一种大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉及其制备方法。本发明专利技术提供的制备方法将粒径在60nm以下的混合料经所述压制，实现所述混合料压制成块，使得粉体颗粒间质点距离变小，降低气孔含量，提高致密化；得到混合氧化物块体，便于后续的烧结过程中的固相反应顺利进行。结合烧结过程，实现混合料间不同氧化物的固相反应，得到锆酸镧基材料后，进一步粉碎，首先经过低速砂磨，以较低的能耗，降低了研磨体的损耗，实现了烧结后较大颗粒的初步细化，便于进一步细化，结合第二阶段的高速砂磨，得到纳米粉体，分散性好，粒度均匀，满足造粒要求。随后，严格按照所限定的造粒方式，获得满足APS要求的陶瓷造粒粉。

Zirconium lanthanum based ceramic granulation powder for atmospheric plasma spraying and preparation method thereof

The invention provides a zirconium lanthanum based ceramic granulation powder for atmospheric plasma spraying and a preparation method thereof. The preparation method of the invention provides the mixture of the particle size below 60NM to suppress the mixture, and the mixture is pressed into block, which makes the particle distance between the particles smaller, the gas hole content and the densification, and the mixed oxide block is obtained so as to facilitate the solid phase reaction in the subsequent sintering process. In combination with the sintering process, the solid state reaction of different oxides in the mixture is realized. After the lanthanum zirconate base material is obtained, it is further crushed. First, the low speed sand grinding is used to reduce the attrition of the abrasive. The preliminary refinement of the larger particles after the sintering is realized, which is convenient for further refinement and combined with the high speed of the second stage. The nano powder is obtained by sand milling, which has good dispersibility and uniform particle size, and can meet the requirements of granulation. Subsequently, ceramic granulation powder that meets the requirements of APS is obtained strictly according to the granulation method defined.

【技术实现步骤摘要】
一种大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷粉体
，尤其涉及一种大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉及其制备方法。
技术介绍
烧绿石结构的锆酸镧(La2Zr2O7)是一种在1200℃以上具有低热导、良好的高温稳定性以及抗烧结性材料，在此基础上利用其他稀土元素在La位和Zr位上进行掺杂后，可进一步提高热物理性能，因此锆酸镧基陶瓷材料逐渐成为了一种新型热障涂层材料，可用于保护航空涡轮发动机高温工作部件。大气等离子喷涂(APS)利用等离子体形成加热区对通过的粉末粒子加热至熔融或者半熔融状态，使其沉积到基体表面得到的层状涂层的方法。以此制备得到的热障涂层中有很多平行于表面的孔穴和微裂纹，有利于降低热导率，从而隔热性能和抗热冲击性能更好，并且APS法简单灵活，沉积率高，得到了广泛关注。但在APS喷涂过程中，被加热粉体的化学成分或颗粒不均匀，就会造成熔融过程不一致，导致涂层存在大量的熔渣、夹杂物和微裂纹等缺陷，进而使涂层的高温耐蚀性和抗氧化性能不良，使用性能下降。因此，作为锆酸镧基热障涂层的原料，锆酸镧基陶瓷造粒粉的化学成分、粒度分布以及颗粒形貌将直接影响APS制备得到的热障涂层的使用性能。现今，符合APS使用要求的粉体，为颗粒均匀分布在20～100μm、颗粒形状为球形或近球形结构的粉体。目前，APS用锆酸镧盐陶瓷粉体的制备方法主要有液相法和固相法，液相法如沉淀法、溶胶凝胶法等，利用以上方法得到超细粉体后，再通过喷雾造粒的方法得到APS所需造粒粉。但是，沉淀法和溶胶凝胶法利用液相法制备超细粉体，在制备过程中，由于纳米粉体比表面积大的原因，纳米颗粒之间会发生团聚现象，该团聚是随机的、不易分散的，从而导致粉末颗粒偏大，阻碍后续球形造粒的进行，并且难以得到符合APS使用要求的粉体。另外，这些液相法制备超细粉体的生产周期长，成本高，不适合于生产大批量的锆酸镧粉体。而固相法主要是利用球磨法结合高温烧成得到锆酸镧粉体，制备得到粉体形状不规则，造粒困难，难以得到符合APS使用要求的粉体。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉及其制备方法，本专利技术提供的制备方法能够得到粒径均匀分布在20～100μm、颗粒形状为球形或近球形结构的粉体，满足APS使用要求。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：(1)提供包含氧化锆和镧系氧化物的混合料；所述混合料的粒径在60nm以下；所述镧系氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化铒和氧化镱中的一种或多种；(2)将所述步骤(1)得到的混合料压制后进行烧结，得到烧结体；(3)将所述步骤(2)得到的烧结体进行初级粉碎，得到初级粉料；(4)采用分段砂磨将所述步骤(3)得到的初级粉料进行砂磨，得到砂磨粉料；所述分段砂磨依次包括低速砂磨和高速砂磨，所述低速砂磨的速度为2350～2450r/min，所述高速砂磨的速度为2550～2650r/min；(5)将所述步骤(4)得到的砂磨粉料进行喷雾干燥造粒，得到大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉。优选的，所述步骤(1)中混合料的制备方法包含：(Ⅰ)将含有氧化锆和镧系氧化物的原料进行湿法球磨，得到球磨浆料；(Ⅱ)按照砂磨转速从低到高的顺序依次对所述得到的球磨浆料进行砂磨，得到砂磨浆料；(Ⅲ)将所述得到的砂磨浆料进行干燥，得到混合料。优选的，所述步骤(Ⅰ)中湿法球磨的转速为60～80r/min；所述湿法球磨的时间为15～20min；所述湿法球磨的球料比为1:1～1:2.5；所述湿法球磨的料水比为1.5:1～1:1；所述湿法球磨用分散相为去离子水；所述湿法球磨用分散剂为聚甲基丙烯酸胺；所述分散剂的质量为混合氧化物质量的0.7～1.0％。优选的，所述步骤(Ⅱ)中砂磨依次包括四个阶段砂磨，具体为第一阶段砂磨、第二阶段砂磨、第三阶段砂磨和第四阶段砂磨；所述第一阶段砂磨、第二阶段砂磨、第三阶段砂磨和第四阶段砂磨的转速独立地依次相差200～400r/min。优选的，所述步骤(Ⅱ)中砂磨用研磨体的粒径独立为0.3～0.4mm。优选的，所述步骤(2)中烧结的温度为1300～1400℃，烧结的时间为4～6h。优选的，所述步骤(2)压制得到块体的密度为1.5～2.0g/cm3。优选的，所述步骤(3)得到的初级粉料的粒径小于80目。优选的，所述步骤(5)中喷雾干燥造粒的雾化频率为40～50Hz；所述喷雾干燥造粒的进风温度为220～250℃；所述喷雾干燥造粒的出风温度为90～105℃。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉，化学组成为(La2-x-yErxYby)(Zr1-zCez)2O2，其中，0≤x≤1且0≤y≤1、z为0或0.3；所述锆酸镧基陶瓷造粒粉的松装密度为2.05～2.30g/cm3；所述锆酸镧基陶瓷造粒粉的粒度为20～100μm；所述锆酸镧基陶瓷造粒粉为球形或近球形。本专利技术提供了一种大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：首先提供包含氧化锆和镧系氧化物的混合料；所述混合料的粒径在60nm以下；所述镧系氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化铒和氧化镱中的一种或多种；将得到的混合料压制后进行烧结，得到烧结体后初级粉碎，得到初级粉料；再采用分段砂磨的方式将所得到的初级粉料进行砂磨，得到砂磨粉料；所述分段砂磨依次包括低速砂磨和高速砂磨，所述低速砂磨的速度为2350～2450r/min，所述高速砂磨的速度为2550～2650r/min；将所得到的砂磨粉料进行喷雾干燥造粒，得到大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉。本专利技术将粒径在60nm以下的混合料经所述压制成块，使得粉体颗粒间质点距离变小，降低气孔含量，提高致密化；得到混合氧化物块体，便于后续的烧结过程中的固相反应顺利进行。结合烧结过程，实现混合料间不同氧化物的固相反应，得到锆酸镧基材料后，进一步粉碎，首先经过低速砂磨，以较低的能耗，降低了研磨体的损耗，实现了烧结后较大颗粒的初步细化，便于进一步细化，结合第二阶段的高速砂磨，得到纳米粉体，随后，严格按照所限定的造粒方式，获得不同粒径、粒度分布、松紧密度以及流动性的粉体颗粒，得到满足APS要求的陶瓷造粒粉。实施例的结果表明，本专利技术制备得到的锆酸镧基陶瓷造粒粉为单一烧绿石结构，松装密度达2.05-2.30g/cm3、粒度分布在20～100μm、适用于大气等离子喷涂方法沉积锆酸镧热障涂层的陶瓷造粒粉的要求。附图说明图1为本专利技术实施例1第一次砂磨干燥后的粉体的TEM图；图2为本专利技术实施例1～3不同压力条件下，经1300～1400℃烧制而成的锆酸镧基陶瓷材料的XRD图；图3为本专利技术实施例2中分段砂磨后锆酸镧基砂磨粉料的TEM图；图4为本专利技术实施例2中分段砂磨后锆酸镧基砂磨粉料的XRD图；图5为本专利技术实施例2制备得到的陶瓷造粒粉的光学显微镜检测结果图；图6为本专利技术实施例4制备得到的造粒粉利用大气等离子喷涂得到的图层表面；图7为本专利技术对比例1在1200℃保温5h后的坯体的宏观形貌图；图8为本专利技术对比例1在1200℃保温5h后的坯体的XRD图；图9为本专利技术对比例2烧结得到的陶瓷材料的SEM图；图10为本专利技术对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：(1)提供包含氧化锆和镧系氧化物的混合料；所述混合料的粒径在60nm以下；所述镧系氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化铒和氧化镱中的一种或多种；(2)将所述步骤(1)得到的混合料压制后进行烧结，得到烧结体；(3)将所述步骤(2)得到的烧结体进行初级粉碎，得到初级粉料；(4)采用分段砂磨将所述步骤(3)得到的初级粉料进行砂磨，得到砂磨粉料；所述分段砂磨依次包括低速砂磨和高速砂磨，所述低速砂磨的速度为2350～2450r/min，所述高速砂磨的速度为2550～2650r/min；(5)将所述步骤(4)得到的砂磨粉料进行喷雾干燥造粒，得到大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉。

【技术特征摘要】
1.一种大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：(1)提供包含氧化锆和镧系氧化物的混合料；所述混合料的粒径在60nm以下；所述镧系氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化铒和氧化镱中的一种或多种；(2)将所述步骤(1)得到的混合料压制后进行烧结，得到烧结体；(3)将所述步骤(2)得到的烧结体进行初级粉碎，得到初级粉料；(4)采用分段砂磨将所述步骤(3)得到的初级粉料进行砂磨，得到砂磨粉料；所述分段砂磨依次包括低速砂磨和高速砂磨，所述低速砂磨的速度为2350～2450r/min，所述高速砂磨的速度为2550～2650r/min；(5)将所述步骤(4)得到的砂磨粉料进行喷雾干燥造粒，得到大气等离子喷涂用锆酸镧基陶瓷造粒粉。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合料的制备方法包含：(I)将含有氧化锆和镧系氧化物的原料进行湿法球磨，得到球磨浆料；(II)按照砂磨转速从低到高的顺序依次对所述得到的球磨浆料进行砂磨，得到砂磨浆料；(III)将所述得到的砂磨浆料进行干燥，得到混合料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中湿法球磨的转速为60～80r/min；所述湿法球磨的时间为15～20min；所述湿法球磨的球料比为1:1～1:2.5；所述湿法球磨的料水比为1.5:1～1:1；所述湿法球磨用分散相为去离子水；所述湿法球磨用分散剂为聚甲基丙烯酸胺；所述分散剂的质量为混合氧化物质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢敏，宋希文，包金小，周芬，安胜利，郜建全，张永和，郭文荣，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15