一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体，其化学式为：(Ho

【技术实现步骤摘要】
一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体及其制备方法


[0001]本专利技术属于航空发动机环境障涂层用陶瓷材料
，具体涉及一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体及其制备方法。

技术介绍

[0002]提升航空发动机的推重比是未来航空工业的发展方向，要想实现高推重比势必要提升涡轮前进口的温度，因此燃烧室和涡轮叶片等热端部件的工作温度将不断上升。目前航空发动机的叶片材料为高温合金材料，涡轮前进口的温度进一步提升将达到镍基高温合金的承温极限，导致镍基高温合金已经很难满足发动机的工作需求了。而硅基非氧化物陶瓷及其复合材料(比如硅基陶瓷材料)具有优异的高温热学和力学性能，有望代替传统的高温合金，作为新一代航空发动机热的端部件材料。
[0003]在干燥的燃烧环境下，硅基陶瓷材料表面会生成一层SiO2膜，起到良好的保护作用，能够阻碍硅基材料进一步被氧化。然而，在含有水蒸气的燃烧环境中，硅基陶瓷会与水蒸气发生反应，生成易挥发的Si(OH)4，从而造成材料性能的衰退。而环境障涂层(Environmental barrier coatings,EBC)具有良好的耐熔盐腐蚀和水氧腐蚀等特点，将其涂覆在发动机热端部件的表面，有望能解决这一问题。
[0004]稀土硅酸盐陶瓷材料具有优良的抗水蒸气腐蚀性能、抗CMAS(CaO
‑
MgO
‑
Al2O3‑
SiO2)腐蚀性能以及较低的热膨胀系数，是新一代环境障涂层的热门候选材料。一些稀土单硅酸盐和稀土双硅酸盐满足作为硅基非氧化物陶瓷环境障涂层的基本要求。然而，单相稀土硅酸盐的各方面性能并不均衡，目前尚不能发现完全满足环境障涂层的性能需求的候选材料，因此需要对材料进行优化设计。
[0005]高熵陶瓷，是将高熵合金的设计思想应用于陶瓷，将传统陶瓷中的单一阳离子替换成几种等摩尔或接近等摩尔的阳离子，从而形成多组元固溶体的陶瓷。多种元素的本身特性和它们之间的相互作用，能够将各元素的优良性能相结合，进而使高熵陶瓷具备各组元的优良性能。常见的高熵陶瓷主要为高熵稀土硅酸盐块体，比如重稀土元素的高熵稀土单硅酸盐(Yb
0.25
Y
0.25
Lu
0.25
Er
0.25
)2SiO5块体、稀土双硅酸盐(Yb
0.2
Y
0.2
Lu
0.2
Sc
0.2
Gd
0.2
)2Si2O7块体、稀土单硅酸盐(Y
0.25
Ho
0.25
Er
0.25
Yb
0.25
)2SiO5块体等。但当前的高熵稀土硅酸盐块体的制备方法存在工艺繁琐，效率较低，块体致密度不够高，以及稀土元素种类单一(全部为重稀土)等问题。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体，该块体固溶度高、高温稳定性好，致密度高，其制备方法工艺简单，生产效率高，且安全性高，节省能源。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术提供了一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体，所述轻重稀土混合高
熵稀土硅酸盐致密块体的化学式为：(Ho
0.25
Lu
0.25
Yb
0.25
Eu
0.25
)2SiO5，其中Ho(钬)、Lu(镥)、Yb(镱)为重稀土元素，Eu(铕)为轻稀土元素。
[0009]本专利技术还提供了上述的轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、根据Ho2O3:Lu2O3:Yb2O3:Eu2O3:SiO2＝1:1:1:1:4的摩尔比称取各原料；
[0011]S2、采用湿法混合的方法将步骤S1的各原料混合均匀，并干燥过筛，得到混合原料；
[0012]S3、步骤S2的混合原料高温反应后得到轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐陶瓷颗粒；
[0013]S4、对步骤S3的重稀土混合高熵稀土硅酸盐陶瓷颗粒经进行湿法球磨，经干燥、过筛后得到轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐陶瓷粉体；
[0014]S5、对步骤S4的轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐陶瓷粉体进行冷压成型和冷等静压后得到轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐块状坯体；
[0015]S6、对步骤S5的轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐块状坯体进行高温烧结后得到重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体。
[0016]优选地，步骤S2所述湿法混合以乙醇为介质，转速为100
‑
300r/min，时间为4
‑
12h。
[0017]优选地，步骤S3所述高温反应为在空气氛围下1500℃
‑
1700℃反应2
‑
8h。
[0018]优选地，步骤S4所述湿法球磨以乙醇为介质，转速为100
‑
300r/min，时间为4
‑
12h。
[0019]优选地，步骤S5所述冷压成型的压强为10
‑
30MPa，保压时间为1
‑
5min；冷等静压的压强为100
‑
250MPa，保压时间为10
‑
30min。
[0020]优选地，步骤S5所述高温烧结的温度为1400
‑
1750℃，保温时间为2
‑
12h。
[0021]优选地，步骤S1所述Ho2O3、Lu2O3、Yb2O3、Eu2O3、SiO2的纯度为99.9％
‑
99.99％。
[0022]优选地，步骤S2和S4所述过筛为过40
‑
120目筛。
[0023]优选地，步骤S2所述湿法混合和步骤S4所述湿法球磨的球磨罐和磨球均为氧化锆或玛瑙材质。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术提供一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体，其化学式为：(Ho
0.25
Lu
0.25
Yb
0.25
Eu
0.25
)2SiO5，该块体以Ho2O3、Lu2O3、Yb2O3、Eu2O3、SiO2为原料，经过湿法混合、高温反应、湿法球磨、冷压成型、冷等静压以及高温烧结工艺后制备得到。本专利技术具有以下优点：
[0026](1)制备过程工艺简单，安全性高，且节省能源。
[0027](2)本专利技术在轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体的制备过程中，采用冷等静压+无压烧结的方法，生产效率高，能同时制备多个样品：通常的热压烧结，每次只能制备一个样品；而本专利技术的冷等静压+无压烧结法可以一炉烧制多个样品。
[0028](3)本专利技术的轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体固溶度高、高温稳定性好，致密度高，可达96％以上。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体，其特征在于，所述轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体的化学式为：(Ho
0.25
Lu
0.25
Yb
0.25
Eu
0.25
)2SiO5。2.一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据Ho2O3:Lu2O3:Yb2O3:Eu2O3:SiO2＝1:1:1:1:4的摩尔比称取各原料；S2、采用湿法混合的方法将步骤S1的各原料混合均匀，并干燥过筛，得到混合原料；S3、步骤S2的混合原料高温反应后得到轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐陶瓷颗粒；S4、对步骤S3的重稀土混合高熵稀土硅酸盐陶瓷颗粒经进行湿法球磨，经干燥、过筛后得到轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐陶瓷粉体；S5、对步骤S4的轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐陶瓷粉体进行冷压成型和冷等静压后得到轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐块状坯体；S6、对步骤S5的轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐块状坯体进行高温烧结后得到重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体。3.根据权利要求2所述的一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体的制备方法，其特征在于，步骤S2所述湿法混合以乙醇为介质，转速为100
‑
300r/min，时间为4
‑
12h。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：田志林，李斌，陈峙霖，郑丽雅，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：