CN105016716A - 一种低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层的制备方法 - Google Patents

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陈照峰
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Abstract

本发明公开了一种低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层的制备方法,包括以下制备步骤：1、基体处理，2、陶瓷浆料的制备，3、料浆喷涂，4、试样干燥，5、试样预烧结，6、等离子喷涂，7、试样热处理；所制备的低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层可以解决现有技术中存在的涂层高导热，ZrSiO4分解，分层开裂等问题。该方法可通过控制喷涂次数和热喷涂的工艺参数来控制内外涂层的厚度，同时通过控制添加聚乙烯醇的比例来控制内层的孔隙率。

Description

一种低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层的制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷涂层的制备技术领域，具体涉及一种低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层的制备方法。
背景技术
硅酸锆(ZrSiO4)陶瓷材料具有较高的熔点(2250 ℃)、低的热导率[1300℃为1.68(W/m·℃)]和非常低的氧离子扩散率(在高温下约为YSZ的1%)，这些特性使得硅酸锆作为高温热障/热防护涂层材料具有良好的应用前景。ZrSiO4陶瓷涂层同时具有优异的耐高温抗氧化特性，能够承受1500℃以上的高温，且能够保护基体不被氧化。然而在一些特殊领域，例如高速飞行器上，由于气动加热使材料表面温度迅速升高，材料受热膨胀，造成内部很大的热应力，从而引发裂纹，降低材料的使用寿命。而一般陶瓷涂层导热系数高，基本起不到隔热作用。这就需要在其表面制备复合陶瓷涂层以降低涂层的导热率。
众所周知，涂层致密，则其抗氧化性能优越，高温下氧气渗透率低。然而涂层越是致密则其导热系数越高。空隙率越大，则其导热系数越低。为了兼顾涂层的抗氧化性和隔热性能，结合二者的优势，采用复合涂层是解决这一问题的有效方法。将孔隙率高的陶瓷涂层作为内层，因为其孔隙率高，热阻大，导热系数低，故其绝热效果好，同时其结构疏松，涂层不会因其热应力大而开裂脱落；将致密无缺陷的陶瓷涂层作为外层，起到隔绝空气，防止氧气的渗透的作用，通过内外两层复合即可获得一种高温抗氧化绝热复合陶瓷涂层。
为了获得孔隙率高，导热系数低的内层硅酸锆涂层，选用热解产物少，杂质含量低的聚乙烯醇作为造孔剂，通过控制聚乙烯醇的含量即可控制孔隙率的多少。文献“等离子喷涂制备的ZrSiO4陶瓷涂层性能的研究，朱晖朝，李福海，王枫. 广东有色金属学报，2005，15(1): 30-32”和文献“大气等离子喷涂ZrSiO4涂层的物相转变行为，钱扬保，张伟刚. 硅酸盐学报，2008，36(8): 1103-1108”介绍了等离子喷涂制备的ZrSiO4陶瓷涂层的性能，采用热喷涂所制备的ZrSiO4陶瓷涂层与基材结合良好，涂层致密，然而ZrSiO4在等离子喷涂过程中容易发生分解，形成ZrO2和SiO2的两相组织涂层，这对硅酸锆涂层在高温下的使用性能将会产生重要影响。本发明在ZrSiO4陶瓷内层制备过程中采用低温预烧结，其目的是使得内涂层中的聚乙烯醇完全分解，形成孔洞；同时使得未反应完全的ZrO2和SiO2与外层中的ZrO2和SiO2共同反应烧结，使内外层紧密结合。本发明中最后一步热处理目的是使在热喷涂过程ZrSiO4涂层中分解的ZrO2与SiO2以及内层中未反应完全的ZrO2与SiO2在高温热处理温度下转变成稳定的ZrSiO4涂层。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层的制备方法，可以解决现有技术中存在的涂层高导热，ZrSiO4分解，分层开裂等问题。该方法可通过控制喷涂次数和热喷涂的工艺参数来控制内外涂层的厚度，同时通过控制添加聚乙烯醇的比例来控制内层的孔隙率；该方法具有简单、灵活、高效且易于工业化应用的特点。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）基体处理：使用200目，500目，800目砂纸逐次研磨至基体表面光滑平整，然后将研磨后的基体放入蒸馏水中超声清洗15～25min，清洗后将基体放入烘箱，在70～80℃下烘干2～3h；
（2）陶瓷浆料的制备：将SiO2、ZrO2、MgO混合物和去离子水混合，其固含量为60%，其中SiO2、ZrO2、MgO原料粉末中，质量比为SiO2、ZrO2、MgO = 48:61.5:5，以氧化锆球为磨球，将原料粉末和去离子水的混合物以及氧化锆置于篮式研磨机中研磨6h，之后将聚乙烯醇溶液加入到研磨后的混合物中，继续研磨1h，制备成ZrSiO4陶瓷料浆，其中加入的聚乙烯醇溶液与原料粉末和去离子水的混合物的质量比为1:10～1:2；
（3）料浆喷涂：将制备好的陶瓷料浆装入空气雾化喷枪中，使喷枪垂直于试样表面，将陶瓷料浆喷涂在基体的表面，形成陶瓷粉体层；
（4）试样干燥：将制备好粉体层的试样在室温下放置24h；
（5）试样预烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，预烧结温度为800℃，烧结气氛为N2，压力为0.15MPa，烧结时间为0.5～1h；
（6）等离子喷涂：选用ZrSiO4粉体作为热喷涂原料，以氩气和氢气作为工作气体，在预烧结后的试样表面通过等离子喷涂制备一层ZrSiO4外涂层；
（7）试样热处理：将制备好的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200～1500℃，烧结气氛为N2，压力为0.15MPa，烧结时间为1～2h；
步骤（3）中所述SiO2、ZrO2、MgO原料粉末颗粒直径为20～60μm，所述聚乙烯醇溶液溶度为5～20%，所述氧化锆球直径为2mm，氧化锆球和固体原料粉末的质量比为2:1。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1）由于本发明所制备的涂层内层多孔外层致密，故所得到的硅酸锆涂层兼具耐高温、抗氧化、低热导性能；
2）由于内外层涂层共同参与反应，故而结合紧密；
3）涂层厚度可控。通过控制料浆的喷涂次数和热喷涂的工艺参数，来控制内外涂层的厚度；
4）内层涂层中的空隙含量可控；
5）本发明解决了陶瓷涂层与基体结合由于热应力而导致涂层开裂的问题。由于本发明中内涂层疏松多孔，故而热应力低，涂层在制备过程中不易开裂。
附图说明
图1为涂层的XRD图谱。
图2为涂层的截面形貌；其中[10]为基体材料，[20]为内层ZrSiO4陶瓷涂层，[30]为外层ZrSiO4陶瓷涂层。
图3为涂层的外涂层表面形貌。
图4为涂层的内涂层表面形貌。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例一
   本实施例是一种低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）基体处理：使用200目，500目，800目砂纸逐次研磨至基体表面光滑平整，然后将研磨后的基体放入蒸馏水中超声清洗20min，清洗后将基体放入烘箱，在80℃下烘干2h；
（2）陶瓷浆料的制备：将SiO2、ZrO2、MgO混合物和去离子水混合，其固含量为60%，其中SiO2、ZrO2、MgO原料粉末中，质量比为SiO2、ZrO2、MgO = 48:61.5:5，SiO2、ZrO2、MgO原料粉末颗粒直径为20～30μm，以氧化锆球为磨球，将原料粉末和去离子水的混合物以及氧化锆置于篮式研磨机中研磨6h，氧化锆球直径为2mm，氧化锆球和固体原料粉末的质量比为2:1，之后将溶度为10%聚乙烯醇溶液加入到研磨后的混合物中，继续研磨1h，制备成ZrSiO4陶瓷料浆，其中加入的聚乙烯醇溶液与原料粉末和去离子水的混合物的质量比为1:5；
（3）料浆喷涂：首先，将制备好的陶瓷料浆装入空气雾化喷枪中，使喷枪垂直于试样表面，将陶瓷料浆喷涂在基体的表面，形成陶瓷粉体层；
（4）试样干燥：将制备好粉体层的试样在室温下放置24h；
（5）试样预烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，预烧结温度为800℃，烧结气氛为N2，压力为0.15MPa，烧结时间为0.5h；
（6）等离子喷涂：选用ZrSiO4粉体作为热喷涂原料，以氩气和氢气作为工作气体，在预烧结后的试样表面通过等离子喷涂制备一层ZrSiO4外涂层；
（7）试样热处理：将制备好的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1500℃，烧结气氛为N2，压力为0.15MPa，烧结时间为2h。
表 1  不同材料陶瓷涂层热导性能对比
陶瓷种类 导热系数
SiC陶瓷涂层 10～30W/mK
莫来石陶瓷涂层 1～5 W/mK
HfO2陶瓷涂层 0.8～2 W/mK
ZrO2陶瓷涂层 0.2～1.5 W/mK
致密 ZrSiO4陶瓷涂层 2～5 W/mK
本发明ZrSiO4复合陶瓷涂层 0.1～0.6 W/mK

Claims (2)

1.一种低热导ZrSiO4复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）基体处理：使用200目，500目，800目砂纸逐次研磨至基体表面光滑平整，然后将研磨后的基体放入蒸馏水中超声清洗15～25min，清洗后将基体放入烘箱，在70～80℃下烘干2～3h；
（2）陶瓷浆料的制备：将SiO2、ZrO2、MgO混合物和去离子水混合，其固含量为60%，其中SiO2、ZrO2、MgO原料粉末中，质量比为SiO2、ZrO2、MgO = 48:61.5:5，以氧化锆球为磨球，将原料粉末和去离子水的混合物以及氧化锆置于篮式研磨机中研磨6h，之后将聚乙烯醇溶液加入到研磨后的混合物中，继续研磨1h，制备成ZrSiO4陶瓷料浆，其中加入的聚乙烯醇溶液与原料粉末和去离子水的混合物的质量比为1:10～1:2；
（3）料浆喷涂：首先，将制备好的陶瓷料浆装入空气雾化喷枪中，使喷枪垂直于试样表面，将陶瓷料浆喷涂在基体的表面，形成陶瓷粉体层；
（4）试样干燥：将制备好粉体层的试样在室温下放置24h；
（5）试样预烧结：将干燥后的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，预烧结温度为800℃，烧结气氛为N2，压力为0.15MPa，烧结时间为0.5～1h；
（6）等离子喷涂：选用ZrSiO4粉体作为热喷涂原料，以氩气和氢气作为工作气体，在预烧结后的试样表面通过等离子喷涂制备一层ZrSiO4外涂层；
（7）试样热处理：将制备好的试样放到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200～1500℃，烧结气氛为N2，压力为0.15MPa，烧结时间为1～2h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于权利要求1中步骤（3）所述SiO2、ZrO2、MgO原料粉末颗粒直径为20～60μm；所述聚乙烯醇溶液溶度为5～20%；所述氧化锆球直径为2mm，氧化锆球和固体原料粉末的质量比为2:1。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115259879A (zh) * 2022-07-18 2022-11-01 浙江星辉新材料科技有限公司 一种碳纤维隔热保温板及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103011787A (zh) * 2012-12-20 2013-04-03 淄博和润研磨材料科技有限公司 一种硅酸锆陶瓷研磨介质及其制备方法
CN104130012A (zh) * 2014-07-10 2014-11-05 陕西科技大学 红外加热双脉冲电泳沉积制备ZrSiO4-SiO2复合涂层的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103011787A (zh) * 2012-12-20 2013-04-03 淄博和润研磨材料科技有限公司 一种硅酸锆陶瓷研磨介质及其制备方法
CN104130012A (zh) * 2014-07-10 2014-11-05 陕西科技大学 红外加热双脉冲电泳沉积制备ZrSiO4-SiO2复合涂层的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王坚青: ""硅酸锆粉体合成及其涂层制备的研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
马小冲 等: ""玻璃窑炉用钼电极表面抗氧化涂层的研究"", 《稀有金属与硬质合金》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115259879A (zh) * 2022-07-18 2022-11-01 浙江星辉新材料科技有限公司 一种碳纤维隔热保温板及其制备方法

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