专利名称：一种梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法
技术领域：
本发明涉及一种硅酸钇涂层的制备方法，特别涉及一种梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法。
背景技术：
硅酸钇材料具有高熔点、低杨氏模量、低热膨胀系数、低高温挥发率、低高温氧气渗透率和耐化学腐蚀等优异的物化性能，使其成为石墨、C/C及C/C-SiC复合材料和SiC结构陶瓷等高性能材料高温抗氧化涂层的理想材料之一。硅酸钇高温抗氧化涂层材料的深入研究为结构材料在航空航天、军事及民用等诸多领域更加广泛的应用提供了前提和保障。
目前已见报道的硅酸钇涂层的制备技术主要有热等静压法、料浆涂覆-烧结法、等离子喷涂法以及原位形成法等。热等静压法是将原始粉料混合均匀后涂在基体表面，在热等静压机中通过调节所需的气氛、压力、温度等工艺参数来获得所制备的涂层。如Ogura Y等(Ogura Y，Kondo M，and Mormoto T.Proceedings of theTenth International Conference on Composite Materials，Canada，1995.767-774)以Y2O3、SiO2等为原料，首次采用热等静压法在C/C-SiC表面制备了Y2SiO5外涂层。采用该法可以使材料受到各方向相等的压力，有望最终获得高度致密的涂层。料浆涂覆-烧结法制备硅酸钇涂层是将Y2O3和SiO2以及助熔剂等配制成符合一定要求的粉料后与溶剂(如乙醇)等混合制成料浆，再加入适当的分散剂和粘结剂，经充分搅拌后刷涂于基体的表面或将基体直接浸渍于料浆中形成涂层，之后在一定的温度下烘干，最终于高温惰性气氛下进行热处理即得涂层。如Webster J D等(Webster J D，Westwood M E，Hayes H.Journal ofthe European Ceramic Society，1998，182345-2350)以羟化四甲铵为分散剂，在水中将Y2O3和SiO2配制为料浆，再将C/C-SiC基体浸渍在料浆中形成涂层并烘干后，在氩气保护下于1600℃烧结3h最终得到Y2SiO5和Y2SiO5/Y2Si2O7两种外涂层(厚度100μm)。该法工艺较为简单，涂层的厚度较易控制。不足之处是涂层的均匀性不易控制，致密性较难达到要求。溅射法制备硅酸钇涂层是用加速的离子轰击固体硅酸钇表面，离子和固体表面原子交换动量，使固体表面的原子离开固体后沉积到基体表面。如Sekigawa T等(Sekigawa T，Takeda F，and Taguchi M.Proceedings of the 8th Symposium onPerformance Materials for severe Environments，Tokyo，1997.307)采用溅射法在C/C-SiC表面制备了Y2SiO5涂层(厚度100μm)。此外，由于等离子可以产生极高的温度，等离子流可以将配制好的原料加热至熔融态，并使之加速喷向基体表面而形成涂层。如Huang J F等(Huang J F，Li H J，and Zeng X R.Carbon，2004，42(11)2356-2359)通过合理调整粉料的配比以及工艺参数的优化，采用等离子喷涂法在C/C-SiC基体表面研究制备了Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5和Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5/玻璃涂层。原位形成法是黄剑锋等(黄剑锋，李贺军，曾燮榕.CN Patent，ZL200410029115.X，2004)研发设计的一种原位制备硅酸盐涂层的方法。其基本原理是通过混合单质硅和与其润湿良好的金属氧化物，涂覆于预先制备有SiC内涂层的试样表面，在一定的温度和氧化气氛下预氧化一段时间，则可以原位生成抗氧化性能好、氧气渗透率低、耐高温的硅酸盐外涂层。这种方法要求SiC内涂层必须足够致密，能对基体在预氧化过程中进行有效保护。上述方法的共同特点是均需要在高温下才能制备出比较理想的硅酸钇涂层，而较高的制备温度可能会对基体造成一定损伤。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种不仅工艺控制简单，涂层致密均匀，可用于表面结构复杂的产品，而且在低温下即可获得结构可控且性能良好的硅酸钇涂层的梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)Y4Si3O12涂层的制备1.1按照Y4Si3O12粉体∶异丙醇＝0.5～5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000～2000r/min下机械搅拌6～12h后，按0.5～2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100～500W功率下振荡15～60min，将悬浮液继续搅拌24～36h后待用；1.2将Y4Si3O12的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，以导电基体为阴极，控制水热温度为80～200℃、沉积电压为50～300V、沉积时间为5～60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；1.3将试样置于50～80℃的干燥箱中干燥30～60min后即完成基体Y4Si3O12涂层的制备；2)Y4Si3O12/Y2Si2O7梯度涂层的制备2.1按照Y2Si2O7粉体∶异丙醇＝0.5～5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000～2000r/min下机械搅拌6～12h后，按0.5～2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100～500W功率下振荡15～60min，将悬浮液继续搅拌24～36h后待用；2.2将Y2Si2O7的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12的涂层式样为阴极，控制水热温度为80～200℃、沉积电压为50～300V、沉积时间为5～60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；2.3将试样置于50～80℃的干燥箱中干燥30～60min后即完成Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层的制备；3)Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度涂层的制备3.1按照Y2SiO5粉体∶异丙醇＝0.5～5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000～2000r/min下机械搅拌6～12h后，按0.5～2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100～500W功率下振荡15～60min，将悬浮液继续搅拌24～36h后待用；3.2将Y2SiO5的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层式样为阴极，控制水热温度为80～200℃、沉积电压为50～300V、沉积时间为5～60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；3.3将试样置于50～80℃的干燥箱中干燥30～60min后，最终可得到Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度的涂层。
本发明导电基体为C/C、SiC、钛或金属合金。
本发明的Y4Si3O12粉体通过以下工艺合成1)按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比将1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中；在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；2)取与1)中相同量的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；3)将上述1)和2)振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～90min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3～5次后置于干燥箱中在50～100℃干燥30～90min；4)用5000～10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1～3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2～6％的氟化锂，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于超声波容器中振荡10～20min；振荡完成后置于40～60℃的烘箱中干燥30～60min；5)将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2～6℃/min升至800～1200℃后保温1～4h随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y4Si3O12粉体。
本发明的Y2Si2O7粉体通过以下工艺合成
1)按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取2.5mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；2)取1)中0.5倍的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；3)将上述1)和2)振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～90min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3～5次后置于干燥箱中在50～100℃干燥30～90min；4)用5000～10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1～3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2～6％的氟化锂，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于超声波容器中振荡10～20min；振荡完成后置于40～60℃的烘箱中干燥30～60min；5)将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2～6℃/min升至800～1200℃后保温1～4h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2Si2O7粉体。
本发明的Y2SiO5粉体通过以下工艺合成1)按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；2)取1)中2倍的浓度为2.5mol/L的硝酸钇水溶液和7.5mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；3.3将上述1)和2)振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～90min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3～5次后置于干燥箱中在50～100℃干燥30～90min；4)用5000～10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1～3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2～6％的氟化锂，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于超声波容器中振荡10～20min；振荡完成后置于40～60℃的烘箱中干燥30～60min；5)将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2～6℃/min升至800～1200℃后保温1～4h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2SiO5粉体。
本发明采用湿化学法合成梯度成分组成和预期晶相结构的三种硅酸钇超细粉体，之后将其分散于液体介质中，采用水热电泳沉积法在低温下即可方便地获得性能良好的梯度硅酸钇涂层，同时有效地解决了涂层制备过程中基体的热损伤问题。所制备的涂层与基体结合牢固结合强度大于28MPa，抗氧化性能优异，在1600℃的氧化气氛下能对炭材料有效保护达到260小时，氧化失重小于2％。本发明方法操作简单易行，尤其适用于表面结构复杂的基体。
具体实施例方式
实施例1步骤一硅酸钇超细粉体的合成1、Y4Si3O12超细粉体的合成1.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比将1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中；在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min；1.2取与1.1中相同量的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min；1.3将上述1.1和1.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3次后置于干燥箱中在50℃干燥30min；1.4用5000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶0的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2％的氟化锂，在1000r/min下机械搅拌10min后置于超声波容器中振荡10min；振荡完成后置于40℃的烘箱中干燥30min；1.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2℃/min升至800℃后保温1h随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y4Si3O12粉体；2.Y2Si2O7超细粉体的合成2.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取2.5mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min；2.2取2.1中0.5倍的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min；2.3将上述2.1和2.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3次后置于干燥箱中在50℃干燥30min；2.4用5000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2％的氟化锂，在1000r/min下机械搅拌10min后置于超声波容器中振荡10min；振荡完成后置于40℃的烘箱中干燥30min；2.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2℃/min升至800℃后保温1h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2Si2O7粉体；3.Y2SiO5超细粉体的合成3.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min；3.2取3.1中2倍的浓度为2.5mol/L的硝酸钇水溶液和7.5mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min；3.3将上述3.1和3.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000r/min下机械搅拌10min后置于100W的超声波容器中振荡10min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3次后置于干燥箱中在50℃干燥30min；3.4用5000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2％的氟化锂，在1000r/min下机械搅拌10min后置于超声波容器中振荡10min；振荡完成后置于40℃的烘箱中干燥30min；3.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2℃/min升至800℃后保温1h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2SiO5粉体；步骤二水热电泳沉积制备梯度硅酸钇涂层1.Y4Si3O12涂层的制备1.1按照Y4Si3O12粉体∶异丙醇＝0.5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000r/min下机械搅拌6h后，按0.5g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100W功率下振荡15min，将悬浮液继续搅拌24h后待用；1.2将Y4Si3O12的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，以导电基体(C/C、SiC、钛或金属合金)为阴极，控制水热温度为80℃、沉积电压为50V、沉积时间为5min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；1.3将试样置于50℃的干燥箱中干燥30min后即完成基体Y4Si3O12涂层的制备；2.Y4Si3O12/Y2Si2O7梯度涂层的制备
2.1按照Y2Si2O7粉体∶异丙醇＝0.5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000r/min下机械搅拌6h后，按0.5g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100W功率下振荡15min，将悬浮液继续搅拌24h后待用；2.2将Y2Si2O7的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12的涂层式样为阴极，控制水热温度为80℃、沉积电压为50V、沉积时间为5min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；2.3将试样置于50℃的干燥箱中干燥30min后即完成Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层的制备；3.Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度涂层的制备3.1按照Y2SiO5粉体∶异丙醇＝0.5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000r/min下机械搅拌6h后，按0.5～2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100～500W功率下振荡15min，将悬浮液继续搅拌24h后待用；3.2将Y2SiO5的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y2Si3O12/Y2Si2O7涂层式样为阴极，控制水热温度为80℃、沉积电压为50V、沉积时间为5min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；3.3将试样置于50℃的干燥箱中干燥30min后，最终可得到Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度的涂层。
实施例2步骤一硅酸钇超细粉体的合成1、Y4Si3O12超细粉体的合成1.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比将1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中；在2000r/min下机械搅拌30min后置于500W的超声波容器中振荡60min；1.2取与1.1中相同量的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在2000r/min下机械搅拌30min后置于500W的超声波容器中振荡60min；1.3将上述1.1和1.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在2000r/min下机械搅拌90min后置于500W的超声波容器中振荡60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀5次后置于干燥箱中在100℃干燥90min；1.4用10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量6％的氟化锂，在2000r/min下机械搅拌30min后置于超声波容器中振荡20min；振荡完成后置于60℃的烘箱中干燥60min；1.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以6℃/min升至1200℃后保温4h随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y4Si3O12粉体；2.Y2Si2O7超细粉体的合成2.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取2.5mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在2000r/min下机械搅拌30min后置于500W的超声波容器中振荡60min；2.2取2.1中0.5倍的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在2000r/min下机械搅拌30min后置于500W的超声波容器中振荡60min；2.3将上述2.1和2.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在2000r/min下机械搅拌90min后置于500W的超声波容器中振荡60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀5次后置于干燥箱中在100℃干燥90min；2.4用10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量6％的氟化锂，在2000r/min下机械搅拌30min后置于超声波容器中振荡20min；振荡完成后置于60℃的烘箱中干燥60min；2.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以6℃/min升至1200℃后保温4h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2Si2O7粉体；3.Y2SiO5超细粉体的合成3.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在2000r/min下机械搅拌30min后置于500W的超声波容器中振荡60min；3.2取3.1中2倍的浓度为2.5mol/L的硝酸钇水溶液和7.5mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在2000r/min下机械搅拌30min后置于500W的超声波容器中振荡60min；3.3将上述3.1和3.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在2000r/min下机械搅拌90min后置于500W的超声波容器中振荡60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀5次后置于干燥箱中在100℃干燥90min；3.4用5000～10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量6％的氟化锂，在2000r/min下机械搅拌30min后置于超声波容器中振荡20min；振荡完成后置于60℃的烘箱中干燥60min；3.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以6℃/min升至1200℃后保温4h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2SiO5粉体；步骤二水热电泳沉积制备梯度硅酸钇涂层1.Y4Si3O12涂层的制备1.1按照Y4Si3O12粉体∶异丙醇＝5g∶100ml的比例配制悬浮液；在2000r/min下机械搅拌12h后，按2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在500W功率下振荡60min，将悬浮液继续搅拌36h后待用；1.2将Y4Si3O12的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，以导电基体(C/C、SiC、钛或金属合金)为阴极，控制水热温度为200℃、沉积电压为300V、沉积时间为60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；
1.3将试样置于80℃的干燥箱中干燥60min后即完成基体Y4Si3O12涂层的制备；2.Y4Si3O12/Y2Si2O7梯度涂层的制备2.1按照Y2Si2O7粉体∶异丙醇＝5g∶100ml的比例配制悬浮液；在2000r/min下机械搅拌12h后，按2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在500W功率下振荡60min，将悬浮液继续搅拌36h后待用；2.2将Y2Si2O7的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12的涂层式样为阴极，控制水热温度为200℃、沉积电压为300V、沉积时间为60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；2.3将试样置于80℃的干燥箱中干燥60min后即完成Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层的制备；3.Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度涂层的制备3.1按照Y2SiO5粉体∶异丙醇＝5g∶100ml的比例配制悬浮液；在2000r/min下机械搅拌12h后，按2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在500W功率下振荡60min，将悬浮液继续搅拌36h后待用；3.2将Y2SiO5的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层式样为阴极，控制水热温度为200℃、沉积电压为300V、沉积时间为60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；3.3将试样置于80℃的干燥箱中干燥60min后，最终可得到Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度的涂层。
实施例3步骤一硅酸钇超细粉体的合成1、Y4Si3O12超细粉体的合成1.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比将1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中；在1500r/min下机械搅拌20min后置于300W的超声波容器中振荡40min；1.2取与1.1中相同量的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1500r/min下机械搅拌20min后置于300W的超声波容器中振荡40min；1.3将上述1.1和1.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1500r/min下机械搅拌50min后置于300W的超声波容器中振荡30min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀4次后置于干燥箱中在80℃干燥60min；1.4用8000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨2h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量4％的氟化锂，在1500r/min下机械搅拌20min后置于超声波容器中振荡15min；振荡完成后置于50℃的烘箱中干燥40min；1.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以4℃/min升至1000℃后保温2h随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y4Si3O12粉体；2.Y2Si2O7超细粉体的合成2.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取2.5mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在1500r/min下机械搅拌20min后置于300W的超声波容器中振荡30min；2.2取2.1中0.5倍的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1500r/min下机械搅拌20min后置于300W的超声波容器中振荡30min；2.3将上述2.1和2.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1500r/min下机械搅拌50min后置于300W的超声波容器中振荡30min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀4次后置于干燥箱中在80℃干燥60min；2.4用8000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨2h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量4％的氟化锂，在1500r/min下机械搅拌20min后置于超声波容器中振荡15min；振荡完成后置于50℃的烘箱中干燥40min；2.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以4℃/min升至1000℃后保温2h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2Si2O7粉体；3.Y2SiO5超细粉体的合成3.1按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在1500r/min下机械搅拌20min后置于300W的超声波容器中振荡30min；3.2取3.1中2倍的浓度为2.5mol/L的硝酸钇水溶液和7.5mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1500r/min下机械搅拌20min后置于300W的超声波容器中振荡40min；3.3将上述3.1和3.2振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1500r/min下机械搅拌50min后置于300W的超声波容器中振荡40min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀4次后置于干燥箱中在80℃干燥60min；3.4用8000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨2h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量4％的氟化锂，在1500r/min下机械搅拌20min后置于超声波容器中振荡15min；振荡完成后置于50℃的烘箱中干燥40min；3.5将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以4℃/min升至1000℃后保温2h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2SiO5粉体；步骤二水热电泳沉积制备梯度硅酸钇涂层1.Y4Si3O12涂层的制备1.1按照Y4Si3O12粉体∶异丙醇＝3g∶100ml的比例配制悬浮液；在1500r/min下机械搅拌9h后，按1g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在300W功率下振荡40min，将悬浮液继续搅拌28h后待用；
1.2将Y4Si3O12的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，以导电基体(C/C、SiC、钛或金属合金)为阴极，控制水热温度为150℃、沉积电压为200V、沉积时间为30min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；1.3将试样置于65℃的干燥箱中干燥45min后即完成基体Y4Si3O12涂层的制备；2.Y4Si3O12/Y2Si2O7梯度涂层的制备2.1按照Y2Si2O7粉体∶异丙醇＝3g∶100ml的比例配制悬浮液；在1500r/min下机械搅拌9h后，按1g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在300W功率下振荡40min，将悬浮液继续搅拌28h后待用；2.2将Y2Si2O7的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12的涂层式样为阴极，控制水热温度为150℃、沉积电压为200V、沉积时间为30min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；2.3将试样置于65℃的干燥箱中干燥45min后即完成Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层的制备；3.Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度涂层的制备3.1按照Y2SiO5粉体∶异丙醇＝3g100ml的比例配制悬浮液；在1500r/min下机械搅拌9h后，按1g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在300W功率下振荡40min，将悬浮液继续搅拌28h后待用；3.2将Y2SiO5的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层式样为阴极，控制水热温度为150℃、沉积电压为200V、沉积时间为30min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；3.3将试样置于70℃的干燥箱中干燥45min后，最终可得到Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度的涂层。
本发明在水热条件下的特殊物理化学环境可以加快溶液中的传质速度，制备温度低且制备的涂层不需要后期的晶化热处理，一定程度上避免了在后期热处理过程中可能导致的卷曲、晶粒粗化等缺陷；电泳沉积方法制备涂层操作简单，原材料利用率高，尤其可在复杂的表面和多孔的基体上获得均匀一致的涂层。
权利要求
1.一种梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法，其特征在于1)Y4Si3O12涂层的制备1.1按照Y4Si3O12粉体∶异丙醇＝0.5～5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000～2000r/min下机械搅拌6～12h后，按0.5～2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100～500W功率下振荡15～60min，将悬浮液继续搅拌24～36h后待用；1.2将Y4Si3O12的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，以导电基体为阴极，控制水热温度为80～200℃、沉积电压为50～300V、沉积时间为5～60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；1.3将试样置于50～80℃的干燥箱中干燥30～60min后即完成基体Y4Si3O12涂层的制备；2)Y4Si3O12/Y2Si2O7梯度涂层的制备2.1按照Y2Si2O7粉体∶异丙醇＝0.5～5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000～2000r/min下机械搅拌6～12h后，按0.5～2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100～500W功率下振荡15～60min，将悬浮液继续搅拌24～36h后待用；2.2将Y2Si2O7的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12的涂层式样为阴极，控制水热温度为80～200℃、沉积电压为50～300V、沉积时间为5～60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；2.3将试样置于50～80℃的干燥箱中干燥30～60min后即完成Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层的制备；3)Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度涂层的制备3.1按照Y2SiO5粉体∶异丙醇＝0.5～5g∶100ml的比例配制悬浮液；在1000～2000r/min下机械搅拌6～12h后，按0.5～2g∶100ml的悬浮液在该悬浮液中引入碘，置于超声波容器中在100～500W功率下振荡15～60min，将悬浮液继续搅拌24～36h后待用；3.2将V2SiO5的悬浮液加入到带有电极的水热釜中，并以沉积有Y4Si3O12/Y2Si2O7涂层式样为阴极，控制水热温度为80～200℃、沉积电压为50～300V、沉积时间为5～60min进行水热电泳沉积，沉积完成待水热釜冷却至室温后取出试样；3.3将试样置于50～80℃的干燥箱中干燥30～60min后，最终可得到Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5梯度的涂层。
2.根据权利要求1所述的梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法，其特征在于所说的导电基体为C/C、SiC、钛或金属合金。
3.根据权利要求1所述的梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法，其特征在于所说的Y4Si3O12粉体通过以下工艺合成1)按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比将1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中；在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；2)取与1)中相同量的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；3)将上述1)和2)振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～90min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3～5次后置于干燥箱中在50～100℃干燥30～90min；4)用5000～10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1～3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2～6％的氟化锂，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于超声波容器中振荡10～20min；振荡完成后置于40～60℃的烘箱中干燥30～60min；5)将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2～6℃/min升至800～1200℃后保温1～4h随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y4Si3O12粉体。
4.根据权利要求1所述的梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法，其特征在于所说的Y2Si2O7粉体通过以下工艺合成1)按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取2.5mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；2)取1)中0.5倍的浓度为1.25mol/L的硝酸钇水溶液和3.75mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；3)将上述1)和2)振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～90min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3～5次后置于干燥箱中在50～100℃干燥30～90min；4)用5000～10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1～3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2～6％的氟化锂，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于超声波容器中振荡10～20min；振荡完成后置于40～60℃的烘箱中干燥30～60min；5)将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2～6℃/min升至800～1200℃后保温1～4h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2Si2O7粉体。
5.根据权利要求1所述的梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法，其特征在于所说的Y2SiO5粉体通过以下工艺合成1)按照Y∶Si＝2∶3的摩尔比取1.25mol/L的硝酸钇水溶液和1.87mol/L的硅酸钠水溶液混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；2)取1)中2倍的浓度为2.5mol/L的硝酸钇水溶液和7.5mol/L的氢氧化钠水溶液按1∶3的摩尔比混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min；3.3将上述1)和2)振荡后带有沉淀的液体混合于同一容器中，在1000～2000r/min下机械搅拌10～90min后置于0～500W的超声波容器中振荡10～60min，振荡后进行抽虑，蒸馏水洗涤沉淀3～5次后置于干燥箱中在50～100℃干燥30～90min；4)用5000～10000r/min的快速研磨机对干燥后的沉淀物研磨1～3h得到粉体，将研磨后的粉体与无水乙醇按1∶10的质量比混合，并加入研磨后粉体的质量2～6％的氟化锂，在1000～2000r/min下机械搅拌10～30min后置于超声波容器中振荡10～20min；振荡完成后置于40～60℃的烘箱中干燥30～60min；5)将干燥后的粉体移入刚玉坩锅并置于高温炉中，以2～6℃/min升至800～1200℃后保温1～4h后随炉冷却至室温，取出坩锅，即得Y2SiO5粉体。
全文摘要
一种梯度硅酸钇涂层的水热电泳沉积方法，采用湿化学法合成梯度成分组成和预期晶相结构的三种硅酸钇超细粉体，之后将其分散于液体介质中，采用水热电泳沉积法在低温下即可方便地获得性能良好的梯度硅酸钇涂层，同时有效地解决了涂层制备过程中基体的热损伤问题。所制备的涂层与基体结合牢固结合强度大于28MPa，抗氧化性能优异，在1600℃的氧化气氛下能对炭材料有效保护达到260小时，氧化失重小于2％。本发明方法操作简单易行，尤其适用于表面结构复杂的基体。
文档编号C25D13/02GK1904144SQ20061004315
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月13日 优先权日2006年7月13日
发明者黄剑锋, 邓飞, 曹丽云, 李贺军 申请人:陕西科技大学