CN115991602B - 一种纳米结构双硅酸镥喂料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种纳米结构双硅酸镥喂料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
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Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体进行球磨，得到混合浆料；所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2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Lu2SiO5。本发明制备的纳米结构双硅酸镥喂料纯度高，产物中不含Lu2SiO5，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。
Description
技术领域
本发明属于环境障涂层材料制备技术领域，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
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。
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。
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。
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。
发明内容
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。
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：
(1)将纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体进行球磨，得到混合浆料；
所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2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Lu2SiO5。
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。
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。
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。
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：
(0.8～1.2)优选为100:1。
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。
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。
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。
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。
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。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(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。
(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。
(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。
(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。
附图说明
图1为实施例1步骤①中纳米Lu2O3粉体的XRD图谱；
图2为实施例1步骤①中纳米SiO2粉体的XRD图谱；从图1和图2可知，纳米Lu2O3粉体的晶粒尺寸约为13nm，而纳米SiO2粉体为非晶；
图3为实施例1步骤①中纳米Lu2O3粉体的TEM图；
图4为实施例1步骤①中纳米SiO2粉体的TEM图；从图3和图4中可以看出，纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的粒径均为纳米级；
图5为实施例1～2以及对比例1～3中得到的双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中a为对比例1得到的双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中b为对比例2得到的双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中c为实施例1得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中d为实施例2得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中e为对比例3得到的双硅酸镥喂料的XRD图谱；
图6为实施例3至实施例6中得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中a为实施例3得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中b为实施例4得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中c为实施例5得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中d为实施例6得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱；
图7为实施例7至实施例9中得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中a为实施例7得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中b为实施例8得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中c为实施例9得到的纳米结构双硅酸镥喂料的XRD图谱；
图8为实施例8得到的纳米结构双硅酸镥喂料的低倍表面SEM图；
图9为实施例8得到的纳米结构双硅酸镥喂料的高倍表面SEM图；从图8和图9中可以看出，实施例8制备的纳米结构双硅酸镥Lu2Si2O7喂料整体而言球形度较好，粒度分布均匀，基本都在十微米到几十微米之间；此外，喂料的表面比较光滑，可以大大提高喂料在喷涂过程中的流动性，进而提高沉积效率；
图10为实施例8得到的纳米结构双硅酸镥喂料的的截面SEM图；从图10中可以看出，实施例8制备的纳米结构双硅酸镥Lu2Si2O7喂料内部组织致密度较高，这可以增加喂料的松装密度和振实密度，有利于提高后续涂层的性能；
图11为实施例8得到的纳米结构双硅酸镥喂料的TEM图；从图11中可以看出，实施例8制备的纳米结构双硅酸镥喂料的晶粒尺寸基本在50nm～100nm之间，这与上述XRD的结果分析是一致的，也证明了Lu2Si2O7喂料是由纳米晶构成的；
图12为对比例4至对比例6中得到的双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中a为对比例4得到的双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中b为对比例5得到的双硅酸镥喂料的XRD图谱，图中c为对比例6得到的双硅酸镥喂料的XRD图谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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：
(1)将纳米Lu2O3粉体(纳米氧化镥粉体)和纳米SiO2粉体(纳米二氧化硅粉体)进行球磨，得到混合浆料；所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比为1：(2.4～2.6)(例如1:2.4、1:2.5或1:2.6)；在本发明中，所述纳米Lu2O3粉体、所述纳米SiO2粉体的粒径例如可以为10～50nm；本发明对所述球磨的条件不做特别的限定，所述球磨例如可以为高能湿法球磨；具体地，例如将磨球和水先后放入球磨罐中，随后将称量后的摩尔比为1：(2.4～2.6)的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体放入球磨罐中进行搅拌，搅拌均匀后进行球磨混匀，球磨一定时间(例如球磨22～24h)后，接着加入粘合剂，再次球磨(例如球磨0.5～2h)后得到混合浆料；
(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(Lu2Si2O7)喂料不含有单硅酸镥Lu2SiO5，为单一相的双硅酸镥Lu2Si2O7，是一种微米级但内部仍具有纳米结构的用于等离子喷涂的纳米结构双硅酸镥；具体地，步骤(3)例如为：将步骤(2)所得的复合粉体放入刚玉坩埚中，在高温箱式电阻炉中进行高温烧结，烧结后的粉体分别过200目和400目筛，得到粒径为200～400目的粉体，即得到所述纳米结构Lu2Si2O7喂料。
目前还没有见报道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的技术，虽然中国专利申请CN111410201A公开了一种纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，但该方法烧结工艺复杂，需要在三个阶段进行固相烧结，且为了得到纯相的且晶粒尺寸小的硅酸镱喂料，其是需要进行等离子喷涂处理的。
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。本发明制备的纳米结构Lu2Si2O7喂料纯度高，不含Lu2SiO5，本发明在经过大量创造性的实验之后，发现在将纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体球磨时，调整纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比为1：(2.4～2.6)，能够使产物中不含有Lu2SiO5，相比将包含摩尔比为1:2的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的混合浆料进行喷雾造粒得到复合粉体之后再加入纳米SiO2粉体进行高温烧结的方式，操作简单，能够使得高温烧结更均匀，能更有效地提高纳米结构Lu2Si2O7喂料的纯度、喂料表面的光滑性以及粒度分布均匀性、致密性、流动性以及振实密度等，特别适合用于等离子喷涂工艺。
根据一些优选的实施方式，所述高温烧结为：先在400℃～600℃(例如400℃、450℃、500℃、550℃或600℃)烧结0.5～1.5h(例如0.5、1或1.5h)，然后在1100℃～1400℃(例如1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃或1400℃)烧结1～4h(例如1、1.5、2、2.5、3、3.5或4h)；具体地，例如，首先，从室温以5℃/min～10℃/min优选为5℃/min升温到400℃～600℃优选为500℃，保温1h；其次，从400℃～600℃以5℃/min～10℃/min优选为8℃/min升温到1100℃～1400℃，保温1h～4h；最后，随炉冷却至室温。
根据一些优选的实施方式，所述高温烧结为：先在500℃烧结1h，然后在1250℃～1300℃(例如1250℃、1300℃、1350℃或1400℃)烧结2～4h(例如2、2.5、3、3.5或4h)优选为在1250℃烧结2h；在本发明中，例如所述步骤(3)中高温烧结工艺具体为：首先，从室温(例如室温15～35℃)以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1250℃，保温2h；最后，随炉冷却至室温(例如室温15～35℃)。
本发明发现，对于制备单一相的适用于等离子喷涂的纳米结构双硅酸镥喂料而言，优选为先在500℃烧结1h，然后在1250℃～1400℃烧结2～4h更优选为在1250℃烧结2h，如此才有利于保证得到纯度高，成分仅为单一相β-Lu2Si2O7且晶粒尺寸更小，更适用于等离子喷涂的纳米结构双硅酸镥喂料；本发明的高温烧结工艺在两个温度阶段进行，且通过控制烧结时间，即可平衡其对喂料纯度和喂料晶粒尺寸的影响，得到单一相β-Lu2Si2O7且同时晶粒尺寸小的纳米结构双硅酸镥喂料，相比在三个阶段进行高温烧结，工艺简单，更意外的是，对于本发明而言，进行三阶段的高温烧结，反而会对喂料晶粒尺寸产生不利的影响；在本发明中，创造性地同时调整了纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比及高温烧结工艺，无需等离子喷涂处理，就能使产物中不含Lu2SiO5且保证了喂料具有较小的晶粒尺寸，可以使得平均晶粒尺寸小于66nm。
根据一些优选的实施方式，所述纳米结构双硅酸镥喂料的成分为单一相β-Lu2Si2O7，平均晶粒尺寸为65.2nm，所述纳米结构双硅酸镥喂料的松装密度为1.72g/cm3，振实密度为2.04g/cm3，流动性为54.7s/50g，粒度分布为D10为27.48μm，D50为43.69μm，D90为64.95μm。
根据一些优选的实施方式，在进行高温烧结时，升温速率为5～10℃/min。
根据一些优选的实施方式，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；在本发明中，聚乙烯醇溶液例如可以为聚乙烯醇水溶液，本发明对聚乙烯醇溶液不做具体的限定，例如可以采用自配或者购买的质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液；优选的是，所述磨球为氧化锆球，所述氧化锆球的直径例如可以为5mm。
根据一些优选的实施方式，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：(0.8～1.2)优选为100:1。
根据一些优选的实施方式，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。
根据一些优选的实施方式，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。
根据一些优选的实施方式，所述纳米Lu2O3粉体和/或所述纳米SiO2粉体的粒径为10～50nm。
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。
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。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
对比例1
①将氧化锆球和去离子水先后放入球磨罐中，随后将称量后的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体放入球磨罐中进行搅拌，搅拌均匀后进行球磨23h混匀，接着加入粘合剂(质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液)，再次球磨1h后得到混合浆料；所述球磨的速度为260r/min；所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比为1:2；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与氧化锆球的质量比为1:4；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与去离子水的质量比为1:2；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与粘合剂的质量比为100:1。
②将步骤①所得的混合浆料进行喷雾造粒，得到复合粉体；喷雾造粒工艺参数为：进风温度为230℃，出风温度为110℃，蠕动泵的转速为20r/min。
③将步骤②所得的复合粉体放入刚玉坩埚中，在高温箱式电阻炉中进行高温烧结，烧结后的粉体分别过200目和400目筛，得到粒径为200～400目的粉体，即得到双硅酸镥Lu2Si2O7喂料；所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1400℃，保温4h；最后，随炉冷却至室温。
对比例2
对比例2与对比例1基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比为1:2.2。
实施例1
①将氧化锆球和去离子水先后放入球磨罐中，随后将称量后的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体放入球磨罐中进行搅拌，搅拌均匀后进行球磨23h混匀，接着加入粘合剂(质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液)，再次球磨1h后得到混合浆料；所述球磨的速度为260r/min；所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比为1:2.4；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与氧化锆球的质量比为1:4；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与去离子水的质量比为1:2；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与粘合剂的质量比为100:1。
②将步骤①所得的混合浆料进行喷雾造粒，得到复合粉体；喷雾造粒工艺参数为：进风温度为230℃，出风温度为110℃，蠕动泵的转速为20r/min。
③将步骤②所得的复合粉体放入刚玉坩埚中，在高温箱式电阻炉中进行高温烧结，烧结后的粉体分别过200目和400目筛，得到粒径为200～400目的粉体，即得到纳米结构双硅酸镥Lu2Si2O7喂料；所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1400℃，保温4h；最后，随炉冷却至室温。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比为1:2.6。
对比例3
对比例3与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比为1:2.8。
本发明对实施例1～2以及对比例1～3得到的双硅酸镥喂料进行了XRD分析，图谱如图5所示；由XRD结果分析出的双硅酸镥喂料的物相组成及晶粒尺寸，如表1所示。
表1
由图5和表1的结果可知，当纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比在1：2.4～1：2.6之间时，产物为单一的β-Lu2Si2O7，而若纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比不合适，则会导致产物中存在X2-Lu2SiO5相或者SiO2相。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1100℃，保温4h；最后，随炉冷却至室温。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1200℃，保温4h；最后，随炉冷却至室温。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1250℃，保温4h；最后，随炉冷却至室温。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1300℃，保温4h；最后，随炉冷却至室温。
本发明对实施例3～6得到的双硅酸镥喂料进行了XRD分析，图谱如图6所示；由XRD结果分析出的双硅酸镥喂料的物相组成及晶粒尺寸，如表2所示。
表2
| 实施例 | 物相组成 | 平均晶粒尺寸(nm) |
| 实施例3 | β-Lu2Si2O7、X2-Lu2SiO5 | >100 |
| 实施例4 | β-Lu2Si2O7、X2-Lu2SiO5 | >100 |
| 实施例5 | β-Lu2Si2O7 | >100 |
| 实施例6 | β-Lu2Si2O7 | >100 |
由图6和表2的结果可知，在保温时间一定的情况下，当高温烧结的第二阶段温度为1250℃～1400℃时，产物为单一的β-Lu2Si2O7，而若高温烧结的第二阶段温度过低，则会导致产物中存在X2-Lu2SiO5相。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1250℃，保温1h；最后，随炉冷却至室温。
实施例8
实施例8与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1250℃，保温2h；最后，随炉冷却至室温。
实施例9
实施例9与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1250℃，保温3h；最后，随炉冷却至室温。
本发明对实施例7～9得到的双硅酸镥喂料进行了XRD分析，图谱如图7所示；由XRD结果分析出的双硅酸镥喂料的物相组成及晶粒尺寸，如表3所示。
表3
| 实施例 | 物相组成 | 平均晶粒尺寸(nm) |
| 实施例7 | β-Lu2Si2O7、X2-Lu2SiO5 | 63.7 |
| 实施例8 | β-Lu2Si2O7 | 65.2 |
| 实施例9 | β-Lu2Si2O7 | 98.5 |
从图7和表3中的结果可知，当在烧结温度均为1250℃时，随着保温时间的缩短，产物的平均晶粒尺寸在逐渐减小，但当保温时间低于2h时，会有X2-Lu2SiO5产物生成；此外，由表3中可以看出保温时间对于产物平均晶粒尺寸的影响较为明显，保温时间为2h时，得到的产物为单一相β-Lu2Si2O7，且平均晶粒尺寸仅为65.2nm。
因此，高温烧结工艺(包括烧结温度和烧结时间)对产物的物相组成及平均晶粒尺寸具有显著的影响，也是制备用于喷涂的纳米结构喂料的一项重要技术。
本发明测得实施例8制备的纳米结构双硅酸镥Lu2Si2O7喂料的密度、流动性及粒度分布情况，如表4所示。
表4
从表4可知，实施例8制得的纳米结构双硅酸镥Lu2Si2O7喂料的密度较大，流动性较好，平均粒径约为44μm，粒径分布比较均匀，非常适用于等离子喷涂。
对比例4
①将氧化锆球和去离子水先后放入球磨罐中，随后将称量后的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体放入球磨罐中进行搅拌，搅拌均匀后进行球磨23h混匀，接着加入粘合剂(质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液)，再次球磨1h后得到混合浆料；所述球磨的速度为260r/min；所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的摩尔比为1:2；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与氧化锆球的质量比为1:4；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与去离子水的质量比为1:2；所述的纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与粘合剂的质量比为100:1。
②将步骤①所得的混合浆料进行喷雾造粒，得到复合粉体；喷雾造粒工艺参数为：进风温度为230℃，出风温度为110℃，蠕动泵的转速为20r/min。
③将步骤②所得的复合粉体再与纳米SiO2粉体混合后放入刚玉坩埚中，在高温箱式电阻炉中进行高温烧结，烧结后的粉体分别过200目和400目筛，得到粒径为200～400目的粉体，即得到双硅酸镥Lu2Si2O7喂料；步骤③中纳米SiO2粉体与步骤①中纳米Lu2O3粉体的摩尔比为0.4:1；所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1250℃，保温2h；最后，随炉冷却至室温。
对比例5
对比例5与对比例4基本相同，不同之处在于：
③将步骤②所得的复合粉体再与纳米SiO2粉体混合后放入刚玉坩埚中，在高温箱式电阻炉中进行高温烧结，烧结后的粉体分别过200目和400目筛，得到粒径为200～400目的粉体，即得到双硅酸镥Lu2Si2O7喂料；步骤③中纳米SiO2粉体与占步骤②所得的复合粉体质量的6％的纳米Lu2O3粉体的摩尔比为1:1；所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1250℃，保温2h；最后，随炉冷却至室温。
对比例6
对比例6与实施例8基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，所述的高温烧结工艺参数为：首先，从室温以5℃/min升温到500℃，保温1h；其次，从500℃以8℃/min升温到1080℃，保温1h；再以8℃/min升温至1500℃，并在1500℃下保温4h；最后，随炉冷却至室温。
本发明对对比例4～6得到的双硅酸镥喂料进行了XRD分析，图谱如图12所示；由XRD结果分析出的双硅酸镥喂料的物相组成及晶粒尺寸，如表5所示。
表5
| 对比例 | 物相组成 | 平均晶粒尺寸(nm) |
| 对比例4 | β-Lu2Si2O7、X2-Lu2SiO5 | 78.1 |
| 对比例5 | β-Lu2Si2O7、X2-Lu2SiO5 | 82.5 |
| 对比例6 | β-Lu2Si2O7 | >100 |
本发明还测得对比例4～6制备的双硅酸镥Lu2Si2O7喂料的松装密度、振实密度、流动性及粒度分布情况，结果如表6所示。
表6
从表5和表6中的结果可知，对比例4和对比例5的物相组成不是单一的β-Lu2Si2O7，而且喂料的松装密度和振实密度明显小于实施例8；此外，对比例6虽然物相组成是单一的β-Lu2Si2O7，但喂料的平均晶粒尺寸已经大于100nm，流动性较差，粒度分布较大，明显不如实施例8的效果。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (16)
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：
（1）将纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体进行球磨，得到混合浆料；所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2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Lu2SiO5；所述高温烧结为：先在500℃烧结1h，然后在1250℃~1400℃烧结2~4h；所述纳米结构双硅酸镥喂料经过高温烧结后无需再进行等离子体喷涂处理，便可直接得到适用于等离子喷涂的单一相结构的双硅酸镥喂料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述高温烧结为：先在500℃烧结1h，然后在1250℃烧结2h。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
在步骤（1）中进行球磨时，还加入了水、粘合剂和磨球。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
所述水为去离子水；
所述粘合剂为质量分数为8~15%的聚乙烯醇溶液；
所述磨球为氧化锆球。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述粘合剂为质量分数为10%的聚乙烯醇溶液。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
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）；
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）；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：（0.8~1.2）。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
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1:4。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
所述纳米Lu2O3粉体和纳米SiO2粉体的总质量与水的质量比为1:2。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
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100:1。
10.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
所述球磨的时间为18~30h；和/或
所述球磨的速度为220~300r/min。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：
所述球磨的时间为24h。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：
所述球磨的速度为260r/min。
13.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
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.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
所述纳米Lu2O3粉体和/或所述纳米SiO2粉体的粒径为10~50nm。
15.由权利要求1至14中任一项所述的制备方法制得的纳米结构双硅酸镥喂料。
16.由权利要求1至14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。
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