一种热障涂层用纳米陶瓷粉末及其制备方法与应用、热障涂层技术

本发明专利技术涉及一种热障涂层用纳米陶瓷粉末及其制备方法与应用、热障涂层，属于材料领域。制备方法包括：将纳米级8YSZ与添加剂配制成8YSZ浆料，然后喷雾造粒。添加剂包括分散剂和粘接剂。上述制备方法简单高效，无污染，能够提高粉末稳定复合的几率和粉末的成品率。制备而得的热障涂层用纳米陶瓷粉末团聚较好、流动性较高，同时粉末颗粒较小、粒度分布较均匀、球形度高，性能稳定。将其用于生产发动机部件的热障涂层，能够使得发动机部件适应更加恶劣的高温、高压和强腐蚀工作环境。含有上述热障涂层用纳米陶瓷粉末的热障涂层，具有较高的隔热性能以及高温抗氧化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种热障涂层用纳米陶瓷粉末及其制备方法与应用、热障涂层
本专利技术涉及材料领域，且特别涉及一种热障涂层用纳米陶瓷粉末及其制备方法与应用、热障涂层。
技术介绍
随着航空燃气涡轮发动机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展，燃烧室中的燃气温度和压力不断提高，而现有的高温合金和冷却技术难以满足需要，为此，发展热障涂层技术是必然的发展趋势。热障涂层(TBCs)，又称隔热涂层，是一种陶瓷保护层，通过涂覆工艺(如大气等离子喷涂)将陶瓷材料沉积在高温合金热端部件表面，将部件与高温燃气隔离，利用陶瓷的低导热性，使高温燃气和金属部件之间产生很大的温降，以达到保护热端部件、提高燃气热效率和延长热机寿命的目的。经过几十年的研究，高温合金的使用温度已经能够达到1050℃，结合定向凝固、单晶技术和先进的气膜冷却技术可使高温合金承受1400℃的高温，但却不可避免的降低了发动机的热效率。通过对目前的研究结果分析，想要通过冷却技术的继续突破、基体材料的进一步研究和发动机结构的改进使叶片适应大幅的温度提高已经十分困难。但发动机燃烧室中服役温度和压力的不断升高是未来发展的必然趋势，其工作温度自上世纪四十年代以几乎保持15℃/年的上升速率，燃气压力更是升高了近3倍，当前热端部件的工作温度在1400-1500℃，燃气温度已达到1600℃上，可能很快达到1930℃，所以研究热障徐层对于使热端部件工作温度提高的同时保证热效率意义重大。制备热障涂层所用粉末的性能决定了涂层的性能。过去30年广泛使用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)作为热障涂层表层陶瓷材料。其熔点高(2680℃)、热膨胀系数大(1200℃时11×10-6K-1)、热导率低(2.2W·m-1·K-1)、弹性模量低(40GPa)、工艺成熟且价格便宜。传统的热障涂层一般由微米级的YSZ粉末通过热喷涂技术制备。但微米级YSZ粉末由于颗粒较大，在热喷涂过程中会出现熔融不完全、沉积效率低、涂层力学性能不均匀等情况。纳米级的YSZ细粉，虽然能够较好的提升热障涂层的综合性能，但由于流动性差、易吸附等缺点，也无法直接用于热喷涂制备涂层。因此基于上述分析，需要以纳米级YSZ粉为原料并寻求合适的造粒方法制备出团聚较好、流动性较高，同时粉末颗粒较小、粒度分布较均匀的热障涂层用热喷涂粉末以进一步提升热障涂层质量。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种热障涂层用纳米陶瓷粉末的制备方法，该制备方法简单高效，无污染，能够提高粉末稳定复合的几率和粉末的成品率。本专利技术的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的热障涂层用纳米陶瓷粉末，该热障涂层用纳米陶瓷粉末团聚较好、流动性较高，同时粉末颗粒较小、粒度分布较均匀、球形度高，性能稳定。本专利技术的目的之三在于提供一种上述热障涂层用纳米陶瓷粉末的应用，例如可将其用于生产发动机部件的热障涂层，能够使得发动机部件适应更加恶劣的高温、高压和强腐蚀工作环境。本专利技术的目的之四在于提供一种含有上述热障涂层用纳米陶瓷粉末的热障涂层，具有较高的隔热性能以及高温抗氧化性能。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本专利技术提出一种热障涂层用纳米陶瓷粉末的制备方法，包括以下步骤：将纳米级8YSZ与添加剂配制成8YSZ浆料，然后喷雾造粒。添加剂包括分散剂和粘接剂。优选地，分散剂包括聚丙烯酸，粘接剂包括聚乙烯吡咯烷酮。优选地，8YSZ为粒度为20-40nm的8YSZ粉末。优选地，分散剂、粘接剂与8YSZ的质量比为1-10:4-14:100。本专利技术还提出一种热障涂层用纳米陶瓷粉末，其由上述制备方法制备而得。本专利技术还提出一种上述热障涂层用纳米陶瓷粉末的应用，例如可将其用于生产发动机部件的热障涂层。本专利技术还提出一种热障涂层，该热障涂层含有上述热障涂层用纳米陶瓷粉末。本专利技术较佳实施例提供的热障涂层用纳米陶瓷粉末及其制备方法与应用、热障涂层的有益效果包括：本专利技术实施例中以纳米级8YSZ粉末为原料，采用喷雾造粒工艺制备热障涂层用纳米陶瓷粉末。分散剂及粘接剂的使用能够使粉末团聚及分散效果均较佳，浆料粘度适中。由于纳米粉末不能直接用于喷涂，流动性极差会堵住喷枪，而且在喷涂过程易于氧化，极易燃烧，不能满足应用的要求。在不改变粉末纳米结构的情况下，将纳米粉末团聚为适合热喷涂的微米粉末，解决了陶瓷粉末流动性差、难以喷涂的难点。此外与相同成分的常规微米粉末相比，纳米8YSZ粉末的力学性能和耐磨耐蚀性能都得到了较大幅度的提高，具有很好的综合性能和使用价值，为高性能纳米涂层的制备和应用提供了新的途径和科学依据。本专利技术较佳实施例提供的热障涂层用纳米陶瓷粉末的制备方法简单高效，无污染，能够提高粉末稳定复合的几率和粉末的成品率。制得的热障涂层用纳米陶瓷粉末团聚较好、流动性较高，同时粉末颗粒较小、粒度分布较均匀、球形度高，性能稳定。将其用于生产发动机部件的热障涂层，能够使得发动机部件适应更加恶劣的高温、高压和强腐蚀工作环境。含有上述热障涂层用纳米陶瓷粉末的热障涂层具有较高的隔热性能以及高温抗氧化性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为试验例中实施例1中原始8YSZ纳米粉末的TEM图；图2为试验例中实施例1中原始8YSZ纳米粉末的SEM图；图3为试验例中实施例1制备的原始8YSZ纳米粉末以及喷雾造粒后的纳米团聚粉末的XRD图；图4为试验例中实施例1制备的纳米陶瓷团聚粉末的粒度分析图；图5为试验例中实施例1制备的纳米陶瓷团聚粉末的SEM形貌图；图6为试验例中实施例2制备的纳米陶瓷团聚粉末的SEM形貌图；图7为试验例中实施例3制备的纳米陶瓷团聚粉末的SEM形貌图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的热障涂层用纳米陶瓷粉末及其制备方法与应用、热障涂层进行具体说明。本专利技术实施例提供的热障涂层用纳米陶瓷粉末的制备方法包括以下步骤：将8YSZ与添加剂配制成8YSZ浆料，然后喷雾造粒。优选地，本专利技术实施例中的8YSZ采用纳米级YSZ粉末。纳米级的YSZ粉末较微米级的YSZ粉末能够有效提高热障涂层的制备效率及涂层的均匀性。此外，与常规涂层相比，纳米粉体所制备的涂层由于其本身的特殊性使得其具有更高的硬度、断裂韧性、耐磨性和耐腐蚀性，进而提升涂层质量及使用寿命。作为可选地，本专利技术实施例中的YSZ粉末优选为粒度为20-40nm的8YSZ粉末。该粒度范围下，更利于热障涂层的制备，粒度过粗会影响最终制备的热障涂层的质量，并且，粉末粒度大于40nm时喷雾干燥后制备的粉末粒度也会偏大，不符合使用要求。添加剂可以包括分散剂和粘接剂。作为可选地，分散剂优选包括聚丙烯酸，粘接剂优选包括聚乙烯吡咯烷酮。之所以分散剂优选为聚丙烯酸，其原因在于：聚丙烯酸相对便宜且分散效果最好。之所以粘接剂优选为聚乙烯吡咯烷酮，其原因在于：部分其他粘结剂所制备粉末的团聚效果不如聚乙烯吡咯烷酮，部分其他粘接剂较聚乙烯吡咯烷酮更贵。优选地，上述分散剂、粘接剂与8YSZ的质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热障涂层用纳米陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米级8YSZ与添加剂配制成8YSZ浆料，然后喷雾造粒；所述添加剂包括分散剂和粘接剂；优选地，所述分散剂包括聚丙烯酸，所述粘接剂包括聚乙烯吡咯烷酮；优选地，所述8YSZ为粒度为20‑40nm的8YSZ粉末；优选地，所述分散剂、所述粘接剂与所述8YSZ的质量比为1‑10:4‑14:100。

【技术特征摘要】
1.一种热障涂层用纳米陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米级8YSZ与添加剂配制成8YSZ浆料，然后喷雾造粒；所述添加剂包括分散剂和粘接剂；优选地，所述分散剂包括聚丙烯酸，所述粘接剂包括聚乙烯吡咯烷酮；优选地，所述8YSZ为粒度为20-40nm的8YSZ粉末；优选地，所述分散剂、所述粘接剂与所述8YSZ的质量比为1-10:4-14:100。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，与所述添加剂混合前，所述8YSZ先与溶剂混合，得第一浆料；所述溶剂包括水或无水酒精；优选地，所述溶剂与所述8YSZ的质量比为(7：3)-(5.5:4.5)。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述8YSZ浆料的配制包括以下步骤：将所述第一浆料与所述分散剂以及球磨介质混合，球磨2-4h，得第二浆料；将所述第二浆料与所述粘接剂混合，继续球磨2-4h，得所述8YSZ浆料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述球磨介质为氧化锆球；优选地，所述球磨介质同时包括不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，殷建安，张小锋，邓春明，邓畅光，毛杰，邓子谦，牛少鹏，
申请(专利权)人：广东省新材料研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44