(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210717379.2 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 陈丽敏　曾佳敏　曲卫卫　裴延玲　 宫声凯　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 易昂 (51)Int.Cl. C04B 35/50(2006.01) C04B 35/622(2006.01) C04B 35/645(2006.01) C08K 3/22(2006.01) (54)发明名称 一种抗沙尘环境沉积物腐蚀的稀土块体陶 瓷材料及其制备方法和应用 (57)摘要 本发明提供了一种抗沙尘环境沉积物腐蚀 的稀土块体陶瓷材料及其制备方法和应用， 属于 腐蚀防护技术领域。 本发明采用放电等离子烧结 制备稀土锆酸盐块体材料， 通过控制放电等离子 烧结的制备条件制备高致密的稀土锆酸盐块材， 高致密度的稀土锆酸盐块材能与沙尘粒子环境 沉积物(主要成分为CaO ‑MgO‑Al2O3‑SiO2的混合 物， 简称为CMAS)迅速反应生成磷灰石， 磷灰石占 反应产物的比例随着稀土离子半径增加而增大， 界面处所生成的致密的磷灰石能有效阻挡CMAS 的渗入， 相比传统防护涂层材料氧化钇部分稳定 的氧化锆(YSZ)， 本发明制备的稀土锆酸盐块体 材料具有优异的抗沙尘粒子 侵蚀性能。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 115057704 A 2022.09.16 CN 115057704 A 1.一种稀土块体陶瓷材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 将稀土锆酸盐进行球磨， 将所 得混合物 依次进行放电等离 子烧结， 得到成型体； 将所述成型体进行 退火处理， 得到稀土块体陶瓷材 料； 所述放电等离子烧结的温度为1400～1600℃， 烧结压力为40～50MPa， 保温时间为3～ 5min。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述稀土锆酸盐包括锆酸镧、 锆酸钆 或锆酸钇。 3.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述放电等离子烧结的温度为1500 ℃， 烧结压力为5 0MPa， 保温时间为5mi n。 4.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述退火处理的温度为1300℃， 时间 为3h。 5.根据权利要求4所述的制备方法， 其特征在于， 升温至所述退火处理 的温度的升温速 率为2.5℃/mi n。 6.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述稀土块体陶瓷材料的直径为10～ 30mm。 7.权利要求1～6任一项所述制备方法制备得到的稀土块体陶瓷材料， 其特征在于， 所 述稀土块体陶瓷材 料的致密度为97％。 8.权利要求7 所述稀土块体陶瓷材 料在防护涂层中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115057704 A 2一种抗沙尘环境沉积物腐蚀的稀土块体陶瓷材料及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明涉及腐蚀防护技术领域， 尤其涉及 一种抗沙尘环境沉积物腐蚀的稀土块体 陶瓷材料及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]发动机的服役寿命既受材料本身性能的影响， 也受服役环境的影响。 雨雪(内陆生 产生活地区)、 沙尘(沙漠地区)、 盐雾(海洋地区)是常见的自然环境现象。 在这些环境中服 役的发动机， 会受到来自环境中的水汽、 硅酸盐颗粒/沉积物、 金属熔盐的腐蚀的影响， 降低 发动机的服役寿命， 因此需要加以防护。 [0003]在主体结构材料性能有保障的前提下， 对主体结构材料进行适当的表面改进/改 性防护(涂层、 薄膜)， 是一种经济、 环保的防护改进 方式。 既减少了材料的使用量， 也减轻了 发动机的重量。 如在发动机主体金属叶片表 面引入涂层， 可以使发动机的服役温度提高100 ～300℃， 发动机的性能和寿命大幅提升。 涂层、 薄膜是新兴的腐蚀防护研究领域， 发展较 快， 已广泛应用于发动机叶片的腐蚀防护。 [0004]沙漠是指沙质荒漠化的土地， 是沙子微颗粒的集合体。 沙漠中的沙尘粒子 的主要 成分是CaO、 MgO、 Al2O3和SiO2的混合物及其经自然界太阳能、 风能等自然力作用形成的各种 硅酸盐混合物， 熔点在1200℃左右。 在沙漠地区服役的发动机， 环 境中的沙 尘粒子会随着发 动机的高速运 转进入发动机内部， 冲刷、 腐蚀发动机叶片， 降低发动机的性能和服役寿命。 [0005]随着航空发动机涡轮前进口温度设计温度不断升高， 高至沙尘粒子的熔点(1200 ℃)时， 沙 尘粒子开始由固态慢慢熔化 成液态， 各种热物理、 化学反应开始发生， 对发动机金 属叶片的侵蚀与破坏问题也日渐突出。 沙尘粒子熔化后能迅速渗入并侵蚀涂层内部， 导致 涂层过早的剥落。 沙尘粒子降低涂层热循环寿命的原因主要有以下两点： 一是 由于沙尘粒 子与涂层的物理性质不匹配， 在热循环过程中会积累较多的热失配应力从而导致涂层过早 失效。 二是由于沙尘粒子改变了涂层的成分导致涂层失效。 在沙尘粒子环境下， 涂层的失效 及防护技 术是涂层研发的重难点之一。 [0006]目前， 研究人员多把重点放在开发新型抗沙尘粒子涂层材料体系， 收效显著。 氧化 钇部分稳定的氧化锆(YSZ)是传统防护涂层材料， 从室温至1200℃为亚稳定四方相结构， 是 1200℃以下优良的防护涂层材料。 但是当温度超过1200℃时， ZrO2亚稳定四方相结构会向 单斜相结构发生转变， 导致YSZ失去 稳定性， 引起涂层失效。 此外， YSZ对 热腐蚀敏感。 燃料或 者环境中的CaO、 MgO、 Al2O3、 SiO2、 Na2O、 SO3和V2O5等金属氧化物、 非金属氧化物、 熔盐等杂质 会与YSZ中的稳定剂Y2O3发生反应生成相 应的钇盐， 使Y2O3贫化， 导致YSZ失去稳定性， 引起 涂层失效。 发明内容 [0007]本发明的目的在于提供一种抗沙尘环境沉积物腐蚀的稀土块体陶瓷材料及其制说　明　书 1/5 页 3 CN 115057704 A 3