System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体及其制备方法与应用技术_技高网

高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体及其制备方法与应用技术

技术编号:41295441 阅读:10 留言:0更新日期:2024-05-13 14:44
本发明专利技术公开了高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体及其制备方法与应用。本发明专利技术的高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体的制备方法包括以下步骤:1)将稀土氧化物粉体溶解在酸溶液中制成稀土盐溶液,再加入尿素和二氧化硅粉体后进行凝胶化反应,得到凝胶;2)将凝胶引燃进行燃烧合成,研磨,得到前驱体粉体;3)将前驱体粉体进行煅烧,即得高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体。本发明专利技术的高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体具有粒径细小、元素分布均匀、组分空间大、不含杂质相等优异特性,且其制备方法具有合成速度快、设备简易、工艺简单可控、产业化成本低等优点,适合应用在航空航天发动机热端部件上,具有十分广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高熵陶瓷,具体涉及高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体及其制备方法与应用


技术介绍

1、高熵稀土硅酸盐(属于高熵氧化物体系)具有高温相稳定性良好、抗腐蚀性优异、与硅基陶瓷基体物化相容性优异等优良特性,被认为是下一代环境障涂层的最佳候选材料,在航空航天发动机的热端部件上具有十分广阔的应用前景。

2、目前,高熵稀土硅酸盐陶瓷粉体的制备方法主要包括固相反应法和溶胶-凝胶法两种。固相反应法具有成本低、产量大、制备工艺简单等优点,是合成高熵稀土硅酸盐陶瓷粉体最常用的方法(例如:equiatomic quaternary(y1/4ho1/4er1/4yb1/4)2sio5 silicate:aperspective multifunctional thermal and environmental barrier coatingmaterial,xiaomin ren,zhilin tian,jie zhang,jingyangwang.scripta materialia,2019,168:47-50),但该方法存在合成温度高(≥1550℃)、粉体粒径粗大(30μm~40μm)、元素分布不均匀、含杂质相、组分空间小等问题,严重限制了高性能高熵稀土硅酸盐陶瓷的开发和应用。溶胶-凝胶法(例如:high-entropy environmental barrier coating for theceramic matrix composites,yu dong,ke ren,yonghong lu,qiankun wang,jia liu,yiguang wang.journal of the european ceramic society,2019,39:2574-2579)存在制备工艺复杂、环境污染性较高、影响因素较多不易控制等问题,且制备的粉体粒径较大(5μm~30μm),此外,溶胶-凝胶法无法制备高熵稀土单硅酸盐粉体(制备难度较大),应用同样受到了很大限制。

3、因此,开发一种设备简易、工艺简单可控、产业化成本低、便捷快速的高熵稀土硅酸盐陶瓷粉体制备方法,并制备出粒径细小、元素分布均匀、纯度高、组分空间大的高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体具有十分重要的意义。


技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体及其制备方法与应用。

2、本专利技术所采取的技术方案是:

3、一种高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体的制备方法包括以下步骤:

4、1)将稀土氧化物粉体溶解在酸溶液中制成稀土盐溶液,稀土氧化物粉体由sc2o3粉体、y2o3粉体、sm2o3粉体、eu2o3粉体、gd2o3粉体、dy2o3粉体、ho2o3粉体、er2o3粉体、tm2o3粉体、yb2o3粉体、lu2o3粉体中的至少四种组成,再加入尿素和二氧化硅粉体后进行凝胶化反应,得到凝胶;

5、2)将凝胶引燃进行燃烧合成,研磨,得到前驱体粉体;

6、3)将前驱体粉体进行煅烧,即得高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体。

7、优选地,步骤1)所述稀土氧化物粉体由sc2o3粉体、y2o3粉体、sm2o3粉体、eu2o3粉体、gd2o3粉体、dy2o3粉体、ho2o3粉体、er2o3粉体、tm2o3粉体、yb2o3粉体、lu2o3粉体中的至少四种按照等摩尔比组成。

8、优选地,步骤1)所述稀土氧化物粉体的粒径为1μm~3μm,纯度≥99.9%。

9、优选地,步骤1)所述酸溶液为硝酸溶液、盐酸溶液中的至少一种。

10、优选地,步骤1)所述尿素(co(nh2)2)的纯度为分析纯。

11、优选地,步骤1)所述二氧化硅粉体的粒径为40nm~60nm,纯度≥99.9%。

12、优选地,步骤1)所述稀土氧化物粉体的总摩尔量与尿素的摩尔量之比为1:2.50~2.75。

13、优选地,步骤1)所述稀土盐溶液中稀土原子的总摩尔量与二氧化硅粉体中硅原子的摩尔量的比为1:0.4~0.5(合成高熵稀土单硅酸盐粉体),或者,步骤1)所述稀土盐溶液中稀土原子的总摩尔量与二氧化硅粉体中硅原子的摩尔量的比为1:1.05~1.15(合成高熵稀土双硅酸盐粉体)。

14、优选地,步骤1)所述凝胶化反应在温度为80℃~120℃的条件下进行,反应时间为3h~5h。

15、优选地,步骤1)所述凝胶化反应在搅拌状态下进行。

16、优选地,步骤2)所述燃烧合成的引燃温度为400℃~600℃,合成时间为3min~10min。

17、优选地,步骤2)所述研磨的时间为20min~30min。

18、优选地,步骤3)所述煅烧的具体操作为:先控制升温速率为6℃/min~8℃/min从室温升温至1250℃~1350℃,再保温0.5h~3h,再随炉冷却至室温。

19、一种高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体,其由上述制备方法制成。

20、优选地,所述高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体的平均粒径为60nm~80nm。

21、优选地,所述高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体的各元素分布均匀,且不含杂质相。

22、一种环境障涂层,其包含上述高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体。

23、一种航空航天发动机,其中的热端部件表面覆盖有上述环境障涂层。

24、本专利技术的有益效果是:本专利技术的高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体具有粒径细小、元素分布均匀、组分空间大、不含杂质相等优异特性,且其制备方法具有合成速度快、设备简易、工艺简单可控、产业化成本低等优点,适合应用在航空航天发动机热端部件上,具有十分广阔的应用前景。

25、具体来说:

26、1)本专利技术的高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体制备方法具有设备简易、工艺简单可控、产业化成本低、便捷快速等优点;

27、2)本专利技术的高熵稀土硅酸盐陶瓷粉体制备方法可以制备具有巨大组分空间的高熵稀土单硅酸盐纳米粉体(x2-re2sio5结构)和高熵稀土双硅酸盐纳米粉体(β-re2si2o7结构),且可以轻松合成制备难度较大的高熵稀土单硅酸盐纳米粉体;

28、3)本专利技术的高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体具有粒径细小(60nm~80nm)、元素分布均匀、组分空间大、不含杂质相等优异特性,且粉体的形貌易于控制,有利于后续烧结,适合应用在航空航天发动机热端部件上。

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【技术保护点】

1.一种高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述稀土氧化物粉体由Sc2O3粉体、Y2O3粉体、Sm2O3粉体、Eu2O3粉体、Gd2O3粉体、Dy2O3粉体、Ho2O3粉体、Er2O3粉体、Tm2O3粉体、Yb2O3粉体、Lu2O3粉体中的至少四种按照等摩尔比组成。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述稀土氧化物粉体的粒径为1μm~3μm,纯度≥99.9%;步骤1)所述尿素的纯度为分析纯;步骤1)所述二氧化硅粉体的粒径为40nm~60nm,纯度≥99.9%。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述稀土氧化物粉体的总摩尔量与尿素的摩尔量之比为1:2.50~2.75;步骤1)所述稀土盐溶液中稀土原子的总摩尔量与二氧化硅粉体中硅原子的摩尔量的比为1:0.4~0.5。

5.根据权利要求1~3中任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述稀土氧化物粉体的总摩尔量与尿素的摩尔量之比为1:2.50~2.75;步骤1)所述稀土盐溶液中稀土原子的总摩尔量与二氧化硅粉体中硅原子的摩尔量的比为1:1.05~1.15。

6.根据权利要求1~3中任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述凝胶化反应在温度为80℃~120℃的条件下进行,反应时间为3h~5h;步骤2)所述燃烧合成的引燃温度为400℃~600℃,合成时间为3min~10min;步骤3)所述煅烧的具体操作为:先控制升温速率为6℃/min~8℃/min从室温升温至1250℃~1350℃,再保温0.5h~3h,再随炉冷却至室温。

7.一种高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体,其特征在于,由权利要求1~6中任意一项所述的制备方法制成。

8.根据权利要求7所述的高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体,其特征在于:所述高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体的平均粒径为60nm~80nm。

9.一种环境障涂层,其特征在于,包含权利要求7或8所述的高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体。

10.一种航空航天发动机,其特征在于,热端部件表面覆盖有权利要求9所述的环境障涂层。

...

【技术特征摘要】

1.一种高熵稀土硅酸盐陶瓷纳米粉体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述稀土氧化物粉体由sc2o3粉体、y2o3粉体、sm2o3粉体、eu2o3粉体、gd2o3粉体、dy2o3粉体、ho2o3粉体、er2o3粉体、tm2o3粉体、yb2o3粉体、lu2o3粉体中的至少四种按照等摩尔比组成。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述稀土氧化物粉体的粒径为1μm~3μm,纯度≥99.9%;步骤1)所述尿素的纯度为分析纯;步骤1)所述二氧化硅粉体的粒径为40nm~60nm,纯度≥99.9%。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述稀土氧化物粉体的总摩尔量与尿素的摩尔量之比为1:2.50~2.75;步骤1)所述稀土盐溶液中稀土原子的总摩尔量与二氧化硅粉体中硅原子的摩尔量的比为1:0.4~0.5。

5.根据权利要求1~3中任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述稀土氧化物粉体的总摩尔量与尿素的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员:褚衍辉赵世鑫魏鹏庄磊
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

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