編制說明-《稀土環(huán)境障涂層材料-硅酸鐿》

21.1立項目的及意義航空發(fā)動機和燃氣輪機動力裝備是一個國家科技、工業(yè)、經濟和國防實力的重要標志，被譽為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”。然而，航空發(fā)動機的“心臟病問題”卻長期困擾著中國航空工業(yè)。先進航空發(fā)動機是國防安全的重要保障，開發(fā)具有高推重比（>10）、高進口溫度等優(yōu)良性能的航空發(fā)動機是今后一段時間的研究方向。新一代高推重比航空發(fā)動機熱端部件表面溫度將達到1400℃以上，工況條件苛刻的熱端部件的工作溫度要求更高。傳統(tǒng)的高溫合金材料的使用極限溫度在1100℃左右，已不能滿足先進航空發(fā)動機的設計要求。陶瓷基復合材料(CeramicMatrixComposite,CMC)由于密度為高溫合金的1/3-1/4，高溫抗拉強度為其2倍以上，且膨脹系數(shù)低、結構耐久性好，是未來航空發(fā)動機熱端部件的首選材料。研究表明，將CMC用于渦輪、燃燒室和尾噴等熱端部件，可使發(fā)動機結構減重50-70%，推力提高30-100%。硅基非氧化物陶瓷材料如碳化硅、氮化硅、陶瓷基復合材料具有優(yōu)異的高溫力學性能和高溫穩(wěn)定性，可有效地提高發(fā)動機的渦輪進口溫度和降低結構重量，從而提高發(fā)動機的推重比和降低燃油消耗，有望取代鎳基高溫合金作為航空發(fā)動機的熱端部件。眾所周知，航空發(fā)動機面臨著高溫、腐蝕、燃氣沖刷等各種苛刻的環(huán)境條件，并且眾多因素相互影響，硅基陶瓷材料也面臨使用上的困境，例如，SiCf/SiC為代表的CMC部件與水蒸氣反應生成具有揮發(fā)性的Si(OH)x，導致部件性能衰退，如直接使用將直接威脅發(fā)動機的安全，這些安全隱患依靠單純的CMC性能優(yōu)化難以消除，不能滿足未來航空發(fā)動機長壽命與超高溫的設計要求，為此，需要使用具有抗水氧腐蝕能力的環(huán)境障涂層（EnvironmentalBarrierCoating,EBC）對CMC進行表面防護。環(huán)境障涂層是確保復合材料構件在航空發(fā)動機中長時間服役的關鍵，主要用來抵抗環(huán)境的腐蝕，同時還兼具阻斷及愈合裂紋和空隙的作EBC經過多年的發(fā)展，大致分為三個階段：第一代，莫來石與氧化釔穩(wěn)定氧化鋯體系；第二代，鋇鍶鋁硅酸鹽(Ba1-xSrxAl2Si2O8，0≤x≤1)體系；第三代，稀土硅酸鹽體系。即Si/莫來石/稀土硅酸鹽三層體系，其中頂層材料稀土硅酸鹽包括單稀土硅酸鹽(RE2SiO5)和雙稀土硅酸鹽(RE2Si2O7)，稀土硅酸鹽具有低的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)良的抗水氧腐蝕性能與相穩(wěn)定性，且與中間層莫來石化學相容性好，硅酸鐿（包括Yb2Si2O7和Yb2SiO5）被廣泛應用于第三代EBC。3目前，稀土環(huán)境障涂層材料—硅酸鐿粉末尚沒有標準可依，該標準的申請立項及制定出臺將解決該類產品急需的標準缺失問題，有利于推動我國稀土基超高溫環(huán)境障涂層材料研制，規(guī)范產品技術標準，有利于提升我國高端裝備的產品性能，突破民用以及軍用航天器“卡脖子”的核心關鍵技術。1.2任務來源根據(jù)稀土標委[2022]35號關于關于召開2022年第七次稀土標準工作會議的通知，《稀土環(huán)境障涂層材料－硅酸鐿粉末》國家標準制定計劃正式下達，項目編號為20220752-T-469，完成周期為22個月，預計2024年7月份完成。本標準制定任務由廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所牽頭起草，參與起草單位有廣東省科學院新材料研究所、包頭稀土研究院、廣東省科學院工業(yè)分析檢測中心、有研資源環(huán)境技術研究院（北京）有限公司、礦冶科技集團有限公司、西安交通大學、國營川西機器廠、瑞科稀土冶金及功能材料、廣東粵科欣發(fā)新材料有限公司、贛州稀土礦業(yè)有限公司、咸陽瞪羚谷新材料科技有限公司。1.3起草單位廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所，隸屬廣東省科學院，為其骨干科研院所，公益二類事業(yè)單位。現(xiàn)有職工160人，其中享受政府特殊津貼專家3人，教授級高級工程師和高級工程師78人，其中二級教授5人，博士、碩士103人，形成了一支人才結構合理、充滿活力、創(chuàng)新潛力突出的中青年科研隊伍。依托本研究所建設了稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室、國家鈦及稀有金屬粉末冶金工程技術研究中心、廣東省礦產資源開發(fā)及綜合利用重點實驗室、廣東省稀土開發(fā)及應用研究重點實驗室、廣東省有色金屬廢料資源化利用與無害化處置工程技術研究中心。研究所建有五個研究中心，其中的稀土功能材料研究中心主要從事稀土發(fā)光材料、稀土功能材料的研發(fā)、生產、銷售及相關技術服務。課題組近5年來承擔了10多項國家、省、市課題，具有年產200噸的稀土三基色熒光粉、100噸稀土長余輝熒光粉中試生產線和年產10噸的LED用熒光粉中試生產線。公司產品行銷國內外，部分產品出口到美洲、歐洲、中東等地。研究所現(xiàn)擁有CY-1000B長余輝熒光粉光學性能測試系統(tǒng)、YT-ACM全自動色度儀、F-7000熒光光譜儀、激光粒度儀、PMS-50紫外-可見-近紅外光譜分析儀、YF1000光色電綜合分析系統(tǒng)、ST-86LA亮度測試儀、熱釋光譜測試儀等檢測設備。主持修訂了《稀土長余輝熒光粉》系列國家標準3項，參與燈用稀土三基色熒光粉國家標準的制定，參與白光LED4用黃色熒光粉國家標準的制定，等等，是全國稀土標準化技術委員會的會員單位。性質標準名稱編號國家標準稀土長余輝熒光粉GB/T24980-2020國家標準稀土長余輝熒光粉試驗方法第1部分：發(fā)射主峰的測定GB/T24981.1-2020國家標準稀土長余輝熒光粉試驗方法第2部分：余輝亮度的測定GB/T24981.2-2020國家標準白光LED用石榴石結構鋁酸鹽系列熒光粉GB∕T24982-2020國家標準白光LED用熒光粉量子效率測試方法GB∕T39492-2020行業(yè)標準硫化鑭鈰XBT509-2019行業(yè)標準硫化鈰XBT519-2021行業(yè)標準超細氧化釔粉XBT510-2019.......1.4工作進度安排根據(jù)任務落實會議精神，我公司組建了稀土環(huán)境障涂層材料—硅酸鐿粉末國標制定小組，主要由生產部門、研發(fā)部、品管部、市場部等相關人員組成。具體時間安排如下：（1）征求意見稿：2022年09月22日（2）預審稿：2023年03月28日（3）送審稿：2023年9月20日（4）審定會時間：XXXX年XX月XX日2.1立項及任務落實階段全國稀土標準化技術委員會于2022年9月27日采用騰訊會議的方式在線上召開了2022年第七次稀土標準工作會，會上討論了12項國家標準計劃項目和審定、預審5項行業(yè)標準和國家標準外文版項目，其中國標《稀土環(huán)境障涂層材料－硅酸鐿粉末》制定任務正式下達，計劃號20220752-T-469，完成周期為22個月，完成年限為2024年，由全國稀土標準化技術委員會（SAC/TC229）提出并歸口。2.2起草階段5廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所接到任務后，通過廣泛調研、深入了解目前市售和在用稀土環(huán)境障涂層材料－硅酸鐿粉末產品情況。調研了稀土環(huán)境障涂層材料－硅酸鐿粉末主要研制和生產的科研院所和大型企業(yè)，根據(jù)目前市場流通硅酸鐿粉末產品實際現(xiàn)狀，起草了《稀土環(huán)境障涂層材料－硅酸鐿粉末》(草案稿)，2022年10月形成了標準征求意見稿。2.3征求意見階段2023年2月，就征求意見稿發(fā)送各參與單位，通過視頻會議、電話溝通，各參與單位對征求意見稿提出了意見，對于征集意見的處理意見具體如下：1）西安交通大學提出2規(guī)范性引用文應增加GB/T15445，“中心粒徑”具體由此標準方法給出。意見回復：本標準在規(guī)范性引用文件中引用了GB/T20170.1-2006，GB/T20170.1-2006標準的規(guī)范性引用文件中引用了GB/T15445顆粒粒度分析結果的圖形表征，因此本標準沒有必要再次引用GB/T15445，該意見不采納。2）西安交通大學提出表1“化學成分”中“注2”中“Pm”未在主元素中，應該刪除。意見回復：該意見采納。3）廣東省科學院新材料研究所提出表1增加Al2O3、Na2O、Cl-雜質含量指標。意見回復：經與生產廠家、應用客戶溝通，硅酸鐿粉末中Al2O3、Na2O、Cl-雜質含量會影響到涂層的應用性能，采納該意見。4）廣東省科學院新材料研究所提出3.3中心粒徑中“噴霧造粒后的粉末”修改為”團聚粉末”。意見回復：經資料查詢，GB/T39530-2020熱噴涂納米氧化鋯粉末及涂層制備工藝技術條件中使用的是團聚粉末這個術語，該意見采納。5）包頭稀土研究院提出造粒后的粉末，是否需要加入離散度來描述粒度分布范圍。粉體粒度對涂層制備工藝和應用性能有較大影響。提出依據(jù)：粉末中心粒徑僅能表示平均粒徑，不能反映粉體粒度分布。通過計算離散度R=（D90-D50）/D50，反映粒度分布范圍，才能保證粉末具有合適的松裝密度和流動性，為獲得高質量涂層做好準備。意見回復：該意見充分考慮了粉體的流動性，該意見采納。6）包頭稀土研究院、西安交通大學提出針對噴霧造粒粉末，在3試驗方法中增加流動性6指標測定。提出依據(jù)：熱噴涂粉末要具有良好的流動能力，以便在送粉通道中順暢流動，保證均勻送粉，涂層質量均一。意見回復：粉末的流動性確實會影響環(huán)境障涂層粉末的噴涂效果，對該標準進行了補充，對團聚粉末引入松裝密度和振實密度檢測指標，從而對粉末的流動性指標進行評價。該意見采納。7）國營川西機械廠提出3試驗方法中增加振實密度的測定。意見回復：該意見采納，在標準中增加了振實密度的測定。8）廣東省科學院新材料研究所、西安交通大學、國營川西機械廠、礦冶科技集團有限公司均提出3.3中心粒徑這一部分應增加D50≤0.25μm的原始粉末。意見回復：經與環(huán)境障涂層材料生產廠家及應用客戶的溝通，硅酸鐿粉末在噴涂中所用的工藝有2種，等離子噴涂-物理氣相沉積技術制備熱障涂層用的硅酸鐿粉末D50≤0.25μm，大氣等離子技術制備熱障涂層用的硅酸鐿粉末D50在1~6μm。因此，該意見采納。9）西安交通大學提出“3.4比表面積”中，刪除“（BET）”。意見回復：針對該意見，專家也提出對于粉末來說沒有必要測試比表面積，粉體指標用松裝密度和振實密度就可以反映粉末的流動性。該意見采納，去除比表面積的測定，刪除BET。10）西安交通大學提出3.5松裝密度中“（pac）”改為“（ρ）”。意見回復：該意見采納。11）西安交通大學提出4.1.6中“氧化硅（SiO2）量為余量，即［100%-（Yb2O3量+Σ稀土雜質量+Σ非稀土雜質量］”改為“氧化硅（SiO2）量為余量，即［100%-（Yb2O3量+Σ雜質含量］意見回復：本標準的附錄是按照稀土雜質含量的測定、非稀土雜質含量的測定分別做的附錄，為了與之對應，仍然采用氧化硅（SiO2）量為余量，即［100%-（Yb2O3量+Σ稀土雜質量+Σ非稀土雜質量］。該意見不采納。經過對上述意見的梳理與查缺補漏，多方意見征集與再次修正，最終于2023年3月20日完成征集意見處理工作（見征求意見匯總處理表），形成了標準預審稿材料，2023年3月22日提交標委會對標準預審稿征求意見匯總處理表、編制說明進行審查。72.4預審會2023年3月24日，本標準預審稿文本、編制說明、征求意見匯總處理表經由稀標委掛網(wǎng)公示，并于2023年3月28日在廣東省廣州市召開本標準預審會議。與會專家對《稀土環(huán)境障涂層材料－硅酸鐿粉末》（任務編號20220752-T-469）進行了討論，對編制說明、征求意見匯總處理表以及預審稿均提出了修改意見。根據(jù)各位專家提出的意見，我們進行了整理匯總形成了預審會會議紀要。1）關于《編制說明》，與會專家提出以下三點意見：①在編制說明的立項意義中應簡要說明該項目立項的意義、環(huán)境障涂層材料的用途；②將參與單位對預審稿提出的意見歸納在編制說明；③將指標確立的依據(jù)撰寫在編制說明中。2）關于《征求意見匯總處理表》，要列明未回函單位名稱；3）關于《預審稿》，提出以下意見：1范圍將“稀土環(huán)境障涂層材料－硅酸鐿粉末”更準確地描述為“環(huán)境障涂層用稀土硅酸鐿粉末”。1范圍將“供航空領域渦輪發(fā)動機葉片、燃燒室等部件高溫環(huán)境障涂層用的硅酸鐿粉末”重新描述，要體現(xiàn)出環(huán)境障涂層的防腐性、抗水氧特性、抗老化等特點。3.1粒度分布系數(shù)Particlesizedistributioncoefficient描述不準確，需重新定4.2牌號表示方法需要重新調整，體現(xiàn)原始粉末、團聚粉末的差異，增加牌號示例。5.1化學成份將“注1：表內所有化學成分檢測均為去除水分后灼減前測定”刪除，測定化學成分不需要去除水分。5.1化學成分Yb2O3的含量誤差±0.3太小，考慮到分析檢測誤差應修改為±0.6。5.2物理性能產品牌號REEC-Yb2SiO5-OP1中心粒徑D50≦0.25μmREEC-Yb2SiO5-OP2的中心粒徑D50=1~5μm，D50在0.25μm~1μm斷檔，補充斷檔原因，重新考慮如何設置原始粉末的中心粒徑。7.2組批應補充組批原則，是同一批原材料，修改為：產品應成批提交檢驗，每批應由同一批原料生產的同一牌號的產品組成。附錄AYb2O3含量測定不準確，Yb2O3含量:附錄A方法測定的Yb2O3含量再加上沉淀母液中的Yb2O3含量。沉淀母液中的Yb2O3含量可以用ICP來測定。附錄A、B：將附錄A和附錄B合并。8附錄C補充Al2O3含量的測定增加附錄，測定Na2O和Cl-含量。2.5審定會9三、編制原則和依據(jù)及標準主要內容3.1編制原則和依據(jù)標準負責起草單位在任務落實會上廣泛地征求了與會專家和代表的意見，確定了制定方案；確定了標準起草原則、主要內容框架和依據(jù)：.查詢相關標準和收集國內外客戶的相關技術要求，積極向相關國際標準、世界領頭企業(yè)的技術標準要求靠攏，做到標準的先進性；.根據(jù)目前國內環(huán)境障涂層材料生產企業(yè)的具體情況及技術水平，結合用戶的要求及應用技術的發(fā)展趨勢，力求做到標準的合理性、實用性，與時俱進；.按照GB/T1.1，稀土標準和國家標準編寫示例的要求進行格式和結構編寫。3.2標準主要內容本文件規(guī)定了環(huán)境障涂層用稀土硅酸鐿粉末的技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸、貯存及隨行文件。本文件適用于以鐿、硅的化合物等為原料，采用化學法制得的，主要用于制備航空領域渦輪發(fā)動機葉片、燃燒室等部件用抗高溫水氧腐蝕環(huán)境障涂層用的硅酸鐿粉末。根據(jù)目前我國市場流通環(huán)境障涂層用稀土硅酸鐿粉末產品實際情況，制定了《稀土環(huán)境障涂層材料-硅酸鐿粉末》標準，其主要內容說明如下：1、引入了術語和定義（1）粒度分布系數(shù)用來衡量產品粒度分布情況的參數(shù)，按式（1）計算粉末粒度分布系數(shù)(q)：q=...........................................（1）式中：q——粒度分布系數(shù)；D90——粒徑的體積累積分布中對應于90%的粉體的粒徑，單位為微米(μmD50——粒徑的體積累積分布中對應于50%的粉體的粒徑，單位為微米(μmD10——粒徑的體積累積分布中對應于10%的粉體的粒徑，單位為微米(μm）。（2）團聚粉末原始粉末經噴霧干燥團聚、熱處理及致密化處理得到的粉末。2、分類(1)產品分類稀土環(huán)境障涂層材料—硅酸鐿粉末按照化學成分、產品規(guī)格、粉末狀態(tài)、中心粒徑大小及用途分為REEBC-Yb2SiO5-OP1、REBEC-Yb2SiO5-AP1、REEBC-Yb2SiO5-OP2、REEBC-Yb2SiO5-AP2、REEBC-Yb2SiO5-OP3、REEBC-Yb2SiO5-AP3、REEBC-Yb2Si2O7-OP1、REEBC-Yb2Si2O7-AP1、REEBC-Yb2Si2O7-OP2、REEBC-Yb2Si2O7-AP2、REEBC-Yb2Si2O7-OP3、REEBC-Yb2Si2O7-AP3十二個牌號。(2)牌號表示方法稀土環(huán)境障涂層材料—硅酸鐿粉末牌號由稀土環(huán)境障涂層的英文首字母、硅酸鐿的化學式、產品的規(guī)格、粉末狀態(tài)英文首字母及用途組成，共分四個層次，其中第一層次表示稀土環(huán)境障涂層用粉末，用“Rareearthmaterialofenvironmentalbarriercoatings”英文首字母“REEBC”表示；第二層次表示硅酸鐿產品名稱，用該產品的化學分子式表示；第三層次表示粉末的狀態(tài)，用XP表示，其中原始粉末用英文首字母“OP”表示，團聚粉末用英文首字母“AP”表示，第四層次表示產品規(guī)格,根據(jù)粉末的中心粒徑劃分三個牌號，用數(shù)字1~3表示。由此牌號表示為：REEBC-Yb2SiO5-OP1、REEBC-Yb2SiO5-AP1、REEBC-Yb2SiO5-OP2、REEBC-Yb2SiO5-AP2、REEBC-Yb2SiO5-OP3、REEBC-Yb2SiO5-AP3、REEBC-Yb2Si2O7-OP1、REEBC-Yb2Si2O7-AP1、REEBC-Yb2Si2O7-OP2、REEBC-Yb2Si2O7-AP2、REEBC-Yb2Si2O7-OP3、REEBC-Yb2Si2O7-AP3十二個牌號。具體表示方法如下：REEBC—Yb2SiO5(Yb2Si2O7)—XP—a示例：REEBC-Yb2SiO5-OP1表示中心粒徑D50≤0.25μm的稀土環(huán)境障涂層用硅酸鐿原始粉末REEBC-Yb2SiO5-AP1表示中心粒徑0.25μm<D50≤15μm的稀土環(huán)境障涂層用硅酸鐿團聚粉末，用于等離子噴涂-物理氣相沉積技術制備熱障涂層REEBC-Yb2SiO5-OP2表示中心粒徑0.25μm<D50≤1μm的稀土環(huán)境障涂層用硅酸鐿原始粉末REEBC-Yb2SiO5-AP2表示中心粒徑15μm<D50≤30μm的稀土環(huán)境障涂層用硅酸鐿團聚粉末，用于等離子噴涂-物理氣相沉積技術或大氣等離子技術制備熱障涂層REEBC-Yb2SiO5-OP3表示中心粒徑1μm<D50≤5μm的稀土環(huán)境障涂層用硅酸鐿原始粉末REEBC-Yb2SiO5-AP3表示中心粒徑30μm<D50≤75μm的稀土環(huán)境障涂層用硅酸鐿團聚粉末，用于大氣等離子技術制備熱障涂層3、主要技術指標確定的依據(jù)——定義了粒度分布系數(shù)用來衡量產品粒度分布情況的參數(shù)，粒度分布系數(shù)=分布寬度/中心粒徑=（D90-D10)/D50。用符號S(10,90)表示。D90為粒徑的體積累積分布中對應于90%的粉體的粒徑，單位為微米 (μm）；D50為粒徑的體積累積分布中對應于50%的粉體的粒徑，單位為微米(μm）；D10為粒徑的體積累積分布中對應于10%的粉體的粒徑，單位為微米(μm）.——規(guī)定了稀土環(huán)境障涂層材料－硅酸鐿粉末產品的化學成分以及主相、稀土雜質、非稀土雜質、灼減、水分含量，見表1。表1化學成分產品牌號REEBC-Yb2SiREEBC-Yb2SiREEBC-Yb2Si2REEBC-Yb2Si2REEBC-Yb2Si2REEBC-Yb2SiREEBC-Yb2SiREEBC-Yb2Si2REEBC-Yb2Si2REEBC-Yb2Si2化學成分量分數(shù)Yb2O386.5±0.676.5±0.6SiO2余量余量雜質含量，不大于稀土雜質0.10Fe2O30.03TiO20.03CuO0.03NiO0.03Al2O30.10Na2O0.10Cl-0.061——規(guī)定了產品的物理性能，見表2。表2物理性能REEBC-Yb2SiO5-OP1REEBC-Yb2SiO5-OP2REEBC-Yb2SiO5-OP3REEBC-Yb2SiO5-AP1REEBC-Yb2SiO5-AP2REEBC-Yb2SiO5-AP3REEBC-Yb2Si2O7-OP1REEBC-Yb2Si2O7-OP2REEBC-Yb2Si2O7-OP3REEBC-Yb2Si2O7-AP1REEBC-Yb2Si2O7-AP2REEBC-Yb2Si2O7-AP3原始粉末中心粒徑D（V，50）/μm≤0.250.25~1--團聚粉末中心粒徑D（V，50）/μm---30~75團聚粉末松裝密度ρtg/cm3---團聚粉末振實密度ρqg/cm3---2.0~4.0團聚粉末粒度分布離散度，不大于---2.5——起草了附錄A，規(guī)定了氧化鐿（Yb2O3）含量的分析方法；——起草了附錄B，規(guī)定