锆酸钕热障涂层材料增韧研究

摘要

热障涂层广泛应用于航空发动机热端部件，可以提高发动机的工作温度和能源利用率。锆酸钕（Nd2Zr2O7）是有潜力的新型超高温热障涂层材料，但较低的断裂韧性限制了Nd2Zr2O7热障涂层的应用。本论文开展Nd2Zr2O7热障涂层材料的增韧研究，探讨Sc2O3、Fe2O3掺杂含量对Nd2Zr2O7材料的相组成和热、力学性能的影响，为新型超高温热障涂层材料的研制提供理论依据
　　采用化学共沉淀-煅烧方法制备了(Nd1-xScx)2Zr2O7(x=0,0.025,0.05,0.075,0.1)陶瓷粉末并常温冷压加高温烧结制备了块材，研究了材料的相组成、热膨胀系数和断裂韧性。研究结果表明，当x≤0.075时，(Nd1-xScx)2Zr2O7只存在一种烧绿石相，随着Sc2O3掺杂量的增多，烧绿石结构的无序度增加，当x=0.1时，出现萤石相。在(Nd1-xScx)2Zr2O7系列材料中，(Nd0.925Sc0.075)2Zr2O7有最大的热膨胀系数，同时材料的断裂韧性随着Sc2O3含量的增加而增加。基于晶体结构分析来讨论性能的变化机理。综合考虑热膨胀系数和韧性，10 mol％ Sc2O3是Nd2Zr2O7陶瓷材料的最佳掺杂量。
　　采用化学共沉淀-煅烧方法制备了 Nd2Zr2O7粉末。利用高温固相合成法制备了x mol%（x=0，10，20，30，40，50）Fe2O3掺杂Nd2Zr2O7粉末，然后采用常温冷压法压制成致密块材，研究了材料的相组成和断裂韧性。研究发现，Nd2Zr2O7材料呈现烧绿石结构，随着Fe2O3含量增加，材料中出现了萤石相且含量不断增多，(Nd0.6Fe0.4)2Zr2O7和(Nd0.5Fe0.5)2Zr2O7则只有萤石相。在Fe2O3掺杂Nd2Zr2O7材料体系中，随着Fe2O3含量的不断增加，硬度及韧性首先呈较大的增加，当Fe2O3掺杂量达到30 mol%时，硬度及韧性达到最大值，而掺杂量进一步增加时，硬度及韧性则减小。硬度及韧性的增加主要来源无序度和断裂能量的增加及残余压应力作用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1热障涂层简介

1.2热障涂层概述

1.3本课题的选题背景，意义及主要研究内容

第2章 实验原料及研究方法

2.1 实验原料

2.2 粉末的制备方法

2.3块材制备

2.4测试分析手段

第3章(Nd1-xScx)2Zr2O7陶瓷的相结构和力学性能

3.1实验过程

3.2 相结构及热膨胀研究

3.3结构分析

3.4 力学性能

3.5 本章小结

第4章 (Nd1-xFex)2Zr2O7体系固溶体的结构与力学性能

4.1实验过程

4.2 Fe2O3掺杂Nd2Zr2O7陶瓷的相组成

4.3 Fe2O3掺杂Nd2Zr2O7陶瓷的力学性能

4.4 本章小结

第5章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢