部分合金化的氧化鋯粉末制造技術

本發明專利技術提供了與氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或錒系元素的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）粉末。合金化氧化物的總量應當低于大約30重量％。所述粉末通過對物理團聚的或者化學生成的氧化鋯復合粉末進行受控燒結或者光等離子體致密化而制備，其中所述氧化鋯復合粉末含有適量的氧化釔、氧化鈧、氧化鏑、氧化鐿或者任意鑭系元素或者錒系元素的氧化物或者上述氧化物的任何組合。使用本發明專利技術粉末得到的涂層具有低于5％的單斜相含量。

【技術實現步驟摘要】
部分合金化的氧化鋯粉末本申請是分案申請，其母案的申請日為2007年3月2日、申請號為200710084420.2，名稱為“部分合金化的氧化鋯粉末”。相關申請的交叉引用不適用。關于資助研究或開發的聲明不適用。引用序列表不適用。
本專利技術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。
技術介紹
近幾年來，陶瓷熱阻隔涂層（TBC）已經成功地用于工業燃氣輪機、飛機發動機、船舶推進裝置和其它熱金屬應用中。已經用于所述涂層應用的一種材料是用大約7重量％的氧化釔（Y2O3）穩定的氧化鋯（ZrO2），該材料也被稱為7YSZ。通常，來自這種材料的涂層提供了有利的性能組合，所述組合包含低導熱率、高熱膨脹系數和較高溫度范圍里的相穩定性。在某些情況下，使用具有7YSZ的TBC可以導致下面的金屬表面溫度下降多達170℃（300℉），因而提高了金屬部件的耐久性并使得發動機性能提高。對更高發動機效率、更高性能和增加的耐久性方面提出的要求已經產生了對于具有更佳保護性能的改進涂層的需要。沉積TBC可以采用例如等離子體噴涂方法來完成。在該方法中，將陶瓷粉末進料注入到高速等離子體流中，在此所述陶瓷粉末進料被同時熔融和向基材推進。當熔融的顆粒沖擊基材時，它們固化形成“薄片激冷金屬（splat）”，其積累形成TBC。實際上變成所形成的涂層的一部分的粉末進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總進料重量的比。為了既提高沉積速率又降低材料損失，改進沉積效率仍是涂覆工業的持續目標。
技術實現思路
本專利技術通過提供與氧化釔、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）粉來滿足上述關于提高涂層性能和沉積效率的需求。可以單獨或者以任何組合形式包含上述氧化物。根據本專利技術的一個實施方案，合金化氧化物的總量應當低于大約30重量％。一個實例是含有大約6-9重量％氧化釔的氧化鋯合金。該粉末通過對含有適量（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聚或者化學生成的氧化鋯復合粉末進行受控燒結或者光等離子體致密化（lightplasmadensification）來制備。本專利技術的粉末含有大約10體積％至大約75體積％的單斜相ZrO2或者未合金化的ZrO2。粉末的表觀密度大致為1.0-2.0g/cm3。當在相同加工條件下用于等離子體噴涂沉積方法中時，本專利技術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。使用本專利技術粉末得到的涂層具有低于大約5％的單斜相含量。在本專利技術的一個方面中，提供了制備部分合金化的氧化鋯復合粉末的方法，該方法包括下列步驟：（1）提供通過噴霧干燥、機械包覆或者磨碎（attritionmilling）形成的團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生成的氧化鋯復合粉末；和（2）通過將該粉末加熱到至少1400℃燒結所述團聚的粉末或者化學生成的粉末，其中對燒結工藝進行控制，以將合金化程度限制在大約25％至90％。在本專利技術的另一方面，提供了制備部分合金化的氧化鋯復合粉末的另一方法，該方法包括下列步驟：（1）提供通過噴霧干燥、機械包覆或者磨碎形成的團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生成的氧化鋯復合粉末；和（2）在環境空氣、低壓或者真空受控氣氛之一中使所述團聚粉末或者化學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％。在本專利技術的另一方面，提供了制備部分合金化的氧化鋯復合粉末的另一方法，該方法包括下列步驟：（1）提供通過噴霧干燥、機械包覆或者磨碎形成的團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生成的氧化鋯復合粉末；和（2）然后在環境空氣、低壓或者真空受控氣氛之一中使用對所述團聚粉末或者化學生成的粉末進行燒結和等離子體致密化的組合來使得所述粉末部分合金化，其中控制所述燒結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％。在本專利技術的又一方面，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。本專利技術的其它方面將由下面的說明給出，這些方面部分地將由所述說明變得顯而易見，或者可以通過實施本專利技術獲悉。本專利技術的這些方面可以通過下面特別指出的手段或其組合來實現和獲得。附圖說明附圖闡述了本專利技術的實施方案并與說明書一起用于解釋本專利技術的原理，這些附圖被包括進來以提供對本專利技術的進一步理解并結合到說明書中構成該說明書的一部分。在附圖中：圖1提供了根據本專利技術的粉末制造方法的流程圖；圖2提供了根據本專利技術使用的等離子體致密化裝置的示意圖；和圖3提供了根據本專利技術至少一個方面制備得到的涂層的顯微照片。具體實施方式現在將詳述本專利技術的優選實施方案，其實施例圖示于附圖中。本專利技術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當低于30重量％。一個實例是含有大約6重量％至大約9重量％的氧化釔的氧化鋯復合體，但是在要求保護的本專利技術范圍內可以設想無數的其它組合物。當在相同處理條件下進行等離子體噴涂時，這種粉末表現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合粉末含有大約10體積％至大約75體積％的單斜相ZrO2或者未合金化的ZrO2。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、團聚和燒結的粉末）通常含有低于10體積％的單斜相ZrO2或者未合金化的ZrO2。圖1提供了根據本專利技術產生和施加粉末的方法100的流程圖。在步驟S102中，提供了基礎粉末材料。該基礎材料是團聚或者化學生成的氧化鋯復合粉末，其含有適量的氧化釔、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。步驟S102的團聚粉末可以通過例如噴霧干燥、機械包覆或者磨碎而形成。然后，所述基礎粉末通過受控燒結（步驟S104）或者光等離子體致密化（步驟S106）部分合金化。備選地，該粉末可以使用燒結和等離子體致密化的組合進行部分合金化。在步驟S104中，燒結可以在任何能夠將粉末加熱到1400℃或者更高溫度的爐子中進行。在步驟S106中，等離子體致密化在等離子體裝置中實施。根據本專利技術的一個實施方案的等離子體裝置20本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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的氧化物中的一種或多種部分合金化的氧化鋯（ZrO2）復合粉末的方法，其中該粉末具有大約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，包括下列步驟：提供含有低于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中的一種或多種的團聚粉末或者化學生成的氧化鋯復合粉末；和通過將所述團聚粉末或者化學生成的粉末加熱到至少1400℃來燒結所述粉末，其中控制燒結工藝以將合金化程度限制在大約25體積％?90體積％；其中所述部分合金化的氧化鋯復合粉末的表觀密度為大約1.0?大約2.0g/cm3。

【技術特征摘要】
2006.03.03 US 11/3667481.制備與氧化釔、氧化鈧或者任意鑭系元素或者錒系元素的氧化物中的一種或多種部分合金化的氧化鋯復合粉末的方法，其中該粉末具有10％至75％的單斜相氧化鋯或者未合金化的氧化鋯，包括下列步驟：提供含有低于30重量％的氧化釔、氧化鈧或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物中的一種或多種的團聚粉末或者化學生成的氧化鋯復合粉末；和通過將所述團聚粉末或者化學生成的粉末加熱到至少1400℃來燒結所述粉末，其中控制燒結工藝以將合金化程度限制在25％-90％；其中所述部分合金化的氧化鋯復合粉末的表觀密度為1.0-2.0g/cm3。2.權利要求1的方法，其中所述團聚粉末通過噴霧干燥、機械包覆或者磨碎來形成。3.權利要求1的方法，其中所述團聚粉末或者化學生成的氧化鋯復合粉末含有6重量％至9重量％的氧化釔。4.權利要求1的方法，其中所述部分合金化的氧化鋯復合粉末具有對于熱噴涂應用而言典型的顆粒尺寸，通常為5微米至180微米。5.權利要求1的方法，其中鑭系元素氧化物為氧化鏑或者氧化鐿。6.制備與氧化釔、氧化鈧或者任意鑭系元素或者錒系元素的氧化物中的一種或多種部分合金化的氧化鋯復合粉末的方法，其中該粉末具有10％至75％的單斜相氧化鋯，包括下列步驟：提供含有低于30重量％的氧化釔、氧化鈧或者任意鑭系元素或者錒系元素氧化物中的一種或多種的團聚粉末或者化學生成的氧化鋯復合粉末；和使所述團聚粉末或者化學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25％-90％；其中所述部分合金化的氧化鋯復合粉末的表觀密度為1.0-2.0g/cm3。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M穆勒，MR多夫曼，L謝，
申請(專利權)人：蘇舍美特科美國公司，
類型：發明
國別省市：美國;US