[发明专利]一种硅酸镱等离子喷涂粉末的制备方法

说明书

本发明提供一种硅酸镱等离子喷涂粉末的制备方法，其步骤是将市售的Yb2O3和SiO2粉末通过固相反应法合成Yb2SiO5粉末，通过筛分优选粒径1～6μm的粉末，再通过喷雾干燥的方法制备Yb2SiO5团聚粉末，然后对Yb2SiO5团聚粉末进行粒径筛分，获取10~35μm粒径范围的适合制备致密环境障涂层的等离子喷涂粉末。当用于等离子喷涂制备EBC涂层时，制得的Yb2SiO5团聚粉末送入等离子喷枪焰流中，粉末受热，团聚粉末立刻分散成原始颗粒，由于粒径适宜，粉末能形成完全熔融的熔滴，并在等离子焰流的作用下加速撞击在基体表面，从而能形成致密的涂层。

技术领域

本发明涉及一种热喷涂粉末的制备方法，具体指一种硅酸镱等离子喷涂粉末的制备方法。

背景技术

随着现代航空工业的发展，飞机发动机的推重比越来越高，其涡轮前进口温度也随之提高，对材料的要求也越来越苛刻。目前发动机所用的热结构材料均为高温合金，致使发动机的结构效率低及复杂化，很难适应新一代高推重比发动机的热环境。与高温合金相比碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC_f/SiC)因具备耐高温、低密度、高强度等优点，是高推重比航空发动机热端部件的理想材料。在发动机高温服役环境下，由于空气中含有大量的水蒸气，SiC与空气中的氧气、水蒸气均发生反应生成SiO₂, 且SiO₂接着与水蒸气发生反应生成易于挥发的Si(OH)₄, 促使SiC_f/SiC中的纤维暴露在空气中，SiC纤维与空气中的氧气又发生反应，如此循环，最终导致SiC_f/SiC的性能急剧下降。

为了延长SiC_f/SiC在高推重比航空发动机工作环境下的使用寿命，在SiC_f/SiC基体表面涂覆环境障涂层(EBC, Environmental Barrier Coating)是一种有效的解决办法。典型的Si/3Al₂O₃·2SiO₂/BSAS(Ba_1-xSr_xAl₂Si₂O₈，0≤x≤1)三层结构环境障涂层已经获得应用。为了追求更高的使用温度，对于EBC体系面层的研究方向主要集中在稀土硅酸盐上，其中Yb₂SiO₅材料在温度超过1400℃时相结构稳定,同时其热膨胀系数与3Al₂O₃·2SiO₂、BSAS等中间层材料较为接近, 因此,可以作为EBC稀土硅酸盐面层的潜在候选材料。

随着EBC涂层材料的发展，其制备工艺随之发展，主要包括以下几种制备方法：浆料法(Slurry Processing，SP)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、聚合物转化陶瓷法(Polymer-derived Ceramic，PDC)和等离子喷涂法(Plasma Spaying，PS）等。现将几种常用制备方法的基本过程和各自优缺点介绍如下：

浆料法是采用EBC粉体材料与适当的分散剂、粘结剂、溶剂等混合，通过涂刷或者浸渍的方法制备涂层生坯，经烘箱保温处理去除涂层生坯中的溶剂后，再经高温烧结得到预期的EBC涂层。涂层的性能主要取决于浆料的性能参数，如粉料的粒度分布、浆料的粘度、浆料的稳定性及流变性能等。浆料法的优点是制备工艺简单、成本低、可在复杂构件表面制备成分均一的涂层。其缺点是一次性制备的涂层厚度较薄，因过厚容易引起涂层开裂。这就需要多次制备、多次烧结，而多次烧结和过高的烧结温度会对SiC增韧纤维造成损伤而影响力学性能。

溶胶-凝胶法是一种传统制备涂层的方法，它是利用金属化合物经醇解或水解后形成溶胶，并将溶胶涂覆到基体表面形成凝胶后，通过加热处理去除有机物而形成涂层。涂层的性能受溶胶聚合物结构、粘度和时间等因素影响。该法的优点是成本低廉、制备工艺简单且可在复杂形状构件表面制备涂层。缺点是热处理过程因凝胶中大量有机物挥发导致较大体积收缩，故难以制备致密涂层。