本发明涉及高熵陶瓷，具体涉及一种多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体及其制备方法和应用。
背景技术：
1、高推重比是先进航空发动机一直以来追求的目标。但是，随着发动机推重比的不断提升，涡轮进口温度也在不断提高，现有高温合金材料体系难以满足先进航发。比如，现有推重比 10 一级的发动机涡轮进口温度均达到了 1500℃，推重比 12~15 的发动机涡轮进口平均温度将超过 1800℃，这远超高温合金及金属间化合物的使用温度。提高航空发动机的进气口温度，可实现更高的燃油效率和减少氮氧化物的排放。虽然镍基合金上热障涂层的应用，使得航空发动机前端进气口的温度不断上升，提高了其效率，但已达到了合金的服役极限，难以满足未来更高的服役温度。目前，耐热性能最好的镍基高温合金材料工作温度只能达到 1100℃左右。在1200℃及以上温度的服役环境中，热端部件高温性能的提高是目前材料研究的方向。因此，陶瓷基复合材料因其优异的耐高温和耐腐蚀性能，将推动航空发动机向着更高效率，更高推重比方向发展，是未来航空发动机性能进一步提升的不二选择。
2、 sic纤维增强sic陶瓷 (sicf/sic) 复合材料使用温度能提高到 1650℃，被认为是理想的航空发动机热端结构件材料。因此，sicf/sic复合材料凭借着优异的耐高温性能成为了新一代航空发动机热端部件的候选材料。但服役时航空发动机高温部件面临着外物损伤、水氧和钙镁铝硅酸盐腐蚀 (cmas)等挑战，限制了其在实际中的应用。由于热环障涂层材料能够缓解陶瓷基复合材料的高温机械性能衰减和高温腐蚀失效，为sicf/sic复合材料应用于实践提供了可能性。
3、稀土单硅酸盐陶瓷 (re2sio5) 在高温条件下具有良好的相稳定性、热导率低、优良的抗水蒸气腐蚀和抗cmas腐蚀性能，是国际上公认的热环障涂层之一。但是，当温度为1200℃时，x1-re2sio5(re = la、nd、sm、eu 和gd) 的热膨胀系数介于(8.3-9.2)× 10−6k−1之间，x2- re2sio5(re = tb、dy、ho、er、tm、yb、lu 和y) 的热膨胀系数介于(6.94-8.84) ×10−6k−1之间 (室温至1200℃)，均与sicf/sic 复合材料基体的热膨胀系数 ((4.5-5.5) ×10−6k−1) 差别较大，在高温条件下易产生裂纹和应力失配，导致涂层材料剥落。因此，涂层材料的热膨胀系数与sicf/sic复合材料热膨胀系数失配是限制其应用的主要因素和瓶颈。
4、单一稀土硅酸盐陶瓷作为热障涂层材料时，可能不能同时满足所有条件，难以实现在高温环境下抗cmas腐蚀的效果。高熵化设计的新概念为高熵稀土硅酸盐陶瓷的研制提供了崭新的思路，可以通过调控稀土硅酸盐陶瓷的组成和结构达到调控其性能的目的。高熵化可调控晶体结构中金属阳离子位置的成分、尺寸和化学键的复杂程度，实现多元组分协同效应，提高晶体结构的稳定性，为材料设计提供了新的科学思路。
5、目前，关于多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷的合成方法报道比较少，主要是固相反应法。固相反应法 (例如w. liao, y. tan, c. zhu, z. teng, p. jia, h. zhang,synthesis, microstructures, and corrosion behaviors of multi-components rare-earthsilicates, ceramics international 47(23) (2021) 32641-32647) 具有成本低、产量大、制备工艺简单等优点，是目前合成高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体最常用的方法，但是该方法存在合成温度高（≥1600℃）、元素分布不均匀、含杂质相、组分合成空间小等问题，严重限制了高性能多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷的开发和应用。
6、因此，开发一种合成温度低、设备简易、工艺简单可控的多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体制备技术，并制备出元素分布均匀、纯度高、组分空间大、热导率低的多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体及其制备方法和应用。
2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、一种多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，充分搅拌，作为硅源溶液；
5、s2、将硅源溶液加入到稀土硝酸盐溶液中，充分搅拌，得到混合溶液；
6、s3、向混合溶液中加入氢氧化钠溶液作为稀土离子共沉淀剂和正硅酸乙酯缩合催化剂，置于反应器中密封反应24-60h，分离干燥得到前驱体凝胶；
7、s4、将前驱体凝胶于1350-1400℃的条件下煅烧2-4h后淬火至室温，得到多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体。
8、上述正硅酸乙酯中sio2≥28%。
9、上述稀土硝酸盐溶液包括但不限于ho(no3)3•5h2o、lu(no3)3•6h2o、yb(no3)3•5h2o、eu(no3)3•6h2o、dy(no3)3•6h2o中的至少四种稀土硝酸盐溶解在去离子水中组成，所述稀土硝酸盐的纯度≥99.99%。
10、s2中所述稀土硝酸盐溶液中的稀土元素原子的总摩尔量与正硅酸乙酯中si原子的摩尔量之比为1:0.4-0.6。
11、上述氢氧化钠溶液的浓度为1.2-3.0 mol/l。
12、上述反应器内胆含聚四氟乙烯。
13、s3中采用保温密封反应，所述保温温度为60-100℃，降至室温后进行分离干燥。
14、s4中升温速率为6-12℃/min。
15、本发明第二方面提供一种多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体，采用上述制备方法得到，所述多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体平均孔径为100-800 nm。
16、本发明第三方面提供上述多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体在航空发动机上的应用，具体将其应用在航空发动机的热环障涂层上。
17、本发明的有益效果是：
18、本发明采用正硅酸乙酯作为有机硅源，在氢氧化钠的催化下，发生缩合反应，形成具有空间网络状结构的sio2，与共沉淀稀土氢氧化物反应，形成具有凝胶结构的前驱体，有利于后续煅烧过程中获得具有多孔结构的高熵稀土单硅酸盐产物。
19、本发明的多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体制备技术可实现稀土硝酸盐溶液、正硅酸乙酯-乙醇溶液和氢氧化钠溶液的均匀混合，实现原料原子级别混合与反应；在前驱体凝胶合成过程中，通过加热的方法，不仅可以提高溶解度，还可以减少溶剂的消耗量，尤其是在大规模生产应用中，可大幅降低对溶剂的需求。
20、本发明可以在较大的组分空间调整合成具有x2-re2sio5结构的多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体，其具有元素分布均匀、组分空间大、不含杂质相、热导率低等优异特性，以及合成温度低、设备简单、工艺可控等优点，适合用在航空发动机热端部件上，应用前景广阔。
1.一种多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述正硅酸乙酯中sio2≥28%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述稀土硝酸盐溶液包括ho(no3)3•5h2o、lu(no3)3•6h2o、yb(no3)3•5h2o、eu(no3)3•6h2o、dy(no3)3•6h2o中的至少四种稀土硝酸盐溶解在去离子水中组成，所述稀土硝酸盐的纯度≥99.99%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s2中所述稀土硝酸盐溶液中的稀土元素原子的总摩尔量与正硅酸乙酯中si原子的摩尔量之比为1:0.4-0.6。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的浓度为1.2-3.0mol/l。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述反应器内胆含聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s3中采用保温密封反应，所述保温温度为60-100℃，降至室温后进行分离干燥。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s4中升温速率为6-12℃/min。
9.一种多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体，其特征在于：采用权利要求1-8中任意一种制备方法得到，所述多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体平均孔径为100-800 nm。
10.根据权利要求9所述的多孔高熵稀土单硅酸盐陶瓷粉体在航空发动机上的应用。
