CN111410201B - 一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法 - Google Patents

一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，它是一种Yb2SiO5喂料的制备方法。本发明的目的是要解决现有方法还无法制备适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料，且制备的Yb2SiO5的纯度低，Yb2SiO5中Yb2O3含量高的问题。方法：一、制备浆料；二、喷雾造粒；三、固相烧结，得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料；步骤三固相烧结之后将采用等离子喷涂技术将烧结后的粉体喷射到去离子水中，收集去离子水中粉体，烘干，即可得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料。本发明制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料中不含Yb2O3。本发明制备的纳米结构Yb2SiO5喂料适合等离子喷涂。

Description

一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种Yb2SiO5喂料的制备方法。
背景技术
硅酸镱因其高熔点、出色的高温稳定性和耐水蒸气腐蚀性，与硅基底良好的力学、化学相容性而被用作环境障涂层材料。早先的工作主要集中在单相硅酸镱材料的制备，而对其力学、热学性质研究较少，尤其是作为环境障涂层使用时的力学和热学性能的研究就更少，因为目前的技术很难将单相硅酸镱材料做成等离子喷涂喂料，更不用说制成纳米结构的喂料。
目前制备热障/环障涂层的方法也是多种多样，Huang等人采用原位成型法制备出抗氧化性能良好的梯度Yb2Si2O7/Yb2SiO5/玻璃涂层。温海明等用脉冲气相沉积法在Cf/SiC复合材料上先制备SiC粘附层，用溶胶凝胶法制备单相Yb2SiO5粉体然后用PCS-SiC-Yb2SiO5浆料浸涂法制备SiC-Yb2SiO5过渡层。除此之外，化学气相沉积法、微波烧结法、超声水热电沉积法、微波水热电沉积法等均能制备出不同体系的热障/环障涂层。
硅酸镱(Yb2SiO5)这种稀土硅酸盐的导热率低、抗水氧腐蚀效果显著、与莫来石的热膨胀系数很接近，是优秀的环境障涂层面层的备选材料，但目前方法制备的Yb2SiO5粉体并不适合等离子喷涂，因为，可用于热喷涂的具有一定的结构特征和质量特征粉末通常被定义为喂料，因此并不是所有的粉末都可以称为喂料而用于热喷涂更不用说制成纳米结构的喂料。
纳米粉末尽管具有一些优异的特性，但是它并不适合喷涂，这主要是因为纳米粉末的质量和体积都非常小，在喷涂过程中极易被等离子火焰的气流吹走甚至被等离子火焰烧蚀掉，无法雾化成可以沉积到基体上形成涂层的融滴。
因此，现有方法还无法制备适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料，且制备的Yb2SiO5的纯度低，Yb2SiO5中Yb2O3含量高。
发明内容
本发明的目的是要解决现有方法还无法制备适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料，且制备的Yb2SiO5的纯度低，Yb2SiO5中Yb2O3含量高的问题，而提供一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法。
一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、制备浆料：
首先将纳米Yb2O3与纳米SiO2混合后加入到球磨机中，然后依次加入去离子水、粘结剂和磨球，最后球磨，得到浆料；
二、喷雾造粒：
将步骤一得到的浆料进行喷雾造粒，再分别过150目的筛子和300目的筛子，得到粒径为150目～300目的混合粉体；
三、固相烧结：
将粒径为150目～300目的混合粉体再与纳米SiO2混合后进行固相烧结，即得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料。
进一步的，步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温4h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min～15℃/min；步骤三固相烧结之后将烧结后的粉体用150目和400目筛子进行筛粉，得到150目～400目烧结后的粉体；采用等离子喷涂技术将150目～400目烧结后的粉体喷射到水中，收集水中粉体，烘干，即可得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料。
本发明的原理及优点：
一、由于本发明使用的原始粉末Yb2O3与SiO2均为纳米级粉末，因此必须对原料粉末进行造粒处理，因此，本发明将纳米Yb2O3与纳米SiO2混合后加入到球磨机中，然后依次加入去离子水、粘结剂和磨球，进行球磨，得到浆料；再将浆料喷雾造粒，喷雾造粒的处理过程是将纳米粉末颗粒团聚，团聚成可以用于喷涂的微米级但内部仍然保留纳米结构的球形喂料；
二、本发明在喷雾造粒后得到的粒径为150目～300目的混合粉体中加入与占混合粉体质量5％～6％的纳米Yb2O3的摩尔比为1:1的纳米SiO2，降低了固相反应后产物中剩余Yb2O3的含量，固相反应后产物中Yb2O3的含量可降低至固相反应后产物质量的1.4％；进一步的经过等离子处理后产物中Yb2O3的含量不断降低，产物中Yb2O3的含量可降低至产物质量的0％，即产物中不含Yb2O3，所制备的纳米结构Yb2SiO5喂料适合等离子喷涂。
本发明制备的纳米结构Yb2SiO5喂料适合等离子喷涂。
附图说明
图1为实施例一所述的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的制备基本流程图；
图2为实施例一步骤一中原始粒径为20nm～60nm的SiO2的XRD图谱；
图3为实施例一步骤一中原始粒径为20nm～60nm的Yb2O3的XRD图谱；
图4为实施例一步骤一中原始粒径为20nm～60nm的SiO2的整体形貌SEM图；
图5为实施例一步骤一中原始粒径为20nm～60nm的Yb2O3的整体形貌SEM图；
图6为实施例一步骤二得到的粒径为150目～300目的混合粉体的XRD图谱；
图7为实施例一步骤二得到的粒径为150目～300目的混合粉体的低倍SEM图；
图8为实施例一步骤二得到的粒径为150目～300目的混合粉体的高倍SEM图；
图9为实施例一至三得到的烧结后的粉体的XRD图，图中1为实施例一步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，2为实施例二步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，3为实施例三步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线；
图10为实施例四至六得到的烧结后的粉体的XRD图，图中1为实施例四步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，2为实施例五步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，3为实施例六步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线；
图11为实施例七至九得到的烧结后的粉体的XRD图，图中1为实施例七步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，2为实施例八步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，3为实施例九步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线；
图12为实施例十至实施例十二制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD图，图中1为实施例十制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线，2为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线，3为实施例十二制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线；
图13为实施例十一和实施例十三得到的产物XRD图，图中1为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线，图中2为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线；
图14为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍表面形貌图；
图15为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍表面形貌图；
图16为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍表面形貌图；
图17为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍表面形貌图；
图18为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍截面形貌图；
图19为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍截面形貌图；
图20为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍截面形貌图；
图21为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍截面形貌图；
图22为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍TEM图；
图23为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍TEM图；
图24为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的制备基本流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，该制备方法是按以下步骤完成的：
一、制备浆料：
首先将纳米Yb2O3与纳米SiO2混合后加入到球磨机中，然后依次加入去离子水、粘结剂和磨球，最后球磨，得到浆料；
二、喷雾造粒：
将步骤一得到的浆料进行喷雾造粒，再分别过150目的筛子和300目的筛子，得到粒径为150目～300目的混合粉体；
三、固相烧结：
将粒径为150目～300目的混合粉体再与纳米SiO2混合后进行固相烧结，即得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料。
本实施方式的原理及优点：
一、由于本实施方式使用的原始粉末Yb2O3与SiO2均为纳米级粉末，因此必须对原料粉末进行造粒处理，因此，本实施方式将纳米Yb2O3与纳米SiO2混合后加入到球磨机中，然后依次加入去离子水、粘结剂和磨球，进行球磨，得到浆料；再将浆料喷雾造粒，喷雾造粒的处理过程是将纳米粉末颗粒团聚，团聚成可以用于喷涂的微米级但内部仍然保留纳米结构的球形喂料；
二、本实施方式在喷雾造粒后得到的粒径为150目～300目的混合粉体中加入与占混合粉体质量5％～6％的纳米Yb2O3的摩尔比为1:1的纳米SiO2，降低了固相反应后产物中剩余Yb2O3的含量，固相反应后产物中Yb2O3的含量可降低至固相反应后产物质量的1.4％；进一步的经过等离子处理后产物中Yb2O3的含量不断降低，产物中Yb2O3的含量可降低至产物质量的0％，即产物中不含Yb2O3，所制备的纳米结构Yb2SiO5喂料适合等离子喷涂。
本实施方式制备的纳米结构Yb2SiO5喂料适合等离子喷涂。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的纳米Yb2O3的粒径为20nm～60nm；所述的纳米SiO2的粒径为20nm～60nm；所述的纳米Yb2O3与纳米SiO2的摩尔比为1:1；所述的去离子水的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为2:1。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的磨球的体积与纳米Yb2O3和纳米SiO2总体积的比为1:1；所述的球磨时间为24h。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的粘结剂为聚乙烯醇；所述的粘结剂的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为1.5:100。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的喷雾造粒工艺参数：进风温度为250℃，出风温度为130℃，蠕动泵速率为45/3r/min～55/3r/min，通针速率为15t/min。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中所述的纳米SiO2的粒径为20nm～60nm；纳米SiO2与占混合粉体质量的5％～6％的纳米Yb2O3的摩尔比为1:1。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1400℃～1500℃，并在1400℃～1500℃下保温2h～6h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min～15℃/min。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温4h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min～15℃/min。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤三固相烧结之后将烧结后的粉体用150目和400目筛子进行筛粉，得到150目～400目烧结后的粉体；采用等离子喷涂技术将150目～400目烧结后的粉体喷射到去离子水中，收集去离水中粉体，烘干，即可得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：所述的等离子喷涂技术为等离子喷涂，工艺参数为喷涂电流为500A～550A，喷涂电压为45V～50V，主气流量为100SCFH，载气流量为50SCFH，送粉速度为6.0～6.5g/min，喷涂速度为30mm/s；所述的烘干具体为：在干燥箱中于120℃下干燥10h～12h。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一、制备浆料：
首先将粒径为20nm～60nm的Yb2O3与粒径为20nm～60nm的SiO2按照摩尔比为1:1混合后加入到球磨机中，然后依次加入去离子水、聚乙烯醇和磨球，最后球磨24h，得到浆料；
步骤一中所述的去离子水的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为2:1；
步骤一中所述的磨球的体积与纳米Yb2O3和纳米SiO2总体积的比为1:1；
步骤一中所述的聚乙烯醇的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为1.5:100；
二、喷雾造粒：
将步骤一得到的浆料进行喷雾造粒，再分别过150目的筛子和300目的筛子，得到粒径为150目～300目的混合粉体；
步骤二中所述的喷雾造粒工艺参数：进风温度为250℃，出风温度为130℃，蠕动泵速率为45/3r/min～55/3r/min，通针速率为15t/min；
三、固相烧结：
将粒径为150目～300目的混合粉体进行固相烧结，得到烧结后的粉体；
步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温2h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。
实施例二：本实施例与实施例一的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温4h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例一均相同。
实施例三：本实施例与实施例一的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温6h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例一均相同。
实施例四：本实施例与实施例一的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1400℃，并在1400℃下保温2h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例一均相同。
实施例五：本实施例与实施例一的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1400℃，并在1400℃下保温4h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例一均相同。
实施例六：本实施例与实施例一的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1400℃，并在1400℃下保温6h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例一均相同。
实施例七：本实施例与实施例一的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温2h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例一均相同。
实施例八：本实施例与实施例一的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温4h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例一均相同。
实施例九：本实施例与实施例一的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温6h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例一均相同。
图1为实施例一所述的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的制备基本流程图；
图2为实施例一步骤一中原始粒径为20nm～60nm的SiO2的XRD图谱；
图3为实施例一步骤一中原始粒径为20nm～60nm的Yb2O3的XRD图谱；
从图2和图3可知，Yb2O3的晶粒尺寸为29.4nm，而SiO2为非晶。
图4为实施例一步骤一中原始粒径为20nm～60nm的SiO2的整体形貌SEM图；
图5为实施例一步骤一中原始粒径为20nm～60nm的Yb2O3的整体形貌SEM图；
从图4～图5中可以看出，原始的SiO2粉体和Yb2O3粉体的晶粒尺寸在几十纳米以下，但是形貌不规则。纳米级粉体不适用于热喷涂，而且流动性也差，我们造粉不仅仅是为了烧产生Yb2SiO5，也是为了制造球形喂料。
图6为实施例一步骤二得到的粒径为150目～300目的混合粉体的XRD图谱；
从图6可知，喷雾造粒后得到的粉体的物相为Yb2O3，通过XRD分析其平均晶粒尺寸为26.4nm，说明喷雾干燥对粉体物相和晶粒尺寸无影响。
图7为实施例一步骤二得到的粒径为150目～300目的混合粉体的低倍SEM图；
图8为实施例一步骤二得到的粒径为150目～300目的混合粉体的高倍SEM图；
从图7～图8我们可以看出造粒后的粉体颗粒尺寸大致在几微米到几十微米的范围。视野内有的粉体颗粒球形度较好，表面较为光滑，说明纳米小颗粒团聚较好、较为致密，是我们最希望得到的。有的粉体颗粒球形度较差，表面较为粗糙，说明纳米颗粒团聚较差、疏松，属于不太理想的产物。
图9为实施例一至三得到的烧结后的粉体的XRD图，图中1为实施例一步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，2为实施例二步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，3为实施例三步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线；
根据图9中XRD图谱分析粉体各物相含量并计算粉体平均晶粒尺寸如表1所示。
表1
实施例 Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量(wt.％) 晶粒尺寸(XS)(nm)
实施例一 5.5 89.9
实施例二 5.5 91.6
实施例三 5.5 92.2
从图9和表1中我们可以得知粉体在1500℃下固相反应，随保温时间的增加，保温2h、4h、6h后得到的产物(烧结后的粉体)中Yb2O3含量均保持在5.5％不变，我们可以认为这是一个比较明显的标志，说明在1500℃下保温时间的延长对产物中Yb2O3含量无明显影响。
图10为实施例四至六得到的烧结后的粉体的XRD图，图中1为实施例四步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，2为实施例五步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，3为实施例六步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线；
根据图10中XRD图谱分析粉体各物相含量并计算粉体平均晶粒尺寸如表2所示。
表2
实施例 Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量(wt.％) 晶粒尺寸(XS)(nm)
实施例四 6.0 89.5
实施例五 5.8 86.4
实施例六 5.6 90.5
从图10和表2我们可以得知在1400℃随保温时间增加，产物(烧结后的粉体)中Yb2O3含量继续降低，但降低量很小，由此可见在1400℃下保温时间对产物物相影响不大，保温6h后产物中Yb2O3含量降低至5.6％，粉体平均晶粒尺寸在90nm左右。
图11为实施例七至九得到的烧结后的粉体的XRD图，图中1为实施例七步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，2为实施例八步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线，3为实施例九步骤三得到的烧结后的粉体的XRD曲线；
根据图11中XRD图谱分析粉体各物相含量并计算粉体平均晶粒尺寸如表3所示。
表3
实施例 Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量(wt.％) 晶粒尺寸(XS)(nm)
实施例七 20.8 67.4
实施例八 14.2 67.9
实施例九 13.3 68.5
从图11和表3我们可以得知在1080℃随保温时间增加，产物(烧结后的粉体)中Yb2O3含量降低，尤其在保温时间由2h延长至4h后Yb2O3含量变化较为明显，但在保温6h后产物中Yb2O3含量仍有13.3％，粉体平均晶粒尺寸随保温时间延长有一定增加，但总体变化不大。
实施例十：一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、制备浆料：
首先将粒径为20nm～60nm的Yb2O3与粒径为20nm～60nm的SiO2按照摩尔比为1:1混合后加入到球磨机中，然后依次加入去离子水、聚乙烯醇和磨球，最后球磨24h，得到浆料；
步骤一中所述的去离子水的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为2:1；
步骤一中所述的磨球的体积与纳米Yb2O3和纳米SiO2总体积的比为1:1；
步骤一中所述的聚乙烯醇的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为1.5:100；
二、喷雾造粒：
将步骤一得到的浆料进行喷雾造粒，再分别过150目的筛子和300目的筛子，得到粒径为150目～300目的混合粉体；
步骤二中所述的喷雾造粒工艺参数：进风温度为250℃，出风温度为130℃，蠕动泵速率为45/3r/min～55/3r/min，通针速率为15t/min；
三、固相烧结：
将粒径为150目～300目的混合粉体再与纳米SiO2混合后进行固相烧结，即得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料；
步骤三中所述的纳米SiO2的粒径为20nm～60nm；纳米SiO2与占混合粉体质量的5％～6％的纳米Yb2O3的摩尔比为1:1
步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温2h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。
实施例十一：本实施例与实施例十的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温4h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例十均相同。
实施例十二：本实施例与实施例十的不同点是：步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温6h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min。其它步骤及参数与实施例十均相同。
图12为实施例十至实施例十二制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD图，图中1为实施例十制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线，2为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线，3为实施例十二制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线；
根据图12中XRD图谱分析粉体各物相含量并计算粉体平均晶粒尺寸如表4所示。
表4
实施例 Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量(wt.％) 晶粒尺寸(XS)(nm)
实施例十 2.2 86.4
实施例十一 1.5 88.7
实施例十二 1.4 91.6
从图12和表4我们可以得知，加入过量SiO2后在1500℃下保温2h、4h、6h后产物中Yb2O3含量较未加入SiO2前有明显降低，在1500℃下保温4h、6h后产物中Yb2O3含量可降低至1.5％和1.4％，但在1500℃下保温6h后粉体平均晶粒尺寸为91.6nm，其晶粒尺寸可能在后续处理中容易突破纳米晶范围，且保温4h、6h后产物中Yb2O3含量差别不大。
实施例十三：一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、制备浆料：
首先将粒径为20nm～60nm的Yb2O3与粒径为20nm～60nm的SiO2按照摩尔比为1:1混合后加入到球磨机中，然后依次加入去离子水、聚乙烯醇和磨球，最后球磨24h，得到浆料；
步骤一中所述的去离子水的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为2:1；
步骤一中所述的磨球的体积与纳米Yb2O3和纳米SiO2总体积的比为1:1；
步骤一中所述的聚乙烯醇的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为1.5:100；
二、喷雾造粒：
将步骤一得到的浆料进行喷雾造粒，再分别过150目的筛子和300目的筛子，得到粒径为150目～300目的混合粉体；
步骤二中所述的喷雾造粒工艺参数：进风温度为250℃，出风温度为130℃，蠕动泵速率为45/3r/min～55/3r/min，通针速率为15t/min；
三、固相烧结：
将粒径为150目～300目的混合粉体再与纳米SiO2混合后进行固相烧结，得到烧结后的粉体；
步骤三中所述的纳米SiO2的粒径为20nm～60nm；纳米SiO2与占混合粉体质量的5％～6％的纳米Yb2O3的摩尔比为1:1
步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温4h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min；
四、等离子喷涂：
将烧结后的粉体用150目和400目筛子进行筛粉，得到150目～400目烧结后的粉体；采用等离子喷涂技术将150目～400目烧结后的粉体喷射到去离子水中，收集去离子水中粉体，烘干，即可得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料；所述的等离子喷涂技术为等离子喷涂，工艺参数为喷涂电流为500A，喷涂电压为50V，主气流量为100SCFH，载气流量为50SCFH，送粉速度为6.0g/min，喷涂速度为30mm/s；所述的烘干具体为：在干燥箱中于120℃下干燥10h。
图13为实施例十一和实施例十三得到的产物XRD图，图中1为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线，图中2为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的XRD曲线；
根据图13中XRD图谱分析粉体各物相含量并计算粉体平均晶粒尺寸如表5所示。
表5
Figure BDA0002403264420000121
从图13和表5中我们可以看出，与等离子处理前的产物XRD图谱对比，在等离子处理后的产物XRD图谱中已检测不到Yb2O3对应的衍射峰，XRD产物分析报告中Yb2O3相含量为0％，并且粉体在经过等离子处理后其平均晶粒尺寸变为61.1nm，这是我们希望得到的。由此我们可以看出，等离子处理对粉体的物相有一定影响，并且等离子处理可以减小粉体的平均晶粒尺寸，是制备喷涂喂料很重要的一种技术。
图14为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍表面形貌图；
图15为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍表面形貌图；
图16为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍表面形貌图；
图17为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍表面形貌图；
从图14中可以看出，实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的球形度较差，从图15中可以看出实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的表面呈毛刺状。从图16～图17可知，经过等离子处理后粉体的球形度非常好，粉体的表面光滑度大大提高，这样的粉体通常流动性较好，这说明等离子处理能极大地提升粉体球形度和表面光滑度，从而大大提升粉体的流动性，为后续的喷涂涂层做好准备。
图18为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍截面形貌图；
图19为实施例十一制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍截面形貌图；
图20为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍截面形貌图；
图21为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍截面形貌图；
从图18中可以看出在烧结后粉体有少许孔洞出现，从图19中可以看出粉体截面孔洞尺寸大致为1μm左右，但总体来说烧结后的粉体(即所制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料)都较为致密，没有“空心球”出现。从图20和图21可以看出经过等离子处理后的粉体孔洞消失，证明等离子处理可以增加粉体的致密度，提高粉体的喷涂性能。
图22为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的低倍TEM图；
图23为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的高倍TEM图。
从图22和图23中我们可以看出所得喂料的晶粒尺寸都在100nm以下，尺寸大约分布在30nm到70nm之间，这与我们之前由XRD图谱计算的平均晶粒尺寸结果结果吻合，喂料的微观结构为纳米晶。
由此可见我们通过纳米调控技术，包括组织调控、结构调控、成分调控，我们可以制备出优异的可喷涂喂料，从而得到性能优异的涂层，此外，根据涂层使用的实际条件，我们也可以控制喂料的结构特性，进而控制涂层的性能取向，针对耐磨涂层，我们可以通过等离子处理将喂料制备得非常致密，如通过等离子处理的方法，增加喂料的致密度和流动性，而对于热障涂层，可以制备具有一定孔隙结构的喂料，这样可以保证涂层具有一定的孔隙率，从而提高涂层的隔热效果。
表6为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的密度、流动性和粒度。
表6
Figure BDA0002403264420000141
(注：D50是指有50％的颗粒尺寸不大于该值，D10和D90类似。)
从表6中可以看出，喂料的平均粒径为40μm左右，适合等离子喷涂，同时D50与D90相差不大，说明粉末的粒度较均匀，振实密度、松装密度数值较大，说明经过等离子处理后的粉体非常致密，同时喂料流动性也非常好达到了166g/min，说明我们制备的喂料适合等离子喷涂。
图24为实施例十三制备的适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料的制备基本流程图。

Claims (5)

1.一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，其特征在于该制备方法是按以下步骤完成的：
一、制备浆料：
首先将纳米Yb2O3与纳米SiO2混合后加入到球磨机中，然后依次加入去离子水、粘结剂和磨球，最后球磨，得到浆料；
步骤一中所述的纳米Yb2O3的粒径为20nm～60nm；所述的纳米SiO2的粒径为20nm～60nm；所述的纳米Yb2O3与纳米SiO2的摩尔比为1:1；
步骤一中所述的粘结剂为聚乙烯醇；所述的粘结剂的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为1.5:100；
二、喷雾造粒：
将步骤一得到的浆料进行喷雾造粒，再分别过150目的筛子和300目的筛子，得到粒径为150目～300目的混合粉体；
三、固相烧结：
将粒径为150目～300目的混合粉体再与纳米SiO2混合后进行固相烧结，步骤三中所述的纳米SiO2的粒径为20nm～60nm，纳米SiO2与占混合粉体质量的5％～6％的纳米Yb2O3的摩尔比为1:1；固相烧结之后将烧结后的粉体用150目和400目筛子进行筛粉，得到150目～400目烧结后的粉体；采用等离子喷涂技术将150目～400目烧结后的粉体喷射到去离子水中，收集去离子水中粉体，烘干，即可得到适合等离子喷涂的纳米结构Yb2SiO5喂料；
步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1400℃～1500℃，并在1400℃～1500℃下保温2h～6h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min～15℃/min。
2.根据权利要求1所述的一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，其特征在于所述的去离子水的质量与纳米Yb2O3和纳米SiO2总质量的比为2:1。
3.根据权利要求1所述的一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的磨球的体积与纳米Yb2O3和纳米SiO2总体积的比为1:1；所述的球磨时间为24h。
4.根据权利要求1所述的一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的固相烧结的工艺为：从室温升温至500℃后保温1h，然后升温至1080℃保温1h，再升温至1500℃，并在1500℃下保温4h，再随炉冷却至室温，升温速率均为10℃/min～15℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种适合等离子喷涂的纳米结构硅酸镱喂料的制备方法，其特征在于所述的等离子喷涂技术为等离子喷涂，工艺参数为喷涂电流为500A～550A，喷涂电压为45V～50V，主气流量为100SCFH，载气流量为50SCFH，送粉速度为6.0～6.5g/min，喷涂速度为30mm/s；所述的烘干具体为：在干燥箱中于120℃下干燥10h～12h。
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