CN105431395A

CN105431395A - 用于热喷涂涂层的电绝缘材料

Info

Publication number: CN105431395A
Application number: CN201480009572.4A
Authority: CN
Inventors: A·沙尔马; J·D·劳奇
Original assignee: Sulzer Metco US Inc
Current assignee: Oerlikon Metco US Inc
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2016-03-23
Also published as: CN111253147A; KR102195620B1; EP2958876B1; JP6584325B2; US20150044486A1; CA2900151A1; CA2900151C; JP2019178423A; US10311996B2; EP2958876A1; EP2958876A4; KR20150120405A; JP2016508548A; WO2014130202A1

Abstract

本文公开用于制备热喷涂涂层的组合物和方法。本发明的组合物包括至少一种在热喷涂温度下电绝缘和/或非升华的组分；和至少一种具有高热膨胀系数的组分。本发明还提供用于由不含尖晶石的材料制备含尖晶石的涂层的组合物和方法；并且还提供用于制备含尖晶石的涂层的非尖晶石材料。本发明包括由所述材料和方法制成的涂层；和包含所述涂层的制品。

Description

用于热喷涂涂层的电绝缘材料

相关申请的交叉引用

该申请要求于2013年2月20日提交的美国临时申请61/766,960的优先权，该申请的内容以它们的全文明确地结合至本文。

发明背景

许多工程应用需要将绝缘层涂布于金属体上，以提供某些功能，例如防止化学、机械、热或电的影响。如今使用的大多数绝缘材料为陶瓷。然而，常常由于陶瓷涂层和下层金属体之间的热膨胀系数差异，在热载荷下在陶瓷涂层中产生高机械应力。这些应力容易导致涂层的裂纹和/或层离。因此，期望具有与待涂布的金属材料相似的热膨胀系数的绝缘材料。

金属通常具有大于10μm/m/K的热膨胀系数，因此仅少数氧化物可用于涂布目的。将例如具有11μm/m/K附近的热膨胀系数的稳定氧化锆作为热障涂层用于涡轮机械组件，和作为高温下的离子导体(电解质)用于例如固体氧化物燃料电池的电设备。然而，氧化锆对来自金属或氧化物溶体侵蚀的抗性低于许多其它材料[参考美国专利6,723,442；6,764,771，其通过引用以它们全文结合至本文]。在离子导电占主导的高温下，氧化锆还失去其电绝缘性质。

对于通过热喷涂方法的涂层的应用，所述绝缘材料另外需要具有合适的性质，以承受过程条件并形成具有期望功能的涂层。例如，MgO具有高熔点、对溶体的充足抗性、高的电绝缘性和13.5μm/m/K的热膨胀系数。这表示，MgO也是用于金属的合适涂料。然而，MgO不是用于热喷涂过程用途的合适的材料，因为MgO在这类过程中出现的高温下分解，且分解产物具挥发性。

由MgO和Al₂O₃的混合物生产的陶瓷具有用于与多种金属组合的良好性质。由MgO和Al₂O₃生产的烧结陶瓷市售可得。它们具有对化学、热和机械侵蚀的高度抗性的优点，并且具有位于11μm/m/K附近的热膨胀系数。然而，这类陶瓷作为涂料仅具有有限的适应性，因为实际上它们不适合通过热喷涂方法涂布。同样在这些陶瓷中，陶瓷的MgO在热喷涂期间出现的高温下蒸发。

美国专利6,723,442描述基于MgAl₂O₄尖晶石和MgO的组合的材料，其生产方法，由施用在金属体上的材料产生的涂层(或层)，以及作为高温燃料电池中的组件的这种涂布金属体的使用。描述述材料包含MgO晶粒，所述晶粒嵌入尖晶石MgAl₂O₄的母体中。

美国专利6,764,771描述用热障涂层涂布的(金属)涡轮叶片，所述热障涂层基于选自以下的尖晶石材料的混合物：CoMg₂O₄、CoFe₂O₄、CoCr₂O₄、CoTi₂O₄、CoAl₂O₄、NiMg₂O₄、NiTi₂O₄、TiMg₂O₄、TiFe₂O₄、TiCr₂O₄和TiAl₂O₄，以及选自以下的氧化物材料：MgO、HfO₂、CoO、NiO和Cr₂O₃和/或它们的组合。

美国专利申请公开US2011/0033779(2011年2月10日)描述用作固体氧化物燃料电池(SOFC)体系的数种材料组成和组合，所述公开以引用将其全文结合至本文。

对包括例如氧化镁和尖晶石，优选MgAl₂O₄的沉积热喷涂涂层的材料和方法仍有需求。

发明概要

意外地发现，可制备用于提供具有可调热膨胀系数(以匹配使用热喷涂过程涂布的金属材料的热膨胀系数)的耐高温电绝缘涂层的材料。还意外地发现，可由不含尖晶石的起始材料在基材上制备包括尖晶石的涂层。

在一个优选的实施方案中，将非尖晶石起始材料热沉积在基材上。在一个优选的实施方案中，将起始材料注入热区，在此处将其加热和/或熔融并随后推进至表面，用于在其上沉积。可通过任何合适的方法和设备完成加热，例如通过使用高温(例如火焰，燃料燃烧，或电弧)。不受理论约束，相信非尖晶石化合物在去往表面的途中反应，从而在去往表面的运行中形成尖晶石。也有可能不形成尖晶石，直到喷料沉积在表面上。

本发明提供包含核部分(包含第一混合物)和包裹部分(包含第二混合物)的材料，第一混合物富含高-CTE材料(组分B1)且贫乏非升华的电绝缘体(组分A1)；第二混合物富含非升华的电绝缘体(组分A2)并贫乏高-CTE材料(组分B2)；且其中组分A1和B1的至少一个具有最大约100微米的平均粒径；和组分A2和B2的至少一个具有最大约20微米的平均粒径；其中包裹部分至少部分包裹核部分。

本发明还提供通过将材料热喷涂于基材上制备的热喷涂涂层。

本发明还提供制造热喷涂涂层的方法，所述方法包括：获得材料；获得基材；并通过将材料通过热喷涂过程施用于基材形成基材上的涂层。

组分A1和A2优选独立地选自以下之一或两者：a)三价或四价金属的一种或多种氧化物，或b)具有粘合性质的一种或多种盐。优选地，组分A1和A2独立地选自以下一个或多个的氧化物：Al、In、Ga、Y、Sc、Mg、Si、Ti、Ge、Zr、Hf、Sn、Nb、Mn或稀土金属。优选地，组分A1和/或A2包含Al₂O₃。

组分B1和B2优选具有至少约10μm/m/K的热膨胀系数。组分B1和B2优选独立地选自以下一个或多个：简单氧化物、双金属氧化物、三金属氧化物、碱金属卤化物、碱性金属卤化物或金属。优选地，组分B1和/或B2包含MgO，基本上由MgO构成，或由MgO构成。

优选地，材料包含多个核。优选地，核包含作为整料或较小颗粒团块中的至少一种的颗粒。优选地，材料包含多个附聚的被包裹的核。优选地，核或多个核进一步包含非导电和非升华的外层。优选地，外层包含以下之一或两者：a)三价或四价金属的一种或多种氧化物，或b)具有粘合性质的一种或多种盐。

优选地，材料基本上不含尖晶石。优选地，材料进一步包含粘合剂。优选地，材料进一步包含分散剂。

优选地，热喷涂涂层包含一种或多种尖晶石。优选地，热喷涂涂层的基材包含铁、钢、铝、铜、Fe-Cr合金、富含Cr的钢、钴、-合金、镍、-合金、青铜或钛。

优选地，热喷涂涂层包含尖晶石。优选地，材料不包含尖晶石，且热喷涂涂层包含尖晶石。优选地，材料包含Al₂O₃，且热喷涂涂层不含Al₂O₃。

附图简述

图1为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图2为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图3为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图4为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图5为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图6为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图7为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图8为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图9为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。

图10显示根据本发明的粉末的形态和横截面；MgO-Al₂O₃“包覆”粉末的SEM粉末图像(500倍)：(a)形态，(b)横截面。

图11显示根据本发明的粉末的形态和横截面；MgO-Al₂O₃“包覆”粉末的SEM粉末图像(500倍)：(a)形态，(b)横截面。

图12显示根据本发明的粉末的形态和横截面；MgO-Al₂O₃“包覆”粉末的SEM粉末图像(500倍)：(a)形态，(b)横截面。

图13显示根据本发明的粉末的形态和横截面；MgO-Al₂O₃“包覆”粉末的SEM粉末图像(500倍)：(a)形态，(b)横截面。

图14显示根据本发明的粉末的形态和横截面；MgO-Al₂O₃“包覆”粉末的SEM粉末图像(500倍)：(a)形态，(b)横截面。

图15显示根据本发明的粉末的形态和横截面；MgO-Al₂O₃“包覆”粉末的SEM粉末图像(500倍)：(a)形态，(b)横截面。

图16显示根据本发明的粉末的形态和横截面；MgO-Al₂O₃“包覆”粉末的SEM粉末图像(200倍)：(a)形态，(b)横截面。

图17显示MgO/氮化铝粉末的XRD图案，和由此制成的在钢基材上的涂层。

图18为根据实施例1制备的材料的XRD图案。

图19为通过热喷涂根据实施例1制备的材料而制备的涂层的XRD。

图20为根据实施例2制备的材料的XRD图案。

图21为通过热喷涂根据实例2制备的材料而制备的涂层的XRD。

图22显示MgO-Al₂O₃粉末的SEM粉末图像(500倍)：(a)形态，(b)横截面。

图23显示MgO-Al₂O₃粉末的SEM粉末图像(500倍)：(a)形态，(b)横截面。

发明简述

本发明描述用于提供具有可调热膨胀系数(以匹配使用热喷涂过程的涂布金属材料的热膨胀系数)的耐高温电绝缘涂层。本发明基于团块的独特结构，所述结构使得一些至今不能通过热喷涂处理的公知合适的材料可被热喷涂。材料的核可以为金属或陶瓷，且这些材料具有＞10μm/m/K的热膨胀系数。此外，核涂层或外层优选与核材料电绝缘，且适用于热喷涂应用。

优选该结构中没有或基本上没有包含尖晶石。这与美国专利6,723,442相反，所述专利中教导起始材料中有尖晶石。不需要以尖晶石材料开始，或使用包含尖晶石的起始材料。而是相信在加热和/或再加热材料的情况下，尖晶石在去往待涂布表面的材料流中或在其自身表面上形成。

起始材料优选包含粉末，所述粉末包含两种或更多种不同组合物的颗粒，所述组合物包含组分A和/或B。

组分A为电绝缘的组分，且在材料沉积温度下不(或不会可觉察地)升华或蒸发(绝缘的非升华组分)。如果组分A与组分B反应(如下所述)，则反应产物优选电绝缘。反应产物优选包含尖晶石。组分A优选包含在热喷涂条件下能与组分B反应的任何化合物或材料(除了尖晶石)，以在表面上形成尖晶石。合适的组分A包括三价或四价金属的氧化物或盐。优选的氧化物包括以下一种或多种：Al₂O₃、In₂O₃、Ga₂O₃、Y₂O₃、Sc₂O₃、SiO₂、TiO₂、GeO₂、ZrO₂、HfO₂、SnO₂、NbO₂、MnO₂或稀土氧化物(REO)。对于组分A合适的盐包括以下一种或多种：硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、乙酸盐、磷酸盐、氯化物和硼酸盐。两种或更多种组分A材料的组合也为合适的。尤其优选的组分A包含Al₂O₃，基本上由Al₂O₃构成或由Al₂O₃构成。

当使用时，所述盐可优选地提供以下功能之一或两者，优选两者。所述盐优选作为较大颗粒的粘合剂。所述盐优选地与组分B反应，或可以与组分B反应。反应产物优选包括尖晶石。当组分A包含盐，基本由盐构成或由盐构成时，组分A的一些优选的盐包括：

-硝酸盐和含有硝酸盐和/或亚硝酸盐的水；

-硫酸盐和含有硫酸盐和/或硫化物的水；

-碳酸盐和含有碳酸盐的水；

-乙酸盐和含有乙酸盐的水；

-磷酸盐和含有磷酸盐和/或磷化物的水；

-氯化物和含有氯化物和/或亚氯酸盐的水；

-硼酸盐和含有硼酸盐的水。

组分B为除组分A之外具有高热膨胀系数(CTE)的组分。优选地，组分B具有的CTE接近于或大于施用涂层的基材的CTE。在一个优选的实施方案中，组分B的CTE大于或为约10μm/m/K。组分B优选包括在热喷涂条件下能与组分A反应的任何化合物或材料(除了尖晶石)，以在表面上形成尖晶石。优选地，组分B更高的CTE可用于调整涂层的CTE，以匹配基材的CTE。

基材可以是任何可在其上施用热喷涂涂层的材料。优选地，基材为或包含金属，优选铁、钢、铝、铜、合金、富含Cr的钢、钴、-合金(例如钴基超合金)、镍、Ni-合金(例如镍基超合金)、青铜或钛。基材可包含可在其上施用热喷涂的任何部件。优选地，基材可为气体或喷射式涡轮、SOFC组件、高温机器中的电部件、引擎组件、铸模、等离子刻蚀室组件等。

组分B优选包含简单氧化物(例如MgO)或双金属氧化物(例如Li₂TiO₃)或多金属氧化物(例如Pb_xZr_(1-x)TiO₃)。尤其优选的组分B包含氧化镁(MgO)，基本由MgO构成或由MgO构成。另一种优选的组分B为具有下式的氧化物：Z_(1-2)MO_3-4，其中Z＝碱金属(Li、Na、K、Rb、Cs)、Ba或Mg；M＝第族元素(Ti、Hf、Zr、Si、Ge、Sn、Pb)，和O＝氧。也参见美国专利3,833,387，所述专利以引用结合至本文。

在另一个实施方案中，组分B包含碱金属卤化物或碱性金属卤化物。优选的卤化物为氟化物。还参见美国专利5,043,305，所述专利通过引用以其全文结合至本文。

在另一个实施方案中，组分B包含具有高CTE的金属或合金。一些优选的实例包括第IV族金属、第VIII族金属、第IB族金属、第IIB族金属或任何这些的任何导电合金，或包含这些中的至少一种。

当微混合物1和2各自包含组分A时，微混合物1中的组分A可与微混合物2中的组分A相同或不同。优选地，组分A在微混合物1和2中相同。类似地，当微混合物1和2各自包含组分B时，微混合物1中的组分B可与微混合物2中的组分B相同或不同。优选地，组分B在微混合物1和2中相同。

如图1中示意性所示，一个优选实施方案包含具有富含(例如＞50摩尔％)组分B和贫乏(例如＜50摩尔％)组分A的核的颗粒(微混合物1)。核在其上具有富含(例如＞50摩尔％)组分A和贫乏(例如＜50摩尔％)组分B的核涂层(微混合物2)。颗粒可另外包含任选的外层。微混合物1或2的任一个或两者可另外包含其它组分，例如非尖晶石氧化物。这些颗粒还可另外包含任选的外层(例如组分C)。富含组分A(或B)的混合物包括100％A(或B)的组成。在一个优选的实施方案中，组分A包含Al₂O₃，组分B包含MgO，且组分C包含以下一个或多个：Co-氧化物、Mn-氧化物、ZnO、NiO、TiO₂或Cr₂O₃。

本文中使用的“富含”特定组分是指所述组成包含混合物的多数、优选大部分摩尔百分数。优选地，“富含”表示该组合物的至少50摩尔％，更优选为至少60摩尔％、70摩尔％或80摩尔％，和包括100％，或基本上100％。类似地，本文所用的“贫乏”特定的组分是指所述组合物包含混合物的少数摩尔百分数。优选地，“贫乏”表示少于该组分的50摩尔％，更优选为最多40摩尔％、30摩尔％或20摩尔％，和不包括或基本上不包括该组分。

当组分B包含电导材料时，优选任何电子上绝缘的外层。完成这一点的一个优选的方法包括向核-壳颗粒施加外层，例如示于图1。该外层可包含任何合适的电绝缘的材料组分C。在一个优选的实施方案中，组分C包含非升华的电绝缘体(例如组分A材料)，基本上由非升华的电绝缘体构成或由非升华的电绝缘体构成。

完成这一点的另一个优选的方法包括使用电绝缘的微混合物2。只要微混合物2不导电，则微混合物2可包含导电材料(例如组分B材料)。

在一个优选的实施方案中(例如按照图1)，微混合物1包含富含组分B(＞50摩尔％)的A和B的混合物，且任一组分的粒径＜20微米(优选＜5微米)。在一个优选的实施方案中，微混合物2包含富含组分A(＞50摩尔％)的A和B的混合物，且任一组分的粒径＜20微米(优选＜5微米)。

在另一个优选的实施方案中(例如按照图2)，微混合物1包含富含组分B(＞50摩尔％)的A、B和C的混合物，且任一组分的粒径＜20微米(优选＜5微米)。在一个优选的实施方案中，微混合物2包含富含组分A(＞50摩尔％)的A、B和C的混合物，且任一组分的粒径＜20微米(优选＜5微米)。当微混合物包含组分A、B和C时，组分A优选包含Al₂O₃，且组分C优选包含除Al₂O₃之外非升华的电绝缘体。数种其它结构和优选实施方案示意性地示于图3-9。

可使用任何量的组分A和B，以获得表面上合适的涂层，并可使用本公开作为指导由本领域普通技术人员作出调节。优选地，所用组分A和B的量适于形成包含尖晶石和MgO的涂层。通过调节起始材料中组分A和B的相对量，可调节形成于表面上的MgO和尖晶石的比例。因为尖晶石和MgO通常具有不同的热膨胀系数(CTE)，因此可通过调节例如核和/或核涂层中A和B的比例来控制涂层的CTE，优选获得目标CTE。

可按期望或所需颠倒微混合物1和2的顺序。即，核可包含微混合物2，且核涂层可包含微混合物1。在一个优选的实施方案中，核涂层中更高的Al₂O₃组成(例如富含Al₂O₃的核涂层)可在加热或喷涂期间有助于防止MgO的蒸发损失。

在另一实施方案中，通过合适地选择组分A和B的比例，可在沉积涂层中自然地产生将具有在电绝缘性、热膨胀系数或两者方面期望性质的结构(尖晶石+MgO)。

根据该本发明的材料还可包含其它成分，例如粘合剂或分散剂。

可使用任何合适量的粘合剂，以获得材料期望的粘合。任选粘合剂，使得粘合剂的量没有特定的下限。一些盐(例如组分A的盐)具有粘合性质，其可降低或消除任何对粘合剂的需求。当使用时，一般按以下量使用粘合剂：少于或约15重量份，更优选少于或约10重量份，更优选少于或约6重量份，更优选3重量份，更优选少于约2重量份，相对于组分A、B和(若存在)C的100重量份。一些优选的实施方案具有约10、6、3或1重量份的粘合剂，或没有粘合剂。一些优选的粘合剂包括聚乙烯醇(PVA)、聚维酮(PVP)、羧甲基纤维素(CMC)、石蜡和它们的组合。

可任选地使用分散剂，例如，以改进和/或促进材料的制备。任选分散剂，使得分散剂的量没有特定的下限。当使用时，一般以相对于组分A、B和(若存在)C的重量的少于约2重量份、更优选少于约1重量份的量使用分散剂。一些优选实施方案具有约0.5重量份的分散剂。可使用任何合适的分散剂，并且可由本领域普通技术人员决定。非限制性优选分散剂包括阴离子聚电解质，例如AA4144(由BASF制造)或(得自SanNopcoLimited，日本)。

在一个实施方案中，任选的最外层(图1)可扩展至一种或多种非常大量的其它合适的元素和/或化合物。当该层与内层反应时，可产生其它期望的组成。例如，如果外层具有CoO且微混合物2层具有例如纯净的Al₂O₃，则它们可产生CoAl₂O₄。

图1中应用了这一相同的想法(无任选的外层)，其仅具有核和壳(核涂层)，但各自可具有3种可能的组分(A、B和C)，其中C可扩展至非常大量的其它合适的元素和/或化合物。

核和涂布颗粒的形状(例如，示意性地示于图1和图2)不受限，并且可具有任何形状或构型。另外，例如图3所示，可存在多个核，且核可为不规则形状。

可使用任何厚度的核涂层(例如微混合物2)。在一个优选的实施方案中，核涂层2的厚度通常为至少0.1微米，更优选至少1或2微米。在一个优选的实施方案中，核涂层的厚度为最多15微米，更优选12或8微米。优选的范围为0.1-15微米。

颗粒可为任何尺寸。颗粒(例如图1-9所示)可为整料的或附聚的。颗粒优选具有允许用于热喷涂设备以将涂层施用于表面的尺寸。在不限制本发明的情况下，作为一般情况，平均粒径将小于100微米，更优选小于50微米，更优选小于20微米。作为一般情况，平均粒径将为至少0.5微米，更优选至少1微米，更优选至少4微米。

在一个优选的实施方案中，对于微混合物2，颗粒涂层包含氧化物，并且不包含盐。

在另一个优选的实施方案中，核为金属或包含金属，且颗粒包含电绝缘的材料涂层，例如核涂层和/或外层。

另一个优选实施方案示于图9，其中具有例如小于10微米尺寸的多核用组分A包覆。用于该包覆的组分A为盐或包含盐。

可见于图3和图4，可存在附聚的多个经涂布的核。图3中，组分B完全包裹在组分A中。图4中，组分B部分包裹在组分A中，且在很小程度上未被包裹。核上的涂层可低至100纳米，并且可高达约10微米。

可在施用核涂层之前，以多种方式处理核。如图6-9所示，核和/或颗粒可为规则或不规则的形状。例如，可融合并压碎多个核，随后使之附聚，以获得多种结构。当核附聚时，组分A可作为涂层或胶合物。一些显示根据该本发明的材料的形态和横截面的STM示于图10-16。

可按任何方式施用本发明的材料，优选通过热喷涂涂布。热喷涂(经常还称为火焰喷涂)为一组过程，其中加热细分原材料并以单独颗粒或微滴推进至待涂布的表面(基材)上。热喷涂焰炬(或枪)通过使用可燃气体或电弧产生必要的热量。当材料加热后，它们转化为塑性态或熔融态，并通过朝向基材的压缩气流限制和加速。颗粒击打基材，平化，并形成薄的小片(薄板)，其顺应并附着于所制备的基材和彼此的不规则性。当喷涂颗粒撞击表面时，它们冷却并逐层构建为形成热喷涂涂层的层状结构。

实施例

实施例1

根据本发明制造粉末，其包含80重量份MgO；20重量份Al₂O₃；1重量份粘合剂(PVA)，和0.5重量份AA4144分散剂。

将所有的Al₂O₃和总MgO的10％湿磨至＜3um，以产生细尺寸的紧密混合物。将剩余的MgO(尺寸稍微更粗)随PVA、分散剂和以上产生的混合物一同加入DI水。将最终浆料的粘度保持在6.7s(赞恩杯#_4)(Zahncup)。随后将产生的浆料喷涂干燥，以实现期望的粒径。产生的粉末具有核-壳结构和16-17um的平均粒径。材料的XRD示于图18。显示形态和横截面的SEM图像示于图22。

实施例2

根据本发明制造粉末，其包含80重量份MgO；20重量份Al₂O₃；1重量份粘合剂(PVA)，和0.5重量份分散剂DISPEX

将所有的Al₂O₃和MgO湿磨至＜3um，以产生细尺寸的紧密混合物。将DI水连同PVA和DISPEX一同加入混合物，以调节其性质。将最终浆料的粘度保持在7.5s(赞恩杯#4)。随后将产生的浆料喷涂干燥，以实现期望的粒径。产生的粉末具有16-17um的平均粒径，且是被认为具有与图10类似的结构的紧密混合物。材料的XRD示于图20。显示形态和横截面的SEM图像示于图23。

实施例3-MgO-尖晶石涂层

将来自实例1和2的材料用于制造涂层。为了对比目的，涂层由含有尖晶石的对比材料制成，所述材料包含作为主相的MgO和作为次相的MgAl₂O₄，所述对比材料根据美国专利6,723,442制成。

使用9MB焰炬，G喷嘴和标准电极以及粉末口夹具，使用单一#2或#6粉末口，将粉末热喷涂在1“x3”的铝基材上。载气流量为3.7或2.7nlpm，和粉末进料速率为22.5g/min。表面速度为150ft/min，转速为48rpm，部件直径为12英寸，步长为0.19英寸，和横向速率为4mm/s。在2.5英寸的喷涂距离下，将材料喷射在铝基材上。其它参数示于表1。

表1

1)4mm/s的一个预热循环；多涂层/PT1220。

2)4mm/s的一个预热循环；2分钟DE(3个循环)；多涂层/PT1220。

随后通过X射线衍射分析热喷涂的层L1、L2、L3以及对比实施例。结果示于表2。L1和L2的XRD分别示于图19和21。

表2

尽管实施例1和2的粉末不含有尖晶石，但由此制备的涂层意外地含有有效量的尖晶石。另外，尽管实施例1和2的粉末包含显著量的Al₂O₃，但意外地在涂层中未检测到Al₂O₃。

实施例4

使用常规的喷涂干燥系统通过附聚制成盐基粉末。浆料含有平均直径为2-5μm的MgO粉末和水溶性的氧化铝亚硝酸盐(Al(NO₃)₃·9H₂O)。重量比为80％MgO和20％盐。水在附聚过程中用作载体。相信盐在喷涂干燥过程中起胶合团块的粘合剂的作用。相信单独团块的微结构与图8或9相似。

使用具有氢作为燃烧气体的常规HVOF焰炬(2600)热喷涂粉末。使用普通钢基材。焰炬的轨道为曲折图案。

图17显示MgO和氮化铝粉末(较低的线)以及通过热喷涂由其制成的涂层(较高的线)的XRD图。可见，粉末的XRD显示出它包含MgO。相信不能检测出铝盐是因为喷涂干燥制造过程致使铝盐为非晶。然而，涂层显示出纯MgO和Al₂O₃(刚玉)的反射。主峰为作为基材的铁，其仅用薄(5-10μm)涂层覆盖。这证明，可通过热喷涂沉积通过次要相(刚玉或尖晶石)胶合的MgO。

本文显示的细节作为实例，且仅用于本发明的实施方案的说明性讨论的目的，并且为提供被认为是本发明最有用和容易理解的原则和概念方面的描述而提出。就此而言，没有试图比基本理解本发明所必须的更为详细地显示本发明的结构细节，连带附图的描述使得本领域技术人员显而易见如何可将本发明的数种形式体现在实践中。

注意到已提供前述实施例仅为说明目的，且不以任何方式解释为对本发明的限制。虽然已参考示例性实施方案描述本发明，但应理解本文中已用的词语是描述和说明的词语，而不是限制的词语。可在所附权利要求目前说明和修改的范围内，在其各方面不脱离本发明的范围和精神的情况下作出改变。虽然本文已参考特定的方法、材料和实施方案描述本发明，但本发明不旨在受本文公开的细节限制；而本发明扩展至例如在所附权利要求目前说明和修改的范围内的功能等价的结构、方法和用途。

Claims

1.包含核部分和包裹部分的材料，所述核部分包含第一混合物，且所述包裹部分包含第二混合物，

所述第一混合物富含高-CTE材料(组分B1)并贫乏非升华的电绝缘体(组分A1)；

所述第二混合物富含非升华的电绝缘体(组分A2)并贫乏高-CTE材料(组分B2)；和

其中组分A1和组分B1中的至少一个具有最大约100微米的平均粒径；和

组分A2和组分B2中的至少一个具有最大约20微米的平均粒径；

其中所述包裹部分至少部分包裹所述核部分。

2.权利要求1的材料，其中组分A1和组分A2独立地选自以下之一或两者：a)一种或多种三价或四价金属的氧化物，或b)一种或多种具有粘合性质的盐。

3.权利要求1或2的材料，其中组分A1和组分A2独立地选自以下一个或多个的氧化物：Al、In、Ga、Y、Sc、Mg、Si、Ti、Ge、Zr、Hf、Sn、Nb、Mn或稀土金属。

4.权利要求1-3中任一项的材料，其中组分A1和组分A2包含Al₂O₃。

5.权利要求1-4中任一项的材料，其中组分B1和组分B2之一或两者具有至少约10μm/m/K的热膨胀系数。

6.权利要求1-4中任一项的材料，其中组分B1和组分B2独立地选自以下一个或多个：简单氧化物、双金属氧化物、三金属氧化物、碱金属卤化物、碱性金属卤化物或金属。

7.权利要求1-6中任一项的材料，其中组分B1和组分B2包含MgO。

8.权利要求1-7中任一项的材料，其包含多个核。

9.权利要求8的材料，其中所述核包含作为整料或较小颗粒团块中的至少一种的颗粒。

10.权利要求1-9中任一项的材料，其包含多个附聚的被包裹的核。

11.权利要求1-10中任一项的材料，其中所述核或多个核进一步包含非导电和非升华的外层。

12.权利要求11的材料，其中所述外层包含以下之一或两者：a)三价或四价金属的一种或多种氧化物，或b)一种或多种具有粘合性质的盐。

13.权利要求1-12中任一项的材料，其中所述材料基本上不含尖晶石。

14.权利要求1-13中任一项的材料，其进一步包含粘合剂。

15.权利要求1-14中任一项的材料，其进一步包含分散剂。

16.通过将权利要求1-15中任一项的材料热喷涂在基材上制备的热喷涂涂层。

17.权利要求16的热喷涂涂层，所述热喷涂涂层包含一种或多种尖晶石。

18.权利要求16或17的热喷涂涂层，其中所述基材包含以下至少之一：铁、钢、铝、铜、Fe-Cr合金、富含Cr的钢、钴、Co-合金、镍、Ni-合金、青铜或钛。

19.制造热喷涂涂层的方法，所述方法包括：

获得根据权利要求1-15中一项或多项的材料；

获得基材；和

通过由热喷涂过程将所述材料施用于所述基材在所述基材上形成涂层。

20.权利要求19的方法，其中所述材料不含尖晶石，且所述热喷涂涂层包含尖晶石。

21.权利要求19或20的方法，其中所述材料包含Al₂O₃，且所述热喷涂涂层不包含Al₂O₃。

22.权利要求19-21中任一项的方法，其中所述基材包含以下至少之一：铁、钢、铝、铜、Fe-Cr合金、富含Cr的钢、钴、Co-合金、镍、Ni-合金、青铜或钛。