[發明專利]一種BSAS復合陶瓷粉末的制備方法

有效

• 申請號: 201410253549.1
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104003697A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 劉懷菲;熊翔;王雅雷
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/01;C04B35/626
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種環境障礙涂層用復合陶瓷粉末的制備方法，特別涉及一種BSAS復合陶瓷粉末的制備方法；屬于氧化物陶瓷材料制備技術領域。

技術背景

炭/炭-碳化硅(C/C-SiC)復合材料是以炭纖維為增強相的陶瓷基復合材料，綜合了纖維增強體優越的力學性能以及陶瓷良好的化學和熱穩定性，具有高比強、高比模、密度低、抗氧化性能好、耐腐蝕、優異的力學性能和熱物理性能等突出優點，是高推重比航空發動機、火箭發動機以及空天飛行器等高溫熱端部件理想的高溫結構材料。采用化學氣相沉積(CVD)技術在C/C-SiC表面制備SiC涂層可顯著提高抗氧化性能，但高溫水氧耦合環境對SiC涂層具有較強的腐蝕作用。由于大量水蒸汽的存在，SiC涂層氧化生成的SiO₂膜會與水蒸汽反應生成氣態揮發性的Si(OH)₄，Si的損耗導致復合材料性能迅速下降。針對SiC涂層在高溫水氧環境下快速氧化而無法持久工作的問題，在其表面沉積環境障礙涂層(EBCs)是較為理想的措施。目前廣泛采用等離子噴涂技術在CMC-SiC材料表面制備的EBCs體系。

以鋇長石(BaAl₂Si₂O₈)為主晶相的BaO·Al₂O₃·SiO₂(BAS)系微晶玻璃陶瓷是極具應用前景的EBCs材料。鋇長石的主要晶型有單斜鋇長石、六方鋇長石和正交鋇長石，從熱力學上看，單斜鋇長石是1590℃以下的穩定相，六方鋇長石是高于1590℃的穩定相。單斜鋇長石具有化學穩定性好、相穩定好(在0-1590℃范圍內保持單斜相不變)、熱膨脹系數小(單斜相BSA在20-1000℃的熱膨脹系數為2.29×10^-6/℃)、抗熱震性好、抗氧化能力和耐酸堿腐蝕能力強、與SiC、Si₃N₄及莫來石等都有良好的化學相容性等優良性能，更適宜作為EBCs體系高溫結構材料，這也是眾多學者重點研究如何通過成分及工藝的控制和改進獲得單斜鋇長石的主要原因。六方鋇長石結構對稱性高，結構簡單，形核阻力小，所以BAS微晶玻璃晶化時，亞穩的六方鋇長石一般優先形核長大，然后單斜鋇長石在六方鋇長石的表面成核長大，這個過程非常困難。研究發現促進六方鋇長石向單斜鋇長石轉變的關鍵是促進單斜鋇長石的形核或促進六方鋇長石結構內離子的移動或促進SiO₂的擴散。但在固態條件下，要實現SiO₂的固態擴散，是很難的。隨著研究的進一步深入，發現將BaAl₂Si₂O₈與SrAl₂Si₂O₈形成固溶體，是促進鋇長石相變的有效措施之一。鍶長石(SrAl₂Si₂O₈)與鋇長石結構相同，同樣包括單斜鍶長石、正交鍶長石和六方鍶長石三種，其中，單斜鍶長石的綜合性能良好。制備SAS微晶玻璃時也往往先得到六方鍶長石，而后六方鍶長石轉變為單斜鍶長石，與鋇長石不同的是，SrAl₂Si₂O₈發生六方鍶長石到單斜鍶長石的轉變比較容易。因此，在制備BAS系微晶玻璃陶瓷時加入SrO，SrO和SiO₂、Al₂O₃生成六方鍶長石，六方鍶長石在燒結時轉變為單斜鍶長石，晶型結構相似的單斜鍶長石為單斜鋇長石的外延生長提供核位，同時單斜鍶長石也可作為單斜鋇長石異質形核的核心，促進單斜鋇長石的形核，從而促進六方鋇長石向單斜鋇長石的轉變。