[发明专利]一种钇钬单硅酸盐固溶体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及极端环境用陶瓷材料领域，具体为一种具有优异高温力学性能的钇钬单硅酸盐(Y_1‑xHo_x)₂SiO₅固溶体材料及其制备方法。钇钬单硅酸盐固溶体的化学式为(Y_1‑xHo_x)₂SiO₅，其中x的取值范围为0x1。制备过程具体为：以氧化钇粉、氧化钬粉和二氧化硅粉为原料，经物理机械方法混合，在空气气氛下无压烧结再在通有保护气氛的热压炉内烧结，获得钇钬单硅酸盐固溶体材料。本发明制备出具有高纯度、高温力学性能良好的(Y_1‑xHo_x)₂SiO₅固溶体陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及极端环境用陶瓷材料领域，具体为一种具有优异高温力学性能的钇钬单硅酸盐(Y_1-xHo_x)₂SiO₅固溶体材料及其制备方法。

背景技术

钇单硅酸盐(Y₂SiO₅)具有低密度、良好的高温稳定性、较高的抗损伤容限、良好的可加工性能、较高的化学和热学稳定性、较好的抗腐蚀性、非常低的热导率，作为硅基陶瓷的环境屏障涂层在高推重比航空发动机热端部件有着良好的应用前景。(Z.Q.Sun,etal.Inter.Mater.Rev.(国际材料评论).2014(59)357–383.)。但是Y₂SiO₅力学强度较低，作为环境屏障涂层在高温下抵御外来异物的冲击损伤性能(FOD，Foreign Object Debris)较差。有研究表明钬单硅酸盐(Ho₂SiO₅)具有非常有优异的高温强度，但其较高的密度和成本限制其在航空、航天领域的应用。已有研究发现：在稀土硅酸盐中固溶其它元素时，可以得到性能更加优异的固溶体材料(如：(Y_1-xYb_x)₂SiO₅)，包括获得更高的杨氏模量、剪切模量等。使得材料的力学性能得到明显的改善(田志林，几种稀土硅酸盐陶瓷的预测、制备和性能研究，中国科学院大学博士学位论文，2016)。因此，本发明选择钬作为固溶元素掺杂到钇单硅酸盐中，期望得到高温力学性能优异的固溶体材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钇钬单硅酸盐(Y_1-xHo_x)₂SiO₅固溶体材料及其制备方法，在不损伤Y₂SiO₅陶瓷较高的化学和热学稳定性的同时，能够进一步改善提高材料高温力学性能。

本发明的技术方案如下：

一种钇钬单硅酸盐固溶体材料，钇钬单硅酸盐固溶体化学式为(Y_1-xHo_x)₂SiO₅，其中，Ho取代Y的原子摩尔量x的取值范围为0x1。

所述的钇钬单硅酸盐固溶体材料的制备方法，具体步骤如下：

1)以氧化钇、氧化钬和二氧化硅粉末作为原料；

(Y_1-xHo_x)₂SiO₅中，(Y_1-xHo_x)：Si：O的摩尔比为2：1：5，其中Ho取代Y的原子摩尔量x的取值范围为0x1；

2)以乙醇为介质，将原始粉料进行球磨混合8～24小时，浆料经烘干、过筛后所得粉末在马弗炉中无压烧结，升温速率为5～15℃/分钟，烧结温度为1500～1600℃，烧结时间为0.5～1.5小时，最后得到(Y_1-xHo_x)₂SiO₅固溶体粉体；