【摘 要】
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热障涂层（Thermal barrier coatings,简称TBCs）作为热防护材料广泛应用于航空发动机高温部件,然而随着航空发动机工作温度越来越高,现役的7YSZ热障涂层材料由于高温烧结、相变和CMAS腐蚀等挑战已经难以满足高性能发动机的使用需求,因此寻找耐高温、耐腐蚀的新型热障涂层材料迫在眉睫。在ZrO2-RETaO4体系中,等摩尔REO1.5和TaO2.5掺杂的氧化物有潜力成为下一代热障
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热障涂层（Thermal barrier coatings,简称TBCs）作为热防护材料广泛应用于航空发动机高温部件,然而随着航空发动机工作温度越来越高,现役的7YSZ热障涂层材料由于高温烧结、相变和CMAS腐蚀等挑战已经难以满足高性能发动机的使用需求,因此寻找耐高温、耐腐蚀的新型热障涂层材料迫在眉睫。在ZrO2-RETaO4体系中,等摩尔REO1.5和TaO2.5掺杂的氧化物有潜力成为下一代热障涂层材料。本文采用化学共沉淀法制备出ZrO2-RETaO4体系陶瓷粉体,研究ZrO2-RETaO4体系中四方相氧化锆形成规律的影响因素,并探索其力学性能和CMAS腐蚀机理,主要得出如下结论:（1）通过微结构表征研究了ZrO2-RETaO4体系相稳定序列和四方相氧化锆的形成规律。结果表明ZrO2-RETaO4体系的相稳定序列随着稀土离子半径的增大逐渐由四方相氧化锆过渡到单斜相氧化锆,该转变发生在Gd3+和Nd3+稀土离子之间;四方相t-ZrO2的形成能力随着稀土离子半径的减小而逐渐增强,较小的稀土离子掺杂会使得t-ZrO2在较高掺杂浓度下稳定,且能获得较大的稳定成分区间范围,而较大的稀土离子掺杂会减小t-ZrO2稳定成分范围,甚至抑制四方相氧化锆的形成。（2）采用维氏压痕法研究了ZrO2-RETaO4体系的硬度和韧性等力学性能。结果表明随着掺杂稀土离子半径的增大,四方相t-ZrO2的硬度和韧性得到提高;t-ZrO2+Yb TaO4两相组织区域硬度随着Yb TaO4相含量的增加先得到提高后逐渐降低,韧性先降低后提高;t-ZrO2+Dy TaO4两相组织区域硬度和韧性都是随着Dy TaO4相含量的增加而得到提高;t-ZrO2+Gd TaO4两相组织区域硬度随着Gd TaO4相含量的增加先降低后提高,韧性逐渐降低。（3）通过CMAS腐蚀渗透实验和相平衡反应实验研究了ZrO2-RETaO4体系材料的抗CMAS腐蚀能力和腐蚀机理。结果表明共掺杂t-ZrO2不耐CMAS腐蚀,其与CMAS反应会使得Ta5+、RE3+和Zr4+固溶到CMAS中从而诱导t-ZrO2→m-ZrO2相变,该相变产生较大的应变能,使得腐蚀组织疏松多孔。t-ZrO2+Yb TaO4组织与CMAS反应时主要参与反应的是t-ZrO2而Yb TaO4相对惰性,反应产物为c-ZrO2,其疏松多孔,不具备抗CMAS腐蚀的特点。t-ZrO2+Gd TaO4和t-ZrO2+Dy TaO4两相组织的腐蚀组织基本一致,在CMAS腐蚀过程中主要是RETaO4参与反应,反应产物为烧绿石Ca RETa2O7,该腐蚀反应层是连续致密的,能起到阻碍CMAS腐蚀的作用。
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