[發明專利]環境障涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810818261.2
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN108911791B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 韓敬;王衍飛;劉榮軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;張鮮

本發明公開了一種環境障涂層及其制備方法，該環境障涂層包括依次設于非氧化物硅基陶瓷復合材料表面的SiC層、雙稀土硅酸鹽層和單稀土硅酸鹽層。制備方法，包括：(1)采用化學氣相沉積法或大氣等離子噴涂法在非氧化物硅基陶瓷復合材料表面制備SiC層；(2)采用大氣等離子噴涂法在SiC層表面制備雙稀土硅酸鹽層；(3)采用大氣等離子噴涂法在雙稀土硅酸鹽層表面制備單稀土硅酸鹽層，得到環境障涂層。該環境障涂層抗熱震性能和抗水汽性能高，熱循環壽命得以大幅提高。

技術領域

本發明涉及涂層材料及其制備技術領域，尤其涉及一種環境障涂層及其制備方法，特別涉及一種可應用于非氧化物硅基陶瓷材料表面的環境障涂層及其制備方法。

背景技術

目前航空、燃氣輪機和航空發動機等先進動力系統的渦輪機葉片主要材質為非氧化物硅基陶瓷及其復合材料，因其服務環境為高溫、富水汽、富氧的環境，雖然非氧化物硅基陶瓷及其復合材料具有高強度、高韌性、耐高溫、抗氧化燒蝕等優點，但其抗高溫濕氧腐蝕性能卻不盡人意。目前常用的解決辦法是在該材料表面制備抗高溫濕氧腐蝕的環境障涂層，以阻止或減小發動機環境對高溫結構材料性能的影響。

目前，常見的環境障涂層有莫來石涂層、硅酸釔涂層等。其中，SiC內層+硅酸釔表層涂層是目前研究較為成熟的抗高溫濕氧腐蝕性能比較好的環境障涂層，但研究表明，其抗熱震性能的效果并不夠好。由于抗熱震性能不好，會導致表層產生貫穿裂紋，為水汽提供了傳輸到粘接層的快速通道，導致粘接層被腐蝕，粘接層被完全腐蝕后，就會危害基體。最重要的是，隨著貫穿裂紋的產生，表層作為保護層的功能已經消失，無法再阻擋環境中的水汽，無法再為基體提供保護。

發明內容

基于此，有必要提供一種抗熱震性能高、避免貫穿裂紋產生的環境障涂層及其制備方法。

具體的技術方案如下：

一種環境障涂層，包括由下至上依次設于非氧化物硅基陶瓷復合材料表面的SiC層、雙稀土硅酸鹽層和單稀土硅酸鹽層。

在其中一個實施例中，所述雙稀土硅酸鹽層與非氧化物硅基陶瓷復合材料的熱脹系數差的絕對值≤3×10^-6/K，所述雙稀土硅酸鹽層與SiC層的熱脹系數差的絕對值≤3×10^-6/K。

在其中一個實施例中，所述雙稀土硅酸鹽層中的雙稀土硅酸鹽為Lu₂Si₂O₇、Yb₂Si₂O₇、Y₂Si₂O₇、Er₂Si₂O₇及ScSi₂O₇中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述單稀土硅酸鹽層中的單稀土硅酸鹽為Lu₂SiO₅。

在其中一個實施例中，所述SiC層的厚度為50μm～150μm，所述雙稀土硅酸鹽層的厚度為50μm～150μm，所述單稀土硅酸鹽層的厚度為50μm～100μm。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種上述的環境障涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)采用化學氣相沉積法或大氣等離子噴涂法在非氧化物硅基陶瓷復合材料表面制備SiC層；

(2)采用大氣等離子噴涂法在SiC層表面制備雙稀土硅酸鹽層；

(3)采用大氣等離子噴涂法在雙稀土硅酸鹽層表面制備單稀土硅酸鹽層，得到環境障涂層。

在其中一個實施例中，所述步驟(3)后還包括以下步驟：

(4)將環境障涂層在1400～1500℃下保溫10～20h。