新型热障涂层陶瓷La2-xGdxWMoO9的制备及其热物理性能研究

采用溶胶-凝胶自蔓延合成工艺,以Gd3+作为掺杂离子,以(NH4)6Mo7O24·4H2O,H40N10O41W12·xH2O及La(NO3)3·6H2O为前驱体原料,合成了La2-xGdxWMoO9系(LGWMO,x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷粉体。通过放电等离子烧结技术(SPS)制备出LGWMO系高致密陶瓷材料,借助XRD、激光热导仪、热膨胀系数测试仪、SEM等分析技术对材料的物相组成、热扩散系数、热膨胀系数、微观形貌等性能进行表征;研究了Gd3+离子掺杂量对LGWMO系材料热导率、热膨胀系数的影响。结果表明:少量Gd3+的掺杂(x<0.1)能降低La2WMoO9陶瓷材料的热导率,但不利于La2WMoO9陶瓷热膨胀系数的提高;在Gd3+掺杂量x=0.1时,La1.9Gd0.1WMoO9陶瓷材料具有最佳的热物理性能:热导率λ=0.65W·m-1·K-1(T=298K);热膨胀系数αL=15.04×10-6K-1(T=1273K)。     

玻璃沉积物对La2Ce2O7/YSZ涂层高温下热冲击性能的影响

目的 为了探究玻璃沉积物CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)对新型结构热障涂层在1250 ℃下的热冲击寿命的影响,揭示热障涂层的失效行为。方法 通过火焰喷涂技术将制备的CMAS粉体均匀地沉积到铈酸镧/氧化钇部分稳定二氧化锆双陶瓷层热障涂层(LC/YSZ DCL-TBCs)和梯度热障涂层(LC/YSZ FGM-TBCs)的表面,于1250 ℃热冲击实验中进行涂层样品的抗热冲击性能及失效机理研究。利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)追踪CMAS的位置,观察CMAS与涂层反应层的厚度与形貌。采用X射线衍射仪(XRD)测试反应层产物,并总结其失效方式。结果 高温热冲击结果显示梯度涂层的热冲击寿命(435次)远高于双陶瓷层热障涂层的寿命(229次),约为铈酸镧/氧化锆双陶瓷层热障涂层寿命的1.9倍。铈酸镧层与梯度层都能在一定程度上阻碍CMAS渗入涂层内部,提高其CMAS腐蚀条件下的热冲击寿命。双陶瓷层热障涂层与梯度热障涂层的失效均是以层状剥落为主,剥落层主要是CMAS与LC的反应层以及反应层下的烧结层,反应层是由Ca2(LaxCe1-x)8(SiO4)6O6-4x、萤石相和MgAl2O4等难熔氧化物组成,这层致密氧化物类似于密封层,能阻止CMAS继续渗入。结论 功能梯度结构具有比双陶瓷层结构更优异的抗CMAS热冲击性能和更好的应力耐受性。     

Gd2-xNdxZr2O7烧绿石的高温高压合成及其相组成研究

为探索高温高压合成条件对Gd2-xNdkxZr2O7固溶体相组成、相结构以及相转变的影响,在不同合成压力(3～4 GPa)和温度(1 573～1 673 K)下制备了Gd2-xNdxZr2O7(x=0.2,0.4)系列样品,并利用X射线衍射仪、扫描电镜对样品进行分析.结果表明:所有样品均获得了以立方烧绿石(Gd,Nd)2Zr2O7为主相的混合相,未能生成单一的立方烧绿石相,其原因可能是合成时间过短和压力诱导相变所致;在高温高压合成条件下,不同掺杂量的Nd在极短合成时间内可全部固溶进入陶瓷基材的晶格中;Nd掺杂量降低,高温+高压将促进烧绿石相转变,其有序化程度也逐渐下降;Nd掺杂量升高,高温+高压则是形成烧绿石相的理想条件;在高温高压合成条件下,样品晶粒细小,分布均匀且致密性好.     

Gd3+xAl2-x系合金的晶体结构和磁熵研究

采用真空高频磁悬浮炉制备Gd3+xAl2-x(x=0,0.1,0.2,0.3)合金。通过Gd对Al的部分替代,研究了Gd元素微量替代对Gd3Al2合金结构和磁熵的影响。实验结果表明,Gd3+xAl2-x系合金的结构与Gd3Al2相同;随着Gd含量的增加,Gd3+xAl2-x系合金的居里温度和磁熵发生了变化,这说明Gd对Al的部分替代改变了Gd3Al2合金的磁热效应。     

化学法在Ni-5%W基底上制备Gd掺杂CeO_2膜

用化学法在Ni-5%W基底上制备Gd掺杂Ce O2膜。以乙酸铈((CH3CO2)3Ce(III))、硝酸钆(Gd N3O9)为起始原料,按照阳离子Ce3+:Gd3+为4:1的比例溶解于丙酸(C2H5COOH)中制成前驱液。将前驱液旋涂在Ni-5%W基底上,在4%H2/Ar气氛下进行1100℃热处理,形成立方织构的Gd掺杂Ce O2膜。采用XRD和SEM对不同旋涂转速工艺制备的Ce O2膜进行晶体结构和微观形貌的检测和分析。以总阳离子浓度为1.2 mol/L前驱液经过3000 r/min,60 s的涂覆工艺,经过二次涂覆和1100℃热处理的Ce O2膜结晶程度高,无裂纹,有立方织构。Ce3+在4%H2/Ar还原性气氛里可以转变为Ce4+。     

Nb掺杂PLZT压电陶瓷性能研究

探讨Nb2O5掺杂对Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-x4O3(x=7%,0＜y＜1)(简称PLZT)压电陶瓷性能影响.通过X射线衍射及扫描电镜分析Pb1-xLax(ZryTi1-=y)1-x/4O3 0.5%NbzOs陶瓷的相组成和显微结构.结果表明合成温度1060℃时,可以得到钙钛矿结构.随着Nb2O5掺杂量的增大,四方相的含量减少,准同型相界向三方相移动.掺杂NbzO5的质量分数为0.5%,Zr/Ti=57.5/42.5时,得到的压电陶瓷介电、压电性能最优,εT33/ε0=3100,tan6=1.96%,d33=550PC/N,Kp=0.67.     

Gd2Zr2O7与Al2O3的高温界面反应

对Gd2Zr2O7与Al2O32层陶瓷材料在1600℃下的高温界面反应行为进行了研究.采用XRD,SEM,EDX等分析手段分析了反应生成的界面相成分和形貌,同时对该反应层的形成机理进行了研究.结果表明,界面反应层的相成分主要为GdAlO3;GdAlO3的形成机理是在Al2O3存在的前提下,Gd2Zr2O7分解成Gd2O3和ZrO2,Gd2O3与Al2O3反应形成GdAlO3.     

(Gd_(0.7)Sr_(0.3))ZrO_(3.35)涂层的CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2(CMAS)腐蚀行为

采用APS制备了(Gd_(0.7)Sr_(0.3))ZrO_(3.35)涂层,将涂覆CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2(CMAS)的(Gd_(0.7)Sr_(0.3))ZrO3.35涂层以及(Gd_(0.7)Sr_(0.3))ZrO_(3.35)与CMAS混合粉末在1250℃分别热处理1,4,8和12 h。使用XRD和SEM分别对腐蚀产物的相组成、显微形貌进行分析。结果表明:(Gd_(0.7)Sr_(0.3))ZrO_(3.35)涂层抗CMAS腐蚀性能良好,原因是在腐蚀产物层内形成了由磷灰石相Ca2Gd8(SiO4)6O2和c-Zr O2组成的致密的阻碍层,有效地抑制了CMAS的进一步腐蚀。     

固相反应Gd2Zr2O7陶瓷的形成机理研究

以ZrO2,Gd2O3粉体为原料,采用固相合成工艺制备了Gd2Zr2O7陶瓷,通过在不同温度(1273 K～1873 K)下进行混合料的烧结以及对不同温度下合成产物的XRD相分析,来研究Gd2Zr2O7陶瓷的合成过程和形成机理.结果表明ZrO2和Gd2O32种粉体在1473 K开始发生相互固溶,随着温度升高,固溶程度逐渐加大,在1673 K时ZrO2和Gd2O3之间的固溶达到饱和,开始析出Gd2Zr2O7相,当温度达到1773 K时固溶结束,此时产物为Gd2Zr2O7,1873 K时ZrO2和Gd2O3烧结完成,产物为单相的Gd2Zr2O7.     

La3+,Ce4+共掺杂Sm2Zr2O7陶瓷的热物理性能

以Sm2O3,La2O3,ZrO2和CeO2为原料,采用固相反应法制备(Sm0.5La0.5)2(Zr0.7Ce0.3)2O7陶瓷。用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析样品的相成分和微观组织,用激光脉冲法和推杆法测量样品的热物理性能。结果表明,所制备的样品具有萤石晶体结构,且组织致密,晶界清晰,具有较低的热导率和较高的热膨胀系数。良好的热物理性能表明(Sm0.5La0.5)2(Zr0.7Ce0.3)2O7陶瓷有潜力用作热障涂层陶瓷层候选材料。     

Sm2Ce2O7-Gd2Zr2O7复合材料制备及热导率

目的探讨了Gd_2Zr_2O_7的颗粒度和含量对(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料热导率的影响。方法用纳米级和微米级粉体制备了两个系列的(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料。用X射线衍射技术分析了材料的相组成,用扫描电镜观察了复合材料的显微形貌,用纽曼科普定律计算了复合材料的比热,用激光脉冲法测试了材料的热扩散系数。根据比热、密度和热扩散系数计算了复合材料的热导率,并根据最终热导率结果,分析了Gd_2Zr_2O_7颗粒度和含量对复合材料热导率的影响。结果所合成的粉体均具有单一的萤石晶体结构,纳米级Gd_2Zr_2O_7粉体最大比表面积为15.413 m~2/g,微米级Sm_2Ce_2O_7粉体最小比表面积为0.226 m~2/g。所制备的两个系列的(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料也表现出单一的萤石晶体结构,但晶粒大小不均匀。结论当x=0.5时,纳米粉体制备的复合材料存在明显的纳米晶。微米级Gd_2Zr_2O_7对复合材料声子热导率抑制不明显,但可以抑制高温光子热导率;纳米级Gd_2Zr_2O_7的引入可明显降低复合材料的声子热导率,但对高温光子热导率抑制不明显。两个系列复合材料的热导率均低于YSZ。     

Thermophysical properties of Sm2（Zr（1-x）Cex）2O7 ceramics

Sm2(Zr1-xCex)2O7 (x = 0.1, 0.2, and 0.3) ceramics were prepared by solid reaction method at 1600～C for 10 h using Sm2O3, ZrO2, and CeO2as starting reactants. The phase compositions, microstructures, thermal expansion coefficients, and partial thermal conductivities of these materials were investigated. X-ray diffraction (XRD) results reveal that Sm2(Zr0.gCe0.t～zO7 with pyrochiore structure and Sm2(Zr1-xCex)2O7 (x = 0.2 and 0.3) with fluorite structure were synthesized, and scanning electrical microscopy (SEM) images show that the microstructures of these products are very dense. The linear thermal expansion coefficients increase with increasing temperature in the temperature range from ambient to 1200℃, and the thermal expansion coefficients increase with increasing content of doped CeO2. The thermal conductivities of Sm2(Zr0.8Ce0.2)2O7 and Sm2(Zr0.7Ce0.3)2O7 decrease gradually with an increase in temperature. These results show that the synthesized ceramic materials can be explored as novel prospective candidate materials for use in new thermal barrier coating systems in the future.     

Gd10-x（SiO4）6O3-1.5x的制备及热学性能研究

本研究利用固相反应法制备稀土硅酸盐氧基磷灰石Gd10-x(SiO4)6O3-1.5x(x=0,1,1.33)陶瓷材料,用XRD对所合成的Gd10-x(SiO4)6O3-1.5x粉末和烧结得到的块体材料进行分析表征。研究Gd10-x(SiO4)6O3-1.5x陶瓷材料的声子速度和弹性模量。另外,利用激光闪射法测量Gd10-x(SiO4)6O3-1.5x陶瓷材料的热扩散系数,进一步得到热导率。结果表明Gd10-x(SiO4)6O3-1.5x陶瓷材料平均声速小、弹性模量低,热导率低,其中Gd9(SiO4)6O1.5陶瓷材料的热导率最低。     

Processing stages of Gd2Sr(Al1-xFex)2O7 series简

The continuous series of perovskite-related oxides with the general formula GdzSr（Al1-xFex）207 0 〈 x 〈 1 were prepared by conventional ceramic technology in air. The pro- cessing stages of Gd2Sr（Al1-xFex）207 0 〈 x 〈 1 phases were investigated by means of X-ray powder diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM） with the element phase analysis. The three main stages of GdeSr（All_~Fex）aO7 for- marion are pointed out. The analysis of the mutual influence of intermediate compounds on the synthesis of the target solid solutions of complex composition, in particular for Gd2Sr（All-xFex）207 was carried out. It is determined that the closeness of the reactive mixture composition to the composition of individual compounds Gd2SrA1207 or GdaSrFeaO7 is of importance for the realization of a partic- ular way of GdESr（Al1-xFex）207 solid solutions formation. It is shown that at x ,= 0.2 the reversing in scheme of Gd2Sr（Al1-Fex）207 series formation is observed. The formation of the Gd2Sr（Al1-xFex）207 continuous series is indicated by the monotonic dependence of molar unit cell volume on the iron content x.     

Optimization of dielectric constant temperature coefficient of pyrochlores containing bismuth

1　INTRODUCTIONDielectric ceramics are widely used with ad vances in microelectronic technologies. Bismuth based pyrochlores exhibit well known high fre quency dielectric properties for multilayer capaci tor. Group of pyrochlore structured compounds isof general formula A2B2O7(where A is trivalent orbivalent cations and B is quadrivalent and quinque valent cations). As a member of the pyrochlorefamily of compound, bismuth zinc niobate is a typi cal high frequenc…     

Effects of rare-earth elements on the glass-forming ability and mechanical properties of Cu46Zr47-xAl7Mx (M = Ce, Pr, Tb, and Gd) bulk metallic glasses

Cu46Zr47-xAl7Mx(M = Ce,Pr,Tb,and Gd) bulk metallic glassy(BMG) alloys were prepared by copper-mold vacuum suction casting.The effects of rare-earth elements on the glass-forming ability(GFA),thermal stability,and mechanical properties of Cu46Zr47-xAl7Mx were investigated.The GFA of Cu46Zr47-xAl7Mx(M = Ce,Pr) alloys is dependent on the content of Ce and Pr,and the optimal content is 4.at %.Cu46Zr47-xAl7Tbx(x = 2,4,and 5) amorphous alloys with a diameter of 5 mm can be prepared.The GFA of Cu46Zr47-xAl7Gdx(x = 2,4,and 5) increases with increasing Gd.Tx and Tp of all decrease.Tg is dependent on the rare-earth element and its content.△Tx for most of these alloys decreases except the Cu46Zr42Al7Gd5 alloy.The activation energies △Eg,△Ex,and △Ep for the Cu46Zr42Al7Gd5 BMG alloy with Kissinger equations are 340.7,211.3,and 211.3 kJ/mol,respectively.These values with Ozawa equations are 334.8,210.3,and 210.3 kJ/mol,respectively.The Cu46Zr45Al7Tb2 alloy presents the highest microhardness,Hv 590,while the Cu46Zr43Al7Pr4 alloy presents the least,Hv 479.The compressive strength(σc.f.) of the Cu46Zr43Al7Gd4 BMG alloy is higher than that of the Cu46Zr43Al7Tb4 BMG alloy.     

Ce元素掺杂Sm_2Zr_2O_7材料的合成和热膨胀性能

研究了在Sm_2Zr_2O_7中掺杂Ce元素对其热膨胀系数的影响.通过共沉淀法合成Sm_2Ce_xZr_(2-x)O_7(0≤x≤0.4)粉体,在1600 ℃烧结成形.采用X射线衍射仪和扫描电镜分析其微观结构,利用热膨胀仪检测其热膨胀系数.Sm_2Ce_xZr_(2-x)O_7(0≤x≤0.4)的晶格常数大于纯Sm_2Zr_2O_7,热膨胀系数也高于纯Sm_2Zr_2O_7,这是因为Ce元素的掺杂有效地削弱了材料的化学键.     

Li掺杂Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li(1/7-x))O3高熵陶瓷的制备及介电性能研究

近年来,在高熵合金基础上发展起来的高熵陶瓷逐渐引起了研究者的广泛关注,其出现为开发高性能的无机非金属材料提供了新的设计思路。本文采用固相法制备了BaMO3基钙钛矿型高熵陶瓷Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li(1/7-x))O3 (x = 0, 2.3%, 5.3%, 8.3%, 11.3%),并研究了Li含量对高熵陶瓷物相结构、微观形貌及介电性能的影响。结果表明,Li含量对陶瓷结构的影响不大,陶瓷均保持立方钙钛矿结构,且无杂相产生;陶瓷的晶粒尺寸相对较均匀。当x = 0时,即B位七元等摩尔比Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li1/7)O3高熵陶瓷,其介电常数达到了最大值2920 (@100 Hz),相较于已报道的不掺Li的六元高熵钙钛矿陶瓷Ba(Ti1/6Sn1/6Zr1/6Hf1/6Nb1/6Ga1/6)O3提升了近50倍。     

氧化铝掺杂对Ba0.6Sr0.4(Zr0.2Ti0.8)O3陶瓷介电性能的影响

Zr4+取代Ti4+的Ba0.6Sr0.4(Zr0.2Ti0.8)O3固溶体在降低介电常数的同时,保持了BST固溶体优异的可调性。为降低BST材料的介电损耗和介电常数,以氧化铝为改性剂对Ba0.6Sr0.4(Zr0.2Ti0.8)O3材料(BSZT材料)进行了掺杂。随着氧化铝掺杂质量分数从1%到10%增加,BSZT材料的介电常数从5000降低到了1550(100kHz),介电损耗降低到0.001(100kHz)以下,而材料的介电可调性保持在35%左右(1.5kV/mm)。X射线衍射图谱表明,烧结后得到的BSZT材料具有典型的钙钛矿结构。扫描电子显微镜观察表明,氧化铝的掺杂使得陶瓷致密度较高,晶粒均匀。     

Gd3+掺杂La2Mo2O9的相稳定性及热导率

La2Mo2O9具有极低的热导率,但其在580℃左右会发生α-β相变,严重影响其性能和应用。本实验以Gd203掺杂La2Mo2O9制备了一系列La2-xGdxMo2O9 (x=0.0~0.5)固溶体,研究了掺杂Gd3+对La2Mo2O9相稳定性和热导率的影响。结果表明,随着Gd3+掺杂量的增加,相变得到有效抑制,当x≥0.2时样品以β相存在。样品的热导率随Gd3+掺杂量的增加先减小后增加,室温下在x=0.2时达到最低,此后缓慢上升,但所有样品的热导率均小于1 W/(m·K)。