[发明专利]环境障涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种环境障涂层及其制备方法，该环境障涂层包括依次设于非氧化物硅基陶瓷复合材料表面的SiC层、双稀土硅酸盐层和单稀土硅酸盐层。制备方法，包括：(1)采用化学气相沉积法或大气等离子喷涂法在非氧化物硅基陶瓷复合材料表面制备SiC层；(2)采用大气等离子喷涂法在SiC层表面制备双稀土硅酸盐层；(3)采用大气等离子喷涂法在双稀土硅酸盐层表面制备单稀土硅酸盐层，得到环境障涂层。该环境障涂层抗热震性能和抗水汽性能高，热循环寿命得以大幅提高。

技术领域

本发明涉及涂层材料及其制备技术领域，尤其涉及一种环境障涂层及其制备方法，特别涉及一种可应用于非氧化物硅基陶瓷材料表面的环境障涂层及其制备方法。

背景技术

目前航空、燃气轮机和航空发动机等先进动力系统的涡轮机叶片主要材质为非氧化物硅基陶瓷及其复合材料，因其服务环境为高温、富水汽、富氧的环境，虽然非氧化物硅基陶瓷及其复合材料具有高强度、高韧性、耐高温、抗氧化烧蚀等优点，但其抗高温湿氧腐蚀性能却不尽人意。目前常用的解决办法是在该材料表面制备抗高温湿氧腐蚀的环境障涂层，以阻止或减小发动机环境对高温结构材料性能的影响。

目前，常见的环境障涂层有莫来石涂层、硅酸钇涂层等。其中，SiC内层+硅酸钇表层涂层是目前研究较为成熟的抗高温湿氧腐蚀性能比较好的环境障涂层，但研究表明，其抗热震性能的效果并不够好。由于抗热震性能不好，会导致表层产生贯穿裂纹，为水汽提供了传输到粘接层的快速通道，导致粘接层被腐蚀，粘接层被完全腐蚀后，就会危害基体。最重要的是，随着贯穿裂纹的产生，表层作为保护层的功能已经消失，无法再阻挡环境中的水汽，无法再为基体提供保护。

发明内容

基于此，有必要提供一种抗热震性能高、避免贯穿裂纹产生的环境障涂层及其制备方法。

具体的技术方案如下：

一种环境障涂层，包括由下至上依次设于非氧化物硅基陶瓷复合材料表面的SiC层、双稀土硅酸盐层和单稀土硅酸盐层。

在其中一个实施例中，所述双稀土硅酸盐层与非氧化物硅基陶瓷复合材料的热胀系数差的绝对值≤3×10^-6/K，所述双稀土硅酸盐层与SiC层的热胀系数差的绝对值≤3×10^-6/K。

在其中一个实施例中，所述双稀土硅酸盐层中的双稀土硅酸盐为Lu₂Si₂O₇、Yb₂Si₂O₇、Y₂Si₂O₇、Er₂Si₂O₇及ScSi₂O₇中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述单稀土硅酸盐层中的单稀土硅酸盐为Lu₂SiO₅。

在其中一个实施例中，所述SiC层的厚度为50μm～150μm，所述双稀土硅酸盐层的厚度为50μm～150μm，所述单稀土硅酸盐层的厚度为50μm～100μm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的环境障涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用化学气相沉积法或大气等离子喷涂法在非氧化物硅基陶瓷复合材料表面制备SiC层；

(2)采用大气等离子喷涂法在SiC层表面制备双稀土硅酸盐层；

(3)采用大气等离子喷涂法在双稀土硅酸盐层表面制备单稀土硅酸盐层，得到环境障涂层。

在其中一个实施例中，所述步骤(3)后还包括以下步骤：

(4)将环境障涂层在1400～1500℃下保温10～20h。