[发明专利]一种高纯纳米结构双硅酸镱粉体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯纳米结构双硅酸镱粉体及其制备方法，所述方法以纳米Ybsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;粉体、纳米SiOsubgt;2/subgt;粉体为原料，纳米SiC作为纳米改性剂，经过机械混合、球磨制浆、喷雾造粒和固相烧结过程来制得纳米结构Ybsubgt;2/subgt;Sisubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;球形或非球形粉体。本发明的方法所需设备简易、工艺简单可调控，采用的固相烧结工艺的保温温度和时间较现有存在固相烧结方法大幅度降低，制备周期大大缩短，制备的Ybsubgt;2/subgt;Sisubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;粉体为纳米结构，纯度高，纳米结构保留完好，可降低粉体合成能源消耗利于产业化，可用于作为航空发动机及燃气轮机高性能纳米结构环境障涂层材料。

技术领域

本发明涉及一种纳米结构稀土硅酸盐材料及其制备方法，具体涉及一种高纯纳米结构双硅酸镱(Yb₂Si₂O₇)粉体及其方法。

背景技术

随着航空航天及航海工业的不断发展，发动机和内燃机的工作温度在不断升高，传统高温合金材料已不能满足不断苛刻的服役环境。硅基结构复合陶瓷因为轻质、高温综合性能优异等特点被认为是新一代高性能发动机的潜在热端部件材料。但硅基结构陶瓷易在燃气环境中失效，环境障涂层(EBC)被设计以保护硅基结构复合陶瓷材料免受环境介质例如水氧、CMAS等侵蚀，延长热端部件使用寿命。稀土硅酸盐因其低热导、抗水氧腐蚀和熔盐腐蚀性能良好、且在发动机高温气流工作环境下稳定性优良等特性受到广泛关注。在众多稀土硅酸盐中，Lu、Yb的二硅酸盐在高温下相稳定性较好，适合作为环境障涂层材料。其中Yb₂Si₂O₇因为与基体和粘结层的热膨胀系数接近，具有良好的高温机械和化学匹配性，是最具潜力的新一代EBC面层材料之一。

目前制备纳米结构Yb₂Si₂O₇粉体的方法大致分为固相烧结法、水热法、化学共沉淀-煅烧法和溶胶凝胶法等。其中水热法对设备要求较高，工艺复杂，反应过程难以控制；溶胶凝胶法工艺较繁琐，前期制备时间长，后期热处理需真空且温度也较高，不利于控制纳米晶长大和产业化生产；化学共沉淀-煅烧法工艺步骤繁复，陈化时间等过程参数不易控制，生产周期较长，难以工业化；固相烧结法具有工艺简单、设备便于操作、易于工业化等特点，但现在已经报道的固相烧结法通常合成温度高、合成时间长、难以得到纯的Yb₂Si₂O₇粉体，导致能源消耗很大，成本较高。

发明内容

针对传统的固相烧结法烧结温度高、保温时间长且难以获得纯相Yb₂Si₂O₇粉体的问题，本发明从原材料设计角度出发，通过方法和工艺优化，提供了一种高纯纳米结构双硅酸镱粉体及其方法。该方法制备的Yb₂Si₂O₇粉体成分均匀、纯度高、纳米晶粒结构保留完好，且工艺路线简单、制备周期短、成本低、易于实现产业化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高纯纳米结构双硅酸镱粉体的制备方法，以纳米Yb₂O₃粉体、纳米SiO₂粉体为原料，SiC作为纳米改性剂，经过机械混合、球磨制浆和固相烧结过程来制得纳米结构Yb₂Si₂O₇球形或非球形粉体，包括如下步骤：

步骤一、将纳米Yb₂O₃粉体和纳米SiO₂粉体按摩尔比为1:2的比例放入球磨机中，加入氧化锆磨球干燥混合均匀，其中：

所述纳米Yb₂O₃粉体的粒径为10～80nm；