專利名稱：噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴涂用的納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，特別涉及用于材料表面強(qiáng)化、耐磨、耐腐蝕、耐高溫?zé)釃娡坑眉{米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法。
背景技術(shù)：
研究表明部分氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉，當(dāng)晶粒度控制在小于IOOnm的高溫?zé)珊?，能使ZrO2在高溫下獲得穩(wěn)定化(YSZ)或部分穩(wěn)定化(PYSZ)的晶體結(jié)構(gòu)，即由單斜晶體與立方晶體混合組成。此晶型結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度和高韌性、耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕、剛度高、不導(dǎo)磁、電絕緣。其密度為6.00g/cm3，莫氏硬度可高達(dá)9，抗壓強(qiáng)度1170 Mpa，具有更好的抗熱震性能。此外，在1500°C左右高溫下長期使用時(shí)，氧化釔不會(huì)象其他穩(wěn)定劑那樣向晶體外擴(kuò)散，是目前使用溫度最高的熱障涂層材料，也是最為優(yōu)良表面強(qiáng)化處理噴涂原料之一 O資料顯示，熱噴涂用的氧化鋯粉末一般采用共沉淀法和電熔破碎法制備；團(tuán)聚型氧化鋯粉末則采用噴霧干燥法、溶膠一凝膠法、微乳液法即反膠團(tuán)法制備。這些方法各有其特點(diǎn)，但分析有共同的不足
I、以上方法大多將制備粉料在IO O (TC溫度的窯爐中處理，此溫度使制備粉料由 β -Zr02轉(zhuǎn)化為a -Zr02,伴隨發(fā)生約7% 9%的體積變化，冷卻時(shí)，粉料又恢復(fù)β _Zr02 結(jié)構(gòu)，而體積則不能恢復(fù)到原來狀態(tài)，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)變。在噴涂后涂層遭受熱循環(huán)條件下， 會(huì)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，使涂層開裂和剝落失效。2、上述一些方法中，由于團(tuán)聚粉末是自然收縮，粉末的松裝密度僅為O. 8 I. Ig /cm3，流動(dòng)性差。在熱噴涂工藝過程中不能獲得足夠的動(dòng)能，故其涂層致密度不太高，無法獲得較高的結(jié)合強(qiáng)度。中國專利公開的申請(qǐng)?zhí)枮?00410061306.4的“熱噴涂用納米團(tuán)聚型氧化鋯粉末的制備方法”。它是將粒度為20 60nm氧化釔部分穩(wěn)定納米氧化鋯粉體與粘接劑按 95 : 5 98 : 2的質(zhì)量比配混合，加入I I. 3倍混合料重量的凈水，調(diào)配成料漿；然后采用噴霧干燥工藝在110 300°C范圍內(nèi)制成微米級(jí)團(tuán)聚體粉末，再將團(tuán)聚粉末采用 1000°C溫度致密粒度為40 90 μ m的粉末。其粉料基本保持β _Zr02相，在噴涂或高溫環(huán)境使用時(shí)部分相變，伴隨體積變化，在噴涂后涂層遭受熱循環(huán)條件下，會(huì)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力， 使涂層開裂和剝落失效。目前，出現(xiàn)有采用部分氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉擠壓成型微珠，通過高溫?zé)Y(jié)、自磨篩分制成球形度高，強(qiáng)度好的氧化鋯噴涂料。(如圣戈班(邯鄲)磨介有限公司有類似產(chǎn)品)， 但是其工藝復(fù)雜，成本高很難廣泛的運(yùn)用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)噴涂后涂層遭受熱循環(huán)條件下，會(huì)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，使涂層開裂和剝落失效的問題，提供一種原料易得，設(shè)備要求不高，適用于規(guī)?；a(chǎn)，滿足于熱噴涂工藝要求的噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉的制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，包括如下步驟
1)配料球磨將粒度為40 IOOnm粒徑的氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯粉體(深圳南玻集團(tuán)所生產(chǎn))與粘接劑按95 98 5 2的質(zhì)量比配混合，加入I 1.5倍混合料重量的凈水，調(diào)配成料衆(zhòng)球磨16 24 h ；
2)霧化干燥將步驟I)所得到的料漿加入質(zhì)量比為O.5% 1%的分散劑，在噴霧干燥塔內(nèi)霧化干燥，干燥塔出口溫度控制在110 300°C范圍內(nèi)，制成造粒粉；
3)篩分配級(jí)將步驟2)所得到的造粒粉過篩，取180 320目篩之間的細(xì)粉末，其余粉末回收再次球磨；
4)干壓成型將步驟3)所得到的細(xì)粉末加12 16Mpa壓力在干粉壓機(jī)上成型出50 10Omm X 1 50 200mm X 4 IOmm的長方體，使其素還密度> 2. 5 g/cm3 ；
5)燒結(jié)致密將步驟4)所得到的氧化鋯長方體，放入升降式電阻窯爐中，燒結(jié)至 1500°C 1600°C保溫3 5小時(shí)，使其密度彡6. O g/cm3自然降溫；
6)粉碎打磨將步驟5)所燒結(jié)成瓷的氧化鋯陶瓷經(jīng)過破碎機(jī)、砂輪機(jī)研磨磨制成陶瓷粉；將瓷粉粉末過篩，取200 400目篩之間致密粉末，此時(shí)研磨出來的陶瓷粉粒度在 D50 ^ 5 μ m ；
7)自磨修型將步驟6)所制的陶瓷粉投入成球機(jī)里，自磨修型成球；
8)篩分檢測(cè)將步驟7)所球磨24 36小時(shí)的陶瓷粉過篩，選取4μ m 10 μ m的噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定氧化鋯粉末。所述的氧化釔部分穩(wěn)定納米氧化鋯粉體中ZrO2與Y2O3的質(zhì)量比為94 92 6 8。所述的粘接劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚苯乙烯中的一種或兩種以上的混合物，分散劑為CE64、異丁醇、磷酸三丁脂、丙三醇中的一種或兩種以上的混合物。所述的噴霧干燥工藝的噴霧方式為離心式。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
I、使用高溫成瓷粉粹直接制備熱噴涂用納米氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉末，可以得到致密， 晶相穩(wěn)定的粒度，其生產(chǎn)工藝設(shè)備簡單，適用于規(guī)?；a(chǎn)，滿足于熱噴涂工藝要求。2、制備過程中采用1500°C 1600°C高溫?zé)珊?，能使Zr02在高溫下獲得穩(wěn)定化 (YSZ)或部分穩(wěn)定化(PYSZ)的晶體結(jié)構(gòu)，即由單斜晶體與立方晶體混合組成。此晶型結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度和高韌性、耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕、剛度高、不導(dǎo)磁、電絕緣。其密度為6. OOg/ cm3,莫氏硬度可高達(dá)9，抗壓強(qiáng)度1170 Mpa,具有更好的抗熱震性能。3、利用成球機(jī)自磨修型，使其互相摩擦，自修成球形，提高流動(dòng)性；使陶瓷粉體積密度達(dá)到I. 15 I. 45g/m2，使之具有很好的流動(dòng)性。4、制備過程中使用分散劑，利于在噴霧過程中形成軟團(tuán)聚粉末。選用的粘接劑在 500°C完全分解，工藝過程不會(huì)引入雜質(zhì)，避免了污染，保證了產(chǎn)品的高純度、高比表面積和一定的表面活性。5、該方法制備的納米氧化鋯陶瓷粉末比氧化鋯粉擠壓成型微珠成本低，實(shí)用范圍廣。
6、由于粉末干壓和燒結(jié)打磨技術(shù)屬成熟的工業(yè)技術(shù)，通過技術(shù)參數(shù)的控制和關(guān)鍵工藝過程的改進(jìn)，整個(gè)制備工藝流程少，適合于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。該制備方法獲得的噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末滿足于等離子體噴涂、火焰噴涂、 電弧噴涂等熱噴涂工藝需要，用于制備各種抗高溫?zé)嵴贤繉踊蚩垢邷?、耐磨耗、耐腐蝕涂層。應(yīng)用于航空航天、燃?xì)廨啓C(jī)、船舶、汽車、機(jī)械、化工等行業(yè)。


圖I是本發(fā)明噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，并不是對(duì)本發(fā)明的限定。一種噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，包括如下步驟
O配料球磨將粒度為IOOnm粒徑的氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯粉體(深圳南玻集團(tuán)所生產(chǎn))與粘接劑按95 5的質(zhì)量比配混合，加入I. 5倍混合料重量的凈水，調(diào)配成料漿球磨 24小時(shí)；
2)霧化干燥將步驟I)所得到的料漿加入質(zhì)量比為O.5%的分散劑，在噴霧干燥塔內(nèi)霧化干燥，干燥塔出口溫度控制在110°C范圍內(nèi)，制成造粒粉；
3)篩分配級(jí)將步驟2)所得到的團(tuán)聚造粒粉過篩，取200目篩之間的細(xì)粉末，其余粉末回收再次球磨；
4)干壓成型將步驟3)所得到的細(xì)粉末加16Mpa壓力在干粉壓機(jī)上成型出 50mmX 150 X 4mm的長方體，使其素還密度> 2. 5 g/cm3 ；
5)燒結(jié)致密將步驟4)所得到的氧化鋯長方體，放入升降式電阻窯爐中，燒結(jié)至 1500 V保溫5小時(shí)自然降溫；
6)粉碎打磨將步驟5)所燒結(jié)成瓷的氧化鋯陶瓷經(jīng)過破碎機(jī)、砂輪機(jī)研磨磨制成陶瓷粉；將瓷粉粉末過篩，取200目篩之間致密粉末；要求研磨出來的瓷粉粒度在D50 ^5ym；
7)自磨修型將步驟6)所制的陶瓷粉投入成球機(jī)里，自磨修型成球；
8)篩分檢測(cè)將步驟7)所球磨36h的陶瓷粉過篩，選取10μ m的熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定氧化鋯粉末。具體實(shí)施例及對(duì)比實(shí)施例的涂層試驗(yàn)?zāi)p量見下表。
權(quán)利要求
1.一種噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)配料球磨將粒度為40nm IOOnm粒徑的氧化乾部分穩(wěn)定氧化錯(cuò)氣流粉與粘接劑按95 98 5 2的質(zhì)量比配混合，加入I I. 5倍混合料重量的凈水，調(diào)配成料漿球磨 16 24 h ;2)霧化干燥將步驟I)所得到的料漿加入質(zhì)量比為O.5% 1%的分散劑，在噴霧干燥塔內(nèi)霧化干燥，干燥塔出口溫度控制在110 300°C范圍內(nèi)，制成造粒粉；3)篩分配級(jí)將步驟2)所得到的造粒粉過篩，取180 320目篩之間的過篩粉末，其余粉末回收再次球磨；4)干壓成型將步驟3)所得到的過篩粉末加12 16Mpa壓力在干粉壓機(jī)上成型出 50 10Omm X 1 50 200X4 IOmm的矩形塊，使其素還密度> 2. 5 g/cm3 ；5)燒結(jié)致密將步驟4)所得到的氧化鋯矩形塊，放入升降式電阻窯爐中，燒結(jié)至 1500°C 1600°C，燒結(jié)成瓷，保溫3 5小時(shí)后，使其密度彡6. O g/cm3,自然降溫；6)粉碎打磨將步驟5)所燒結(jié)成瓷的氧化鋯陶瓷經(jīng)過破碎機(jī)、砂輪機(jī)研磨磨制成陶瓷粉；將瓷粉粉末過篩，取200 400目篩之間致密粉末；7)自磨修型將步驟6)所制的致密陶瓷粉末粉投入成球機(jī)里，自磨修型成球24 36h， 使陶瓷粉體積密度達(dá)到I. 15 I. 45g/m2 ；8)篩分檢測(cè)將步驟7)所得瓷粉過篩，選取4μπι IOym的粉末，即得噴涂用納米氧化錯(cuò)陶瓷粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，所述的氧化釔部分穩(wěn)定納米氧化鋯粉體中ZrO2與Y2O3的質(zhì)量比為94 92 : 6 8。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，所述的粘接劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚苯乙烯中的一種或兩種以上的任意混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，所述分散劑為CE64、異丁醇、磷酸三丁脂、丙三醇中的一種或兩種以上的任意混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，所述的噴霧干燥工藝的噴霧方式為離心式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噴涂用納米氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，包括配料球磨、霧化干燥、篩分配級(jí)、干壓成型、燒結(jié)致密、粉碎打磨、自磨修型、篩分檢測(cè)。本發(fā)明使用高溫成瓷粉粹直接制備熱噴涂用納米氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷粉末，制備過程中采用1500℃～1600℃高溫?zé)珊螅苁筞rO2在高溫下獲得穩(wěn)定化(YSZ)或部分穩(wěn)定化(PYSZ)的晶體結(jié)構(gòu)，即由單斜晶體與立方晶體混合組成。此晶型結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度和高韌性、耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕、剛度高、不導(dǎo)磁、電絕緣。其密度為6.00g/cm3，莫氏硬度可高達(dá)9,抗壓強(qiáng)度1170Mpa，具有更好的抗熱震性能。利用成球機(jī)自磨修型，使陶瓷粉體積密度達(dá)到1.15～1.45g/m2 (min)%、具有很好的流動(dòng)性。
文檔編號(hào)C04B35/48GK102584224SQ20121004961
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者羅平, 鄭宇松, 陳雪剛 申請(qǐng)人:重慶利特高新技術(shù)有限公司