(Sm0.5Nd0.5)3Ce7Ta2O23.5和(Yb0.5Dy0.5)3Ce7Ta2O23.5氧化物的热物理性能

冉书明， 郭 怡

(重庆水利电力职业技术学院智能制造学院，重庆 402160)

0 引 言

等离子喷涂或电子束物理气相沉积制备的Y2O3部分稳定ZrO2(简称YSZ)热障涂层，由于能够为先进航空发动机关键热端部件提供有效热防护并提高部件服役寿命，而在航空发动机上获得了广泛应用[1-4]。在高温下(高于1 200 ℃)，YSZ热障涂层中的t′相会分解成c相和t相，且t相会进一步转变成m相，并伴随有3%～5%的体积膨胀，导致YSZ热障涂层因应力不均匀而脱落。同时，高温下YSZ热障涂层的烧结收缩现象严重，致使涂层隔热性能下降[4-5]。可知，随着航空发动机性能要求的进一步提高，YSZ热障涂层已经难以满足其发展需求[6-7]。 为此，寻求具有较低热导率(小于2 W·m-1·K-1)和较高热膨胀系数(大于9×10-6K-1)的新型热障涂层材料，以替代现役的YSZ热障涂层显得十分必要[8-9]。

近年来，新型的铈基础氧化物因具有较低热导率和较高热膨胀系数逐渐引起研究者的重视。La2Ce1.7Ta0.3O7.15热障涂层在1 000 ℃时的热导率在0.54～0.71 W·m-1·K-1之间，其热循环寿命与单一La2Ce2O7涂层相比有显著延长[10-11]。Ca3Ln3Ce7Ta2O26.5(Ln=Gd，Yb) 具有单一的焦绿石结构，其在1 200 ℃时的热导率分别这1.79，1.51 W·m-1·K-1，热膨胀系数分别为11.92×10-6，11.62×10-6K-1[12]。Sm3Ce7Ta2O23.5和Gd3Ce7Ta2O23.5具有典型的缺陷萤石结构，其在1 200 ℃时的热导率分别为0.82，0.68 W·m-1·K-1，热膨胀系数分别为11.88×10-6，12.03×10-6K-1[13]。萤石型Ln3Ce7Ta2O23.5(Ln=Nd，La)在200 ℃时的热膨胀系数分别为12.4×10-6，12.1×10-6K-1，热导率分别为1.23，1.04 W·m-1·K-1[14]。Ln3Ce7Ta2O23.5氧化物也具有较高的的热膨胀系数和较低的热导率，但是目前有关该类氧化物热物理性能的研究还处在起步阶段，且未见元素掺杂Ln3Ce7Ta2O23.5氧化物热物理性能的报道。为此，作者以La3Ce7Ta2O23.5为基础，选择有助于增加声子散射……