一种耐高温抗氧化陶瓷材料及其使用方法技术

本发明专利技术属于热障涂层领域，具体为一种耐高温抗氧化陶瓷材料及其使用方法。本发明专利技术材料的原料组份包括碳酸钠、碳酸钾、氧化钙、氧化锌、氧化铝、氧化硅、氧化硼和氧化钛，直接于1200℃～1400℃烧结即得；本发明专利技术通过选择材料组分及配比一次熔融而成，制成的耐高温抗氧化陶瓷材料成分更均匀，结合度高；软化温度900℃～1200℃优于现有技术，且工艺简单，并在后期应用时保持了高结合度。有效解决了现有镍基合金在高温环境下抗氧化性能以及表面涂层结合度不佳的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温抗氧化陶瓷材料及其使用方法


[0001]本专利技术属于热障涂层领域，具体为一种耐高温抗氧化陶瓷材料及其使用方法。

技术介绍

[0002]航空发动机和燃气轮机热端部件，需要兼有良好的高温力学性能和抗高温氧化性能，这些部件材料自身的抗高温氧化性能往往不能满足使用要求，施加表面防护涂层是改善其抗氧化性能的有效途径。
[0003]镍基合金在高温环境下无法有效阻止高温炉内空气中氧的扩散侵入，从而导致镍基合金在高温热加工时表面会发生严重氧化的现象，将大大降低镍基合金本身的塑性和韧性等力学性能。表面合金化和表面涂层技术是目前公认的解决镍基合金高温氧化问题的有效措施。
[0004]表面合金化技术可大幅度提升镍基合金在高温热加工时的抗氧化防护能力，但操作复杂，成本高昂，还会使镍基合金表面塑性和硬度等性能下降，较大地影响了镍基合金在高温时的热加工以及后续的应用。
[0005]表面涂层技术既能解决镍基合金高温热加工时的抗氧化问题，又可避免表面合金化技术带来的弊端从而保护了基体的各项力学性能。目前，常用高温涂层分为以下几种：(1)耐热合金涂层，主要包括Ni、Co、Cr、Al等元素，使用温度一般低于900℃；(2)贵金属涂层，主要以Ru、Ir、Rh等铂族金属为主，造价及其昂贵难以大规模应用；(3)铝化物涂层，抗氧化性能良好，但高温力学性能差；(4)陶瓷釉涂层，抗高温腐蚀和氧化性能优异、高温化学稳定性能好，高温力学性能良好，具有较宽的软化温度区间，且制备方法简单，成本低廉，流动性强可通过丝网印刷技术在基底上制备各种图形。
[0006]随着科学技术的发展，陶瓷釉涂层种类越来越多，目前陶瓷釉涂层软化温度大部分在600℃到800℃内，软化温度范围较窄在超过800℃时玻璃流淌导致流体流失，热膨胀系数不易调节，无法适应与镍基合金匹配，在高温下易出现釉层剥落的现象。流动性差，不易制备均匀的涂层。釉层在烧结过程中容易出现气泡和针孔，且不易制备出较薄的涂层。

技术实现思路

[0007]针对上述存在问题或不足，为解决现有镍基合金在高温环境下抗氧化性能以及表面涂层结合度不佳的问题，本专利技术提供了一种耐高温抗氧化陶瓷材料及其使用方法，其软化温度为900℃～1200℃。
[0008]一种耐高温抗氧化陶瓷材料，其原料组份按重量百分比为：
[0009]3.26％～4.93％的碳酸钠，5.63％～8.45％的碳酸钾，10.58％～11.51％的氧化钙，9.69％～10.58％氧化锌，3.83％～6.71％的氧化铝，47.98％～50％的氧化硅，7.67％～8.65％的氧化硼和4.81％～5.76％的氧化钛；软化温度为900℃～1200℃，直接于1200℃～1400℃一次烧结即得。
[0010]上述耐高温抗氧化陶瓷材料的使用方法，具体步骤如下：
[0011]步骤1、将烧结后的耐高温抗氧化陶瓷材料破碎(如球磨)成粒径≤120μm的粉末。
[0012]步骤2、将步骤1所得粉末添加粘结剂、溶剂、增稠剂和乳化剂，水浴制备得到陶瓷釉层浆料。
[0013]步骤3、将步骤2所得陶瓷釉层浆料涂覆到目标合金表面即可。
[0014]本专利技术材料将所有原料一次熔融而成，减少釉烧时分解化合反应，从釉原料中排除大部分气体，减少气泡、针孔的生成；制成熔块釉时成分更均匀，可防止因原料的相对密度、颗粒大小、形状或由于粒子的硬度等显著差异而产生釉料组成的分离。
[0015]进一步的，所述步骤1的耐高温抗氧化陶瓷材料，在烧结后立即置于去离子水中形成陶瓷釉层，以利于后期破碎成粉末。
[0016]进一步的，所述步骤2中粘结剂为乙基纤维素，溶剂为松油醇和二乙二醇丁醚，增稠剂为氢化蓖麻油，乳化剂为卵磷脂。
[0017]进一步的，所述步骤2中水浴时保持搅拌状态并开起水循环，水浴温度80℃～95℃；待粘结剂在溶剂中充分溶解后，关闭加热再加入增稠剂和乳化剂至混匀，最后加入耐高温抗氧化陶瓷材料的粉末混匀。
[0018]进一步的，所述步骤3中涂覆方式为丝网印刷。
[0019]进一步的，所述步骤3中目标合金为镍基合金。
[0020]本专利技术所用的原材料简单易得，制作成本低。相较于现有的陶瓷釉层600℃～800℃的软化温度点，本专利技术陶瓷材料的软化温度范围更宽在900℃～1200℃之间。现有的陶瓷釉层通常采用氧化钠调节膨胀系数，然而这会降低产品的弹性和抗张强度，从而引起产品的开裂；或采用氧化钾作为熔剂，性能优于氧化钠，高温黏度大，熔融温度范围宽，釉面光泽度好，能降低釉的膨胀系数，提高釉的弹性，对热稳定性有利，但用量不宜过高，太多会增加釉的热膨胀，引起釉的开裂。因此本专利技术将氧化钾和氧化钠同时引入并调整含量占比以调节使用时釉层的热膨胀系数，使得陶瓷釉层与镍基合金结合力增大，在240h的高温(900℃)环境中形貌保持良好，没有出现釉层脱落的现象。
[0021]氧化铝作为网络中间体，既能与氧化硅结合又能与碱性氧化物结合，能改善釉的性能，提高化学稳定性、硬度和弹性并降低釉的膨胀系数，熔块釉中增加氧化铝可防止釉面龟裂；氧化钙作为助熔剂，可降低釉的黏度，提高釉的流动性和釉面光泽度，资源丰富易得，氧化锌可使釉易熔，降低高温釉的烧成温度，对釉的力学强度、弹性、熔融性能和耐热性能起到良好的作用；氧化硼作为助熔剂，能与硅酸盐形成熔点低的混合物，降低釉的熔融温度，当温度升高时，釉熔体黏度降低，流动性增大，易于铺展成平整的釉面，引入氧化硼还可降低热膨胀系数；氧化钛的引入可提高釉的黏度，釉熔体中由[SiO4]相连的网络结构的完整程度，是决定黏度的基本因素，随着氧化钠、氧化钾、氧化钙的引入，破坏了[SiO4]网络结构，随着O\Si的摩尔比增加，黏度随之下降，釉熔体黏度降低，引入氧化钛等高价氧化物可提高釉的黏度。
[0022]综上所述，本专利技术通过选择材料组分及配比一次熔融而成，制成的耐高温抗氧化陶瓷材料成分更均匀，结合度高；软化温度900℃～1200℃优于现有技术，且工艺简单，并在后期应用时保持了高结合度。有效解决了现有镍基合金在高温环境下抗氧化性能以及表面涂层结合度不佳的问题。
附图说明
[0023]图1为实施例1所制备的釉层粉末的DSC；
[0024]图2为实施例1所制备的釉层粉末的TG；
[0025]图3为实施例1所制备的釉层截面形貌的SEM形貌图；
[0026]图4为实施例1所制备釉层涂层的实物图。
具体实施方式
[0027]下面结合付图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0028]实施例1
[0029]本实施例的耐高温抗氧化陶瓷材料，原料按重量百分比计：3.28％的碳酸钠，5.63％的碳酸钾，11.51％的氧化钙，9.59％的氧化锌，6.71％的氧化铝，49.86％的氧化硅，7.67％的氧化硼和5.75％的氧化钛。
[0030]通过在1200℃保温5h后将熔化好的釉料立即倒入去离子水中形成陶瓷釉层熔块，将陶瓷釉层熔块采用高能行星球磨机研磨成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温抗氧化陶瓷材料，其特征在于：原料组份按重量百分比为：3.26％～4.93％碳酸钠，5.63％～8.45％的碳酸钾，10.58％～11.51％的氧化钙，9.69％～10.58％氧化锌，3.83％～6.71％的氧化铝，47.98％～50％的氧化硅，7.67％～8.65％的氧化硼和4.81％～5.76％的氧化钛；软化温度为900℃～1200℃，直接于1200℃～1400℃一次烧结即得。2.如权利要求1所述耐高温抗氧化陶瓷材料的使用方法，其特征在于，具体如下：步骤1、将烧结后的耐高温抗氧化陶瓷材料破碎成粒径≤120μm的粉末；步骤2、将步骤1所得粉末添加粘结剂、溶剂、增稠剂和乳化剂，水浴制备得到陶瓷釉层浆料；步骤3、将步骤2所得陶瓷釉层浆料涂覆到目标合金表面即可。3.如权利要求1所述耐高温抗氧化陶瓷材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，邱友顺，张晨，李昕，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：