[發明專利]一種環境障涂層用空心球形BSAS粉末的制備方法

有效

• 申請號: 201811495928.6
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109485387B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 白描;楊杰;張智;田凌寒;高波;葛松庚
• 申請（專利權）人: 西安航天復合材料研究所
• 主分類號: C04B35/01
• 分類號: C04B35/01;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張潔;仇蕾安

本發明提供了一種環境障涂層用空心球形BSAS粉末的制備方法，屬于陶瓷粉末加工技術領域。該粉末制備方法包括以下步驟：一、將鋇鹽、鍶鹽、鋁鹽按比例加入去離子水中攪拌至完全溶解，得到混合溶液；二、進行共沉淀處理，得到混合物；三、將混合物與硅酸進行水熱反應；四、將水熱反應產物經過濾、洗滌和烘干后，與去離子水及粘結劑混合均勻，得到漿料；五、進行噴霧干燥處理，得到粒料；六、進行燒結處理；七、進行等離子球化和篩分處理，得到空心球形BSAS粉末。采用本發明制備的BSAS粉末為單斜相、空心球形結構，各成分分布均勻、純度高、結晶度高；本發明工藝過程中設備簡單，生產成本低，適于工業化大規模生產。

技術領域

本發明涉及一種環境障涂層用空心球形BSAS粉末的制備方法，屬于陶瓷粉末加工技術領域。

背景技術

新一代高推重比航空發動機的迅速發展，使得高壓渦輪熱端部件的工作溫度不斷提高，提高渦輪前進口溫度可以有效提升發動機的推重比和熱效率，并且同時提升發動機運行的經濟性。Si基陶瓷復合材料，如SiC纖維增強SiC陶瓷復合材料以及Si₃N₄等，具有耐高溫(長期使用溫度最高達到1650℃)、低密度、高強度、高模量、抗氧化、抗燒蝕和對裂紋不敏感等特點，是新一代大推重比航空發動機理想的高溫熱結構材料。雖然Si基陶瓷復合材料具有很多優良的性能，但是在高溫有氧環境下的氧化敏感性成為制約其在高推比航空發動機應用的主要原因。在干燥的O₂環境中，Si基陶瓷復合材料其表面能夠形成一層致密的SiO₂，具有極好抗氧化性。然而發動機實際服役環境中包含許多腐蝕性介質，如高溫、高壓水蒸氣、O₂以及各種熔鹽雜質(Na、Cl和S等)，這些腐蝕性介質，尤其是水蒸氣和熔鹽雜質，能夠與Si基陶瓷復合材料氧化生成的SiO₂保護層反應，生成易揮發的氣態物質Si(OH)_x，使其喪失保護基體的作用，導致Si基陶瓷復合材料性能不斷惡化，成為制約Si基陶瓷復合材料在發動機熱端部件中應用的重要因素。因此解決高溫燃氣環境下的抗氧化和抗腐蝕問題是Si基陶瓷復合材料在航空發動機上應用的關鍵。

通過在熱端部件表面涂覆環境障涂層(Environmental barrier coatings，簡稱EBCs)，利用陶瓷面層耐腐蝕、低熱導率的特性，在高溫工作介質和熱端部件之間形成隔熱屏障，可減緩發動機工作環境對部件的腐蝕，從而延長部件使用壽命的目的。使用EBCs同時還可以避免高溫燃氣對熱端部件的直接腐蝕，降低系統對燃料品質的要求，節約系統運行成本；還可以在不改變部件工作溫度的基礎上，提高發動機渦輪前進口溫度，提升系統的性能并降低燃料消耗率和污染物的排放。

EBCs一般由粘接層、中間層和面層組成。目前，通常選用Si作為粘接層、莫來石作為中間層、BSAS(1-xBaO-xSrO-Al₂O₃-2SiO₂，0x1)作為面層防護材料。目前應用較為普遍的EBCs制備技術主要有漿料浸漬和等離子噴涂。但漿料浸漬存在著制備周期長且涂層性能差等缺點。等離子噴涂具有成本低、工藝簡單、可進行大規模生產等優點，是目前應用最廣泛的熱障涂層制備方法。BSAS面層作為環境障涂層的核心，BSAS涂層的性能如熱導率和力學強度等主要由其微觀結構如扁平粒子間的結合率、扁平粒子的界面比和孔隙率等決定。研究表明，采用空心結構的粉末等離子噴涂涂層時，在粉末被噴槍焰流加熱熔化后，空心粉末中的氣泡能夠被保留在熔滴中，含有氣泡的熔滴與基體碰撞、鋪展凝固后，所形成的“扁平粒子”厚度更加均勻，缺陷更少，由此類“扁平粒子”堆疊形成的涂層將具有適中的孔隙率，高的“扁平粒子”界面比，涂層不僅具有高的力學強度，同時也具有極低的熱導率。