超高温多层梯度复合环境障涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超高温多层梯度复合环境障涂层的制备方法。所述超高温多层梯度复合环境障涂层包括：基材；粘结层，粘结层包裹基材；隔氧层，隔氧层包裹粘结层；超高温梯度抗水氧腐蚀层，超高温梯度抗水氧腐蚀层包裹隔氧层，超高温梯度抗水氧腐蚀层的材料包括一元稀土硅酸盐和/或二元稀土硅酸盐，且超高温梯度抗水氧腐蚀层中一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递减，二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递增。根据本发明专利技术的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，在1500℃下具有良好的抗水氧腐蚀能力，有效地提高了环境障涂层的使用温度。

Ultra high temperature multi-layer gradient composite environment barrier coating and preparation method thereof

The invention relates to an ultrahigh temperature multi-layer gradient composite environment barrier coating and a preparation method thereof. The ultra high temperature gradient composite environmental barrier coating includes a substrate; bonding layer, adhesive layer coated substrate; oxygen barrier layer, oxygen barrier layer adhesive layer; water resisting oxygen corrosion layer of ultra high temperature gradient, ultra high temperature gradient anti water oxygen corrosion layer oxygen barrier layer, super high temperature gradient anti water oxygen corrosion layer the material comprises a rare earth element silicate and / or two yuan of rare earth silicate, and the content of ultra high temperature gradient anti water oxygen corrosion layer element a rare earth silicate weight from the inside to the outside is decreasing, the content of two yuan of rare earth silicate weight increasing from the inside to the outside. An ultrahigh temperature multi-layer gradient composite barrier coating according to the present invention has a good resistance to water and oxygen corrosion at 1500 DEG C and effectively improves the use temperature of an environmental barrier coating.

【技术实现步骤摘要】
超高温多层梯度复合环境障涂层及其制备方法
本专利技术涉及材料领域，具体地，涉及一种超高温多层梯度复合环境障涂层及其制备方法。
技术介绍
硅基陶瓷及其复合材料以其低密度、高强度、良好的高温稳定性、抗氧化性能以及高温条件下良好的机械性能等优良特性，得到了广泛关注，在高温热结构部件上显示了良好的应用前景。但硅基材料在水氧气氛中，存在着材料表面严重的氧化失效的问题，严重限制着该类材料的应用范围。环境障涂层(Environmentalbarriercoating，EBC)可有效保护硅基材料，大大降低水蒸汽的腐蚀，解决了硅基陶瓷及其复合材料在水氧环境中严重氧化的问题。随着对EBC涂层研究的加深，已逐渐从最初的单层涂层体系发展出双层涂层体系、多组分复合涂层体系，这也使得硅基陶瓷及其复合材料可以在更为广泛的范围内使用。其中，最具有应用价值的EBC涂层体系是BSAS((1-x)BaO-xSrO-Al2O3-2SiO2，0≤x≤1)涂层体系。该BSAS涂层体系结构包括：硅基底涂层；莫来石(mullite)或者莫来石+BSAS中间层；BSAS面层，其中Si涂层以提升基底和涂层间的结合力，中间相起到隔绝氧气渗透、终止裂纹的作用，BSAS面涂层抵抗水氧腐蚀。BSAS涂层体系在≤1300℃时，表现出良好的抗水氧性能，有效的保护了硅基陶瓷及其复合材料。尽管如此，BSAS涂层体系依然有其自身的缺陷，不能实现在1300℃以上长期使用。其主要原因有以下两点：其一，BSAS在高温(＞1400℃)挥发性较高，当在高气流冲刷的环境下，其挥发速率将会明显加快，因此，在1300℃、高气流冲刷的条件下，依然具有较高的挥发性；其次，BSAS在1300℃以上会与mullite中的SiO2反应，产生玻璃态物质，影响涂层的结合力。EBC涂层的耐久性很大程度上决定了硅基陶瓷及其复合材料的使用寿命，但1300℃远没达到硅基陶瓷及其基复合材料的耐温极限，因此，开发超高温的环境障涂层，充分挖掘硅基陶瓷及其基复合材料的潜能具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种超高温多层梯度复合环境障涂层，在1500℃下具有良好的抗水氧腐蚀能力，有效地提高了环境障涂层的使用温度。根据本专利技术实施例的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，包括：基材；粘结层，粘结层包裹基材；隔氧层，隔氧层包裹粘结层；超高温梯度抗水氧腐蚀层，超高温梯度抗水氧腐蚀层包裹隔氧层。超高温梯度抗水氧腐蚀层的材料包括一元稀土硅酸盐和/或二元稀土硅酸盐，且超高温梯度抗水氧腐蚀层中一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递减，二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递增。根据本专利技术实施例的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，为硅基陶瓷及其复合材料在高温、水氧环境下的使用提供了有力保障，有效的发挥了硅基陶瓷及其基复合材料的耐高温性能。所设计的多层复合环境障涂层具有三层，自基材向上分别为：粘接层、隔氧层、超高温梯度抗水氧腐蚀层。其中超高温梯度抗水氧腐蚀层的原料为稀土硅酸盐，稀土硅酸盐在高温下具有优良的稳定性和极低的挥发性，通过结构设计，得到与中间层的化学稳定性的新型梯度涂层面层，起到抗水氧腐蚀的作用。具有新型梯度涂层面层的环境障涂层在1500℃下具有良好的抗水氧腐蚀能力，有效的提高了环境障涂层的使用温度。另外，根据本专利技术上述实施例的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，一元稀土硅酸盐为Lu2SiO5，二元稀土硅酸盐为Lu2Si2O7。进一步地，一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：100％～80％、40％～60％、0％～20％，超高温梯度抗水氧腐蚀层由内到外二元稀土硅酸盐重量含量为：0％～20％、40％～60％、100％～80％。进一步地，一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：100％，50％，0％；二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：0％，50％，100％。本专利技术的另一个目的在于提出一种超高温多层梯度复合环境障涂层的制备方法。根据本专利技术的一种超高温多层梯度复合环境障涂层的制备方法，包括如下步骤：S101:在基材上制备粘结层；S102:在粘结层上制备隔氧层；S103:在隔氧层上制备超高温梯度抗水氧腐蚀层。其中，超高温梯度抗水氧腐蚀层的材料为一元稀土硅酸盐和/或二元稀土硅酸盐，超高温梯度抗水氧腐蚀层中一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递减，二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递增。进一步地，一元稀土硅酸盐为Lu2SiO5，二元稀土硅酸盐为Lu2Si2O7。进一步地，一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：100％～80％、40％～60％、0％～20％，超高温梯度抗水氧腐蚀层由内到外二元稀土硅酸盐重量含量为：0％～20％、40％～60％、100％～80％。进一步地，一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：100％，50％，0％；二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：0％，50％，100％。进一步地，步骤S103包括如下步骤：将一元稀土硅酸盐和/或二元稀土硅酸盐按照不同的重量含量与有机溶剂和有机高分子混合，制备成浆料；按照二元稀土硅酸盐由内到外重量含量依次减小、一元稀土硅酸盐由内到外重量含量依次递增的顺序，将浆料涂覆到隔氧层上；将涂覆浆料后的基材加热至第一预设温度并保温第一预设时间，然后以第一预设升温速率升温至第二预设温度并保温第二预设时间，最后以第二预设升温速率升温至第三预设温度并保温第三预设时间。其中，一元稀土硅酸盐和二元稀土硅酸盐的重量之和在浆料中的重量含量为40％～50％。进一步地，第一预设温度为90℃～110℃，第一预设时间为0.5～1.5h，第一预设升温速率为5℃/min～10℃/min，第二预设温度为480℃～520℃，第二预设时间为0.5h～1.5h，第二预设升温速率为1℃/min～5℃/min，第三预设温度为1400℃～1500℃，第三预设时间为2.5h～3.5h。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术一实施例与对比例的环境障涂层水氧腐蚀的重量变化曲线；图2为本专利技术另一实施例与另一对比例的环境障涂层水氧腐蚀的重量变化曲线。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，以下实施方式仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。根据本专利技术实施例的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，由内而外依次包括：基材，粘结层，隔氧层和超高温梯度抗水氧腐蚀层。基材可以选择硅基陶瓷，例如SiC/SiC复合材料等，硅基陶瓷及其复合材料以其低密度、高强度、良好的高温稳定性、抗氧化性能以及高温条件下良好的机械性能等优良特性，在高温热结构部件上显示了良好的应用前景。粘结层选择Si，涂层厚度约为20μm～50μm。硅粘结层的作用主要是将基材与中间层结合到一起，如果粘结层厚度过大，会影响材料的整体性能，所以粘结层的厚度较小。硅粘结层的制备方法包括：熔体渗透、等离子喷涂、电子束辅助物理气相沉积等。隔氧层材料可以选用高纯莫来石(3Al2O3·2SiO2)。高纯莫来石是一种优质的耐火材料，它具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高温多层梯度复合环境障涂层，其特征在于，包括：基材；粘结层，所述粘结层包裹所述基材；隔氧层，所述隔氧层包裹所述粘结层；超高温梯度抗水氧腐蚀层，所述超高温梯度抗水氧腐蚀层包裹所述隔氧层，所述超高温梯度抗水氧腐蚀层的材料包括一元稀土硅酸盐和/或二元稀土硅酸盐，且所述超高温梯度抗水氧腐蚀层中所述一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递减，所述二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递增。

【技术特征摘要】
1.一种超高温多层梯度复合环境障涂层，其特征在于，包括：基材；粘结层，所述粘结层包裹所述基材；隔氧层，所述隔氧层包裹所述粘结层；超高温梯度抗水氧腐蚀层，所述超高温梯度抗水氧腐蚀层包裹所述隔氧层，所述超高温梯度抗水氧腐蚀层的材料包括一元稀土硅酸盐和/或二元稀土硅酸盐，且所述超高温梯度抗水氧腐蚀层中所述一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递减，所述二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递增。2.根据权利要求1所述的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，其特征在于，所述一元稀土硅酸盐为Lu2SiO5，所述二元稀土硅酸盐为Lu2Si2O7。3.根据权利要求1或2所述的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，其特征在于，所述一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：100％～80％、40％～60％、0％～20％，所述超高温梯度抗水氧腐蚀层由内到外二元稀土硅酸盐重量含量为：0％～20％、40％～60％、100％～80％。4.根据权利要求1或2所述的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，其特征在于，所述一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：100％，50％，0％；所述二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次为：0％，50％，100％。5.一种超高温多层梯度复合环境障涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S101:在基材上制备粘结层；S102:在所述粘结层上制备隔氧层；S103:在所述隔氧层上制备超高温梯度抗水氧腐蚀层；其中，所述超高温梯度抗水氧腐蚀层的材料为一元稀土硅酸盐和/或二元稀土硅酸盐，所述超高温梯度抗水氧腐蚀层中所述一元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递减，所述二元稀土硅酸盐的重量含量由内到外依次递增。6.根据权利要求5所述的一种超高温多层梯度复合环境障涂层，其特征在于，所述一元稀土硅酸盐为Lu2SiO5，所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗瑞盈，王连毅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11