一种复合陶瓷粉末、导流嘴及其制备方法技术

本发明专利技术专利公开了一种复合陶瓷粉末、导流嘴及其制备方法，所述方法包括步骤：S1、配置以ZrO2+HfO2为基体的复合陶瓷粉末，其中，所述复合陶瓷粉末中的成分配比的重量百分比wt％为:ZrO2+HfO2：92～96、Y2O3+CeO2:2～6、SiO2+TiO2+Fe2O3+Al2O3+CaO+MgO:1～3；S2、将所述复合陶瓷粉末与去离子水、分散剂混合后球磨制成浆料，其中，所述复合陶瓷粉末、去离子水、分散剂的质量比分别为1:1～2:0.001～0.002；S3、往所述浆料中添加粘结剂继续进行球磨；S4、将所述步骤S3得到的浆料进行喷雾造粒获得复合陶瓷成品粉末。采用本发明专利技术制备的导流嘴进行气雾化制粉试验，成品粉末中氧化锆类夹杂数量比国内相同类型产品降低，降低程度可达80％。

A composite ceramic powder, guide nozzle and its preparation method

The invention patent discloses a composite ceramic powder, a diversion nozzle and a preparation method. The method comprises steps: S1, a composite ceramic powder with ZrO 2+HfO 2 as the matrix, in which the weight percentage wt% of the composition ratio of the composite ceramic powder is: ZrO 2+HfO 2:92-96, Y2O3+CeO 2:2-6, SiO 2+TiO 2+Fe2O3+AlO+CaO:1-3; S2, and S2, respectively. After mixing with deionized water and dispersing agent, the ball is grinded into slurry, wherein the mass ratio of the composite ceramic powder, deionized water and dispersant is 1:1 to 2:0.001 ~ 0.002 respectively; S3, the binder is added to the slurry to continue ball milling; S4, the slurry obtained from the step S3 is sprayed and granulated to obtain the composite ceramic powder. The guide nozzle prepared by the invention is used for the gas atomization pulverizing test, and the amount of zirconia inclusions in the finished powder is reduced by 80% compared with the same type of domestic products.

【技术实现步骤摘要】
一种复合陶瓷粉末、导流嘴及其制备方法
本专利技术涉及材料
，更具体的是涉及一种复合陶瓷粉末、导流嘴及其制备方法。
技术介绍
在金属熔炼和雾化过程中，钢液从坩埚中倒出，经过中间包、导流嘴，倒入模具冷凝成铸锭，或者在导流嘴下方采用高速介质(气体或液体)将钢液雾化成粉末。Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷材料由于热膨胀系数高、热导率低、良好的热稳定性等优点，被广泛应用于耐高温器件如导流嘴的制备。粉末高温合金是指采用粉末冶金方法制备高温合金，主要用于制造航空发动机的盘类、轴类热端部件。粉末冶金工艺的特点是可以将成分偏析局限在粉末颗粒内，从而解决了传统铸锻件偏析严重的问题。但是粉末冶金在制粉过程中容易引入夹杂，陶瓷类夹杂会严重影响盘件的高温疲劳性能，因此夹杂控制是粉末高温合金的关键技术。氩气雾化法(AA)制粉是目前主流的高温合金粉末制备方法之一，所制备的粉末粒度细，符合当前国外采用AA细粉+HIP成形+热挤压(HEX)+等温锻造(ITF)的粉末盘件制备工艺路线。在AA粉中，非金属夹杂包括熔渣型氧化铝夹杂、坩埚引入的氧化铝氧化镁夹杂、导流嘴引入的氧化锆夹杂、密封料引入的氧化铝+玻璃胶类粘结剂夹杂等。其中，氧化锆夹杂的控制与导流嘴材料的抗热震性和耐冲刷性有关。目前，国内生产的氧化锆导流嘴烧结致密度高，耐冲刷性较好，但抗热震性差，在浇注完冷却时容易热裂，形成的氧化锆夹杂混入粉末中；国外生产的氧化锆导流嘴采用较疏松的结构，有利于提高抗热震性能，但疏松结构的导流嘴内壁在钢液的冲刷下容易剥落，同样容易混入氧化锆夹杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种复合陶瓷粉末、导流嘴及其制备方法，提高了检测稳定性和准确性。为了实现上述的目的，本专利技术所提供的一种复合陶瓷粉末的制备方法，包括步骤：S1、配置以ZrO2+HfO2为基体的复合陶瓷粉末，其中，所述复合陶瓷粉末中的成分配比的重量百分比wt％为:ZrO2+HfO2：92～96、Y2O3+CeO2:2～6、SiO2+TiO2+Fe2O3+Al2O3+CaO+MgO:1～3；S2、将所述复合陶瓷粉末与去离子水、分散剂混合后球磨制成浆料，其中，所述复合陶瓷粉末、去离子水、分散剂的质量比分别为1:1～2:0.001～0.002；S3、往所述浆料中添加粘结剂继续进行球磨；S4、将所述步骤S3得到的浆料进行喷雾造粒获得复合陶瓷成品粉末。优选的，所述步骤S2中，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、TH-204、柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、FSJ-20中的至少两种。优选的，所述步骤S2中，所述球磨的时间为8～24小时。优选的，所述步骤S3中，所述粘结剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚碳酸酯、B-1000、B-1022中的至少两种。优选的，所述步骤S3中，球磨过程采用行星球磨机，所述行星球磨机的转速比为300～500rpm，所述行星球磨机的球料比为5～15:1。优选的，所述步骤S4中，还包括将喷雾造粒获得的粉末在-100目过筛。优选的，所述步骤S4中，进行喷雾造粒的喷雾干燥塔进风口温度为200℃～300℃，出风口温度为100℃～120℃，雾化器转速为8000～9000rpm。本专利技术同时还提供一种复合陶瓷导流嘴的制备方法，包括步骤：将复合陶瓷粉末在定制的模具中压制成型；其中，所述复合陶瓷粉末为根据上述任一所述的方法制备。优选的，在所述定制的模具中压制的压力为10～50MPa。优选的，所述方法中，压坯的脱脂温度为400℃～800℃，烧结温度为1400℃～1600℃，保温时间1～2小时，冷却方式为随炉冷却。优选的，所述压制过程中，润滑剂采用硬脂酸锌、石蜡中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：采用本专利技术制备的导流嘴进行气雾化制粉试验，成品粉末中氧化锆类夹杂数量比国内相同类型产品降低，降低程度可达80％。附图说明图1为本专利技术制备的导流嘴与国产、进口导流嘴的热裂概率示意图。图2为本专利技术制备的导流嘴与国产、进口导流嘴制备的粉末中氧化锆夹杂情况对比示意图。图3为本专利技术导流嘴氧化锆颗粒形貌。图4为现有一种进口导流嘴氧化锆颗粒形貌。图5为本专利技术复合陶瓷粉末的制备方法流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术提出了一种复合陶瓷粉末的制备方法，一种复合陶瓷粉末的制备方法，如图5所示，包括步骤：S1、配置以ZrO2+HfO2为基体的复合陶瓷粉末，其中，所述复合陶瓷粉末中的成分配比的重量百分比wt％为:ZrO2+HfO2：92～96、Y2O3+CeO2:2～6、SiO2+TiO2+Fe2O3+Al2O3+CaO+MgO:1～3；S2、将所述复合陶瓷粉末与去离子水、分散剂混合后球磨制成浆料，其中，所述复合陶瓷粉末、去离子水、分散剂的质量比分别为1:1～2:0.001～0.002；S3、往所述浆料中添加粘结剂继续进行球磨；S4、将所述步骤S3得到的浆料进行喷雾造粒获得复合陶瓷成品粉末。具体的，所述步骤S1中，ZrO2和HfO2以混合成分粉末加入，其他成分均以高纯氧化物粉末的形式加入，加入的氧化锆稳定剂从两方面提高氧化锆的抗热震性，一方面取代原Zr4+在晶格中的位置，如Ce4+，形成多面体结构，形成的MO8结构中M-O键长被压缩，小于萤石结构中M-O键长，因此，ZrO2晶体的晶格常数增大而四方度减小，进而使t-ZrO2的相稳定性提高，另一方面，当在ZrO2晶格中引入一定量的正二价或正三价阳离子时，如Ca2+、Y3+，阳离子会取代晶格中Zr4+的位置，为了保持材料的局部电中性，ZrO2的晶格中会产生氧空位从而将高温t-ZrO2和c-ZrO2保留至室温，使得该氧化锆基复合陶瓷的抗热震性提高。纯净的氧化锆在常温下的晶体为单斜相结构(m-ZrO2)，升温到1170℃时转变为四方相结构(t-ZrO2)，到2370℃时转变成立方相结构(c-ZrO2)。由单斜向四方转变时体积收缩7～9％，由四方向单斜转变时体积膨胀3～5％。通过引入稳定剂，如Y2O3、CeO2、MgO、Al2O3等，可以降低t-ZrO2向m-ZrO2转变的相变温度，使t-ZrO2在室温下稳定或亚稳定存在。m-ZrO2可以在低温下稳定存在的原因是：根据硬球理论，为了形成稳定的8配位数结构，晶体中阳离子半径(r+)与阴离子半径(r-)比应该大于0.732，而对于具有萤石CaF2结构的ZrO2而言，Zr4+半径与O2-半径之比为0.564，形成的8配位结构使晶胞内O2-与O2-之间的间隙太小，尽管只有一半Zr4+占据O2-的八面体空隙，但由于相邻O2-与O2-之间存在库仑斥力而使8配位结构变得极其不稳定，因此，低温下Zr4+更容易与7个O2-配位形成配位数小于8的结构，即m-ZrO2，而具有Zr-O8配位结构的t-ZrO2和c-ZrO2只有在高温条件下借助晶格振动平衡才能稳定存在。结晶学理论表明：形成8配位结构的趋势随着阳离子半径的增大而增强。对于氧化物掺杂稳定的ZrO2晶体而言，当掺杂的阳离子半径大于Zr4+半径时，由于Zr4+被掺杂的阳离子取代，t-ZrO2和c-ZrO2的晶格常数和相应的r+/r-比值将增大，从而减小了高温相ZrO2局部O2-与O2-之间的库伦排斥力，增加了t-ZrO2和c-ZrO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、配置以ZrO2+HfO2为基体的复合陶瓷粉末，其中，所述复合陶瓷粉末中的成分配比的重量百分比wt％为:ZrO2+HfO2：92～96、Y2O3+CeO2:2～6，SiO2+TiO2+Fe2O3+Al2O3+CaO+MgO:1～3；S2、将所述复合陶瓷粉末与去离子水、分散剂混合后球磨制成浆料，其中，所述复合陶瓷粉末、去离子水、分散剂的质量比分别为1:1～2:0.001～0.002；S3、往所述浆料中添加粘结剂继续进行球磨；S4、将所述步骤S3得到的浆料进行喷雾造粒获得复合陶瓷成品粉末。

【技术特征摘要】
1.一种复合陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、配置以ZrO2+HfO2为基体的复合陶瓷粉末，其中，所述复合陶瓷粉末中的成分配比的重量百分比wt％为:ZrO2+HfO2：92～96、Y2O3+CeO2:2～6，SiO2+TiO2+Fe2O3+Al2O3+CaO+MgO:1～3；S2、将所述复合陶瓷粉末与去离子水、分散剂混合后球磨制成浆料，其中，所述复合陶瓷粉末、去离子水、分散剂的质量比分别为1:1～2:0.001～0.002；S3、往所述浆料中添加粘结剂继续进行球磨；S4、将所述步骤S3得到的浆料进行喷雾造粒获得复合陶瓷成品粉末。2.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、TH-204、柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、FSJ-20中的至少两种。3.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述球磨的时间为8～24小时。4.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述粘结剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚碳酸酯、B-1000、B-1022中的至少两种。5.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，球磨过程采用行星球磨机，所述行星球磨机的转速比为300～50...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙安平，肖磊，冯赣江，
申请(专利权)人：深圳市万泽中南研究院有限公司，深圳市万泽航空科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44