一种高性能绝缘涂层材料制造技术

本发明专利技术涉及一种高性能绝缘涂层材料，该绝缘涂层材料的电阻率为50GΩ

【技术实现步骤摘要】
一种高性能绝缘涂层材料


[0001]本专利技术涉及电绝缘涂层材料制备及其应用领域，尤其涉及一种高性能绝缘涂层材料。

技术介绍

[0002]在铁路轨道交通、风力发电以及新能源电动汽车等领域中，因电机部件存在的装配误差，导致电机在旋转工况下的内部磁场分布不均匀，从而在电机轴上产生轴电流。当轴电流泄露并通过电机内的轴承时，就极易导致轴承内部的润滑油膜被电流击穿，进一步致使轴承滚道表面和滚动体表面产生明显电蚀。电蚀导致轴承内外滚道以及滚动体硬度下降，从而产生剧烈磨损甚至材料剥落，直接影响电机乃至主机性能和寿命。
[0003]目前，电蚀现象已经成为轨道交通、风力发电以及电动汽车等领域中轴承的主要失效原因。由于国内研究机构和企业在绝缘轴承涂层材料研究和涂层制备技术研发方面起步较晚，目前，高性能电机绝缘轴承基本依赖进口，这些进口的商业化绝缘轴承的涂层材料主要是利用热喷涂技术制备的不同厚度的氧化铝（Al2O3）涂层或氧化铝/氧化钛（Al2O3/TiO2）涂层，但其电阻率仅约为23GΩ
·
cm ~27GΩ
·
cm。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高电阻率的高性能绝缘涂层材料。
[0005]为解决上述问题，本专利技术所述的一种高性能绝缘涂层材料，其特征在于：该绝缘涂层材料的电阻率为50GΩ
·
cm~300GΩ
·
cm，孔隙率≤5%；其利用大气等离子喷涂所获得的陶瓷涂层材料物相组成中包含宽禁带的间接带隙半导体c
‑
Y2O3和Y3Al5O
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物相，且Al2O3为涂层的主相。
[0006]所述绝缘涂层材料的厚度为200μm~800μm，且绝缘涂层材料的绝缘耐压性能随着涂层厚度的增加而越好。
[0007]如上所述的一种高性能绝缘涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴
按质量分数计，将10wt.%~20wt.%的Y2O3粉末与80wt.%~90wt.%的Al2O3粉末混合后，机械搅拌24h~48h，使之充分混合均匀，得到混合粉末；
⑵
根据混合粉末的形貌特征和粉末粒径分布范围，优化并制定大气等离子喷涂参数，以使所获得的涂层物相中不但含有直接带隙的半导体材料Al2O3，还含有宽禁带的间接带隙半导体材料c
‑
Y2O3和Y3Al5O
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物相；
⑶
采用所述步骤
⑵
设定的大气等离子喷涂参数，将所述混合粉末喷涂在陶瓷基体上，并使涂层的孔隙率≤5%；同时根据所需耐交流电压强度，控制涂层厚度为200μm~800μm；
⑷
对所述步骤
⑶
所得涂层采用有机树脂进行封孔处理即可。
[0008]所述步骤
⑴
中Y2O3粉末和Al2O3粉末的粒子形貌相似，且粉末粒径范围分布相近。
[0009]所述Y2O3粉末和所述Al2O3粉末均为球形粉末，且粒径分布范围均为22μm ~53μm。
[0010]所述Al2O3粉末的纯度＞99.9wt.%，所述Y2O3粉末的纯度＞99.99wt.%。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术将具有宽禁带的Y2O3引入Al2O3中，利用大气等离子喷涂，在喷涂高能束流中瞬间形成Y3Al5O
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物相，该物相的存在可显著提高所获得涂层的电阻率，与传统Al2O3涂层相比可极大改善涂层材料的绝缘性能。
[0012]2、单纯的Al2O3涂层，其本身为直接带隙的半导体材料，并且其禁带宽度也低于Y2O3和Y3Al5O
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，这就意味着在电场作用下，带电粒子更易从价带跃迁至导带；从材料的电绝缘本质上(导带中是否有可自由移动的带电粒子)说明了本专利技术的涂层作为绝缘轴承用涂层材料比传统的Al2O3绝缘涂层具有更优异的绝缘性能的原因。经测试，本专利技术制备的绝缘涂层材料的耐电压击穿强度较Al2O3涂层（击穿强度一般为10 kV/mm ~13kV/mm）的提升了约20%~50%，电阻率提升了约2~10倍。因此，本专利技术所得涂层可在高铁和风力发电领域的高性能电机绝缘轴承中有广泛应用，也可用于其它需要耐高压交流电绝缘的部件或工况中。
附图说明
[0013]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0014]图1为本专利技术的制备的高性能绝缘涂层材料的X射线衍射图。
[0015]图2为本专利技术制备的高性能绝缘涂层材料中Al2O3物相的能带结构与态密度。
[0016]图3为本专利技术制备的高性能绝缘涂层材料中Y2O3物相的能带结构与态密度。
[0017]图4为本专利技术制备的高性能绝缘涂层材料中Y3Al5O
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物相的能带结构与态密度。
[0018]图5为本专利技术实施例1制备的高性能绝缘涂层（10wt.% Y2O3+90wt.%Al2O3）的微观结构。
[0019]图6为本专利技术实施例2制备的高性能绝缘涂层（20wt.% Y2O3+80wt.%Al2O3）的微观结构。
具体实施方式
[0020]一种高性能绝缘涂层材料，该绝缘涂层材料的电阻率为50GΩ
·
cm~300GΩ
·
cm，孔隙率≤5%；其利用大气等离子喷涂所获得的陶瓷涂层材料物相组成中包含宽禁带的间接带隙半导体c
‑
Y2O3和Y3Al5O
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物相，且为了确保绝缘涂层在使役工况下的力学性能，Al2O3为涂层的主相，如图1所示。
[0021]其中：绝缘涂层材料的厚度为200μm~800μm，且绝缘涂层材料的绝缘耐压性能随着涂层厚度的增加而越好。
[0022]该高性能绝缘涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴
按质量分数（g/g）计，将10wt.%~20wt.%的Y2O3粉末与80wt.%~90wt.%的Al2O3粉末混合后，机械搅拌24h~48h，使之充分混合均匀，得到混合粉末。
[0023]⑵
根据混合粉末的形貌特征和粉末粒径分布范围，优化并制定大气等离子喷涂参数，以使所获得的涂层物相中不但含有直接带隙的半导体材料Al2O3（图2），还含有宽禁带的间接带隙半导体材料c
‑
Y2O3和Y3Al5O
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物相（图3和图4）。
[0024]⑶
采用步骤
⑵
设定的大气等离子喷涂参数，将混合粉末喷涂在陶瓷基体上，并使涂层的孔隙率≤5%，目的是保证涂层具有致密的微结构、涂层内应力低。同时根据所需耐交流电压强度，控制涂层厚度为200μm~800μm。
[0025]⑷
对步骤
⑶
所得涂层采用有机树脂进行封孔处理即可。
[0026]实施例1一种高性能绝缘涂层材料，利用大气等离子喷涂所获得涂层厚度为300μm，显微硬度值约为1100Hv本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能绝缘涂层材料，其特征在于：该绝缘涂层材料的电阻率为50GΩ
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cm~300GΩ
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cm，孔隙率≤5%；其利用大气等离子喷涂所获得的陶瓷涂层材料物相组成中包含宽禁带的间接带隙半导体c
‑
Y2O3和Y3Al5O
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物相，且Al2O3为涂层的主相。2.如权利要求1所述的一种高性能绝缘涂层材料，其特征在于：所述绝缘涂层材料的厚度为200μm~800μm，且绝缘涂层材料的绝缘耐压性能随着涂层厚度的增加而越好。3.如权利要求1或2所述的一种高性能绝缘涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴
按质量分数计，将10 wt.%~20 wt.%的Y2O3粉末与80 wt.%~90 wt.%的Al2O3粉末混合后，机械搅拌24h~48h，使之充分混合均匀，得到混合粉末；
⑵
根据混合粉末的形貌特征和粉末粒径分布范围，优化并制定大气等离子喷涂参数，以使所获得的涂层物相中不但含有直接带隙的半导体材料Al2O3...

【专利技术属性】
技术研发人员：安宇龙，赵晓琴，卜珍宇，周惠娣，陈建敏，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：