日前，昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院金屬先進(jìn)凝固成形及裝備技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心團(tuán)隊(duì)在稀土鉭酸鹽RE3TaO7陶瓷關(guān)鍵力-熱學(xué)性質(zhì)調(diào)控機(jī)制方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Dominant mechanisms of thermo-mechanical properties of weberite-type RE3TaO7 (RE=La, Pr, Nd, Eu, Gd, Dy) tantalates toward multifunctional thermal/environmental barrier coating applications為題，發(fā)表在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Acta Materialia上。昆明理工大學(xué)為第一作者單位和通訊單位，材料學(xué)院陳琳博士為第一作者。

RE3TaO7陶瓷晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)在工作時(shí)溫度會(huì)不斷提高，對(duì)燃燒室內(nèi)高溫部件提出了更高的性能要求。熱障/環(huán)境障涂層作為高溫合金零件表面的最外層，通常只具備隔熱降溫和抗沖擊的作用，已經(jīng)無法滿足相關(guān)裝備的新需求，科研人員提出了新型熱障/環(huán)境障涂層應(yīng)該具有隔熱降溫、抗低熔點(diǎn)氧化物腐蝕、強(qiáng)阻氧和優(yōu)異力學(xué)性質(zhì)的要求。針對(duì)氧化鋯基材料隔熱降溫梯度不足和抗腐蝕性能差等問題，昆明理工大學(xué)材料學(xué)院團(tuán)隊(duì)以稀土鉭酸鹽RE3TaO7陶瓷為研究主體，對(duì)其關(guān)鍵力-熱學(xué)性質(zhì)進(jìn)行解析，從RE-O和Ta-O的化學(xué)鍵類型、相對(duì)比離子性和晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，闡明了熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、楊氏模量和氧離子電導(dǎo)率的關(guān)鍵影響因子，為開發(fā)新型耐高溫、高隔熱、強(qiáng)阻氧、低應(yīng)力的熱障/環(huán)境障涂層材料奠定了基礎(chǔ)。

RE3TaO7陶瓷力學(xué)性質(zhì)演變規(guī)律及其調(diào)控機(jī)制

本成果的主要研究結(jié)論包括以下三點(diǎn)：(1) RE3TaO7陶瓷中化學(xué)鍵結(jié)合強(qiáng)度與相對(duì)離子性成反比，RE-O鍵的相對(duì)離子性隨著稀土離子半徑的減小不斷增大，導(dǎo)致楊氏模量和硬度逐漸增大；不同裂紋擴(kuò)展模式的存在能夠減緩應(yīng)力集中有效提高斷裂韌性，其最高值達(dá)2.4 MPa·m1/2；(2) 通過聲子熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系有效預(yù)測(cè)RE3TaO7陶瓷的高溫?zé)釋?dǎo)率，RE-O鍵的結(jié)合強(qiáng)度相對(duì)較弱，其通過減緩聲子傳播速度的方式降低熱導(dǎo)率，獲得遠(yuǎn)低于氧化鋯基和稀土硅酸鹽等材料的熱導(dǎo)率；(3) [TaO6]多面體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使得RE3TaO7陶瓷具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，工作溫度可到1800 K以上；在晶格中a、b、c三個(gè)軸的熱膨脹各向異性主要受到RE-O鍵非簡(jiǎn)諧性振動(dòng)的影響，并隨著溫度的升高熱膨脹各向異性不斷減小，這有利于減小涂層內(nèi)應(yīng)力。

RE3TaO7陶瓷關(guān)鍵熱學(xué)性質(zhì)演變規(guī)律及其調(diào)控機(jī)制

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.119857????

來源：昆明理工大學(xué)

原文鏈接：https://yjs.kmust.edu.cn/info/1010/4004.htm

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