SCZ陶瓷材料高温相稳定性及熔盐腐蚀行为研究

【作者】 陈路遥； 陈梦迪； 王进双； 井强山；

【机构】 信阳师范学院河南省豫南非金属矿资源高效利用重点实验室；

【摘要】 目前应用的第一代热障涂层陶瓷材料是6-8 wt.%Y₂O₃稳定的ZrO₂（YSZ）,在温度高于1200℃时容易发生相变、烧结及晶粒长大,导致热导率上升,杨氏模量增大,耐高温腐蚀性能下降,从而加速热障涂层的剥落失效^[1-3]。因此研制和开发耐1500℃超高温、抗烧结和耐腐蚀的新一代热障涂层是目前高温防护涂层领域的研究热点。本文通过固相合成法合成了一系列Sc₂O₃和CeO₂共稳定的Zr O₂陶瓷材料（SCZ）,并研究了SCZ陶瓷材料的相稳定性、热物理性能和Na₂SO₄+V₂O₅熔盐腐蚀性能等。结果表明:材料的微观结构和性能取决于Sc₂O₃和CeO₂的掺杂量。通过掺入Sc₂O₃和CeO₂,Zr O₂的韧性和相稳定性增强。特别是Zr O₂-16 mol%CeO₂-4 mol%Sc₂O₃（4S16CZ）陶瓷材料在1500℃下热处理100 h后,仍保持单一的四方相结构。相关XRD图如图一所示。另外,我们在750-1100℃温度范围内研究SCZ陶瓷材料在Na₂SO₄+V₂O₅的熔融盐腐蚀下的相组成和微观结构的演变。在热腐蚀实验中,腐蚀微观结构和腐蚀产物随温度发生显著变化,但对持续时间并不敏感。研究发现,在750℃时,材料的主要腐蚀产物为CeVO₄和m-ZrO₂,在1100℃时,CeO₂和m-ZrO₂为主要腐蚀产物。结果表明,温度升高,材料的晶界侵蚀更加严重,熔融盐能够深入材料的孔隙到达最底层的氧化锆上,促使t-ZrO₂向m-ZrO₂发生转变。相关XRD图如图二所示。更多还原