專利名稱：鎂基鋁酸鑭熱障涂層材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂基鋁酸鑭熱障涂層材料的制備方法，屬于材料領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)向具有高推重比和大推動(dòng)力方向發(fā)展，采 用的主要措施是提高渦輪機(jī)進(jìn)口溫度。這使得原有的制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合 金材料已經(jīng)不能滿足要求。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用溫度，目前普遍采用的作法是 在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和各類燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)工作葉片、導(dǎo)向葉片、渦輪盤、燃燒室
熱端部件表面先涂覆一層如NiOAlY等的過渡合金層，再在其上涂履一層6 8。％氧化釔(Y203)部分穩(wěn)定的氧化鋯(Zr02) (Y-PSZ)熱障涂層材料，以降低 發(fā)動(dòng)機(jī)基體材料的溫度，防止發(fā)動(dòng)機(jī)基體材料的氧化、腐蝕，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工 作溫度，延長發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。然而Y-PSZ基熱障涂層材料具有以下缺點(diǎn)1)當(dāng) 使用溫度高于110(TC時(shí)，涂層易燒結(jié)，涂層內(nèi)的微裂紋和微孔會(huì)愈合,而導(dǎo)致陶 瓷涂層致密化，引起涂層材料體積的變化，加劇涂層與基體的應(yīng)力的不匹配， 進(jìn)一步導(dǎo)致涂層缺陷的產(chǎn)生。2)當(dāng)使用溫度超過70(TC， Y-PSZ熱障涂層中大 量的氧空位會(huì)加速氧離子傳輸而導(dǎo)致金屬粘結(jié)層的快速氧化，使其體積增加， 應(yīng)力增大，最終熱障涂層失效。3)隨著工作溫度的升高，這類材料在117(TC左 右發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较唷Ｓ纱艘鸬?%~6%的熱應(yīng)力也會(huì)促 進(jìn)氧化鋯基熱障涂層在高溫失效。上述缺點(diǎn)是限制目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度提 高、阻礙航空航天工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的"瓶頸"所在。 鎂基六鋁酸鑭(LaMgAl 019)基陶瓷材料在高溫下，尤其是當(dāng)溫度H10(TC 時(shí)，具有比Y-PSZ更低的熱導(dǎo)率和收縮率，在2000。C以下沒有相變點(diǎn)，具有良 好的熱穩(wěn)定性；在其結(jié)構(gòu)中，氧空位量很少，高溫下能有效地抑制氧原子的擴(kuò) 散，因此有望用于制備熱障涂層。
目前，鎂基鋁酸鑭多采用傳統(tǒng)氧化物陶瓷生產(chǎn)工藝制備按既定比例稱量所 需氧化物原料后，經(jīng)球磨、干燥和隨后的焙燒工藝制成，工藝簡單易行。然而， 采用上述工藝時(shí)，由于焙燒過程中原料成份的波動(dòng)，很難制備出高純鎂基鋁酸 鑭陶瓷材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備高純鎂基鋁酸鑭熱障涂層材料的方法。 本發(fā)明提出一種兩步法合成高純鎂基鋁酸鑭的方法。
將原料按LaMgAluCh9化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料。其中氧化鎂原料為氧化鎂
或氫氧化鎂或碳酸鎂；氧化鋁原料為Y-氧化鋁或氫氧化鋁；氧化鑭原料為氧 化鑭或碳酸鑭或氫氧化鑭。以氧化鋁球?yàn)檠心ンw在聚氨酯球磨罐中濕法球磨
12~24h。漿料經(jīng)烘干后(烘干溫度60 100°C)，進(jìn)行模壓成型。在高溫爐內(nèi)于 1450 1600。C的溫度下進(jìn)行預(yù)燒5~12h，得到預(yù)燒塊體。把預(yù)燒塊體粉碎后，加 入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002~0.015的MgO細(xì)粉。然后，放入聚氨酯球磨罐中用氧化鋁 球進(jìn)行濕法球磨，得到陶瓷漿料。將該陶瓷漿料在干燥箱中于60 10(TC下干燥 后，進(jìn)行造粒，利用等靜壓成型。坯體在1550 1700'C燒結(jié)6~24h，得到高純鎂 基鋁酸鑭陶瓷材料。該材料可作為EB-PVD法制備熱障涂層的靶材。 本發(fā)明的特點(diǎn)在于
1) 采用二步法進(jìn)行制備；
2) 預(yù)燒后，在原料中添加0.002-0.015的MgO以補(bǔ)充氧化鎂在高溫下的 揮發(fā)；
四

圖1為本發(fā)明合成的鎂基鋁酸鑭陶瓷材料的X-射線衍射結(jié)果； 圖2為本發(fā)明合成的鎂基鋁酸鑭陶瓷材料熱擴(kuò)散系數(shù)。
五具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
按LaMgAluOM七學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料。制備lkg鎂基鋁酸鑭所用原料分別為 氧化鑭1^203 213,34克，氧化鎂Mg052.75克，氫氧化鋁A1(OH)31123.09克。 將稱量的各種原料放入聚氨酯球磨罐中，加入適量蒸餾水(或無水乙醇)，以氧 化鋁球?yàn)檠心ンw球磨18h。將漿料放入干燥箱中，在90。C的溫度下干燥14h。在 20MPa壓力下進(jìn)行模壓成型。成型體在空氣中于155(TC下預(yù)燒10h得到預(yù)燒體。 預(yù)燒體經(jīng)粉碎后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.005的MgO細(xì)粉，放入聚氨酯球磨罐中，以 蒸餾水(或無水乙醇)為介質(zhì)濕磨24h，得到陶瓷漿料。陶瓷衆(zhòng)料在8(TC下干 燥24h，之后加入適量的PVA水溶液進(jìn)行造粒。在20MPa下模壓預(yù)成型，然后 利用冷等靜壓機(jī)在200MPa下成型。在空氣中于160(TC下燒結(jié)20h，得到高純 LaMgAluO^熱障涂層材料。
實(shí)施例2:
按LaMgAluOM七學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料，制備lkg鎂基鋁酸鑭所用原料分別為 氧化鑭La(OH)3 248.60克，氫氧化鎂Mg(OH)276.34克，氫氧化鋁Al(OH)31123.09
克。將稱量的各種原料放入聚氨酯球磨罐中，加入適量蒸餾水(或無水乙醇)，
以氧化鋁球?yàn)檠心ンw球磨14h。將漿料放入烘箱中，在8(TC的溫度下干燥20h。 在20MPa壓力下進(jìn)行模壓成型。成型體在空氣中于157(TC下預(yù)燒8h得到預(yù)燒 體。預(yù)燒體經(jīng)粉碎后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.008的MgO細(xì)粉，放入聚氨酯球磨罐 中，以無水乙醇為介質(zhì)濕磨24h，得到陶瓷漿料。陶瓷漿料在7(TC下干燥24h， 之后加入適量的PVA水溶液進(jìn)行造粒。在20MPa下模壓預(yù)成型，然后利用冷等 靜壓機(jī)在200MPa下成型。在空氣中于165(TC下燒結(jié)12h，得到高純LaMgAl 019 熱障涂層材料。 實(shí)施例3::
按LaMgAlnO^化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料，制備lkg鎂基鋁酸鑭所用原料分別為 碳酸鑭La2(C03)3 .8H20 393.96克，氧化鎂Mg052.75克，Y-氧化鋁Y-A1203 734.02克。將稱量的各種原料放入聚氨酯球磨罐中，加入適量蒸餾水(或無水 乙醇)，以氧化鋁球?yàn)檠心ンw球磨22h。將漿料放入烘箱中，在9(TC的溫度下干 燥20h。在20MPa壓力下進(jìn)行模壓成型。成型體在1550。C下預(yù)燒8h，燒結(jié)氣氛 為氧化性氣氛。預(yù)燒體經(jīng)粉碎后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.012的MgO細(xì)粉，放入聚氨 酯球磨罐中，以無水乙醇為介質(zhì)濕磨24h，得到陶瓷漿料。陶瓷漿料在8(TC下 干燥20h，之后加入適量的PVA水溶液進(jìn)行造粒。在20MPa下模壓預(yù)成型，然 后利用冷等靜壓機(jī)在200MPa下成型。在空氣中于168(TC下燒結(jié)6h，得到高純 LaMgAluCh9熱障涂層材料。
權(quán)利要求
1、鎂基鋁酸鑭熱障涂層材料的制備方法，其特征在于按LaMgAl11O19化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料其中氧化鎂原料為氧化鎂或氫氧化鎂或碳酸鎂；氧化鋁原料為Y-氧化鋁或氫氧化鋁；氧化鑭原料為氧化鑭或碳酸鑭或氫氧化鑭；制備方法如下1)以氧化鋁球?yàn)檠心ンw在聚氨酯球磨罐中濕法球磨12～24h，烘干漿料，烘干溫度60～100℃，模壓成型；2)成型體在高溫爐內(nèi)于1450～1600℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒5～12h，得到預(yù)燒塊體；3)將上述預(yù)燒塊體粉碎，在粉碎后的預(yù)燒原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002～0.015的MgO細(xì)粉；然后，放入聚氨酯球磨罐中用氧化鋁球進(jìn)行濕法球磨，得到陶瓷漿料；4)將上述陶瓷漿料在干燥箱中干燥，溫度60～100℃，然后進(jìn)行造粒，造粒后的原料利用等靜壓成型；成型的坯體在1550～1700℃燒結(jié)6～24h，得到高純鎂基鋁酸鑭陶瓷材料；該陶瓷材料可作為EB-PVD法制備熱障涂層的靶材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂基鋁酸鑭熱障涂層材料的制備方法，屬于材料領(lǐng)域。特點(diǎn)是按LaMgAl₁₁O₁₉化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料，制備方法1)以氧化鋁球?yàn)檠心ンw在聚氨酯球磨罐中濕法球磨，烘干，模壓成型；2)成型體在高溫爐內(nèi)于進(jìn)行預(yù)燒，得到預(yù)燒塊體；3)將上述預(yù)燒塊體粉碎，在粉碎后的預(yù)燒原料中加入MgO細(xì)粉；放入聚氨酯球磨罐中用氧化鋁球進(jìn)行濕法球磨，得到陶瓷漿料；4)將上述陶瓷漿料在干燥箱中干燥，造粒，造粒后的原料利用等靜壓成型；成型的坯體在1550～1700℃燒結(jié)6～24h，得到高純鎂基鋁酸鑭陶瓷材料；該陶瓷材料可作為EB-PVD法制備熱障涂層的靶材。
文檔編號(hào)C04B35/44GK101182196SQ20071018687
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者仲崇英, 芬 周, 安勝利, 宋希文, 李培中, 敏 謝, 鳴 趙 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)