一种陶瓷材料的制备方法和热障涂层的制备方法技术

一种陶瓷材料的制备方法和热障涂层的制备方法,其中陶瓷材料的制备方法包括：称量摩尔比例为4:1至9:1之间的氧化铪粉末和/或氧化锆粉末：氧化钽粉末；将称量后的粉末混合并进行球磨，制得混合均匀的粉末；对混合均匀的粉末进行烘干处理，制得干燥的混合粉末；将混合粉末进行预烧、研磨和过筛；将过筛后的粉末进行热压烧结即得的陶瓷材料；或，将粉末进行热等静压烧结即得的陶瓷材料；或，将粉末进行放电等离子烧结即得的陶瓷材料；或，将粉末进行冷等静压压制后采用热压处理，再进行常压烧结即得陶瓷材料。制得的陶瓷材料在高温下无相变、热膨胀系数与铂粘接层相近、热导率较低、硬度高且断裂韧性高，抗CMAS腐蚀能力好，可用于制备高性能的热障涂层。

Preparation of a Ceramic Material and a Thermal Barrier Coating

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷材料的制备方法和热障涂层的制备方法
本专利技术属于陶瓷与陶瓷涂层材料领域，尤其涉及一种陶瓷材料的制备方法和热障涂层的制备方法。
技术介绍
热障涂层是一层陶瓷涂层,它沉积在高温金属或超合金的表面,由承受机械载荷的镍基高温合金基底、增强结合力且抗氧化的中间过渡层、隔热的陶瓷涂层以及制备或服役时形成的界面氧化层组成，用于保护基底材料,使得用其制成的发动机涡轮叶片能在1600℃的高温下运行。热障涂层的应用不仅可以提高基体抗高温腐蚀能力,进一步提高发动机工作温度,而且可以减少燃油消耗、提高效率、延长热端部件的使用寿命。目前，热障涂层陶瓷材料广泛采用氧化钇稳定的氧化锆陶瓷，该陶瓷自身具有相变增韧机制，这是该陶瓷能应用于热障涂层的关键因素之一，但这种增韧机制受温度限制，并且该陶瓷在高温下使用时由于相变导致体积膨胀使得热障涂层寿命进一步缩短。随着航空发动机不断发展，氧化钇稳定的氧化锆陶瓷已不能满足需求，需要开发更加先进的用于热障涂层的材料。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种耐高温、抗CMAS腐蚀，在高温下无相变且韧性好的陶瓷材料的制备方法和热障涂层的制备方法。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术一方面提供了一种陶瓷材料的制备方法，包括：称量摩尔比例为4:1至9:1之间的氧化铪粉末和/或氧化锆粉末：氧化钽粉末；将称量后的粉末混合并进行球磨，制得混合均匀的粉末；对所述混合均匀的粉末进行烘干处理，制得干燥的混合粉末；将所述混合粉末进行预烧、研磨和过筛；将过筛后的粉末进行热压烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行热等静压烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行放电等离子烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行冷等静压压制后采用热压处理，再进行常压烧结即得所述的陶瓷材料。进一步地，所述球磨包括采用行星式球磨机，并以乙醇为介质进行湿磨；所述球磨转速200-250r/min，球磨时间为18-24h。进一步地，所述烘干处理包括：将所述球磨后的粉末置于70-80℃水浴旋转蒸干；将所述水浴旋转蒸干的粉末置于90-120℃烘箱中放置24h。进一步地，所述预烧包括采用300-500℃大气环境下煅烧1-2h。进一步地，所述过筛包括采用300-600目筛对研磨后的粉末过筛。进一步地，所述热压烧结参数为压力150-250MPa，温度1300-1500℃，烧结时间1-2h。进一步地，所述热等静压烧结参数为压力100-120MPa，温度1200-1300℃，烧结时间5-7h。进一步地，所述放电等离子烧结参数为压力30-60MPa，温度1200-1400℃，烧结时间5-15min。进一步地，所述冷等静压成形压力为100-150MPa，冷等静压成形后，在90-120MPa，700-1000℃条件下进行热压。进一步地，所述常压下高温烧结包括在大气环境下，在1400-1600℃的高温下，烧结6-10h。。本专利技术另一方面提供了一种热障涂层的制备方法，包括：采用上述的方法制备陶瓷材料；将所述陶瓷材料进行球磨后，采用喷雾造粒获取流动性好的造粒粉末，并将所述造粒粉末采用热喷涂工艺喷涂至基体上，得到所述热障涂层；或，将所述陶瓷材料采用电子束物理气相沉积工艺在基体上进行沉积得到所述热障涂层。进一步地，所述热喷涂工艺包括使用大气等离子喷涂或火焰喷涂。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：使用本专利技术的方法制备的陶瓷材料具有在高温下无相变、热膨胀系数与铂粘接层相近、热导率较低、硬度高且断裂韧性高，抗CMAS腐蚀效果好，可用于制备高性能的热障涂层。附图说明图1是实施例1的陶瓷材料制备方法的流程图；图2是实施例2的热障涂层制备方法的流程图；图3是根据本专利技术实施例3中的方法制备的陶瓷材料在1Kg荷载下的维氏硬度压痕图；图4是根据本专利技术实施例3中的方法制备的陶瓷材料在10Kg荷载下的维氏硬度压痕图；图5是根据本专利技术实施例3中的方法制备的陶瓷材料的XRD图谱；图6是根据本专利技术实施例4中的方法制备的热障涂层的抗CMAS腐蚀图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1图1是实施例1的陶瓷材料制备方法的流程图。如图1所示，本专利技术实施例1提供了一种陶瓷材料的制备方法，包括：称量摩尔比例为4:1至9:1之间的氧化铪粉末和/或氧化锆粉末：氧化钽粉末；将称量后的粉末混合并进行球磨，制得混合均匀的粉末；对混合均匀的粉末进行烘干处理，制得干燥的混合粉末；将混合粉末进行预烧、研磨和过筛；将过筛后的粉末进行热压烧结即得的陶瓷材料；或，将粉末进行热等静压烧结即得的陶瓷材料；或，将粉末进行放电等离子烧结即得的陶瓷材料；或，将粉末进行冷等静压压制后采用热压处理，再进行常压烧结即得的陶瓷材料。可选地，球磨包括采用行星式球磨机，并以乙醇为介质进行湿磨；球磨转速200-250r/min，球磨时间为18-24h。可选地，烘干处理包括：将球磨后的粉末置于70-80℃水浴旋转蒸干；将水浴旋转蒸干的粉末置于90-120℃烘箱中放置24h。可选地，预烧包括采用300-500℃大气环境下煅烧1-2h。可选地，过筛包括采用300-600目筛对研磨后的粉末过筛。可选地，热压烧结参数为压力150-250MPa，温度1300-1500℃，烧结时间1-2h。可选地，热等静压烧结参数为压力100-120MPa，温度1200-1300℃，烧结时间5-7h。可选地，放电等离子烧结参数为压力30-60MPa，温度1200-1400℃，烧结时间5-15min。可选地，冷等静压成形压力为100-150MPa，冷等静压成形后，在90-120MPa，700-1000℃条件下进行热压。可选地，常压下高温烧结包括在大气环境下，在1400-1600℃的高温下，烧结6-10h。由本实施例的方法制备的陶瓷材料，其化学通式为HfxZr6-xTa2O17，其中，0≤x≤6。本专利技术的陶瓷材料具有的相变增韧机制不受高温限制的性能特点，此外该陶瓷材料在高温下无相变、热膨胀系数与铂粘接层相近、热导率较低、硬度高且断裂韧性高，可用于制备高性能的热障涂层。实施例2图2是实施例2的热障涂层制备方法的流程图。如图2所示，本专利技术实施例2提供了一种热障涂层的制备方法，包括通过实施例的陶瓷材料的制备方法制备陶瓷材料；将陶瓷材料进行球磨后，采用喷雾造粒获取流动性好的造粒粉末，并将造粒粉末采用热喷涂工艺喷涂至基体上得到热障涂层；或，将陶瓷材料采用电子束物理气相沉积工艺在基体上进行沉积，得到热障涂层。可选地，热喷涂工艺包括使用大气等离子喷涂或火焰喷涂。可选地，基体为带有粘接层的合金基底。可选地，基体为其他材料形成的热障涂层，陶瓷材料喷涂至其他材料形成的热障涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：称量摩尔比例为4:1至9:1之间的氧化铪粉末和/或氧化锆粉末：氧化钽粉末；将称量后的粉末混合并进行球磨，制得混合均匀的粉末；对所述混合均匀的粉末进行烘干处理，制得干燥的混合粉末；将所述混合粉末进行预烧、研磨和过筛；将过筛后的粉末进行热压烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行热等静压烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行放电等离子烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行冷等静压压制后采用热压处理，再进行常压烧结即得所述的陶瓷材料。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：称量摩尔比例为4:1至9:1之间的氧化铪粉末和/或氧化锆粉末：氧化钽粉末；将称量后的粉末混合并进行球磨，制得混合均匀的粉末；对所述混合均匀的粉末进行烘干处理，制得干燥的混合粉末；将所述混合粉末进行预烧、研磨和过筛；将过筛后的粉末进行热压烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行热等静压烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行放电等离子烧结即得所述的陶瓷材料；或，将所述粉末进行冷等静压压制后采用热压处理，再进行常压烧结即得所述的陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述球磨包括采用行星式球磨机，并以乙醇为介质进行湿磨；所述球磨转速200-250r/min，球磨时间为18-24h。3.根据权利要求1所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述烘干处理包括：将所述球磨后的粉末置于70-80℃水浴旋转蒸干；将所述水浴旋转蒸干的粉末置于90-120℃烘箱中放置24h。4.根据权利要求1所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述预烧包括采用300-500℃大气环境下煅烧1-2h。5.根据权利要求1所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述过筛包括采用300-600目筛对研磨后的粉末过筛。6.根据权利要求1所述的陶瓷材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旺，谭振宇，杨紫涵，杨丽，周益春，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43