一种含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层及其制备方法，属于涂层技术领域。含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层，由若干层单独的Si片层和含有缓释稳定剂片层的Si片层交替组成，单独的Si片层由若干个Si片层单元组成，Si片层单元致密度>95％，含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层的致密度>95％。本发明专利技术缓释稳定剂片层与Si片层单元交叠嵌合在一起，且不与Si片层单元发生化学反应，在粘结层中掺杂片层缓释稳定剂，缓释稳定剂一方面消耗了生成的SiO2，另一方面具有良好的阻氧能力，能够减少因为SiO2的产生带来的生长应力，并减少TGO的相变应力。TGO的相变应力。TGO的相变应力。

【技术实现步骤摘要】
一种含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层及其制备方法


[0001]本专利技术属于涂层
，具体涉及一种含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷基复合材料具有质轻、高比强度以及耐高温的特点，已经用在涡轮发动机热端部件，提高了航空发动机服役温度，从而提高了其工作效率。但涡轮发动机面临着高温、氧气和水蒸气双重腐蚀条件下，使得基体发生腐蚀、尺寸急速消退从而失效。在其表面镀覆一层环境障涂层(EBCs)可以有效解决这一问题。
[0003]相关技术中的EBCs使用的粘结层为Si粘结层，它虽然能够较好地调节面层与基体间的热失配，但是在服役过程中，粘结层与面层间会形成一层热生成氧化物(TGO)，产生热应力，从而使涂层剥落和失效。因此，对粘结层与面层间的TGO的产生与生长进行控制有望解决这一问题，从而提升EBCs的服役寿命。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层及其制备方法，解决现有技术中粘结层与面层间会形成一层热生成氧化物，产生热应力从而使涂层剥落、失效以及控制粘结层与面层间的TGO的产生与生长的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开了含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层，由若干层单独的Si片层和含有缓释稳定剂片层的Si片层交替组成；
[0007]所述单独的Si片层由若干个Si片层单元组成，所述含有缓释稳定剂片层的Si片层由缓释稳定剂片层和Si片层单元交替组成；单独的Si片层单元致密度>95％，含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层的致密度>95％。
[0008]优选地，所述缓释稳定剂为Al2O3，或者为Al2O3和A
x
O
y
，其中，A为+3价的Y、Fe、Co或Ce，A的摩尔数为硅摩尔数的3％～15％。
[0009]优选地，所述缓释稳定剂片层沿沉积方向的厚度为0.3～2μm，沿沉积方向法线方向为圆形，直径为20～200μm。
[0010]优选地，所述缓释稳定剂片层在平行于沉积方向上呈随机非连续分布，同一层内的缓释稳定剂片层彼此间不接触，垂直于沉积方向法线方向，同一层内相邻的两缓释稳定剂片层间距为10～200μm。
[0011]优选地，所述缓释稳定剂片层的体积为单独的Si片层和含有缓释稳定剂片层的Si片层的总体积的10％～50％。
[0012]本专利技术还公开了上述含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层的制备方法，具体按照以下步骤进行：
[0013]步骤S1、陶瓷基复合材料工件表面预净化；
[0014]步骤S2、对预净化过的陶瓷基复合材料工件表面进行粗化处理；
[0015]步骤S3、对粗化处理过的陶瓷基复合材料工件预热；
[0016]步骤S4、采用混合喷涂的方法制备含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层。
[0017]优选地，所述步骤S4按照以下步骤进行：
[0018]步骤S41、采用粒径为5～120μm的等轴形Si粉末，通过真空等离子喷涂制备出Si片层；
[0019]步骤S42、采用粒径为3～60μm的等轴形缓释稳定剂粉末，通过真空等离子在Si片层上喷涂形成单层沉积方向法线方向的缓释稳定剂片层；
[0020]步骤S43、重复步骤S41至步骤S42，直至粘结层总厚度达到75～150μm。
[0021]进一步优选地，所述步骤S1中预净化依次采用除油、水洗、烘干，除油采用有机溶剂除油、金属清洗剂除油及电化除油的任意一种；
[0022]所述步骤S2粗化处理采用喷砂，喷砂时间为2～3h；
[0023]所述步骤S3中预热温度为800～1200℃。
[0024]优选地，所述步骤S41中等离子喷涂功率为45～55kW，主气氩气为55～65L/min，辅气氢气为7.5～8.5L/min，喷涂距离100～120mm，走枪速率850mm/s；
[0025]所述步骤S42中等离子喷涂功率为38～45kW，主气氩气为55～65L/min，辅气氢气为4.5～5.5L/min，喷涂距离230～250mm，走枪速率1300～1400mm/s，基体温度保持在800～1200℃。
[0026]本专利技术还公开了上述含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层应用于陶瓷基复合材料的多层环境障涂层的粘结层。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]本专利技术公开的一种含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层，在粘结层中掺杂片层缓释稳定剂，缓释稳定剂一方面消耗了生成的SiO2，另一方面具有良好的阻氧能力，减少因为SiO2的产生带来的生长应力，并减少TGO的相变应力，缓释稳定剂中的三价金属粒子Al通过与SiO2反应生成莫来石，生成的SiO2会被消耗，所以不存在相变问题，同时莫来石的氧扩散能力较弱，相比于纯Si，改性后的涂层具有阻氧能力，也就抑制了Si的氧化，即抑制了热生成氧化物的生长。缓释稳定剂片层与Si片层单元交叠嵌合在一起，且不与Si片层单元发生化学反应，片层状的缓释稳定剂与基体结合更加牢固。
[0029]进一步地，同一层内相邻的两缓释稳定剂片层间距保证了缓释稳定剂片层分散较为均匀，能够较好地起到缓释稳定的作用，同时不让相邻的缓释稳定剂片层接触，同时大而薄的片层能够充分保护到相邻的Si基体。
[0030]进一步地，当缓释稳定剂片层体积分数小于10％时，其作用不明显，当缓释稳定剂片层体积分数高于50％时，会引起粘结层热膨胀系数变化太大，引起与基体间较大的热失配。
[0031]本专利技术还公开了一种含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层的制备方法，方法简单，便于工业化。
[0032]进一步地，等轴形Si粉末选用的粒径为微米级的粉末，能保证原料粉的充分融化，保证涂层的效果。缓释稳定剂在整个涂层中呈现薄片状，缓释稳定剂的粒径比较大，会像Si
颗粒一样扁平化，产生片层形状，同时在粘结层内呈现不同片层交替分布的结构；但相比比Si粒径小，保证能够分散得较为均匀。含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层是应用于陶瓷基复合材料表面的环境障涂层粘结层，二者之间的热膨胀系数不能过大，但是由于二者本身材质有差异，热膨胀系数不会完全一致，含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层较薄时，粘接作用不良，厚度过大时，热匹配差异过大，易产生应力错配。
[0033]进一步地，采用喷砂粗化表面，提高有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层与陶瓷基复合材料的结合性能。
[0034]进一步地，等离子喷涂的参数保证了喷涂的涂层效果，使得缓释稳定剂在整个涂层中显现薄片状。
[0035]本专利技术还公开了一种含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层应用于陶瓷基复合材料的多层环境障涂层的粘结层，粘结层与陶瓷基复合材料工件表面形成一层热生成氧化物，含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层抑制了热生成氧化物的生长，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层，其特征在于，由若干层单独的Si片层和含有缓释稳定剂片层的Si片层交替组成；所述单独的Si片层由若干个Si片层单元组成，所述含有缓释稳定剂片层的Si片层由缓释稳定剂片层和Si片层单元交替组成；单独的Si片层单元致密度>95％，含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层的致密度>95％。2.根据权利要求1所述的含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层，其特征在于，所述缓释稳定剂为Al2O3，或者为Al2O3和A
x
O
y
，其中，A为+3价的Y、Fe、Co或Ce，A的摩尔数为硅摩尔数的3％～15％。3.根据权利要求1或2所述的含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层，其特征在于，所述缓释稳定剂片层沿沉积方向的厚度为0.3～2μm，沿沉积方向法线方向为圆形，直径为20～200μm。4.根据权利要求1或2所述的含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层，其特征在于，所述缓释稳定剂片层在平行于沉积方向上呈随机非连续分布，同一层内的缓释稳定剂片层彼此间不接触，垂直于沉积方向法线方向，同一层内相邻的两缓释稳定剂片层间距为10～200μm。5.根据权利要求1或2所述的含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层，其特征在于，所述缓释稳定剂片层的体积为单独的Si片层和含有缓释稳定剂片层的Si片层的总体积的10％～50％。6.权利要求1～5任意一项所述的含有片层状缓释稳定剂的Si基粘结层的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤S1、陶瓷基复合材料工件表面预净化；步骤S2、对预净化过的陶瓷基复合材料工件表面进行粗化处理；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠军，赵春玲，董琳，李书文，刘梅军，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：