Fe掺杂(Y_0.4Er_0.6)₃Al₅O₁₂热障涂层材料的微观结构与热物理性能研究

【作者】 王俊； 王炫力； 宋希文；

【机构】 内蒙古科技大学材料科学与工程学院； 内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室； 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)；

【摘要】 本研究采用固相合成法成功制备了(Y_0.4Er_0.6)₃(Al_1-yFe_y)₅O₁₂（y=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0）热障涂层陶瓷层材料。主要对Fe掺杂(Y_0.4Er_0.6)₃Al₅O₁₂陶瓷的相结构、晶格占位、拉曼位移、离子价态、微观形貌和热物理性能的影响规律进行了研究。研究结果表明,所有(Y_0.4Er_0.6)₃(Al_1-y Fe_y)₅O₁₂陶瓷均展现出单一的Y₃Al₅O₁₂相,且Fe的价态为+3。又由于离子半径较大的Fe³⁺对Al³⁺位点的替代,随着Fe掺杂量的增加,晶格常数和晶胞体积逐渐增大;同时其变化所引起的晶格畸变激活了烧结过程,导致陶瓷的密度和晶粒尺寸也随之显著增大。(Y_0.4Er_0.6)₃(Al_1-y Fe_y)₅O₁₂陶瓷在热物理性能方面展现出显著改善,具体表现为热导率的抑制升高和热膨胀系数的增加。其中,(Y_0.4Er_0.6)₃(Al_0.8Fe_0.2)₅O₁₂陶瓷在1100°C时的热导率受到最大抑制,约为1.612 W/m·K,保持在与(Y_0.4Er_0.6)₃Al₅O₁₂陶瓷（1.613 W/m·K,1100°C）相一致的较低水平。而(Y_0.4Er_0.6)₃Fe₅O₁₂陶瓷的热膨胀系数提升最高,在1200°C时约为11.06×10^-6 K^-1,该值相比(Y_0.4Er_0.6)₃Al₅O₁₂陶瓷(8.25×10^-6 K^-1,1200°C)高出34.06%。更多还原