CN115849900B - 一种氧化锆陶瓷涂层及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化锆陶瓷涂层及其制备方法和应用，属于材料表面涂层制备技术领域，所述氧化锆陶瓷涂层包括以下组分：氧化锆混合粉和胶体溶液；以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为9～13μm的第一氧化锆粉38～45份、粒径为40～45μm的第二氧化锆粉30～35份和粒径为70～75μm的第三氧化锆粉22～28份；以重量份数计，所述胶体溶液包括：粘接剂7～11份、包覆剂1～5份和溶剂84～92份；其中，所述包覆剂包括有机硅树脂和SiO2/ZrO2溶胶凝胶溶液中的至少一种。本发明基于泥浆涂颖法，实现了在较低烧结温度下形成具备高稳定性、优异耐磨性和涂层粘结能力强的氧化锆涂层。
Description
技术领域
本发明涉及材料表面涂层制备技术领域，具体而言，涉及一种氧化锆陶瓷涂层及其制备方法和应用。
背景技术
氧化锆陶瓷由于耐腐蚀、高熔点、低导热系数和耐磨损等优异特点，可在1500℃以上的超高温环境下长期使用，最高使用温度可达2200℃，即使在2500℃下仍能保持化学性质稳定，是目前世界上最先进的耐火材料之一，在结构和功能材料等方面具有较为广泛的应用。
目前，含有广泛用途的ZrO2薄膜涂层可采用电子束蒸镀、空气等离子体喷涂、等离子体辅助物理气相沉积、磁控溅射、射频溅射等工艺利用高温使ZrO2材料熔化后直接喷涂至金属基材上，但这要求ZrO2颗粒均匀，而且要采用合适的工艺，防止冷却后涂层扭曲、剥落，一般均需采用过渡中间层的方式加以解决，因此大大增加其工艺过程复杂度，生产成本较高。同时还可以采用液体或泥浆涂颖法制备高质量的ZrO2薄膜涂层。利用ZrOCl2等易溶于水的错盐，加入一定量的稳定剂后，调成合适的浆状液体，或者将含ZrO2等原料按照一定比例混合得到锆浆，利用喷、浸或其他方法，使锆浆黏附在基体材料的表面，再进行高温烧结热处理后即可满足要求。如果一次不行，则可以反复进行上述操作，直至达到涂覆表面致密均匀一致为止。此法的优点是有节能易操作等优点，能较随意调节氧化锆陶瓷涂层至所需的厚度。
但是，现有泥浆涂颖法制备氧化锆陶瓷涂层存在烧结温度高和涂层稳定性和耐磨性能差等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化锆陶瓷涂层及其制备方法和应用，在保证氧化锆陶瓷涂层具备高稳定性、优异耐磨性和涂层粘结能力强等优异性能前提下，以解决现有泥浆涂颖法制备氧化锆陶瓷涂层中存在烧结温度过高的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种氧化锆陶瓷涂层，所述氧化锆陶瓷涂层包括以下组分：氧化锆混合粉和胶体溶液；
以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为9～13μm的第一氧化锆粉38～45份、粒径为40～45μm的第二氧化锆粉30～35份和粒径为70～75μm的第三氧化锆粉22～28份；
以重量份数计，所述胶体溶液包括：粘接剂7～11份、包覆剂1～5份和溶剂84～92份；其中，所述包覆剂包括有机硅树脂和SiO2/ZrO2溶胶凝胶溶液中的至少一种。
进一步地，所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液的重量比为(3～5):1。
进一步地，以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为10μm的第一氧化锆粉38～45份、粒径为40μm的第二氧化锆粉30～35份和粒径为75μm的第三氧化锆粉22～28份。
进一步地，以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为10μm的第一氧化锆40份、粒径为40μm的第二氧化锆粉35份和粒径为75μm的第三氧化锆粉25份；
以重量份数计，所述胶体溶液包括：粘接剂9份、包覆剂4份和溶剂87份。
进一步地，所述粘接剂为聚乙烯醇缩丁醛酯，所述溶剂为乙醇。
进一步地，所述氧化锆陶瓷涂层还包括以下组分：分散剂。
第二方面，本申请实施例提供了第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层的制备方法，所述制备方法包括：
得到氧化锆混合粉；
将粘接剂、包覆剂和溶剂进行第一搅拌混合，得到胶体溶液；
将所述氧化锆混合粉、所述胶体溶液和分散剂进行第二搅拌混合，得到锆浆悬浊液；
将所述锆浆悬浊液涂覆于基体材料表面，后干燥和烧结，得到氧化锆陶瓷涂层。
进一步地，所述烧结的工作参数包括：烧结温度为1200～1300℃，烧结时长为1～3小时。
第三方面，本申请实施例提供了第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层在制备耐高温材料中的应用。
第四方面，本申请实施例提供了一种金属材料，所述金属材料包括金属基体以及涂覆于所述金属基体至少部分表面上的涂层，所述涂层为第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层。
相较于现有技术，本申请实施例提供的上述方案至少具有以下有益效果：
本申请实施例提供了一种氧化锆陶瓷涂层，通过采用特定粒径的氧化锆粉于特定比例下进行混合得到氧化锆混合粉，改进ZrO2粉末粒度及配比，将不同表面能特性的氧化锆细粉进行组合，提高ZrO2混合粉涂层烧结活性；同时胶体溶液中添加有如有机硅树脂等作为包覆剂，两者相互配合，制备锆浆悬浊液时有机硅树脂可包覆于ZrO2混合粉表面，一定温度条件下(如600～900℃)分解后的纳米级SiO2物质将直接在ZrO2混合粉表面形成SiO2网络型固态结构，可粘接固化ZrO2颗粒，同时高反应活性的ZrO2粉可以与相邻的ZrO2颗粒和SiO2网络型固态结构发生反应，进而形成更稳定的氧化锆涂，最终实现了在较低烧结温度下形成具备高稳定性、优异耐磨性和涂层粘结能力强的氧化锆涂层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种氧化锆陶瓷涂层的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例4中涂覆后涂层实际效果图；
图3为本发明实施例4中涂层干燥后实际效果图；
图4为本发明实施例4中涂层烧结后实际效果图；
图5为本发明实施例4中涂层于100倍显微镜下观察图；
图6为本发明对比例9中涂层于100倍显微镜下观察图。
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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供的技术方案的总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供一种氧化锆陶瓷涂层，所述氧化锆陶瓷涂层包括以下组分：氧化锆混合粉和胶体溶液；
以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为9～13μm的第一氧化锆粉38～45份、粒径为40～45μm的第二氧化锆粉30～35份和粒径为70～75μm的第三氧化锆粉22～28份；
以重量份数计，所述胶体溶液包括：粘接剂7～11份、包覆剂1～5份和溶剂84～92份；其中，所述包覆剂包括有机硅树脂和SiO2/ZrO2溶胶凝胶溶液中的至少一种。
本申请实施例提供了一种氧化锆陶瓷涂层，通过采用特定粒径的氧化锆粉于特定比例下进行混合得到氧化锆混合粉，改进ZrO2粉末粒度及配比，将不同表面能特性的氧化锆细粉进行组合，提高ZrO2混合粉涂层烧结活性；同时胶体溶液中添加有如有机硅树脂等作为包覆剂，两者相互配合，制备锆浆悬浊液时有机硅树脂可包覆于ZrO2混合粉表面，一定温度条件下(如600～900℃)分解后的纳米级SiO2物质将直接在ZrO2混合粉表面形成SiO2网络型固态结构，可粘接固化ZrO2颗粒，同时高反应活性的ZrO2粉可以与相邻的ZrO2颗粒和SiO2网络型固态结构发生反应，进而形成更稳定的氧化锆涂，最终实现了在较低烧结温度下形成具备高稳定性、优异耐磨性和涂层粘结能力强的氧化锆涂层。
在一些具体实施例中，所述第一氧化锆粉的粒径可为9μm、10μm、11μm、12μm、13μm等；以重量份数计，所述第一氧化锆粉的重量份数可为38份、39份、40份、41份、42份、43份、44份、45份等。
在一些具体实施例中，所述第二氧化锆粉的粒径可为40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm等；以重量份数计，所述第二氧化锆粉的重量份数可为30份、31份、32份、33份、34份、35份等。
在一些具体实施例中，所述第三氧化锆粉的粒径可为70μm、71μm、72μm、73μm、74μm、75μm等；以重量份数计，所述第三氧化锆粉的重量份数可为22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份等。
本申请中，粘接剂又可称为粘结剂、胶粘剂、黏结剂等，是能将同种或两种或两种以上同质或异质的制件(或材料)连接在一起，固化后具有足够强度的有机或无机的、天然或合成的一类物质，如天然高分子化合物(淀粉、动物皮胶、骨胶、天然橡胶等)、合成高分子化合物(环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚胺酯等热固性树脂和聚乙烯醇缩醛、过氯乙烯树脂等热塑性树脂等，可起到提高氧化锆混合粉和胶体溶液混合后的稳定性的作用。在一些具体实施例中，以重量份数计，粘接剂的重量份数可为7份、8份、9份、10份、11份等。
本申请中，选用如有机硅树脂和SiO2/ZrO2溶胶凝胶溶液等作为包覆剂，制备锆浆悬浊液时有机硅树脂可包覆于ZrO2混合粉表面，一定温度条件下(如600～900℃)分解后的纳米级SiO2物质将直接在ZrO2混合粉表面形成SiO2网络型固态结构，可粘接固化ZrO2颗粒，同时高反应活性的ZrO2粉可以与相邻的ZrO2颗粒和SiO2网络型固态结构发生反应，进而形成更稳定的氧化锆涂，最终实现了在较低烧结温度下形成具备高稳定性、优异耐磨性和涂层粘结能力强的氧化锆涂层。有机硅树脂还可以采用SiO2/ZrO2等溶胶凝胶溶液代替，即利用其溶胶凝胶溶液包覆ZrO2颗粒，然后在一定温度条件下分解后形成SiO2/ZrO2网络型固态结构，增强ZrO2涂层粘结能力。在一些具体实施例中，以重量份数计，包覆剂的重量份数可为1份、2份、3份、4份、5份等。
本申请中，有机硅树脂(也称为聚硅氧烷)是一类由硅原子和氧原子交替连结组成骨架，不同的有机基团再与硅原子连结的聚合物的统称。有机硅树脂结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物特性与无机物功能于一身，按硅氧链节中硅原子上有机取代基的不同，基本上可以划分为聚烷基有机硅树脂、聚芳基有机硅树脂与聚烷基芳基有机硅树脂三大类。在一些具体实施例中，有机硅树脂可采用如瓦克公司生产的产品型号为SILRES、道康宁公司生产的产品型号为RSN-0249等市售产品。
本申请中SiO2/ZrO2溶胶凝胶溶液可根据现有技术公开内容进行配制，本申请文件不做过多赘述。
本申请在一些具体实施例中，溶剂可选用如乙醇等醇类溶剂，将粘接剂和包覆剂进行溶解混合，形成胶体溶液。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液的重量比为(3～5):1。
本申请中，控制所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液的重量比为(3～5):1的作用是确保氧化锆混合粉可以有效分散，且可形成稳定的悬浊液体系；若所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液的重量比值过大所带来的不利影响是导致氧化锆混合粉分散一致性差，降低涂层烧结后的强度和稳定性；若所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液的重量比值过小所带来的不利影响是烧结氧化锆悬浊液体系稳定差，导致涂覆的一致性差。在一些具体实施例中，所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液的重量比可为3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1等。
作为本申请实施例的一种实施方式，以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为10μm的第一氧化锆粉38～45份、粒径为40μm的第二氧化锆粉30～35份和粒径为75μm的第三氧化锆粉22～28份。
本申请中，进一步优化氧化锆混合粉的粒径配比，选用粒径为10μm的第一氧化锆粉、粒径为40μm的第二氧化锆粉和粒径为75μm的第三氧化锆粉进行混合，可进一步提高所得氧化锆混合粉的烧结活性，使得最终所得氧化锆陶瓷涂层的如稳定性、耐磨性和涂层粘结能力等性能更加优异，并进一步降低烧结所需温度。
作为本申请实施例的一种实施方式，以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为10μm的第一氧化锆粉40份、粒径为40μm的第二氧化锆粉35份和粒径为75μm的第三氧化锆粉25份；
以重量份数计，所述胶体溶液包括：粘接剂9份、包覆剂4份和溶剂87份。
本申请上述重量份数配比的氧化锆混合粉和胶体溶液为最佳配比，使得最终所得氧化锆陶瓷涂层的如稳定性、耐磨性和涂层粘结能力等性能更加优异，并进一步降低烧结所需温度。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述粘接剂为聚乙烯醇缩丁醛酯，所述溶剂为乙醇等醇类和乙酸乙酯等酯类溶剂。
本申请在一些具体实施例中，可选用如数均分子量为12000～19000的聚乙烯醇缩丁醛酯(简称为PVB)等作为粘接剂，利用高分子量胶液的高粘度和高降阻性能可提高锆浆悬浊液(所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液混合所得)稳定性，改善涂层ZrO2粉末的一致性，从而进一步提高所得氧化锆陶瓷涂层的如稳定性、耐磨性和涂层粘结能力等性能。
本申请在一些具体实施例中，可选用如乙醇等作为溶剂，溶剂成本低，无毒性等优势。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述氧化锆陶瓷涂层还包括以下组分：分散剂。
本申请在一些具体实施例中，可选用如脂肪酸类、脂肪族酰胺类等本领域常用分散剂，其用量一般为0.1～0.5wt％。
第二方面，本申请实施例提供了第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括：
得到氧化锆混合粉；
将粘接剂、包覆剂和溶剂进行第一搅拌混合，得到胶体溶液；
将所述氧化锆混合粉、所述胶体溶液和分散剂进行第二搅拌混合，得到锆浆悬浊液；
将所述锆浆悬浊液涂覆于基体材料表面，后干燥和烧结，得到氧化锆陶瓷涂层。
本申请实施例提供的氧化锆陶瓷涂层的制备方法是基于泥浆涂颖法，由于采用第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层的配方，相应地具有上述第一方面中所述的有益效果，本申请文件不做重复赘述。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述烧结的工作参数包括：烧结温度为1200～1300℃，烧结时长为1～3小时。
本申请采用1200～1300℃低温下进行烧结，实现了在较低烧结温度下形成具备高稳定性、优异耐磨性和涂层粘结能力强的氧化锆涂层，避免了现有泥浆涂颖法制备氧化锆陶瓷涂层中的高温烧结(一般在1300℃以上)，大大降低了能耗和生产成本。当然，在一些具体实施例中，为了获得更佳的涂层性能和实际需要，本申请也可以采用如1300℃等以上高温进行烧结。
第三方面，本申请实施例提供了第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层在制备耐高温材料中的应用。
本申请实施例提供了第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层在制备耐高温材料(如应用于航空航天耐高温部件等)中的应用，所述耐高温材料的制备方法可根据现有技术公开内容和实际需要进行，如可采用电子束蒸镀、空气等离子体喷涂、等离子体辅助物理气相沉积、磁控溅射、射频溅射等工艺，还可以采用液体或泥浆涂颖法等，本申请文件不做重复赘述。
第四方面，本申请实施例提供了一种金属材料，所述金属材料包括金属基体以及涂覆于所述金属基体至少部分表面上的涂层，所述涂层为第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层。
本申请实施例提供了一种金属材料，由于金属材料包括第一方面所述的氧化锆陶瓷涂层，相应地具有上述第一方面中所述的有益效果，本申请文件不做重复赘述。其中，所述金属基体是指常规的市售金属材料，作为涂层的附着载体，可根据实际使用需要进行相应选择。
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1-5和对比例1-8提供了一种氧化锆陶瓷涂层，各例中氧化锆陶瓷涂层的制备方法包括：
得到氧化锆混合粉；
将粘接剂、包覆剂和溶剂进行第一搅拌混合(具体为密封搅拌24h)，得到胶体溶液；
将所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液按照一定重量比例混合，然后加入分散剂(分散剂具体为乙烯基双硬脂酰胺(EBS)，其用量具体为0.3wt％)进行第二搅拌混合，得到锆浆悬浊液；
将所述锆浆悬浊液涂覆于基体材料表面，后室温下干燥，然后在80℃下烘烤1h，已完成整个干燥过程；
将干燥后的涂覆基体材料进行烧结，随后自然冷却形成厚度为0.08～0.12μm的氧化锆陶瓷涂层。
上述各实施例1-5和对比例1-8提供的氧化锆陶瓷涂层中具体成分参数(以重量份数计，单位为g)及工艺制备参数如表1所示。
表1
注：表1中，PVB具体为Butvar公司生产的产品型号为B74，有机硅树脂具体为WACKER公司生产的产品型号为USMK。
对比例9
采用实施例4提供的氧化锆陶瓷涂层配方成分，结合激光涂覆工艺制备氧化锆陶瓷涂层，具体过程包括：利用气体放电时形成等离子体，以高温和电子能量以及可控气氛对氧化锆涂层材料进行烧结固化。
测试例
本例对实施例1-5和对比例1-9提供的氧化锆陶瓷涂层进行性能测试，测试结果如表2所示。
测试方法：
1)氧化锆陶瓷涂层稳定性测试：将烧结好的氧化锆涂层进行敲击或推拉，观察涂层与胚体之间是否产生裂纹或起层现象。
2)氧化锆陶瓷涂层耐磨性测试：用金属镊子轻轻摩擦烧结后氧化锆涂层，观察涂层表面是否产生划痕或氧化锆涂层掉落现象。
3)氧化锆陶瓷涂层粘结能力测试：将烧结好的氧化锆涂层进行敲击或推拉，观察涂层与胚体之间是否产生裂纹或起层现象。
表2
由表2可知，随着直径小的氧化锆粉的比例越高，越有利于烧结后氧化锆涂层的稳定性和耐磨性，同时烧结温度也更低一些；包覆剂的比例越高也更有利于提高烧结后氧化锆涂层的稳定性和耐磨性，同时适当降低烧结温度；而粘接剂的比例则对氧化锆涂层耐磨性和烧结温度的影响较小，对氧化锆涂层的稳定性的影响较大，其作用主要是形成更稳定的氧化锆浆料悬浊液，更有利于不同粒径大小的氧化锆粉末均分分布，同时更大比例的粘接剂也有利于浆料涂覆和干燥后氧化锆涂层的与胚体的粘接性，提高氧化锆涂层的稳定性；氧化锆混合粉与胶体溶液的重量比则对氧化锆涂层稳定性、耐磨性和烧结温度的影响较小。
实施例4在制备过程中涂覆后氧化锆陶瓷涂层实际效果图如图2所示，涂层干燥后实际效果图如图3所示，涂层烧结后实际效果图如图4所示。同时，通过100倍显微镜下对比实施例4(如图5所示)和对比例9(如图6所示)所得的氧化锆陶瓷涂层，可以发现本方法制备的氧化锆陶瓷涂层表面更加致密，表面无微孔等缺陷，涂层表面粗糙度更低。
综上所述，本申请实施例提供了一种氧化锆陶瓷涂层，通过采用特定粒径的氧化锆粉于特定比例下进行混合得到氧化锆混合粉，改进ZrO2粉末粒度及配比，将不同表面能特性的氧化锆细粉进行组合，提高ZrO2混合粉涂层烧结活性；同时胶体溶液中添加有如有机硅树脂等作为包覆剂，两者相互配合，实现了在较低烧结温度下形成具备高稳定性、优异耐磨性和涂层粘结能力强的氧化锆涂层。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
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 (7)
1.一种氧化锆陶瓷涂层，其特征在于，所述氧化锆陶瓷涂层包括以下组分：氧化锆混合粉和胶体溶液；
以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为9~13 μm的第一氧化锆粉38~45份、粒径为40~45 μm的第二氧化锆粉30~35份和粒径为70~75 μm的第三氧化锆粉22~28份；
以重量份数计，所述胶体溶液包括：粘接剂7~11份、包覆剂1~5份和溶剂84~92份；其中，所述包覆剂包括有机硅树脂和SiO2/ZrO2溶胶凝胶溶液中的至少一种；
所述氧化锆混合粉和所述胶体溶液的重量比为（3~5）:1；
所述氧化锆陶瓷涂层的制备方法包括以下步骤：
得到氧化锆混合粉；
将粘接剂、包覆剂和溶剂进行第一搅拌混合，得到胶体溶液；
将所述氧化锆混合粉、所述胶体溶液和分散剂进行第二搅拌混合，得到锆浆悬浊液；
将所述锆浆悬浊液涂覆于基体材料表面，后干燥和烧结，得到氧化锆陶瓷涂层；
其中，所述烧结的工作参数包括：烧结温度为1200~1300℃，烧结时长为1~3小时。
2. 根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷涂层，其特征在于，以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为10 μm的第一氧化锆粉38~45份、粒径为40 μm的第二氧化锆粉30~35份和粒径为75 μm的第三氧化锆粉22~28份。
3.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷涂层，其特征在于，以重量份数计，所述氧化锆混合粉包括：粒径为10 μm的第一氧化锆粉40份、粒径为40 μm的第二氧化锆粉35份和粒径为75 μm的第三氧化锆粉25份；
以重量份数计，所述胶体溶液包括：粘接剂9份、包覆剂4份和溶剂87份。
4.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷涂层，其特征在于，所述粘接剂为聚乙烯醇缩丁醛酯，所述溶剂为乙醇。
5.根据权利要求1~4任一项所述的氧化锆陶瓷涂层，其特征在于，所述氧化锆陶瓷涂层还包括以下组分：分散剂。
6.权利要求1~5任一项所述的氧化锆陶瓷涂层在制备耐高温材料中的应用。
7.一种金属材料，其特征在于，所述金属材料包括金属基体以及涂覆于所述金属基体至少部分表面上的涂层，所述涂层为权利要求1~5任一项所述的氧化锆陶瓷涂层。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1103675A (zh) * | 1994-10-29 | 1995-06-14 | 华南理工大学 | 一种提高热障碍陶瓷涂层性能的方法 |
| US5759932A (en) * | 1996-11-08 | 1998-06-02 | General Electric Company | Coating composition for metal-based substrates, and related processes |
| CN105016751A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-11-04 | 天津大学 | 一种利用颗粒级配结合凝胶注模工艺制备锆英石耐火材料的方法 |
| CN105344576A (zh) * | 2015-09-29 | 2016-02-24 | 河南科技大学 | 一种利用料浆法制备钼基ZrO2涂层的方法 |
| CN107177811A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-09-19 | 苏州纳迪微电子有限公司 | 一种金属表面耐磨防腐涂层的制备方法 |
| CN109437892A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-08 | 陈涛 | 一种氧化锆陶瓷涂层及其制备方法 |
| CN114605915A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-10 | 陕西新兴热喷涂技术有限责任公司 | 一种耐热陶瓷涂料和表面涂层及制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9644273B2 (en) * | 2007-02-09 | 2017-05-09 | Honeywell International Inc. | Protective barrier coatings |
-
2022
- 2022-12-20 CN CN202211644095.1A patent/CN115849900B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1103675A (zh) * | 1994-10-29 | 1995-06-14 | 华南理工大学 | 一种提高热障碍陶瓷涂层性能的方法 |
| US5759932A (en) * | 1996-11-08 | 1998-06-02 | General Electric Company | Coating composition for metal-based substrates, and related processes |
| CN105016751A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-11-04 | 天津大学 | 一种利用颗粒级配结合凝胶注模工艺制备锆英石耐火材料的方法 |
| CN105344576A (zh) * | 2015-09-29 | 2016-02-24 | 河南科技大学 | 一种利用料浆法制备钼基ZrO2涂层的方法 |
| CN107177811A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-09-19 | 苏州纳迪微电子有限公司 | 一种金属表面耐磨防腐涂层的制备方法 |
| CN109437892A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-08 | 陈涛 | 一种氧化锆陶瓷涂层及其制备方法 |
| CN114605915A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-06-10 | 陕西新兴热喷涂技术有限责任公司 | 一种耐热陶瓷涂料和表面涂层及制备方法 |
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