CeO2掺杂3YZrO2中的平衡晶界偏聚

氧化钇稳定二氧化锆是目前广泛应用的陶瓷热障涂层材料,它具有优良的隔热效果、高熔点、低的热导率和良好的化学稳定性,因而是一种很有发展潜力的热涨涂层材料。热障涂层由陶瓷表面涂层和金属缓冲层（金属粘结层）组成,氧通过陶瓷中气孔、微裂纹以及晶界到达缓冲层,使得在ZrO₂陶瓷涂层与缓冲层之间生成氧化物,主要为Al₂O₃。当Al₂O₃膜形成一定厚度后,Al₂O₃膜在高温下相变而产生体积膨胀。由于涂层与基底间的热膨胀失配现象在氧化层中形成残余压应力,从而导致涂层开裂和剥落,这是导致热障涂层剥落失效的重要原因。在陶瓷涂层致密度不断提高的情况下,氧沿晶界到达缓冲层生成氧化物已成为热障涂层失效的重要原因之一。有研究证明Ce在晶界处偏聚可以抑制氧沿晶界的传递。而Ce的晶界偏聚又受基体材料中其他溶质元素的影响,因此本研究以掺杂CeO₂的3Y-ZrO₂中Y、Ce在晶界处的平衡偏聚为研究对象,目的是找出这两种元素晶界偏聚的相互作用关系。掺杂CeO₂的3Y-ZrO₂常压下在1600℃烧结10小时,烧结结束后随炉冷却,此工艺烧结试样的断面沿晶断裂所占比重最大。然后分别在960℃、1020℃、1080℃时效保温不同时间以获得不同偏聚效果。利用俄歇能谱分析得到不同条件热处理后试样中各元素于晶界处平衡偏聚浓度。AES结果显示Ce的晶界偏聚浓度随温度升高而降低,而Y的晶界偏聚浓度则随温度升高而增加,用Guttmann三元平衡偏聚理论分析实验结果,结论是Y与Ce在晶界处的偏聚属于竞争偏聚。