一种纳米结构双硅酸镥喂料及其制备方法和应用

本发明属于环境障涂层材料制备，尤其涉及一种纳米结构双硅酸镥喂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、环境障涂层可保护陶瓷基复合材料在潮湿燃烧气体下免受氧化、挥发和腐蚀，被广泛应用于航空航天发动机的热端部件。因此，选择合适的环境障涂层材料对提高涂层性能起着至关重要的作用。环境障涂层材料的选择有一些原则。例如，高熔点、低热导率、与基体相匹配的热膨胀系数、低弹性模量、低氧渗透率、良好的相稳定性和高温耐腐蚀性等。

2、目前国内外制备环境障涂层的方法多种多样，如等离子喷涂法、等离子-物理气相沉积法、浆料法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、激光熔覆法等。

3、在第三代环境障涂层材料体系中，双硅酸镥由于具有优异的高温相稳定性、低sio2活性率及抗水氧腐蚀性能，是一个很有前途的候选材料。然而，目前的方法无法将单相lu2si2o7材料制备出用于等离子喷涂的lu2si2o7喂料，更不用说是具有纳米结构的用于等离子喷涂的单相lu2si2o7喂料。纳米粉体由于质量小、流动性差，在高速的等离子焰流下会被迅速吹走甚至熔化，无法直接用来等离子喷涂。

4、综上，非常有必要提供一种纳米结构双硅酸镥喂料及其制备方法和应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种纳米结构双硅酸镥喂料及其制备方法和应用。本发明方法制备出的是一种适用于等离子喷涂的单一相结构的双硅酸镥(lu2si2o7)喂料，不含有单硅酸镥(lu2sio5)，是一种用于喷涂的微米级但内部仍具有纳米结构的lu2si2o7喂料。

2、本发明在第一方面提供了一种纳米结构双硅酸镥喂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

3、(1)将纳米lu2o3粉体和纳米sio2粉体进行球磨，得到混合浆料；

4、所述纳米lu2o3粉体和纳米sio2粉体的摩尔比为1：(2.4～2.6)；

5、(2)将所述混合浆料进行喷雾造粒，得到复合粉体；

6、(3)将所述复合粉体进行高温烧结，得到纳米结构双硅酸镥喂料；所述纳米结构双硅酸镥喂料不含有单硅酸镥lu2sio5。

7、优选地，所述高温烧结为：先在400℃～600℃烧结0.5～1.5h，然后在1100℃～1400℃烧结1～4h。

8、优选地，所述高温烧结为：先在500℃烧结1h，然后在1250℃～1400℃烧结2～4h优选为在1250℃烧结2h。

9、优选地，在步骤(1)中进行球磨时，还加入了水、粘合剂和磨球；优选的是，所述水为去离子水；优选的是，所述粘合剂为质量分数为8～15％优选为10％的聚乙烯醇溶液；优选的是，所述磨球为氧化锆球。

10、优选地，所述纳米lu2o3粉体和纳米sio2粉体的总质量与磨球的质量比为1：(3.5～4.5)优选为1:4；所述纳米lu2o3粉体和纳米sio2粉体的总质量与水的质量比为1：(1.5～2.5)优选为1:2；和/或所述纳米lu2o3粉体和纳米sio2粉体的总质量与粘合剂的质量比为100：

11、(0.8～1.2)优选为100:1。

12、优选地，所述球磨的时间为18～30h，优选为24h；和/或所述球磨的速度为220～300r/min，优选为260r/min。

13、优选地，所述喷雾造粒的工艺参数为：进风温度为230℃，出风温度为110℃，蠕动泵的转速为20r/min。

14、优选地，所述纳米lu2o3粉体和/或所述纳米sio2粉体的粒径为10～50nm。

15、本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的纳米结构双硅酸镥喂料。

16、本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的纳米结构双硅酸镥喂料在采用等离子喷涂法制备环境障涂层中的应用。

17、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

18、(1)本发明所使用的lu2o3粉体和sio2粉体的粒径都是在10～50nm之间，无法直接用来进行热喷涂；在本发明中，经过球磨、喷雾造粒及高温烧结来制备纳米结构lu2si2o7喂料，这些过程是将纳米粉体重组，进而得到用于喷涂的微米级但内部仍具有纳米结构的lu2si2o7喂料。

19、(2)本发明制备的纳米结构lu2si2o7喂料纯度高，不含lu2sio5，本发明是通过创造性地调整纳米lu2o3粉体和纳米sio2粉体的摩尔比及高温烧结工艺，能够使产物中不含lu2sio5，本发明解决了目前还没有方法可以制备出用于等离子喷涂的纳米结构lu2si2o7喂料，并且纯度高，产物中不含lu2sio5的这一技术问题。

20、(3)本发明制备的纳米结构lu2si2o7喂料内部组织为纳米晶，喂料粒度分布均匀、致密性高、流动性好、振实密度大，可以大大提高后续涂层的性能，适合用于等离子喷涂工艺。

21、(4)本发明经过高温烧结后无需再进行等离子体喷涂处理，便可直接得到单一相结构的lu2si2o7喂料，本发明方法工艺简单，缩短了制备流程，降低了时间成本。

技术特征：

1.一种纳米结构双硅酸镥喂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于：

9.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的纳米结构双硅酸镥喂料。

10.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的纳米结构双硅酸镥喂料在采用等离子喷涂法制备环境障涂层中的应用。

技术总结
本发明涉及一种纳米结构双硅酸镥喂料及其制备方法和应用。所述方法包括如下步骤：(1)将纳米Lu<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉体和纳米SiO<subgt;2</subgt;粉体进行球磨，得到混合浆料；所述纳米Lu<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉体和纳米SiO<subgt;2</subgt;粉体的摩尔比为1：(2.4～2.6)；(2)将所述混合浆料进行喷雾造粒，得到复合粉体；(3)将所述复合粉体进行高温烧结，得到纳米结构双硅酸镥喂料；所述纳米结构双硅酸镥喂料不含有单硅酸镥Lu<subgt;2</subgt;SiO<subgt;5</subgt;。本发明制备的纳米结构双硅酸镥喂料纯度高，产物中不含Lu<subgt;2</subgt;SiO<subgt;5</subgt;，纳米结构双硅酸镥喂料内部组织为纳米晶，喂料粒度分布均匀、致密性高、流动性好、振实密度大，可以大大提高后续涂层的性能，适合用于等离子喷涂工艺。

技术研发人员：徐宝升,郭东辉,周飞飞,王顺
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11