单相双稀土改性SrZrO₃热障涂层的热物理性能

马伯乐^1,2，马文^1,2，黄威^1,2，白玉^1,2，贾瑞灵^1,2，董红英^2,3

1. 内蒙古工业大学材料科学与工程学院2. 内蒙古自治区薄膜与涂层重点实验室3. 内蒙古工业大学化工学院

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Sr ZrO3(Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05)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Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层中无第二相产生, 1600℃热处理360 h后Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05保持单相SrZrO₃结构,高温相稳定性良好。Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05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℃）。Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05/YSZ双层涂层的火焰循环次数为1000次,失效区域主要发生在Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05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Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05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Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层的抗烧结性能明显优于SrZrO₃涂层,但单相Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层热导率比含有第二相的SrZrO₃涂层高。

关键词：热障涂层;SrZrO3;热膨胀;热导率;