[發明專利]一種二硅酸鈧環境障涂層材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010112715.1
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111410200B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 葉福興;袁熠輝;楊文奇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明涉及一種二硅酸鈧環境障涂層材料的制備方法，將Scsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;粉末與稀酸按混合后，置于加熱器上攪拌直到Scsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;粉末完全溶解，將澄清溶液蒸發結晶，把得到的晶體與正硅酸乙酯，乙醇和去離子水按比例混合后在室溫下不斷攪拌6?10h，形成溶膠并轉變為濕凝膠，將濕凝膠烘干，烘干后樣品放入坩堝并置于馬弗爐中，在1000?1200℃下加熱反應1?10h，然后在1300?1700℃下加熱反應10?20h，反應結束后隨爐冷卻至室溫，研磨后得到Scsubgt;2/subgt;Sisubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;粉體。得到的Scsubgt;2/subgt;Sisubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;粉體的純度在95％以上。本發明工藝簡單，成本低，合成溫度低，所制備Scsubgt;2/subgt;Sisubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;純度高，粒度均勻，晶粒大小在1?3μm之間。

技術領域

本發明涉及一種環境障涂層材料的制備方法，具體為二硅酸鈧(Sc₂Si₂O₇)的溶膠凝膠制備方法。合成的Sc₂Si₂O₇粉體材料可以用以制備致密、無裂紋和氣孔等缺陷，具有耐腐蝕、抗高溫氧化性能的Sc₂Si₂O₇環境障涂層。

背景技術

碳化硅陶瓷基復合材料(SiC-CMC)具有優異的高溫機械性能、耐久性能成為下一代航空發動機高溫熱端構件的候選材料(連續纖維增強碳化硅陶瓷基復合材料在航空發動機上的應用[J].航空制造技術，2014(06):10-13)。SiC-CMC的應用可有效地提高航空發動機的燃料效率和推重比，然而在高溫環境下，高溫水蒸氣和熔鹽雜質與基體材料反應生成揮發性的氣態物質Si(OH)₄，氣態產物被高速燃氣帶走，最終導致材料的失效。在基體材料表面涂覆一層環境障涂層，可以阻止高溫水蒸氣、熔鹽向基體材料的擴散。現階段Si/莫來石/稀土硅酸鹽三層涂層結構由于具有良好的熱匹配性能、高溫穩定性能成為最佳的環境障涂層體系(Appleby?M?P，Zhu?D，Morscher?G?N.Mechanical?properties?and?realtimedamage?evaluations?of?environmental?barrier?coated?SiC/SiC?CMCs?subjected?totensile?loading?under?thermal?gradients[J].Surface?and?Coatings?Technology，2015，284:318-326)。鈧作為鑭系元素的同族元素，具有與鑭系元素相似的性質，有學者提出Sc₂Si₂O₇作為環境障涂層面層材料具備優異的高溫熱穩定性，抗水蒸氣腐蝕性能及抗CMAS腐蝕性能(Laura?R.Turcer,Amanda?R.Krause,Hector?F.Garces,Lin?Zhang,NitinP.Padture,Environmental-barrier?coating?ceramics?for?resistance?againstattack?by?molten?calcia-magnesia-aluminosilicate(CMAS)glass:Part?II,β-Yb₂Si₂O₇andβ-Sc₂Si₂O₇,Journal?of?the?European?Ceramic?Society,Volume?38,Issue?11,2018,Pages?3914-3924.)。研究結果表明，Sc₂Si₂O₇的純度越高，其高溫穩定性和抗腐蝕性越好，因此，開發高純度Sc₂Si₂O₇的制備方法具有重要的意義。