一种抗CMAS腐蚀的高熵陶瓷材料、制备方法及其应用与流程

和lu2o3原料经无压高温煅烧即可直接得到高熵陶瓷粉体材料；
[0013]
(3)本发明制备得到的高纯度、抗cmas腐蚀高熵陶瓷粉体材料的纯度及颗粒尺寸可调节性好，陶瓷粉体的纯度及颗粒尺寸与煅烧温度相关，煅烧温度及时间过低将导致纯度不足，而温度及时间过高将导致产品粒径过大，影响产品抗cmas腐蚀能力；
[0014]
(4)本发明提供的一种抗cmas腐蚀的高熵陶瓷材料的制备方法，工艺简单、快速、实用性强，制备得到的高熵陶瓷具有纯度高、抗cmas腐蚀能力强等优点。
附图说明
[0015]
图1示出本发明实施例1制备得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷粉体材料的x-射线衍射谱图；
[0016]
图2示出本发明实施例1制备得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷粉体材料的微观形貌扫描电子显微图；
[0017]
图3示出本发明实施例1制备得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷块体材料经过cmas腐蚀后的微观形貌图；
[0018]
图4示出本发明实施例2制备得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷粉体材料的x-射线衍射谱图；
[0019]
图5示出本发明实施例2制备得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷粉体材料的微观形貌扫描电子显微图；
[0020]
图6示出本发明实施例2制备得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷块体材料经过cmas腐蚀后的微观形貌图。
具体实施方式
[0021]
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0022]
根据本发明的第一方面，提供了一种抗cmas腐蚀的高熵陶瓷材料，该高熵陶瓷材料的原料包括氧化钐(sm2o3)、氧化铕(eu2o3)、氧化铒(er2o3)和氧化镥(lu2o3)中的至少三种，以及氧化钇(y2o3)和氧化镱(yb2o3)，各原料的物质的量相同。
[0023]
在一种优选的实施方式中，该高熵陶瓷材料的纯度不低于99wt％。
[0024]
根据本发明的第二方面，提供了一种抗cmas腐蚀的高熵陶瓷材料的制备方法，用于制备上述第一方面所述的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷材料，包括以下步骤：
[0025]
步骤1，在氧化钐、氧化铕、氧化铒、氧化镥中任选至少三种，与氧化钇和氧化镱混合，如在球磨罐中混合，得到混合均匀的料浆；
[0026]
步骤2，将步骤1得到的料浆干燥处理得到混合物粉末，将干燥后的粉末进行无压煅烧，如在高温电炉中进行无压煅烧，得到高熵陶瓷粉体。
[0027]
在一种优选的实施方式中，步骤1中，y2o3、nd2o3、sm2o3、eu2o3、yb2o3、和er2o3为粉体材料，优选粒径不大于2微米。本发明人研究发现，粉体材料的粒径与最终产品的纯度及粒径相关，原料粒径过大会导致最终产品纯度不足及粒径过大，并导致高熵陶瓷抗cmas腐蚀能力下降。
[0028]
在一种优选的实施方式中，步骤1中，各原料在易挥发性介质存在下混合，优选介
质为无水乙醇。
[0029]
在一种优选的实施方式中，步骤2中，煅烧温度为1500℃～1650℃，煅烧时间为1～3小时；优选地，煅烧温度为1550～1600℃，煅烧时间为1.5～2.5小时。本发明中，煅烧的目的在于合成陶瓷粉体。煅烧温度和煅烧时间与最终产品的纯度和粒径相关，煅烧温度过低且低于上述范围的最小值，则粉体无法通过充分进行扩散得到纯度高于99％的高熵陶瓷粉体；煅烧温度过高且高于上述范围的最大值，对产品纯度并无提高的作用，但会明显提高能源消耗水平；煅烧时间过短且低于上述范围的最小值，则粉体无法通过充分进行扩散得到纯度高于99％的高熵陶瓷粉体；煅烧时间过长且高于上述范围的最大值，则会导致产品粒径过大，将会明显降低产品对cmas腐蚀的抵抗能力。
[0030]
在本发明中，该制备方法还包括高熵陶瓷粉体材料的粉碎处理过程，优选通过球磨方式进行粉体化处理，使得高熵陶瓷粉体粒度更为均匀。
[0031]
根据本发明的第三方面，提供了上述第一方面所述的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷材料，或者上述第二方面所述的制备方法制备得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷材料在作为热障涂层材料方面的应用。
[0032]
实施例
[0033]
本发明中实施例中原料来源为：y2o3(北京华威锐科化工有限公司，纯度99.9％，粒径≤2μm)；yb2o3(北京华威锐科化工有限公司，纯度99.9％，粒径≤2μm)；sm2o3(北京华威锐科化工有限公司，纯度99.9％，粒径≤2μm)；eu2o3(北京华威锐科化工有限公司，纯度99.9％，粒径≤2μm)；er2o3(北京华威锐科化工有限公司，纯度99.9％，粒径≤2μm)；lu2o3(北京华威锐科化工有限公司，纯度99.9％，粒径≤2μm)；高温炉(天津中环电炉有限公司，sx-g01163)；放电等离子烧结炉(上海晨华电炉有限公司，sps-20t-6-iv)。
[0034]
为了说明本发明制备的高熵陶瓷具有抗cmas腐蚀的能力，实施例1和实施例2进行如下高温cmas腐蚀实验：
①
将氧化铝、氧化镁、氧化钙和氧化硅按摩尔比为15:19:22:44进行混合，将混合均匀的粉末在1000℃下煅烧5小时，将煅烧过得到的粉体研磨并过300目筛，得到均匀的cmas粉末；
②
将本发明步骤2中得到的高熵陶瓷粉体放入放电等离子烧结炉中进行高温烧结，气氛为真空，烧结温度不低于步骤2中煅烧温度，烧结时间不长于30min，烧结压强控制在20～45mpa，得到高致密度的高熵陶瓷块体；
③
将cmas粉末平铺在制备得到的高熵陶瓷块体表面，涂覆密度为30mg/cm2，将涂覆cmas粉末的高熵陶瓷在1250℃下热处理4小时后，用扫描电子显微镜观察陶瓷截面形貌。
[0035]
实施例1
[0036]
将y2o3、eu2o3、yb2o3、er2o3和lu2o3按y2o3:eu2o3:yb2o3:er2o3:lu2o3＝1:1:1:1:1的摩尔比称重，在球磨罐中进行混合，混合时间为6小时，介质为无水乙醇，得到料浆；将得到的料浆过滤并进行干燥处理得到混合物粉末，将干燥后的粉末放入高温炉中进行煅烧，煅烧温度为1600℃，煅烧时间为2小时，得到高熵陶瓷粉体。得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷粉体材料纯度为100wt％，得到的高熵陶瓷粉体材料的成分如图1的x-射线衍射图谱所示，高熵陶瓷粉体形貌如图2所示的扫描电子显微镜图所示。
[0037]
将高熵陶瓷粉体放入放电等离子烧结炉中进行高温烧结，气氛为真空，烧结温度为1650℃，烧结时间为4min，烧结压强控制为30mpa，真空度均为8pa，得到高致密度的高熵陶瓷块体，高熵陶瓷块体表面涂覆cmas粉末后在1250℃热处理4小时后的截面形貌如图3所
示，可以看到高熵陶瓷与cmas之间没有明显的反应层，且没有发生cmas渗入高熵陶瓷内部的现象，表明该高熵陶瓷不与cmas发生反应且可完全阻止cmas向其内部的渗透，该高熵陶瓷具有优异的抗cmas渗透和腐蚀的能力。
[0038]
实施例2
[0039]
将y2o3、lu2o3、yb2o3、er2o3和sm2o3按y2o3:lu2o3:yb2o3:er2o3:sm2o3＝1:1:1:1:1的摩尔比称重，在球磨罐中进行混合，混合时间为6小时，介质为无水乙醇，得到料浆；将得到的料浆过滤并进行干燥处理得到混合物粉末，将干燥后的粉末放入高温炉中进行煅烧，煅烧温度为1550℃，煅烧时间为2小时，得到高熵陶瓷粉体。得到的抗cmas腐蚀的高熵陶瓷粉体材料的纯度为100wt％，得到的高熵陶瓷成分如图4的x-射线衍射图谱所示，高熵陶瓷粉体形貌如图5所示的扫描电子显微镜图所示。
[0040]
将高熵陶瓷粉体放入放电等离子烧结炉中进行高温烧结，气氛为真空，烧结温度为1600℃，烧结时间为5min，烧结压强控制为30mpa，真空度均为10pa，得到高致密度的高熵陶瓷块体，高熵陶瓷块体表面涂覆cmas粉末后在1250℃热处理4小时后的截面形貌如图6所示，可以看到高熵陶瓷与cmas之间没有明显的反应层，且没有发生cmas渗入高熵陶瓷内部的现象，表明该高熵陶瓷不与cmas发生反应且可完全阻止cmas向其内部的渗透，该高熵陶瓷具有优异的抗cmas渗透和腐蚀的能力。
[0041]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
[0042]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。