CN1754976A - 铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末及其生产方法 - Google Patents
铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末及其生产方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1754976A CN1754976A CNA2005100977949A CN200510097794A CN1754976A CN 1754976 A CN1754976 A CN 1754976A CN A2005100977949 A CNA2005100977949 A CN A2005100977949A CN 200510097794 A CN200510097794 A CN 200510097794A CN 1754976 A CN1754976 A CN 1754976A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- nano
- yttrium
- aluminium
- aggregate powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末，其特征在于该团聚体粉末由含0.3～30wt％Al2O3和3～9wt％Y2O3的纳米ZrO2粉体颗粒构成，颗粒的平均晶体粒度为5nm～60nm，团聚体粉末中的纳米氧化物颗粒间为体表接触，未接触的地方为纯净空腔。方法是在纳米三元复合氧化物的颗粒中加入水，得到水性悬浮胶体，再经过喷雾干燥、筛分、热处理、等离子体致密化制得。生产工艺流程少、操作简单，可低成本、连续地规模化工业生产。该产品满足于等离子体喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂等热喷涂工艺需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末材料及其生产工艺，该粉末材料特别适用于热喷涂(等离子喷涂或火焰喷涂)工艺制备热障涂层或高温烧结工艺制备结构陶瓷。
背景技术
氧化锆(ZrO2)具有优异的物理和化学性质，是一种重要的结构和功能陶瓷材料。普通ZrO2在常温至1170℃以单斜相存在，加热到1170℃～2370℃时转变为四方相，2370℃以上时由四方相转变成立方相(2700℃左右熔融)。由于纯ZrO2的高温相(立方相或四方相)随着温度的降低会转变成低温相(单斜相)，并伴随有5～7％左右的体积膨胀。纯ZrO2的这种晶相转变和体积变化，如果作为结构陶瓷和功能陶瓷涂层材料，在受到热循环条件下，会造成过大的热应力，使陶瓷成品或涂层开裂和剥落失效。要获得室温下稳定的高温相ZrO2，就需要在ZrO2中掺杂某些其它氧化物，如氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化铈、Y2O3等，形成ZrO2的复合氧化物。其它氧化物掺杂的ZrO2复合氧化物在结构陶瓷材料和功能陶瓷材料领域具有广泛的应用。
ZrO2应用于热障涂层的研究，在20世纪70年代的涡汽轮机上获得成功后，国内外对ZrO2涂层的研究在20世纪80年代达到一个高峰，大量的研究表明，氧化钇(Y2O3)稳定的ZrO2材料(其中Y2O3质量分数为6～8％)，Y2O3(Al2O3)/Y2O3稳定的ZrO2材料，以及氧化铈/Y2O3稳定的ZrO2材料等，都具有优越的抗热震性能。
铝和钇稳定的ZrO2作为广泛应用的热障涂层材料，与其它陶瓷涂层材料相比，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高的强度和断裂韧性、高的线胀系数(接近金属基质，约为10×10-6/K)和低的热导率(1W/m·K)等优异性能，尤其在高温1000℃时，它的热导率数值是所有致密陶瓷材料中最低的，将其以涂层形式与金属基体相复合，在提高金属热端部件抵抗高温腐蚀能力的同时。使其能忍受更高的使用温度。
从20世纪末开始，随着纳米科技和纳米粉体制备技术的成熟，纳米ZrO2涂层的制备已经逐渐成为研究的重点，利用纳米技术开发的纳米结构陶瓷热障涂层是指陶瓷涂层的显微结构如晶粒、孔洞等处于超细尺寸的纳米水平(2～100nm)。从而对涂层的力学和物理性能产生重要影响，获得比普通热障涂层更优异的性能。
热障涂层往往在高于1000℃的条件下使用，高温下纳米晶体颗粒的生长速度较快，会使纳米结构热障涂层的性能退化。Al2O3的掺杂还具有抑制高温下ZrO2晶体颗粒长大的作用，使涂层在使用过程中仍保持纳米结构，性能不发生大的变化。
制备纳米结构热障涂层的关键是热喷涂纳米结构团聚体粉末，其必须保持纳米结构，并且满足喷涂工艺的要求，如颗粒大小及其分布、颗粒形状、流动性等。由于纳米粉体的流动性极差，不能满足喷涂工艺的送粉要求。热喷涂时，只有颗粒在一定大小和密度时才能具备等离子热喷涂所需的质量，颗粒质量太小，不能获得足够的动能，喷不到工件表面。要制备Al2O3/Y2O3稳定的ZrO2纳米晶体结构热障涂层，所用的纳米粉体必须经过喷雾造粒和致密化过程，将纳米原料制成团聚体微米喷涂粉，再采用等离子喷涂或高速火焰喷涂工艺技术沉积成涂层。故Al2O3/Y2O3稳定纳米结构ZrO2团聚体粉末及其生产工艺的开发，是制备纳米结构热障涂层的前提，其关键是既要保持纳米晶体结构不变，又满足于等离子喷涂或高速火焰喷涂工艺要求，并获得纳米结构热障涂层应有的高性能。
目前热喷涂用的纳米ZrO2团聚体的粉末主要采用喷雾干燥法和微乳液法(反胶团法)制备。这些方法各有其特点，但也存在许多不足。如喷雾干燥法是将纳米级ZrO2微粉与一定量的粘结剂混合，加入适量的水或其他溶剂配制成一定浓度的料浆。采用一定的压力将其喷射到干燥塔内，在热风中干燥时通过自身的表面张力团聚成球形。由于团聚体粉末是自然收缩，粉末的松装密度小，流动性差。在热喷涂工艺过程中粉末显得有些“飘”，不能获得足够的动能，故其涂层致密度不太高，无法获得较高的结合强度。又由于这种方法中添加的各种有机添加剂，在热喷涂过程极短时间的高温条件下不能全部挥发干净，以细小碳粒的形式存在于涂层中，对涂层的性能产生不利影响。微乳液法是近年来发展起来的一种制粉方法。制得的粉末呈球形，粒度大小一致，不足之处是生产成本的提高，难于实现规模化。此外，有的将上述制备方法与等离子喷雾热解法、超临界干燥法等结合使用，仅进行了一些有限的研究和探讨，距离生产实际应用和规模化则相差太远。
本发明的目的就是提供一种铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末，它不含有害杂质，团聚密度高，流动性好，能满足纳米结构热喷涂工艺和高温烧结工艺的需要，可以获得较高的涂层致密度和较高的结合强度。
本发明的另一目的是提供铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，该技术工艺流程少、操作方法简单、生产量大，安全可靠，制造成本低，适合于工业化生产。
发明内容
本发明提出的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末，其特征在于该团聚体粉末由含0.3～30wt％Al2O3和3～9wt％Y2O3的纳米ZrO2粉体颗粒构成，颗粒的平均晶体粒度为5nm～60nm，团聚体粉末中的纳米氧化物颗粒间为体表接触，未接触的地方为纯净空腔。。
如上所述的团聚体粉末，其特征在于晶体结构分别为单斜相+四方相(立方相)或纯四方相(立方相)。
铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于包括如下步骤：
制备铝/钇/锆三元复合纳米氧化物粉体颗粒，其中Al2O3为0.3～30wt％，Y2O3为3～9wt％；
将铝/钇稳定的纳米级ZrO2粉体颗粒与水混合，制备成水性纳米悬浮胶体；
采用喷雾干燥工艺将水性纳米悬浮胶体制成微米级团聚体粉末；
将团聚体粉末进行热处理；
采用等离子技术对热处理后的粉末进行致密化，得到纳米结构的铝/钇稳定氧化锆团聚体粉末。
如上所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于所用的铝/钇稳定纳米氧化锆粉体原料颗粒粒度在5～60nm之间。
如上所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于水性纳米颗粒悬浮胶体的介质为水，纳米颗粒与水的重量比为1∶1～3。
如上所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于喷雾干燥方法可以是二流体式或离心式喷雾干燥法之一。
如上所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于喷雾干燥粉末的热处理在200～600℃进行5～30分钟。
如上所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于团聚体粉末的等离子体致密化可以是直流等离子体或高频感应等离子体。
如上所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于三元复合纳米ZrO2粉体颗粒的制备步骤是：取氧氯化锆溶于水，使水溶液中锆离子浓度为0.2～0.5摩尔/升，加入0.1摩尔/升的硝酸铝和硝酸钇溶液，控制Y2O3在ZrO2粉体中的掺杂量为3～9wt％，Al2O3的掺杂量为0.3～30wt％；加入一定量的乙醇，在强力搅拌下滴加50％体积比的氨水，直至溶液pH值为大于9；陶瓷膜分离氢氧化物沉淀，蒸馏水洗涤沉淀直到滤液中检测不到氯离子；将沉淀物离心或压滤，取氢氧化物沉淀与重量比2倍的丁醇混合，用胶体磨处理或强力搅拌；置于蒸馏干燥脱水装置中，于150℃脱水，直至粉末完全干燥，高温炉中于450～800℃煅烧粉体2小时，得到三元复合纳米氧化物粉体颗粒原料。
三元复合纳米结构的氧化物团聚体粉末的生产方法，具体步骤如下：
(1)三元复合纳米氧化物粉体的制备。可以采用已有的方法制备，但我们建议采用如下方法制备，它与已有技术相比具有元素的掺杂量准确、晶体粒度均匀、分散性好等优点。取氧氯化锆溶于水，使水溶液中锆离子浓度为0.2～0.5摩尔/升，加入0.1摩尔/升的硝酸铝和硝酸钇溶液，控制Y2O3在ZrO2粉体中的掺杂量为3～9wt％，Al2O3的掺杂量为0.3～30wt％。加入一定量的乙醇，在强力搅拌下滴加50％氨水(体积比)，直至溶液pH值为大于9。陶瓷膜分离氢氧化物沉淀，蒸馏水洗涤沉淀直到滤液中检测不到氯离子(硝酸银检验)。将沉淀物离心或压滤，取氢氧化物沉淀与2倍的丁醇(重量比)混合，用胶体磨处理或强力搅拌。置于蒸馏干燥脱水装置中，于150℃脱水，直至粉末完全干燥，高温炉中于450～800℃煅烧粉体2小时。得到三元复合纳米氧化物粉体颗粒原料。
(2)制备纳米粉体的稳定分散悬浮液胶体。将三元复合纳米氧化物粉体中加入适量的纯水，水的用量为粉体质量的1～3倍(重量比)，搅拌均匀后注入胶体磨中，连续处理5～30分钟，制备成具有适当浓度和一定粘度的纳米粉体悬浮胶体。
(3)将三元复合纳米氧化物粉体的水性胶体通过喷雾干燥工艺制成具有一定粒度分布的微米级团聚体粉末(一次造粒)。喷雾方式为离心式或二流体式，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成球形，通过热空气使料浆中的水快速挥发，雾滴干燥形成球形粉末。喷雾干燥的进风温度为120～300℃，出风温度控制在80～180℃，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风将干燥的团聚体粉末抽入旋风分离器内收集。此过程团聚体粉末仍为纳米结构，粒度为5～100μm，形状为球形。
(4)筛分。由于喷雾干燥的球形团聚体粉末有一定的粒度分布(5～100μm)，通过机械筛分，选取符合等离子喷涂热障涂层用的成品粒度范围的粉末(40～100μm)，其他粉末再重新制成胶体，再次喷雾造粒。
(5)一次造粒粉末的热处理。将40～100μm粒度的一次造粒粉末装入料盘在厢式高温炉内200～600℃进行5～30分钟的热处理。除去粉末中的残余水分，消除粉末中纳米颗粒界面的弛豫现象和内部应力，降低等离子体致密化送粉过程中的颗粒破碎率，提高产品品质和产率。
(6)团聚体的致密化。由于一次造粒的团聚体粉末结构较松散，容易破碎，在热喷涂过程中易飘浮，沉积效率不高，形成的涂层不致密。需要对一次造粒的团聚体粉末进行致密化处理(等离子致密球化)。采用的等离子体可以是高频感应等离子体或直流等离子体，温度为5000～10000℃，所用气体为空气、氩气、氢气和氮气。采用淬冷(水冷或空冷)的方式收集粉末，控制粉末中晶体的长大。严格地控制功率参数和一次粒团聚体粉末的输送量，制造成既致密又保持纳米晶体结构不变。
(7)铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体热喷涂粉末成品。将收集的经等离子体致密化的团聚体粉末于100～300℃烘干，再进行筛分，得到成品粉末指标要求的粉末产品。
本发明产品的关键技术和工艺特色是：
(1)水性胶体制备过程中不使用任何添加剂(粘接剂、悬浮剂、分散剂、润湿剂、表面活性剂)，而是直接利用纳米粉体的固有特性(颗粒表面非饱和化学键多、表面活性大、易于吸附粘结)和水的键桥作用力，在喷雾过程中形成团聚体粉末。全部工艺过程不会引入任何杂质，避免了污染，保证了产品的高纯度、高比表面积和一定的表面活性。
(2)采用的喷雾干燥技术(一次造粒方法)和瞬间等离子体致密化技术(二次造粒方法)限制团聚体粉末中的纳米晶粒粒度的长大，保持其晶粒尺寸基本不变，为后续等离子喷涂纳米涂层的实现奠定了基础。
(3)铝/钇复合的纳米氧化锆涂层在高温条件下工作时，晶体生长速度慢，涂层性能稳定，使用寿命长。
(4)纳米原料制备团聚体粉末成本相对较低，易于推广。
(5)由于喷雾干燥技术(一次造粒方法)和等离子体致密化技术(二次造粒方法)均属成熟的工业造粒技术，通过技术参数的控制和关键工艺过程的改造，整个制备工艺流程少，设备简单，工艺参数易于控制，适合于连续化大规模生产。
附图说明
图1，是本发明实施例团聚体粉末内部的结构示意图。其中，1团聚体粉末，2纳米颗粒，3体表接触面，4纯净空腔。
图2，是本发明实施例一次造粒的团聚体粉末的扫描电镜图。
图3，是本发明实施例二次造粒的团聚体粉末的扫描电镜图。
具体的实施方式
为了更清楚地说明本发明，列举以下具体实施例。
实施例1：
取20千克氧氯化锆溶于100升水中，加入0.1摩尔/升的硝酸铝和硝酸钇溶液，控制Y2O3在ZrO2粉体中的掺杂量为4wt％，Al2O3的掺杂量为2wt％。加入一定量的乙醇，在强力搅拌下滴加50％氨水(体积比)，直至溶液pH值为大于9。陶瓷膜分离氢氧化物沉淀，蒸馏水洗涤沉淀直到滤液中检测不到氯离子(硝酸银检验)。将沉淀物离心或压滤，取氢氧化物沉淀与2倍的丁醇(重量比)混合，用胶体磨处理或强力搅拌。置于蒸馏干燥脱水装置中，于150℃脱水，直至粉末完全干燥，高温炉中于800℃煅烧粉体2小时。得到平均粒径为20nm的三元复合纳米氧化物粉体颗粒原料。
取10千克纳米氧化物粉体，加入15千克的超纯净水，搅拌均匀，用胶体磨均匀分散10分钟，制备成稳定的悬浮料浆待用。
用经过净化的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.3～0.8MPa，采取二流体式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚球形，干燥塔的进风口温度控制在150℃，出风口温度控制在100℃，使气溶胶雾滴在热风中充分干燥。随后通过抽风将干燥的团聚体粉末抽入旋风分离器内收集。
将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，本实施例成品粉粒度范围为40～100μm(即150～350目)之间，粒度大于100μm、小于40μm的粉末作为回炉料，在下次进行一次造粒时再制成料浆。
将40～100μm粒度的一次造粒粉末装入料盘在厢式高温炉内300℃热处理20分钟。除去粉末中的残余水分，消除粉末中纳米颗粒界面的弛豫现象和内部应力，降低等离子体致密化送粉过程中的颗粒破碎率，提高产品品质和产率。
采用等离子体技术对经过热处理的造粒粉末致密化，等离子体功率30kW，氩气、氢气和氮气为工作气体，通过送粉器将一次造粒的粉末送至等离子焰流中心，送粉速度60g/分钟。使粉末在极短的时间内达到致密球化，喷射入水中淬冷收集。把收集的二次造粒粉末于100～300℃的烘箱或高温炉中加温烘干，除去水份。得到纳米结构的三元复合氧化物团聚体粉末。
团聚体粉末的有效成分的含量大于99.9％，存在于纳米颗粒中的微量杂质的含量小于0.1％。
用霍尔流量计测定粉末的松装密度为1.95g/cm3，流动性为46s/50g；扫描电镜测定粉末的形貌为致密球形，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构和一次颗粒晶体的平均粒度，一次颗粒的平均粒度为38nm。
实施例2：
按实施例1的方法制备三元复合氧化物粉体，取10千克粉体，加入15千克的超纯净水，搅拌均匀，用胶体磨均匀分散10分钟，制备成稳定的悬浮料浆待用。
用离心雾化盘将料浆喷入干燥塔内，离心雾化器的转速为10000r/min，雾化的料浆微粒依靠自身的表面张力收缩成团聚球形，在的热风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在180℃，使雾滴中的水分快速蒸发，用旋风分离器收集干燥的团聚体粉末。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，粒度范围为40～100μm之间的留用，粒度大于100μm、小于40μm的粉末作为回炉料，在下次进行一次造粒时再制成料浆。
将40～100μm粒度的干燥粉末装入料盘在厢式热处理炉内500℃热处理10分钟。除去粉末中的残余水分，消除粉末中纳米颗粒界面的弛豫现象和内部应力，降低等离子体致密化送粉过程中的颗粒破碎率，提高产品品质和产率。
采用等离子体技术对经过热处理的造粒粉末进行致密化，等离子体功率30kW，氩气、氢气和氮气为工作气体，通过送粉器将一次造粒的粉末送至等离子焰流中心，送粉速度60g/分钟。使粉末在极短的时间内达到致密球化，喷射入水中淬冷收集。把收集的二次造粒粉末于100～300℃的烘箱或高温炉中加温烘干，除去水份。得到纳米结构的三元复合氧化物团聚体粉末。
粉末有效成分的含量大于99.9％，存在于纳米颗粒中的微量杂质的含量小于0.1％。
用霍尔流量计测定粉末的松装密度为2.06g/cm3，流动性为44s/50g；扫描电镜测定粉末的形貌为致密实心球形，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构和一次颗粒晶体的平均粒度，一次颗粒的平均粒度为40nm。
实施例3：
按实施例1的方法制备三元氧化物纳米粉体，其中Al2O3的含量为3wt％，Y2O3的含量为8wt％，煅烧温度600℃，晶体的平均粒径10nm。
取10千克纳米氧化物粉体，加入20千克的超纯净水，搅拌均匀，用胶体磨均匀分散10分钟，制备成稳定的悬浮料浆待用。
用经过净化的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.3～0.8MPa，采取二流体式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚球形，干燥塔的进风口温度控制在200℃，出风口温度控制在130℃，使气溶胶雾滴在热风中充分干燥。随后通过抽风将干燥的团聚体粉末抽入旋风分离器内收集。
将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，本实施例成品粉粒度范围为40～100μm之间，粒度大于100μm、小于40μm的粉末作为回炉料，在下次进行一次造粒时再制成料浆。
将40～100μm粒度的一次造粒粉末装入料盘在厢式高温炉内300℃热处理20分钟。除去粉末中的残余水分，消除粉末中纳米颗粒界面的弛豫现象和内部应力，降低等离子体致密化送粉过程中的颗粒破碎率，提高产品品质和产率。
采用等离子体技术对经过热处理的造粒粉末致密化，等离子体功率50kW，氩气、氢气和氮气为工作气体，通过送粉器将一次造粒的粉末送至等离子焰流中心，送粉速度100g/分钟。使粉末在极短的时间内达到致密球化，喷射入水中淬冷收集。把收集的二次造粒粉末于100～300℃的烘箱或高温炉中加温烘干，除去水份。筛分后得到团聚体粉末成品。
团聚体粉末的有效成分的含量大于99.9％，存在于纳米颗粒中的微量杂质的含量小于0.1％。
用霍尔流量计测定粉末的松装密度为1.94g/cm3，流动性为48s/50g；扫描电镜测定粉末的形貌为致密实心球形，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构和一次颗粒晶体的平均粒度，一次颗粒的平均粒度为36nm。
实施例4：
按实施例1的方法制备三元氧化物纳米粉体，其中Al2O3的含量为3wt％，Y2O3的含量为8wt％，煅烧温度600℃，晶体的平均粒径10nm。
取10千克纳米三元氧化物粉体，加入20千克的超纯净水，搅拌均匀，用胶体磨均匀分散10分钟，制备成稳定的悬浮料浆待用。
用离心雾化盘将料浆喷入干燥塔内，离心雾化器的转速为15000r/min，雾化的料浆微粒依靠自身的表面张力收缩成团聚球形，在的热风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在130℃，使雾滴中的水分快速蒸发，用旋风分离器收集干燥的团聚体粉末。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，粒度范围为40～100μm之间的留用，粒度大于100μm、小于40μm的粉末作为回炉料，在下次进行一次造粒时再制成料浆。
将40～100μm粒度的一次造粒粉末装入料盘在厢式高温炉内400℃热处理20分钟。除去粉末中的残余水分，消除粉末中纳米颗粒界面的弛豫现象和内部应力，降低等离子体致密化送粉过程中的颗粒破碎率，提高产品品质和产率。
采用等离子体技术对经过热处理的造粒粉末致密化，等离子体功率30kW，氩气、氢气和氮气为工作气体，通过送粉器将一次造粒的粉末送至等离子焰流中心，送粉速度80g/分钟。使粉末在极短的时间内达到致密球化，喷射入水中淬冷收集。把收集的二次造粒粉末于100～300℃的烘箱或高温炉中加温烘干，除去水份。筛分后得到团聚体粉末成品。团聚体粉末的有效成分的含量大于99.9％，存在于纳米颗粒中的微量杂质的含量小于0.1％。
用霍尔流量计测定粉末的松装密度为2.10g/cm3，流动性为38s/50g；扫描电镜测定粉末的形貌为致密实心球形，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构和一次颗粒晶体的平均粒度，一次颗粒的平均粒度为45nm。
本发明的纳米结构三元复合氧化物团聚体粉末，经等离子体喷涂工艺制备成热障涂层，涂层厚度300～400μm。经过对其性能检测，与常规的微米结构涂层相比，纳米结构涂层的显微硬度是常规微米涂层的1.5～1.8倍；抗热震(热冲击)性能提高至少2～3倍；抗冲击性能(反映涂层韧性和抗裂纹扩展能力)明显增强；涂层的结合强度提高了1.5倍；隔热效果提高了1.5～2倍。三元复合纳米结构氧化锆热障涂层在航空航天、大型燃气轮机、船舶、汽车、机械、化工等行业具有重要的应用前景。
本专利申请的保护范围不受上述举例的限制。由本专利申请公开的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末，主要利用其热传导系数低、线性膨胀系数大、高温稳定性好等特点，可广泛应用于热喷涂工艺制备各种抗高温热障涂层和抗高温耐磨耗、耐腐蚀涂层，高温烧结工艺制备结构陶瓷等。
本发明的纳米结构三元复合氧化物团聚体粉末，还可以采用冷压或热压结合高温(微波)烧结工艺制备高性能结构陶瓷，致密化温度可降低200～300℃。
Claims (9)
1、铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末，其特征在于该团聚体粉末由含0.3～30wt％Al2O3和3～9wt％Y2O3的纳米ZrO2粉体颗粒构成，颗粒的平均晶体粒度为5nm～60nm，团聚体粉末中的纳米氧化物颗粒间为体表接触，未接触的地方为纯净空腔。
2、如权利要求1所述的团聚体粉末，其特征在于晶体结构分别为单斜相十四方相(立方相)或纯四方相(立方相)。
3、铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于包括如下步骤：
制备铝/钇/锆三元复合纳米氧化物粉体颗粒，其中Al2O3为0.3～30wt％，Y2O3为3～9wt％；
将铝/钇稳定的纳米级ZrO2粉体颗粒与水混合，制备成水性纳米悬浮胶体；
采用喷雾干燥工艺将水性纳米悬浮胶体制成微米级团聚体粉末；
将团聚体粉末进行热处理；
采用等离子技术对热处理后的粉末进行致密化，得到纳米结构的铝/钇稳定氧化锆团聚体粉末。
4、如权利要求3所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于所用的铝/钇稳定纳米氧化锆粉体原料颗粒粒度在5～60nm之间。
5、如权利要求4所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于水性纳米颗粒悬浮胶体的介质为水，纳米颗粒与水的重量比为1∶1～3。
6、如权利要求5所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于喷雾干燥方法可以是二流体式或离心式喷雾干燥法之一。
7、如权利要求6所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于喷雾干燥粉末的热处理在200～600℃进行5～30分钟。
8、如权利要求7所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于团聚体粉末的等离子体致密化可以是直流等离子体或高频感应等离子体。
9、如权利要求3所述的铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末的生产方法，其特征在于三元复合纳米ZrO2粉体颗粒的制备步骤是：取氧氯化锆溶于水，使水溶液中锆离子浓度为0.2～0.5摩尔/升，加入0.1摩尔/升的硝酸铝和硝酸钇溶液，控制Y2O3在ZrO2粉体中的掺杂量为3～9wt％，Al2O3的掺杂量为0.3～30wt％；加入一定量的乙醇，在强力搅拌下滴加50％体积比的氨水，直至溶液pH值为大于9；陶瓷膜分离氢氧化物沉淀，蒸馏水洗涤沉淀直到滤液中检测不到氯离子；将沉淀物离心或压滤，取氢氧化物沉淀与重量比2倍的丁醇混合，用胶体磨处理或强力搅拌；置于蒸馏干燥脱水装置中，于150℃脱水，直至粉末完全干燥，高温炉中于450～800℃煅烧粉体2小时，得到三元复合纳米氧化物粉体颗粒原料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100977949A CN100372969C (zh) | 2004-09-03 | 2005-08-30 | 铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末及其生产方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200410060795.1 | 2004-09-03 | ||
| CN 200410060795 CN1587199A (zh) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | 铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末及其生产方法 |
| CNB2005100977949A CN100372969C (zh) | 2004-09-03 | 2005-08-30 | 铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末及其生产方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1754976A true CN1754976A (zh) | 2006-04-05 |
| CN100372969C CN100372969C (zh) | 2008-03-05 |
Family
ID=36688524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100977949A Active CN100372969C (zh) | 2004-09-03 | 2005-08-30 | 铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末及其生产方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100372969C (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102660725A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-09-12 | 吉林省和旺科技开发有限公司 | 一种纳米陶瓷涂层及其制备方法 |
| CN102059343B (zh) * | 2009-11-18 | 2013-06-05 | 王志平 | 纳米组构热喷涂用NiCr-Cr3C2复合造粒粉体的制造方法 |
| CN103864143A (zh) * | 2014-01-25 | 2014-06-18 | 东莞市地大纳米材料有限公司 | 纳米氧化锆造粒粉的制备方法 |
| CN108417620A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-17 | 华南理工大学 | 一种氧化物绝缘体薄膜及薄膜晶体管 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1168785C (zh) * | 2001-09-13 | 2004-09-29 | 湖北葛店开发区地大纳米材料制造有限公司 | 纳米氧化锆粉体的制备方法 |
| CN1182071C (zh) * | 2002-03-21 | 2004-12-29 | 武汉发瑞精密陶瓷有限公司 | 氧化锆陶瓷超微粉生料及制备工艺 |
| CN1257132C (zh) * | 2004-03-31 | 2006-05-24 | 南京工业大学 | 高四方相氧化锆－氧化铝复合粉料及其制备方法 |
-
2005
- 2005-08-30 CN CNB2005100977949A patent/CN100372969C/zh active Active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102059343B (zh) * | 2009-11-18 | 2013-06-05 | 王志平 | 纳米组构热喷涂用NiCr-Cr3C2复合造粒粉体的制造方法 |
| CN102660725A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-09-12 | 吉林省和旺科技开发有限公司 | 一种纳米陶瓷涂层及其制备方法 |
| CN102660725B (zh) * | 2012-05-29 | 2015-02-04 | 吉林省和旺科技开发有限公司 | 一种纳米陶瓷涂层及其制备方法 |
| CN103864143A (zh) * | 2014-01-25 | 2014-06-18 | 东莞市地大纳米材料有限公司 | 纳米氧化锆造粒粉的制备方法 |
| CN103864143B (zh) * | 2014-01-25 | 2016-05-04 | 东莞市地大纳米材料有限公司 | 纳米氧化锆造粒粉的制备方法 |
| CN108417620A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-17 | 华南理工大学 | 一种氧化物绝缘体薄膜及薄膜晶体管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100372969C (zh) | 2008-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100560779C (zh) | 一种热喷涂用纳米结构钇稳定球形氧化锆粉末的制备方法 | |
| CN1865190A (zh) | 氧化锆/碳化硅热喷涂复合纳米粉及其生产方法 | |
| RU2383638C2 (ru) | Нанокристаллические спеченные тела на основе альфа-оксида алюминия, способ их изготовления, а также применение | |
| CN101182207B (zh) | 一种含氧化钇的喷涂粉末及其制备方法 | |
| CN1757605A (zh) | 热障涂层用氧化锆纳米材料的制备方法 | |
| Loghman-Estarki et al. | Spray drying of nanometric SYSZ powders to obtain plasma sprayable nanostructured granules | |
| CN110467467B (zh) | 一种块体碳化硅聚合物先驱体陶瓷及共混再裂解制备方法 | |
| CN108033788B (zh) | 锆酸钆基陶瓷材料的制备方法、等离子喷涂用锆酸钆基陶瓷造粒粉及其制备方法 | |
| CN102173397B (zh) | 一种高含量氮化硅粉末的生产方法 | |
| CN108950280B (zh) | 一种石墨烯/碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN1587062A (zh) | 纳米结构的钇稳定氧化锆团聚型粉末及其生产方法 | |
| CN108129151B (zh) | 一种石墨烯/碳化硅纳米复合结构单片陶瓷及其制备方法 | |
| CN108393484B (zh) | 一种热喷涂用金属陶瓷纳米复合结构喂料及其制备方法 | |
| CN1256393C (zh) | 热喷涂用纳米团聚体氧化锆粉末的制备方法 | |
| CN105272269A (zh) | 一种氮化硅/六方氮化硼纳米复相陶瓷的制备方法 | |
| Chen et al. | Preparation of nano α-alumina powder and wear resistance of nanoparticles reinforced composite coating | |
| CN1202043C (zh) | 大颗粒球形亚微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体的制备方法 | |
| CN111484050B (zh) | 一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法 | |
| CN100372969C (zh) | 铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末及其生产方法 | |
| CN111848180A (zh) | 一种氧化铝包覆立方氮化硼的复合粉体及其制备方法 | |
| CN100334037C (zh) | 纳米结构的钇稳定氧化锆团聚型粉末及其生产方法 | |
| Ebin et al. | Simple preperation of CuO nanoparticles and submicron spheres via ultrasonic spray pyrolysis (USP) | |
| CN112321297B (zh) | 利用地质聚合物作为粘结剂制备多孔氧化物微球的方法 | |
| CN1587199A (zh) | 铝/钇/锆三元复合氧化物纳米结构团聚体粉末及其生产方法 | |
| CN1793044A (zh) | 一种利用原位反应制备纳米复相陶瓷材料的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NEWLY CREATED THERMAL SPRAY MATERIALS CO.LTD.,HUB Free format text: FORMER OWNER: DIDA NANO MATERIAL MANUFACTURE CO LTD, GEDIAN DEVELOPMENT REGION, HUBEI Effective date: 20080328 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20080328 Address after: No. 2, Central District, Gedian Development Zone, Ezhou, Hubei Patentee after: Hubei Gedian Development Zone new heat spraying material Co., Ltd. Address before: No. 2, Central District, Gedian Development Zone, Ezhou, Hubei Patentee before: Dida Nano Material Manufacture Co., Ltd., Gedian Development Region, Hubei |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN YONGDEFENG INVESTMENT DEVELOPMENT CO., LT Free format text: FORMER OWNER: HUBEI GEDIAN DEVELOPMENT ZONE, XINCHUANG THERMAL SPRAYING MATERIAL CO., LTD. Effective date: 20141119 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 436032 EZHOU, HUBEI PROVINCE TO: 518033 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20141119 Address after: 518033 Guangdong city of Shenzhen province Futian District Futian road imperial square room 2003 building Patentee after: Yongde Shenzhen Feng Investment Development Co., Ltd. Address before: 436032, No. 2, North Central District, Gedian Development Zone, Hubei, Ezhou Patentee before: Hubei Gedian Development Zone new heat spraying material Co., Ltd. |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160525 Address after: Big business center No. 9676 Nanshan District Shennan Road Shenzhen city Guangdong province 518000 2 C of building 3 room 1301 Patentee after: Shenzhen large nanometer Mstar Technology Ltd Address before: 518033 Guangdong city of Shenzhen province Futian District Futian road imperial square room 2003 building Patentee before: Yongde Shenzhen Feng Investment Development Co., Ltd. |