一种Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法技术

本发明专利技术属于防护涂层领域，具体为一种Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法。该粉体为Y4Al2O9和Y2O3的共晶陶瓷粉体原料，二者以共晶成分比例(摩尔比Y2O3：Al2O3＝70.5:29.5)混合。以纳米级或亚微米级的Al2O3粉体和Y2O3粉体为原料，经过机械混合、固相反应制备获得Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料，再进行喷雾干燥造粒和高温烧结，制备获得表面光滑，内部结合紧密，粒径分布均匀、球形度高和流动性好的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料。该喂料适用于高温合金和陶瓷基复合材料用耐磨损陶瓷涂层或热障/环境障一体化防护涂层，满足等离子喷涂、激光熔覆或超音速火焰喷涂制备相关涂层的喂料要求。关涂层的喂料要求。

【技术实现步骤摘要】
一种Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法


[0001]本专利技术属于防护涂层领域，具体为一种适用于高温合金和陶瓷基复合材料用耐磨损陶瓷涂层或热障/环境障一体化防护涂层，满足等离子喷涂、激光熔覆或超音速火焰喷涂制备相关涂层的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料及球形喂料的制备方法。

技术介绍

[0002]航空技术的发展对航空发动机的效率和推力提出了更高的要求。为提升航空发动机的推重比，其涡轮前前进气温度也要求不断提升。上述需求对航空发动机用高温结构材料提出了耐高温、耐磨损及耐腐蚀等一系列性能要求。目前用于航空发动机的典型高温结构材料有单晶高温合金、SiC
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/SiC陶瓷基复合材料，以及Al2O
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/Al2O3等氧化物陶瓷基复合材料。相比于高温合金，陶瓷基复合材料具有密度低、耐高温和低热导率的特点。但是作为航空发动机结构部件服役时，SiC
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/SiC及Al2O
3f
/Al2O3等陶瓷基复合材料受发动机燃气环境中的高速颗粒冲刷，以及CMAS(CaO
‑
MgO
‑
Al2O3‑
SiO2低熔点环境沉积物)、高温水蒸气和熔盐等腐蚀介质侵蚀，性能退化及失效速度快，必须在其表面涂覆具有抗高温、耐磨损、高温力学性能优异，耐水蒸气和CMAS腐蚀性能优异的防护涂层。
[0003]氧化铝与铝酸盐的共晶陶瓷具有高熔点、强耐磨、高温力学性能好以及抗高温水蒸气和CMAS腐蚀性能优异的特性，是极具应用前景的新型结构材料。例如，定向凝固法制备的Y3Al5O
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/Al2O3共晶陶瓷，在1700℃水蒸气环境下保温100～200h后，弯曲强度并无明显下降，展现出优异的高温力学性能及抗水蒸气腐蚀能力。作为涂层材料，Y3Al5O
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/Al2O3涂层在负载2000N，运行速度500rpm的高负载条件下服役表面没有明显的裂纹，表现出优异的高速承载能力和耐磨损性能。已有研究表明，上述Y3Al5O
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/Al2O3共晶材料的优异性能主要来源于共晶铝酸盐材料原子间的强化学键结合以及独特的共晶微观组织：共晶相沿凝固方向分布连续且相互交织缠绕，Y3Al5O
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和Al2O3相在三维空间相互约束和辅助，使得其力学性能得到显著提高。Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷具有比Y3Al5O
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/Al2O3更高的共晶温度，可能具有更优的耐高温性能；同时相比于Al2O3基体相，Y2O3基体相具有更好的高温力学性能、耐水蒸气和CMAS腐蚀能力。可以预计，Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷有望成为一种可以满足更高服役温度、更强耐磨损和耐蚀防护能力需求的航空发动机用防护涂层材料。
[0004]常用的航空发动机用陶瓷防护涂层制备技术主要包括：等离子喷涂、激光熔覆和超音速火焰喷涂等。大气等离子喷涂，具有制备涂层孔隙率适中，热导率较低，制备粉体的范围较为广泛(高熔点和低熔点都可以应用)等优点；激光熔覆技术，制备得到的涂层热影响区小、微观结构好、结合性能优；超音速火焰喷涂，相较于大气等离子喷涂，其火焰更宽且更长，喷涂效率更高。这些典型制备方法必须基于高品质粉体原料的制备技术发展，为保证获得均匀、致密的防护涂层，常规粉体需要具备质量轻和流动好。
[0005]综上分析，建立Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及其等离子喷涂、激光熔覆或超音速火焰喷涂用球形喂料制备方法，将为新一代航空发动机用新型耐高温、耐磨损、耐水蒸气和CMAS腐蚀性能优异的防护涂层提供基础材料支撑和技术储备。

技术实现思路

[0006]针对新一代航空发动机对耐高温、耐磨损及耐腐蚀的防护陶瓷涂层需求，本专利技术的目的在于提供一种Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，该粉体原料适用于高温合金或陶瓷基复合材料用耐磨损陶瓷涂层或热障/环境障一体化防护涂层，使其满足等离子喷涂、激光熔覆或超音速火焰喷涂等制备工艺的要求。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，该粉体为Y4Al2O9和Y2O3的共晶陶瓷粉体原料，二者以共晶成分比例(摩尔比Y2O3：Al2O3＝70.5:29.5)混合；以Al2O3粉体和Y2O3粉体为原料，经过机械混合、固相反应制备获得Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料；再进行喷雾干燥造粒和高温烧结，制备获得表面光滑，内部结合紧密，粒径分布均匀、球形度高和流动性好的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料。其中，共晶成分比例的含义是：粉体成分中Y4Al2O9和Y2O3两相的相对比例为二者可以在特定温度条件(共晶温度)发生共晶反应的比例，具体到本专利技术中，Y2O3与Al2O3的摩尔比为70.5:29.5。
[0009]所述的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，具体步骤如下：
[0010](1)以纳米级或亚微米级的氧化铝粉体和氧化钇粉体为原料，Al2O3粉体的质量分数范围为5wt％～25wt％，Y2O3粉体的质量分数范围为75wt％～95wt％，二者质量百分数之和为100wt％；
[0011](2)将氧化铝粉体和氧化钇粉体混合，通过将原料粉和球磨溶剂混合后，依次进行球磨、干燥得到混合均匀的Al2O3‑
Y2O3混合物粉体；
[0012](3)将得到Al2O3‑
Y2O3混合粉体在T1温度下进行固相反应，得到Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料；
[0013](4)将Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料与去离子水、粘结剂、分散剂和pH调节剂利用球磨机混合，获得均匀、稳定的浆料；
[0014](5)将获得的浆料采用喷雾干燥设备进行粉体团聚化处理，得到团聚的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料；
[0015](6)将团聚化处理后的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料在T2温度下进行后烧结处理，冷却，筛分后获得Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料。
[0016]所述的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，步骤(1)中，Al2O3粉体的粒度为纳米级或者亚微米级，粒径范围为50～500nm，Y2O3粉体的粒度为纳米级或者亚微米级，粒径范围为50～500nm。
[0017]所述的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，步骤(2)中，Al2O3‑
Y2O3混合物粉体的混合采用Al2O3粉体和Y2O3粉体经行星球磨机完成，介质是无水乙醇，混合物粉体与无水乙醇的质量比为(1:2)～(2:1)，球料质量比为(1:2)～(4:1)，球磨机转速为120～350rpm，混合球磨时间为2～24h。
[0018]所述的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，步骤(3)中，通过固相反应法获得Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，其特征在于，该粉体为Y4Al2O9和Y2O3的共晶陶瓷粉体原料，二者以共晶成分比例(摩尔比Y2O3：Al2O3＝70.5:29.5)混合；以Al2O3粉体和Y2O3粉体为原料，经过机械混合、固相反应制备获得Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料；再进行喷雾干燥造粒和高温烧结，制备获得表面光滑，内部结合紧密，粒径分布均匀、球形度高和流动性好的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料。2.一种权利要求1所述的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)以纳米级或亚微米级的氧化铝粉体和氧化钇粉体为原料，Al2O3粉体的质量分数范围为5wt％～25wt％，Y2O3粉体的质量分数范围为75wt％～95wt％，二者质量百分数之和为100wt％；(2)将氧化铝粉体和氧化钇粉体混合，通过将原料粉和球磨溶剂混合后，依次进行球磨、干燥得到混合均匀的Al2O3‑
Y2O3混合物粉体；(3)将得到Al2O3‑
Y2O3混合粉体在T1温度下进行固相反应，得到Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料；(4)将Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体原料与去离子水、粘结剂、分散剂和pH调节剂利用球磨机混合，获得均匀、稳定的浆料；(5)将获得的浆料采用喷雾干燥设备进行粉体团聚化处理，得到团聚的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料；(6)将团聚化处理后的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料在T2温度下进行后烧结处理，冷却，筛分后获得Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷球形喂料。3.按照权利要求2所述的Y4Al2O9/Y2O3共晶陶瓷粉体及球形喂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Al2O3粉体的粒度为纳米级或者亚微米级，粒径范围为50～500nm，Y2O3粉体的粒度为纳米级或者亚微米级，粒径范围为50～500nm。4.按照权利要求2所述的Y4Al2O9/Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：王京阳，孙鲁超，李捷，吴贞，杜铁锋，罗志新，崔阳，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：