[发明专利]具有超高温稳定性的γ型高熵稀土双硅酸盐及其制备方法

说明书

本发明涉及先进航空发动机热障/环境障一体化涂层用陶瓷材料领域，具体为一种具有超高温稳定性的γ型高熵稀土双硅酸盐及其制备方法。γ型高熵稀土双硅酸盐陶瓷材料的化学式为其中n≥5，REⁿ分别为稀土元素Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种。制备过程具体为：以对应的稀土氧化粉和氧化硅粉为原料，经湿法混合，在空气气氛下无压烧结合成制备得到γ型高熵稀土双硅酸盐陶瓷粉体材料；并可在通有保护气氛的热压炉内进一步热压烧结，获得具有优异高温相稳定性能的γ型高熵稀土双硅酸盐陶瓷块体材料。本发明可以制备出具有高纯度、高致密度和优异高温相稳定性能的γ型高熵陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及先进航空发动机热障/环境障一体化涂层用陶瓷材料领域，具体为一种具有优异超高温相稳定性的γ型高熵稀土双硅酸盐陶瓷粉体材料、块体材料及其制备方法。

背景技术

先进航空动力系统被誉为现代工业“皇冠上的明珠”，是一个国家科技、工业、经济和国防实力的重要标志。推重比是衡量航空发动机工作能力的重要指标，提高涡轮前温度是实现航空发动机高推重比和工作效率的主要途径。连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(CMC)具有低密度、优异的高温力学性能及抗氧化性能，必将应用于高推重比航空发动机的涡轮外环、涡轮叶片、火焰筒和火焰稳定器等多种热结构部件。以高压涡轮部件为例，SiC_f/SiC陶瓷基复合材料可提高涡轮前温度约300℃，大幅减重(可减重1/3～2/3)，简化冷却结构的设计与需求，有效提升发动机效率和战斗能力。SiC_f/SiC复合材料在干燥氧化气氛中，表面形成致密的SiO₂保护层，具有较好的抗氧化性能。但在航空发动机的苛刻燃气环境中，SiO₂与水蒸汽反应生成挥发性Si(OH)₄，造成氧化膜失效和复合材料的挥发与结构损伤，降低热结构部件的力学性能与服役可靠性。因此，必须在其表面涂覆环境障涂层(EBC)，阻止或减缓发动机燃气环境对陶瓷基复合材料高温结构部件的腐蚀与损伤。可以说，高稳定性的环境障涂层是SiC_f/SiC复合材料应用于高推重比航空发动机的关键技术。航空发动机涡轮处燃气环境极端恶劣，包含水蒸汽、燃气冲刷以及复杂热循环等多因素耦合作用，EBC面临的挑战极其苛刻，腐蚀退化、热生长氧化物、热应力等通常导致涂层内发生界面开裂或剥落等多种方式失效，进而导致陶瓷基复合材料热结构部件的性能急剧恶化，损害到发动机的整体可靠性与服役寿命。因此探索研发新型耐高温热障/环境障一体化涂层材料是目前新一代发动机研发的关键技术之一(N.P.Padture,Advanced structural ceramics inaerospace propulsion,Nature Mater.15(2016)804-809)。