多元稀土掺杂ZrO2的物理性能及CMAS热腐蚀行为研究

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目前广泛使用的氧化钇部分稳定氧化锆在1200℃长期使用将发生严重的烧结相变行为,服役过程中容易受到环境沉积物(CMAS)的腐蚀,导致陶瓷涂层的失效而失去保护效果。本文采用化学共沉淀法制备Sc2O3、Gd2O3、Y2O3共掺杂稳定氧化锆陶瓷材料(ScGdYSZ),采用XRD、RAMAN、SEM研究ScGdYSZ陶瓷的物相组成、力学性能,及其在CMAS腐蚀条件下物相组成、组织演变及表面残余应力变化。研究结果表明:1、稀土掺杂总量的增加影响ScGdYSZ的物相组成。ScGdYSZ的四方相随掺杂总量的增加而减少,立方相增多。由于Gd3+的离子半径较大,用4mol Gd2O3代替1mol Y2O3使ScGdYSZ陶瓷材料的立方相增加78.8%。2、ScGdYSZ材料的硬度、断裂韧性随Sc2O3含量的增大而增大,增大Y2O3组份可以提高ScGdYSZ材料的断裂韧性但是硬度降低;Gd203的效果与Y2O3的效果正好相反。3、ScGdYSZ材料的CMAS高温腐蚀性能随掺杂总量的提高而提高。当稀土掺杂总量大于10.5mol%,并且Sc2O3的含量在5.5mol%时,ScGdYSZ表现出良好的耐高温CMAS腐蚀性能。4、腐蚀时间及稀土掺杂量会影响陶瓷材料表面的残余应力变化。4.5Sc1.5Gd3.5YSZ、6.5Sc1.5Gd3.5YSZ、6.5Sc2.5Gd3.5YSZ 陶瓷材料应力变化趋势相似,腐蚀1h陶瓷表面为残余拉应力状态,4h与8h陶瓷表面呈残余压应力,8h压应力较4h降低。YSZ及5.5Sc1.5Gd3.5YSZ在腐蚀过程中陶瓷表面均为残余压应力状态,并且不同的腐蚀时间应力变化不大。
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