[发明专利]高温相稳定多组元稀土硅酸盐固溶体陶瓷及其制备方法

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相稳定性的多组元稀土硅酸盐固溶体陶瓷材料及其制备方法。该多组元稀土硅酸盐固溶体陶瓷材料的化学式为(RE^I_0.25RE^II_0.25RE^III_0.25RE^IV_0.25)₂Si₂O₇，其中RE^I、RE^II、RE^III和RE^IV分别为稀土元素Y、Sc、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种。制备过程具体为：以对应的稀土氧化物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获得多组元稀土硅酸盐固溶体陶瓷材料；并可在通有保护气氛的热压炉内热压烧结，获得具有优异高温相稳定性能的多组元稀土硅酸盐固溶体陶瓷块体材料。本发明制备出具有高纯度、高致密度和优异高温相稳定性能的(RE^I_0.25RE^II_0.25RE^III_0.25RE^IV_0.25)₂Si₂O₇陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及极端环境用热障/环境障涂层高温结构陶瓷领域，具体为一种具有优异高温相稳定性能的多组元稀土硅酸盐固溶体陶瓷材料(RE^I_0.25RE^II_0.25RE^III_0.25RE^IV_0.25)₂Si₂O₇及其制备方法。

背景技术

随着航空发动机对更高推重比的追求，发动机热端部件面临的环境越来越苛刻。碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC_m)具有低密度、高强度、优异的耐温性和抗氧化性等特点，在发动机热结构部件方面具有广阔的应用前景。SiC_f/SiC_m陶瓷基复合材料在极端燃气环境中应用时，需要在其表面涂敷环境障涂层以大幅度提升发动机的长期服役稳定性。目前商业应用的环境障涂层为BSAS(1-xBaO-xSrO-Al₂O₃-2SiO₂,0≤x≤1)。BSAS具有低的热膨胀系数和杨氏模量，表现出优异的抗裂性，使得涂层具有良好的耐用性，因此在低于1300℃的温度下BSAS仍是环境障涂层的首选材料。但是新型高推重发动机内部运行温度高于1400℃，此时BSAS会与陶瓷基体氧化生成的SiO₂发生共晶反应，生成低熔点玻璃相而失去保护作用。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。