CN1453239A

CN1453239A - 大颗粒球形亚微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体

Info

Publication number: CN1453239A
Application number: CN 03128914
Authority: CN
Inventors: 孙宝德; 王俊; 翟长生; 陈海龑; 李飞
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2003-11-05

Abstract

大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体属于陶瓷材料领域。本发明由以下材料中的两种或三种组成：(1)重量百分比为60－97％的尺度小于1微米的亚微米粉体：氧化铝、氧化锆、钴包碳化物、镍铬碳化铬、碳化硅、氮化硅其中的一种或两种，(2)重量百分比为2－40％的尺度小于100纳米的纳米粉体：氧化铝、氧化钛、氧化锆、二氧化硅、碳化硅、氮化硅其中的一种或两种；(3)重量百分比为3－10％的直径小于1微米、长度小于5微米短纤维陶瓷：氧化铝、碳化硅、氮化硅氧化物、碳化物、氮化物其中的一种。本发明大颗粒粉体内部各组份之间结合紧密，流动性好，具有良好的输送特性，能够作为热喷涂、激光熔覆等表面技术及陶瓷烧结等用粉体，可以制备性能优异的复合陶瓷涂层或块体。

Description

大颗粒球形亚微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体

技术领域

本发明涉及一种大颗粒球形陶瓷复合粉体，特别是一种用于热喷涂、激光熔覆和烧结成型的大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，属于陶瓷材料领域。

背景技术

热喷涂及其激光熔覆传统微米级陶瓷及其复合陶瓷粉体因为能够制备耐磨、耐氧化、耐腐蚀等性能优良的陶瓷涂层，所以在工业上得到广泛的应用。但是由于传统微米级陶瓷粉体在喷涂或熔覆时大部分颗粒处于完全熔化状态，涂层中亚稳相增含量高、孔隙率高、残余应力大，因此涂层与基体之间、涂层内部的强度和韧性差，易导致陶瓷涂层与基体之间、陶瓷内部易剥落和开裂，从而造成涂层失效，严重地影响了其在特殊工况条件下的应用。经文献检索发现，D.Gobeman，Y.H.Sohn等人在《Acta Materialia》杂志2002年总第50卷上发表的文章“Microstucture development of Al₂O₃-13wt.％TiO₂ plasma sprayed coatingderived from nanocrystalline powders(等离子喷涂纳米结构Al₂O₃-13wt.％TiO₂复合涂层的微观结构演变)”，该文介绍：所采用的是大颗粒的纳米结构的陶瓷粉末复合结构，该粉末由纳米结构的Al₂O₃粉末和纳米结构的TiO₂陶瓷粉末按照重量比87∶13，通过按照喷雾干燥、热处理流程制备而成。但是该文献涉及的粉末仅是由纳米级陶瓷粉末组成，并没有涉及到亚微米、纳米、短纤维三种初级陶瓷粉中两种以上尺寸规格的粉末组成的大颗粒球形亚微米/纳米/短纤维陶瓷复合粉末，而且由纯纳末粉末通过热喷涂或激光熔覆制备的涂层中纳米颗粒显著长大，而且孔隙率高，其性能并没有达到预期的效果。另外，由纯纳米陶瓷粉末制备的涂层其成本高，极大地限制了其在民用工业上的应用。由于由尺度为亚微米级、纳米级和短纤维的陶瓷粉由于质量太小、比表面积大，导致其流动性差，在喷涂过程中极易千万输送管路堵塞，另一方面，此类单一成份粉末及其直接混合的粉末冲量小，并且在热喷涂过程中极易长大，无法形成致密的热喷涂层，造成涂层性能差，因此，此类粉末不能直接应用于热喷涂。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足和缺陷，提供一种大颗粒球形亚微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，使其可以直接应用于热喷涂，用该类粉体制备的热喷涂层及烧结体具有高的强度、韧性、热冲击性能和优良的耐蚀性、耐磨性，因而具有极大的市场应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明大颗粒球形亚微米/纳米/纤维复合陶瓷粉体，由以下材料中的两种或三种组成：(1)重量百分比为60-97％的尺度小于1微米的亚微米粉体：氧化铝、氧化锆、钴包碳化物、镍铬碳化铬、碳化硅、氮化硅其中的一种或两种，(2)重量百分比为2-40％的尺度小于100纳米的纳米粉体：氧化铝、氧化钛、氧化锆、二氧化硅、碳化硅、氮化硅其中的一种或两种；(3)重量百分比为3-10％的直径小于1微米、长度小于5微米短纤维陶瓷：氧化铝、碳化硅、氮化硅氧化物、碳化物、氮化物其中的一种。将以上粉末混合，按照湿法球磨、离心或压力喷雾造粒、热处理工艺及等离子体球形化程序，制备出大颗粒球形亚微米/纳米/纤维复合陶瓷粉体。

本发明粉体具体各组分及其重量百分比为：

(1)以亚微米氧化铝为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝、纤维氧化铝为强化相的大颗粒球形粉体，各组分及其重量百分比范围为：3％～40％纳米氧化钛、3％～10％纤维氧化铝、3％～5％纳米二氧化硅四类大颗粒球形复合陶瓷粉体，余量为亚微米氧化铝。

(2)以亚微米氧化锆(氧化钇、氧化钙或氧化镁稳定)为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米二氧化硅、纤维氧化铝、纤维氧化锆为强化相的大颗粒球形粉体，各组分及其重量百分比范围为：3％～40％纳米氧化钛、3％～10％纳米氧化铝、3％～10％纳米氧化锆、3％～5％纳米二氧化硅、3％～10％纤维氧化铝、3％～10％纤维氧化锆，余量为亚微米氧化锆(氧化钇、氧化钙或氧化镁稳定)。

(3)以亚微米钴包碳化钨或镍铬氧化铬为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝为强化相的大颗粒球形粉体，各组分及其重量百分比范围为：3％～13％纳米氧化钛、3％～10％纳米氧化铝，余量为亚微米钴包碳化钨或镍铬氧化铬。

(4)以亚微米镍铬碳化铬为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝、纤维氧化铝为强化相的大颗粒球形粉体，各成分的重量百分比范围为：3％～13％纳米氧化钛、3～5％纳米氧化铝三类大颗粒球形陶瓷粉体，余量为亚微米镍铬碳化铬。

(5)以亚微米碳化硅或氮化硅为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝、纳米碳化硅、纳米氮化硅、纤维氧化铝、纤维碳化硅、纤维氮化硅为强化相的大颗粒球形粉体，各组分及其重量百分比范围为：3％～13％纳米氧化钛、3％～10％纳米氧化铝、3％～7％纳米碳化硅、3％～7％纳米氮化硅、3％～10％纤维氧化铝、3％～7％纤维碳化硅、3％～7％纤维氮化硅，余量为亚微米碳化硅或氮化硅。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明大颗粒球形微米/纳米/短纤维复合陶瓷粉体的平均粒径为20～60微米直径之间，粒度分布在5～100微米，形状为球形或近球形结构，大颗粒粉体内部各组份之间结合紧密，流动性好，具有良好的输送特性，能够作为热喷涂、激光熔覆等表面技术及陶瓷烧结等用粉体，可以制备性能优异的复合陶瓷涂层或块体，具有良好的市场应用前景及商业价值。

具体实施方式：

以下结合具体的实施例对本发明作进一步的理解：

实施例1：

大颗粒球形94％亚微米氧化铝+3％纳米氧化钛+3％纤维氧化铝陶瓷复合粉体

按重量百分比，由94％亚微米氧化铝、3％纳米氧化钛和3％纤维氧化铝组成，将以上粉末混合，通过湿法球磨、离心或压力喷雾造粒、热处理工艺及等离子体球形化，制备出大颗粒球形亚微米/纳米/纤维复合陶瓷粉体，其粉体特征为：其结构为实心球形或近球形结构，粉体颗粒平均直径为29微米，粒径分布为5～57微米之间，为实心的球形或近球形结构。

实施例2：

大颗粒球形60％亚微米氧化铝+40％纳米氧化钛陶瓷复合粉体

按重量百分比，由60％亚微米氧化铝、40％纳米氧化钛组成，将以上粉末混合，通过湿法球磨、离心或压力喷雾造粒、热处理工艺及等离子体球形化，制备出大颗粒球形亚微米/纳米/纤维复合陶瓷粉体，其粉体特征为：其结构为实心球形或近球形结构，粉体颗粒平均直径为34微米，粒径分布为10～100微米之间，为实心的球形或近球形结构。

实施例3：

大颗粒球形的97％亚微米WC-12Co/3％wt纳米TiO₂复合陶瓷粉体

按重量百分比，由97％WC-12Co和3％纳米氧化钛组成，将以上粉末混合，通过湿法球磨、离心或压力喷雾造粒、热处理工艺及等离子体球形化，制备出大颗粒球形亚微米/纳米/纤维复合陶瓷粉体，其粉体特征为：其结构为实心球形或近球形结构，粉体颗粒平均直径为37微米，粒径分布为10～100微米之间。

实施例4：

大颗粒球形95％亚微米氮化硅+5％纳米碳化硅陶瓷复合粉体

按重量百分比，由95％亚微米氮化硅和5％纳米碳化硅组成，将以上粉末混合，通过湿法球磨、离心或压力喷雾造粒、热处理工艺，制备出大颗粒球形亚微米/纳米/纤维复合陶瓷粉体，其粉体特征为：其结构为实心球形或近球形结构，粉体颗粒平均直径为26微米，粒径分布为5～80微米之间。

实施例5：

大颗粒球形95％亚微米碳化硅+3％纤维氮化硅陶瓷复合粉体

按重量百分比，由95％亚微米碳化硅、5％纤维氮化硅组成，将以上粉末混合，通过湿法球磨、离心或压力喷雾造粒、热处理工艺，制备出大颗粒球形亚微米/纳米/纤维复合陶瓷粉体，其粉体特征为：其结构为实心球形或近球形结构，粉体颗粒平均直径为22微米，粒径分布为5～60微米之间。

实施例6：

大颗粒球形95％亚微米碳化硅+10％纤维氮化硅陶瓷复合粉体

按重量百分比，由95％亚微米碳化硅、10％纤维氮化硅组成，将以上粉末混合，通过湿法球磨、离心或压力喷雾造粒，制备出大颗粒球形亚微米/纳米/纤维复合陶瓷粉体，其粉体特征为：其结构为实心球形或近球形结构，粉体颗粒平均直径为25微米，粒径分布为10～80微米之间。

Claims

1、一种大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，其特征在于：由以下材料中的两种或三种组成：(1)重量百分比为60-97％的尺度小于1微米的亚微米粉体：氧化铝、氧化锆、钴包碳化物、镍铬碳化铬、碳化硅、氮化硅其中的一种或两种，(2)重量百分比为2-40％的尺度小于100纳米的纳米粉体：氧化铝、氧化钛、氧化锆、二氧化硅、碳化硅、氮化硅其中的一种或两种；(3)重量百分比为3-10％的直径小于1微米、长度小于5微米短纤维陶瓷：氧化铝、碳化硅、氮化硅氧化物、碳化物、氮化物其中的一种。

2、根据权利要求1所述的大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，其特征是，以亚微米氧化铝为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝、纤维氧化铝为强化相的大颗粒球形粉体，各组分及其重量百分比范围为：3％～40％纳米氧化钛、3％～10％纤维氧化铝、3％～5％纳米二氧化硅四类大颗粒球形复合陶瓷粉体，余量为亚微米氧化铝。

3、根据权利要求1所述的大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，其特征是，以亚微米氧化锆或氧化钇或氧化钙为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米二氧化硅、纤维氧化铝、纤维氧化锆为强化相的大颗粒球形粉体，各组分及其重量百分比范围为：3％～40％纳米氧化钛、3％～10％纳米氧化铝、3％～10％纳米氧化锆、3％～5％纳米二氧化硅、3％～10％纤维氧化铝、3％～10％纤维氧化锆，余量为亚微米氧化锆或氧化钇或氧化钙。

4、根据权利要求1所述的大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，其特征是，以亚微米钴包碳化钨或镍铬氧化铬为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝为强化相的大颗粒球形粉体，各组分及其重量百分比范围为：3％～13％纳米氧化钛、3％～10％纳米氧化铝，余量为亚微米钴包碳化钨或镍铬氧化铬。

5、根据权利要求1所述的大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，其特征是，以亚微米碳化硅或氮化硅为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝、纳米碳化硅、纳米氮化硅、纤维氧化铝、纤维碳化硅、纤维氮化硅为强化相的大颗粒球形粉体，各组分及其重量百分比范围为：3％～13％纳米氧化钛、3％～10％纳米氧化铝、3％～7％纳米碳化硅、3％～7％纳米氮化硅、3％～10％纤维氧化铝、3％～7％纤维碳化硅、3％～7％纤维氮化硅，余量为亚微米碳化硅或氮化硅。

6、根据权利要求1所述的大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，其特征是，以亚微米镍铬碳化铬为主要组分，以纳米氧化钛、纳米氧化铝、纤维氧化铝为强化相的大颗粒球形粉体，各成分的重量百分比范围为：3％～13％纳米氧化钛、3～5％纳米氧化铝二类大颗粒球形陶瓷粉体，余量为亚微米镍铬碳化铬。

7、根据权利要求1所述的大颗粒球形微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体，其特征是，大颗粒球形微米/纳米/短纤维复合陶瓷粉体的平均粒径为20～60微米直径之间，粒度分布在5～100微米，形状为球形或近球形结构。