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热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)的应用和发展引领着航空事业跨越到新层面,如今航空发动机的发展水平取决于涂层材料的综合性能的提升。飞机运行时,涡轮叶片在温度高于1200℃下工作时,环境中的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)会渗透进入涂层内部与YSZ发生反应导致涂层失效。因此,热障涂层材料不仅要具有很高的承载温度,而且要具有较好的抗CMAS腐蚀性能。钇铝石榴石(Y3Al5O12,YAG)是较为理想的热障涂层保护材料。根据YAG的晶体结构,采用化学共沉淀法,通过La元素掺杂取代Y元素位置得到(LaxY1-x)3Al5O12(x=0,0.1,0.2,0.3)四种成分的陶瓷材料,并对这四种成分的陶瓷材料进行组织结构、显微形貌、力学性能、热物理性能以及抗CMAS热腐蚀性能的研究,得到如下结论:(1)开展了对前驱体粉末经过1150℃/2 h煅烧的(LaxY1-x)3Al5O12(x=0,0.1,0.2,0.3)粉体物相的研究。未掺杂的和掺杂含量x=0.1时的煅烧粉末均为YAG相;当掺杂含量x=0.2时,煅烧粉末主要为YAG相,并且出现部分LaAlO3相和YAlO3(YAP)相;当掺杂含量x=0.3时,煅烧粉体由YAP相和少量的LaAlO3相组成。(2)开展了对片体经过1600℃/6 h烧结得到(LaxY1-x)3Al5O12(x=0,0.1,0.2,0.3)四种陶瓷块材的物相组织和显微结构的研究。未掺杂的陶瓷块材仍为YAG相;掺杂后的(LaxY1-x)3Al5O12(x=0.1,0.2,0.3)三种陶瓷块材主要由YAG相与少量的LaAlO3相组成。(LaxY1-x)3Al5O12(x=0,0.1,0.2,0.3)四种陶瓷块材的晶界都很清晰,掺杂了La元素的陶瓷块材的YAG晶粒附近出现了尺寸较小的LaAlO3晶粒。(3)开展了对(LaxY1-x)3Al5O12(x=0,0.1,0.2,0.3)四种陶瓷块材的力学性能的研究。发现La元素掺杂后的陶瓷块材相比于未掺杂的YAG陶瓷块材硬度和断裂韧性均得到明显的提高。当掺杂含量为x=0.2时,其硬度达到最大值18.027 GPa,当掺杂含量为x=0.1时,其断裂韧性达到最大值2.922 MPa?m1/2。(4)开展了对(LaxY1-x)3Al5O12(x=0,0.1,0.2,0.3)四种陶瓷块材的热物理性能的研究。发现随着La元素掺杂含量的增加,陶瓷块材的热膨胀系数逐渐增大,当掺杂含量x=0.3时陶瓷热膨胀系数为9.79×10-6 K-1(1000℃)。掺杂后的陶瓷块材相比于未掺杂的陶瓷块材的热导率有所增加。(5)开展了对(LaxY1-x)3Al5O12(x=0,0.1,0.2,0.3)四种成分的陶瓷块材在1250℃下CMAS腐蚀行为的研究。陶瓷块材的腐蚀截面分成3层:最上层为CMAS残留层,中间层为CMAS渗入层,最下层为基体陶瓷。CMAS几乎完全渗入未掺杂的陶瓷块材内部,而掺杂La元素的陶瓷块材的渗入层深度较小且CMAS主要残留在最上层。随着La元素掺杂含量的逐渐增加,CMAS渗入层深度逐渐降低。在CMAS腐蚀5 h-10 h过程中,随着掺杂含量的增加,CMAS渗入层的深度增加的幅度逐渐减小。当掺杂含量x=0.3时渗入层深度几乎不再增加。(6)未掺杂的陶瓷块材的腐蚀产物为钙长石(CaAl2Si2O8)、尖晶石(MgAl2O4)与磷灰石(Ca4Y6O(SiO4)6);而掺杂La元素的陶瓷块材的腐蚀产物除了以上物质还出现了另一种磷灰石物质(CaLa4O(SiO4)3),并且随着La元素掺杂含量的增加,CaLa4O(SiO4)3的含量逐渐增加。CaLa4O(SiO4)3磷灰石相熔点较高且结构致密,能够有效抑制陶瓷块材的进一步反应并且填充了CMAS的腐蚀通道从而阻碍了CMAS的渗入。