CN114015962A - 一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，属于功能材料技术领域，本发明所述耐高温复相陶瓷材料的制备方法包括如下步骤：原料选择‑原料混合‑固相烧结‑浆料制备‑喷涂粉末制备，本发明基于陶瓷基复合材料的工艺原理，将前驱体粉体1(LaMgAl11O19)和前驱体粉体2(6～8YSZ)以任一比例混合，通过混料、烧结制备得到复相陶瓷材料，将复相陶瓷材料通过浆料制备、离心喷雾造粒后制备得到LaMgAl11O19‑6～8YSZ复相陶瓷喷涂粉末。采用本发明所制备粉末形状规整、粒度均匀，满足等离子喷涂工艺的要求，工艺方法简单，适宜大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，尤其涉及一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法。
背景技术
随着现代航空工业的不断发展，要求航空发动机有着大的推重比、高效率和长寿命，进而对发动机热端部件的服役温度也提出了更高的要求。当前高温合金材料的极限服役温度仍不超过1100℃，而燃烧室和涡轮叶片等热端部件的服役温度远高于此温度，难以满足应用需求。热障涂层技术由表面陶瓷层、中间的粘结层和基体材料组成，能有效改善和提高热端部件的服役温度，进而提高发动机的推重比和效率，延长其使用寿命。
氧化钇部分稳定氧化锆(6～8YSZ)是当前应用最为广泛的热障涂层材料，但其在超过1200℃时会发生非四方相→四方相和立方相→单斜相转变，在此过程中涂层体积发生变化，与粘结层和基体材料体积失配，导致涂层产生裂纹，涂层性能急剧退化，因此，急需开发制备一种能在更高温度下稳定服役的热障涂层材料，现有技术CN101928144提供了一种LaMgAl11O19-8YSZ复相陶瓷及其制备方法，但其制备的复相陶瓷存在配比限制，且工艺复杂，无法用于喷涂制备热障涂层。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决传统的热障涂层在较高的温度下会产生裂纹，涂层性能急剧退化，现有技术CN101928144中，存在配比限制，工艺复杂等问题而提供一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：本发明提供的一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，该工艺包括以下步骤：
步骤1：原料选择：
前驱体粉体1为LaMgAl11O19，前躯体粉体2为6～8YSZ；
步骤2：原料混合：
使用行星球研磨机将步骤1中的前驱体粉体1和前驱体粉体2研磨混合，得到前驱体粉体混合物，研磨时间为1～2h；
步骤3：固相烧结：
将步骤2中的前驱体粉体混合物进行烧结，烧结后在炉中自然冷却至室温取出，得到复相陶瓷材料，烧结温度为1300～1800℃，升温速率为3～15℃/min，烧结时间为3～12h；
步骤4：浆料制备：
将步骤3制备得到的复相陶瓷材料与磨球、去离子水混合，然后在行星球磨机中球磨12～15h，在球磨结束前2～5h添加1～3％(重量)的粘结剂，之后继续球磨至结束，制备得到喷涂粉末浆料；
步骤5：喷涂粉末制备：
将步骤4制备得到的喷涂粉末浆料采用离心喷雾造粒设备进行造粒处理，通过调整造粒参数制备得到复相陶瓷喷涂粉末，进口温度为200-250℃，出口温度为100～130℃，离心速率为8000～15000r/min。
进一步的，步骤2中的前驱体粉体1与前驱体粉体2按照3:7～5:12的比例混合，可以确保烧结出来的材料各方面性能。
进一步的，步骤2和步骤4中的行星球磨机为立式行星球磨机、卧式行星球磨机或全方位行星式球磨机，球磨转速为100～300r/min，保证材料研磨精度，使材料混合更均匀。
进一步的，步骤4中的复相陶瓷材料与磨球质量比为1:3～1:5，浆料固含量为40％～60％(重量)，保证材料研磨的精度。
进一步的，步骤4中的粘接剂为羧甲基纤维素粘接剂，提高材料之间的整体粘合性。
有益效果：采用本发明制造的热障涂层材料，通过利用陶瓷基复合材料工艺原理的思路，将6～8YSZ与LaMgAl11O19复合制备成为复相陶瓷材料，板片状的LaMgAl11O19晶粒阻止裂纹的扩展，提高复相陶瓷材料的热膨胀系数和耐高温性能，并且本发明制备得到的复相陶瓷材料形状规整、粒度均匀，满足等离子喷涂工艺的要求，工艺简单，适宜大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为本发明实施例1制备得到的复相陶瓷喷涂粉末形貌；
图3为本发明实施例2制备得到的复相陶瓷喷涂粉末形貌。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：结合图1和图2所示的一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，该工艺包括以下步骤：
步骤1：原料选择：
前驱体粉体1为LaMgAl11O19，前躯体粉体2为6～8YSZ；
步骤2：原料混合：
使用行星球研磨机将步骤1中的前驱体粉体1和前驱体粉体2研磨混合，得到前驱体粉体混合物，研磨时间为1h；
步骤3：固相烧结：
将步骤2中的前驱体粉体混合物进行烧结，烧结后在炉中自然冷却至室温取出，得到复相陶瓷材料，烧结温度为1300℃，升温速率为15℃/min，烧结时间为3h；
步骤4：浆料制备：
将步骤3制备得到的复相陶瓷材料与磨球、去离子水混合，然后在行星球磨机中球磨12h，在球磨结束前2h添加1％(重量)的粘结剂，之后继续球磨至结束，制备得到喷涂粉末浆料；
步骤5：喷涂粉末制备：
将步骤4制备得到的喷涂粉末浆料采用离心喷雾造粒设备进行造粒处理，通过调整造粒参数制备得到复相陶瓷喷涂粉末，进口温度为200℃，出口温度为100℃，离心速率为8000r/min。
其中，步骤2中的前驱体粉体1与前驱体粉体2按照3:7的比例混合，可以确保烧结出来的材料各方面性能，步骤2和步骤4中的行星球磨机为立式行星球磨机、卧式行星球磨机或全方位行星式球磨机，球磨转速为100r/min，保证材料研磨精度，使材料混合更均匀，步骤4中的复相陶瓷材料与磨球质量比为1:3，浆料固含量为40％(重量)，保证材料研磨的精度，步骤4中的粘接剂为羧甲基纤维素粘接剂，提高材料之间的整体粘合性。
实施例2：结合图1和图3所示的一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，该工艺包括以下步骤：
步骤1：原料选择：
前驱体粉体1为LaMgAl11O19，前躯体粉体2为6～8YSZ；
步骤2：原料混合：
使用行星球研磨机将步骤1中的前驱体粉体1和前驱体粉体2研磨混合，得到前驱体粉体混合物，研磨时间为1.5h；
步骤3：固相烧结：
将步骤2中的前驱体粉体混合物进行烧结，烧结后在炉中自然冷却至室温取出，得到复相陶瓷材料，烧结温度为1600℃，升温速率为10℃/min，烧结时间为8h；
步骤4：浆料制备：
将步骤3制备得到的复相陶瓷材料与磨球、去离子水混合，然后在行星球磨机中球磨13.5h，在球磨结束前3.5h添加1.5％(重量)的粘结剂，之后继续球磨至结束，制备得到喷涂粉末浆料；
步骤5：喷涂粉末制备：
将步骤4制备得到的喷涂粉末浆料采用离心喷雾造粒设备进行造粒处理，通过调整造粒参数制备得到复相陶瓷喷涂粉末，进口温度为225℃，出口温度为115℃，离心速率为11000r/min。
其中，步骤2中的前驱体粉体1与前驱体粉体2按照4:9的比例混合，可以确保烧结出来的材料各方面性能，步骤2和步骤4中的行星球磨机为立式行星球磨机、卧式行星球磨机或全方位行星式球磨机，球磨转速为150r/min，保证材料研磨精度，使材料混合更均匀，步骤4中的复相陶瓷材料与磨球质量比为1:4，浆料固含量为50％(重量)，保证材料研磨的精度，步骤4中的粘接剂为羧甲基纤维素粘接剂，提高材料之间的整体粘合性。
实施例3：结合图1所示的一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，该工艺包括以下步骤
步骤1：原料选择：
前驱体粉体1为LaMgAl11O19，前躯体粉体2为6～8YSZ；
步骤2：原料混合：
使用行星球研磨机将步骤1中的前驱体粉体1和前驱体粉体2研磨混合，得到前驱体粉体混合物，研磨时间为2h；
步骤3：固相烧结：
将步骤2中的前驱体粉体混合物进行烧结，烧结后在炉中自然冷却至室温取出，得到复相陶瓷材料，烧结温度为1800℃，升温速率为15℃/min，烧结时间为12h；
步骤4：浆料制备：
将步骤3制备得到的复相陶瓷材料与磨球、去离子水混合，然后在行星球磨机中球磨15h，在球磨结束前5h添加3％(重量)的粘结剂，之后继续球磨至结束，制备得到喷涂粉末浆料；
步骤5：喷涂粉末制备：
将步骤4制备得到的喷涂粉末浆料采用离心喷雾造粒设备进行造粒处理，通过调整造粒参数制备得到复相陶瓷喷涂粉末，进口温度为250℃，出口温度为130℃，离心速率为15000r/min。
其中，步骤2中的前驱体粉体1与前驱体粉体2按照5:12的比例混合，可以确保烧结出来的材料各方面性能，步骤2和步骤4中的行星球磨机为立式行星球磨机、卧式行星球磨机或全方位行星式球磨机，球磨转速为300r/min，保证材料研磨精度，使材料混合更均匀，步骤4中的复相陶瓷材料与磨球质量比为1:5，浆料固含量为60％(重量)，保证材料研磨的精度，步骤4中的粘接剂为羧甲基纤维素粘接剂，提高材料之间的整体粘合性。
对比实施例一、实施例二和实施例三中的步骤3，得表如下：
经检测制得的产品耐高温性能，发现实施例二效果最优。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神.或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：原料选择：
前驱体粉体1为LaMgAl11O19，前躯体粉体2为6～8YSZ；
步骤2：原料混合：
使用行星球研磨机将步骤1中的前驱体粉体1和前驱体粉体2研磨混合，得到前驱体粉体混合物，研磨时间为1～2h；
步骤3：固相烧结：
将步骤2中的前驱体粉体混合物进行烧结，烧结后在炉中自然冷却至室温取出，得到复相陶瓷材料，烧结温度为1300～1800℃，升温速率为3～15℃/min，烧结时间为3～12h；
步骤4：浆料制备：
将步骤3制备得到的复相陶瓷材料与磨球、去离子水混合，然后在行星球磨机中球磨12～15h，在球磨结束前2～5h添加1～3％(重量)的粘结剂，之后继续球磨至结束，制备得到喷涂粉末浆料；
步骤5：喷涂粉末制备：
将步骤4制备得到的喷涂粉末浆料采用离心喷雾造粒设备进行造粒处理，通过调整造粒参数制备得到复相陶瓷喷涂粉末，进口温度为200-250℃，出口温度为100～130℃，离心速率为8000～15000r/min。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的所述前驱体粉体1与所述前驱体粉体2按照3:7～5:12的比例混合。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤2和所述步骤4中的行星球磨机为立式行星球磨机、卧式行星球磨机或全方位行星式球磨机，球磨转速为100～300r/min。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的复相陶瓷材料与磨球质量比为1:3～1:5，浆料固含量为40％～60％(重量)。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温复相陶瓷喷涂粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的所述粘接剂为羧甲基纤维素粘接剂。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115894034A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-04-04 | 北京航空航天大学 | 铬碳化铝陶瓷的制备方法、铬碳化铝陶瓷和应用 |
| CN116179988A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-05-30 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种复合陶瓷材料、吸波陶瓷涂层及其制备方法 |
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- 2021-09-13 CN CN202111069120.3A patent/CN114015962A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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