微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，其包括以下步骤：配制前驱体；在加热、搅拌条件下，对上述前驱体进行抽真空处理，待溶液中的结晶水形成气液饱和稳定状态停止抽真空，并保持气液饱和稳定状态；将气液饱和稳定状态的混合体导入微波脱除有机物形成钇锆均匀混合无定形固态物；对上述无定形固态物进行脱除残余有机物处理，生成4YSZ粉体。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术所述的方法利用解决了锆离子水解的问题，实现了锆离子和钇离子的初步均匀混合，利用微波实现钇锆固溶体；避免了锆的水解，实现各组分原子状态下的均匀混合，使得到的热障涂层粉体晶粒尺度均一，稳定性好、纯度高，适合稳定高效生产。适合稳定高效生产。适合稳定高效生产。

【技术实现步骤摘要】
微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法


[0001]本专利技术属于纳米氧化物粉体合成技术，具体涉及一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，采用该方法合成的粉体具有化学组分均匀和高相纯度(100％非平衡四方相)，本专利技术的粉体适用于用APS(大气等离子喷涂)EBPVD(电子束物理气相沉积)，PSPVD(等离子喷涂
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物理气相沉积)等制备高性能热障涂层。

技术介绍

[0002]4YSZ钇稳定氧化锆是指用4％mol三氧化二钇稳定氧化锆(氧化钇质量百分数7.38％)。4YSZ纳米钇稳定氧化锆具有高熔点：2700℃，高硬度：14GPa，高韧性：45J/m2，较低热导性：2W/mK(1000℃)，和金属相近的热膨胀系数：11ppm/k(1100℃)，因此高品质4YSZ粉体目前是热障涂层不可替代材料。
[0003]目前纳米氧化锆国内外具备规模生产的合成技术主要是共沉淀法，水解水热合成技术，共沉淀法是目前国内大多数企业用的为提高合成精度又发展了反向共沉淀，水热法代表是日本TOSOH把水热法做到了极致赋予了无机非金属材料优异的性能，以上方法由于锆离子在水中水解和钇离子在水溶液中无法做到原子级别均匀分布，无法获得优异相纯度和高温稳定性(>＝1200℃)。
[0004]热障涂层是两机专项中的关键技术，国内已广泛采购国际知名喷涂设备设备能力与国际先进水平相差不大，国内热障涂层粉体难以满足高性能要求，稳定性差。

技术实现思路

[0005]本申请的主要目的在于提供一种化学组分均匀、具有高相纯度且可应用到APS、EBPVD、PSPVD制备高性能热障涂层的4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的微波合成方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：配制前驱体：按4YSZ的比例称取锆源和钇源，向锆源和钇源中加入表面活性剂在加热的条件下进行反应，得前驱体；
[0009]步骤二：在加热、搅拌的条件下，对上述前驱体进行抽真空处理，待溶液中的结晶水形成气液饱和稳定状态停止抽真空，并保持气液饱和稳定状态；
[0010]步骤三：将气液饱和稳定状态的混合体导入微波脱除有机物形成钇锆均匀混合的无定形固态物；
[0011]步骤四：对上述无定形固态物进行脱除残余有机物处理，生成4YSZ粉体。
[0012]按4YSZ的比例(质量比Y2O3：ZrO2＝7.38：92.62)精准称量投入反应釜中，因锆离子易在水性溶液中水解产生不同的分子团，导致钇离子很难在微观原子状态下均匀，无法获得好的性能取得工业上的应用。本专利技术所述的方法利用表面活性剂解决锆离子水解的问题，同时获得低粘度的均质溶液(前驱体)，实现锆离子和钇离子的充分均匀混合。
[0013]最初加入的锆源和钇源，在加热和表面活性剂的作用下变成溶液，因为锆源极不
稳定，在高温干燥环境下(温度高于60℃)极易生成氧化锆产生不溶物，无法实现钇离子和锆离子均匀混合，所以在其达到低粘度均质溶液之前不进行抽真空处理，防止真空条件破坏锆源的稳定性。
[0014]氧氯化锆(锆源)在饱和盐酸气体环境下(氧氯化锆本身挥发产生的盐酸气体)与钇源、表面活性剂进行反应形成低粘度均质溶液，保证了锆源的稳定性，且保证了锆离子和钇离子的均匀混合。
[0015]在达到低粘度均质溶液后，锆离子和钇离子已达到初步均匀混合，此时改变其反应条件的真空度不会破坏锆离子的稳定性。在加热和抽真空的条件下可进一步降低溶液粘度加快锆离子，钇离子运动到达充分均匀，同时杜绝锆离子水解实现锆和钇在原子级别上均匀，并保持稳定状态，导入微波设备，利用微波提供能量脱除有机溶剂同时完成在原子尺度均匀条件下氧化钇溶进氧化锆晶格实现合成初始的无定形状态。
[0016]上述一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，作为一种优选的实施方案，步骤一中，所述锆源为氧氯化锆、醋酸锆或硝酸锆；所述钇源为三氧化二钇、碳酸钇或氯化钇；所述表面活性剂为小分子的醇、醛，羧酸，柠檬酸，油酸或TMC的至少一种。优选地，所述小分子的醇、醛为含碳原子数≤3的醇、醛。
[0017]合成机理为：ZrOCl2.8H2O+2M＝ZrOM2+HCl+H2O
[0018]Y2(CO3)3+HCl＝YCl3+H2O+CO2[0019]上述一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，作为一种优选的实施方案，步骤一中，所述加热的温度为60
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120℃。
[0020]上述一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，作为一种优选的实施方案，步骤二中，所述加热的温度为60
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120℃，在保持气液饱和稳定状态100
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120min后，再导入微波处理。
[0021]上述一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，作为一种优选的实施方案，步骤三中，微波的工作温度为80
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200℃，在此条件下工作的时间为3
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5min。利用微波实现钇锆固溶体，同时迅速脱出有机分子形成固体无定形钇稳定氧化锆。
[0022]上述一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，作为一种优选的实施方案，步骤四中，所述脱除的方法为：采用推板窑煅烧无定形固态物。
[0023]上述一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，作为一种优选的实施方案，所述煅烧的方法为在煅烧温度为1000℃的条件下，煅烧24h。
[0024]本专利技术的第二方面，提供一种4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体在APS、EBPVD、PSPVD制备高性能热障涂层中的应用。
[0025]本专利技术的有益效果为：本专利技术所述微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法利用表面活性剂解决了锆离子水解的问题，锆源和钇源在表面活性剂的作用下加热获得低粘度的均质溶液，实现了锆离子和钇离子的初步均匀混合，利用微波实现钇锆固溶体，同时迅速脱出有机分子形成固体无定形钇稳定氧化锆，即本专利技术所述的方法避免了锆的水解，在加热和真空的条件下让低粘度均质溶液中的原子保持高速运动，实现各组分原子状态下的均匀混合，然后通过微波能量快速由低粘度状态实现无定形固态物的转变，使得到的热障涂层粉体晶粒尺度均一，稳定性好、纯度高，适合稳定高效生产。
[0045]随着真空加热过程水的排出，ZrOM的排列方式为以线性链状排列，有利于钇离子有序分布，在微波能量作用下小分子M、少量HCl迅速脱除同时钇进入氧化锆晶格形成无定形4YSZ。
[0046]对实施例1所得粉体进行定量分析，ZrO2+HfO2+Y2O3>99.9；Y2O3:7.38+_0.1％；ZrO2+HfO2:92.6+
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0.1％；其他氧化物<0.1％.组分满足热障涂层要求。
[0047]对所得粉体组分进行定量分析得Y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：配制前驱体：按4YSZ的比例称取锆源和钇源，向锆源和钇源中加入表面活性剂在加热的条件下进行反应，得前驱体；步骤二：在加热、搅拌条件下，对上述前驱体进行抽真空处理，待溶液中的结晶水形成气液饱和稳定状态停止抽真空，并保持气液饱和稳定状态；步骤三：将气液饱和稳定状态的混合体导入微波脱除有机物形成钇锆均匀混合无定形固态物；步骤四：对上述无定形固态物进行脱除残余有机物处理，生成4YSZ粉体。2.根据权利要求1所述微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，其特征在于，步骤一中，所述锆源为氧氯化锆、醋酸锆或硝酸锆；所述钇源为三氧化二钇、碳酸钇或氯化钇；所述表面活性剂为小分子的醇、醛，羧酸，柠檬酸，油酸或TMC的至少一种。3.根据权利要求2所述微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，其特征在于，所述小分子的醇、醛为含碳原子数≤3的醇、醛。4.根据权利要求1所述微波合成4YSZ纳米氧化锆热障涂层粉体的方法，其特征在于，步骤一中，所述加热的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓冬，苗润，
申请(专利权)人：北京伽瓦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：