La2B2O7型高熵陶瓷的制备及其热性能与CMAS腐蚀行为研究

来源 :郑州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a394665234
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
低导热系数的热障涂层(TBC)对提高发动机的热效率具有重要作用。在过去的几十年里,很多氧化物陶瓷都被提出作为新型TBC材料。其中Re2B2O7型稀土氧化物因具有导热系数低、热稳定性好以及具有离子导电性等特性,在提高涂层材料热循环寿命方面极具优势。然而,目前面临的挑战是如何进一步降低热导率、提高服役性能。高熵陶瓷是近年来兴起的一类高性能陶瓷材料,通过结构高熵化可以带来高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应,进而大大提高材料的性能。本文提出了一种新的非等价态判据方法用于预测单相高熵氧化物的形成,并根据判据要求,采用La2O3、ZnO、MgO、CeO2、WO3、MoO3等原料,利用固相烧结法,成功制备出La2(ZnMgCeWMo)2O7萤石结构高熵氧化物及La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7三种烧绿石结构高熵氧化物。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜和能谱仪(SEM–EDS)对所得高熵陶瓷的物相组成、显微形貌和元素分布进行了分析,并阐明了高熵形成机理。系统研究了所得高熵陶瓷的热导率、热膨胀系数和热稳定性等热物理性能以及高温CMAS(Ca O、MgO、Al2O3、SiO2)腐蚀性能,为开发新型、高性能TBC材料奠定了基础。主要研究内容包括以下三个方面:(1)Re2B2O7型高熵稀土氧化物的形成判据:在满足容差因子和Pauling第一规则的基础上提出非等价态替代的方法(之前报道都为等价态替代)来作为判定能否形成高熵的判据。基于此判据对La2B2O7的B位进行了非等价态替换设计,结果表明该判据可以用作单相形成与否的有力判据,突破了传统只能使用等价态元素替换的限制,丰富了高熵陶瓷形成的选择性。据此,我们成功地制备出La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7三种烧绿石结构高熵氧化物及La2(ZnMgCeWMo)2O7萤石型高熵氧化物。通过表面形貌分析,La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7三种烧绿石结构高熵陶瓷的晶粒均为八面体形,B位离子占位随机无序、分布均匀。La2(ZnMgCeWMo)2O7萤石型高熵氧化物由于B位离子半径较大,在1500℃时发生逆向反应,分解出MgO与CeO2,说明在La2B2O7型稀土氧化物中,当r(A3+)/r(B4+)<1.46时,晶体结构会发生有序-无序的转变。在对照组La2(Zn Mg Ti WMo)2O7与La2(Zn Ni Ti WMo)2O7中离子半径超出判据限制范围,无法生成单相(生成单斜相La2(Zn Mg Ti WMo)2O7与MgO、La2WMoO9、La TiO3等多相化合物),证明我们提出的非等价态判据是可行的。(2)热物理性能研究:对所得四种高熵陶瓷的热导率、热膨胀系数、热稳定性等进行了系统研究,结果表明四种La2B2O7型高熵氧化物都具有较高的热膨胀系数、较低的热导率。随着B位平均离子半径的增加,材料的热膨胀系数与热导率都增加。随着温度的升高,四种材料的热膨胀系数增大,在1200℃时,La2(ZnMgCeWMo)2O7、La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(Zn MSn WMo)2O7四种高熵陶瓷热膨胀系数均达到最大,分别为:14.3×10-6K-1、13.9×10-6 K-1、13.4×10-6 K-1、12.6×10-6 K-1。随着温度升高,四种材料的热导率均出现先下降,后升高的现象,除萤石型La2(ZnMgCeWMo)2O7在800℃达到最低的热导率,其余三种材料均在600℃达到最低的热导率,对应值为1.4(W/m·K)、0.8(W/m·K)、1.1(W/m·K)和1.1(W/m·K)。La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7三种烧绿石结构高熵陶瓷均表现出良好的热稳定性。(3)高温CMAS腐蚀性能:CMAS腐蚀结果发现La2(ZnMgCeWMo)2O7、La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7、La2(ZnMgSnWMo)2O7四种高熵陶瓷,经过高温CMAS腐蚀后均生成了磷灰石(Ca La4(SiO4)3O)、镁铝尖晶石(Mg Al2O4)及钙铝黄长石(Ca2Al2O7Si)等。腐蚀截面表现为CMAS残留层、结合层以及高熵陶瓷基体三层结构。根据结合层深度可知,La2(ZnMgCeWMo)2O7、La2(Zn Mg Zr WMo)2O7、La2(ZnMgHfWMo)2O7三种高熵陶瓷都具有优异的抗CMAS腐蚀性能,CMAS腐蚀20 h后结合层深度仅为8.3μm、13.5μm、12.57μm,其中La2(ZnMgCeWMo)2O7萤石型高熵氧化物具有最优异的抗CMAS腐蚀性能。
其他文献
肝硬化已成为普遍性的慢性疾病之一,威胁着人们的生命健康。因此,对肝硬化识别研究更具有实际意义和应用价值。其临床诊断主要采用超声影像技术对肝脏病变区域进行扫描呈现,再经医师对患者的肝脏超声影像进行肉眼主观诊断,由此产生的诊断结果往往具有主观性和低可靠性。随着数字医疗设备和计算机图像处理及深度学习方法的迅猛发展,用于医学图像别分析的计算机辅助诊断技术为肝脏疾病的诊断带来了新的科研方向,为肝硬化的识别研
学位
学位
目前,随着电力体制的深化改革以及智慧供应链体系的深入建设,国家电网等企业正由单一电能供应商向智慧综合服务提供商的角色转变。企业对于物资供应商生产制造领域的全过程追踪还缺乏平台支撑,物资的生产制造存在着“信息孤岛”、可视化程度低等问题。电力物联网技术是实现数据感知的有效手段,也是实现物资生产管理可视化的基础。本文将以重要的电力物资——电力电缆为研究对象,从电缆生产管理系统的分析和建模入手,在电力物联
学位
学位
2011年是上海分行全面实施战略转型的第二年,是"三年三步走"承前启后的一年,也是实现三年发展愿景关键的一年。去年以来,按照建设国际一流现代金融企业的宏伟目标,上海分行围绕"同业领军、系统最优、世界一流"的发展愿景,各项业务取得了跨越式发展,转型取得了阶段性的成果。改革发展实践使上海市分行清醒地认识到:实施战略转型的基础在于拥有一支"数量充足、素质优良、结构合理"的人才队伍。为此,本刊记者专访了沈
期刊
学位
随着科技的不断进步,深紫外波段的半导体激光器有望应用于光存储、军事医疗、卫星通信、杀菌消毒、分析仪器等领域。在全球新冠疫情的背景下,深紫外线成为杀灭新冠病毒的又一有效手段,而高功率的深紫外激光为短时间内快速杀灭病菌提供可能。目前深紫外半导体激光器的主要材料为AlGaN,其主要通过调控AlN与GaN材料的含量而组成的三元化合物,该材料能覆盖整个深紫外波段范围。然而目前该材料的应用依旧处在实验研究阶段
近年来,无线传感器网络和体域网等物联网技术发展迅速,在医疗、教育、军事、智慧城市等领域被广泛采用。然而,能量供应受限是该类技术面临的主要问题。研究和设计具有高集成度、低功耗、高性能、小型化、低成本、长工作寿命的节点芯片,一直是学术界和工业界的研究热点。本论文对应用于物联网节点芯片的低功耗唤醒电路进行了深入研究。本文主要工作与研究成果包括:1、首先介绍和分析了两种唤醒电路(无线电唤醒和定时唤醒)的工