CN102560321B - 一种硅酸钇热喷涂复合粉末及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热喷涂涂层材料领域，具体为一种硅酸钇热喷涂复合粉末及其制备方法。制备该热喷涂复合粉末的原材料为SiO2和Y2O3，按重量百分比计，SiO2：23-27％；Y2O3：73-77％，原材料粒度为：SiO2＜25μm，Y2O3：＜15μm。制备该热喷涂复合粉末的方法为：将SiO2和Y2O3粉末在混料器中均匀混合20-24h，然后将混合粉末在600-800kPa下预压成型，在1500-1700℃空气中烧结4-6h，最后进行机械破碎和筛分。该热喷涂复合粉末的成分为Y2SiO5和Y2Si2O7，粒度为45-125μm，流动性为≤55s/50g，松装密度为1.5-3.0g/cm3。由该粉末制备的涂层可有效提高C/C-SiC复合材料表面的抗高温氧化性能，具有重要的应用价值，可以解决材料的高温氧化问题。

Description

一种硅酸钇热喷涂复合粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及热喷涂涂层材料领域，具体为一种硅酸钇热喷涂复合粉末及其制备方法。
背景技术
随着飞行速度的提高，发动机的工作温度不断提高，例如前缘温度可达2100K，燃烧室内通道温度将超过3000K，这大大超过了现有高温合金所能承受的温度范围。从材料的比强度和工作温度来看，C/C复合材料是胜任超高温工作的理想材料。但是C/C复合材料的优异高温性能，只有在没有氧气的情况下才能得到保持。氧气对其性能影响非常显著，在温度高于370℃时开始发生氧化反应，生成CO和CO2，当温度高于500℃时氧化反应加剧。因此，防氧化成为C/C复合材料应用的关键前提。C/C复合材料表面制备抗高温氧化涂层，其本质是利用高温涂层隔离氧和C/C基体来达到防氧化的目的。随着服役环境苛刻程度的增加，已有的抗高温氧化涂层已不能满足使用要求，因此研究新型涂层，提高抗氧化能力，满足特殊苛刻环境使用要求，具有重要应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅酸钇热喷涂复合粉末及其制备方法，由该热喷涂粉末制备的涂层抗氧化性能优异，可以解决材料的高温氧化问题。
本发明的技术方案如下：
一种硅酸钇热喷涂复合粉末的制备方法，该热喷涂复合粉末的成分为Y2SiO5和Y2Si2O7，Y2Si2O7占40-45wt%，Y2SiO5占60-55wt%；
制备该热喷涂复合粉末的原材料为SiO2和Y2O3，按重量百分比计，SiO2：23-27%，Y2O3：73-77%，原材料粒度为：SiO2<25μm，Y2O3：<15μm；将SiO2和Y2O3粉末在混料器中均匀混合20-24h，然后将混合粉末在600-800kPa下预压成型，在1500-1700℃空气中烧结4-6h，最后进行机械破碎和筛分；
该热喷涂复合粉末的粒度为45-125μm；
该热喷涂复合粉末的流动性为≤55s/50g，松装密度为1.5-3.0g/cm3。
本发明中，原料SiO2和Y2O3经过烧结发生固态相变过程，形成热喷涂复合粉末，其成分为Y2SiO5和Y2Si2O7。
本发明的有益效果是：
1、本发明硅酸钇热喷涂复合粉末中，Y2Si2O7与基体材料之间具有良好的热膨胀系数匹配，不易剥落。Y2SiO5具有低的氧气渗透能力和低的热导率，具有优异的高温抗氧化性能。本发明中硅酸钇复合材料充分发挥各相特点与优势，使综合物理和化学特性达到优异的抗高温氧化使用要求。
2、由本发明粉末制备的涂层可有效提高C/C-SiC这种材料的抗高温氧化性能，具有重要的应用价值。
附图说明
图1 为实施例1中复合粉末的XRD衍射图。
图2 为实施例2中复合粉末的XRD衍射图。
图3 为实施例3中复合粉末的XRD衍射图。
具体实施方式
本发明硅酸钇热喷涂复合粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将SiO2和Y2O3粉末在混料器中均匀混合20-24h。
步骤2：将步骤1制备的混合粉末在600-800kPa下预压成型。
步骤3：将步骤2制备的粉末在1500-1700℃空气中烧结4-6h。
步骤4：将步骤3制备的烧结体进行机械破碎。
步骤5：将步骤4制备的粉末分级。
步骤6：用X射线衍射仪分析由步骤5得到粉末的相组成。
步骤7：对步骤5得到的粉末进行流动性和松装密度测定。
实施例1：
步骤1：将25wt%的SiO2和75wt%的Y2O3粉末在混料器中均匀混合20h，原材料粒度为：SiO2<25μm，Y2O3：<15μm。
步骤2：将步骤1制备的混合粉末在700kPa下预压成型。
步骤3：将步骤2制备的粉末在1600℃空气中烧结4h。
步骤4：将步骤3制备的烧结体进行机械破碎，热喷涂复合粉末的的粒度为45-125μm。
步骤5：将步骤4制备的粉末分级。
步骤6：用X射线衍射仪分析由步骤5得到粉末的相组成（图1），该粉末由Y2SiO5和Y2Si2O7组成。本实施例中，Y2Si2O7占40wt%，Y2SiO5占60wt%。
步骤7：对步骤5得到的粉末进行流动性和松装密度测定，该粉末的流动性为43s/50g，松装密度为2.2g/cm3。
应用例：
将本实施例的硅酸钇热喷涂复合粉末喷涂于C/C-SiC复合材料表面，制备抗高温氧化涂层，涂层厚度为15μm，Y2Si2O7热膨胀系数为3.9×10-6K-1，C/C-SiC复合材料的热膨胀系数为1.1×10-6/K，Y2Si2O7与基体材料之间具有良好的热膨胀系数匹配，不易剥落。Y2SiO5具有低的氧气渗透能力和低的热导率，Y2SiO5的氧渗透率：10-10kg/(ms)，Y2SiO5的热导率约为1.5W/m·K，具有优异的高温抗氧化性能。
本实施例中，硅酸钇复合材料充分发挥各相特点与优势，使综合物理和化学特性达到优异的抗高温氧化使用要求。
实施例2：
步骤1：将25wt%的SiO2和75wt%的Y2O3粉末在混料器中混合22h，原材料粒度为：SiO2<25μm，Y2O3：<15μm。
步骤2：将步骤1制备的混合粉末在800kPa下预压成型。
步骤3：将步骤2制备的粉末在1600℃空气中烧结5h。
步骤4：将步骤3制备的烧结体进行机械破碎，热喷涂复合粉末的的粒度为45-125μm。
步骤5：将步骤4制备的粉末分级。
步骤6：用X射线衍射仪分析由步骤5得到粉末的相组成（图2），该粉末由Y2SiO5和Y2Si2O7组成。本实施例中，Y2Si2O7占45wt%，Y2SiO5占55wt%。
步骤7：对步骤5得到的粉末进行流动性和松装密度测定，该粉末的流动性为45s/50g，松装密度为2.3g/cm3。
应用例：
将本实施例的硅酸钇热喷涂复合粉末喷涂于C/C-SiC复合材料表面，制备抗高温氧化涂层，涂层厚度为20μm，Y2Si2O7热膨胀系数为3.9×10-6K-1，C/C-SiC复合材料表面的热膨胀系数为1.1×10-6/K，Y2Si2O7与基体材料之间具有良好的热膨胀系数匹配，不易剥落。Y2SiO5具有低的氧气渗透能力和低的热导率，Y2SiO5氧渗透率：10-10kg/(ms)，热导率约为1.5W/m·K，具有优异的高温抗氧化性能。
本实施例中，硅酸钇复合材料充分发挥各相特点与优势，使综合物理和化学特性达到优异的抗高温氧化使用要求。
实施例3：
步骤1：将23wt%的SiO2和77wt%的Y2O3粉末在混料器中混合24h，原材料粒度为：SiO2<25μm，Y2O3：<15μm。
步骤2：将步骤1制备的混合粉末在600kPa下预压成型。
步骤3：将步骤2制备的粉末在1500℃空气中烧结6h。
步骤4：将步骤3制备的烧结体进行机械破碎，热喷涂复合粉末的的粒度为45-125μm。
步骤5：将步骤4制备的粉末分级。
步骤6：用X射线衍射仪分析由步骤5得到粉末的相组成（图3），该粉末由Y2SiO5和Y2Si2O7组成。本实施例中，Y2Si2O7占40wt%，Y2SiO5占60wt%。
步骤7：对步骤5得到的粉末进行流动性和松装密度测定，该粉末的流动性为50s/50g，松装密度为2.5g/cm3。
应用例：
将本实施例的硅酸钇热喷涂复合粉末喷涂于C/C-SiC复合材料表面，制备抗高温氧化涂层，涂层厚度为18μm，Y2Si2O7热膨胀系数为3.9×10-6K-1，C/C-SiC复合材料表面的热膨胀系数为1.1×10-6/K，Y2Si2O7与基体材料之间具有良好的热膨胀系数匹配，不易剥落。Y2SiO5具有低的氧气渗透能力和低的热导率，Y2SiO5氧渗透率：10-10kg/(ms)，热导率约为1.5W/m·K，具有优异的高温抗氧化性能。
本实施例中，硅酸钇复合材料充分发挥各相特点与优势，使综合物理和化学特性达到优异的抗高温氧化使用要求。

Claims (1)

1.一种硅酸钇热喷涂复合粉末的制备方法，其特征在于，该热喷涂复合粉末的成分为Y2SiO5和Y2Si2O7，Y2Si2O7占40-45wt%，Y2SiO5占60-55wt%；
制备该热喷涂复合粉末的原材料为SiO2和Y2O3，按重量百分比计，SiO2：23-27%，Y2O3：73-77%，原材料粒度为：SiO2<25μm，Y2O3：<15μm；将SiO2和Y2O3粉末在混料器中均匀混合20-24h，然后将混合粉末在600-800kPa下预压成型，在1500-1700℃空气中烧结4-6h，最后进行机械破碎和筛分；
该热喷涂复合粉末的粒度为45-125μm；
该热喷涂复合粉末的流动性为≤55s/50g，松装密度为1.5-3.0g/cm3。
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