[發(fā)明專利]一種抗熱震與抗高溫水蒸氣腐蝕的硅酸鐿復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810381229.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110396004A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛亞然;朱濤;鐘鑫;石旻昊;趙君;鄭學(xué)斌;丁傳賢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C04B41/89
• 分類號(hào): C04B41/89;C09D1/00;C09D5/08
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明提供一種抗熱震與抗高溫水蒸氣腐蝕的硅酸鐿復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用，所述硅酸鐿復(fù)合涂層的物相組成包括主相Yb₂SiO₅和第二相Yb₂Si₂O₇，所述第二相Yb₂Si₂O₇的含量為10～50 mol.%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種抗熱震與抗高溫水蒸氣腐蝕的硅酸鐿復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用，屬于涂層領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硅基陶瓷材料具備優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，有望成為新一代的航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料。但其在服役環(huán)境中，易受高溫水蒸氣腐蝕而導(dǎo)致性能急劇惡化。在硅基陶瓷表面制備環(huán)境障礙涂層(Environmental barrier coating，EBC)，是延長(zhǎng)其服役壽命的有效途徑之一。

研究發(fā)現(xiàn)，硅酸鐿涂層(包括Yb₂SiO₅和Yb₂Si₂O₇)相穩(wěn)定性較好、熱膨脹系數(shù)較低、抗高溫水蒸氣腐蝕性優(yōu)異、價(jià)格低廉，得到了研究者們的廣泛關(guān)注。如使用大氣等離子體噴涂法在硅基陶瓷基體表面制備Si(粘結(jié)層)/Yb₂SiO₅(頂層)雙層EBC體系或Si(粘結(jié)層)/莫來(lái)石(中間層)/Yb₂SiO₅(頂層)三層EBC體系，可使基體在高溫水蒸氣環(huán)境中的服役壽命顯著提高【1K.N.Lee,D.S.Fox,N.P.Bansal,Rare earth silicate environmental barriercoatings for SiC/SiC composites and Si₃N₄ceramics,J.Eur.Ceram.Soc.,2005,25(10):1705-1715.2B.T.Richards,M.R.Begley,H.N.G.Wadley,Mechanisms of YtterbiumMonosilicate/Mullite/Silicon Coating Failure During Thermal Cycling in WaterVapor,J.Am.Ceram.Soc.,2015,98(12):4066-4075.】。但是由于Yb₂SiO₅涂層與硅基陶瓷基體熱膨脹系數(shù)仍相差較大，隨著熱循環(huán)次數(shù)的增多，涂層中出現(xiàn)貫穿裂紋至Si層，使得Si層被氧化腐蝕，導(dǎo)致涂層失效，抗熱震性能較差，仍難以滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求【1K.N.Lee,D.S.Fox,N.P.Bansal,Rare earth silicate environmental barriercoatings for SiC/SiC composites and Si₃N₄ceramics,J.Eur.Ceram.Soc.,2005,25(10):1705-1715.3B.T.Richards,S.Sehr,F.de Franqueville,M.R.Begley,H.N.G.Wadley,Fracture mechanisms of ytterbium monosilicate environmentalbarrier coatings during cyclic thermal exposure,Acta Materialia,2016,103:448-460.】。選用熱膨脹系數(shù)與硅基陶瓷基體更為接近的Yb₂Si₂O₇涂層作為頂層材料組成Si(粘結(jié)層)/Yb₂Si₂O₇(頂層)雙層EBC體系，其抗熱震性能相對(duì)于Yb₂SiO₅涂層顯著提高，上千次熱循環(huán)(1316℃-60min至110℃-10min，90％H₂O/10％O₂，流速4.4cm/s)后，涂層內(nèi)部仍無(wú)明顯裂紋產(chǎn)生。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，Yb₂Si₂O₇涂層表面生成一層多孔且含貫穿裂紋的Yb₂SiO₅層，說(shuō)明Yb₂Si₂O₇涂層抗高溫水蒸氣腐蝕性能較差，影響涂層的壽命【4B.T.Richards,K.A.Young,F.de Francqueville,S.Sehr,M.R.Begley,et al.,Response of ytterbium disilicate-silicon environmental barrier coatings to thermal cycling in water vapor,ActaMaterialia,2016,106:1-14.】。