[发明专利]等离子物理气相沉积用陶瓷粉末的制备方法

说明书

本发明公开了一种等离子物理气相沉积用陶瓷粉末的制备方法，为了满足PS‑PVD工艺中粉末材料的多孔要求，在配料中加入了造孔剂，且雾化造粒后设置了排烧步骤，将粉料中的造孔剂去除，在粉料颗粒自身强度没有受到影响的基础上，实现了对于粉末颗粒的多孔要求，同时，该制备方法通过采用溢流分级与气流分级相结合的方式，实现对粉料粒度的精确控制，以满足PS‑PVD的工艺要求，最终获得粒径小、结构多孔、流动性良好粉末材料；该制备方法，具有简单、易操作，适于应用推广等优点。

技术领域

本发明公开涉及热障涂层用陶瓷粉末制备的技术领域，尤其涉及一种等离子物理气相沉积用陶瓷粉末的制备方法。

背景技术

当前热障涂层制备工艺主要有大气等离子喷涂(APS)和电子束物理气相沉积(EB-PVD)两种。APS工艺已非常成熟，操作简单，喷涂效率高，稳定性好，是主流的制备工艺技术。但其不适于喷涂结构复杂的工件，并且由于其制备的涂层为层状结构，在热循环过程中不断积累的热应力会导致涂层剥落失效。与APS相比，EB-PVD涂层具有柱状结构，在热循环过程中具有较高的应力容限，不易剥落，同时，EB-PVD涂层具有更低的表面粗糙度，可有效降低气流阻力，有利于保持叶片的空气动力学性能。但 EB-PVD技术局限于设备昂贵，沉积效率较低，涂层热导率较高，隔热效果不如APS涂层。

等离子物理气相沉积技术(PS-PVD)是近年来新兴的热障涂层制备技术，代表了未来高性能热障涂层制备技术的发展方向，国内外均处于起步阶段。相比于APS和 EB-PVD，PS-PVD具有以下特点：1)喷涂材料选择广泛，可制备复杂结构和功能的涂层；2)PS-PVD工艺喷涂效率高；3)PS-PVD热障涂层性能具有优异的隔热和抗热震性能，兼具了APS和EB-PVD两者的优点；4)PS-PVD工艺可实现非视线性沉积。

国内在PS-PVD方面研究进展很快，北京航空航天大学、航天材料及工艺研究所、广东省新材料研究所、北京矿冶研究总院、上海硅酸盐研究所、西安交通大学等均引入了国外相关设备，开展了PS-PVD射流特性、喷涂材料与等离子射流交互作用、涂层沉积机理等基础研究。但由于PS-PVD工艺要求粉末材料粒径小、结构多孔、流动性良好，现有APS用粉末材料均不能满足要求，当前国内相关研究所采用的材料基本上是向国外公司购买。

因此，如何研发一种适用于PS-PVD工艺要求粉末材料，成为人们亟待的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种等离子物理气相沉积用陶瓷粉末的制备方法，以解决现有的APS用粉末材料无法满足PS-PVD工艺要求的问题。

本发明提供的技术方案，具体为，一种等离子物理气相沉积用陶瓷粉末的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

配料：以含6～8wt％氧化钇的纳米氧化锆为原料，在所述原料中加入造孔剂以及粘结剂，获得配料；

研磨：将上述配料倒入搅拌球磨机中，进行研磨，获得料浆；

雾化造粒：将所述料浆倒入雾化干燥塔中进行雾化造粒；

排烧：将雾化造粒收集下来的粉料装入匣钵，放入排烧炉中排烧，获得排烧后粉料；

溢流分级：将排烧后的粉料加入水中并搅拌，待排烧后的粉料在水中分散均匀后，加入到溢流分级设备中，通过调节水的流量分离出22μm以下的颗粒，并将其在沉降池中沉淀；

烘干：将上述沉降池中沉淀的粉料装入托盘，置入烘箱中，烘干；

气流分级：将烘干后的粉料加入气流分级机的气流分级腔内，通过调整加料速率、二级风量以及分级轮转速，将低于5μm的粉料颗粒分离出去；

成品收集：经气流分级后，由卸料口将符合粒度要求的粉料放出，即为成品。

优选，配料步骤中，纳米氧化锆与造孔剂的重量比为(90～95)：(5～10)，粘结剂的加入量为纳米氧化锆重量的1～3％。