本发明专利技术提供了一种稀土改性氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料及其制备方法，通过采用前驱体直接团聚制粒-烧结致密化的工艺合成稀土改性蜂窝状结构粉末材料。包括将稀土元素与锆元素按照预定重量比例与水混合制成水溶液，加入碱液调节溶液pH值，使水溶液发生共沉淀反应，将白色沉淀陈化数小时得到前驱体凝胶；对前驱体凝胶使用预定介质进行洗涤，直到用硝酸银检测不到氯离子为止；将洗涤后的前驱体凝胶与预定介质按照一定比例进行混合获得混合溶液，向混合溶液中加入适量的分散剂和粘结剂，调制出适用于可控蜂窝状多孔结构的料浆配方，再通过喷雾干燥将浆料制成团聚粉末材料；对团聚粉末材料进行预定时间的致密化处理后，制得蜂窝状结构的球形粉末材料；制备的粉末具有高松装密度、良好流动性等特点，粉末的微观组织为布满均匀孔隙的蜂窝状结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于材料制备领域。
技术介绍
随着涡轮发动机向高流量比、高推重比的方向发展，发动机的高温部件的服役环境更加苛刻。推重比为10的航空发动机的设计进口温度已达到1600-1700°c，而现有的高温合金材料以及冷却技术难以满足现代航空发动机的设计要求。人们开始尝试使用热障涂层(TBCs)技术进一步提高发动机的工作温度。热障涂层就是在零部件的表面喷涂一层耐高温的具有低导热系数的材料，该涂层具有降低金属基体受热温度，防止基体合金氧化，保证这些部件在相对较高的温度下正常工作。主要应用于各种高温热机，如燃气轮机或喷气机的转子或定子叶片的表面隔热涂层，发动机燃烧室内壁，汽油或柴油机燃烧室内壁，火箭喷管，或其他一些高温燃烧器内壁，或者一些工作在高温环境下的金属零部件的隔热、防氧化涂层材料，能够有效延长热端部件的使用寿命和提高燃气轮机的效率。目前广泛使用的热障涂层主要是采用质量百分含量为6-8wt%氧化钇(Y2O3)的部分稳定氧化锆(ZrO2)材料(简称YSZ)。但是，YSZ在高于1200°C温度下长时间循环使用过程中，涂层材料存在相变、晶粒长大、微气孔收缩烧结等现象，使得导热系数增大，界面热应力升高导致涂层剥落，导致热机使用寿命降低。而稀土元素具有较高的化学稳定性，较高的熔点，在^O2中可有限固溶，稀土改性的^O2材料晶体内部具有比YSZ更多的空位、更复杂的晶胞结构，而且晶胞中含有质量较大的稀土原子，因而大大增加了声子的散射，导致声子的平均自由程减小，从而使得材料导热系数比YSZ更低。而且在合适配比下可充分发挥稀土大离子半径优异的晶格稳定作用，使得采用稀土共掺杂&02材料制备的涂层，可在 1200°C以上长时间保持相稳定，同时具有良好的抗热冲击性能，满足更为恶劣的工况环境， 此外特定稀土氧化物的存在可起到很好的触媒催化和减少废气排放的作用。因此，稀土改性氧化锆热障涂层材料是一种具有良好应用前景的用于高温燃气轮机，涡轮喷气发动机等高温热机用新型高温热障涂层材料。而目前制备稀土改性氧化锆热障涂层粉末材料，大多为实心结构或适用于可磨耗应用的空心结构。致密度较高、实心结构的热障涂层粉末材料在喷涂过程中不易融化，但粉末内部未融块体在涂层结构中形成缺陷源，导致涂层失效。空心结构的粉末材料松装密度较低，易造成喷涂过程中粉末的飘散，不仅上粉率低，而且制备的涂层存在孔隙较大等缺陷。而蜂窝状结构的热障涂层粉末内部布满了大量的微小孔隙，粉末的融化效果良好，具备合适的松装密度，喷涂工艺窗口更加宽泛。并且可制备出均勻弥散微孔结构的涂层，减少涂层结构缺陷，使涂层内部的应力得到释放和缓解，有效的提升涂层的抗热冲击能力。制备方法上采用化学共沉淀法合成氧化锆热障涂层材料前驱体，可有效的保障各组分的均勻分散。采用合理的料浆配方，利用前驱体直接进行浆料合成、团聚造粒的方法，制备出多孔结构的前驱体团聚粉末，一方面粉末在烧结过程中发生脱水反应生成&02，由于需要热量较低，易实现粉末的低温烧结；另一方面，粉末脱水反应伴随着旧键断裂、新键形成的硬团聚过程，在保持蜂窝结构的同时，引起粉末体积收缩，粉末内颗粒间结合力增强，有效的保证了粉末的蜂窝多孔结构强度和较高松装密度。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的制备稀土改性氧化锆热障涂层粉末材料技术存在的当采用实心结构时，因内部未融块体在涂层结构中形成缺陷源，从而导致涂层失效，以及当采用空心结构时，粉末材料松装密度较低，易造成喷涂过程中粉末的飘散，不仅上粉率低，而且制备的涂层存在孔隙较大等问题，提供了提供，包括步骤1，将稀土元素的盐类与锆元素的盐类或者稀土元素的化合物与锆元素的化合物，按照预定重量比例与水混合制成水溶液，在所述水溶液中加入碱液调节溶液PH值， 使所述水溶液发生共沉淀反应，并不断搅拌直至形成白色沉淀，将所述白色沉淀陈化数小时得到前驱体凝胶；步骤2，对所述前驱体凝胶使用预定介质进行洗涤，直到用硝酸银检测不到氯离子为止；步骤3，将洗涤后的所述前驱体凝胶与预定介质按照一定比例进行混合获得混合溶液，向所述混合溶液中加入适量的分散剂和粘结剂，并通过球磨和超声波振动分散1 30小时配制成浆料，再通过喷雾干燥将所述浆料制成团聚粉末材料；步骤4，对所述团聚粉末材料进行致密化处理后，制得蜂窝状多孔结构的球形粉末材料；步骤5，对所述粉末材料进行筛分，得到预定粒度范围的稀土改性氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料。本专利技术提供的蜂窝状多孔结构的稀土改性的氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料及其制备工艺，相对于传统制备的热障涂层材料而言，通过采用化学共沉淀法合成前驱体并直接进行团聚制粒-烧结致密化的制备工艺，可制备出具有蜂窝状多孔结构、 球形度好、高松装密度、成分均勻度并高温下保持良好稳定性的稀土改性氧化锆热障涂层粉末。附图说明图1是本专利技术具体实施方式提供的稀土改性氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料的制备方法的流程示意图；图2是本专利技术具体实施方式提供的以蜂窝状多孔结构的氧化铈-氧化钇共稳定氧化锆热障涂层团聚粉末的显微结构示意图。图3是本专利技术具体实施方式提供的以蜂窝状多孔结构的氧化铈-氧化钇共稳定氧化锆热障涂层团聚粉末的剖面示意图。图4是本专利技术具体实施方式提供的以蜂窝状多孔结构的氧化铈-氧化钇共稳定氧化锆热障涂层粉末团聚体中的最小晶粒TEM图。 具体实施例方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术的具体实施方式提供了，如图1所示，包括步骤1，将稀土元素的盐类与锆元素的盐类或者稀土元素的化合物与锆元素的化合物，按照预定重量比例与水混合制成水溶液，在所述水溶液中加入碱液调节溶液PH值， 使所述水溶液发生共沉淀反应，并不断搅拌直至形成白色沉淀，将所述白色沉淀陈化数小时得到前驱体凝胶；步骤2，对所述前驱体凝胶使用预定介质进行洗涤，直到用硝酸银检测不到氯离子为止；步骤3，将洗涤后的所述前驱体凝胶与预定介质按照一定比例进行混合获得混合溶液，向所述混合溶液中加入适量的分散剂和粘结剂，并通过球磨和超声波振动分散1 30小时配制成浆料，再通过喷雾干燥将所述浆料制成团聚粉末材料；步骤4，对所述团聚粉末材料进行致密化处理后，制得蜂窝状多孔结构的球形粉末材料；步骤5，对所述粉末材料进行筛分，得到预定粒度范围的稀土改性氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料。下面将结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式作进一步地详细描述。实施实例1 用于生产蜂窝状多孔结构的球形氧化铈-氧化钇共稳定氧化锆热障涂层粉末材料的制备方法，包括下列步骤取IOOkg氧氯化锆、1. 55kg氯化钇晶体粉末和27. 52Kg氯化铈晶体粉末，加入595kg去离子水，均勻搅拌得到均勻的溶液。在溶液中70min时间加入浓度为40%的氨水溶液l^kg，共沉淀得到凝胶并进行IOh陈化处理，经过滤洗涤压滤后得到约715kg的滤饼。按照重量比1 1加入700kg水，经过搅拌球磨10h，得到均勻稳定的浆料。采用离心式喷雾干燥将均勻稳定的浆料进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，冀晓鹃，于月光，任先京，章德铭，彭浩然，
申请(专利权)人：北京矿冶研究总院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。