CN108467265A - 一种热障涂层用核壳结构粉末及其制备方法与应用、发动机部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热障涂层用核壳结构粉末及其制备方法与应用、发动机部件，属于材料领域。制备方法包括：混合8YSZ和La2Zr2O7粉末，得混合粉末，然后经造粒，烧结，等离子体高温处理，得以La2Zr2O7材料为壳、8YSZ材料为核的热障涂层用核壳结构粉末。上述制备方法简单，易操作，耗时短。制备而得的热障涂层用核壳结构粉末具有良好膨胀系数、断裂韧性、热力学稳定性以及热导率等。将其用于生产发动机部件，能够使得发动机部件适应更加恶劣的高温、高压和强腐蚀工作环境。生产材料中含有上述热障涂层用核壳结构粉末的发动机部件，可延长发动机部件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，且特别涉及一种热障涂层用核壳结构粉末及其制备方法与应用、发动机部件。
背景技术
随着航空燃气涡轮发动机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展，燃烧室中的燃气温度和压力不断提高，而现有的高温合金和冷却技术难以满足需要，为此，发展热障涂层技术是必然的发展趋势。热障涂层(TBCs)，又称隔热涂层，是一种陶瓷保护层，通过涂覆工艺将陶瓷材料沉积在高温合金热端部件表面，将部件与高温燃气隔离，利用陶瓷的低导热性，使高温燃气和金属部件之间产生很大的温降，以达到保护热端部件、提高燃气热效率和延长热机寿命的目的。
经过几十年的研究，高温合金的使用温度已经能够达到1050℃，结合定向凝固、单晶技术和先进的气膜冷却技术可使高温合金承受1400℃的高温，但却不可避免的降低了发动机的热效率。通过对目前的研究结果分析，想要通过冷却技术的继续突破、基体材料的进一步研究和发动机结构的改进使叶片适应大幅的温度提高已经十分困难。但发动机燃烧室中服役温度和压力的不断升高是未来发展的必然趋势，其工作温度自上世纪四十年代以几乎保持15℃/年的上升速率，燃气压力更是升高了近3倍，当前热端部件的工作温度在1400-1500℃，燃气温度已达到1600℃上，可能很快达到1930℃，所以研究热障徐层对于使热端部件工作温度提高的同时保证热效率意义重大。
过去30年广泛使用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)作为热障涂层表层陶瓷材料。但YSZ热障涂层1200℃以上使用时的相变缺陷阻碍了其进一步高温条件的使用。所以需要寻找更优实际高温使用性能的热障材料，并详细研究相应涂层组成、加工过程质量控制、失效机理、无损检测、寿命预测等，这些是适应燃烧室温度向高流量比、高进口溫度方向的发展这一必然趋势，也是目前及未来热障涂层领域研究的热点与重点。
寻找新型热障材料的首要条件是低的高温热导率，目前对于取代YSZ使用的热障涂层的研究重点主要包括对于热障陶瓷材料和涂层使用性能的模拟与试验。寻找合适的低热导率材料是热障涂层技术发展的物质基础，利用模拟及试验确定材料的高温可使用性能，利用合适的方法实现粉体大量生产，制备高能量效率和寿命的涂层以达到提高发动机热效率是研究的最终目的。
作为热障涂层材料使用的最主要依据是要有尤其低的高温热导率和比基体与粘结层之间形成的氧化物更好的热力学稳定性，目前主要使用最低热导率理论结合材料参数来确定材料是否可以取代YSZ应用在更高温度场合，寻找替代材料的三大主要难点：一是首选的低热导率的三组元氧化物太多，二是热力学稳定性的评价试验很复杂，三是如何提高并稳定孔隙率以保证更大程度的隔热。基于第一条低热导率标准兴起了众多可能取代YSZ用在热障涂层上的新型热障涂层材料。
现在广泛使用8YSZ的新型热障涂层材料中A2B2O7型稀土锆酸盐在热障涂层领域体现出巨大的发展潜力，但传统热障涂层材料8YSZ具有使用温度低、容易相变等缺点，而A2B2O7型中的La2Zr2O7具有热膨胀系数低、断裂韧性低等缺点。
如何能够将8YSZ与La2Zr2O7有效结合制备出兼具二者优良性能的材料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种热障涂层用核壳结构粉末的制备方法，该制备方法简单，易操作，耗时短。
本发明的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的热障涂层用核壳结构粉末，该热障涂层用核壳结构粉末具有良好膨胀系数、断裂韧性、热力学稳定性以及热导率等。
本发明的目的之三在于提供一种上述热障涂层用核壳结构粉末的应用，例如可将其用于生产商用和军用发动机部件，能够使得发动机部件适应更加恶劣的高温、高压和强腐蚀工作环境。
本发明的目的之四在于提供一种生产材料中含有上述热障涂层用核壳结构粉末的发动机部件，可延长发动机部件的使用寿命。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种热障涂层用核壳结构粉末的制备方法，包括以下步骤：混合8YSZ和La2Zr2O7粉末，得混合粉末，然后经造粒，烧结，等离子体高温处理，得以La2Zr2O7材料为壳、8YSZ材料为核的热障涂层用核壳结构粉末。
优选地，混合粉末包括重量比为2:0.8-1.2的8YSZ和La2Zr2O7粉末。
优选地，8YSZ的粒径为2-5μm和/或La2Zr2O7的粒径为0.1-3μm。
本发明还提出一种热障涂层用核壳结构粉末，其由上述制备方法制备而得。
本发明还提出一种上述热障涂层用核壳结构粉末的应用，例如可将其用于生产发动机部件。
本发明还提出一种发动机，该发动机部件的生产材料含有上述热障涂层用核壳结构粉末。
本发明较佳实施例提供的热障涂层用核壳结构粉末及其制备方法与应用、发动机部件的有益效果是：
本发明较佳实施例提供的热障涂层用核壳结构粉末的制备方法简单，易操作，耗时短。制备而得的热障涂层用核壳结构粉末兼顾8YSZ和La2Zr2O7粉末的优良性能，具有良好膨胀系数、断裂韧性、热力学稳定性以及热导率等。上述热障涂层用核壳结构粉末可用于生产商用和军用发动机部件，能够使得发动机部件适应更加恶劣的高温、高压和强腐蚀工作环境。生产材料中含有上述热障涂层用核壳结构粉末的发动机部件，可延长发动机部件的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为试验例中实施例1中团聚、烧结的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末的电子扫描显微照片；
图2为试验例中实施例1制得的核壳结构的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末的电子扫描显微照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的热障涂层用核壳结构粉末及其制备方法与应用、发动机部件进行具体说明。
本发明实施例提供的热障涂层用核壳结构粉末的制备方法包括以下步骤：混合8YSZ和La2Zr2O7粉末，得混合粉末，然后经造粒，烧结，等离子体高温处理，得以La2Zr2O7材料为壳、8YSZ材料为核的热障涂层用核壳结构粉末。
优选地，混合粉末包括重量比为2:0.8-1.2的8YSZ和La2Zr2O7粉末。重量比高于2:0.8-1.2会使La2Zr2O7不能完全包裹8YSZ，重量比低于2:0.8-1.2，会导致La2Zr2O7外层由于脆性大出现裂纹。重量比在2:0.8-1.2范围内，能够使二者充分互补，既有效避免8YSZ的使用温度低以及容易相变的缺点，又能有效避免La2Zr2O7所具有的热膨胀系数低以及断裂韧性低等缺点。
优选地，8YSZ的粒径为2-5μm和/或La2Zr2O7的粒径为0.1-3μm。上述粒径有利于8YSZ以及La2Zr2O7的熔化。并且，该粒径配合上述重量比范围，能够使La2Zr2O7完全包裹8YSZ。
进一步地，混合粉末中还包括水(如去离子水)，混合粉末是将8YSZ、La2Zr2O7粉末及水于280-320r/min的条件下混合20-28h，以得到团聚复合的混合粉末。优选地，水与La2Zr2O7粉末的重量比为0.8-1.2:8。
可参照地，8YSZ、La2Zr2O7粉末与水是于行星式球磨机正反转球磨中混合，从而获得成分均匀的团聚复合的混合粉末。采用行星式球磨机进行混合较其它混合方式具有成本低、效率高以及混合更为均匀的效果。
造粒前，按以下方式配制前驱体浆料：将混合粉末与分散剂、粘接剂以及除泡剂混合。
可选地，本发明实施例中分散剂包括聚丙烯酸，粘接剂包括聚乙烯醇，除泡剂包括正丁醇。优选地，每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.5-0.9重量份的分散剂、1-3重量份的粘接剂以及0.6-1.2重量份的除泡剂，余量为混合粉末。
优选地，前驱体浆料的pH值可控制在8-11，在该pH值下，能使得8YSZ和La2Zr2O7粉末粒子外表面电荷较多，在双电层的作用下，从而获得悬浮性好的前驱体浆料。
可参照地，混合粉末与分散剂、粘接剂以及除泡剂也可于行星式球磨机正反转球磨中混合，混合时间例如可以为8-12h。为防止球磨过程中产生过高的温度对浆料产生不良影响，可设定球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速可以为180-220r/min。
可选地，本发明实施例中造粒是将混合粉末(前驱体浆料)进行喷雾造粒。可参考地，本发明实施例中喷雾造粒的工艺条件包括：雾化器转速为17000-20000r/min，高温干燥空气进口温度为180-200℃，出口温度为90-120℃。值得说明的是，高温干燥空气的出口温度优选控制在90-120℃的原因在于：高于120℃造粒所得的粉末粒径太小，低于90℃，粉末收集率太低。
进一步地，烧结可以于1000-1200℃的条件下进行2.5-3.5h，以利于后续熔融以及等离子体高温处理。
较佳地，本发明实施例中等离子体高温处理包括第一次等离子体高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为40-45kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为38-43slpm，氢气的流量为8-10slpm，送粉量为20-30g/min。
为得到性质较佳的核壳结构，等离子体高温处理还包括第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为42-46kW，等离子气体中氩气的流量为39-44slpm，等离子气体中氢气的流量为7-9slpm，送粉量为30-40g/min。第二次等离子体高温处理与第一次等离子体高温处理非间隔进行。
其中，等离子体功率控制在42-46kW范围，能够保证等离子体有足够的热量传递给粉末，使得粉末表面与芯部均能发生熔融。等离子体功率过高，会造成粉末气化严重；等离子体功率过低，会造成粉末熔融性差。
上述等离子体气体组合(氩气与氢气)，能使得等离子体焰流的温度分布均匀，保证停留在等离子体外焰的8YSZ和La2Zr2O7粉末也能有较好的熔融状态。
结合上述等离子功率，本发明实施例将送粉量控制在20-30g/min，能够使所有的8YSZ和La2Zr2O7粉末都能熔融。
上述大气等离子喷涂技术的原理是送入到高温等离子体中的粉末，在高温等离子体作用下粉末被加热熔化，其中等离子体的温度约10000℃。本发明实施例中原料8YSZ的熔点为2680℃、密度为5.95g/cm3，La2Zr2O7的熔点为2300℃、密度为7.26g/cm3。
大气等离子喷涂的设备由等离子喷枪(等离子弧发生器)产生等离子射流(电弧焰流)。喷枪的电极(阴极)和喷嘴(阳极)分别接整流电源的正、负极，向喷枪供给工作气体(Ar、H2等)，通过高频火花引燃电弧，电弧将气体加热到很高的温度使气体电离，在热收缩效应、自磁收缩效应和机械效应的作用下，电弧被压缩产生非转移型旋转等离子弧。高温等离子气体从喷嘴喷出后，体积迅速膨胀，形成高温高速的旋转等离子射流。
当送粉气流推动团聚、烧结的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进入等离子射流后，粉末被迅速加热到熔融状态并被等离子射流加速，在等离子射流中高速旋转飞离等离子喷枪。在此过程中密度大、熔点低的熔融La2Zr2O7粉末在离心力的作用下偏离中心区域往粉末四周流动，而密度小、熔点高的熔融8YSZ粉末就停留在粉末中心区域。当熔融的团聚、烧结8YSZ和La2Zr2O7复合粉末经过两次高温等离子体处理后，即可形成以La2Zr2O7为壳以及8YSZ为核的特殊结构粉末。
经上述制备方法制备而得的核壳结构粉末兼顾8YSZ和La2Zr2O7粉末的优良性能，包括膨胀系数、断裂韧性、热力学稳定性和热导率等，非常适合制备高性能热障涂层。
本发明实施例还提供了一种上述热障涂层用核壳结构粉末的应用，例如可以将其用于生产发动机部件，尤其是商用和军用涡轮发动机部件，如燃烧室、高压涡轮机叶片、喷嘴、燃烧室、隔热屏和火焰筒等，能够使得涡轮机燃烧室适应更加恶劣的高温、高压、强腐蚀工作环境。
此外，本发明实施例还提供了一种发动机部件，该发动机部件的生产材料含有上述所涉及的热障涂层用核壳结构粉末。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
将粉末粒径为3.5μm的8YSZ和粒径为1.5μm的La2Zr2O7按重量比2:1称量混合，加入与La2Zr2O7粉末的重量比为1:8的去离子水，通过行星式球磨机正反转球磨24h，转速为300r/min，获得成分均匀的8YSZ与La2Zr2O7的混合粉末。
将上述混合粉末与聚丙烯酸、聚乙烯醇以及正丁醇按每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.5重量份的聚丙烯酸、1重量份的聚乙烯醇以及0.6重量份的正丁醇，余量为混合粉末的配比，于行星式球磨机正反转球磨中混合10h，得到pH值为8的前驱体浆料。其中，球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速为200r/min。
将制备好的前驱体浆料通过喷雾干燥设备喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：控制雾化器转速17000r/min，高温干燥空气进口温度控制在180℃，出口温度控制在90℃。
造粒后对于1100℃的条件下烧结3h后随炉冷却。
对烧结后的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行第一次等离子高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为40kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为38slpm，氢气的流量为8slpm，送粉量为20g/min。
接着，进行第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为42kW，等离子气体中氩气的流量为39slpm，等离子气体中氢气的流量为7slpm，送粉量为30g/min。
通过上述方法制备的热障涂层用核壳结构粉末膨胀系数为11×10-6/℃，断裂韧性为20MPa·m1/2，热导率为1.8W/(m·K)。
实施例2
将粉末粒径为3.5μm的8YSZ和粒径为1.5μm的La2Zr2O7按重量比2:1称量混合，加入与La2Zr2O7粉末的重量比为1:8的去离子水，通过行星式球磨机正反转球磨24h，转速为300r/min，获得成分均匀的8YSZ与La2Zr2O7的混合粉末。
将上述混合粉末与聚丙烯酸、聚乙烯醇以及正丁醇按每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.6重量份的聚丙烯酸、2重量份的聚乙烯醇以及0.7重量份的正丁醇，余量为混合粉末的配比，于行星式球磨机正反转球磨中混合10h，得到pH值为9的前驱体浆料。其中，球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速为200r/min。
将制备好的前驱体浆料通过喷雾干燥设备喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：控制雾化器转速18000r/min，高温干燥空气进口温度控制在190℃，出口温度控制在100℃。
造粒后对于1100℃的条件下烧结3h后随炉冷却。
对烧结后的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行第一次等离子高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为42kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为39slpm，氢气的流量为9slpm，送粉量为23g/min。
接着，进行第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为43kW，等离子气体中氩气的流量为40slpm，等离子气体中氢气的流量为8slpm，送粉量为33g/min。
通过上述方法制备的热障涂层用核壳结构粉末膨胀系数为10×10-6/℃，断裂韧性为19MPa·m1/2，热导率为1.7W/(m·K)。
实施例3
将粉末粒径为3.5μm的8YSZ和粒径为1.5μm的La2Zr2O7按重量比2:1称量混合，加入与La2Zr2O7粉末的重量比为1:8的去离子水，通过行星式球磨机正反转球磨24h，转速为300r/min，获得成分均匀的8YSZ与La2Zr2O7的混合粉末。
将上述混合粉末与聚丙烯酸、聚乙烯醇以及正丁醇按每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.7重量份的聚丙烯酸、1.5重量份的聚乙烯醇以及0.8重量份的正丁醇，余量为混合粉末的配比，于行星式球磨机正反转球磨中混合10h，得到pH值为10的前驱体浆料。其中，球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速为200r/min。
将制备好的前驱体浆料通过喷雾干燥设备喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：控制雾化器转速19000r/min，高温干燥空气进口温度控制在200℃，出口温度控制在100℃。
造粒后对于1100℃的条件下烧结3h后随炉冷却。
对烧结后的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行第一次等离子高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为43kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为40slpm，氢气的流量为9slpm，送粉量为27g/min。
接着，进行第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为45kW，等离子气体中氩气的流量为42slpm，等离子气体中氢气的流量为8slpm，送粉量为36g/min。
通过上述方法制备的热障涂层用核壳结构粉末膨胀系数为12×10-6/℃，断裂韧性为21MPa·m1/2，热导率为1.9W/(m·K)。
实施例4
将粉末粒径为3.5μm的8YSZ和粒径为1.5μm的La2Zr2O7按重量比2:1称量混合，加入与La2Zr2O7粉末的重量比为1:8的去离子水，通过行星式球磨机正反转球磨24h，转速为300r/min，获得成分均匀的8YSZ与La2Zr2O7的混合粉末。
将上述混合粉末与聚丙烯酸、聚乙烯醇以及正丁醇按每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.8重量份的聚丙烯酸、2.5重量份的聚乙烯醇以及1.1重量份的正丁醇，余量为混合粉末的配比，于行星式球磨机正反转球磨中混合10h，得到pH值为10的前驱体浆料。其中，球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速为200r/min。
将制备好的前驱体浆料通过喷雾干燥设备喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：控制雾化器转速19000r/min，高温干燥空气进口温度控制在190℃，出口温度控制在110℃。
造粒后对于1100℃的条件下烧结3h后随炉冷却。
对烧结后的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行第一次等离子高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为45kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为42slpm，氢气的流量为9slpm，送粉量为30g/min。
接着，进行第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为45kW，等离子气体中氩气的流量为40slpm，等离子气体中氢气的流量为9slpm，送粉量为40g/min。
通过上述方法制备的热障涂层用核壳结构粉末膨胀系数为9×10-6/℃，断裂韧性为19MPa·m1/2，热导率为1.6W/(m·K)。
实施例5
将粉末粒径为3.5μm的8YSZ和粒径为1.5μm的La2Zr2O7按重量比2:1称量混合，加入与La2Zr2O7粉末的重量比为1:8的去离子水，通过行星式球磨机正反转球磨24h，转速为300r/min，获得成分均匀的8YSZ与La2Zr2O7的混合粉末。
将上述混合粉末与聚丙烯酸、聚乙烯醇以及正丁醇按每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.9重量份的聚丙烯酸、3重量份的聚乙烯醇以及1.2重量份的正丁醇，余量为混合粉末的配比，于行星式球磨机正反转球磨中混合10h，得到pH值为11的前驱体浆料。其中，球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速为200r/min。
将制备好的前驱体浆料通过喷雾干燥设备喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：控制雾化器转速20000r/min，高温干燥空气进口温度控制在200℃，出口温度控制在120℃。
造粒后对于1100℃的条件下烧结3h后随炉冷却。
对烧结后的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行第一次等离子高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为45kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为43slpm，氢气的流量为10slpm，送粉量为30g/min。
接着，进行第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为46kW，等离子气体中氩气的流量为44slpm，等离子气体中氢气的流量为9slpm，送粉量为40g/min。
通过上述方法制备的热障涂层用核壳结构粉末膨胀系数为8×10-6/℃，断裂韧性为17MPa·m1/2，热导率为1.6W/(m·K)。
实施例6
将粉末粒径为2μm的8YSZ和粒径为0.1μm的La2Zr2O7按重量比2:0.8称量混合，加入与La2Zr2O7粉末的重量比为0.8:8的去离子水，通过行星式球磨机正反转球磨24h，转速为280r/min，获得成分均匀的8YSZ与La2Zr2O7的混合粉末。
将上述混合粉末与聚丙烯酸、聚乙烯醇以及正丁醇按每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.5重量份的聚丙烯酸、1重量份的聚乙烯醇以及0.6重量份的正丁醇，余量为混合粉末的配比，于行星式球磨机正反转球磨中混合8h，得到pH值为8的前驱体浆料。其中，球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速为180r/min。
将制备好的前驱体浆料通过喷雾干燥设备喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：控制雾化器转速17000r/min，高温干燥空气进口温度控制在180℃，出口温度控制在90℃。
造粒后对于1000℃的条件下烧结3.5h后随炉冷却。
对烧结后的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行第一次等离子高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为40kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为38slpm，氢气的流量为8slpm，送粉量为20g/min。
接着，进行第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为42kW，等离子气体中氩气的流量为39slpm，等离子气体中氢气的流量为7slpm，送粉量为30g/min。
实施例7
将粉末粒径为5μm的8YSZ和粒径为3μm的La2Zr2O7按重量比2:1.2称量混合，加入与La2Zr2O7粉末的重量比为1.2:8的去离子水，通过行星式球磨机正反转球磨24h，转速为320r/min，获得成分均匀的8YSZ与La2Zr2O7的混合粉末。
将上述混合粉末与聚丙烯酸、聚乙烯醇以及正丁醇按每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.9重量份的聚丙烯酸、3重量份的聚乙烯醇以及1.2重量份的正丁醇，余量为混合粉末的配比，于行星式球磨机正反转球磨中混合12h，得到pH值为11的前驱体浆料。其中，球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速为220r/min。
将制备好的前驱体浆料通过喷雾干燥设备喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：控制雾化器转速20000r/min，高温干燥空气进口温度控制在200℃，出口温度控制在120℃。
造粒后对于1200℃的条件下烧结2.5h后随炉冷却。
对烧结后的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行第一次等离子高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为45kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为43slpm，氢气的流量为10slpm，送粉量为30g/min。
接着，进行第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为46kW，等离子气体中氩气的流量为44slpm，等离子气体中氢气的流量为9slpm，送粉量为40g/min。
实施例8
将粉末粒径为3.5μm的8YSZ和粒径为1.5μm的La2Zr2O7按重量比2:1称量混合，加入与La2Zr2O7粉末的重量比为1:8的去离子水，通过行星式球磨机正反转球磨24h，转速为300r/min，获得成分均匀的8YSZ与La2Zr2O7的混合粉末。
将上述混合粉末与聚丙烯酸、聚乙烯醇以及正丁醇按每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.7重量份的聚丙烯酸、2重量份的聚乙烯醇以及0.9重量份的正丁醇，余量为混合粉末的配比，于行星式球磨机正反转球磨中混合10h，得到pH值为10的前驱体浆料。其中，球磨程序为正转1h，暂停0.5h后反转1h，转速为200r/min。
将制备好的前驱体浆料通过喷雾干燥设备喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：控制雾化器转速18500r/min，高温干燥空气进口温度控制在190℃，出口温度控制在105℃。
造粒后对于1100℃的条件下烧结3h后随炉冷却。
对烧结后的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行第一次等离子高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为42.5kW，等离子气体包括氩气与氢气，氩气的流量为40slpm，氢气的流量为9slpm，送粉量为25g/min。
接着，进行第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为44kW，等离子气体中氩气的流量为42slpm，等离子气体中氢气的流量为8slpm，送粉量为35g/min。
实施例9
本实施例提供一种热障涂层用核壳结构粉末的应用，即将其用于生产涡轮发动机中的喷嘴，热障涂层用核壳结构粉末可采用由上述实施例1-8任一实施例制备所得的热障涂层用核壳结构粉末。
实施例10
本实施例提供一种热障涂层用核壳结构粉末的应用，即将其用于生产涡轮发动机中的高压锅轮机叶片，热障涂层用核壳结构粉末可采用由上述实施例1-8任一实施例制备所得的热障涂层用核壳结构粉末。
实施例11
本实施例提供一种热障涂层用核壳结构粉末的应用，即将其用于生产涡轮发动机中的火焰筒，热障涂层用核壳结构粉末可采用由上述实施例1-8任一实施例制备所得的热障涂层用核壳结构粉末。
实施例12
本实施例提供一种发动机部件，该发动机部件的生产材料含有热障涂层用核壳结构粉末，热障涂层用核壳结构粉末可采用由上述实施例1-8任一实施例制备所得的热障涂层用核壳结构粉末。
试验例
重复实施上述实施例1-8，得到足够多的热障涂层用核壳结构粉末。
以实施例1为例，对团聚、烧结的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末以及所制得的核壳结构的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末进行电子扫描，电子扫描结果如图1与图2所示。
由图1可以看出，烧结的8YSZ和La2Zr2O7复合粉末中团聚粉末球形度高，粉末之间结合紧密。由图2可以看出，La2Zr2O7材料为壳包裹着8YSZ材料。
此外，采用相同方法对实施例2-8的物质进行电子扫描，其结果与实施例1所显示的结果一致。
综上所述，本发明实施例提供的热障涂层用核壳结构粉末的制备方法简单，易操作，耗时短。制备而得的热障涂层用核壳结构粉末具有良好膨胀系数、断裂韧性、热力学稳定性以及热导率等。上述热障涂层用核壳结构粉末可用于生产商用和军用发动机部件，能够使得发动机部件适应更加恶劣的高温、高压和强腐蚀工作环境。生产材料中含有上述热障涂层用核壳结构粉末的发动机部件，可延长发动机部件的使用寿命。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种热障涂层用核壳结构粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：混合8YSZ和La2Zr2O7粉末，得混合粉末，然后经造粒，烧结，等离子体高温处理，得以La2Zr2O7材料为壳、8YSZ材料为核的热障涂层用核壳结构粉末；
优选地，所述混合粉末包括重量比为2:0.8-1.2的所述8YSZ和所述La2Zr2O7粉末；
优选地，所述8YSZ的粒径为2-5μm和/或所述La2Zr2O7的粒径为0.1-3μm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合粉末中还包括水，所述混合粉末是将所述8YSZ、所述La2Zr2O7粉末及水于280-320r/min的条件下混合20-28h而得；
优选地，水与所述La2Zr2O7粉末的重量比为0.8-1.2:8。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，造粒前，按以下方式配制前驱体浆料：将所述混合粉末与分散剂、粘接剂以及除泡剂混合；
优选地，所述分散剂包括聚丙烯酸和/或所述粘接剂包括聚乙烯醇和/或所述除泡剂包括正丁醇；
优选地，每100重量份的前驱体浆料包括重量比为0.5-0.9重量份的所述分散剂、1-3重量份的所述粘接剂以及0.6-1.2重量份的所述除泡剂，余量为所述混合粉末。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，造粒是将所述混合粉末进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺条件包括：雾化器转速为17000-20000r/min，高温干燥空气进口温度为180-200℃，出口温度为90-120℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，烧结是于1000-1200℃的条件下进行2.5-3.5h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，等离子体高温处理包括第一次等离子体高温处理，第一次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为40-45kW，等离子气体包括氩气与氢气，所述氩气的流量为38-43slpm，所述氢气的流量为8-10slpm，送粉量为20-30g/min。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，等离子体高温处理还包括第二次等离子体高温处理，第二次等离子体高温处理的工艺条件包括：等离子体功率为42-46kW，等离子气体中所述氩气的流量为39-44slpm，等离子气体中所述氢气的流量为7-9slpm，送粉量为30-40g/min。
8.一种热障涂层用核壳结构粉末，其特征在于，所述热障涂层用核壳结构粉末由如权利要求1-7任一所述的制备方法制备而得。
9.如权利要求8所述的热障涂层用核壳结构粉末的应用，其特征在于，所述热障涂层用核壳结构粉末用于生产发动机部件。
10.一种发动机部件，其特征在于，所述发动机部件的生产材料含有如权利要求8所述的热障涂层用核壳结构粉末。
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