【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及陶瓷基复合材料表面环境障涂层材料，尤其涉及一种耐高温环境障涂层粘结层及其制备方法。
技术介绍
1、随着航空发动机推重比的不断提升，涡轮前进口温度不断提高，同时对能承受如此严苛环境的热端部件材料提出了迫切的需求。长期以来，镍基高温合金是航空发动机热端部件的主要材料，但其耐温极限只有1100℃，不能满足新一代航空发动机的需求。
2、sicf/sic复合材料具有低密度、良好的高温强度、抗蠕变性能和热稳定性，是替代镍基高温合金成为发动机热端部件的理想材料。在干燥的环境下，sicf/sic复合材料会与氧气反应生成一层致密的sio2，能够阻挡氧气与sicf/sic复合材料进一步反应。但是燃气环境为高温水蒸气和氧气等的混合环境，sicf/sic复合材料表面的sio2会与水汽反应生成挥发性si(oh)4气体，使得sicf/sic复合材料再次暴露在高温水汽环境中，导致sicf/sic复合材料快速退化。
3、因此，迫切需要在sicf/sic复合材料表面制备一层环境障涂层(environmentalbarrier coatings，ebcs)，以长时间抵抗燃气的腐蚀。
4、经过30年的发展，迄今最成熟ebcs由粘结层和面层两部分组成，少数的ebcs也包含莫来石中间层。面层的作用是抵御水汽等腐蚀环境，但面层仍有一定的氧渗透率，因此需要粘结层作为牺牲层，在暴露于氧化环境时形成一种保护性的热生长氧化物(thermallygrown oxide,tgo)，从而抑制氧气对基体的侵蚀。其次粘结层的主要作用是调
5、目前最常用的粘结层为si粘结层，因其热膨胀系数低(～3.5-4.5×10-6k-1)，与sicf/sic复合材料的热膨胀系数相近(～4.5-5.5×10-6k-1)和与sicf/sic复合材料极好的化学相容性而成为粘结层的理想材料。但受si低熔点(1414℃)的影响，ebcs的应用温度被限制在了1350℃以下。此外，si粘结层的韧性较差。在高温含氧环境中si粘结层被氧化生成sio2 tgo，当温度冷却到240℃时，sio2会发生由β-方石英到α-方石英的相变，同时伴随着体积收缩4.5％，热膨胀系数由～3.1×10-6k-1升高到～10×10-6k-1，上述的这些变化对ebcs体系的可靠性和长寿命应用是极其致命的。因此，开发新型耐高温粘结层是ebcs发展的重要课题。
6、部分学者提出了引入hfo2改性si作为粘结层，但由于hfo2在高温下透氧以及其相对较高的热膨胀系数，带来了hfo2改性si粘结层的新问题，包括氧化速率上升和热膨胀系数不匹配等。此外，hfo2与基体材料和si粘结层的化学相容性较差，使粘结层的“粘结”作用减弱。
技术实现思路
1、针对传统环境障涂层si粘结层熔点低的应用限制，本专利技术提供了一种耐高温环境障涂层粘结层，其材料为hfsi2和si混合粉体，hfsi2熔点为1680℃，目的是使用hfsi2改性si粘结层。该耐高温环境障涂层粘结层的制备方法包含热喷涂粉体的制备和大气等离子喷涂，工艺简单，能满足服役温度不断上升对环境障涂层粘结层耐高温材料的需求。
2、本专利技术的技术方案如下：首先提供了一种耐高温环境障涂层粘结层，所述耐高温环境障涂层粘结层用于设置在环境障涂层面层与陶瓷基复合材料之间，耐高温环境障涂层粘结层厚度为30～80μm；所述耐高温环境障涂层粘结层的层材料包括hfsi2颗粒和si颗粒混合粉体；所述耐高温环境障涂层粘结层是hfsi2颗粒和si颗粒混合粉体以热喷涂粉体形式经大气等离子喷涂方法获得。
3、进一步的，上述环境障涂层的基体为sicf/sic复合材料，所述环境障涂层的面层为焦硅酸镱，所述焦硅酸镱分子式为yb2si2o7。
4、更进一步的，上述耐高温环境障涂层粘结层的层材料hfsi2在1000℃开始氧化形成hfo2和sio2，在1400℃进一步开始形成hfsio4。
5、本专利技术还提供了上述耐高温环境障涂层粘结层的制备方法，包括以下步骤：
6、s1、以hfsi2粉体、si粉体为原料，干法球磨混合制得hfsi2和si非球形混合热喷涂粉体；
7、s2、以hfsi2粉体、si粉体和去离子水为原料，加入柠檬酸铵分散剂和阿拉伯胶粘结剂制得浆料，采用离心喷雾干燥造粒制得hfsi2和si球形混合热喷涂粉体；
8、s3、使用大气等离子喷涂方法，将步骤s1或s2中制得的hfsi2和si混合热喷涂粉体喷涂在环境障涂层的基体表面，制得耐高温环境障涂层粘结层。
9、进一步的，上述步骤s1中：hfsi2粉体的粒度范围为0.1～20μm，si粉体的粒度范围为35～55μm，si粉体质量为粉体总质量的10％以上，具体为70％；干法球磨过程使用的球磨珠粒径为5mm，球磨转速为150r/min，球磨时长为1小时。
10、进一步的，上述步骤s2中：hfsi2粉体和si粉体的粒度范围均为0.1～5μm，si粉体质量为粉体总质量的10％以上，具体为70％；柠檬酸铵的添加量为粉体总质量的0.8％，阿拉伯胶的添加量为粉体总质量的2％；粉体和去离子水的质量份数比为(3:7)～(4:6)；离心喷雾干燥机的干燥温度为200℃，离心机转速为21000r.p.m，蠕动泵进料速率为35rad/min；球形hfsi2和si混合热喷涂粉体的粒度范围为20～100μm。
11、进一步的，上述步骤s3中：大气等离子喷涂的弧电流为450～500a、ar气流速为35～40l/min、h2流速为4.5～5.0l/min，实时喷涂功率为25～30kw，喷距为100～150mm；制得hfsi2耐高温粘结层的厚度为30～80μm。
12、本专利技术还提供了一种耐高温环境障涂层，它包括上述耐高温环境障涂层粘结层，还包括耐高温环境障涂层粘结层表面的面层和耐高温环境障涂层粘结层下部的sicf/sic复合材料基体。
13、进一步的，所述环境障涂层的面层为焦硅酸镱，所述焦硅酸镱分子式为yb2si2o7，所述耐高温环境障涂层在1350℃水氧耦合环境中100小时无明显脱落。
14、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
15、1)本专利技术使用hfsi2作为改性环境障涂层si粘结层的第二相，利用hfsi2的高熔点克服传统si粘结层熔点低的缺点；
16、2)本专利技术利用hfsi2在高温下与氧气反应，避免了传统分散相hfo2在高温下透氧，提高粘结层的抗氧化性能；
17、3)本专利技术的粘结层利用hfsi2的硅化物特质，与si粘结层保持较好的化学相容性；
18、4)本专利技术制备耐高温粘结层的原料易得，通过离心喷雾干燥造粒和大气等离子喷涂制备，制备方法简单；
19、5)本专利技术在耐高温粘hfsi2改性si结层的基础上，在sicf/sic复合材料基体上依次制备得到hfsi2-si本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐高温环境障涂层粘结层，其特征在于，
2.如权利要求1所述的耐高温环境障涂层粘结层，其特征在于，所述陶瓷基复合材料为SiCf/SiC复合材料，所述环境障涂层的面层为焦硅酸镱，分子式为Yb2Si2O7。
3.如权利要求2所述的耐高温环境障涂层粘结层，其特征在于，所述耐高温环境障涂层粘结层的层材料中HfSi2在1000℃氧化形成HfO2和SiO2，在1400℃开始形成HfSiO4。
4.一种如权利要求1-3中任一权利要求所述的耐高温环境障涂层粘结层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的耐高温粘结层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中：HfSi2粉体的粒度范围为0.1～20μm，Si粉体的粒度范围为35～55μm，Si粉体质量为HfSi2粉体和Si粉体总质量的70％；干法球磨过程使用的球磨珠粒径为5mm，球磨转速为150r/min，球磨时长为1h。
6.根据权利要求4所述的耐高温粘结层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中：
7.根据权利要求4所述的耐高温粘结层的制备方法，其特征
8.根据权利要求4所述的耐高温粘结层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中：
9.一种耐高温环境障涂层，其特征在于，它包括权利要求1-3中任一权利要求所述的耐高温环境障涂层粘结层，还包括耐高温环境障涂层粘结层表面的面层和耐高温环境障涂层粘结层下部的SiCf/SiC复合材料基体。
10.如权利要求9所述的耐高温环境障涂层，其特征在于，所述环境障涂层的面层为焦硅酸镱，所述焦硅酸镱分子式为Yb2Si2O7，所述耐高温环境障涂层在1350℃水氧耦合环境中100小时，涂层无脱落。
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温环境障涂层粘结层，其特征在于，
2.如权利要求1所述的耐高温环境障涂层粘结层，其特征在于，所述陶瓷基复合材料为sicf/sic复合材料，所述环境障涂层的面层为焦硅酸镱，分子式为yb2si2o7。
3.如权利要求2所述的耐高温环境障涂层粘结层，其特征在于，所述耐高温环境障涂层粘结层的层材料中hfsi2在1000℃氧化形成hfo2和sio2，在1400℃开始形成hfsio4。
4.一种如权利要求1-3中任一权利要求所述的耐高温环境障涂层粘结层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的耐高温粘结层的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中：hfsi2粉体的粒度范围为0.1～20μm，si粉体的粒度范围为35～55μm，si粉体质量为hfsi2粉体和si粉体总质量的70％；干法球磨过...
【专利技术属性】
技术研发人员：王衍飞，张玥，万帆，李俊生，李端，刘荣军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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