專利名稱：仿生結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合粉體，特別是一種用于熱噴涂、激光熔覆和燒結(jié)成型的仿生結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體，屬于陶瓷材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱噴涂在金屬基體上沉積傳統(tǒng)微米級陶瓷及其復(fù)合陶瓷粉體以制備耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、抗熱輻射、超導(dǎo)和生物功能等各種特性的表面強(qiáng)化陶瓷及其復(fù)合涂層，因而在航空航天、能源、電子、汽車、機(jī)械制造、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中得到極為廣泛的應(yīng)用，并產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)、社會和安全效益。目前制備的熱噴涂陶瓷涂層常常導(dǎo)致零部件的失效，其中一個(gè)主要原因在于陶瓷材料的本征脆性，使得陶瓷涂層的韌性、抗機(jī)械及熱沖擊性能差，這是導(dǎo)致陶瓷材料失效的最為本質(zhì)的原因。而熱噴涂用粉體是決定陶瓷涂層性能的關(guān)鍵要素。由于傳統(tǒng)微米級陶瓷粉體顆粒由于傳熱率高，并且在噴涂或熔覆時(shí)大部分顆粒處于完全熔化狀態(tài)，涂層中亞穩(wěn)相增含量高、孔隙率高、殘余應(yīng)力大，因此涂層內(nèi)部的強(qiáng)度和韌性差，易導(dǎo)致陶瓷涂層易剝落和開裂，從而造成涂層失效，嚴(yán)重地影響了其在特殊工況條件下的應(yīng)用。為了制備能提高涂層的優(yōu)質(zhì)粉體，許多人對此進(jìn)行了多方面的研究，新型粉體的研究主要體現(xiàn)在納米粉體的制備和應(yīng)用上。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，D.Gobeman，Y.H.Sohn等人在《Acta Materialia》雜志2002年總第50卷上發(fā)表的文章“Microstucture development of Al2O3-13wt.％TiO2plasma sprayed coating derived from nanocrystalline powders(等離子噴涂納米結(jié)構(gòu)Al2O3-13wt.％TiO2復(fù)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)演變)”，該文介紹所采用的是大顆粒的納米結(jié)構(gòu)的陶瓷粉末復(fù)合結(jié)構(gòu)，該粉末由納米結(jié)構(gòu)的Al2O3粉末和納米結(jié)構(gòu)的TiO2陶瓷粉末按照重量比87∶13，通過按照噴霧干燥、熱處理流程制備而成。雖然熱噴涂納米粉體制備的涂層的強(qiáng)度和韌性優(yōu)于傳統(tǒng)粉體，但是實(shí)驗(yàn)表明，由純納末粉末通過熱噴涂或激光熔覆制備的涂層中納米顆粒顯著長大，而且孔隙率高，其性能并沒有達(dá)到預(yù)期的效果。另外，由純納米陶瓷粉末制備的涂層其成本高，極大地限制了其在民用工業(yè)上的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺陷，提供一種仿生結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體，使其在實(shí)際使用中發(fā)揮高的強(qiáng)韌性和高的高溫性能、優(yōu)良的抗熱沖擊性能、耐磨性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明粉體由心部粉體和外包覆材料組成，心部粉體所占重量百分比為85～97％，余量為外包覆材料，為類海葵生物的夾心面包式結(jié)構(gòu)，心部粉體材料是燒結(jié)型單一組分陶瓷顆?；蚨嘟M分復(fù)合陶瓷顆粒，或者是團(tuán)聚型單一組成陶瓷顆?；蚨嘟M分復(fù)合顆粒，外包覆材料為相對低熔點(diǎn)的氧化物或自粘結(jié)性金屬復(fù)合材料。整個(gè)粉體顆粒形狀為球形或近球形結(jié)構(gòu)，粒度分布為5～100微米，顆粒內(nèi)部結(jié)合緊密，具有良好的流動性。
當(dāng)心部粉體材料主要由氧化鋁、氧化釔或氧化鍶穩(wěn)定的氧化鋯、碳化硅、氮化硅中的一種或多種成分組成時(shí)，外包覆的材料為亞微米或納米氧化鋁、氧化鈦、或金屬復(fù)合材料Ni/Al、NiCrAl、NiCrAlY、Co等的一種；當(dāng)心部粉體材料為鈷包碳化鎢或鎳鉻碳化鉻中的一種時(shí)，外包覆材料為超細(xì)級的Co、Ni/Al中的一種。
將心部材料經(jīng)過熱處理工藝處理后，與外包覆材料按比例混合，利用攪拌磨進(jìn)行、機(jī)械化學(xué)表面改性，而后經(jīng)過等離子體球形化處理，制備出仿生(?？?結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體。具有天然生物?？Y(jié)構(gòu)的特征，心部為燒結(jié)型或團(tuán)聚型陶瓷及其復(fù)合材料組成的顆粒，外包覆亞微米級或納米級的氧化物材料、具有自粘結(jié)性特征的金屬復(fù)合材料，整個(gè)顆粒粒徑分布為5～100微米，形狀為球形或近球形結(jié)構(gòu)，粉體內(nèi)部備組份之間結(jié)合緊密，流動性好。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明的仿生海葵結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體具有良好的輸送特性，能夠作為熱噴涂技術(shù)、激光熔覆及陶瓷燒結(jié)等用粉體，可以制備性能優(yōu)異的復(fù)合陶瓷涂層或塊體，具有良好的市場應(yīng)用前景及商業(yè)價(jià)值。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的理解實(shí)施例1仿生?？Y(jié)構(gòu)Al2O3-TiO2/TiO2陶瓷復(fù)合粉體將Al2O3-TiO2團(tuán)聚粉體熱處理后，按其重量百分比為97％與由納米TiO2混合，通過攪拌磨及等離子體球形化處理，制備出仿海葵結(jié)構(gòu)Al2O3-TiO2/TiO2陶瓷復(fù)合粉體，其粉體特征為心部為Al2O3-TiO2團(tuán)聚顆粒，外包覆納米TiO2，粉體顆粒粒徑分布為5～80微米之間，為實(shí)心的球形或近球形結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2仿生?？Y(jié)構(gòu)ZrO2/NiCrAlY陶瓷復(fù)合粉體將ZrO2與NiCrAlY金屬復(fù)合粉末按重量百分比為85∶15混合，通過攪拌磨及等離子體球形化處理，制備出仿海葵結(jié)構(gòu)ZrO2/NiCrAlY陶瓷復(fù)合粉體，其粉體特征為心部為Y2O3穩(wěn)定的ZrO2顆粒，外包覆超細(xì)NiCrAlY金屬復(fù)合粉末，粉體顆粒粒徑分布為10～85微米之間，為實(shí)心的球形或近球形結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3仿生?？Y(jié)構(gòu)SiC-Al2O3/Al2O3陶瓷復(fù)合粉體將SiC-Al2O3團(tuán)聚粉體熱處理后，按其重量百分比為95％與超細(xì)級Al2O3混合，通過攪拌磨及等離子體球形化處理，制備出仿?？Y(jié)構(gòu)SiC-Al2O3/Al2O3陶瓷復(fù)合粉體，其粉體特征為心部為SiC-Al2O3團(tuán)聚顆粒，外包覆超細(xì)級Al2O3粉體，粉體顆粒粒徑分布為10～100微米之間，為實(shí)心的球形或近球形結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4仿生?？Y(jié)構(gòu)12Co-WC/Co陶瓷復(fù)合粉體將12Co-WC與Co粉按其重量百分比為95∶5混合，通過攪拌磨及等離子體球形化處理，制備出仿?？Y(jié)構(gòu)12Co-WC/Co陶瓷復(fù)合粉體，其粉體特征為心部為12Co-WC顆粒，外包覆超細(xì)級Co粉體，粉體顆粒粒徑分布為10～70微米之間，為實(shí)心的球形或近球形結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種仿生結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體，其特征在于，由心部粉體和外包覆材料組成，心部粉體所占重量百分比為85～97％，余量為外包覆材料，為類海葵生物的夾心面包式結(jié)構(gòu)，心部粉體材料是燒結(jié)型單一組分陶瓷顆?；蚨嘟M分復(fù)合陶瓷顆粒，或者是團(tuán)聚型單一組成陶瓷顆?；蚨嘟M分復(fù)合顆粒，外包覆材料為相對低熔點(diǎn)的氧化物或自粘結(jié)性金屬復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體，其特征是，整個(gè)粉體顆粒形狀為球形或近球形結(jié)構(gòu)，粒度分布為5～100微米，顆粒內(nèi)部結(jié)合緊密。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體，其特征是，當(dāng)心部粉體材料主要由氧化鋁、氧化釔或氧化鍶穩(wěn)定的氧化鋯、碳化硅、氮化硅中的一種或多種成分組成時(shí)，外包覆的材料為亞微米或納米氧化鋁、氧化鈦、或金屬復(fù)合材料Ni/Al、NiCrAl、NiCrAlY、Co的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體，其特征是，當(dāng)心部粉體材料為鈷包碳化鎢或鎳鉻碳化鉻中的一種時(shí)，外包覆材料為超細(xì)級的Co、Ni/Al中的一種。
全文摘要
一種仿生結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合粉體，屬于陶瓷材料領(lǐng)域。本發(fā)明由心部粉體和外包覆材料組成，心部粉體所占重量百分比為85～97％，余量為外包覆材料，為類?？锏膴A心面包式結(jié)構(gòu)，心部粉體材料是燒結(jié)型單一組分陶瓷顆?；蚨嘟M分復(fù)合陶瓷顆粒，或者是團(tuán)聚型單一組成陶瓷顆粒或多組分復(fù)合顆粒，外包覆材料為相對低熔點(diǎn)的氧化物或自粘結(jié)性金屬復(fù)合材料。本發(fā)明粉體內(nèi)部各組份之間結(jié)合緊密，流動性好，具有良好的輸送特性，能夠作為熱噴涂技術(shù)、激光熔覆及陶瓷燒結(jié)等用粉體，可以制備性能優(yōu)異的復(fù)合陶瓷涂層或塊體，具有良好的市場應(yīng)用前景及商業(yè)價(jià)值。
文檔編號C23C4/10GK1472173SQ0312939
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者孫寶德, 翟長生, 王俊, 李飛, 巫瑞智 申請人:上海交通大學(xué)