[发明专利]一种热障涂层用空心氧化锆粉末的制备方法

说明书

本发明公开了一种热障涂层用空心氧化锆粉末的制备方法，其工艺方法为，（1）造粒：将不同粒度的石墨粉末和氧化锆粉末，经过干燥、加胶黏剂，制成流动性好、颗粒均匀的混合颗粒。（2）球化：将混合颗粒经过等离子球化设备处理后，使氧化锆外壳熔化，形成具有氧化锆外壳石墨球心的球型颗粒。（3）去碳：将上一步的球形颗粒在真空加热炉中升温后通入一定氧气，使氧气与石墨发生反应，生成二氧化碳，去除球体中的石墨，留下氧化锆外壳，制成空心氧化锆粉末。使用该方法制得的空心氧化锆粉末的特点在于，由于粉末为空心结构，涂覆后能够显著提高热端部件在高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中的隔热作用，延长热端部件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及热障涂层领域，尤其是一种热障涂层空心氧化锆粉末的制备方法。

背景技术

热障涂层是一种由特殊材料通过涂覆在热端部件表面，具有良好的隔热效果，通常用以降低基体的工作温度的同时，也能减少基体所受磨损、高温氧化等腐蚀因素对基体的破坏。在热障涂层材料的选择上，氧化锆涂层作为陶瓷热障涂层的一种，其具有低密度、高熔点、良好的热冲击性能、较高的热膨胀系数、低热导率等一系列优良性能一直是热障涂层材料中的首选。但是在传统的热障涂层材料的制备中，选用的氧化锆粉末通常为实心结构，在应用热障涂层中的过程中，通常涂覆在热端部件上形成的孔隙率较低。

本发明提供一种热障涂层空心氧化锆粉末的制备方法，通过“造粒，”、“球化”、“去碳”三个步骤，通过较大直径的石墨粉末与氧化锆粉末的造粒，利用等离子球化设备和高温真空加热炉等设备，将氧化锆粉末制成空心颗粒，具有空心结构的氧化锆粉末，在热障涂层应用中，能够显著提高涂层的孔隙率，显著提高同类陶瓷热障涂层的隔热效果。

发明内容

本发明在基于传统的热障涂层氧化锆粉末制作工艺的的基础上，利用以下三种工艺，制得一种全新结构的、具有更好隔热效果的空心氧化锆粉末的制作方法，其具体步骤如下。

第一步：造粒。

第二步：球化。

第三步：去碳。

具体的，所述的造粒工艺为，将不同大小的石墨粉料和氧化锆粉料，经过干燥、加胶黏剂，制成流动性好、粒径均匀的混合颗粒。

优选的，所述石墨粉料和氧化锆粉料，石墨粉料颗粒直径应在15~20μm，氧化锆粉料颗粒直径应在7~10μm，两种粉末造粒时，其基本结构为氧化锆颗粒附着在石墨颗粒表面，造粒后的混合颗粒大小应为30~40μm。

优选的，所述造粒工艺中使用的胶黏剂，应满足以下要求：要有足够的黏性，以保证良好的成型性和强度；经高温锻烧能全部挥发，工艺简单，没有腐蚀性，对陶瓷性能无不良影响。

具体的，所述球化工艺为，将经过上一步造粒的混合颗粒经过射频等离子球化设备进行处理，球化处理后的混合颗粒形状均匀，其中的氧化锆外层熔化在石墨表面，形成具有石墨内核、氧化锆外壳双层结构的球形颗粒。

优选的，所述等离子球化设备，其工作区温度应高于氧化锆熔点且低于石墨的熔点，将经过造粒后混合颗粒喷入球化设备后，附着于石墨上的氧化锆层熔化，形成球形外壳。

优选的，经过等离子球化的混合颗粒，其球形度应≥95%，球形率≥98%。

具体的，所述去碳工艺为，将上一步具有石墨内核、氧化锆外壳的球形颗粒在真空加热炉中升温加热，同时通入氧气分压，使氧气与颗粒中的石墨发生反应，生成二氧化碳，去除球体中的石墨，留下氧化锆外壳，形成空心氧化锆粉末。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：