CN108640692A - 一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末及其制备方法 - Google Patents

一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末及其制备方法，涉及锆酸钆陶瓷材料加工技术领域。将钆盐、锆盐，以及镱盐或钪盐中的一种，按照(0.3～0.9)∶1∶(0.1～0.7)的摩尔比例混合均匀，加入去离子水得到混合溶液，然后进行单相沉淀处理，过滤、干燥后得到固体产物；对固体产物先后进行湿法球磨和干法球磨，对球磨产物进行过滤并烘干，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料。调节浆料的pH值，并进行喷雾干燥处理，得到粒料；将粒料置于烧结炉中进行烧结，筛分出直径小于18μm和大于50μm的粉末，细粉和粗粉均匀混合，得到等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末。本发明在保证粉末气化效果的同时，改善细粉流动性。

Description

一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末及其 制备方法
技术领域
本发明涉及锆酸钆陶瓷材料加工技术领域，具体涉及一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末及其制备方法。
背景技术
热障涂层(Thermal Barrier Coatings，简称TBCs)是利用陶瓷材料优越的耐高温、抗腐蚀和高隔热性能，以涂层形式将陶瓷与金属基体相复合，提高金属热端部件的工作温度，增强热端部件的抗高温氧化能力，延长热端部件的使用寿命，提高发动机效率的一种表面防护技术。
锆酸钆(Gd2Zr2O7,简称GZ)材料具有良好的高温相稳定性(至1500℃无相变)和抗烧结等优点，被学者们视为用于超高温热障涂层陶瓷层的一种很有前景的备选材料。但该材料相比其他超高温热障涂层备选材料，热导率偏高且弹性模量较大，限制了其在更高工作温度下的使用。研究发现，对于烧绿石化合物RE2B2O7，稀土离子RE3+位置的部分取代比B4+位置更有利于烧绿石结构的有序化和热导率的降低，一些稀土离子如Yb3+,Sc3+等还可以降低材料的弹性模量。
目前，制备热障涂层陶瓷层的方法主要有大气等离子喷涂(Air Plasma Spray,APS)和电子束物理气相沉积技术(Electron Beam Physical Vapor Deposition,EB-PVD)。等离子喷涂技术的优势在于喷涂效率高，隔热效果好。然而，由于涂层一般为片层状结构，且与基体间的结合方式为机械结合，因而涂层的应变容限较低，抗热循环能力较差，使用寿命较低。而电子束物理气相沉积技术制备的涂层结构为纯气相原子沉积后形成的柱状晶结构，柱与柱之间存在的间隙可以释放热应力，有效地解决了等离子喷涂涂层应变容限低的问题，与APS涂层相比将热循环寿命提高了近8倍，但是电子束物理气相沉积技术的生产成本高，且沉积效率很低。
等离子物理气相沉积技术(Plasma Spray Physical Vapor Deposition,PS-PVD)是在上述两种涂层制备技术基础上发展起来的一种新型的热喷涂制备技术，兼具APS和EB-PVD的优点。等离子物理气相沉积系统的输出功率可达180kW，工作气压能降到1mbar，而且等离子射流能拉长到2m，射流直径可以增加至200～400mm。喷涂粉末被送入焰流中后部分熔化和气化，可以制备固相、液相、气相共同沉积的多晶准柱状结构涂层。研究发现，等离子物理气相沉积技术制备准柱状结构涂层的沉积效率很高、成本较低，具有很好的隔热和抗热震性能。
传统等离子喷涂用粉末的制备方法，多采用固相烧结法或者化学共沉淀法制备微米或亚微米原粉，再通过喷雾造粒将原粉团聚成具有一定粒径、适合等离子喷涂的造粒粉。固相烧结法通常是先将最终合成所需组成的原料机械混合，再用高温使其反应，反应由颗粒间的接触部分通过离子扩散来进行。由于接触状态显著地受颗粒的性质(粒径、颗粒形状和表面状态等)和粉体处理方法(团聚状态和填充状态等)的影响，为保证原粉无杂相，需高温充分加热，原粉粒径通常较大。而化学共沉淀法因无需高温长时加热反应成相，更容易控制原粉粒径。
参考文件1(EP67327，1982-2-22；C104687，1979-1-14)中氧化锆系列粉末共沉/烧结制备方法简介如下：稳定剂离子与锆盐离子在碱溶液中共沉淀，再经细磨、洗滤、干燥、二次细磨、烧成和筛选后制得所需粉末。但是，在共沉淀过程中，由于不同盐离子化合物沉淀的最佳pH值范围不同，所以在特定的pH值条件下，二者的沉淀速率差异较大，很难实现原粉的化学均匀性。
参考文件2(CN104086175A)采用水热法制备氧化锆系列原粉，结合喷雾造粒和烧结工艺的控制，制备出了氧化钇均匀分布的小粒径等离子喷涂用粉末，但水热法成本高昂无法普遍使用。
等离子物理气相沉积技术对粉末的基本要求是：化学成分均匀、气化能力强、流动性好。上述传统等离子喷涂制粉工艺都无法适用，尤其是无法解决气化能力强和流动性好之间的矛盾，因此亟需调整制备和筛分工艺。同时，需要克服锆酸钆材料本身的缺点，尤其是断裂韧性低对涂层热循环性能的影响。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法。
本发明提供的所述等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将钆盐、锆盐，以及镱盐或钪盐中的一种，按照Gd∶Zr∶Yb(或Sc)＝(0.3～0.9)∶1∶(0.1～0.7)的摩尔比例混合均匀，然后加入去离子水中搅拌至各种盐完全溶解，得到混合溶液；
所述钆盐为水溶性三价钆盐，所述锆盐为水溶性四价锆盐，所述镱盐为水溶性三价镱盐，所述钪盐为水溶性三价钪盐；所述混合溶液中各种盐的物质的量浓度之和为0.3mol/L～0.8mol/L；
步骤二、采用氨水为沉淀剂对步骤一中所述混合溶液进行单相沉淀处理，不断搅拌，直至混合溶液的pH值不低于13为止，然后过滤取截留物，干燥后得到固体产物；
步骤三、对步骤二中所述固体产物进行球磨，先采用湿法球磨10～20h后晾干，再进行干法球磨5～10h；得到球磨产物。
所述的湿法球磨时，溶液介质为酒精，磨球的材料为氧化锆，其中酒精、氧化锆磨球和固体产物按质量比2:1:1混合，氧化锆磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min；所述干法球磨时，固体产物与氧化锆磨球按质量比1:1，氧化锆磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min。
湿法球磨和干法球磨后，最后得到的球磨产物粒径为1～70μm。
步骤四、对步骤三中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度60～80℃，烘干时间8～12小时，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料。
所述浆料中粘结剂的质量百分含量为1％～2％，烘干后的截留物的质量百分含量为10％～20％，分散剂的质量百分含量为0.5％～2％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵。
步骤五、采用氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为8～10，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；
所述喷雾干燥处理的过程为：采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于300℃,所述雾化器转速不低于15000rpm。
步骤六、将步骤五中所述粒料置于烧结炉中，在温度为400℃～500℃的条件下保温0.5h～1h进行烧结处理，筛分出直径小于18μm和大于50μm的粉末，细粉和粗粉按照质量比(1～3)：1的比例，采用三维混合机将两种粉末均匀混合，混合机主轴转速1～5r/min,得到等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末。所述等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的粒径分布为d10＝1～3μm，d50＝8～15μm，d90＝60～70μm，振实密度为1.6～2.5g/cm3，流动性为30～60s/50g。
所述水溶性三价钆盐为硝酸钆。
所述水溶性四价锆盐为硝酸锆。
所述水溶性三价镱盐为硝酸镱。
所述水溶性三价钪盐为硝酸钪。
所述粘结剂为阿拉伯树胶。
所述氨水的质量百分比浓度均为25％～30％。
本发明的优点在于：
1.通过稀土氧化物掺杂，使ZrO2晶格畸变进一步增大，对声子散射能力更强，降低GZ的热传导率。通过优选Yb3+，Sc3+等元素进行掺杂，改善了涂层的断裂韧性。
2.采用本发明提供的制备方法可以得到一种完全满足等离子物理气相沉积技术制备要求的稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末。
3.本发明采用单相沉淀方法，使溶液中金属离子按化学计量比配制溶液，得到化学计量化合物形式的单相沉淀物，解决了由不同盐离子化合物沉淀的最佳pH值范围不同引起的化学不均匀性。
4.本发明通过在喷雾造粒过程中控制固含量和pH值，通过调节烧结工艺，通过严格的筛分处理，粉末中细粉部分粒径更细，气化效果更好。
5.本发明利用直径大于50μm的粗粉动量大、能够带动直径小于18μm的细粉共同进入焰流进行能量和动量交换的特点，使得细粉快速加热熔化和气化。同时，粗粉本身重力大、在喷涂距离较远区域远离焰流中心而不能参与涂层沉积。设计在细粉中添加粗粉，在保证粉末气化效果的同时，改善细粉流动性。
6.筛分出的其余粉末用于大气等离子喷涂，节约成本。
附图说明
图1是本发明制备的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末SEM图；
图2是使用本发明提供的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末制备的涂层SEM断面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明针对现有技术的不足，采用稀土氧化物掺杂的方法降低材料的热导率、改善材料的力学性能，提供一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法。该方法通过单相沉淀法制备纳米级稀土氧化物掺杂锆酸钆原粉，再将该原粉喷雾干燥造粒，之后对粒料进行烧结。通过筛分出直径小于18μm和大于50μm的粉末，将两种粉末均匀混合，得到等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末。通过该方法制备的粉末解决了气化能力强和流动性好之间的矛盾，满足了等离子物理气相沉积的制备需求。
实施例1
本实施例等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将钆盐、锆盐和镱盐，按照Gd∶Zr∶Yb＝0.9∶1∶0.1的摩尔比例混合均匀，然后加入去离子水中搅拌至钆盐、锆盐和镱盐完全溶解，得到混合溶液；
所述混合溶液中钆盐、锆盐和镱盐的物质的量浓度之和为0.3mol/L；所述钆盐为水溶性三价钆盐，本实施例所采用的钆盐为硝酸钆；所述锆盐为水溶性四价锆盐，本实施例所采用的锆盐为硝酸锆；所述镱盐为水溶性三价镱盐，本实施例所采用的镱盐为硝酸镱；
步骤二、采用质量百分比浓度为28％的氨水为沉淀剂对步骤一中所述混合溶液进行单相沉淀处理，直至混合溶液的pH值不低于13为止，然后过滤取截留物，干燥后得到固体产物；
步骤三、对步骤二中所述固体产物进行球磨，先将酒精、氧化锆磨球和固体产物按质量比2:1:1混合，磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min，湿法球磨10h晾干后，再将固体产物与氧化锆磨球按质量比1:1，磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min，进行干法球磨5h；球磨完毕后粒径分布为1～70μm；
步骤四、对步骤三中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度60℃，烘干时间8小时；烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料；所述浆料中粘结剂的质量百分含量为1％，烘干后的截留物的质量百分含量为10％，分散剂的质量百分含量为0.5％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶；
步骤五、采用质量百分比浓度为25％的氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为8，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于300℃,雾化器转速不低于15000rpm，得到粒料；
步骤六、将步骤五中所述粒料置于烧结炉中，在温度为400℃的条件下保温1h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，筛分出直径小于18μm和大于50μm的粉末，细粉和粗粉按照质量比1：1的比例，采用三维混合机将两种粉末均匀混合，混合机主轴转速1r/min，将两种粉末均匀混合，得到等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末，粉末的粒径分布为d10＝3μm，d50＝15μm，d90＝70μm，振实密度为1.6g/cm3，流动性为30s/50g。
筛分得到的其余粉末可用于大气等离子喷涂。
图1为本实施例制备的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的SEM图；如图所示，粗细粉末充分混合。图2为使用本实施例提供的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末制备的涂层SEM断面图；如图所示，可以实现涂层连续稳定喷涂，说明粗粉的加入改善了粉末的流动性；另外，涂层气化效果较好，说明粗粉如设计一样，带动细粉进入射流中心快速熔化和气化，且没有参与射流中心的涂层沉积。
本实施例所得稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的成分如表1所示，Gd、Zr和Yb所占原子百分比符合化学计量比，证明通过本实施例的单相沉淀方法，得到的产物为化学计量化合物形式的单相沉淀物，避免了化学不均匀性。
表1实施例1所得稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末成分
实施例2
本实施例等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将钆盐、锆盐和钪盐，按照Gd∶Zr∶Sc＝0.9∶1∶0.1的摩尔比例混合均匀，然后加入去离子水中搅拌至钆盐、锆盐和钪盐完全溶解，得到混合溶液；
所述混合溶液中钆盐、锆盐和钪盐的物质的量浓度之和为0.8mol/L；所述钆盐为水溶性三价钆盐，本实施例所采用的钆盐为硝酸钆；所述锆盐为水溶性四价锆盐，本实施例所采用的锆盐为硝酸锆；所述钪盐为水溶性三价钪盐，本实施例所采用的钪盐为硝酸钪；
步骤二、采用质量百分比浓度为30％的氨水为沉淀剂对步骤一中所述混合溶液进行单相沉淀处理，直至混合溶液的pH值不低于13为止，然后过滤取截留物，干燥后得到固体产物；
步骤三、对步骤二中所述固体产物进行球磨，先将酒精、氧化锆磨球和固体产物按质量比2:1:1混合，磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min，湿法球磨20h晾干后，再将产物与氧化锆磨球按质量比1:1，磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min，进行干法球磨10h；球磨完毕后粒径分布为1～60μm；
步骤四、对步骤三中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度80℃，烘干时间12小时，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料；所述浆料中粘结剂的质量百分含量为2％，烘干后的截留物的质量百分含量为20％，分散剂的质量百分含量为2％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶；
步骤五、采用质量百分比浓度为30％的氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为10，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于300℃,雾化器转速不低于15000rpm，得到粒料；
步骤六、将步骤五中所述粒料置于烧结炉中，在温度为500℃的条件下保温0.5h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，筛分出直径小于18μm和大于50μm的粉末，细粉和粗粉按照质量比3：1的比例，采用三维混合机将两种粉末均匀混合，混合机主轴转速5r/min，将两种粉末均匀混合，得到等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末。粉末的粒径分布为d10＝1μm，d50＝8μm，d90＝60μm，振实密度为2.5g/cm3，流动性为60s/50g。
采用本实施例制备的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末，粗细粉末充分混合。采用本实施例提供的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末制备的涂层显微结构一致，可以实现涂层连续稳定喷涂，说明粗粉的加入改善了粉末的流动性；另外，涂层气化效果较好，说明粗粉如设计一样，带动细粉进入射流中心快速熔化和气化，且没有参与射流中心的涂层沉积。
本实施例所得稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的成分如表2所示，Gd、Zr和Sc所占原子百分比符合化学计量比，证明通过本实施例的单相沉淀方法，得到的产物为化学计量化合物形式的单相沉淀物，避免了化学不均匀性。
表2实施例2所得稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末成分
实施例3
本实施例等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将钆盐、锆盐和镱盐，按照Gd∶Zr∶Yb＝0.7∶1∶0.3的摩尔比例混合均匀，然后加入去离子水中搅拌至钆盐、锆盐和镱盐完全溶解，得到混合溶液；
所述混合溶液中钆盐、锆盐和镱盐的物质的量浓度之和为0.6mol/L；所述钆盐为水溶性三价钆盐，本实施例所采用的钆盐为硝酸钆；所述锆盐为水溶性四价锆盐，本实施例所采用的锆盐为硝酸锆；所述镱盐为水溶性三价镱盐，本实施例所采用的镱盐为硝酸镱；
步骤二、采用质量百分比浓度为28％的氨水为沉淀剂对步骤一中所述混合溶液进行单相沉淀处理，直至混合溶液的pH值不低于13为止，然后过滤取截留物，干燥后得到固体产物；
步骤三、对步骤二中所述固体产物进行球磨，先将酒精、氧化锆磨球和固体产物按质量比2:1:1混合，磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min，湿法球磨15h晾干后，再将产物与氧化锆磨球按质量比1:1，磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min，进行干法球磨8h；球磨完毕后粒径分布为1～65μm；
步骤四、对步骤三中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度70℃，烘干时间10小时，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料；所述浆料中粘结剂的质量百分含量为1.5％，烘干后的截留物的质量百分含量为15％，分散剂的质量百分含量为1％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶；
步骤五、采用质量百分比浓度为28％的氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为9，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于300℃,雾化器转速不低于15000rpm，得到粒料；
步骤六、将步骤五中所述粒料置于烧结炉中，在温度为450℃的条件下保温1h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，筛分出直径小于18μm和大于50μm的粉末，细粉和粗粉按照质量比2：1的比例，采用三维混合机将两种粉末均匀混合，混合机主轴转速3r/min，将两种粉末均匀混合，得到等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末。粉末的粒径分布为d10＝2μm，d50＝12μm，d90＝60μm，振实密度为2.0g/cm3，流动性为40s/50g。
采用本实施例制备的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末，粗细粉末充分混合。采用本实施例提供的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末制备的涂层显微结构一致，可以实现涂层连续稳定喷涂，说明粗粉的加入改善了粉末的流动性；另外，涂层气化效果较好，说明粗粉如设计一样，带动细粉进入射流中心快速熔化和气化，且没有参与射流中心的涂层沉积。
本实施例所得稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的成分如表3所示，Gd、Zr和Yb所占原子百分比符合化学计量比，证明通过本实施例的单相沉淀方法，得到的产物为化学计量化合物形式的单相沉淀物，避免了化学不均匀性。
表3实施例3所得稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末成分
实施例4
本实施例等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将钆盐、锆盐和钪盐，按照Gd∶Zr∶Sc＝0.7∶1∶0.3的摩尔比例混合均匀，然后加入去离子水中搅拌至钆盐、锆盐和钪盐完全溶解，得到混合溶液；
所述混合溶液中钆盐、锆盐和钪盐的物质的量浓度之和为0.6mol/L；所述钆盐为水溶性三价钆盐，本实施例所采用的钆盐为硝酸钆；所述锆盐为水溶性四价锆盐，本实施例所采用的锆盐为硝酸锆；所述钪盐为水溶性三价钪盐，本实施例所采用的钪盐为硝酸钪；
步骤二、采用质量百分比浓度为25％的氨水为沉淀剂对步骤一中所述混合溶液进行单相沉淀处理，直至混合溶液的pH值不低于13为止，然后过滤取截留物，干燥后得到固体产物；
步骤三、对步骤二中所述固体产物进行球磨，先将酒精、氧化锆磨球和固体产物按质量比2:1:1混合，磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min，湿法球磨20h晾干后，再将产物与氧化锆磨球按质量比1:1，磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min，进行干法球磨10h；球磨完毕后粒径分布为1～60μm；
步骤四、对步骤三中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度60℃，烘干时间8小时，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料；所述浆料中粘结剂的质量百分含量为2％，烘干后的截留物的质量百分含量为20％，分散剂的质量百分含量为2％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶；
步骤五、采用质量百分比浓度为25％的氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为10，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于300℃,雾化器转速不低于15000rpm，得到粒料；
步骤六、将步骤五中所述粒料置于烧结炉中，在温度为400℃的条件下保温0.5h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，筛分出直径小于18μm和大于50μm的粉末，细粉和粗粉按照3：1的比例，采用三维混合机将两种粉末均匀混合，混合机主轴转速3r/min，将两种粉末均匀混合，得到等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末。粉末的粒径分布为d10＝1μm，d50＝10μm，d90＝57μm，振实密度为2.2g/cm3，流动性为40s/50g。
采用本实施例制备的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末，粗细粉末充分混合。采用本实施例提供的等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末制备的涂层显微结构一致，可以实现涂层连续稳定喷涂，说明粗粉的加入改善了粉末的流动性；另外，涂层气化效果较好，说明粗粉如设计一样，带动细粉进入射流中心快速熔化和气化，且没有参与射流中心的涂层沉积。
本实施例所得稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的成分如表4所示，Gd、Zr和Sc所占原子百分比符合化学计量比，证明通过本实施例的单相沉淀方法，得到的产物为化学计量化合物形式的单相沉淀物，避免了化学不均匀性。
表4实施例4所得稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末成分
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、将钆盐、锆盐，以及镱盐或钪盐中的一种，按照Gd∶Zr∶Yb/Sc＝(0.3～0.9)∶1∶(0.1～0.7)的摩尔比例混合均匀，然后加入去离子水中搅拌至各种盐完全溶解，得到混合溶液；
所述混合溶液中各种盐的物质的量浓度之和为0.3mol/L～0.8mol/L；
步骤二、采用氨水为沉淀剂对步骤一中所述混合溶液进行单相沉淀处理，不断搅拌，直至混合溶液的pH值不低于13为止，然后过滤取截留物，干燥后得到固体产物；
步骤三、对步骤二中所述固体产物进行球磨，先采用湿法球磨10～20h后晾干，再进行干法球磨5～10h；得到球磨产物；
得到的球磨产物粒径为1～70μm；
步骤四、对步骤三中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干后的截留物与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料；
所述浆料中粘结剂的质量百分含量为1％～2％，烘干后的截留物的质量百分含量为10％～20％，分散剂的质量百分含量为0.5％～2％，余量为去离子水；
步骤五、采用氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为8～10，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；
步骤六、将步骤五中所述粒料置于烧结炉中，在温度为400℃～500℃的条件下保温0.5h～1h进行烧结处理，筛分出直径小于18μm的细粉和大于50μm的粗粉，细粉和粗粉按照质量比(1～3)：1的比例，采用三维混合机将两种粉末均匀混合，混合机主轴转速1～5r/min,得到等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末。
2.如权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述钆盐为硝酸钆；所述锆盐为硝酸锆；所述镱盐为硝酸镱；所述钪盐为硝酸钪。
3.如权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述的湿法球磨时，溶液介质为酒精，磨球的材料为氧化锆，其中酒精、氧化锆磨球和固体产物按质量比2:1:1混合，氧化锆磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min；所述干法球磨时，固体产物与氧化锆磨球按质量比1:1，氧化锆磨球粒径2μm，球磨机转速300r/min。
4.如权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述烘干的具体参数为：烘干温度60～80℃，烘干时间8～12小时。
5.如权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶。
6.如权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述喷雾干燥处理的过程为：采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于300℃,所述雾化器转速不低于15000rpm。
7.如权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的制备方法，其特征在于，所述氨水的质量百分比浓度为25％～30％。
8.一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末，其特征在于，粒径分布为d10＝1～3μm，d50＝8～15μm，d90＝60～70μm，振实密度为1.6～2.5g/cm3，流动性为30～60s/50g。
9.根据权利要求8所述的一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末，其特征在于，所述粉末中包括直径小于18μm的细粉和大于50μm的粗粉，细粉和粗粉按照质量比(1～3)：1的比例混合。
10.一种等离子物理气相沉积用稀土氧化物掺杂锆酸钆粉末的应用，其特征在于，采用等离子物理气相沉积方法，利用所述的粉末制备涂层。
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