[发明专利]一种超细硅酸镱粉体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于超细稀土硅酸盐粉体材料制备领域，具体涉及一种环境障碍涂层用硅酸镱粉体材料、其制备方法及应用。所述超细硅酸镱粉体材料的粒度为30‑100nm；所述的超细硅酸镱粉体材料为高温相结构硅酸镱粉体材料。其制备方法包括如下步骤：(1)含镱阳离子溶液配制；(2)尿素沉淀剂溶液配制；(3)反应溶液水浴加热、沉淀；(4)前驱体煅烧得到硅酸镱粉体材料。本发明方法所需设备简易、工艺简单可控、制备周期短、产业化成本低、粉体材料纯度高，所得硅酸镱粉体材料可用于航空发动机及燃气轮机环境障碍涂层材料。

技术领域

本发明属于超细稀土硅酸盐粉体材料制备领域，具体涉及一种环境障碍涂层用硅酸镱粉体材料、其制备方法及应用。

技术背景

随着航空发动机推重比的不断提高，传统合金材料已难以满足苛刻的使用环境。碳化硅基复合材料凭借其低密度、高强度、高比模、耐高温等优点逐渐政委高推重比发动机高温热结构材料的发展方向。环境障碍涂层(EBC)即是为提高碳化硅基复合材料环境稳定性而发展起来的一种涂层防护技术，其目的是抵御航空发动机燃气环境对碳化硅基复合材料构件的腐蚀损伤，阻止或减小服役环境对高温结构材料性能的影响，延长碳化硅基高温热端部件的使用寿命。

稀土硅酸盐具有高熔点(＞1800℃)、极低的高温氧渗透率、低热导率、低热膨胀系数、低的硅活度、低模量、低饱和蒸气压以及优良的高温化学稳定性、抗水氧腐蚀性能和抗CMAS腐蚀性能，且在高速燃气环境中具有较低的挥发率，有望取代BSAS成为新一代EBC涂层体系面层的首选材料，是未来高性能EBC涂层发展的重要方向。在稀土单硅酸盐中，当Re原子半径较大时Re＝La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd)，稀土单硅酸盐易形成低温相结构(X₁-Re₂SiO₅)，高温条件下会发生相变，高温稳定性较差。当Re原子半径较小时(Re＝Dy、Ho、Er、Sc、Tm、Yb、Lu)，稀土单硅酸盐易形成高温相结构(X₂-Re₂SiO₅)。通常，X₂-Re₂SiO₅具有良好高温相稳定性和低的热导率，且与硅基陶瓷材料热膨胀系数相近，更适用于EBC材料。此外，在具有高温相结构的稀土单硅酸盐中，大部分X₂-Re₂SiO₅在高温下容易生成玻璃相。Yb₂SiO₅高温下不易生成低熔点玻璃相，且具有良好的高温化学结构稳定性。此外，Yb₂SiO₅的热膨胀系数为3.5～4.5×10^-6℃^-1，与EBC涂层中Yb₂SiO₇过渡层和Si底层非常相近，非常适合作为新型EBC涂层面层材料。

目前，制备硅酸镱粉体通常采用的方法有固相法、水热法和溶胶-凝胶法等。采用固相法合成硅酸镱，对设备和烧结温度要求高，能耗大，成本高，且容易因反应不充分导致杂质含量高；采用水热法制备硅酸镱对设备要求也比较高，反应条件较为苛刻；而溶胶凝胶法制备工艺较为复杂，陈化时间等过程参数不易控制，粉体纯度低，且后期热处理所需温度也较高；采用本方法制备稀土硅酸盐尚无报道，该方法具有所需设备简易、工艺简单可控、制备周期短、产业化成本低、粉体材料纯度高、合成温度低等优势，具有良好的产业化优势。

发明内容

针对现有制备方法的不足，本发明的目的在于提供一种具有成分均匀、纯度高，粒度小、粒径分布窄、且工艺简单可控、周期短、成本低的环境障碍涂层用硅酸镱粉体材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种超细硅酸镱粉体材料，所述超细硅酸镱粉体材料的粒度为30-100nm。所述的超细硅酸镱粉体材料为高温相结构硅酸镱粉体材料。所述的硅酸镱为高温相结构硅酸镱，具有良好的热稳定性。

本发明一种超细硅酸镱粉体材料的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：