ZrO_2/Y_2O_3纳米结构粉末及热障涂层的研制

【摘要】：ZrO_2具有低的热导率和与高温合金相近的热膨胀系数，是制备高温下使用的热障涂层的理想材料。Y_2O_3用来稳定ZrO_2中的四方相，减少ZrO_2高低温使用时相转变产生的大的体积变化，从而降低裂纹产生的可能性。热等离子体喷涂是制备热障涂层的最主要办法。常规微米级陶瓷涂层脆性大，而纳米陶瓷脆性降低。液相法制备出来的ZrO_2／Y_2O_3纳米粉末由于单个粒子质量太小，不能直接用来进行热喷涂。 本项研究的目的就是制备ZrO_2-8％Y_2O_3大颗粒球形纳米粉末和热障涂层，且使其可以保持原始粉末的纳米结构。首先采用喷雾干燥和热处理的办法对原始ZrO_2-8％Y_2O_3纳米粉末进行再处理，然后将经过再处理的纳米粉末在不同的等离子体喷涂条件下喷涂制备成纳米结构热障涂层。利用光学显微镜和扫描电镜分析粉末粒径大小、颗粒形貌、涂层显微组织，用X-ray衍射分析原始粉末、再处理粉末和涂层的相组成，用热重-差热分析仪对纳米团聚体粉末进行热分析，并测量粉末的松装密度、振实密度及流动性。结果表明：ZrO_2-8％Y_2O_3原始纳米粉末经过再处理后近似球形，粒径在10-100μm之间，仍为纳米结构。粉末流动性好、振实密度高，可以用来热喷涂制备纳米结构热障涂层。采用再处理的纳米粉末进行等离子体喷涂制备的涂层厚度均匀，没有明显的层状结构。等离子体喷涂制备涂层的过程中发生了单斜相向四方相的转变，涂层中只有四方相和立方相存在。这种热障涂层是一种纳米-微米结构复合涂层。