[发明专利]包含陶瓷氧化物晶粒生长抑制剂的超细陶瓷热喷涂原料和其制备方法

说明书

相关申请的交叉参考

[0001]本申请主张2007.6.19提交的美国临时专利申请No.60/945,001的权益，其是2007.5.8提交的美国专利申请序列No.11/801,206的部分继续，其是2003.4.2提交的美国专利No.7,238，219B2的分案，其是2001.5.1提交的美国专利No.6,576，036B2的分案，其是1998.8.21提交的美国专利No.6,277,774B1的分案，其主张1997.8.22提交的美国临时申请No.60/057,339的权益，其中优先权主张自所有前述专利申请，此处整体列入以供参考。

技术领域

[0002]本发明主要涉及超细材料，更具体地涉及包含作为初相的超细陶瓷材料和作为晶粒生长抑制剂的陶瓷氧化物的热喷涂原料组合物，以及合成这种组合物的方法。

背景技术

[0003]陶瓷氧化物材料已被广泛用作涂层材料以改善疏松材料的表面特性。这种材料对于同时要求耐磨和耐腐蚀的应用是特别有用的。例如，氧化铝/氧化钛陶瓷涂层具有优异的耐磨、耐侵蚀、耐微动和耐空化性，耐热高达540℃，耐多数的酸和碱，耐普通水溶液的湿，和高绝缘强度。陶瓷氧化物涂层可以通过热喷涂陶瓷氧化物粉末形成，例如氧化铝/氧化钛、氧化铬/氧化钛、和氧化锆/氧化钇粉末。金属性的和含陶合金(也就是陶瓷/金属材料)涂层缺乏陶瓷氧化物涂层拥有的许多优异性能。因此，美国海军使用通过热喷涂过程制备的陶瓷氧化物涂层，例如修理海军舰船的蒸汽阀。除此海军的应用之外，也发现热喷涂的陶瓷氧化物涂层应用于以地面为基地的燃气涡轮、柴油机、切削工具、医疗植入和催化式排气净化器。例如，为了改善与化学或溶液有关的磨损，在切削工具产业中氧化铝通常用作涂层。涂覆氧化铝的碳化物工具可以展示速度2.5倍于未涂覆的碳化物工具速度的能力。由于它非常低的粘着磨损率，氧化铝也被用作各类精密仪器的支撑面。

[0004]在热喷涂原料材料中，有晶粒尺寸约1-约10微米(百万分之一米)的微米尺寸陶瓷氧化物材料通常被用作熔化促进剂或增强剂。不幸地，形成自这种原料材料的涂层可展示拙劣的性能，例如脆性、低密度、低耐热震和弱粘合强度。

[0005]已经发现在热喷涂原料中用具有更小晶粒或颗粒尺寸的陶瓷材料替换微米尺寸的陶瓷材料可以获得更高质量的涂层。特别感兴趣的是下列两类这种细-数值范围微米结构：纳米结构材料组成的晶粒或平均长尺寸小于或等于100纳米(nm)的颗粒；和亚微米(或超细)材料组成的晶粒或平均长尺寸100纳米到1微米的颗粒。这种细材料的特征是存在于晶粒或颗粒边界的原子是高的部分。结果，与具有同样组成的大尺寸相似物相比，细材料可以有完全不同和常常较高的化学和物理特性。因而，在大范围应用中细材料取代大结构材料可以产生相当大的优势，例如较高的强度、改良的断裂韧度和马氏体钢中的硬度，减少为压实的烧结温度和陶瓷中超塑性的突变。