[发明专利]一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体及其制备方法

说明书

本发明提供一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体，其化学式为：(Ho_0.25Lu_0.25Yb_0.25Eu_0.25)₂SiO₅，该块体以Ho₂O₃、Lu₂O₃、Yb₂O₃、Eu₂O₃、SiO₂为原料，经过湿法混合、高温反应、湿法球磨、冷压成型、冷等静压以及高温烧结工艺后制备得到。本发明的轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体固溶度高、高温稳定性好，致密度高，其制备方法工艺简单，生产效率高，且安全性高，节省能源。

技术领域

本发明属于航空发动机环境障涂层用陶瓷材料技术领域，具体涉及一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体及其制备方法。

背景技术

提升航空发动机的推重比是未来航空工业的发展方向，要想实现高推重比势必要提升涡轮前进口的温度，因此燃烧室和涡轮叶片等热端部件的工作温度将不断上升。目前航空发动机的叶片材料为高温合金材料，涡轮前进口的温度进一步提升将达到镍基高温合金的承温极限，导致镍基高温合金已经很难满足发动机的工作需求了。而硅基非氧化物陶瓷及其复合材料(比如硅基陶瓷材料)具有优异的高温热学和力学性能，有望代替传统的高温合金，作为新一代航空发动机热的端部件材料。

在干燥的燃烧环境下，硅基陶瓷材料表面会生成一层SiO₂膜，起到良好的保护作用，能够阻碍硅基材料进一步被氧化。然而，在含有水蒸气的燃烧环境中，硅基陶瓷会与水蒸气发生反应，生成易挥发的Si(OH)₄，从而造成材料性能的衰退。而环境障涂层(Environmental barrier coatings,EBC)具有良好的耐熔盐腐蚀和水氧腐蚀等特点，将其涂覆在发动机热端部件的表面，有望能解决这一问题。

稀土硅酸盐陶瓷材料具有优良的抗水蒸气腐蚀性能、抗CMAS(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂)腐蚀性能以及较低的热膨胀系数，是新一代环境障涂层的热门候选材料。一些稀土单硅酸盐和稀土双硅酸盐满足作为硅基非氧化物陶瓷环境障涂层的基本要求。然而，单相稀土硅酸盐的各方面性能并不均衡，目前尚不能发现完全满足环境障涂层的性能需求的候选材料，因此需要对材料进行优化设计。

高熵陶瓷，是将高熵合金的设计思想应用于陶瓷，将传统陶瓷中的单一阳离子替换成几种等摩尔或接近等摩尔的阳离子，从而形成多组元固溶体的陶瓷。多种元素的本身特性和它们之间的相互作用，能够将各元素的优良性能相结合，进而使高熵陶瓷具备各组元的优良性能。常见的高熵陶瓷主要为高熵稀土硅酸盐块体，比如重稀土元素的高熵稀土单硅酸盐(Yb_0.25Y_0.25Lu_0.25Er_0.25)₂SiO₅块体、稀土双硅酸盐(Yb_0.2Y_0.2Lu_0.2Sc_0.2Gd_0.2)₂Si₂O₇块体、稀土单硅酸盐(Y_0.25Ho_0.25Er_0.25Yb_0.25)₂SiO₅块体等。但当前的高熵稀土硅酸盐块体的制备方法存在工艺繁琐，效率较低，块体致密度不够高，以及稀土元素种类单一(全部为重稀土)等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种轻重稀土混合高熵稀土硅酸盐致密块体，该块体固溶度高、高温稳定性好，致密度高，其制备方法工艺简单，生产效率高，且安全性高，节省能源。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：