单相双稀土改性SrZrO3热障涂层的热物理性能

摘要： 由于SrO和ZrO2的蒸气压不同, 造成等离子喷涂SrZrO3涂层组分偏离原始粉末化学计量比, 从而导致制备态涂层中出现第二相ZrO2。为了获得高相稳定性的单相涂层, 实验采用固相合成法合成并经过喷雾造粒制备了双稀土改性Sr过量SrZrO3(Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05)热喷涂粉末, 采用大气等离子喷涂方法制备了相应的涂层, 研究了单相双稀土改性SrZrO3热障涂层的热物理性能及其热循环寿命。研究结果表明, 制备态Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05涂层中无第二相产生, 1600 ℃热处理360 h后Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05保持单相SrZrO3结构, 高温相稳定性良好。Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05涂层的烧结系数为7.27×10 -6 s -1, 热处理360 h后该涂层的热膨胀系数为(9.0~11.0)×10 -6 K -1 (200~1400 ℃), 热导率为2.83 W/(m?K) (1000 ℃)。Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05/YSZ双层涂层的火焰循环次数为1000次, 失效区域主要发生在Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05陶瓷层内。在喷涂粉末中增加SrO的含量能够弥补在大气等离子喷涂过程中Sr元素过量挥发的问题, 成功制备了单相双稀土改性Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05热障涂层。双稀土掺杂能够明显提高涂层的热膨胀系数, 且单相双稀土改性Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05涂层的抗烧结性能明显优于SrZrO3涂层, 但单相Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05涂层热导率比含有第二相的SrZrO3涂层高。