CN111017982A - 一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于稀土硅酸盐粉体材料制备领域，具体涉及一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料及应用。其制备方法包括如下步骤：(1)含金属阳离子溶液配制；(2)沉淀剂溶液配制；(3)化学共沉淀制备前驱体粉体；(4)前驱体煅烧得到粒度为50‑200nm的稀土硅酸盐粉体材料。本发明方法所需设备简易、工艺简单可控、制备周期短、产业化成本低、粉体材料纯度高、粒径分布窄，所得稀土硅酸盐粉体材料可用于航空发动机及燃气轮机环境障碍涂层材料。

Description

一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料及应用
技术领域
本发明属于稀土硅酸盐粉体材料制备领域，具体涉及一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料及应用。
技术背景
随着航空发动机推重比的不断提高，传统合金材料已难以满足苛刻的使用环境。碳化硅基复合材料凭借其低密度、高强度、高比模、耐高温等优点逐渐政委高推重比发动机高温热结构材料的发展方向。环境障碍涂层(EBC)即是为提高碳化硅基复合材料环境稳定性而发展起来的一种涂层防护技术，其目的是抵御航空发动机燃气环境对碳化硅基复合材料构件的腐蚀损伤，阻止或减小服役环境对高温结构材料性能的影响，延长碳化硅基高温热端部件的使用寿命。
稀土硅酸盐具有高熔点(＞1800℃)、极低的高温氧渗透率、低热导率、低热膨胀系数、低的硅活度、低模量、低饱和蒸气压以及优良的高温化学稳定性、抗水氧腐蚀性能和抗CMAS腐蚀性能，且在高速燃气环境中具有较低的挥发率，有望取代BSAS成为新一代EBC涂层体系面层的首选材料，是未来高性能EBC涂层发展的重要方向。在稀土单硅酸盐中，当Re原子半径较大时Re＝La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd)，稀土单硅酸盐易形成低温相结构(X1-Re2SiO5)，高温条件下会发生相变，高温稳定性较差。当Re原子半径较小时(Re＝Dy、Ho、Er、Sc、Tm、Er、Lu)，稀土单硅酸盐易形成高温相结构(X2-Re2SiO5)。通常，X2-Re2SiO5具有良好高温相稳定性和低的热导率，且与硅基陶瓷材料热膨胀系数相近，更适用于EBC材料。此外，在具有高温相结构的稀土单硅酸盐中，大部分X2-Re2SiO5在高温下容易生成玻璃相。Er2SiO5高温下不易生成低熔点玻璃相，且具有良好的高温化学结构稳定性。此外，Er2SiO5的热膨胀系数为5～7×10-6℃-1，与EBC涂层中Yb2SiO7过渡层和Si底层非常相近，非常适合作为新型EBC涂层面层材料。
目前，制备稀土硅酸盐粉体通常采用的方法有固相法、水热法和溶胶-凝胶法等。采用固相法合成稀土硅酸盐，对设备和烧结温度要求高，能耗大，成本高，且容易因反应不充分导致杂质含量高；采用水热法制备硅酸铒对设备要求也比较高，反应条件较为苛刻；而溶胶凝胶法制备工艺较为复杂，陈化时间等过程参数不易控制，粉体纯度低，且后期热处理所需温度也较高；化学共沉淀-煅烧法是一种氧化物粉体的常用方法，但在制备稀土硅酸盐粉体方面少有报道。该方法具有所需设备简易、工艺简单可控、制备周期短、产业化成本低、粉体材料纯度高、合成温度低等优势，且可实现原料分子、原子级的混合，易于获得成分均匀的超细粉体，具有良好的产业化优势。
发明内容
针对现有制备方法的不足，本发明的目的在于提供一种具有成分均匀、纯度高、粒度小、粒径分布窄，且工艺简单可控、周期短、成本低的环境障碍涂层用稀土硅酸盐粉体材料的制备方法。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，所述纳米级稀土硅酸盐粉体材料的制备方案包括下述步骤：
(1)配取含稀土离子的溶液；记为SA；
(2)以硅酸酯作为Si源材料，将硅源材料溶于醇水体系中，得到含Si溶液，记为SB；
(3)按照稀土:Si摩尔比为20:(10～13)；将上述步骤(1)和(2)得到的溶液SA和SB进行混合，得到混合阳离子溶液，记为SC；
(4)量取适量的氨水，利用去离子水进行稀释，得到沉淀剂溶液，记为SD；
(5)将沉淀剂溶液滴定至含有底水的容器中，调节pH值至目标值；然后将混合阳离子溶液和剩余的沉淀剂溶液同步滴定至底水中，滴定过程持续搅拌，且保持沉淀环境pH值恒定；滴定过程完成后，沉淀溶液继续搅拌，得到含胶状沉淀的混合液，记为SE；
(6)将上述步骤(5)所得含胶状沉淀的混合液自然放置陈化，完全沉淀；陈化后去除上清液，用去离子水和无水乙醇对沉淀进行洗涤，得到前驱体胶体；
(7)将前驱体胶体置入干燥箱进行干燥，冷却后研磨或球磨得到前驱体粉末；将前驱体粉末在含氧条件下进行煅烧，得到纳米级稀土硅酸盐粉体材料；所述煅烧的温度为1100～1400℃。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，含稀土离子的溶液通过下述步骤制备：
量取盐酸或硝酸，稀释后加热溶解稀土氧化物粉末，待稀土氧化物粉末完全溶解后；加入去离子水稀释得到一定浓度的稀土离子溶液，记为SA；所述SA中稀土离子的浓度为0.1～2mol/L；优选为1mol/L。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，稀土元素选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、Sc、Tm、Er、Lu中的至少一种。优选为Er、Gd、Yb中的至少一种。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(2)中含Si溶液通过下述步骤制备：
按体积比，正硅酸乙酯：无水乙醇：去离子水＝1:m:n，量取正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水；将量取的正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水混合均匀；得到含Si溶液，记为SB；所述m大于等于1，所述n大于等于2；作为优选，所述m＝2且n等于4。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(3)中，所述的混合阳离子溶液配制过程中，采用搅拌的方式保证均匀性。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(4)中，所述的氨水用量依据阳离子沉淀所需氨水量过量选取；优选地，氨水用量按照标准用量的1.2-1.3倍量取备用。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(4)中，所述利用去离子水对氨水进行稀释，去离子水与氨水的体积比大于等于1；优选地，去离子水与氨水的体积比为2:1。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(5)中，底水目标pH值为9～12；优选地，底水目标pH值为10。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(5)中，所述的同步滴定为采用两套滴定装置对两种溶液分别进行滴定；边滴边搅拌；当混合阳离子溶液和剩余的沉淀剂溶液完全滴入后，继续搅拌至少10min。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(6)中，所述的胶状沉淀溶液陈化时间为6～24h；优选地，陈化时间为12h。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(6)中，所述的沉淀洗涤为先用去离子水进行洗涤，确保无铵根离子和氯离子后，再用无水乙醇对沉淀进行洗涤。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(7)中，所述的沉淀干燥温度为100～200℃，干燥时间视实际情况确定；优选地，沉淀干燥温度为110℃，干燥时间为12h。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，步骤(7)中，前驱体的煅烧时间为4～20h；优选地，煅烧时间为10h。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，所得纳米级稀土硅酸盐粉体的粒度为50-250nm、优选为100-150nm。。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，当稀土氧化物粉末仅为氧化铒时，所得硅酸铒为高温相结构硅酸铒；本发明中，所述高温相结构硅酸铒为X2-Er2SiO5。为了得到高纯的X2-Er2SiO5；必须严格控制各条件。其中为了得到高纯的X2-Er2SiO5；按照稀土:Si摩尔比为20:(11～13)；优选地，稀土:Si摩尔比为20:11-12；将溶液SA和SB进行混合；并控制底水的pH值为10-11；同时烧结温度应控制在1200-1300℃。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，当稀土氧化物粉末仅为氧化钆时，所述得硅酸钆为X1相结构硅酸钆。为了得到高纯的X1相结构硅酸钆；必须严格控制各条件。其中按照稀土:Si摩尔比为20:(11～12)；将溶液SA和SB进行混合；并控制底水的pH值为11-12；同时烧结温度应控制在1100-1300℃。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，当稀土氧化物粉末仅为氧化镱时，所述的硅酸镱为高温相结构硅酸镱。本发明中，所述高温相结构硅酸镱为X2-Yb2SiO5。为了得到高纯的高温相结构硅酸镱；必须严格控制各条件。其中按照稀土:Si摩尔比为20:(10～11)；将溶液SA和SB进行混合；并控制底水的pH值为9-12；同时烧结温度应控制在1100-1300℃。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，当稀土氧化物粉末为Dy、Ho、Er、Sc、Tm、Er、Lu中至少一种元素的氧化物时；其所得产品为高温相结构的稀土硅酸盐。
本发明一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料的应用，所述应用包括将其用作航空发动机和/或燃气轮机环境障碍涂层；优选用于环境障碍涂层面层材料。
本发明的有益效果是：
本方法在传统化学沉淀-煅烧法易于获得成分均匀、高纯度粉体材料基础上，通过方法和工艺改进，发明了一种化学共沉淀-煅烧工艺制备硅酸铒粉体材料的方法。本发明通过各参数的协同作用，得到了成分均匀、纯度高、粒度小、粒径分布窄的稀土硅酸盐(包括高温相结构硅酸铒(X2-Er2SiO5)、高温相结构硅酸镱(X2-Yb2SiO5)以及X1相结构硅酸钆(X1-Re2SiO5))，同时该方法对设备要求低、制备周期短、成本低，工艺控制简单、易于实现产业化，是一种适用于硅酸铒及其他稀土硅酸盐的有效方法。
附图说明
图1是本发明环境障碍涂层硅酸铒粉体材料制备工艺流程图。
图2是实施例1所制备硅酸铒粉体的XRD图谱。
图3是实施例2所制备硅酸铒粉体的XRD图谱。
图4是对比例1所制备硅酸铒粉体的XRD图谱。
图5是对比例2所制备硅酸铒粉体的XRD图谱。
图6为实施例3所制备硅酸钆粉体的XRD图谱。
图7为实施例4所制备硅酸钆粉体的XRD图谱。
图8为实施例5所制备硅酸钆粉体的XRD图谱。
图9为实施例6所制备硅酸钆粉体的XRD图谱。
图10为实施例7所制备硅酸钆粉体的XRD图谱。
图11为实施例8所制备硅酸钆粉体的XRD图谱。
图12为对比例3所制备粉体的XRD图谱。
图13为对比例4所制备粉体的XRD图谱。
图14为实施例9所制备硅酸镱粉体的XRD图谱。
图15为实施例10所制备硅酸镱粉体的XRD图谱。
图16为实施例11所得产品的电镜图。
图17为实施例11所制备硅酸镱粉体的XRD图谱。
图18为实施例12所制备硅酸镱粉体的XRD图谱。
图19为实施例13所制备硅酸镱粉体的XRD图谱。
图20为实施例14所制备硅酸镱粉体的XRD图谱。
图21为实施例15所制备硅酸镱粉体的XRD图谱。
图22为对比例5所制备粉体的XRD图谱。
图23为对比例6所制备粉体的XRD图谱。
图24为对比例7所制备粉体的XRD图谱。
注：图中X2-Er2SiO5、X1-Gd2SiO5与X2-Yb2SiO5分别直接标注为Er2SiO5、Gd2SiO5与Yb2SiO5。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例一：
(1)称取一定量的Er2O3粉末，按照Er:Cl摩尔比1:5量取盐酸；将盐酸用去离子水进行稀释，盐酸与去离子水体积比为1:2；将Er2O3粉末逐渐加入到沸腾的盐酸溶液中直至粉末完全溶解，得到ErCl3溶液；冷却后加入去离子水调整溶液Er3+浓度为1mol/L，记为溶液SA；
(2)按照Er:Si摩尔比20:12精确量取正硅酸乙酯(TEOS)作为Si源材料；将TEOS与无水乙醇、去离子水按照1:2:4体积比混合得到含Si溶液，记为溶液SB；
(3)将上述步骤(1)和(2)得到的溶液SA和溶液SB进行搅拌混合，得到混合阳离子溶液，记为溶液SC；
(4)根据阳离子总摩尔量，按照标准反应用量的1.2倍量取氨水，利用去离子水进行稀释，氨水与去离子水体积比为1:2，得到沉淀剂溶液，记为溶液SD；
(5)首先将沉淀剂溶液滴定至含有底水的容器中，调节pH值至10；然后将混合阳离子溶液和沉淀剂溶液同步滴定至底水中，滴定过程持续搅拌，且保持沉淀环境pH值恒定在10；滴定过程完成后，沉淀溶液继续搅拌30min，得到胶状沉淀溶液，记为溶液SE；
(6)将上述步骤(5)得到的胶状沉淀溶液自然放置陈化12h，以确保完全沉淀；陈化后去除上清液，先后用去离子水和无水乙醇对沉淀进行洗涤，得到前驱体胶体；
(7)将前驱体胶体置入干燥箱进行干燥，干燥温度为110℃，干燥时间为12h，冷却后研磨得到前驱体粉末；将前驱体粉末在大气环境下进行煅烧，煅烧温度为1200℃，保温时间为10h，得到硅酸铒粉体材料。所得产品的XRD如图2所示；通过图2可以看出该实施例所制备的硅酸铒粉体为X2-Er2SiO5且纯度较高。
实施例二：
其他条件和实施例一一致，不同之处在于：步骤(7)中煅烧温度为1300℃
所得产品的XRD如图3所示；通过图3可以看出该实施例所制备的硅酸铒粉体为X2-Er2SiO5且纯度较高。
对比例一：
其他条件和实施例一一致，不同之处在于：(2)按照Er:Si摩尔比20:10精确量取正硅酸乙酯(TEOS)作为Si源材料；
所得产品的XRD如图4所示；通过图4可以看出对比例1所制备的产品中明显含有三氧化二铒，这说明产品的纯度不高。
对比例二：
其他条件和实施例一一致，不同之处在于：煅烧温度为1100℃，
所得产品的XRD如图5所示；通过图5可以看出对比例2所制备的产品中明显含有低温相结构(X1-Er2SiO5)，这说明产品的纯度不高且无法得到预期产物。
实施例三：
(1)称取一定量的Gd2O3粉末，按照Gd:Cl摩尔比1:4.5量取盐酸；将盐酸用去离子水进行稀释，盐酸与去离子水体积比为1:2；将Gd2O3粉末逐渐加入到沸腾的盐酸溶液中直至粉末完全溶解，得到GdCl3溶液；冷却后加入去离子水调整溶液Gd3+浓度为1mol/L，记为溶液SA；
(2)按照Gd:Si摩尔比20:11精确量取正硅酸乙酯(TEOS)作为Si源材料；将TEOS与无水乙醇、去离子水按照1:2:4体积比混合得到含Si溶液，记为溶液SB；
(3)将上述步骤(1)和(2)得到的溶液SA和溶液SB进行搅拌混合，得到混合阳离子溶液，记为溶液SC；
(4)根据阳离子总摩尔量，按照标准反应用量的1.2倍量取氨水，利用去离子水进行稀释，氨水与去离子水体积比为1:2，得到沉淀剂溶液，记为溶液SD；
(5)首先将沉淀剂溶液滴定至含有底水的容器中，调节pH值至10；然后将混合阳离子溶液和沉淀剂溶液同步滴定至底水中，滴定过程持续搅拌，且保持沉淀环境pH值恒定在10；滴定过程完成后，沉淀溶液继续搅拌30min，得到胶状沉淀溶液，记为溶液SE；
(6)将上述步骤(5)得到的胶状沉淀溶液自然放置陈化12h，以确保完全沉淀；陈化后去除上清液，先后用去离子水和无水乙醇对沉淀进行洗涤，得到前驱体胶体；
(7)将前驱体胶体置入干燥箱进行干燥，干燥温度为110℃，干燥时间为12h，冷却后研磨得到前驱体粉末；将前驱体粉末在大气环境下进行煅烧，煅烧温度为1100℃，保温时间为10h，得到硅酸钆粉体材料。所得产品的XRD如图6所示；通过图6可以看出只存在硅酸钆(Gd2SiO5)一种物相，且没有杂质物相。
实施例四
其他条件和实施例三一致；不同住处在于煅烧温度为1200℃。所得产品的XRD如图7所示；通过图7可以看出只存在硅酸钆(Gd2SiO5)一种物相，且没有杂质物相，说明产品纯度高。
实施例五
其他条件和实施例三一致；不同住处在于煅烧温度为1300℃。所得产品的XRD如图8所示；通过图8可以看出合成粉体中只存在硅酸钆(Gd2SiO5)一种物相，且没有杂质物相，说明产品纯度高。
实施例六
其他条件和实施例三一致；不同住处在于：步骤(2)中Gd:Si摩尔比为20:12；所得产品的XRD如图9所示；通过图9可以看出合成粉体中存在硅酸钆(Gd2SiO5)与Gd9.33(SiO4)6O2两种物相，且Gd9.33(SiO4)6O2含量较多,Gd9.33(SiO4)6O2主要源自于Si过量，形成的硅酸盐物相。
实施例七
其他条件和实施例三一致；不同住处在于：步骤(2)中Gd:Si摩尔比为20:12；步骤(7)中煅烧温度为1300℃。所得产品的XRD如图10所示；通过图10可以看出合成粉体中存在硅酸钆(Gd2SiO5)与Gd9.33(SiO4)6O2两种物相，且Gd9.33(SiO4)6O2含量较多,Gd9.33(SiO4)6O2主要源自于Si过量，形成的硅酸盐物相。
实施例八
其他条件和实施例三一致；不同住处在于：步骤(5)中底水的pH值为11且滴定过程保持沉淀环境pH值为11；步骤(7)中煅烧温度为1200℃；所得产品的XRD如图11所示；通过图6可以看出合成粉体中存在硅酸钆(Gd2SiO5)与Gd9.33(SiO4)6O2两种物相，且Gd9.33(SiO4)6O2含量较多,Gd9.33(SiO4)6O2主要源自于Si过量，形成的硅酸盐物相。
对比例三
其他条件和实施例三一致，不同之处在于：步骤(2)中Gd:Si摩尔比为20:10；所得产品的XRD如图12所示；通过图12可以看出合成粉体中存在硅酸钆(Gd2SiO5)与氧化钆两种物相，且氧化钆含量较多，说明产品纯度不高。
对比例四
其他条件和实施例三一致，不同之处在于：步骤(2)中Gd:Si摩尔比为20:10；步骤(7)中煅烧温度为1300℃。所得产品的XRD如图13所示；通过图13可以看出合成粉体中存在硅酸钆(Gd2SiO5)与氧化钆两种物相，且氧化钆含量较多，说明产品纯度不高。
实施例九：
(1)称取一定量的Yb2O3粉末，按照Yb:3Cl摩尔比1:1.5量取盐酸；将盐酸用去离子水进行稀释，盐酸与去离子水体积比为1:2；将Yb2O3粉末逐渐加入到沸腾的盐酸溶液中直至粉末完全溶解，得到YbCl3溶液；冷却后加入去离子水调整溶液Yb3+浓度为1mol/L，记为溶液SA；
(2)按照Yb:Si摩尔比20:11精确量取正硅酸乙酯(TEOS)作为Si源材料；将TEOS与无水乙醇、去离子水按照1:2:4体积比混合得到含Si溶液，记为溶液SB；
(3)将上述步骤(1)和(2)得到的溶液SA和溶液SB进行搅拌混合，得到混合阳离子溶液，记为溶液SC；
(4)根据阳离子总摩尔量，按照标准反应用量的1.2倍量取氨水，利用去离子水进行稀释，氨水与去离子水体积比为1:2，得到沉淀剂溶液，记为溶液SD；
(5)首先将沉淀剂溶液滴定至含有底水的容器中，调节pH值至9；然后将混合阳离子溶液和沉淀剂溶液同步滴定至底水中，滴定过程持续搅拌，且保持沉淀环境pH值恒定在9；滴定过程完成后，沉淀溶液继续搅拌30min，得到胶状沉淀溶液，记为溶液SE；
(6)将上述步骤(5)得到的胶状沉淀溶液自然放置陈化12h，以确保完全沉淀；陈化后去除上清液，先后用去离子水和无水乙醇对沉淀进行洗涤，得到前驱体胶体；
(7)将前驱体胶体置入干燥箱进行干燥，干燥温度为110℃，干燥时间为12h，冷却后研磨得到前驱体粉末；将前驱体粉末在大气环境下进行煅烧，煅烧温度为1100℃，保温时间为6h，得到硅酸镱粉体材料。所得粉体的粒度为50-150nm。所得产品的XRD如图14所示；通过图14可以看出合成粉体呈现出X2-Yb2SiO5(高温相硅酸镱)，其结晶性良好，且不存在其他杂质，说明产品纯度高。
实施例十
其他条件和实施例九一致；不同住处在于煅烧温度为1150℃。所得粉体的粒度为50-150nm。所得产品的XRD如图15所示；通过图15可以看出合成粉体呈现出X2-Yb2SiO5(高温相硅酸镱)，其结晶性良好，且不存在其他杂质，说明产品纯度高。
实施例十一
其他条件和实施例九一致；不同住处在于煅烧温度为1200℃。所得粉体TEM如图16所示；通过图16可以看出合成粉体为不规则形状，粒度在50-150nm范围内，且粒径分布很窄。所得产品的XRD如图17所示；通过图17可以看出合成粉体呈现出X2-Yb2SiO5(高温相硅酸镱)，其结晶性良好，且不存在其他杂质，说明产品纯度高。
实施例十二
其他条件和实施例九一致；不同住处在于：步骤(2)中Yb:Si摩尔比为20:10；且烧结温度为1150℃；所得产品的XRD如图18所示；通过图18可以看出合成粉体呈现出X2-Yb2SiO5(高温相硅酸镱)，其结晶性良好，且不存在其他杂质，说明产品纯度高。
实施例十三
其他条件和实施例九一致；不同住处在于：步骤(2)中Yb:Si摩尔比为20:10；步骤(7)中煅烧温度为1200℃。所得产品的XRD如图19所示；通过图19可以看出合成粉体呈现出X2-Yb2SiO5(高温相硅酸镱)，其结晶性良好，且不存在其他杂质，说明产品纯度高。
实施例十四
其他条件和实施例九一致；不同住处在于：步骤(5)中底水的pH值为10且滴定过程保持沉淀环境pH值为10；所得粉体的粒度为50-150nm。所得产品的XRD如图20所示；通过图20可以看出合成粉体呈现出X2-Yb2SiO5(高温相硅酸镱)，其结晶性良好，且不存在其他杂质，说明产品纯度高。
实施例十五
其他条件和实施例九一致；不同住处在于：步骤(5)中底水的pH值为11且滴定过程保持沉淀环境pH值为11。所得产品的XRD如图21所示；通过图21可以看出合成粉体呈现出X2-Yb2SiO5(高温相硅酸镱)，其结晶性良好，且不存在其他杂质，说明产品纯度高。
对比例5
其他条件和实施例九一致，不同之处在于：步骤(2)中Yb:Si摩尔比为20:9；步骤(7)中煅烧温度为1200℃。所得产品的XRD如图22所示；通过图22可以看出合成粉体主要是X2-Yb2SiO5(高温相硅酸镱)和Yb2O3(氧化镱)，说明产品纯度不高。
对比例6
其他条件和实施例九一致，不同之处在于：步骤(2)中Yb:Si摩尔比为20:10；步骤(7)中煅烧温度为1050℃。所得产品的XRD如图23所示；通过图23可以看出合成粉体呈现出X1-Yb2SiO5(低温相)，不存在其他杂质和X2-Yb2SiO5(高温相)，说明产品不合格。
对比例7
其他条件和实施例九一致，不同之处在于：步骤(5)中底水的pH值为8且滴定过程保持沉淀环境pH值为8。所得产品的XRD如图24所示；通过图24可以看出合成粉体呈现出X1-Yb2SiO5(低温相)与X2-Yb2SiO5(高温相)，不存在其他杂质，但是X2-Yb2SiO5产品纯度不高。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：所述纳米级稀土硅酸盐粉体材料的制备方案包括下述步骤：
(1)配取含稀土离子的溶液；记为SA；
(2)以硅酸酯作为Si源材料，将硅源材料溶于醇水体系中，得到含Si溶液，记为SB；
(3)按照稀土:Si摩尔比为20:(10～13)；将上述步骤(1)和(2)得到的溶液SA和SB进行混合，得到混合阳离子溶液，记为SC；
(4)量取适量的氨水，利用去离子水进行稀释，得到沉淀剂溶液，记为SD；
(5)将沉淀剂溶液滴定至含有底水的容器中，调节pH值至目标值；然后将混合阳离子溶液和剩余的沉淀剂溶液同步滴定至底水中，滴定过程持续搅拌，且保持沉淀环境pH值恒定；滴定过程完成后，沉淀溶液继续搅拌，得到含胶状沉淀的混合液，记为SE；
(6)将上述步骤(5)所得含胶状沉淀的混合液自然放置陈化，完全沉淀；陈化后去除上清液，用去离子水和无水乙醇对沉淀进行洗涤，得到前驱体胶体；
(7)将前驱体胶体置入干燥箱进行干燥，冷却后研磨或球磨得到前驱体粉末；将前驱体粉末在含氧条件下进行煅烧，得到纳米级稀土硅酸盐粉体材料；所述煅烧的温度为1100～1400℃。
2.根据权利要求1所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：含稀土离子的溶液通过下述步骤制备：
量取盐酸或硝酸，稀释后加热溶解稀土氧化物粉末，待稀土氧化物粉末完全溶解后；加入去离子水稀释得到一定浓度的稀土离子溶液，记为SA；所述SA中稀土离子的浓度为0.1～2mol/L；优选为1mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：稀土元素选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、Sc、Tm、Er、Lu中的至少一种。优选为Er、Gd、Yb中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：步骤(2)中含Si溶液通过下述步骤制备：
按体积比，正硅酸乙酯：无水乙醇：去离子水＝1:m:n，量取正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水；将量取的正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水混合均匀；得到含Si溶液，记为SB；所述m大于等于1，所述n大于等于2；作为优选，所述m＝2且n等于4。
5.根据权利要求1所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：
步骤(4)中，所述的氨水用量依据阳离子沉淀所需氨水量过量选取；优选地，氨水用量按照标准用量的1.2-1.3倍量取备用；
步骤(4)中，利用去离子水对氨水进行稀释时，去离子水与氨水的体积比大于等于1；优选地，去离子水与氨水的体积比为2:1。
6.根据权利要求1所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：
步骤(5)中，底水目标pH值为9～12；优选地，底水目标pH值为10～11；
步骤(5)中，所述的同步滴定为采用两套滴定装置对两种溶液分别进行滴定；边滴边搅拌；当混合阳离子溶液和剩余的沉淀剂溶液完全滴入后，继续搅拌至少10min。
7.根据权利要求1所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：
步骤(6)中，所述的胶状沉淀溶液陈化时间为6～24h；优选地，陈化时间为12h；
步骤(6)中，所述的沉淀洗涤为先用去离子水进行洗涤，确保无铵根离子和氯离子后，再用无水乙醇对沉淀进行洗涤。
8.根据权利要求1所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：
步骤(7)中，所述的沉淀干燥温度为100～200℃，干燥时间视实际情况确定；优选地，沉淀干燥温度为110℃，干燥时间为12h；
步骤(7)中，前驱体的煅烧时间为4～20h；优选地，煅烧时间为10h。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料，其特征在于：
所得纳米级稀土硅酸盐粉体的粒度为50-250nm、优选为100-150nm；
当稀土氧化物粉末仅为氧化铒时；所得硅酸铒为高温相结构硅酸铒；所述高温相结构硅酸铒为X2-Er2SiO5；
当稀土氧化物粉末仅为氧化钆时；所述得硅酸钆为X1相结构硅酸钆；
当稀土氧化物粉末仅为氧化镱时；所述的硅酸镱为高温相结构硅酸镱，所述高温相结构硅酸镱为X2-Yb2SiO5。
10.权利要求1-8任意一项所述的一种纳米级稀土硅酸盐粉体材料的应用；其特征在于：所述应用包括将其用作航空发动机和/或燃气轮机环境障碍涂层；优选用于环境障碍涂层面层材料。
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