一种陶瓷靶材及其制备方法和应用技术

本申请属于热障涂层技术领域。本发明专利技术提供了一种陶瓷靶材及其制备方法和应用，本发明专利技术陶瓷靶材采用下列摩尔百分比的原料制备得到氧化锆89～96％、氧化钪2～10％、氧化钇0.5～4％、其他稀土氧化物0.1～3％。本发明专利技术基于多元稀土协同掺杂对传统氧化锆材料优化改性，实现耐海洋环境腐蚀性能提升设计；本发明专利技术还提供了制备方法，将原料进行球磨、烘干、煅烧、造粒后，得到造粒粉体，对造粒粉体进行预压、二次加压和排胶，得到陶瓷靶材素坯，最后对素坯进行煅烧，即得陶瓷靶材；本发明专利技术的制备方法可从根本上避免Cl、S等杂质的引入且更适合批量工业化生产，得到的新型氧化锆基热障涂层材料可在模拟海洋环境具备优异的高温物相稳定性。拟海洋环境具备优异的高温物相稳定性。拟海洋环境具备优异的高温物相稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷靶材及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及热障涂层
，尤其涉及一种陶瓷靶材及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，发展面向航空航天、舰船与海洋工程装备的前沿工程技术对提升海空资源开发能力、发展海洋经济和保障海空安全具有十分重要的战略地位。航空发动机和改燃气轮机热端部件防护已成为动力装置的核心技术，热障涂层(TBC)是以服役环境为需求导向、多性能协同发展、支撑构件隔热防护的关键技术之一，主要由表面氧化物陶瓷层和金属粘结层构成，兼顾耐高温、抗腐蚀和高隔热等特性，可有效提高金属构件的许用工作温度和抗高温能力，达到延长热端部件服役寿命和提高服役效率的目的。迄今为止，电子束物理气相沉积(EB
‑
PVD)技术和等离子喷涂(APS)技术是现行制备热障涂层的两大主流技术，尤其采用EB
‑
PVD技术制备的氧化钇稳定氧化锆热障涂层体系综合服役性能最佳。然而，海洋环境服役发动机与陆基发动机相比面临着更为恶劣的工作环境，其主要表现为高温、高湿、高盐雾和富含Cl
‑
等腐蚀诱导物特点，对于热障涂层陶瓷材料的高温相稳定性、热力耦合性质、抗熔盐侵蚀性能等提出更苛刻的要求。随着航空航海高端装备对海洋环境适应能力和发动机涡轮入口温度提高的服役需求，逐步暴露出诸多不可忽视的核心问题，存在氧化锆相结构高温失稳、服役温度裕度不足、高温烧结加剧以及热导率过高等弊端。鉴于此，有必要开展面向海洋环境服役的航空发动机和改燃气轮机热端部件用热障涂层材料设计及其靶材的配套制备技术，以适应海洋环境服役EB
‑
PVD热障涂层研制的需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种陶瓷靶材及其制备方法和应用。
[0004]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：
[0005]本专利技术提供了一种陶瓷靶材，由包含下列摩尔百分数的原料制备得到：氧化锆89～96％、氧化钪2～10％、氧化钇0.5～4％、其他稀土氧化物0.1～3％；
[0006]所述其他稀土氧化物为氧化镱、氧化镧、氧化铈、氧化钆和氧化钐中的一种或几种。
[0007]本专利技术还提供了所述陶瓷靶材的制备方法，包含下列步骤：
[0008](1)将原料顺次进行球磨和烘干，得到粉体；
[0009](2)将粉体顺次进行煅烧和造粒，得到造粒粉体；
[0010](3)将造粒粉体顺次进行预压、二次加压和排胶，得到陶瓷靶材素坯；
[0011](4)将陶瓷靶材素坯进行煅烧，即得所述的陶瓷靶材。
[0012]作为优选，步骤(1)所述球磨中分散介质和原料的质量比为1.3～1.8：1；所述球磨中原料和研磨介质的质量比为1.0～2.0：1；
[0013]所述球磨的转速为500～1000r/min，时间为12～24h。
[0014]作为优选，步骤(1)中所述烘干的温度为60～80℃，时间为18～24h。
[0015]作为优选，步骤(2)中所述煅烧的温度为1400～1650℃，时间为3～12h。
[0016]作为优选，步骤(2)中所述造粒为将煅烧后的粉体、分散剂和粘结剂混合得到混料后进行离心喷雾造粒；
[0017]所述分散剂为PAANH_4；
[0018]所述粘结剂为聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量分数为5～15％；
[0019]所述分散剂的质量份数为0.1～4份，所述粘结剂的质量份数为1.3～2.0份，所述煅烧后的粉体的质量份数为30～60份；
[0020]所述离心喷雾造粒的入口温度为100～250℃，出口温度为100～200℃，雾化盘转速为19000～21000r/min。
[0021]作为优选，步骤(3)中所述预压的压力为5～15MPa，所述预压的保压时间为30～120s；
[0022]所述二次加压的压力为100～250MPa，所述二次加压的保压时间为10～30min。
[0023]作为优选，步骤(3)中所述排胶的目标温度为100～300℃，保温时间为2～10h；由室温升至所述目标温度的升温速率为4～6℃/min；由所述目标温度降至室温的降温速率为3～5℃/min。
[0024]作为优选，步骤(4)中所述煅烧的目标温度为1400～1600℃，保温时间为4～8h；
[0025]由室温升至中间温度T1的升温速率为1～2℃/min，所述中间温度T1为900～1100℃，保温时间为1～3h，由中间温度T1升至煅烧目标温度的升温速率为3～5℃/min；
[0026]由煅烧目标温度降至中间温度T2的降温速率为1～2℃/min，所述中间温度T2为800～1000℃，由中间温度T2降至室温的降温速率为3～5℃/min。
[0027]本专利技术还提供了所述陶瓷靶材在制备海洋环境服役发动机涡轮叶片热障涂层材料中的应用。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029](1)本专利技术提供了一种陶瓷靶材，包含氧化锆、氧化钪、氧化钇和其他稀土氧化物；本专利技术基于多元稀土协同掺杂对传统氧化锆材料优化改性，实现耐海洋环境腐蚀性能提升设计。
[0030](2)本专利技术还提供了一种陶瓷靶材的制备方法，将原料进行球磨、烘干、煅烧、造粒后，得到造粒粉体，对造粒粉体进行预压、二次加压和排胶，得到陶瓷靶材素坯，最后对素坯进行煅烧，即得所述的陶瓷靶材；本专利技术提供的制备方法可从根本上避免Cl、S、Na、K等杂质的引入，工艺简便，应用范围广，实用性强，更适合批量工业化生产，得到的新型氧化锆基热障涂层350小时仍可以保持稳定四方相结构，能够实现对物相组成、杂质元素含量、化学成分偏析、微观粒径尺度及致密度等的有效控制。
附图说明
[0031]图1为传统EB
‑
PVDYSZ热障涂层物相演变规律图；
[0032]图2为实施例1制备的新型氧化锆基热障涂层物相演变规律图。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种陶瓷靶材，由包含下列摩尔百分数的原料制备得到：氧化锆89～96％、氧化钪2～10％、氧化钇0.5～4％、其他稀土氧化物0.1～3％；
[0034]所述其他稀土氧化物为氧化镱、氧化镧、氧化铈、氧化钆和氧化钐中的一种或几种。
[0035]在本专利技术中，当同时含有氧化镱、氧化镧、氧化铈、氧化钆和氧化钐中的一种或几种时，摩尔百分数优选相等。
[0036]在本专利技术中，所述氧化锆的摩尔百分数为89～96％，优选为90～95％，更优选为91～94％。
[0037]在本专利技术中，所述氧化钪的摩尔百分数为2～10％，优选为4～8％，更优选为5～7％。
[0038]在本专利技术中，所述氧化钇的摩尔百分数为0.5～4％，优选为1～3.5％，更优选为2～3％。
[0039]在本专利技术中，所述其他稀土氧化物的摩尔百分数为0.1～3％，优选为0.5～2.5％，更优选为1～2％。
[0040]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷靶材，其特征在于，由包含下列摩尔百分数的原料制备得到：氧化锆89～96％、氧化钪2～10％、氧化钇0.5～4％、其他稀土氧化物0.1～3％；所述其他稀土氧化物为氧化镱、氧化镧、氧化铈、氧化钆和氧化钐中的一种或几种。2.权利要求1所述陶瓷靶材的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：(1)将原料顺次进行球磨和烘干，得到粉体；(2)将粉体顺次进行煅烧和造粒，得到造粒粉体；(3)将造粒粉体顺次进行预压、二次加压和排胶，得到陶瓷靶材素坯；(4)将陶瓷靶材素坯进行煅烧，即得所述的陶瓷靶材。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述球磨中分散介质和原料的质量比为1.3～1.8：1；所述球磨中原料和研磨介质的质量比为1.0～2.0：1；所述球磨的转速为500～1000r/min，时间为12～24h。4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述烘干的温度为60～80℃，时间为18～24h。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述煅烧的温度为1400～1650℃，时间为3～12h。6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述造粒为将煅烧后的粉体、分散剂和粘结剂混合得到混料后进行离心喷雾造粒；所述分散剂为PAANH_4；所述粘结剂为聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量分数为5～15％；所述分散剂的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋希文，王志刚，谢敏，郭毛毛，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：