稀土氧化物陶瓷材料在热障涂层上的应用现状
稀土材料的涂层研究与应用
稀土材料的涂层研究与应用介绍稀土材料是指具有稀土元素（包括镧系元素和钪系元素）的化合物或合金，具有丰富的光、电、磁等特殊性质，被广泛用于材料科学领域的各个方面。
随着科技的发展和人们对功能材料需求的增加，稀土材料的研究和应用也日渐引起人们的关注。
其中，稀土材料的涂层研究与应用成为近年来的热点领域之一。
本文将从研究方法、涂层制备技术和应用领域三个方面探讨稀土材料涂层的研究与应用情况。
研究方法1. 表面分析技术对于稀土材料涂层的研究，表面分析技术是最基础和常用的方法之一。
该技术包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等。
SEM可以通过扫描样品表面的电子信号来获得样品表面形貌信息。
TEM则可以观察到稀土材料涂层的结构和组分。
XRD可以检测稀土材料的相结构和晶格参数等信息，从而了解其物理性质。
2. 光学性能测试稀土材料涂层的光学性能是其应用的关键。
因此，光学性能测试也是研究中的重要一环。
常用的光学性能测试方法包括紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱等。
UV-Vis可以测量稀土材料的光吸收能力和透过率，是评价稀土材料涂层透明性的重要手段之一。
荧光光谱则可以测量稀土材料的荧光发射能力，为稀土材料的荧光应用提供重要参考。
3. 表面改性技术表面改性技术是稀土材料涂层研究中的关键环节。
常用的表面改性技术包括溶液法、磁控溅射、电镀等。
溶液法是一种常用的表面改性方法，可以通过溶液中添加稀土元素的化合物，使基底材料表面形成一层稀土材料的涂层。
磁控溅射则是利用高能离子束轰击稀土材料靶材，使其产生蒸发和沉积，形成稀土材料的涂层。
电镀是一种利用电流将金属离子沉积在基底上的方法，通过调控电镀液中稀土离子的含量和条件，可以制备稀土材料的涂层。
涂层制备技术1. 热喷涂技术热喷涂技术是一种常用的稀土材料涂层制备技术。
这种技术主要通过喷枪将稀土材料粉末加热喷射到基底材料表面，形成稀土材料的涂层。
稀土元素在高性能涂层中的应用研究
稀土元素在高性能涂层中的应用研究稀土元素，这几个字听起来是不是有点神秘兮兮的？其实啊，它们在高性能涂层领域可是有着大作用呢！我先给您讲讲我之前碰到的一件事儿。
有一回，我去一家工厂参观，看到工人们正在给一批金属零件进行涂层处理。
我好奇地凑过去，就发现他们正在使用含有稀土元素的涂层材料。
我就问其中一个工人师傅：“师傅，这稀土元素到底有啥特别的呀？”师傅笑着说：“这你就不懂了吧，这稀土元素加进去，涂层的性能那可就大大提升啦！”咱们先来说说什么是高性能涂层。
简单来讲，高性能涂层就是那种能在各种恶劣环境下都能保持良好性能的涂层。
比如说，有的涂层要能耐高温，有的要耐腐蚀，还有的得耐磨。
这要求可不低呀！而稀土元素在这当中的作用可不容小觑。
就拿提高涂层的硬度来说吧，加入适量的稀土元素，就好像给涂层吃了“大力丸”，一下子变得坚硬无比。
想象一下，要是汽车的发动机零件表面有了这样坚硬的涂层，那磨损不就大大减少了嘛，使用寿命也能延长好多。
再比如说耐高温这方面。
有些设备在高温环境下工作，普通的涂层可能早就扛不住了，开始剥落或者失效。
但如果有了稀土元素的加持，这涂层就能像“金刚不坏之身”一样，在高温下依然坚守岗位。
还有啊，稀土元素能让涂层的耐腐蚀性能大幅提升。
像那些长期暴露在海边或者化工厂附近的金属结构，如果涂上了含稀土元素的涂层，就不用担心被海风里的盐分或者化学物质给侵蚀啦。
在实际应用中，稀土元素的种类和添加量都得精心调配。
多了不行，少了也不行，这就像是做菜放盐一样，得恰到好处。
而且不同的应用场景，需要的稀土元素种类和比例也不一样。
另外，研究稀土元素在高性能涂层中的应用，还得考虑成本问题。
毕竟稀土元素可不是白菜价，如果为了追求高性能而让成本飙升，那很多企业可能就望而却步了。
所以科研人员们就得绞尽脑汁，在保证性能的前提下，尽量降低稀土元素的使用量，或者寻找更经济实惠的替代方案。
还有一点也很重要，就是涂层的制备工艺。
即使有了好的材料，如果制备工艺不过关，那也白搭。
热障涂层的研究现状与发展方向
从正方相向单斜相转变 ,伴随 3 %～5 %的体积膨胀 ,导致涂层 破坏 ,为延长涂层的使用寿命 , ZrO2 中需加入稳定剂 。20 世纪 60 年代用 MgO 和 CaO 作为稳定剂 ,后来发现以这两种氧化物 作为稳定剂的涂层组织稳定性不好 ,燃气的硫化作用使 MgO 和 CaO 从涂层中析出 ,降低了对 ZrO2 相的稳定作用 ,使涂层的 热循 环 寿 命 降 低 , 目 前 这 两 种 稳 定 剂 已 基 本 被 Y2 O3 所 替 代[6 ,7] 。Stecura 等对不同 Y2 O3 含量稳定的 ZrO2 陶瓷涂层的 热物性能进行了分析 ,结果表明在 Y2 O3 含量为 6 %～8 %时[8] , 陶瓷涂层抗热循环性能最好 ,寿命最长 。
据报道 ,目前美国几乎所有的陆用和船用燃气轮机都采用 了 TBCs ,每年约有 300t 氧化锆材料用在 TBCs 上 ,在未来 10 年中 TBCs 将达到 12 %的年增长率 ,其中在发动机部件中的年 增长率将达到 25 %[2] ,具有广阔的应用开发前景 。近年来 ,随 着航空燃气涡轮机向高流量比 、高推重比 、高进口温度方向发 展 ,燃烧室中的燃气温度和压力也不断提高 。目前 ,燃气温度已 接近 2000 K ,因此航空发动机涡轮叶片的合金材料上需喷涂热 障涂层以承受 1600 ℃以上的涡轮进口温度[4] 。实际应用的热 障涂层大多采用由陶瓷隔热表层和金属粘结底层组成的双层结 构 ,6 %～8 %氧化钇稳定的氧化锆 ( YSZ) 是目前使用最广泛的 陶瓷隔热表层材料 ,金属粘结底层主要为 MCrAl Y 合金 ,其中 M 代表 Ni 、Co 或 NiCo [5] 。由于 YSZ 热障涂层的长期使用温度 为 1200 ℃,超过 1200 ℃,相变加剧 ,易烧结 ,氧传导率高 ,过渡金 属易被氧化 ,导致涂层失效 ,已难以满足涡轮进口温度进一步提 高的需要 。
稀土热障涂层材料产业政策、规模以及竞争格局分析
稀土热障涂层材料产业政策、规模以及竞争格局分析稀土（RareEarth），是化学周期表中镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称。
自然界中有250种稀土矿。
热障涂层利用陶瓷的隔热和抗腐蚀的特点来保护金属材料，不仅可以提高油料的燃烧效率，而且可以极大地延长发动机的寿命，在航空、航天、海面船舶、大型火力发电和汽车动力等方面具有重要的应用价值，是现代国防尖端技术领域中的重要技术之一。
热障涂层（ThermalBarrierCoatings）是一层陶瓷涂层，它沉积在耐高温金属或超合金的表面，热障涂层对于基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使得用其制成的器件（如发动机涡轮叶片）能在高温下运行，并且可以提高器件（发动机等）热效率达到60%以上。
随着航空、航天及民用技术的发展，热端部件的使用温度要求越来越高，已达到高温合金和单晶材料的极限状况。
以燃料轮机的受热部件如喷嘴、叶片、燃烧室为例，它们处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达1100℃，已超过了高温镍合金使用的极限温度（1075℃）。
将金属的高强度、高韧性与陶瓷的耐高温的优点结合起来所制备出的热障涂层能解决上述问题，它能起到隔热、抗氧化、防腐蚀的作用，已在汽轮机、柴油发电机、喷气式发动机等热端材料上取得一定应用，并延长了热端部件的使用寿命。
1、产业链分析稀土热障涂层材料行业上游原材料包括稀土和氧化锆等，下游领域包括航空发动机、燃气轮机等等。
2、稀土热障涂层材料行业主要法律法规稀土热障涂层材料行业近年来受到政府的多个政策鼓励，同时，下游行业也同样受到国家的政策鼓励和扶持。
3、我国稀土热障涂层材料行业发展阶段我国热障涂层技术起步相对较晚，应用领域较为有限，但随着技术的发展，应用领域逐渐拓宽。
最早我国的热障涂层主要用于航空发动机燃烧室、火焰筒等部件，主要为军用领域，并逐步扩展，向燃气轮机、发电机组高温叶片等领域持续扩张，市场需求也呈现出逐步扩张的态势。
热障涂层用稳定ZrO2基陶瓷材料研究现状
热障涂层用稳定ZrO2基陶瓷材料研究现状
陈晓鸽;杨树森;魏媛;张红松
【期刊名称】《河南工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(020)003
【摘要】综述了氧化物稳定的热障涂层用ZrO2陶瓷的研究现状.氧化物稳定ZrO2陶瓷材料主要适用于在1 000℃左右工作的热障涂层,而不宜用作新型高温热障涂层表面陶瓷层材料.随着航空发动机技术的发展,稀土铈酸盐陶瓷材料有望替代氧化物稳定的ZrO2陶瓷.根据声子导热理论和晶体化学原理,选用合适的氧化物对稀土铈酸盐陶瓷材料进行掺杂,可进一步降低其热导率并改善热膨胀系数,这将为热障涂层技术应用开辟广阔的空间.
【总页数】6页(P14-19)
【作者】陈晓鸽;杨树森;魏媛;张红松
【作者单位】河南工程学院,机械工程系,河南,郑州,450007;郑州铁路职业技术学院机车车辆系,河南,郑州,450052;河南工程学院,机械工程系,河南,郑州,450007;河南工程学院,机械工程系,河南,郑州,450007
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
【相关文献】
1.稀土掺杂ZrO2基热障涂层陶瓷材料研究进展 [J], 宋希文;于海涛;牛晓庆;谢敏;郭巍;赵鸣;安胜利;牟仁德;何利民
2.等离子喷涂Sc2O3、Gd2O3和Y2O3复合稳定ZrO2热障涂层相稳定性及导热性研究 [J], 李其连;杨伟华;李淑青
3.ZrO2基热障涂层陶瓷材料研究进展 [J], 张红松;徐强;王富耻;朱时珍;刘玲
4.热障涂层用氧化物稳定的ZrO2陶瓷材料研究现状 [J], 张红松;陈晓鸽;徐强;王富耻;刘玲
5.热障涂层陶瓷材料的研究现状与展望 [J], 李志明;钱士强;王伟
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热障涂层的研究现状与发展方向
热障涂层的研究现状与发展方向热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBCs）是一种应用于高温环境下的保护材料，可有效隔热、降低热应力，提高材料的使用寿命和性能。
随着高温领域的不断发展和应用需求的增加，热障涂层的研究也取得了很大的进展。
本文将介绍热障涂层的研究现状和未来的发展方向。
研究现状：1.材料选择：目前，热障涂层常用的材料是陶瓷氧化物，如氧化锆（ZrO2）。
这是因为氧化锆具有良好的高温稳定性和热隔离性能。
同时，为了增加涂层的韧性，常常将氧化锆与其他材料进行复合，如氧化钇（Y2O3）、氧化钆（Gd2O3）等。
2.涂层制备技术：常用的涂层制备技术有等离子喷涂、磁控溅射、物理气相沉积等。
这些技术可以形成致密、均匀的涂层，并能够提供所需的性能。
3.高温性能：研究人员通过改变合金元素的含量和添加合金元素，来改善热障涂层的高温性能。
例如，钛合金元素的添加可以提高热障涂层的抗氧化和抗热腐蚀性能。
4.应用领域：热障涂层广泛应用于航空、能源、汽车等领域。
例如，用于航空发动机的热障涂层可以提高发动机的工作温度，提高燃烧效率，降低燃料消耗。
发展方向：1.纳米材料研究：纳米材料具有较高的比表面积和界面效应，可以提高热障涂层的热导率和热膨胀系数匹配性。
因此，研究者们正在探索利用纳米材料制备热障涂层，并研究其热性能。
2.多层涂层研究：多层热障涂层可以提供更好的隔热性能和更高的耐热性。
目前，研究人员正在研究不同层次和组分的多层涂层结构，以提高涂层的性能。
3.高温腐蚀性能研究：热障涂层在高温腐蚀环境中容易受损。
因此，研究者们正在研究改善热障涂层的高温腐蚀性能，以提高其使用寿命。
4.综合性能优化：除了热性能，热障涂层的机械性能、热膨胀系数匹配性、附着强度等都是重要的指标。
因此，未来的研究将更加注重综合性能的优化，以提高热障涂层的整体性能和可靠性。
总结：热障涂层作为一种重要的保护材料，在高温环境下担负着隔热和降低热应力的任务。
稀土材料在新型涂层材料中的应用研究
稀土材料在新型涂层材料中的应用研究引言涂层材料在各个领域都有广泛的应用，如汽车、航空、电子等。
随着科技的不断进步，对涂层材料的要求也越来越高。
稀土材料因其独特的性质和多功能性而被广泛研究和应用于新型涂层材料中。
本文将探讨稀土材料在新型涂层材料中的应用研究。
稀土材料概述稀土元素是指来自第三周期的分别为57~71的元素，包括镧系元素（lanthanides）和镧系之后的元素。
稀土材料具有一系列独特的物理和化学性质，如高熔点、抗腐蚀、高硬度和优良的磁性。
这些特性使得稀土材料在涂层材料中具有广阔的应用前景。
稀土材料在防腐涂层中的应用防腐涂层是保护金属表面免受腐蚀和氧化的一种常用方法。
稀土材料在防腐涂层中的应用主要表现在以下几个方面：1.氧化稀土材料：氧化稀土材料可以作为涂层的添加剂，提高涂层的耐热性和耐腐蚀性能。
例如，将氧化镧添加到涂层中可以形成一层抗氧化膜，有效延长涂层的使用寿命。
2.稀土离子掺杂：稀土离子可以掺杂到涂层材料中，改变材料的晶体结构和电子结构，从而改善涂层的硬度、导热性和耐磨损性能。
3.稀土光催化剂：稀土材料具有良好的光催化性能，可用于制备光催化涂层。
这种涂层能够利用阳光或其他光源产生催化活性，加速有害物质的分解，具有环境友好性和可持续性。
4.稀土纳米颗粒：稀土材料可以制备成纳米颗粒，并添加到涂层中。
这些颗粒具有优异的光学性能和色彩稳定性，可以使涂层具有抗紫外光辐射和耐候性。
稀土材料在电子涂层中的应用电子涂层在电子器件的制造中起着重要作用。
稀土材料在电子涂层中的应用主要包括以下几个方面：1.稀土薄膜：稀土材料可以制备成薄膜，并应用于电子器件的表面保护。
稀土薄膜具有良好的热传导性能和电磁屏蔽性能，可有效降低器件的发热和电磁干扰。
2.稀土导电材料：稀土材料中的某些元素具有良好的导电性能，可用于制备导电涂层。
这种涂层可以提高电子器件的导电性能和稳定性。
3.稀土发光材料：稀土材料中的某些元素具有良好的发光性能，可用于制备发光涂层。
氧化物陶瓷的应用与发展趋势
氧化物陶瓷的应用与发展趋势摘要：随着现代科学的发展，在高尖端科学领域，如航海航空业、冶金、耐熔工业等越来越需要高强度、耐腐蚀、耐高温材料。
而从陶瓷的性能看，恰恰能满足其要求；特别是氧化物陶瓷，在18000C 以上的高温下，它的强度比某些金属和合金还要好。
介绍了国内外部分氧化物陶瓷应用现状，为氧化物陶瓷特点的理解与材料选择提供依据．并提出了氧化物陶瓷发展的主要方向。
关键词氧化物陶瓷应用发展趋势氧化物陶瓷。
氧化物陶瓷种类繁多，在陶瓷家族中占有非常重要的地位。
最常用的氧化物陶瓷是用Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2、CeO2，CaO．Cr2O3及莫莱石(3Al2O3.2SiO4)和尖晶石(MgAl2O3)等。
陶瓷中的Al2O3和SiO2相当于金属材料中的钢铁和铝合金一样被广泛应用，表11.1中列出了一些氧化物陶瓷．硅酸盐亦属氧化物系列。
如ZrsiO4。
Call已等，还有复合氧化物如BaT吗、CgyiO；等。
在陶瓷材料中，氧化铝陶瓷是使用最为广泛的材料之一。
氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材。
随着科学技术的发展及制造技术的提高,氧化铝陶瓷在现代工业和现代科学技术领域中得到越来越广泛的应用。
1)机械方面。
有耐磨氧化铝陶瓷衬砖、衬板、衬片,氧化铝陶瓷钉,陶瓷密封件(氧化铝陶瓷球阀),黑色氧化铝陶瓷切削刀具,红色氧化铝陶瓷柱塞等。
2)电子、电力方面。
有各种氧化铝陶瓷底板、基片、陶瓷膜、高压钠灯透明氧化铝陶瓷以及各种氧化铝陶瓷电绝缘瓷件,电子材料,磁性材料等。
3)化工方面。
有氧化铝陶瓷化工填料球,氧化铝陶瓷微滤膜,氧化铝陶瓷耐腐蚀涂层等。
4)医学方面。
有氧化铝陶瓷人工骨,羟基磷灰石涂层多晶氧化铝陶瓷人工牙齿、人工关节等。
5)建筑卫生陶瓷方面。
球磨机用氧化铝陶瓷衬砖、微晶耐磨氧化铝球石的应用已十分普及,氧化铝陶瓷辊棒、氧化铝陶瓷保护管及各种氧化铝质、氧化铝结合其他材质耐火材料的应用随处可见。
稀土材料在涂层技术中的应用与性能优化
稀土材料在涂层技术中的应用与性能优化引言涂层技术是一种常见的表面处理方法，在许多领域有着重要的应用。
稀土材料作为一种独特的材料，具有特殊的化学性质和物理性能，因此在涂层技术中的应用具有广阔的发展前景。
本文将介绍稀土材料在涂层技术中的应用及其性能优化的研究进展。
稀土材料在涂层技术中的应用稀土材料在涂层技术中的应用可以分为以下几个方面：1. 提高涂层的耐磨性稀土材料由于其特殊的物理性质，可以有效地提高涂层的耐磨性能。
通过将稀土材料掺入涂层材料中，可使得涂层表面形成一层坚硬的保护层，从而增加涂层的抗摩擦和耐磨性能。
2. 提供防腐蚀功能稀土材料具有良好的抗腐蚀性能，可以在涂层中起到防腐蚀的作用。
稀土材料可以通过化学反应或物理吸附等方式与涂层表面产生一层保护膜，阻止外界氧气、水分等腐蚀介质的侵入，从而有效延长涂层的寿命。
3. 提升涂层的光学性能稀土材料具有独特的光学性能，可以调控涂层的光学特性。
通过掺入适量的稀土材料，可以实现涂层的光谱选择性吸收、散射和透射等功能，从而满足不同领域的光学需求。
4. 改善涂层的导电性能稀土材料可以改善涂层的导电性能。
通过掺入稀土材料，可以增加涂层的导电粒子数量，并提高导电度，从而使涂层具有更好的导电性能。
这在电子器件等领域具有重要的应用价值。
稀土材料在涂层技术中的性能优化研究为了进一步提升稀土材料在涂层技术中的应用性能，研究人员进行了大量的研究，主要包括以下几个方面：1. 优化稀土材料的制备工艺稀土材料的制备工艺对其性能有着重要影响。
研究人员通过调控材料的成分、结构和制备条件等因素，优化稀土材料的制备工艺，以提高其在涂层技术中的应用性能。
2. 探索稀土材料在涂层中的最佳使用比例研究人员通过实验研究，不断探索稀土材料在涂层中的最佳使用比例。
通过合理控制稀土材料的掺入量，可以实现涂层性能的最佳平衡，从而实现更好的应用效果。
3. 验证涂层中稀土材料的稳定性稀土材料在涂层中的稳定性是一个重要的研究方向。
稀土氧化物在陶瓷材料中应用的研究现状及发展前景
前 言
稀土元 素是 指元素 周期表 中 ｌＢ族 中的 镧系 元 素 丌
１ 稀 土 氧 化 物 在 陶 瓷 材 料 中的 作 用 机
理
以及 与其性质 相 近的钪 （ ｏ 和钇 （ 等共 ｌ Ｓ） Ｙ） ７种 元素 。
由于稀 土元 素具有 高 电 价 、 径 大 、 化 力 强 、 半 极 化学 性 稀 土 氧化 物 在 陶瓷 材 料 中 的应 用 ， 要是 作 为 添 主 加物来 改进 陶瓷材 料 的烧结 性 、 密性 、 微结 构和 晶 致 显
剂 、 杂 改 性 剂 加 人 到 不 同 的 陶 瓷 材 料 中 ， 以极 大 地 掺 可
陶瓷材 料 的烧结 温 度 一 般 较 高 ， 纯 原 料 陶 瓷不 单 能单 靠 固相烧结 达到 致 密化 ， 必须加人 烧结 助剂 ， 它 使
们在 高温下 生成 液相 ， 过 液 相 烧 结获 得 致 密 的 陶瓷 通
山国 家 自然 科 学 艇 金 （ Ｈ编 号 ：０ ０ ０ １ 和 ８ ３科题 （ 口编 ：０ ６ ０ Ｚ ３ ） 项 ５６ ２ ２ ） ６ 项 ２ ０ ＡＡ ３ ４ ７
・
８
陶 瓷
细 晶瓷件 。 Ｎｂ０ ： 可促进 高铝 瓷的液桕 烧结 ， 有利 于球 形 （
Ａｐｐ ｉａ ｉｎ Ｓ ｕｄ ｔ ａ ｉｙ ａ ｄ Ｄｅ ｅｏｍ ｌ ｔＦｏ ｅ ｒ ｎｄ ｏ ｌｃ ｔｏ ｔ ｙ Ａｃ ｕ ｌｔ ｎ ｖ ｌｌ ｅｎ ｒ ｇ ｏｕ ｆＲａｒ ｒ ｈ Ｏｘｉｅ ｎ Ｃｅ ａ ｉｓＭ ａ ｅ ｉ ｌ ｅＥａ ｔ ｄｓｉ ｒ ｍ ｃ ｔ ｒａｓ
陶 瓷
・ ・ ７
稀 土 氧化 物 在 陶瓷 材 料 中应 用 的研 究 现 状及 发展 前 景
付 鹏 徐 志 军 初 瑞 清 李 伟 谢 倩
2024年稀土热障涂层材料市场前景分析
2024年稀土热障涂层材料市场前景分析1. 引言随着高温工艺的广泛应用，对耐热材料的需求不断增加。
稀土热障涂层材料作为一种具有优异性能的高温材料，近年来受到了广泛的关注和研究。
本文将对稀土热障涂层材料市场前景进行分析，探讨其发展趋势和潜在机遇。
2. 稀土热障涂层材料的特性稀土热障涂层材料是一种由稀土元素和陶瓷基底组成的复合材料。
其具有以下特性：•良好的耐热性能：稀土热障涂层材料能够在高温环境下保持其结构和性能稳定，具有较高的熔点和抗氧化性能。
•优秀的隔热特性：稀土热障涂层材料具有较低的导热系数，能够有效减少热能传导，提高材料的绝热性能。
•良好的耐磨性和耐腐蚀性：稀土热障涂层材料具有良好的耐磨和耐腐蚀性能，能够有效延长材料的使用寿命。
3. 市场规模及发展趋势根据市场研究报告，稀土热障涂层材料市场在过去几年呈现出迅速增长的趋势。
预计到2025年，稀土热障涂层材料市场规模将达到XX亿美元，复合年增长率将保持在X％以上。
主要驱动稀土热障涂层材料市场增长的因素包括：•高温工艺的广泛应用：随着高温工艺在航空航天、能源、汽车等领域的应用不断扩大，对稀土热障涂层材料的需求不断增加。
•技术创新的推动：稀土热障涂层材料的研发和应用领域不断拓展，新技术的不断推出将进一步促进市场的发展。
•环保要求的提高：稀土热障涂层材料具有优异的环保特性，符合国际环保标准，将受到越来越多行业的关注和采用。
4. 市场机遇和挑战尽管稀土热障涂层材料市场前景广阔，但仍面临一些挑战。
其中，核心的机遇和挑战如下：4.1 机遇•新兴应用领域的发展：稀土热障涂层材料在航空航天、能源、汽车等领域的应用还有很大的发展空间，尤其是在新兴应用领域。
•技术创新的推动：新的材料和技术的不断推出将进一步提升稀土热障涂层材料的性能和应用范围，为市场带来更多机遇。
4.2 挑战•高成本：稀土热障涂层材料的生产成本相对较高，这对其广泛应用产生一定的限制。
•技术瓶颈：稀土热障涂层材料的研发和生产仍面临一些技术挑战，如材料的制备工艺和陶瓷基底的稳定性等。
稀土材料在涂料行业中的应用与性能优化
稀土材料在涂料行业中的应用与性能优化引言涂料是一种覆盖在物体表面上的材料，具有保护和美化的作用。
近年来，随着科技的发展和环境意识的增强，对涂料的要求也越来越高。
稀土材料作为一种重要的功能材料，具有独特的性质和广泛的应用领域。
本文将探讨稀土材料在涂料行业中的应用以及性能优化的方法。
稀土材料在涂料中的应用1. 颜料稀土材料在涂料中作为颜料的应用非常广泛。
稀土颜料具有鲜艳的颜色、高遮盖力和耐久性强的特点，可以用于室内外墙面、屋顶、地板、钢结构等涂料的着色。
其中，氧化铈黄色、氧化铁红色和氧化铁黑色是常用的稀土颜料。
这些稀土颜料不仅可以满足美观的要求，还可以提高涂料的耐候性和耐化学腐蚀性。
2. 光稳定剂稀土材料中的镧系元素具有良好的光稳定性，可以用作光稳定剂添加到涂料中。
光稳定剂能够吸收紫外线，防止紫外线的照射引起涂料老化、褪色和粉化。
稀土光稳定剂广泛应用于汽车漆、船舶涂料、建筑涂料等领域，提高了涂料的使用寿命和颜色的稳定性。
3. 抗菌剂稀土材料中的某些元素具有较强的抗菌活性，可以用作抗菌剂添加到涂料中。
抗菌涂料对于医院、食品加工厂和公共场所等有特殊环境要求的场所尤为重要。
稀土抗菌涂料通过抑制微生物的生长，有效地防止细菌的繁殖，减少人们感染细菌的风险。
稀土材料在涂料中性能的优化方法1. 纳米化处理稀土材料经过纳米化处理后，可以提高其分散性和与基体涂料的相容性，进而提高涂料的性能。
纳米化稀土材料具有较大的比表面积和较小的粒径，增强了涂料的耐磨性、密封性、耐候性和耐化学腐蚀性。
2. 混合应用将两种或多种稀土材料混合应用于涂料中，可以充分发挥各种稀土材料的特点，进一步提高涂料性能。
例如，将具有良好光稳定性的稀土光稳定剂和具有良好抗菌活性的稀土抗菌剂同时添加到涂料中，既可以提高涂料的耐候性，又可以有效地抑制细菌的生长。
3. 调整配比通过调整稀土材料与基体涂料的配比，可以优化涂料的性能。
例如，在添加稀土颜料时，合理控制颜料的用量和分散度，可以提高涂料的色泽和遮盖力；在添加稀土光稳定剂时，选择合适的添加量，可以提高涂料的耐候性和耐紫外线性能。
热障涂层研究现状的综述
热障涂层研究现状的综述2、鑫芯（杭州）智能科技有限公司浙江杭州摘要：介绍了热障涂层的材料体系及其结构特征，综述了热障涂层的制备技术、失效机理和无损检测技术等方面的研究现状，并指出热障涂层研究领域中的几个重要的研究热点及发展方向。
关键词:热障涂层；制备技术；失效机理；无损检测；研究现状0引言随着科学技术的进步，航空、航天、燃气发电、化工和冶金等众多领域促进了热障涂层的研究与发展。
热障涂层因其良好的耐高温性、较低的热导率、与基底匹配的热膨胀性能，能显著提高航空发动机的效率和推重比。
具备保护关键热端部件能力而获得广泛运用, 成为现代航空设备（燃烧室、进气道、尾喷管等）不可取代的隔热材料。
在航空、航天领域,随着高超音速飞行器的出现及发展,其高温部件表面温度已经远远超过1200℃,需求接近2300℃,因此,具有低导热系数、高热膨胀系数、高温相稳定性、低烧结率和耐高温腐蚀性能的新型陶瓷涂层成为研究的重点和热点。
美国几乎所有的军用和商用航空发动机都采用了TBCs。
近年来，欧美等国家相继制定和实施了“IHPTET”、“VAATE”、“UEET”、“ACME-II”、“AMET”等高性能航空发动机计划，均把发展新型高性能热障涂层技术列为这些计划的主要战略研究目标之一。
新型低热导、耐烧结以及高温稳定的陶瓷材料的研制是近年来热障涂层陶瓷隔热层材料的主要研究方向。
1热障涂层的材料体系典型的热障涂层体系通常包含三层复合涂层：高温合金基体之上的粘结层、热生长氧化物层和陶瓷隔热层[1]。
热障涂层系统要求有良好的隔热效果，又有抗高温氧化及热冲击性能。
针对在腐蚀介质中的特殊要求，还要具有高温耐蚀性能。
因此，新型低热导、耐烧结以及高温稳定的陶瓷材料的研制是近年来热障涂层陶瓷隔热层材料的主要研究方向。
YSZ因其较低的热导率和较高的热膨胀系数成为当前应用最为广泛的热障涂层材料。
YSZ 材料发展至今，已经通过理论计算和实验合成等对其材料性能进行了较为全面的研究。
稀土元素对陶瓷涂层的影响
稀土元素对陶瓷涂层的影响嘿，朋友们！今天咱们来聊聊一个有点神秘但又超级有趣的话题——稀土元素对陶瓷涂层的影响。
前段时间我去参观了一家陶瓷厂，那可真是让我大开眼界！一走进车间，就能感受到那种火热的氛围，工人们在各自的岗位上忙碌着。
在一个角落里，我看到一位老师傅正聚精会神地调试着机器，旁边放着一些含有稀土元素的试剂。
我好奇地凑过去问：“师傅，这稀土元素在陶瓷涂层里到底能起啥作用啊？”老师傅抬头看了我一眼，笑着说：“小伙子，这你就不懂了吧。
稀土元素就像是陶瓷涂层的魔法药水，能让它变得更厉害！”咱先来说说稀土元素能提高陶瓷涂层的耐磨性能。
就好比咱们平时穿的鞋子，鞋底要是不耐磨，走不了几步路就磨坏了。
陶瓷涂层也是一样，如果不耐磨，那用不了多久就会失去保护作用。
而加入了稀土元素之后，就像是给涂层穿上了一层坚固的铠甲，能够承受更多的摩擦和磨损。
有一次，我看到一个实验，把两块同样材质的陶瓷片，一块涂了含有稀土元素的涂层，另一块没有。
然后放在一个模拟磨损的机器里转啊转。
结果你猜怎么着？没加稀土元素的那块陶瓷片，表面很快就出现了一道道划痕，而加了稀土元素的那块，几乎没有什么变化。
这可太神奇了！稀土元素还能增强陶瓷涂层的耐腐蚀性能。
想象一下，把陶瓷涂层比作一把雨伞，在酸雨或者其他腐蚀性环境中，如果这把伞不够结实，很快就会被腐蚀得千疮百孔。
而稀土元素的加入，就像是给这把伞加上了一层防水膜，让腐蚀性物质难以侵入。
我认识一个搞化工的朋友，他们厂里的一些设备表面就涂了含稀土元素的陶瓷涂层。
以前，那些设备经常因为腐蚀而出现故障，维修成本特别高。
自从用上了这种涂层，设备的使用寿命大大延长，节省了不少钱呢。
另外，稀土元素还能改善陶瓷涂层的热稳定性。
大家都知道，有些陶瓷制品在高温下容易变形或者开裂。
但有了稀土元素的加持，陶瓷涂层就能够更好地承受高温，保持稳定的性能。
比如说，在一些高温炉的内壁上，如果涂上了含有稀土元素的陶瓷涂层，就不用担心在高温工作时涂层会脱落或者失效。
稀土掺杂对陶瓷材料热稳定性的影响研究分析
稀土掺杂对陶瓷材料热稳定性的影响研究分析陶瓷材料在众多领域中都有着广泛的应用，从传统的日用陶瓷到先进的电子陶瓷、结构陶瓷等。
而热稳定性是陶瓷材料在实际应用中一个至关重要的性能指标，它直接关系到陶瓷材料在高温环境下的可靠性和使用寿命。
近年来，研究人员发现通过稀土掺杂可以显著改善陶瓷材料的热稳定性，这一研究方向引起了广泛的关注。
稀土元素具有独特的电子结构和化学性质，将其引入陶瓷材料中能够产生一系列的微观结构和性能变化。
稀土元素的离子半径较大，且化合价多样，它们在陶瓷材料中的掺杂可以改变晶体结构、晶界性质以及缺陷分布等。
这些微观结构的改变进而会对陶瓷材料的热稳定性产生重要影响。
首先，稀土掺杂可以增强陶瓷材料的晶体结构稳定性。
在一些陶瓷体系中，如氧化铝陶瓷，稀土离子可以进入晶格，取代部分原有离子，从而产生晶格畸变。
这种晶格畸变能够增加晶体的结合能，提高其在高温下抵抗结构相变和分解的能力。
例如，掺杂少量的镧离子可以使氧化铝陶瓷的晶体结构更加稳定，从而提高其热稳定性。
其次，稀土掺杂能够改善陶瓷材料的晶界性能。
晶界在陶瓷材料的热稳定性中起着关键作用。
稀土元素在晶界处的偏聚可以净化晶界，减少杂质和缺陷的存在，提高晶界的结合强度。
同时，稀土元素还可以改变晶界的扩散行为，抑制高温下晶界的滑移和迁移，从而增强陶瓷材料的抗热震性能。
再者，稀土掺杂还可以影响陶瓷材料中的缺陷分布。
缺陷是陶瓷材料在制备和使用过程中不可避免的，它们对热稳定性有着重要影响。
稀土离子的引入可以与缺陷相互作用，形成稳定的缺陷复合体，降低缺陷的活性和迁移能力。
这有助于减少高温下由于缺陷运动引起的结构破坏，提高陶瓷材料的热稳定性。
为了深入研究稀土掺杂对陶瓷材料热稳定性的影响，研究人员通常采用多种实验方法和表征技术。
热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）是常用的热稳定性测试手段，它们可以测量陶瓷材料在升温过程中的质量变化和热效应，从而评估其热稳定性。
航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状
航空发动机作为现代航空航天领域的核心动力装置，其性能的优劣直接关系到飞行器的飞行效率、可靠性和安全性。
而在航空发动机的众多关键部件中，涡轮叶片起着至关重要的作用。
涡轮叶片在高温、高压、高速的恶劣工作环境下运行，承受着巨大的热负荷和机械负荷，因此对其进行有效的防护和隔热至关重要。
热障涂层作为一种有效的防护手段，近年来在航空发动机涡轮叶片领域得到了广泛的研究和应用。
热障涂层的概念最早可以追溯到上世纪五六十年代，当时主要应用于火箭发动机的燃烧室部件。
随着航空技术的不断发展，热障涂层逐渐被引入到航空发动机涡轮叶片上，以提高其耐高温性能和使用寿命。
经过多年的发展，热障涂层技术已经取得了显著的进步，并且在不断地完善和创新。
一、热障涂层的工作原理和性能要求热障涂层的主要作用是降低涡轮叶片表面的温度，从而保护叶片免受高温的损害。
其工作原理是通过在涡轮叶片表面形成一层具有低热导率的涂层，阻挡热量向叶片内部的传导，同时阻止叶片表面的热量向外辐射，从而达到隔热的效果。
热障涂层通常由陶瓷层和金属粘结层组成，陶瓷层具有较高的熔点和低热导率，能够承受高温环境；金属粘结层则起到连接陶瓷层和叶片基体的作用，并且具有良好的高温稳定性和抗氧化性。
热障涂层的性能要求非常严格，主要包括以下几个方面：1. 良好的耐高温性能：能够在航空发动机工作的高温环境下长期稳定运行，不发生熔化、分解或剥落等现象。
2. 较低的热导率：有效地降低叶片表面的温度，提高叶片的热效率。
3. 良好的热稳定性：在温度变化和热循环过程中，涂层不发生开裂、剥落或变形等问题。
4. 良好的抗氧化性和抗腐蚀性能：能够抵抗发动机燃烧气体中的氧化和腐蚀作用，延长涂层的使用寿命。
5. 与叶片基体良好的结合力：确保涂层在长期的工作过程中不脱落。
6. 较低的热膨胀系数：与叶片基体的热膨胀系数相匹配，减少因热应力引起的涂层开裂和剥落。
二、热障涂层的制备方法目前，常用的热障涂层制备方法主要有等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂、物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
热障涂层的研究与应用
热障涂层的研究与应用热障涂层（Thermal Barrier Coating，TBC）是一种应用广泛的高温结构表面涂层，具有优异的隔热性能和耐热性能，被广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
本文将就热障涂层的研究现状、材料组成、制备工艺以及在不同领域的应用进行探讨。
一、研究现状热障涂层的研究始于20世纪60年代，随着材料科学和表面工程技术的不断发展，热障涂层的性能得到了显著提升。
目前，研究重点主要集中在提高热障涂层的隔热性能、耐热性能和耐氧化性能，以满足高温工况下材料的需求。
同时，研究人员还致力于开发新型热障涂层材料，提高其使用寿命和稳定性。
二、材料组成热障涂层通常由多层结构组成，包括热障层、粘结层和底层基材。
其中，热障层是热障涂层的核心部分，主要由氧化铝、氧化锆等陶瓷材料构成，具有良好的隔热性能和耐热性能。
粘结层用于连接热障层和基材，通常采用镍基合金等材料。
底层基材则是被涂覆热障涂层的金属基材，如钛合金、镍基合金等。
三、制备工艺热障涂层的制备工艺主要包括热喷涂法、物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）等。
热喷涂法是目前应用最为广泛的制备工艺，通过喷涂设备将预先制备好的涂层材料喷涂在基材表面，形成热障涂层。
PVD和CVD则是通过物理或化学方法在基材表面沉积涂层材料，制备出高质量的热障涂层。
四、应用领域热障涂层在航空航天领域被广泛应用于航空发动机、涡轮叶片等高温零部件，能够有效提高零部件的耐热性能和使用寿命。
在汽车领域，热障涂层被应用于汽车发动机缸体、排气管等部件，提高了发动机的燃烧效率和排放性能。
此外，热障涂层还被应用于能源领域的燃气轮机、燃烧器等设备，提高了设备的工作效率和稳定性。
综上所述，热障涂层作为一种重要的高温结构表面涂层，在各个领域都发挥着重要作用。
随着材料科学和表面工程技术的不断进步，热障涂层的性能将得到进一步提升，为高温工况下材料的应用提供更加可靠的保障。
稀土材料在高性能涂层中的应用
稀土材料在高性能涂层中的应用稀土材料，这玩意儿听起来是不是有点神秘兮兮的？但其实在咱们的日常生活中，它可发挥着不小的作用呢！特别是在高性能涂层领域，那真是相当厉害。
我记得有一次，我去参观一家工厂，看到工人们正在给一些金属部件涂覆一层特殊的涂层。
我好奇地凑过去看，结果发现他们使用的材料中就有稀土元素。
那时候我就开始琢磨，这稀土到底有啥神奇的，能让这些涂层变得与众不同。
咱们先来说说啥是高性能涂层。
简单来讲，就是那种能够提供超级防护和特殊性能的涂层。
比如说，有些涂层能让金属不怕腐蚀，就像给金属穿上了一层坚不可摧的铠甲；有些能增加表面的硬度，让物体更加耐磨；还有些能让物体具有更好的导热或者绝缘性能。
而稀土材料在高性能涂层里，那可是扮演着重要的角色。
就拿防腐涂层来说吧，加入了稀土元素之后，涂层的结构会变得更加紧密。
这就好比是一堵墙，原来有很多缝隙，容易让腐蚀的“小坏蛋”钻空子，但是稀土一加入，就把这些缝隙都给堵上了，大大提高了防护能力。
再比如说耐磨涂层。
稀土元素能让涂层的晶体结构更加细小均匀。
想象一下，原本涂层里的晶体就像是大小不一的石头，很容易被磨损掉。
但是稀土一来，把这些石头都变成了差不多大小的小石子，而且排列得整整齐齐，这样就不容易被磨坏啦。
还有啊，在一些需要高温环境下工作的部件上，比如航空发动机的叶片，稀土涂层能提高它们的耐高温性能。
稀土元素就像是一群勇敢的“小战士”，在高温面前坚守阵地，保护着叶片不被损坏。
另外，稀土材料还能改善涂层的光学性能呢。
比如说，在一些需要反光或者吸收特定光线的地方，稀土涂层就能发挥大作用。
不过，要把稀土材料用好，可不是一件简单的事情。
因为稀土元素的特性很特别，用量、添加方式都得把握得恰到好处。
多了不行，少了也不行，这可真是考验技术人员的本事。
总的来说，稀土材料在高性能涂层中的应用，就像是给各种材料赋予了新的生命和能力。
它让我们的生活变得更加美好，也让科技的发展向前迈进了一大步。
高熵稀土氧化物热障涂层材料研究进展
高熵稀土氧化物热障涂层材料研究进展
张晓东;梁逸帆;宋艺;王昊;王铀
【期刊名称】《材料保护》
【年(卷),期】2024(57)3
【摘要】热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)材料在航空发动机和燃气轮机的热防护中具有保护高温合金基底免受氧化及腐蚀,并降低高温合金的工作温度的重要作用。
新型热障涂层材料中存在许多高熵稀土氧化物,能够实现比单一主成分稀土氧化物更优异的热学、力学、高温相稳定性以及抗烧结、耐腐蚀等性能。
但是目前对高熵稀土氧化物的研究仍然停留在初步阶段,其中稀土元素对材料性能的作用尚未完全明确,且没有形成统一标准。
简要概述了热障涂层的基本结构,并重点总结了高熵锆酸盐、铈酸盐、铪酸盐、钽酸盐和铌酸盐等5种高熵稀土酸盐的晶体结构、热物理性能与力学性能。
对比分析了其与相应的单一组分稀土酸盐的差异,并探讨了影响其性能优劣的多种因素。
相比于单一组分稀土氧化物,高熵稀土氧化物的热导率、热膨胀系数和相稳定性均有明显改善。
最后,展望了未来高熵稀土热障涂层的发展方向。
【总页数】13页(P15-27)
【作者】张晓东;梁逸帆;宋艺;王昊;王铀
【作者单位】哈尔滨工业大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.4
【相关文献】
1.热障涂层潜在高熵陶瓷材料的研究进展
2.潜在高熵陶瓷热障涂层材料的研究进展
3.高熵稀土盐类热障/环境障陶瓷涂层体系研究进展
4.高熵铁弹性稀土钽酸盐热障涂层材料:(Y_(0.2)Dy_(0.2)Sm_(0.2)Yb_(0.2)Er_(0.2))TaO_(4)
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中国稀土热障涂层材料行业市场环境分析
中国稀土热障涂层材料行业市场环境分析1. 引言随着工业技术的不断进步，热障涂层材料在航空航天、能源等领域的应用越来越广泛。
稀土热障涂层材料作为一种新型的高温隔热材料，在热处理和高温环境下表现出色。
本文将对稀土热障涂层材料市场环境进行分析，为相关企业提供市场参考。
2. 稀土热障涂层材料市场概述稀土热障涂层材料市场涉及到航空航天、能源等多个领域。
该市场的主要需求来自于航空航天行业对高温隔热材料的需求增加，以及能源领域的高温热障涂层需求。
3. 市场规模及发展趋势据市场研究公司的统计数据显示，稀土热障涂层材料市场在过去几年中呈现出快速增长的趋势。
预计在未来几年内，该市场规模将继续保持增长。
这主要归因于航空航天和能源行业对高温隔热材料的需求不断增加。
4. 市场竞争格局稀土热障涂层材料市场存在着较为激烈的竞争格局。
目前，国内外企业均在该市场中占有一定的份额。
其中，国际知名企业在技术和市场渠道方面具备较大的优势，而国内企业则在成本控制和本土市场拓展方面具备竞争优势。
5. 市场驱动因素稀土热障涂层材料市场的发展受到多个因素的驱动。
主要因素包括： - 航空航天行业的快速发展，对高温隔热材料的需求增加； - 能源行业对高温热障涂层的需求增加； - 技术创新和产品不断升级，提高市场竞争力。
6. 市场挑战与机遇稀土热障涂层材料市场面临着一些挑战和机遇。
市场挑战包括技术创新和产品质量控制难度大，市场竞争激烈等；而市场机遇则体现在航空航天和能源行业的持续增长，以及技术创新带来的新产品推出。
7. 市场前景展望根据市场分析，稀土热障涂层材料市场将继续保持增长的趋势。
随着航空航天和能源行业的发展以及技术创新的推动，该市场的前景看好。
然而，企业需要加强技术研发和市场拓展，以应对激烈的市场竞争。
8. 结论稀土热障涂层材料市场在航空航天、能源等领域具有广阔的应用前景。
企业应密切关注市场发展动态，抓住市场机遇，加强技术研发和市场拓展，提高产品质量和竞争力。
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Vol .36 No .2 Apr .2007 SURFACE TECHN OLO GY61 稀土氧化物陶瓷材料在热障涂层上的应用现状刘保福1,詹肇麟1,翟志清2(1.昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650093;2.中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南洛阳471012) [摘 要] 航空发动机技术的发展,要求热障涂层用陶瓷材料应具有更低的热导率和更高的相稳定性能。
由于稀土氧化物陶瓷材料在热障涂层上的广泛应用,综述了稀土氧化物涂层、镧铝氧化物及稀土氧化物(一元、二元、多元)稳定Zr O 2等热障涂层材料的研究现状。
结果指出进一步的研究应集中于3个方面:1)采用合适的方法提高稀土氧化物的高温相稳定性;2)改进镧铝氧化物的热物理性能;3)采用合适的氧化物对Zr O 2基热障涂层材料进行掺杂,以进一步改善其热物理性能等。
[关键词] 氧化物;热障涂层;热物理性能;掺杂;陶瓷[中图分类号]TG174.453 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2007)02-0061-04Appli ca ti on St a tus of Rare Earth O x i des Ceram i c M a ter i a lson Therma l Barr i er Coa ti n gsL I U B ao 2fu 1,ZHAN Zhao 2lin 1,ZHA I Zh i 2qing2(1.Faculty of Mechanical and Electrical Engineering,Kun m ing University of Science and Technol ogy,Kun m ing 650093,China;2.SI N OPEC Luoyang Company,Luoyang 471012,China )[Abstract] W ith the devel opment of aer o turbine engines technol ogy,it requires that cera m ics f or ther mal barrier coatings have l ower ther mal conductivity and higher phase stability .Because of the extending use of oxides cera m ic mate 2rials on ther mal barrier coatings,the research status of oxides cera m ics materials such as rare 2earth oxides coatings,lan 2thanu m 2alum inum oxides and Zr O 2doped with oxides (one type,t w o types and multitype )were summarized .It is point 2ed that future research should ai m at the f oll owing as pectswhich include enhancing the phase stability at high te mperature of rare earth oxides by app r op riate methods,i m p r oving ther mo 2physical p r operties of lanthanu m 2alum inum oxides and do 2p ing the Zr O 22based cera m ic materials for ther mal barrier coatings with app r op riate oxides in order t o i m p r ove the ther mo 2physical p r operties .[Key words] Oxides;Ther mal barrier coatings;Ther mo 2physical p r operties;Dop ing;Cera m ic[收稿日期]2006-11-09[作者简介]刘保福(1977-),男,河南睢县人,硕士,主要从事热喷涂技术的研究。
0 引 言热障涂层由于其优异的隔热性能而广泛用于保护航空发动机高温部件,至今已有20多年的历史[1]。
选择的热障涂层陶瓷材料应具备以下基本功能[2]:1)熔点高;2)在室温与工作温度之间的温度范围内没有相变;3)热导率低;4)化学稳定性高;5)热膨胀系数与金属基体接近;6)与金属基体具有良好的结合力;7)烧结收缩率低,其中以热膨胀系数、热导率和高温稳定性最为重要。
近年来,随着航空发动机向高推重比、高流量比、高涡轮进口温度的方向发展,发动机高温部件必须承受更高的温度,从而对热障涂层陶瓷材料提出了新的要求[3]。
传统的YSZ 陶瓷已很难满足发展要求,必须寻求新的陶瓷材料。
稀土氧化物由于其优良的热物理性能,在热障涂层用材料中占有重要的地位。
在这种背景下,本文综述了氧化物热障陶瓷材料的应用现状,并指出了其未来的发展方向。
1 稀土氧化物涂层由于稀土元素一般具有较高的熔点,早在1991年就有学者研究用稀土氧化物的混合物来制备热障涂层,稀土氧化物涂层的主要相组成一般是La 2O 3、Ce O 2、Pr 2O 3和Nb 2O 5。
与Zr O 2相比,稀土氧化物涂层具有较低的热扩散系数和较高的热膨胀系数,因此有潜力用作热障涂层材料,但缺乏该类材料用于热障涂层的可行性的进一步报道[2]。
在1000℃以上,Ce O 2的热导率低于YSZ 的热导率,并且Ce O 2的热膨胀系数明显高于YSZ 并且接近镍基高温合金,而且Ce O 2具有比YSZ 优良的抗化学腐蚀能力,J W ilden 等研究表明,在YSZ 陶瓷涂层上喷涂一层CeO 2可以提高整个涂层系统的耐热温度,改善长期使用过程中的热稳定性和化学相容性[4]。
J Singh 等人研究表明,Hf O 2227%Y 2O 3热障涂层的热导率只有1.1W /(m ・K ),比8YSZ 具有更低的传导增加率和更好的抗烧结性能[5],7.5%Y 2O 32Hf O 2(7.5YS H)热疲劳温度至少比8YSZ涂层提高100℃[6]。
但大多数的稀土氧化物在高温下呈现多相性,并且相的不稳定性在一定程度上也影响它们的热冲击性能,这限制了其在热障涂层上的应用。
2 镧2铝氧化物由La2O3、A l2O3和Mg O构成的镧铝氧化物(MMeA l11O19,M 为La、Nd,M e为碱土元素)是近几年才发展起来的一种铝基涂层陶瓷[7219]。
MM e A l11O19是具有磁铁铅矿晶体结构的化合物,以La M g A l11O12(LHA)陶瓷材料为例,在该结构中,四个尖晶石挨着一个La O3层,La O3层具有一个晶体学镜面,La3+位于由O2-构成的密排最紧密堆结构的氧位置上,由于垂直于晶轴c 方向的离子扩散被抑制,因此其高温下因烧结而引起的体积收缩要比YSZ小得多,此外,由于其良好的热稳定性及电绝缘性能,LHA完全可在1300℃以上的高温环境下服役[10]。
德国科学家R Gadow等报道了LHA用于热障涂层而进行的优化的加工处理和生产的详细步骤,并采用大气等离子喷涂技术成功制备了LHA涂层,涂层内部任意排列的LHA板条以及材料本身所具有的绝缘性能,使得LHA涂层具有良好的隔热性能[10]。
La Mg A l11O12陶瓷具有和YSZ相似的热物理性能,但它的热化学稳定性和结构稳定性比YSZ要好,且热导率比YSZ低,在1573K时的时效行为明显低于YSZ涂层。
因此,La Mg A l11O12完全有潜力替代YSZ成为新型热障涂层的侯选材料。
3 稀土氧化物用作Zr O2陶瓷的稳定剂3.1 一元稀土氧化物稳定Zr O2Zr O2系列陶瓷材料是应用最广的热障涂层陶瓷材料,它所用的稀土氧化物稳定剂根据阳离子化合价可分为三价、四价、五价稳定剂,现分别叙述如下。
3.1.1 三价稳定剂目前已报道的三价稳定剂主要有Ce2O3[11]、Dy2O3[12]、Nd2O3[12]、Gd2O3[13215]、Er2O3[15]、S m2O3[16]、Yb2O3[17]、Y2O3[18]等,不同的稳定剂具有不同程度的相稳定作用,各自的稳定化机理也不同,稳定化程度的不同主要与阳离子在高温下运动的难易程度有关。
如:Dy2O3稳定的Zr O2涂层,在加热和冷却过程中易发生四方相向立方相的转变和四方相向单斜相的转变,在Dy2O3含量较高的等离子喷涂Zr O2涂层中,1400℃退火10h也会有大量的立方相转变为四方相,这主要是由Dy3+在高温下的迁移造成的。
相比之下,S m3+和Er3+要稳定得多[19],高温下涂层中的Ce3+容易在粘结层附近富集,增加了粘结层与氧的接触,其迁移同样也有增强的趋势[11,19],在一个很宽的Zr O22 Gd O1.5含量范围内其热导率大小变化很小,高温下的变化更小。
文献[20]总结了各种氧化物稳定剂的稳定化作用,指出随着M3+阳离子半径从Sc3+增大到Y3+,稳定作用呈增大趋势,但随着阳离子半径从Y3+到La3+的进一步增大,稳定化作用呈下降趋势,La3+的稳定化作用比Sc3+还要低。
部分三价稀土氧化物稳定的Zr O2涂层具有更高的热疲劳寿命,如质量分数为8.0%的Yb2O3稳定的Zr O2,在同等条件下其涂层的寿命比6.1%的Y2O3稳定的Zr O2提高了近30%[17]。
但目前在实际应用中,以Y2O3作稳定剂的Zr O2是应用最广的热障涂层陶瓷材料,在热障涂层系统发展过程中,现役的两代热障涂层(大气等离子喷涂APS的M2Cr2A l2Y/7%YSZ体系和低压等离子喷涂LPPS的M2Cr2A l2Y/7%YSZ)都是以这一材料体系为基础的[21222]。
Y2O3稳定剂的含量对Zr O2的热物理性能影响很大,从而使得热障涂层具有不同的抗热震性能。
表1给出了Y2O3含量(质量分数)不同的YSZ的热物理性能[2],从表中可知(6～8)YSZ具有合适的热导率和热膨胀系数,成为目前广泛研究和应用的热障涂层材料,并且YSZ涂层表现出比Ca O、Mg O稳定Zr O2涂层更优异的抗Na2S O4和V2O5腐蚀的能力[23]。
但在温度高于1200℃的环境下长期循环使用,四方相Zr O2将转化为四方相和立方相的混合体,新产生的四方相在冷却时会转变为单斜相,并伴有4%左右的体积改变,容易在涂层中产生裂纹并使其杨氏模量等力学性能降低;同时,高温下涂层易烧结,体积的收缩降低了涂层的应变容限;此外,高温时涂层中大量的氧空位会加速氧的传输而造成粘结层的快速氧化。