[发明专利]一种用于热喷涂的红外辐射陶瓷粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于热喷涂的红外辐射陶瓷粉末，其由下列质量比的物料配制而成：CoMn₂O₄粉：TiO₂粉=100：3～5。其中：所述的CoMn₂O₄粉具有尖晶石结构，由平均粒径小于45μm的CoO和MnO的固体粉末按质量比例为38：71进行配制，所述TiO₂粉的平均粒径为50～100nm。本发明还提供了一种所述的红外辐射陶瓷粉末的制备方法。本发明提供的红外辐射陶瓷粉末，可采用爆炸喷涂、超音速火焰喷涂和等离子热喷涂方法在发动机叶片、涡轮盘或高超音速飞行器表面沉积涂层。该涂层具有优异的红外辐射性能，可通过增强辐射传热，加快基材与自然环境的热交换速率，快速降低材料表面温度。

技术领域

本发明属新材料技术领域，具体涉及一种用于热喷涂的高发射率红外辐射陶瓷粉末材料及其制备方法。

背景技术

叶片和涡轮盘是航空发动机热端的关键部件之一，因而要求材料具有优良的力学和耐热性能。镍基高温合金在高温下性能稳定，在一定时期内有效保证了发动机的可靠性和耐久性，成为制造先进航空发动机高压涡轮盘等关键热端部件的首选材料。随着航空发动机推重比的提高，先进发动机涡轮前工作温度已高达1750℃左右，这需要合金材料具有较高的承温能力和性能稳定性。涡轮前燃气温度对发动机推重比有着最直接、最显著的影响，军用航空燃气涡轮发动机对涡轮前温度要求更高，国外高性能五代机涡轮前温度甚至高达1970～2070℃，已超出当前叶片、轮盘材料的承受能力。目前主要通过压气机出口空气强制冷却和在表面涂覆热障涂层来进行表面防护，但这只是通过增加涂层热阻将减缓热量传导和强制对流散热来降低材料表面温度。此外，高速飞行器在以5马赫的速度穿越大气层时，摩擦产生的热量在10～15s内就足以将金属熔融，仅通过在材料表面喷涂0.3～0.5mm的热障涂层进行防护，并不能有效保证飞行器的可靠性，因此亟需开发新型散热材料。此外，在温度超过1000℃时，辐射传热在对流、传导和辐射3中传热方式中所占比例高达85%以上。

发明内容

本发明为了解决现有高温材料散热性能不够理想，还不能耐受特高温的技术问题，提出一种用于热喷涂的高发射率红外陶瓷粉末及其制备方法。

本发明提出了一种用于热喷涂的红外辐射陶瓷粉末，其由下列质量比的物料配制而成：

CoMn₂O₄粉 ：TiO₂粉 =100 ：3～5 ；

其中：所述的CoMn₂O₄粉具有尖晶石结构，由平均粒径小于45μm的CoO和MnO的固体粉末按质量比例为38 ：71进行配制，所述TiO₂粉的平均粒径为50～100nm。

本发明还提出了一种红外辐射陶瓷粉末的制备方法，其步骤如下：

步骤1：CoMn₂O₄红外辐射陶瓷粉末的制备

选择高温性能稳定的CoO和MnO固体粉末按比例均匀混合，用水喷雾加湿粉末冷压制成坯体，在1200℃～1350℃高温烧结1～2h，冷却至室温后破碎、磨细至平均粒径45μm以下，得到稳定尖晶石结构的CoMn₂O₄红外辐射陶瓷粉末；

步骤2：Ti²⁺掺杂的红外辐射陶瓷粉末的制备

将CoMn₂O₄粉末和TiO₂粉按比例均匀混合，用水喷雾加湿冷压制成坯体，然后在1350℃～1400℃高温下烧结1～2h，取出立即进行淬火处理，提高陶瓷粉末的热辐射效率。待自然干燥后破碎、磨细、筛分后得到粒径范围为15～45μm、Ti²⁺掺杂的CoMn₂O₄尖晶石结构红外辐射陶瓷粉末。