為航空發(fā)動機的發(fā)展提供有力支持。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明公開了一種高熵陶瓷材料及其制備方法與應用，以解決現(xiàn)有技術中熱障涂層材料抵抗cmas腐蝕性能弱的技術問題。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：提供一種高熵陶瓷材料，其化學式為(hf(1-x)/4zr(1-x)/4ce(1-x)/4pr(1-x)/4yx)o2-δ，其中x的數(shù)值范圍為0.08~0.4，δ的數(shù)值范圍為0.1~0.4。

3、本發(fā)明還公開此高熵陶瓷材料的制備方法，其包括以下步驟：

4、s1：將經(jīng)預處理后的氧化物粉末按化學式中的元素組成進行混合，再將混合物與分散劑混合并進行球磨，得到漿料a，氧化物粉末包括zro2粉末、hfo2粉末、ceo2粉末、pr6o11粉末和y2o3粉末；

5、s2：對漿料a進行干燥、研磨、過篩和壓制，得到預制胚體；

6、s3：燒制預制胚體，然后將燒制后的胚體碾碎為粉末，將粉末和分散劑混合并進行球磨，得到漿料b；

7、s4：對漿料b進行干燥、研磨、過篩、造粒和壓制，得到胚體；

8、s5：燒制胚體，即得。

9、在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。

10、進一步，步驟s1中氧化物粉末的預處理為：在800~1000℃下煅燒2~3h；氧化物粉末的粒徑為40~100nm；zro2粉末、hfo2粉末、ceo2粉末、pr6o11粉末和y2o3粉末的純度≥99.9%。

11、進一步，分散劑為無水乙醇，步驟s1中氧化物粉末與無水乙醇的質(zhì)量比為1：0.5~0.6。

12、進一步，步驟s1中球磨轉(zhuǎn)速為300~400rpm，球磨時間為12~48h。

13、進一步，步驟s2中干燥溫度為70~90℃，干燥時間為12~24h；研磨時間為5~7min；過篩目數(shù)為300~500目；采用壓片機進行壓制，壓力為10~20mpa，壓制時間為8~10min。

14、進一步，步驟s3中燒制溫度為1200~1400℃，燒制時間為25~50min；粉末與無水乙醇的質(zhì)量比為1：0.5~0.6；球磨轉(zhuǎn)速為400~500rpm，球磨時間為20~50h。

15、進一步，步驟s4中干燥溫度為80~100℃，干燥時間為20~40h；研磨時間為5~7min；過篩目數(shù)為500~600目；造粒的操作為：向過篩后的混合粉末中加入占總重量8%的聚乙烯醇研磨5~7min。

16、進一步，步驟s4中壓制的操作為：使用壓片機在壓力為20~40mpa條件下保壓壓制10~20min，然后在壓力為250~300mpa條件下保壓壓制5~8min。

17、進一步，步驟s5中燒制方法為：以10℃/min的升溫速率，升溫至1000℃，再以5℃/min的升溫速率，升溫至1550℃，保溫燒制20h，再以5℃/min的升溫速率，升溫至1800℃，然后停止升溫，冷卻至室溫。

18、本發(fā)明還公開了此高熵陶瓷材料在制備熱障涂層材料中的應用。

19、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中高熵陶瓷材料為一種新型稀土螢石氧化物系陶瓷材料，其化學式為(hf(1-x)/4zr(1-x)/4ce(1-x)/4pr(1-x)/4yx)o2-δ，其中x的數(shù)值范圍為0.08~0.4，δ的數(shù)值范圍為0.1~0.4，其具有優(yōu)異的抗cmas腐蝕性能，高熵陶瓷材料與熔融環(huán)境沉積物接觸時，材料中所含的稀土元素與熔融環(huán)境沉積物中滲入的ca、si反應生成長條狀磷灰石(ca2re8(sio4)6o2)，長條狀磷灰石和塊狀立方相(c-zro2)構成腐蝕反應層，腐蝕反應層阻止熔融環(huán)境沉積物進一步滲入陶瓷層，降低腐蝕深度；能應用于制備熱障涂層材料。

技術特征：

1.一種高熵陶瓷材料，其特征在于：所述高熵陶瓷材料的化學式為(hf(1-x)/4zr(1-x)/4ce(1-x)/4pr(1-x)/4yx)o2-δ，其中x的數(shù)值范圍為0.08~0.4，其中δ的數(shù)值范圍為0.1~0.4。

2.權利要求1所述的高熵陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權利要求2所述的高熵陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中氧化物粉末的預處理為：在800~1000℃下煅燒2~3h；氧化物粉末的粒徑為40~100nm；zro2粉末、hfo2粉末、ceo2粉末、pr6o11粉末和y2o3粉末的純度≥99.9%。

4.根據(jù)權利要求3所述的高熵陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述分散劑為無水乙醇，步驟s1中氧化物粉末與無水乙醇的質(zhì)量比為1：0.5~0.6；步驟s1中球磨轉(zhuǎn)速為300~400rpm，球磨時間為12~48h。

5.根據(jù)權利要求4所述的高熵陶瓷材料的制備方法，其特征在于：步驟s2中干燥溫度為70~90℃，干燥時間為12~24h；研磨時間為5~7min；過篩目數(shù)為300~500目；采用壓片機進行壓制，壓力為10~20mpa，壓制時間為8~10min。

6.根據(jù)權利要求5所述的高熵陶瓷材料的制備方法，其特征在于：步驟s3中燒制溫度為1200~1400℃，燒制時間為25~50min；粉末與無水乙醇的質(zhì)量比為1：0.5~0.6；球磨轉(zhuǎn)速為400~500rpm，球磨時間為20~50h。

7.根據(jù)權利要求6所述的高熵陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中干燥溫度為80~100℃，干燥時間為20~40h；研磨時間為5~7min；過篩目數(shù)為500~600目；造粒的操作為：向過篩后的混合粉末中加入占總重量8%的聚乙烯醇研磨5~7min。

8.根據(jù)權利要求7所述的高熵陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中壓制的操作為：使用壓片機在壓力為20~40mpa條件下保壓壓制10~20min，然后在壓力為250~300mpa條件下保壓壓制5~8min。

9.根據(jù)權利要求8所述的高熵陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟s5中燒制方法為：以10℃/min的升溫速率，升溫至1000℃，再以5℃/min的升溫速率，升溫至1550℃，保溫燒制20h，再以5℃/min的升溫速率，升溫至1800℃，然后停止升溫，冷卻至室溫。

10.一種高熵陶瓷材料的應用，其特征在于：將權利要求1所述的高熵陶瓷材料用于制備熱障涂層材料。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高熵陶瓷材料及其制備方法與應用，屬于熱障涂層技術領域。本發(fā)明以固相反應法制備此高熵陶瓷材料，以ZrO<subgt;2</subgt;粉末、HfO<subgt;2</subgt;粉末、CeO<subgt;2</subgt;粉末、Pr<subgt;6</subgt;O<subgt;11</subgt;粉末和Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末為原料，將各氧化物粉末與分散劑一起球磨，球磨后得到漿料A，然后對漿料A進行干燥、研磨、過篩和壓制，得到預制胚體，再燒制預制胚體，然后將燒制后的胚體碾碎為粉末，再將粉末和分散劑混合并進行球磨，球磨后得到漿料B，再對漿料B進行干燥、研磨、過篩、造粒和壓制，得到胚體，燒制胚體后即得。此高熵陶瓷材料結(jié)構致密，具有優(yōu)異的抗CMAS腐蝕性能，能應用于制備熱障涂層材料。

技術研發(fā)人員：尹冰冰,王鵬,渝沛,楊熠
受保護的技術使用者：湘潭大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/28