一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料及其制备方法

本发明涉及热障涂层材料，尤其涉及一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料及其制备方法。

背景技术：

1、热障涂层是一种热防护无机涂层，为合金部件基体之间提供一个具有低热导率的热屏蔽层，以降低高温环境下涡轮叶片表面温度。热障涂层具有热导率低、耐腐蚀性良好等特点，可有效地保护航空发动机热端部件，延长涡轮叶片的使用寿命。目前应用最广泛的6-8％ ysz热障涂层材料，在1200℃下会发生相变，产生裂纹，无法满足实际使用的需求。

2、在众多备选材料中，层状钙钛矿型材料及其衍生物具有导热率低、耐腐蚀性良好和成本低等优点，有望成为热障涂层材料的候选。

3、层状钙钛矿型baln2ti3o10材料可以看作一个三钙钛矿层，沿c轴被弱键合的ba-o层隔开，表现出高度的各向异性，baln2ti3o10晶体属于单斜晶系，插入弱键合ba-o层可以作为声子传导的屏障，从而降低热扩散系数，使得该材料具有良好的高温性能，然而由于其层状结构，粉体在高温服役的过程中易发生剥落，力学性能较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料及其制备方法。

2、本发明的一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料，其化学式为baln2ti3o10，ln选自la、ce、pr、nd、sm中的至少三种。

3、进一步的，ln为la、nd、sm，和\或ce，和\或pr。

4、进一步的，ln＝la、nd、sm，形成三元高熵陶瓷ba(la1/3nd1/3sm1/3)2ti3o10。

5、进一步的，ln＝la、pr、nd、sm，形成四元高熵陶瓷ba(la1/4pr1/4nd1/4sm1/4)2ti3o10。

6、进一步的，ln＝la、ce、nd、sm，形成四元高熵陶瓷ba(la1/4ce1/4nd1/4sm1/4)2ti3o10。

7、进一步的，ln＝la、ce、pr、nd、sm，形成五元高熵陶瓷ba(la1/5ce1/5pr1/5nd1/5sm1/5)2ti3o10。

8、一种如上述的高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料的制备方法，按照化学式称取各稀土氧化物、baco3、纳米tio2混合湿法球磨后，将球磨后的混合物前驱体过滤清洗干燥后先预烧再煅烧得层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料。

9、进一步的，先在800～900℃预烧5h，然后在1200～1500℃下煅烧5～100h。

10、进一步的，在70～120℃干燥5-12h。

11、进一步的，湿法球磨中的液体为异丙醇，设定转速为3000rps/min，共球磨5h。

12、本发明通过筛选出稀土离子尺寸差和质量差等进行高熵设计，提出了一种新的多主元掺杂体系，掺杂后生成的物相在高温下也十分稳定，同时提高层状钙钛矿结构的断裂韧性。

13、本发明使用已经成熟使用的球磨法制备粉体，成本相对较低，通过对工艺参数的调控，获得的粉体具有较好的断裂韧性。

技术特征：

1.一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料，其特征在于：其化学式为baln2ti3o10，ln选自la、ce、pr、nd、sm中的至少三种。

2.如权利要求1所述的一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料，其特征在于：ln为la、nd、sm，和\或ce，和\或pr。

3.如权利要求1所述的一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料，其特征在于：ln＝la、nd、sm，形成三元高熵陶瓷ba(la1/3nd1/3sm1/3)2ti3o10。

4.如权利要求1所述的一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料，其特征在于：ln＝la、pr、nd、sm，形成四元高熵陶瓷ba(la1/4pr1/4nd1/4sm1/4)2ti3o10。

5.如权利要求1所述的一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料，其特征在于：ln＝la、ce、nd、sm，形成四元高熵陶瓷ba(la1/4ce1/4nd1/4sm1/4)2ti3o10。

6.如权利要求1所述的一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料，其特征在于：ln＝la、ce、pr、nd、sm，形成五元高熵陶瓷ba(la1/5ce1/5pr1/5nd1/5sm1/5)2ti3o10。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料的制备方法，其特征在于：按照化学式称取各稀土氧化物、baco3、纳米tio2混合湿法球磨后，将球磨后的混合物前驱体过滤清洗干燥后先预烧再煅烧得层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：先在800～900℃预烧5h，然后在1200～1500℃下煅烧5～100h。

9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在70～120℃干燥5-12h。

10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：湿法球磨中的液体为异丙醇，设定转速为3000rps/min，共球磨5h。

技术总结本发明公开了一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料及其制备方法。本发明涉及热障涂层材料技术领域。本发明的一种高断裂韧性的层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料，其化学式为BaLn<subgt;2</subgt;Ti<subgt;3</subgt;O<subgt;10</subgt;，Ln选自La、Ce、Pr、Nd、Sm中的至少三种。制备方法为按照化学式称取各稀土氧化物、BaCO<subgt;3</subgt;、纳米TiO<subgt;2</subgt;混合湿法球磨后，将球磨后的混合物前驱体过滤清洗干燥后先预烧再煅烧得层状钙钛矿结构高熵热障涂层材料。本发明通过筛选出稀土离子尺寸差和质量差等进行高熵设计，提出了一种新的多主元掺杂体系，掺杂后生成的物相在高温下也十分稳定，同时提高层状钙钛矿结构的断裂韧性。技术研发人员：杨婧,靳洪允,洪建和,李开云,张胜,韦奔奔,王萱,杨博受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：技术公布日：2024/6/18