[发明专利]一种大气等离子喷涂用锆酸钆热障涂层陶瓷造粒粉及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种大气等离子喷涂用锆酸钆热障涂层陶瓷造粒粉及其制备方法，属于陶瓷粉体技术领域。本发明采用具有更高活性、更低硬度的氢氧化物作为原料，并对氢氧化锆和氢氧化钆进行高能球磨，处理所得原料粉体能够在较低的焙烧温度(800～1100℃)下实现固相反应，同时采用高能球磨处理焙烧后的锆酸钆熟料，能够得到粒径更细小(纳米级)、粒径分布更均匀并且结构稳定的具有立方烧绿石结构的锆酸钆粉体；克服了传统固相反应法存在的反应温度高、制备的粉体粒度大、不均匀等缺点；本发明不引入酸根、氨根等污染性离子，具有节能绿色环保的优势，同时能够获得与化学沉淀法制备的粉体粒径接近的陶瓷粉体。

技术领域

本发明涉及陶瓷粉体技术领域，尤其涉及一种大气等离子喷涂用锆酸钆热障涂层陶瓷造粒粉及其制备方法和应用。

背景技术

随着航空航天工业的快速发展，高流量比、高推重比、高进口温度是热能发动机(包括燃气轮机、航空发动机)的发展方向，通过提高高温合金涡轮叶片的进口温度可以有效增加热能发动机的推重比和推动力。不断提高的前燃气进口温度降低了燃烧系统中高温部件工作的可靠性，缩短了它们的使用寿命，现有的高温合金和冷却技术已经难以满足新一代航空发动机的服役要求。实践证明，热障涂层能有效的提高航空发动机热端部件的工作温度和使用寿命。

目前航空航天工业上广泛应用的6-8wt.％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(6-8YSZ)大气等离子喷涂热障涂层陶瓷材料仅能稳定工作于1200℃以下的环境中，当工作温度超过1200℃时，6-8YSZ热障涂层陶瓷材料容易发生相变，相变伴随着材料体积的膨胀，加快了材料裂纹的形成，最终将导致热障涂层陶瓷材料脱落失效，已经难以满足热能发动机前燃气进口温度不断提高的要求。因此，迫切需要寻求一种能够长期稳定工作于1200℃以上条件下的新型热障涂层陶瓷材料。

锆酸钆(Gd₂Zr₂O₇)热障涂层材料具有单一立方烧绿石结构，在其熔点以下不会发生相变，与传统6-8YSZ陶瓷材料相比，它还具有热导率低、抗烧结性能良好、高温相稳定性良好等优点，被认为是最有希望替代YSZ热障涂层材料的备选材料。

现今主要采用化学共沉淀法或传统固相反应法制备大气等离子喷涂用锆酸钆(Gd₂Zr₂O₇)热障涂层陶瓷粉体。化学共沉淀法使用的原料为诸如氧氯化锆和硝酸钆的锆和钆的盐类物质，以及氨水或氢氧化钠等碱性溶液，不可避免地引入大量的氯离子、硝酸根和氨根等污染性离子。洗涤这些污染性离子的过程中不仅需要消耗大量的去离子水，还会造成环境污染，增加废水处理成本，不符合未来新材料制备工艺的发展要求。并且，共沉淀法制备的粉体中难免会残留部分酸根离子，可能会影响粉体的性能稳定性，进而影响涂层的使用寿命。传统固相反应法使用的原料为诸如氧化锆和氧化钆的锆和钆的氧化物，该工艺虽然不会引入酸根及氨根等污染性离子，但使用的原料氧化物相对于氢氧化物和盐类物质而言，其原料活性更低，粉体更硬，需要的固相反应温度更高，更难球磨破碎至纳米级。相对化学共沉淀工艺，传统固相法最后所得粉体的粒径一般较大且不均匀，难以满足大气等离子喷涂工艺制备热障涂层的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大气等离子喷涂用锆酸钆热障涂层陶瓷造粒粉及其制备方法和应用，能够制备得到粒径更小且分布均匀的锆酸钆热障涂层陶瓷造粒粉，且不引入酸根、氨根等污染性离子，具有节能绿色环保的优势。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种大气等离子喷涂用锆酸钆热障涂层陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氢氧化锆、氢氧化钆、分散剂和水混合，将所得混合浆料依次进行高能球磨和干燥，得到包含氢氧化锆和氢氧化钆的混合生料；

(2)将所述包含氢氧化锆和氢氧化钆的混合生料进行焙烧，得到锆酸钆熟料；所述焙烧的温度为800～1100℃；