文档摘要：质量分数为7±1％氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)是广泛应用的热障涂层陶瓷材料.然而,其在1200℃以上长期服役存在相稳定性差、烧结加剧和力学性能下降等弊端.因此,本工作提出新型Sc2O3-Y2O3协同掺杂ZrO2热障涂层陶瓷材料,采用固相合成法制备了摩尔分数为7.5％Sc2O3-x％Y2O3-(92.5-x)％ZrO2(x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷.通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)等手段,重点探究Y2O3掺杂含量对高温固相合成陶瓷材料的微观组织结构演变行为以及维氏硬度、断裂韧性、弹性模量和三点抗弯强度等力学性能的影响规律.结果表明:Sc2O3-Y2O3复合掺杂ZrO2陶瓷材料经1450℃×3.5h高温烧结的致密度大于97％,主要由四方相结构组成,该材料的维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和三点抗弯强度与传统8YSZ相当,分别为13～14GPa,211～214GPa,6.5～7.0MPa·m1/2,520～850MPa之间;断裂机制主要为穿晶断裂和沿晶断裂的混合方式,其中以穿晶断裂为主导.Sc2O3-Y2O3复合掺杂ZrO2陶瓷可作为一种潜在的高温热障涂层陶瓷材料.
Abstract：Partiallystabilizedzirconia(7YSZ)withamassfractionof7±1％yttriumoxideisawidelyusedceramicmaterialforthermalbarriercoatings.However,itsphasestability,sinteringresistance,andmechanicalpropertiesdecreasedduringthelong-timeoperationabove1200℃.AnewtypeofSc2O3-Y2O3co-dopedZrO2thermalbarriercoatingceramicmaterialwasproposed,andamolarfractionof7.5％Sc2O3-x％Y2O3-(92.5-x)％ZrO2(x=0,0.1,0.2,0.3)ceramicswerepreparedbysolid-statereactionmethod.TheeffectsofY2O3dopingonthemicrostructural,phaseevolution,andmechanicalproperties(includingVickershardness,fracturetoughness,elasticmodulusandthree-pointbendingstrength)wereexploredbyXRD,SEM,andothertestingmethods.TheresultsshowthattherelativedensityofSc2O3-Y2O3dopedZrO2ceramicssinteredat1450°Cfor3.5hismorethan97％,andthephasestructureiscomposedoftetragonalphase.Comparedwith6-8YSZceramics,Sc2O3-Y2O3dopedZrO2ceramicsexhibitsimilarVickershardness(13-14GPa),fracturetoughness(6.5-7.0MPa·m1/2),elasticmodulus(211-214GPa)andthree-pointbendingstrength(520-850MPa).Fracturemechanismshowsamixtureoftransgranularandintergranularfracturemodes,inwhichtransgranularfractureisdominant.Thisceramiccanbeexploredasapotentialthermalbarriercoatingmaterialforhigh-temperatureapplications.
作者：王志刚 刘仍谦 谢敏 张永和 王炫力 宋希文 常振东 刘德林 牟仁德 Author：WANGZhigang LIURengqian XIEMin ZHANGYonghe WANGXuanli SONGXiwen CHANGZhendong LIUDelin MURende
作者单位：内蒙古科技大学材料科学与工程学院,内蒙古包头014010;轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室(内蒙古科技大学),内蒙古包头014010内蒙古科技大学材料科学与工程学院,内蒙古包头014010中国航发北京航空材料研究院,北京100095
刊名：材料工程 ISTICEIPKU
Journal：JournalofMaterialsEngineering
年，卷(期)：2024, 52(6)
分类号：TQ174.75TB3
关键词：热障涂层 稀土掺杂 氧化锆 氧化钪 微观组织 力学性能
Keywords：thermalbarriercoating rareearthdoping zirconia scandia microstructure mechanicalproperty
机标分类号：TG113TG453R783.1
在线出版日期：2024年7月15日
基金项目：国家自然科学基金，国家自然科学基金，内蒙古自治区高等学校青年科技英才支持计划Sc2O3和Y2O3复合掺杂ZrO2热障涂层陶瓷材料的组织结构与力学性能[
期刊论文] 材料工程--2024, 52(6)王志刚 刘仍谦 谢敏 张永和 王炫力 宋希文 常振东 刘德林 牟仁德质量分数为7±1％氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)是广泛应用的热障涂层陶瓷材料.然而,其在1200℃以上长期服役存在相稳定性差、烧结加剧和力学性能下降等弊端.因此,本工作提出新型Sc2O3-Y2O3协同掺杂ZrO2热障涂层陶瓷材料,采用...参考文献和引证文献
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