部分合金化的氧化鋯粉末的制作方法
【專利說(shuō)明】部分合金化的氧化鋯粉末
[0001]本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，其母案的申請(qǐng)日為2007年3月2日、申請(qǐng)?zhí)枮?00710084420.2，名稱為“部分合金化的氧化鋯粉末”。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
不適用。
[0003]關(guān)于資助研宄或開發(fā)的聲明不適用。
[0004]引用序列表
不適用。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明涉及用于熱阻隔涂層的材料，更具體地，涉及用于等離子體噴涂沉積方法的部分合金化的氧化鋯粉末。
【背景技術(shù)】
[0006]近幾年來(lái)，陶瓷熱阻隔涂層(TBC)已經(jīng)成功地用于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶推進(jìn)裝置和其它熱金屬應(yīng)用中。已經(jīng)用于所述涂層應(yīng)用的一種材料是用大約7重量％的氧化釔(Y2O3)穩(wěn)定的氧化鋯(ZrO2),該材料也被稱為7YSZ。通常，來(lái)自這種材料的涂層提供了有利的性能組合，所述組合包含低導(dǎo)熱率、高熱膨脹系數(shù)和較高溫度范圍里的相穩(wěn)定性。在某些情況下，使用具有7YSZ的TBC可以導(dǎo)致下面的金屬表面溫度下降多達(dá)170°C(300 °F)，因而提高了金屬部件的耐久性并使得發(fā)動(dòng)機(jī)性能提高。對(duì)更高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、更高性能和增加的耐久性方面提出的要求已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)于具有更佳保護(hù)性能的改進(jìn)涂層的需要。
[0007]沉積TBC可以采用例如等離子體噴涂方法來(lái)完成。在該方法中，將陶瓷粉末進(jìn)料注入到高速等離子體流中，在此所述陶瓷粉末進(jìn)料被同時(shí)熔融和向基材推進(jìn)。當(dāng)熔融的顆粒沖擊基材時(shí)，它們固化形成“薄片激冷金屬(splat)”，其積累形成TBC。實(shí)際上變成所形成的涂層的一部分的粉末進(jìn)料的量是沉積效率的量度。沉積效率通常可以被定義為涂層重量對(duì)總進(jìn)料重量的比。為了既提高沉積速率又降低材料損失，改進(jìn)沉積效率仍是涂覆工業(yè)的持續(xù)目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明通過(guò)提供與氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物中的一種或多種部分合金化的低密度多孔氧化鋯(ZrO2)粉來(lái)滿足上述關(guān)于提高涂層性能和沉積效率的需求?？梢詥为?dú)或者以任何組合形式包含上述氧化物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，合金化氧化物的總量應(yīng)當(dāng)?shù)陀诖蠹s30重量％。一個(gè)實(shí)例是含有大約6-9重量％氧化釔的氧化鋯合金。該粉末通過(guò)對(duì)含有適量(例如，總組合低于30重量％)的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合的物理團(tuán)聚或者化學(xué)生成的氧化鋯復(fù)合粉末進(jìn)行受控?zé)Y(jié)或者光等離子體致密化(light plasma densificat1n)來(lái)制備。本發(fā)明的粉末含有大約10體積％至大約75體積％的單斜相21<)2或者未合金化的ZrO 2。粉末的表觀密度大致為1.0-2.0g/cm3。當(dāng)在相同加工條件下用于等離子體噴涂沉積方法中時(shí)，本發(fā)明粉末的沉積效率比具有類似組成和類似顆粒尺寸分布的完全合金化粉末(完全合金化粉末是指含有低于10%的單斜氧化鋯相的氧化鋯合金)的沉積效率高直到50%或者更高。使用本發(fā)明粉末得到的涂層具有低于大約5%的單斜相含量。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了制備部分合金化的氧化鋯復(fù)合粉末的方法，該方法包括下列步驟:(1)提供通過(guò)噴霧干燥、機(jī)械包覆或者磨碎(attrit1n milling)形成的團(tuán)聚粉末或者提供含有適量的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合的化學(xué)生成的氧化鋯復(fù)合粉末；和(2)通過(guò)將該粉末加熱到至少1400°C燒結(jié)所述團(tuán)聚的粉末或者化學(xué)生成的粉末，其中對(duì)燒結(jié)工藝進(jìn)行控制，以將合金化程度限制在大約25%至90%。
[0010]在本發(fā)明的另一方面，提供了制備部分合金化的氧化鋯復(fù)合粉末的另一方法，該方法包括下列步驟:(1)提供通過(guò)噴霧干燥、機(jī)械包覆或者磨碎形成的團(tuán)聚粉末或者提供含有適量的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合的化學(xué)生成的氧化鋯復(fù)合粉末；和(2)在環(huán)境空氣、低壓或者真空受控氣氛之一中使所述團(tuán)聚粉末或者化學(xué)生成的粉末等離子體致密化，其中控制等離子體致密化工藝以將合金化程度限制在大約25%至90%。
[0011]在本發(fā)明的另一方面，提供了制備部分合金化的氧化鋯復(fù)合粉末的另一方法，該方法包括下列步驟:(1)提供通過(guò)噴霧干燥、機(jī)械包覆或者磨碎形成的團(tuán)聚粉末或者提供含有適量的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合的化學(xué)生成的氧化鋯復(fù)合粉末；和(2)然后在環(huán)境空氣、低壓或者真空受控氣氛之一中使用對(duì)所述團(tuán)聚粉末或者化學(xué)生成的粉末進(jìn)行燒結(jié)和等離子體致密化的組合來(lái)使得所述粉末部分合金化，其中控制所述燒結(jié)工藝和等離子體致密化工藝的組合以將合金化程度限制在大約25%至90%。
[0012]在本發(fā)明的又一方面，提供了在基材上施加涂層的方法。該方法包括下列步驟:提供與氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合部分合金化的氧化鋯(ZrO2),其中所述粉末含有大約10體積％至大約75體積％的單斜相氧化鋯或者未合金化的氧化鋯。該方法的另一步驟是使用等離子體噴涂方法在基材上沉積粉末以形成涂層，其中所述涂層含有低于5%的單斜相含量。
[0013]本發(fā)明的其它方面將由下面的說(shuō)明給出，這些方面部分地將由所述說(shuō)明變得顯而易見，或者可以通過(guò)實(shí)施本發(fā)明獲悉。本發(fā)明的這些方面可以通過(guò)下面特別指出的手段或其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖闡述了本發(fā)明的實(shí)施方案并與說(shuō)明書一起用于解釋本發(fā)明的原理，這些附圖被包括進(jìn)來(lái)以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解并結(jié)合到說(shuō)明書中構(gòu)成該說(shuō)明書的一部分。在附圖中: 圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的粉末制造方法的流程圖；
圖2提供了根據(jù)本發(fā)明使用的等離子體致密化裝置的示意圖；和圖3提供了根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)方面制備得到的涂層的顯微照片。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)在將詳述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其實(shí)施例圖示于附圖中。
[0016]本發(fā)明包括用于制備與氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物或者上述氧化物的任何組合部分合金化的低密度多孔氧化鋯(ZrO2)的方法。合金化氧化物的總量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0重量％。一個(gè)實(shí)例是含有大約6重量％至大約9重量％的氧化釔的氧化鋯復(fù)合體，但是在要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)可以設(shè)想無(wú)數(shù)的其它組合物。當(dāng)在相同處理?xiàng)l件下進(jìn)行等離子體噴涂時(shí)，這種粉末表現(xiàn)出比具有相同組成和類似顆粒尺寸分布的完全合金化粉末的沉積效率高直到5%至50%的沉積效率。該部分合金化的氧化鋯復(fù)合粉末含有大約10體積％至大約75體積％的單斜相21<)2或者未合金化的ZrO 2。完全合金化的粉末(包括例如熔合和碾碎的、等離子體致密化的、團(tuán)聚和燒結(jié)的粉末)通常含有低于10體積％的單斜相21<)2或者未合金化的ZrO 2。
[0017]圖1提供了根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生和施加粉末的方法100的流程圖。在步驟S102中，提供了