[發明專利]一種稀土系復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910022540.2
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN111434613B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 王一光
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01F17/32
• 分類號: C01F17/32;C01F17/10
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 黃溪;劉芳

本發明提供一種稀土系復合材料及其制備方法和應用，所述稀土系復合材料的組成為(RE)₂Si_xO_y；其中，RE為稀土元素中的至少三種，6+4x＝2y，1≤x≤3，5≤y≤7。該稀土系復合材料長期在水氧燃氣環境中仍不易發生揮發，具有極其穩定的特性，有助于延長環境屏障涂層的服役壽命。

技術領域

本發明涉及一種材料，尤其涉及一種稀土系復合材料及其制備方法和應用，屬于涂層設計技術領域。

背景技術

由于連續纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料(CMC-SiC)擁有高比強度、高比模量、抗氧化和低密度等特點，因此歐美等航空強國已經在航空發動機熱端部件上逐步應用CMC-SiC部件。CMC-SiC在空氣或干氧環境中服役時，在其表面會形成致密的SiO₂保護膜，由于SiO₂在高溫下具有較低的氧擴散系數，因此，CMC-SiC在空氣或干氧環境中具有非常好的抗氧化性能。

然而，在發動機燃燒室環境下，CMC-SiC表面所形成的SiO₂保護膜會被燃氣環境中的水蒸氣和熔鹽雜質所侵蝕，喪失對內部復合材料的保護作用，從而使CMC-SiC部件的使用性能急劇下降。針對這一問題，目前常在CMC-SiC表面制備涂層，以克服CMC-SiC在發動機燃燒室環境下因氧化、腐蝕造成的早期失效，從而保障CMC-SiC部件在發動機燃燒室環境下的環境耐久性，滿足航空發動機部件安全性和長壽命的要求。

目前，涂層材料主要包括莫來石(mullite)、鋇鍶鋁硅氧系(Ba_xSr_1-xAl₂Si₂O₇，BSAS)。莫來石具有較高的SiO₂活度(0.3～0.4)，導致其在水氧燃氣環境中存在SiO₂選擇性揮發，因而，莫來石在水氧燃氣環境中相穩定性較差，服役壽命較短。而BSAS系材料雖然SiO₂活度較低，在較短時期內處于水氧燃氣環境中可以具有較好的相穩定性，但是一旦服役時間過長，仍然會在水氧燃氣環境中具有揮較高發速率導致失重，從而限制了其使用壽命。

發明內容

本發明提供一種稀土系復合材料及其制備方法和應用，該稀土系復合材料長期在水氧燃氣環境中仍不易發生會揮發，具有極其穩定的特性，有助于延長環境屏障涂層的服役壽命。

本發明提供一種稀土系復合材料，所述稀土系復合材料的組成為(RE)₂Si_xO_y；

其中，RE為稀土元素中的至少三種，且6+4x＝2y，1≤x≤3，5≤y≤9。

如上所述的稀土系復合材料，其中，每種稀土元素在總稀土元素的摩爾含量為5-50％。

如上所述的稀土系復合材料，其中，所述稀土元素包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。

如上所述的稀土系復合材料，其中，所述稀土系復合材料的組成為(RE)₂Si₂O₇。

如上所述的稀土系復合材料，其中，所述稀土系復合材料的組成為(RE)₂SiO₅。

本發明還提供一種上述任一所述的稀土系復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)混合硅源和至少三種稀土元素的鹽溶液，攪拌，得到混合溶液；

2)攪拌所述混合溶液，得到混合凝膠；

3)對所述混合凝膠依次進行干燥處理和燒結處理，得到產物前體；

4)對產物前體進行熱處理，得到所述稀土系復合材料；