一种悬浮液等离子喷涂用多稀土主元双硅酸盐超细粉体的制备方法技术

本发明专利技术涉及稀土硅酸盐粉体的制备技术领域，具体为一种悬浮液等离子喷涂用(Er

【技术实现步骤摘要】
一种悬浮液等离子喷涂用多稀土主元双硅酸盐超细粉体的制备方法


[0001]本专利技术涉及多稀土主元硅酸盐粉体的制备
，具体为一种悬浮液等离子喷涂用多稀土主元双硅酸盐(Er
0.25
Tm
0.25
Yb
0.25
Lu
0.25
)2Si2O7超细粉体的碳包覆
‑
共沉淀制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料，由于其低密度、高强度和高温力学性能有等特点，被广泛应用在航空航天领域，是未来航空发动机高温部件的首选材料。SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料在干燥氧化气氛中，表面能形成致密、抗氧化的SiO2保护层。在航空发动机燃气环境中，SiO2保护层会与水蒸汽反应生成挥发性Si(OH)4，造成氧化膜失效及复合材料的挥发与损伤，降低结构部件的力学性能与服役可靠性。因此，必须在部件表面涂覆环境障涂层。此外，热/环境障一体化涂层不仅可解决其抗腐蚀性能差的问题，还可以提高应用温度，是航空发动机未来涂层发展的方向。稀土硅酸盐凭借优良的化学稳定性、相稳定性、耐高温性能、抗腐蚀性能和低热导率成为SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料热障/环境障涂层的热点材料。稀土双硅酸盐(RE2Si2O7)因多达7种多晶型相(α，β，γ，δ，A，G和F)的存在，在高温下会发生多晶型相变，无法满足环境障涂层在高温长时服役过程的稳定性要求。因此，目前环境障涂层用稀土双硅酸盐材料主要集中在几种β型RE2Si2O7(RE＝Sc、Yb和Lu)中，它们从室温到熔点温度均保持稳定的β相，且具有与SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料相匹配的热膨胀系数。
[0003]然而，新一代航空发动机对SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料及热障/环境障涂层材料的性能提出更高要求，目前已有单稀土主元双硅酸盐的性能无法满足其需求。为研发耐高温水氧、CMAS腐蚀和热循环冲击性能更优的涂层材料，目前研究已从单稀土主元双硅酸盐推广到多稀土主元双硅酸盐。已有研究结果表明，与单一稀土主元的单主元双硅酸盐相比，通过合理设计多稀土主元，多稀土主元双硅酸盐材料可以表现出更优异的高温相稳定性、高温水蒸气腐蚀抗性和CMAS腐蚀抗性。用多稀土主元双硅酸盐材料制备的环境障涂层，有望在实际服役环境中表现出更良好的力学和热物理性能，针对这类涂层的力学、热学和耐腐蚀性能进行研究，可为新一代环境障涂层的设计研发提供关键数据积累和技术支撑，扩展环境障涂层开发的可能性和灵活性。
[0004]为了提高SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料在高压、高气体流速的燃烧环境下使用的耐久性，其表面涂覆的环境障涂层需要致密、无裂纹、均匀且黏着性良好，主要采用等离子喷涂的制备方法。悬浮液等离子喷涂(SPS)作为研究最多的液相等离子喷涂技术，可将分散的纳米或亚微米颗粒随溶剂直接注入等离子焰流来制备涂层，减小涂层扁平粒子尺寸，制备微纳结构涂层，切实可行地改善涂层力学性能。通过对悬浮液的特性(溶质粒径、粘度、分散剂类型等)、喷枪类型及喷涂功率、界面粗糙度和喷涂距离等喷涂工艺参数的控制，可以制备片层结构或类柱状晶结构的高孔隙率、高隔热、长寿命的微纳结构致密陶瓷涂层。目前，悬浮液等离子喷涂用多稀土主元硅酸盐粉体的可控制备技术是悬浮液等离子喷涂稀土双硅
酸盐环境障涂层的关键局限。稀土硅酸盐粉末的制备方法主要包括：固相法、溶胶
‑
凝胶法和共沉淀法。固相法的烧结温度较高，一般在1500℃以上，并且所制备粉末为微米级，粒径分布范围较广。而溶胶
‑
凝胶法虽然可以在较低温度合成出纳米粉末，但是存在制备工艺复杂，反应周期长的缺点；并且由于使用稀土硝酸盐为稀土元素来源，由湿凝胶烘干得到干凝胶时，硝酸盐分解会放出大量有刺激性气味的棕黄色浓烟，严重污染环境；另外，在1000～1500℃热处理获得稀土硅酸盐粉体材料时，颗粒间容易烧结和团聚。因此，溶胶
‑
凝胶法通常合成的是颗粒团聚的粉体。常规共沉淀法的主要问题是：在空气中直接煅烧所制备的粉末同样为颗粒团聚的粉体，粒径分布范围很大、粉体不均匀。针对以上问题，本专利技术则采用改进的碳包覆
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共沉淀法进行(Er
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)2Si2O7超细粉体的制备。一方面使用稀土元素乙酸盐为稀土元素来源，沉淀在烘干时不会产生有污染性和刺激性的气态生成物，具有环境友好的优点；另一方面，通过添加碳源引入碳包覆层，并且在保护性气氛或真空环境下煅烧，显著减少热处理时细小颗粒之间的团聚，然后在降温时通入空气除去碳层对粉体粒径进行进一步控制，最终实现高纯度、粒径细小均匀且粒度可控的非团聚(Er
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)2Si2O7粉体材料的制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种悬浮液等离子喷涂用多稀土主元双硅酸盐(Er
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)2Si2O7超细粉体的碳包覆
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共沉淀制备方法，工艺简单、环境友好、制备周期短，可满足未来航空发动机SiC
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/SiC陶瓷基复合材料热/环境障涂层材料的需求。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种悬浮液等离子喷涂用多稀土主元双硅酸盐超细粉体的制备方法，以稀土元素乙酸盐为稀土元素来源、硅溶胶为硅源，稀土元素乙酸盐和硅溶胶摩尔比为1:1～1.5，并且引入有机碳源对共沉淀的颗粒进行碳包覆，利用包覆的碳层在煅烧时阻碍颗粒团聚，从而制备出粒度可控(Er
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Tm
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Lu
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)2Si2O7超细粉体，具体步骤如下：
[0008]1)配制A溶液：将乙酸铒(Er(C2H3O2)3·
4H2O)、乙酸铥(Tm(C2H3O2)3·
4H2O)、乙酸镱(Yb(C2H3O2)3·
4H2O)、乙酸镥(Lu(C2H3O2)3·
4H2O)按摩尔比或接近摩尔比1
±
0.1：1
±
0.1：1
±
0.1：1
±
0.1溶解于60℃以上的水中，冷却至室温后加入分散剂和碳源；
[0009]2)配制B溶液：将硅溶胶与水相混合，加入分散剂、碳源和浓氨水，并混合均匀；
[0010]3)将B溶液滴入A溶液中并不断搅拌，得到的共沉淀混合液；
[0011]4)将步骤3)得到的混合液先在90℃以下烘干12～24h，然后在100～200℃烘干3～24h得到碳源包裹的沉淀，并研磨成粉体；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬浮液等离子喷涂用多稀土主元双硅酸盐超细粉体的制备方法，其特征在于，以稀土元素乙酸盐为稀土元素来源、硅溶胶为硅源，稀土元素乙酸盐和硅溶胶摩尔比为1:1～1.5，并且引入有机碳源对共沉淀的颗粒进行碳包覆，利用包覆的碳层在煅烧时阻碍颗粒团聚，从而制备出粒度可控(Er
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)2Si2O7超细粉体，具体步骤如下：1)配制A溶液：将乙酸铒(Er(C2H3O2)3·
4H2O)、乙酸铥(Tm(C2H3O2)3·
4H2O)、乙酸镱(Yb(C2H3O2)3·
4H2O)、乙酸镥(Lu(C2H3O2)3·
4H2O)按摩尔比或接近摩尔比1
±
0.1：1
±
0.1：1
±
0.1：1
±
0.1溶解于60℃以上的水中，冷却至室温后加入分散剂和碳源；2)配制B溶液：将硅溶胶与水相混合，加入分散剂、碳源和浓氨水，并混合均匀；3)将B溶液滴入A溶液中并不断搅拌，得到的共沉淀混合液；4)将步骤3)得到的混合液先在90℃以下烘干12～24h，然后在100～200℃烘干3～24h得到碳源包裹的沉淀，并研磨成粉体；5)将步骤4)得到的粉体在1500℃无氧气氛下煅烧1～20h，降温至500～900℃时通入空气除去碳层并随炉冷却，最终获得非团聚(Er
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)2Si2O7超细粉体。2.按照权利要求1所述的悬浮液等离子喷涂用多稀土主元双硅酸盐超细粉体的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鲁超，王京阳，刘婧婷，吴贞，杜铁锋，罗志新，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：