[发明专利]一种HfO2

说明书

本发明属于材料技术领域，涉及一种HfO₂‑Si喷涂材料及制备方法；以纳米Si粉、Hf的水溶性盐原材料，柠檬酸为表面活性剂，水、环己烷和正已醇为反应介质，采用氨水调节反应体系的pH值，促进Hf的水溶性盐水解，为经过充分的化学反应、反复洗涤和干燥处理后进行烧结，形成纳米Si粉为核，HfO₂为壳的微胶囊型粉体材料，然后将复合粉体与微米级Si粉进过搅拌混合喷雾造粒，最终得到HfO₂‑Si复合粉体材料。本发明将环境障涂层粘结层材料的耐温温度提高至1480℃，提高粘结层的耐高温稳定性和界面性能，同时具有一定的裂纹自愈合功能。材料制备技术工艺简单，成本低廉，制备的粉末材料形貌和粒度可控，适宜作为喷涂的粉末材料。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种HfO₂-Si喷涂材料及制备方法，该喷涂材料主要应用于碳化硅陶瓷基复合材料的防护涂层。

背景技术

陶瓷基复合材料因具备低密度、高强度和高温性能稳定等优势，而成为替代高温合金材料作为航空发动机热端部件的热门候选材料。然而，发动机热端部件服役环境恶劣，常常伴随高温水氧、燃气等腐蚀性气体，导致在干燥高温环境下稳定性好的SiC陶瓷基复合材料极易受到腐蚀，生成具有挥发性的Si(OH)₄，结构材料的表面稳定性和力学性能急剧下降。

环境障涂层主要是氧化物陶瓷组成保障SiC陶瓷基复合材料免受环境腐蚀的防护涂层。经过几十年的研究发展主要形成三代体系，目前研究较受关注的体系的是以Si为粘结层、莫来石为中间层，稀土硅酸盐材料为面层的三层涂层体系。但是目前常用的粘结层材料Si的熔点低(1410℃)，氧化速率高、韧性差和高温氧化易形成TGO氧化层产生界面应力等缺点，使其无法在1400℃以上长期工作，成为限制环境障涂层在高温环境应用的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是：针对现在环境障涂层粘结层材料Si熔点低、氧化速率快、断裂韧性低等缺陷，提供一种新型结构的HfO₂-Si涂层材料及其制备技术，所涉及的HfO₂-Si喷涂材料具有1480℃以上的高温稳定性，改善涂层强度和与基体材料的界面性能，同时具备一定的裂纹自愈合功能。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种HfO₂-Si喷涂材料，所述喷涂材料为热喷涂用HfO₂-Si复合粉末；复合粉末通过核壳结构的Si-HfO₂复合纳米粉体与微米级Si粉进行搅拌混合+喷雾造粒形成；

所述核壳结构的Si-HfO₂复合纳米粉体是以纳米Si粉为核，HfO₂为壳的微胶囊型粉末。

所述纳米Si粉的粒度范围为50～100nm。

所述微米级Si粉粒径为45～125μm。

另一方面，提供一种HfO₂-Si喷涂材料的制备方法，所述步骤如下：

S1：以纳米硅、Hf的水溶性盐、氨水为原材料，柠檬酸为表面活性剂，水、环己烷和正已醇为反应介质，经过反应，形成纳米Si粉为核，HfO₂为壳的微胶囊型复合纳米粉体；

S2：制备水相溶液A，将纳米硅粉加入到有表面活性剂柠檬酸的去离子水溶液中，通过超声和搅拌形成分散均匀的水相悬浮液；

S3：制备微乳液B，将环己烷、Triton和和正已醇按照比例混合形成微乳液；

S4：将溶液A和微乳液B混合形成混合液C，向混合液C中加入Hf的水溶性盐进行机械搅拌分散，然后逐滴向混合液中滴加氨水，滴加完后不断进行机械搅拌分散，调节反应温度，直至反应完全；