專利名稱：一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速制備納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定的球形氧化鋯粉末的方法，該粉末材料特別 適用于熱噴涂(等離子噴涂或火焰噴涂)等工藝制備熱障涂層或高溫?zé)Y(jié)工藝制備結(jié)構(gòu)陶 瓷。
背景技術(shù)：
氧化鋯(ZiU)具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，是一種重要的結(jié)構(gòu)和功能陶瓷材料，由 于純氧化鋯的高溫相(立方相或四方相)隨著溫度的降低會(huì)轉(zhuǎn)變成低溫相(單斜相)，并 伴隨有5% 7%左右的體積膨脹，如果作為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷涂層材料，在熱循環(huán)條 件下，會(huì)造成過(guò)大的熱應(yīng)力，使陶瓷成品或涂層開裂和剝落失效。要獲得室溫下穩(wěn)定的高 溫相氧化鋯，就需要在氧化鋯中摻雜某些其它氧化物，如氧化釔、氧化鈣、氧化鎂、氧化 鈰、氧化鋁等，形成氧化鋯的復(fù)合氧化物。由氧化物摻雜的氧化鋯復(fù)合氧化物在結(jié)構(gòu)陶瓷 材料和功能陶瓷材料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。氧化鋯應(yīng)用于熱障涂層的研究，在20世紀(jì)70年代的渦汽輪機(jī)上獲得成功后，國(guó)內(nèi) 外對(duì)氧化鋯涂層的研究在20世紀(jì)80年代達(dá)到一個(gè)高峰，大量的研究表明，用氧化釔 (Y203)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6% 8%)穩(wěn)定的Zr02材料其抗熱震性能優(yōu)越。釔穩(wěn)定氧化鋯作為廣泛應(yīng)用的熱障涂層材料，與其它陶瓷涂層材料相比，具有耐高 溫、耐腐蝕、耐磨損、高的強(qiáng)度和斷裂韌性、高的線脹系數(shù)(接近金屬基質(zhì)，約為10X10—7 K)和低的熱導(dǎo)率(1W/m K)等優(yōu)異性能，尤其在高溫IOO(TC時(shí)，它的熱導(dǎo)率數(shù)值 是所有致密陶瓷材料中最低的，將其以涂層形式與金屬基體相復(fù)合，在提高金屬熱端部件 抵抗高溫腐蝕能力的同時(shí)，使其能忍受更高的使用溫度。利用納米技術(shù)開發(fā)的納米結(jié)構(gòu)陶瓷熱障涂層是指陶瓷涂層的顯微結(jié)構(gòu)如晶粒、孔洞 等處于超細(xì)尺寸的納米水平(2 nm 100nm)。從而對(duì)涂層的力學(xué)和物理性能產(chǎn)生重要影響， 獲得比普通熱障涂層更優(yōu)異的性能。制備納米結(jié)構(gòu)熱障涂層的關(guān)鍵是制備出熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)團(tuán)聚型粉末，其必須保持 納米結(jié)構(gòu)，并且滿足噴涂工藝的要求，如顆粒大小及其分布、顆粒形狀、流動(dòng)性等，并獲 得納米結(jié)構(gòu)熱障涂層應(yīng)有的高性能。制備Y203穩(wěn)定的Zr02納米晶體結(jié)構(gòu)熱障涂層，必須制 備出納米結(jié)構(gòu)的噴涂粉末，再采用等離子噴涂或高速火焰噴涂等工藝技術(shù)沉積成涂層。故 納米結(jié)構(gòu)YA穩(wěn)定Zr02粉末及其生產(chǎn)工藝的開發(fā)，是制備納米結(jié)構(gòu)熱障涂層的前提。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，該 方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1) .制備氫氧化鋯膠體將氯氧化鋯于水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，制成氯氧化鋯水溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子的濃度為O. lmol/L 1 mol/L;氯氧化鋯水溶液中加入硝酸釔溶液或氯化釔溶液，混勻溶液，其中硝酸釔溶液或氯化釔溶液中釔離子的濃度為0.05mol/L 0.5mol/L，硝酸釔溶液或氯化釔溶液的加入量按氯氧化鋯水溶液中鋯離子 與硝酸釔溶液或氯化釔溶液中釔離子的摩爾比為1 : 0.03 1 : 0. 10;加入體積濃度為30 一70%的氨水并攪拌，使pH值達(dá)到8-10;然后靜置陳化12小時(shí)以上(含12小時(shí))，制 備成氫氧化鋯膠體；2) .除雜質(zhì)將氫氧化鋯膠體通過(guò)無(wú)機(jī)陶瓷膜分離或離心分離除去雜質(zhì)，至分離出 的水中檢驗(yàn)不出氯離子，并壓濾或離心濃縮，經(jīng)濃縮后為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠，固 含量為8% 20% (重量)；3) .氫氧化鋯凝膠的酸化和分散在半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠中加入酸化劑，酸化劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.012% 2%，攪拌；再加入分散劑并攪 拌，分散劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.2% 1.5%，得酸化分散的水性 膠體；4) .膠體的干燥與球化將酸化分散的水性膠體通過(guò)噴霧干燥工藝制成粒度分布為 20um 120um的微米級(jí)球形粉末，噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為150°C 200°C，出風(fēng)溫度控制 在8(TC 12(TC;隨后通過(guò)抽風(fēng)將干燥的微米級(jí)球形粉末抽入旋風(fēng)分離器內(nèi)收集；5).篩分通過(guò)篩分，選取粒度范圍20ym 120um的粉末； 6).粉末的熱處理將粒度20um 120um的粉末于500。C 1000。C進(jìn)行1 5小時(shí) 的熱處理；再經(jīng)過(guò)篩分，得到粒度20um 90um的熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯 粉末。酸化劑為無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，可以是甲酸、乙酸、聚丙烯酸、硝酸、醋酸中的任意一種 或任意二種以上(含任意二種)的混合，任意二種以上混合時(shí)為任意配比。 分散劑為是聚乙二醇或聚乙烯醇。 噴霧干燥工藝的噴霧方式為離心式或二流式。 本發(fā)明的有益效果是1、 使用氯氧化鋯制備的氫氧化鋯膠體直接制備熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯 粉末，成本低，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。2、 采用無(wú)機(jī)陶瓷膜清洗氫氧化鋯膠體，工藝簡(jiǎn)單，效率高，有效的去除膠體中的各 種雜質(zhì)離子。3、 利用酸化劑，使膠體的流動(dòng)性達(dá)到了噴霧干燥要求，并且保證了膠體中的固含量 達(dá)到了 5% (重量)以上。4、 制備過(guò)程中使用分散劑，利于在噴霧過(guò)程中形成軟團(tuán)聚粉末。選用的添加劑在50(TC 完全分解，工藝過(guò)程不會(huì)引入雜質(zhì)，避免了污染，保證了產(chǎn)品的高純度、高比表面積和一 定的表面活性。5、 采用的噴霧干燥技術(shù)限制粉末中的納米晶粒粒度的長(zhǎng)大，保持其晶粒尺寸基本不變。6、 由于膜分離和噴霧干燥技術(shù)屬成熟的工業(yè)技術(shù)，通過(guò)技術(shù)參數(shù)的控制和關(guān)鍵工藝 過(guò)程的改進(jìn)，整個(gè)制備工藝流程少，適合于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。該制備方法獲得的熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末滿足于等離子體噴涂、 火焰噴涂、電弧噴涂等熱噴涂工藝需要，用于制備各種抗高溫?zé)嵴贤繉踊蚩垢邷?、耐磨耗?耐腐蝕涂層。應(yīng)用于航空航天、燃?xì)廨啓C(jī)、船舶、汽車、機(jī)械、化工等行業(yè)。


圖1是實(shí)施例1的納米結(jié)構(gòu)的釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的掃描電鏡照片，說(shuō)明粉末的球 形度較好。圖2是圖1中局部放大圖，可以看出球形粉末由細(xì)小的納米顆粒組成。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容 不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1:一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，它包括如下步驟1) .制備氫氧化鋯膠體將2千克氯氧化鋯于7千克純水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，制成氯氧化鋯水溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子的濃度為0.89 raol/L;氯氧化鋯水溶液 中加入氯化釔溶液，混勻溶液，其中氯化釔溶液中釔離子的濃度為0. lmol/L，氯化釔溶液的加入量按氯氧化鋯水溶液中鋯離子與氯化釔溶液中釔離子的摩爾比為1 : 0.07;加入體積濃度為50% (V/V)的氨水并攪拌，使pH值達(dá)到9;然后將膠體靜置陳化12小時(shí)， 制備成氫氧化鋯膠體；2) .除雜質(zhì)倒掉氫氧化鋯膠體上層清液，將氫氧化鋯膠體通過(guò)無(wú)機(jī)陶瓷膜分離(洗滌)除去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并用壓濾機(jī)進(jìn)行濃縮，經(jīng)濃縮后為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠，固含量為8% 20% (重量)；3) .氫氧化鋯凝膠的酸化和分散在半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠中加入酸化劑，酸化 劑為聚丙烯酸；酸化劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.3% (WT)，攪拌并 使凝膠具有良好的流動(dòng)性；再加入分散劑并攪拌，分散劑為是聚乙二醇，分散劑的用量為 半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.78% (WT)，得酸化分散的水性膠體；4) .膠體的干燥與球化將酸化分散的水性膠體通過(guò)噴霧干燥工藝制成粒度分布為 20um 120nm的微米級(jí)球形粉末，用壓縮空氣作攜帶氣體，氣體壓力控制在0. 4MPa，釆 取二流式噴嘴將料漿噴入干燥塔內(nèi)，霧化的料漿依靠自身的表面張力收縮成球形，噴霧干 燥的進(jìn)風(fēng)溫度為150'C，出風(fēng)溫度控制在9(TC，溫度的高低調(diào)節(jié)以粉末充分干燥為限;隨 后通過(guò)抽風(fēng)將干燥的微米級(jí)球形粉末抽入旋風(fēng)分離器內(nèi)收集；5) .篩分由于噴霧干燥的球形粉末有一定的粒度(20lim 120um)分布，通過(guò)篩 分(用分樣篩進(jìn)行篩分)，選取符合等離子噴涂熱障涂層用的成品粒度范圍20pm 120iim的粉末，粒度小于20um的粉末作為回爐料，再制成料漿重復(fù)使用；6).粉末的熱處理將粒度20iim 120um的粉末于70(TC的電阻爐中煅燒，進(jìn)行2 小時(shí)的熱處理；除去粉末中的殘余水分，使粉末中的有機(jī)物分解，氫氧化鋯轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸啠?粉末經(jīng)過(guò)熱處理，粒徑會(huì)變小，再經(jīng)過(guò)篩分，得到粒度20um 50ym的熱噴涂用納米結(jié) 構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末。消除粉末中納米顆粒界面的弛豫現(xiàn)象和內(nèi)部應(yīng)力，提高產(chǎn)品品 質(zhì)和產(chǎn)率。 實(shí)施例2:一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，它包括如下步驟1) .制備氫氧化鋯膠體將2千克氯氧化鋯于7千克水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，制成氯氧化鋯水溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子的濃度為0.89mol/L;氯氧化鋯水溶液中 加入氯化釔溶液，混勻溶液，其中氯化釔溶液中釔離子的濃度為0.2mol/L，氯化釔溶液的加入量按氯氧化鋯水溶液中鋯離子與氯化釔溶液中釔離子的摩爾比為1 : 0.08;加入體積濃度為50% (V/V)的氨水并攪拌，使pH值達(dá)到9;然后將膠體靜置陳化18小時(shí)以 上，制備成氫氧化鋯膠體；2) .除雜質(zhì)倒掉氫氧化鋯膠體上層清液，將氫氧化鋯膠體通過(guò)離心分離(洗滌)除去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并用離心機(jī)進(jìn)行濃縮，經(jīng)濃縮后為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠，固含量為8% 20% (重量)；3) .氫氧化鋯凝膠的酸化和分散在半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠中加入酸化劑，酸化 劑為醋酸；酸化劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的1.5%,攪拌并使凝膠具有 良好的流動(dòng)性；再加入分散劑并攪拌，分散劑為是聚乙二醇，分散劑的用量為半固態(tài)高粘 度氫氧化鋯凝膠重量的1.0% (WT)，得酸化分散的水性膠體；4) .膠體的干燥與球化將酸化分散的水性膠體通過(guò)噴霧干燥工藝制成粒度分布為 20um 120ixm的微米級(jí)球形粉末，采取離心噴霧將料漿噴入干燥塔內(nèi)，霧化的料漿依靠 自身的表面張力收縮成球形，噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為15(TC，出風(fēng)溫度控制在IO(TC，溫 度的高低調(diào)節(jié)以粉末充分干燥為限；隨后通過(guò)抽風(fēng)將干燥的微米級(jí)球形粉末抽入旋風(fēng)分離 器內(nèi)收集；5) .篩分由于噴霧干燥的球形粉末有一定的粒度(20wm 120ura)分布，通過(guò)篩 分(用分樣篩進(jìn)行篩分)，選取符合等離子噴涂熱障涂層用的成品粒度范圍20um 120um 的粉末，粒度小于20um的粉末作為回爐料，再制成料槳重復(fù)使用；6) .粉末的熱處理將粒度20iim 120um的粉末于60(TC的電阻爐中煅燒進(jìn)行2小 時(shí)的熱處理；除去粉末中的殘余水分，使粉末中的有機(jī)物分解，氫氧化鋯轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸啠?粉末經(jīng)過(guò)熱處理，粒徑會(huì)變小，再經(jīng)過(guò)篩分，得到粒度20um 50ym的熱噴涂用納米結(jié) 構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末。消除粉末中納米顆粒界面的弛豫現(xiàn)象和內(nèi)部應(yīng)力，提高產(chǎn)品品 質(zhì)和產(chǎn)率。實(shí)施例3:一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，它包括如下步驟1) .制備氫氧化鋯膠體將氯氧化鋯于水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，制成氯氧化鋯 水溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子的濃度為0. lmol/;氯氧化鋯水溶液中加入氯化釔溶液， 混勻溶液，其中氯化釔溶液中釔離子的濃度為0.05mol/L，氯化釔溶液的加入量按氯氧 化鋯水溶液中鋯離子與氯化釔溶液中釔離子的摩爾比為1 : 0. 03;加入體積濃度為30%的氨水并攪拌，使pH值達(dá)到8;然后將膠體靜置陳化12小時(shí)，制備成氫氧化鋯膠體；2) .除雜質(zhì)倒掉氫氧化鋯膠體上層清液，將氫氧化鋯膠體通過(guò)無(wú)機(jī)陶瓷膜分離除去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并壓濾濃縮，經(jīng)濃縮后為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠，固含量為8% 20% (重量)；3) .氫氧化鋯凝膠的酸化和分散在半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠中加入酸化劑，酸化劑為甲酸；酸化劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.012%,攪拌并使凝膠具 有良好的流動(dòng)性；再加入分散劑并攪拌，分散劑為是聚乙二醇，分散劑的用量為半固態(tài)高 粘度氫氧化鋯凝膠重量的0. 2%，得酸化分散的水性膠體；4) .膠體的干燥與球化將酸化分散的水性膠體通過(guò)噴霧干燥工藝制成粒度分布為20um 120um的微米級(jí)球形粉末，噴霧方式為離心式，噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為160°C， 出風(fēng)溫度控制在8(TC，溫度的高低調(diào)節(jié)以粉末充分干燥為限；隨后通過(guò)抽風(fēng)將干燥的微 米級(jí)球形粉末抽入旋風(fēng)分離器內(nèi)收集；5).篩分由于噴霧干燥的球形粉末有一定的粒度(20um 120ixm)分布，通過(guò)篩 分，選取符合等離子噴涂熱障涂層用的成品粒度范圍20nm 120iim的粉末，其他粉末可 再重新制成膠體，再次噴霧造粒；6).粉末的熱處理將粒度20"m 120nra的粉末于500XTC進(jìn)行5小時(shí)的熱處理； 除去粉末中的殘余水分，分解粉末中的有機(jī)試劑，粉末經(jīng)過(guò)熱處理，粒徑會(huì)變小，再經(jīng)過(guò) 篩分，得到粒度20 u m 90 u m的熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末。實(shí)施例4:一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，它包括如下步驟1) .制備氫氧化鋯膠體將氯氧化鋯于水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，制成氯氧化鋯水溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子的濃度為lmol/L;氯氧化鋯水溶液中加入氯化釔溶液， 混勻溶液，其中氯化釔溶液中釔離子的濃度為0.5mol/L，氯化釔溶液的加入量按氯氧 化鋯水溶液中鋯離子與氯化釔溶液中釔離子的摩爾比為1 : 0.10;加入體積濃度為70%的 氨水并攪拌，使pH值達(dá)到10;然后將膠體靜置陳化20小時(shí)，制備成氫氧化鋯膠體；2) .除雜質(zhì)倒掉氫氧化鋯膠體上層清液，將氫氧化鋯膠體通過(guò)離心分離除去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子，并離心濃縮，經(jīng)濃縮后為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠，固含量為8% 20% (重量)；3) .氫氧化鋯凝膠的酸化和分散在半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠中加入酸化劑，酸化 劑為乙酸、聚丙烯酸和硝酸，乙酸、聚丙烯酸、硝酸各占酸化劑重量的1/3;酸化劑的用 量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的2% (WT)，攪拌并使凝膠具有良好的流動(dòng)性；再加入分散劑并攪拌，分散劑為是聚乙烯醇，分散劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的1.5^(WT)，得酸化分散的水性膠體；4) .膠體的干燥與球化將酸化分散的水性膠體通過(guò)噴霧干燥工藝制成粒度分布為20um 120ym的微米級(jí)球形粉末，噴霧方式為二流式，噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為20CTC ， 出風(fēng)溫度控制在12(TC，溫度的高低調(diào)節(jié)以粉末充分千燥為限；隨后通過(guò)抽風(fēng)將干燥的微 米級(jí)球形粉末抽入旋風(fēng)分離器內(nèi)收集；5) .篩分由于噴霧干燥的球形粉末有一定的粒度(20um 120um)分布，通過(guò)篩 分，選取符合等離子噴涂熱障涂層用的成品粒度范圍20um 120um的粉末，其他粉末可 再重新制成膠體，再次噴霧造粒；6) .粉末的熱處理將粒度20iim 120tim的粉末于IOO(TC進(jìn)行1小時(shí)的熱處理； 除去粉末中的殘余水分，分解粉末中的有機(jī)試劑，粉末經(jīng)過(guò)熱處理，粒徑會(huì)變小，再經(jīng)過(guò) 篩分，得到粒度20 u m 90 u ra的熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末。實(shí)施例5:一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，它包括如下步驟1) .制備氫氧化鋯膠體將氯氧化鋯于水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，制成氯氧化鋯水溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子的濃度為0. lmol/L;氯氧化鋯水溶液中加入硝酸釔溶 液，混勻溶液，其中硝酸釔溶液中釔離子的濃度為0.05mol/L，硝酸釔溶液的加入量按 氯氧化鋯水溶液中鋯離子與硝酸釔溶液中釔離子的摩爾比為1 : 0.03;加入體積濃度為30 % (V/V)的氨水并攪拌，使pH值達(dá)到8;然后將膠體靜置陳化12小時(shí)，制備成氫氧化 鋯膠體；2) .除雜質(zhì)倒掉氫氧化鋯膠體上層清液，將氫氧化鋯膠體通過(guò)無(wú)機(jī)陶瓷膜分離除 去雜質(zhì)，至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子(由于硝酸根的濃度遠(yuǎn)低于氯離子的濃 度，檢測(cè)不出氯離子能夠說(shuō)明硝酸根已經(jīng)被完全洗去)，并壓濾濃縮，經(jīng)濃縮后為半固態(tài) 高粘度氫氧化鋯凝膠，固含量為8% 20% (重量)；3) .氫氧化鋯凝膠的酸化和分散在半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠中加入酸化劑，酸化 劑為乙酸；酸化劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.012% (WT),攪拌并使 凝膠具有良好的流動(dòng)性；再加入分散劑并攪拌，分散劑為是聚乙二醇，分散劑的用量為半 固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.2% (WT)，得酸化分散的水性膠體；4) .膠體的干燥與球化將酸化分散的水性膠體通過(guò)噴霧干燥工藝制成粒度分布為 20ixm 120um的微米級(jí)球形粉末，噴霧方式為離心式，噴霧千燥的進(jìn)風(fēng)溫度為160°C， 出風(fēng)溫度控制在80°C，溫度的高低調(diào)節(jié)以粉末充分干燥為限；隨后通過(guò)抽風(fēng)將干燥的微 米級(jí)球形粉末抽入旋風(fēng)分離器內(nèi)收集；5).篩分由于噴霧干燥的球形粉末有一定的粒度(20um 120nm)分布，通過(guò)篩 分，選取符合等離子噴涂熱障涂層用的成品粒度范圍20um 120iim的粉末，其他粉末可再重新制成膠體，再次噴霧造粒；6).粉末的熱處理將粒度20"m 120um的粉末于5(XrC。C進(jìn)行5小時(shí)的熱處理； 除去粉末中的殘余水分，分解粉末中的有機(jī)試劑，粉末經(jīng)過(guò)熱處理，粒徑會(huì)變小，再經(jīng)過(guò)篩分，得到粒度20u m 90u m的熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末。 實(shí)施例6:一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，它包括如下步驟1) .制備氫氧化鋯膠體將氯氧化鋯于水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，制成氯氧化鋯水溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子的濃度為lmol/L;氯氧化鋯水溶液中加入硝酸釔溶液， 混勻溶液，其中硝酸釔溶液中釔離子的濃度為O. 5mol/L，硝酸釔溶液的加入量按氯氧 化鋯水溶液中鋯離子與硝酸釔溶液中釔離子的摩爾比為1:0.10;加入體積濃度為70% (V/V)的氨水并攪拌，使pH值達(dá)到10;然后將膠體靜置陳化30小時(shí)，制備成氫氧化鋯 膠體；2) .除雜質(zhì)倒掉氫氧化鋯膠體上層清液，將氫氧化鋯膠體通過(guò)離心分離除去雜質(zhì)， 至分離出的水中用硝酸銀檢驗(yàn)不出氯離子(由于硝酸根的濃度遠(yuǎn)低于氯離子的濃度，檢測(cè) 不出氯離子能夠說(shuō)明硝酸根己經(jīng)被完全洗去)，并離心濃縮，經(jīng)濃縮后為半固態(tài)高粘度氫 氧化鋯凝膠，固含量為8% 20% (重量)；3) .氫氧化鋯凝膠的酸化和分散在半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠中加入酸化劑，酸化 劑為聚丙烯酸和硝酸，聚丙烯酸、硝酸各占酸化劑重量的1/2;酸化劑的用量為半固態(tài)高 粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.012% 2% (WT)，攪拌并使凝膠具有良好的流動(dòng)性；再加入分散劑并攪拌，分散劑為是聚乙烯醇，分散劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.2% 1.5% (WT)，得酸化分散的水性膠體；4) .膠體的干燥與球化將酸化分散的水性膠體通過(guò)噴霧干燥工藝制成粒度分布為 20um 120ym的微米級(jí)球形粉末，噴霧方式為二流式，噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為200°C ， 出風(fēng)溫度控制在120°C，溫度的高低調(diào)節(jié)以粉末充分干燥為限；隨后通過(guò)抽風(fēng)將干燥的微 米級(jí)球形粉末抽入旋風(fēng)分離器內(nèi)收集；5) .篩分由于噴霧干燥的球形粉末有一定的粒度(20uni 120um)分布，通過(guò)篩 分，選取符合等離子噴涂熱障涂層用的成品粒度范圍20um 120um的粉末，其他粉末可再重新制成膠體，再次噴霧造粒；6) .粉末的熱處理將粒度20iim 120nm的粉末于IOO(TC進(jìn)行1小時(shí)的熱處理； 除去粉末中的殘余水分，分解粉末中的有機(jī)試劑，粉末經(jīng)過(guò)熱處理，粒徑會(huì)變小，再經(jīng)過(guò) 篩分，得到粒度20w m 90ii m的熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末。本發(fā)明的保護(hù)范圍不受上述實(shí)施例的限制。由本發(fā)明公開的納米結(jié)構(gòu)的球形釔穩(wěn)定氧 化鋯粉末，主要利用其熱傳導(dǎo)系數(shù)低、線性膨脹系數(shù)大、高溫穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，可應(yīng)用于 熱噴涂工藝，制備各種抗高溫?zé)嵴贤繉踊蚩垢邷啬湍ズ?、耐腐蝕涂層。
權(quán)利要求
1. 一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1).制備氫氧化鋯膠體將氯氧化鋯于水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，制成氯氧化鋯水溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子的濃度為0.1mol/L～1mol/L；氯氧化鋯水溶液中加入硝酸釔溶液或氯化釔溶液，混勻溶液，其中硝酸釔溶液或氯化釔溶液中釔離子的濃度為0.05mol/L～0.5mol/L，硝酸釔溶液或氯化釔溶液的加入量按氯氧化鋯水溶液中鋯離子與硝酸釔溶液或氯化釔溶液中釔離子的摩爾比為1∶0.03～1∶0.10；加入體積濃度為30-70％的氨水并攪拌，使pH值達(dá)到8-10；然后靜置陳化12小時(shí)以上，制備成氫氧化鋯膠體；2).除雜質(zhì)將氫氧化鋯膠體通過(guò)無(wú)機(jī)陶瓷膜分離或離心分離除去雜質(zhì)，至分離出的水中檢驗(yàn)不出氯離子，并壓濾或離心濃縮，經(jīng)濃縮后為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠，固含量為8％～20％(重量)；3).氫氧化鋯凝膠的酸化和分散在半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠中加入酸化劑，酸化劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.012％～2％，攪拌；再加入分散劑并攪拌，分散劑的用量為半固態(tài)高粘度氫氧化鋯凝膠重量的0.2％～1.5％，得酸化分散的水性膠體；4).膠體的干燥與球化將酸化分散的水性膠體通過(guò)噴霧干燥工藝制成粒度分布為20μm～120μm的微米級(jí)球形粉末，噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為150℃～200℃，出風(fēng)溫度控制在80℃～120℃；隨后通過(guò)抽風(fēng)將干燥的微米級(jí)球形粉末抽入旋風(fēng)分離器內(nèi)收集；5).篩分通過(guò)篩分，選取粒度范圍20μm～120μm的粉末；6).粉末的熱處理將粒度20μm～120μm的粉末于500℃～1000℃進(jìn)行1～5小時(shí)的熱處理；再經(jīng)過(guò)篩分，得到粒度20μm～90μm的熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法， 其特征在于酸化劑為無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，可以是甲酸、乙酸、聚丙烯酸、硝酸、醋酸中的 任意一種或任意二種以上的混合，任意二種以上混合時(shí)為任意配比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，其特征在于分散劑為是聚乙二醇或聚乙烯醇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，其特征在于噴霧干燥工藝的噴霧方式為離心式或二流式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速制備納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定的球形氧化鋯粉末的方法。一種熱噴涂用納米結(jié)構(gòu)釔穩(wěn)定球形氧化鋯粉末的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)制備氫氧化鋯膠體將氯氧化鋯于水中攪拌至氯氧化鋯完全溶解，氯氧化鋯水溶液中加入硝酸釔溶液或氯化釔溶液，氯氧化鋯水溶液中鋯離子與硝酸釔溶液或氯化釔溶液中釔離子的摩爾比為1∶0.03～1∶0.10；加入體積濃度為30-70％的氨水并攪拌，使pH值達(dá)到8-10；然后靜置陳化12小時(shí)以上，制備成氫氧化鋯膠體；2)除雜質(zhì)；3)氫氧化鋯凝膠的酸化和分散；4)膠體的干燥與球化；5)篩分；6)粉末的熱處理，得產(chǎn)品。該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C4/10GK101275212SQ20081004719
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者臣 何, 侯書恩, 濤 張, 勇 潘, 靳洪允 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)