六鋁酸鹽的摻雜改性與熱輻射機理研究.pdf

1、高溫金屬熱防護系統(tǒng)以其較低的成本、良好的耐沖擊性和易于一體化設(shè)計等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于高超聲速飛行器迎風(fēng)面上的大面積熱防護。目前廣泛使用的鎳基高溫合金面板使用溫度上限為1000–1100oC,為了防止鎳基合金在高溫下性能退化,其表面往往需要制備一層高發(fā)射率、抗氧化和抗熱震的多功能防護涂層。碳化硅及其復(fù)合材料在1–14μm具有較高的發(fā)射率,但是它與鎳基高溫合金存在熱膨脹失配的問題;Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2涂層在1–6μm內(nèi)的發(fā)射率較低,也難以

2、滿足輻射防熱的需求。這就使得開發(fā)新型的耐高溫高發(fā)射率涂層材料成為當(dāng)務(wù)之急。
　　本文首先采用固相反應(yīng)法制備了LaMAl11O19、LaMg1–xNixAl11O19、La0.90Ln0.10MgAl11O19、La1–xNdxMgAl11O19和AMgAl10O17陶瓷,采用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡和高溫?zé)崤蛎泝x等研究了六鋁酸鹽陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)和熱膨脹行為;采用能量比較法測試了其法向光譜發(fā)射率,采用傅里葉變化紅外光譜、室溫

3、光學(xué)吸收光譜和熒光光譜揭示了六鋁酸鹽陶瓷的熱輻射機理。最后優(yōu)選出組分,并采用等離子噴涂法制備了涂層,對其進行了物相分析與組織形貌觀察、抗熱震失效以及熱輻射特性研究。
　　六鋁酸鹽陶瓷中摻雜過渡金屬離子、稀土Sm3+或Dy3+后,促進了燒結(jié)過程中陶瓷的致密化,發(fā)現(xiàn)了晶粒形貌由長方板狀向等軸狀轉(zhuǎn)變。LaMAl11O19與La0.90Ln0.10MgAl11O19陶瓷在1200oC下的熱膨脹系數(shù)為8.43–8.81×10–6K–1。

4、r>　　采用固相反應(yīng)成功制備了新型高發(fā)射率LaFeAl11O19、LaNiAl11O19、LaMg0.25Ni0.75Al11O19和 La0.90Nd0.10MgAl11O19陶瓷;該系列陶瓷在3–14μm測試波段內(nèi)法向光譜發(fā)射率大于0.7,尤其在6–11μm波段大于0.9?；贙irchhoff定律,通過對陶瓷試樣晶格振動和電子躍遷機制的研究,首次闡明了六鋁酸鹽陶瓷的熱輻射機理:在1–6μm波段內(nèi)發(fā)射率由摻雜離子吸收帶(峰)的位置及

5、電子輻射躍遷強度決定,而在6–14μm波段內(nèi)的高發(fā)射率源于其Al-O四面體和八面體的伸縮振動。
　　進一步采用等離子噴涂法成功制備了LaFeAl11O19涂層,發(fā)現(xiàn)涂層由磁鉛石結(jié)構(gòu)六鋁酸鹽主相和少量非晶高溫相組成,呈熔融態(tài)片層堆積結(jié)構(gòu)。LaFeAl11O19涂層在1000oC和1200oC下的熱循環(huán)壽命分別為87次和30次。GH99鎳基高溫合金的法向光譜發(fā)射率在整個波段內(nèi)均為0.2左右,而LaFeAl11O19涂層的發(fā)射率在短波段