[发明专利]晶须协同MAX相增韧的稀土硅酸盐材料及其制备方法

说明书

本发明涉及材料技术领域，涉及一种晶须协同MAX相增韧的稀土硅酸盐材料及其制备方法；首先以含稀土元素的水溶性盐类、正硅酸四乙酯(TEOS)为原材料采用溶胶凝胶法和烧结工艺制备出稀土硅酸盐粉体材料(RE₂Si₂O₇)，然后将MAX相材料与RE₂Si₂O₇采用湿磨的方式进行共混，再将分散好的SiC晶须加入，三种材料通过充分球磨混合后，经过干燥模压预烧结、喷雾造粒、筛分和烧结形成球形环境自适应性稀土硅酸盐材料；SiC晶须和MAX相的协同增韧改性，改善稀土硅酸盐材料的环境自适应和自修复能力，全面提高其制备成涂层的综合性能；所涉及的制备技术能够制备出成分均匀分布，形貌和粒径可控的粉末材料，适合用于热喷涂和激光熔覆等工艺技术。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种晶须协同MAX相增韧的稀土硅酸盐材料及其制备方法。

背景技术

硅基陶瓷基复合材料是新一代航空发动机的热端部件候选材料，在干燥高温环境下，综合性能优异，但是在含有水蒸气的高温环境下，表面氧化形成的SiO₂保护层会被水蒸气侵蚀，形成气相Si(OH)₄并不断被气流冲刷带走，表面稳定性和综合性能急剧下降。环境障涂层是一种保护SiC陶瓷基复合材料免受环境腐蚀，阻止其性能断崖式衰减的防护性涂层，是延长SiC陶瓷基复合材料使用寿命，保障其在航空发动机上可靠应用的关键技术。经过三十多年的研究，环境障涂层大致经历了四个阶段，由第一阶段莫来石/YSZ体系，第二阶段Si/莫来石/BSAS体系发展至今的第三阶段Si/莫来石/稀土硅酸盐以及第四阶段的热/环境障涂层体系。

稀土硅酸盐由于具备耐热性高、导热率低、热膨胀系数小、抗腐蚀性能好和硅的反应活性低等优点，是目前环境障涂层面层涂层材料的研究焦点。研究表明，采用稀土硅酸盐体系涂层防护的SiC复合材料较BSAS涂层防护的材料寿命可提高1倍以上。但是稀土硅酸盐是典型的陶瓷材料，存在性脆的本质，在高温环境下极易因温度变化和涂层体系的热膨胀系数不匹配产生应力而出现裂纹，形成水蒸气等腐蚀性气体提供入侵基体的通道。此外，研究表明，稀土硅酸盐涂层在高温水蒸气环境会发生缓慢的分解，有SiO₂从涂层表面挥发溢出，致使涂层表面生成一层多孔层，这也将成为其作为防护涂层的安全隐患。因此，为保证环境障涂层在高温下的使用稳定性和可靠性，亟需研发一种新的环境障涂层面层材料。

发明内容

本发明的目的是：提供一种晶须协同MAX相增韧的稀土硅酸盐材料及其制备方法，以解决现有环境障涂层稀土硅酸盐(Yb₂Si₂O₇、Lu₂Si₂O₇、Er₂Si₂O₇、Sc₂Si₂O₇等)面层在高温环境下易产生裂纹和在水蒸气下发生缓慢分解等技术问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种晶须协同MAX相增韧的稀土硅酸盐材料，所述稀土硅酸盐材料组成及质量比为：

稀土硅酸盐和MAX相材料质量比为8:1～8:2；

所述稀土硅酸盐材料成分比例为RE₂Si₂O₇；

所述MAX相材料是指：含Si的MAX相材料，如Ti₃SiC₂、Ti₄SiC₃等；

SiC晶须质量为稀土硅酸盐与MAX相材料质量之和的0.2～2％；

所述稀土硅酸盐材料为复合粉体材料，用于热喷涂工艺。