[发明专利]一种掺杂碳化硅晶须的硅酸盐粉体材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种掺杂碳化硅晶须的硅酸盐粉体材料的制备方法。步骤如下：按比例称量Yb₂O₃、SiO₂与SiC晶须粉末，按顺序将Yb₂O₃、SiO₂加入球磨机中球磨4小时；将SiC晶须与水混合并超声10min，以使晶须完全分散；将分散好的晶须与球磨后的浆料均匀混合进行喷雾干燥以将三种原料团聚在一起；把得到的粉体在100℃下于干燥箱中烘干24小时，除去残余的少量水分；烘干后将样品置于坩埚中放入真空钨丝烧结炉中，分别在1000℃、1100℃、1200℃、1300℃下烧结，结束后随炉冷却至室温，得到掺杂SiC晶须的环境障涂层材料粉末。本发明制备方法简单、成本低、所得产品纯度高，未经球磨直接分散的处理方法和真空烧结的环境能保证晶须结构的完整，添加的晶须能起到增韧作用，提高涂层的韧性和寿命。

技术领域

本发明涉及陶瓷涂层技术领域，具体涉及一种掺杂碳化硅晶须的硅酸盐粉体材料的制备方法。

背景技术

随着航空航天事业的飞速发展，对军用战机要求的不断提高，新一代高推重比发动机已经成航天业和军工业发展的重中之重。对于发动机高推重比的要求必然会导致涡轮热端部件的表面温度大幅升高。传统的高温镍基合金的承受温度一般在1150℃左右，显然已经不适用于作为涡轮发动机的如端部件材料。因此，寻找新的可替代热端部件材料成为科研人员重要的研究目标。陶瓷基复合材料(CMCs)——以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类材料，因其质轻、耐高温、高强度和刚度等优异性能而显示出了巨大的应用潜力。CMCs包括很多种类，如SiC-CMC、Si₃N₄-CMC、C_f/SiC-CMC、SiC_f/SiC-CMC等等，目前SiC_f/SiC-CMC在尾喷管、燃烧室、涡轮叶片等高温热端部件上的应用最为广泛。该材料能够使发动机工作温度提高约200～300℃，结构减重30％～50％，能够达到实现高推重比发动机的要求。但是，在包含氧气、水蒸气、CMAS等多种腐蚀介质的发动机环境下，CMCs陶瓷基复合材料会与O₂反应生成气态氢氧化物，从而造成材料表面衰退。为了解决这一问题，环境障涂层(EBCs)应运而生。EBCs是涂覆在基体上，隔绝基体与外部腐蚀环境直接接触的一道屏障，对基体起到保护作用。

随着对EBCs的研究加深，许多学者发现，EBCs的使用寿命与其涂层结构、化学组成等有的密切联系。传统的第一/二代莫来石及BSAS EBCs由于其热膨胀系数不匹配、最高使用温度低、高温稳定性差和化学相容性差等原因在发动机的燃烧环境中过早开裂，甚至失效。为了改善涂层性能并延长其寿命，开发出了第三代稀土硅酸盐环境障涂层。但是，研究发现，即使最新一代环境障涂层具有许多优异性能，但其在发动机环境中长时间使用时仍会出现微裂纹，这些裂纹可能导致涂层进一步开裂。为了进一步提高涂层的使用性能，采用添加晶须的方法增加涂层韧性。