一种低热导率陶瓷Ca₆SnTa₄O₁₈及其制备方法

一种低热导率陶瓷Ca₆SnTa₄O₁₈及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有低热导率与较高热膨胀系数的热障涂层陶瓷材料Ca6SnTa4O18及其制备方法。（1）将纯度为99.9%（重量百分比）以上的 CaCO3、SnO2和Ta2O5的原始粉末按Ca6SnTa4O18的组成称量配料。（2）将步骤（1）原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为蒸馏水，烘干后在1500℃大气气氛中预烧6小时。（3）在步骤（2）制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1550~1600℃大气气氛中烧结8小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇添加量占粉末总质量的3%。本发明制备的陶瓷烧结性好,结构稳定；其热导率远低于YSZ,而热膨胀系数则远大于YSZ，在先进航空发动机热障涂层系统具有重要的应用价值。
【专利说明】
_种低热导率陶瓷Ca6SnTa4〇i8及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及低热导率陶瓷材料，特别是涉及用于保护先进涡轮发动机高温金属部 件的热障涂层陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002 ]采用等离子喷涂方法或电子束物理气相沉积技术制备的热障涂层系统(Therma 1 Barrier Coatings,简称TBCs)，由于能保护先进祸轮发动机高温金属部件并提高燃油经济 性，在先进航空发动机的发展过程中举足轻重。目前，传统的氧化钇能部分稳定氧化锆(简 称YSZ)热障涂层，在高温下长期服役过程中，T-四方相转化为正方和立方相，而且在冷却过 程中，T相将近一步转变为单斜相。这类相变将加速表面涂层的烧结收缩，降低隔热性能。此 外，YSZ低的热膨胀系数(约为ΙΟΧΠ ^ΙΓ1)引起的涂层与金属基体(如镍基超级合金，热膨 胀系数约为lexn^ir1)之间的热膨胀失配，已被公认为涂层失效的最强的因素之一。
[0003] 为了克服YSZ的缺点并进一步提高运营效率，迫切需要研制一种热导率小于YSZ的 新型热障涂层陶瓷。新型热障涂层材料的选择受一些基本要求的限制，如高熔点、在服役温 度至工作温度范围内的无相变、较低的热导率、较高的热膨胀系数、良好的耐腐蚀性能、抗 热震性能和较低的烧结能力。然而，找到一种能同时满足所有要求的陶瓷材料非常困难。目 前，许多研究人员把较低的热导率、较高的热膨胀系数作为选择新型热障涂层陶瓷材料的 首要条件。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种具有低热导率与高热膨胀系数的陶瓷材料及其制备方 法。
[0005] 本发明的低热导率与高热膨胀系数陶瓷的化学组成为Ca6SnTiu〇18。
[0006] 本热障涂层陶瓷材料的制备方法步骤为： (1)将纯度为99.9%(重量百分比）以上的CaC03、Sn〇2和Ta2〇5的原始粉末按Ca 6SnTa4〇is 的组成称量配料。
[0007] (2)将步骤（1)原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为蒸馏水，烘干后在1500°C大 气气氛中预烧6小时。
[0008] (3)在步骤(2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1550~1600 °(：大气气氛中烧结8小时;所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加 量占粉末总质量的3%。
[0009] 本发明的优点：Ca6SnTa4〇i8陶瓷烧结性好，结构稳定；1300°C时其热导率低到 1.19W.πΓ 1. Γ1，其热膨胀系数达到14.1 X 10_6 IT1 <Xa6SnTa4〇i8陶瓷热导率远低于YSZ，而其 热膨胀系数则远大于YSZ，在热障涂层材料领域具有重要的应用价值。
【具体实施方式】
[0010] 实施例： 表1示出了构成本发明的不同烧结温度的3个具体实施例及其1300Γ时的热导率和热 膨胀系数。其制备方法如上所述，用激光脉冲法和推杆法分别测试其热导率和热膨胀系数。 结果表明，合成的Ca6SnTa4〇is陶瓷1300°C时的热导率远低于YSZ (S.OW.nf1.!^1)，而其热膨 胀系数则远大于YSZ，有望成为新型热障涂层材料，可满足先进航空发动机热障涂层系统技 术需要。
[0011] 表1:
【主权项】
1. 一种低热导率与高膨胀系数陶瓷，其特征在于所述陶瓷的化学组成为:Ca6SnTa4018; 所述低热导率与高膨胀系数陶瓷的制备方法具体步骤为： (1) 将纯度为99.9%(重量百分比）以上的CaC03、Sn02和Ta2〇 5的原始粉末按Ca6SnTa4〇is 的组成称量配料； (2) 将步骤（1)原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为蒸馏水，烘干后在1500°C大气气 氛中预烧6小时； (3) 在步骤(2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1550~1600°C大 气气氛中烧结8小时;所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加量占 粉末总质量的3%。
【文档编号】C04B35/622GK106045511SQ201610401661
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月11日
【发明人】方维双, 方亮, 李纯纯, 邓酩
【申请人】桂林理工大学