火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒的制备方法，属于材料表面防护技术领域。包括以下步骤：(1)将高纯纳米氧化锆粉末喷雾造粒制得球形氧化锆粉末原料；(2)将聚乙烯醇溶于蒸馏水，加入稳定剂后搅拌均匀，制得聚乙烯醇水溶液粘结剂；(3)将球形氧化锆粉末原料加入聚乙烯醇水溶液粘结剂中，加入润滑剂和增塑剂，用真空搅拌机进行混料练泥；(4)将氧化锆泥团放入真空挤出机中，挤出成型，制得生胚体；(5)将生胚体依次脱除其中的水分和有机物，制得熟胚体；(6)将熟胚体烧结，得到氧化锆陶瓷条棒。该方法制备的氧化锆陶瓷条棒杂质元素含量低、晶粒尺寸小，可用于石墨坩埚、挤出模具表面氧化锆涂层制备。

Preparation of high-purity fine grained zirconia ceramic bar for flame spraying

The invention discloses a preparation method of high purity fine zirconia ceramic bar for flame spraying, belonging to the technical field of material surface protection. The following steps are taken: (1) raw materials of spherical zirconia powder are prepared by spray granulation of high-purity nano zirconia powder; (2) polyvinyl alcohol is dissolved in distilled water, and stabilizer is added, and then evenly stirred to make polyvinyl alcohol water solution binder; (3) the raw material of spherical zirconia powder is added into PVA water solution binder, and added lubrication. The agent and plasticizer are used to mix the sludge with a vacuum stirrer; (4) The zirconia sludge is put into a vacuum extruder and extruded to form embryogenic bodies; (5) The water and organic matter in the embryogenic bodies are removed in turn to produce mature embryogenic bodies; (6) The mature embryogenic bodies are sintered to produce zirconia ceramic rods. The zirconia ceramic rod prepared by this method has low impurity content and small grain size, which can be used to prepare zirconia coating on the surface of graphite crucible and extrusion die.

【技术实现步骤摘要】
火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒的制备方法
本专利技术属于材料表面防护
，涉及一种火焰喷涂用高纯、细晶粒氧化锆陶瓷条棒的制备方法。
技术介绍
特种熔炼用石墨坩埚、石墨挤出模具等对其表面氧化锆防护涂层制备具有极高的要求。首先，由于氧化锆涂层直接与熔炼的金属接触，为防止杂质元素进入熔炼金属中，氧化锆涂层必须具有极低的杂质元素含量；其次，为保证喷涂制备的氧化锆涂层具有优良的组织均匀性，喷涂所用的氧化锆条棒需具有细小、易熔的晶粒组成，为确保条棒在火焰喷涂中不发生折断，所用氧化锆条棒还需具有适宜的致密度与抗弯强度。现有技术制备的氧化锆条棒难以满足火焰喷涂制备氧化锆防护涂层的需要，现有技术制备的氧化锆条棒进行火焰喷涂后，所制得涂层存在杂质含量高、涂层均匀性差等缺点。
技术实现思路
本专利技术旨在解决石墨坩埚表面火焰喷涂氧化锆涂层的技术难点，为了实现在石墨坩埚表面高效制备均匀、完整、高纯的氧化锆涂层，提供一种火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒的制备方法。本方法所用氧化锆粉末原料杂质含量低、晶粒小，所烧制的氧化锆陶瓷条棒具有高纯、细晶粒、喷涂均匀性高的特点，克服了现有技术制备的氧化锆陶瓷条棒进行火焰喷涂后，所制得涂层杂质含量高、涂层均匀性差等缺点。本专利技术提供的火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒的制备方法，以高纯度、纳米级晶粒氧化锆粉末原材料，将上述氧化锆粉末原料与适量粘结剂、润滑剂、增塑剂均匀混合，并用真空搅拌机进行练泥将氧化锆粉末原料制成可塑泥团，随后用真空挤出机将上述可塑泥团挤压成圆柱棒条形状，并通过多温度段保温烧结的垂直吊烧工艺制得高纯细晶氧化锆陶瓷条棒。该制备方法的具体步骤如下：(1)喷雾造粒：将高纯纳米氧化锆粉末通过喷雾造粒工艺，制得球形氧化锆粉末原料；(2)配制粘接剂：将聚乙烯醇溶于蒸馏水，加入稳定剂后搅拌均匀，制得聚乙烯醇水溶液粘结剂；(3)真空练泥：将步骤(1)制备的球形氧化锆粉末原料加入步骤(2)制备的聚乙烯醇水溶液粘结剂中，加入润滑剂和增塑剂，用真空搅拌机进行混料练泥，直至获得氧化锆可塑泥团；(4)真空挤压成型：将步骤(3)制备的氧化锆可塑泥团放入真空挤出机中，挤出成型，制得氧化锆条棒生胚体；(5)脱除水和有机物：将步骤(4)制备的氧化锆条棒生胚体依次脱除其中的水分和有机物，制得氧化锆条棒熟胚体；(6)烧结：将步骤(5)制备的氧化锆条棒熟胚体烧结，得到火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒。在一些具体实施方案中，为了确保氧化锆陶瓷条棒产品的纯度和晶粒度，步骤(1)中所述高纯纳米氧化锆粉末的杂质元素Fe、Mn、Mg、Pb、Ti、W、Cr、Co、V、Mo、As、Ni含量均≤10ppm，高纯纳米氧化锆粉末晶粒大小≤40nm；所制得的球形氧化锆粉末原料主要粒径分布范围为0.2～15μm，平均粒径d50≤5μm。在一些具体实施方案中，为了确保粘接剂性能，步骤(2)中所述聚乙烯醇聚合度为1500～1800，聚乙烯醇与蒸馏水的质量比为10～20∶80～90；所述稳定剂为氯化钙，稳定剂加入量为粘接剂质量的4％～10％。进一步地，步骤(2)中蒸馏水的温度为80～90℃；搅拌均匀后在80～90℃的恒温水浴中保温6～10h。在一些具体实施方案中，为了确保氧化锆陶瓷条棒产品的成型和最终性能，润滑剂和增塑剂的加入量非常关键。步骤(3)中所述润滑剂为石蜡，所述增塑剂为甘油；以质量计，球形氧化锆粉末原料∶粘结剂∶润滑剂∶增塑剂＝100∶35～65∶5～10∶3～6。进一步地，步骤(3)获得氧化锆可塑泥团后，在密封状态下陈化15～20h。在一些具体实施方案中，为了确保氧化锆陶瓷条棒产品成型和满足火焰喷涂需要，步骤(4)中挤出压力7～15MPa，挤出机口模内径设置为7.0～7.2mm，将口模定型长度设置为18～20mm；挤压成型后，放入烘箱中红外干燥8～12h，以初步去除水分和部分有机物。在一些具体实施方案中，为了确保氧化锆陶瓷条棒产品的成型和最终性能，步骤(5)和步骤(6)均在箱式电阻炉中进行，氧化锆条棒坯体垂直悬挂在箱式电阻炉中。进一步地，为了确保水分和有机物脱除效果，以及氧化锆陶瓷条棒产品的晶粒度，步骤(5)中，以2～4℃/min的速度升温至95～105℃保温0.25～0.75h脱除水分，随后以3～5℃/min的速度升温至205～215℃保温0.75～1.25h去除坯体中聚乙烯醇，接着以3～5℃/min的速度升温至255～265℃保温5.75～6.25h去除坯体中甘油，继续以3～5℃/min的速度升温至315～325℃保温1.75～2.25h去除坯体中石蜡，继续以3～5℃/min的速度升温至395～405℃保温0.75～1.25h充分排尽坯体中有机物。进一步地，为了确保氧化锆陶瓷条棒产品的晶粒度，将步骤(5)中排尽有机物的条棒坯体继续在电阻炉中以5～10℃/min的速度升温至1200～1250℃保温1～2h，此时坯体中氧化锆晶粒大小稳定在＜1.5μm范围，随后以10～15℃/min的速度升温至1400～1450℃烧结1～4h，得到氧化锆晶粒大小＜2μm，Fe、Mn、Mg、Pb、Ti、W、Cr、Co、V、Mo、As、Ni等12种杂质元素含量均≤16ppm的氧化锆陶瓷条棒。本专利技术采用喷雾造粒、练泥、挤压成型和多温度段吊烧的工艺制备了火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒，具有以下突出的优点：氧化锆陶瓷条棒杂质元素含量低，在特种熔炼用石墨坩埚表面喷涂的氧化锆涂层纯度高，不会对熔炼金属造成污染；氧化锆陶瓷条棒晶粒尺寸小，火焰喷涂时条棒熔化状态好，涂层沉积效率高，涂层组织致密、均匀。本专利技术所得到的高纯细晶氧化锆陶瓷条棒，可用于特种熔炼用石墨坩埚、石墨挤出模具表面高纯、高致密度氧化锆涂层制备。附图说明图1是火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒断面扫描电镜图。具体实施方式实施例1选用一次晶粒尺寸为5～30nm，Fe、Mn、Mg、Pb、Ti、W、Cr、Co、V、Mo、As、Ni等12种杂质元素含量分别为7ppm、6ppm、10ppm、7ppm、10ppm、8ppm、8ppm、9ppm、7ppm、7ppm、2ppm、7ppm的高纯纳米氧化锆粉末通过喷涂造粒工艺制成主要粒径分布范围为0.4～11.5μm、平均粒径d50＝2.446μm的球形氧化锆粉末原料。取聚合度为1600的聚乙烯醇10份，溶于90份85℃的蒸馏水，搅拌均匀后，在85℃的恒温水浴中保温6h。将氧化锆粉末原料、粘结剂、石蜡、甘油按100：35：8：3的质量比混合，用真空搅拌机进行混料练泥，直至获得氧化锆可塑泥团，将泥团在密封状态下陈化15h。将氧化锆可塑泥团放入真空挤出机中，设置挤出压力为10MPa，挤出机口模内径设置为7.1mm，将口模定型长度设置为19mm，将挤出的条棒坯体放在托板上，放入烘箱中红外干燥8h。将条棒坯体垂直悬挂在箱式电阻炉中，以4℃/min的速度升温至100℃保温0.5h进行进一步脱水，随后以3℃/min的速度升温至210℃保温1h去除坯体中聚乙烯醇，接着以3℃/min的速度升温至260℃保温6h去除坯体中甘油，继续以3℃/min的速度升温至320℃保温2h去除坯体中石蜡，继续以3℃/min的速度升温至400℃保温1h，充分排尽坯体中有机物后以10℃/min的速度升温至1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)喷雾造粒：将高纯纳米氧化锆粉末通过喷雾造粒工艺，制得球形氧化锆粉末原料；(2)配制粘接剂：将聚乙烯醇溶于蒸馏水，加入稳定剂后搅拌均匀，制得聚乙烯醇水溶液粘结剂；(3)真空练泥：将步骤(1)制备的球形氧化锆粉末原料加入步骤(2)制备的聚乙烯醇水溶液粘结剂中，加入润滑剂和增塑剂，用真空搅拌机进行混料练泥，直至获得氧化锆可塑泥团；(4)真空挤压成型：将步骤(3)制备的氧化锆可塑泥团放入真空挤出机中，挤出成型，制得氧化锆条棒生胚体；(5)脱除水和有机物：将步骤(4)制备的氧化锆条棒生胚体依次脱除其中的水分和有机物，制得氧化锆条棒熟胚体；(6)烧结：将步骤(5)制备的氧化锆条棒熟胚体烧结，得到火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒。

【技术特征摘要】
1.火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)喷雾造粒：将高纯纳米氧化锆粉末通过喷雾造粒工艺，制得球形氧化锆粉末原料；(2)配制粘接剂：将聚乙烯醇溶于蒸馏水，加入稳定剂后搅拌均匀，制得聚乙烯醇水溶液粘结剂；(3)真空练泥：将步骤(1)制备的球形氧化锆粉末原料加入步骤(2)制备的聚乙烯醇水溶液粘结剂中，加入润滑剂和增塑剂，用真空搅拌机进行混料练泥，直至获得氧化锆可塑泥团；(4)真空挤压成型：将步骤(3)制备的氧化锆可塑泥团放入真空挤出机中，挤出成型，制得氧化锆条棒生胚体；(5)脱除水和有机物：将步骤(4)制备的氧化锆条棒生胚体依次脱除其中的水分和有机物，制得氧化锆条棒熟胚体；(6)烧结：将步骤(5)制备的氧化锆条棒熟胚体烧结，得到火焰喷涂用高纯细晶氧化锆陶瓷条棒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述高纯纳米氧化锆粉末的杂质元素Fe、Mn、Mg、Pb、Ti、W、Cr、Co、V、Mo、As、Ni含量均≤10ppm，高纯纳米氧化锆粉末晶粒大小≤40nm；所制得的球形氧化锆粉末原料主要粒径分布范围为0.2～15μm，平均粒径d50≤5μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述聚乙烯醇聚合度为1500～1800，聚乙烯醇与蒸馏水的质量比为10～20∶80～90；所述稳定剂为氯化钙，稳定剂加入量为粘接剂质量的4％～10％。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中蒸馏水的温度为80～90℃；搅拌均匀后在80～90℃的恒温水浴中保温6～10h。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：于月光，黄凌峰，刘建明，沈婕，彭浩然，侯伟骜，冀晓鹃，酉琪，
申请(专利权)人：北京矿冶科技集团有限公司，北矿新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11