[發(fā)明專利]一種低熱膨脹的熱/環(huán)境障涂層用鈦摻雜鉿酸鑭陶瓷及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210274677.9
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114349502B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王衍飛;杜金平;劉榮軍;萬帆;李端;李俊生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/626
• 代理公司: 長沙國科天河知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發(fā)明提供了一種低熱膨脹的熱/環(huán)境障涂層用鈦摻雜鉿酸鑭陶瓷及其制備方法。制備方法包括先將三氧化二鑭粉末、二氧化鉿粉末與二氧化鈦粉末溶于無水乙醇并球磨，得到混合漿料，將混合漿料干燥，得到混合前驅(qū)體粉末，將混合前驅(qū)體粉末高溫空氣氣氛中進(jìn)行反應(yīng)，得到La₂(Hf_1?xTi_x)₂O₇陶瓷粉末，其中摩爾分?jǐn)?shù)0x≤0.2。所述涂層用材料具有更低的熱膨脹系數(shù)，與陶瓷基復(fù)合材料基體更加匹配，且制備工藝簡單、成本較低、產(chǎn)物純度較高，有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體地涉及陶瓷基復(fù)合材料表面熱/環(huán)境障涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低熱膨脹的熱/環(huán)境障涂層用鈦摻雜鉿酸鑭陶瓷。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機(jī)是現(xiàn)代航空工業(yè)最為核心的部分之一，無論是在軍用還是民用領(lǐng)域，對于高性能航空發(fā)動機(jī)的需求都在不斷提升，發(fā)動機(jī)向著大推力大推重比發(fā)展已經(jīng)是必然趨勢，而這就要求發(fā)動機(jī)的渦輪進(jìn)口溫度不斷提升。傳統(tǒng)的高溫合金材料制造的葉片等熱端部件耐溫極限只有1100℃，已經(jīng)不能滿足新一代航空發(fā)動機(jī)的需求。因此，研究者從陶瓷基復(fù)合材料中尋找新型耐高溫材料，其中最為突出的就是SiC_f/SiC復(fù)合材料，它具有高溫穩(wěn)定性優(yōu)異、高溫抗氧化性強(qiáng)、低密度、高溫力學(xué)性能優(yōu)異、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)異等特點(diǎn)，是最有潛力取代鎳基高溫合金制備航空發(fā)動機(jī)熱端構(gòu)件的材料之一。

SiC_f/SiC復(fù)合材料雖然抗氧化性優(yōu)異，但在高溫水汽存在的情況下卻容易受到氧化腐蝕，一般稱為水氧腐蝕，而渦輪發(fā)動機(jī)葉片等在工作的高溫燃?xì)猸h(huán)境中含有大量水汽，在水氧腐蝕下會反應(yīng)生成揮發(fā)性的Si(OH)_x，造成材料損耗，嚴(yán)重影響使用性能和服役壽命。為了解決這個問題，人們開發(fā)了一種用來抵御這種工作環(huán)境中的腐蝕物質(zhì)的涂層，即環(huán)境障涂層（EBC）。通過噴涂或沉積等方法，在SiC_f/SiC復(fù)合材料制造的構(gòu)件表面制備環(huán)境障涂層，將基體與外界環(huán)境隔離，形成屏障，從而保護(hù)SiC_f/SiC復(fù)合材料。因此，環(huán)境障涂層材料一般選取耐水氧腐蝕性較好的材料。另一方面，環(huán)境障涂層的開發(fā)和應(yīng)用很容易讓人將其與熱障涂層（TBC）聯(lián)系，二者都是為了解決航空發(fā)動機(jī)服役溫度提升的需求，而后者的發(fā)展歷史相對較長。熱障涂層最初也是為了解決高溫合金耐溫能力不足的問題，即用低熱導(dǎo)率的材料在合金基體表面制備一層具有隔熱作用的涂層，從而降低合金基體實(shí)際承受溫度，提升整個部件的耐溫上限。因此，熱障涂層的主要作用就是隔熱，選用的材料需要具有較低熱導(dǎo)率。有了熱障涂層的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為了更進(jìn)一步提升SiC_f/SiC復(fù)合材料構(gòu)件的服役溫度，熱/環(huán)境障涂層的概念被提出，即在環(huán)境障涂層的基礎(chǔ)上再制備一層熱障涂層，形成熱/環(huán)境障復(fù)合涂層，在提供環(huán)境腐蝕保護(hù)的同時提供熱防護(hù)。美國NASA已經(jīng)對這種復(fù)合涂層進(jìn)行了開發(fā)并取得一定成果，可以預(yù)見熱/環(huán)境障涂層將成為未來陶瓷基高性能航空發(fā)動機(jī)材料應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。