CN108002828B

CN108002828B - 一种等离子喷涂用ysz陶瓷造粒粉及其制备方法

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Publication number: CN108002828B
Application number: CN201711307384.1A
Authority: CN
Inventors: 宋希文; 谢敏; 包金小; 周芬; 郜建全; 张永和; 郭文荣
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: CN108002828A

Abstract

本发明提供了一种等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉及其制备方法，通过将粒径为0.5～4μm的包含氧化钇和氧化锆的混合生料与淀粉混合，进行1350～1550℃的高温焙烧，得到YSZ熟料；随后将得到的YSZ熟料与分散剂和水混合，进行球磨处理，得到球磨浆液；再将得到的熟料浆液进行砂磨处理，得到砂磨浆液后与粘结剂混合，进行造粒，得到等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉。本发明在所述高温焙烧过程中实现氧化锆和氧化钇的固相反应，得到氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)，性能稳定；并且不引入酸根离子，高温焙烧温度较高，实现固相反应充分进行的同时能够将微量酸根离子烧出，从而提高了粉体的批次性能稳定性。

Description

一种等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷粉体技术领域，尤其涉及一种等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉及其制备方法。

背景技术

等离子喷涂热障涂层广泛应用于航空、航天、机械、军工等领域，其中Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(YSZ)以其高熔点、低热导率、相对较高的热膨胀系数和良好的耐腐蚀性而成为当今最受欢迎的热障涂层陶瓷材料。

随着科学技术的迅猛发展，诸如涡轮叶片、汽轮机燃烧室以及武器装备推进系统的热端部件等高温工况部件表面的工作条件越来越苛刻，等离子喷涂常规微米级陶瓷粉体获得的热障涂层的性能已经难以满足要求，亟需等离子喷涂用纳米级陶瓷粉体。

现今主要采用共沉淀法制备等离子喷涂用YSZ纳米陶瓷粉体，使用的原料为诸如氧氯化锆和硝酸钇的锆和钇的盐类物质，不可避免地引入大量的氯离子、硝酸根和铵根等污染性离子，将其溶于水中成为盐溶液后，加入氨水或氢氧化钠等碱性溶液中，反应生成氢氧化锆和氢氧化钇沉淀，再结合后续800℃左右的煅烧过程，得到YSZ纳米陶瓷粉体。但是共沉淀法会引入大量污染性离子，洗涤过程中不仅需要大量的去离子水，还会造成环境污染，增加废水处理成本，并且，共沉淀法制备的粉体中难免会残留部分酸根离子，将严重影响粉体的性能稳定性，进而使得制备得到的热障涂层使用寿命参差不齐。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉及其制备方法，本发明提供的制备方法无需采用锆和钇的盐类物质，避免在原料中引入污染性离子，能够得到性能稳定的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供包含氧化钇和氧化锆的混合生料；所述混合生料的粒径为0.5～4μm；

(2)将所述混合生料与淀粉混合，进行高温焙烧，得到YSZ熟料；所述高温焙烧的温度为1350～1550℃；

(3)将所述步骤(2)得到的YSZ熟料与分散剂和水混合，进行球磨处理，得到球磨浆液；

(4)将所述步骤(3)得到的球磨浆液进行砂磨处理，得到砂磨浆液；

(5)将所述步骤(4)得到的砂磨浆液与粘结剂混合，进行造粒，得到等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉。

优选的，所述混合生料中氧化锆和氧化钇的质量比为(900～940)：(60～100)。

优选的，所述混合生料的制备方法包括：将含有氧化锆、氧化钇、分散剂和水的混合浆料依次进行球磨处理和干燥处理，得到包含氧化钇和氧化锆的混合生料；

所述混合浆料中氧化锆和氧化钇的总质量与水的质量比为(55～65)：(35～45)；

所述混合浆料中分散剂的质量与所述氧化锆和氧化钇的总质量的比为100:(0.20～1.0)。

优选的，所述步骤(2)中高温焙烧的时间为2～6h。

优选的，所述步骤(2)中淀粉和混合生料质量比为(2～6)：100。

优选的，所述步骤(3)中的分散剂为聚丙烯酸铵、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚甲基丙烯酸氨和聚乙二醇中的一种或多种；

所述分散剂与YSZ熟料的质量比为(0.2～1.0)：100；

所述步骤(3)中YSZ熟料的质量与水的质量比为(55～65)：(35～45)。

优选的，所述步骤(3)中球磨处理的转速为40～80r/min，所述球磨处理的时间为12～24h。

优选的，所述步骤(4)中砂磨处理的转速为800～1200r/min，所述砂磨处理的时间为2～6h。

优选的，所述步骤(5)中粘结剂的用量以所述砂磨浆液中YSZ熟料的质量计，所述YSZ熟料与粘结剂的质量比为100:(0.3～1.5)。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉，包括：90～94wt％的氧化锆和6～10wt％的氧化钇稳定剂；所述YSZ陶瓷造粒粉的粒径为30～150μm。

本发明提供了一种等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：将粒径为0.5～4μm的包含氧化钇和氧化锆的混合生料与淀粉混合，进行1350～1550℃的高温焙烧，得到YSZ熟料；随后将得到的YSZ熟料与分散剂和水混合，进行球磨处理，得到球磨浆液；再将得到的熟料浆液进行砂磨处理，得到砂磨浆液后与粘结剂混合，进行造粒，得到等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉。

本发明在所述高温焙烧过程中实现氧化锆和氧化钇的固相反应，得到氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)，即让氧化钇固溶到氧化锆的晶格中，得到四方相和立方相混合的相结构，该结构稳定，进而性能稳定。并且本发明不引入酸根离子，所述高温焙烧温度较高，实现固相反应充分进行的同时能够将市售氧化锆和氧化钇中残留的微量酸根离子烧出，有效弥补共沉淀法制备工艺中因酸根离子含量高而造成粉体性能不稳定的缺陷，从而提高了粉体的批次性能稳定性。实施例的结果表明，本发明制备得到等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉性能稳定，使得同一批次制备得到的热障涂层的使用寿命均一。

附图说明

图1为本发明实施例3中经1450℃烧结4h所得到的YSZ熟料的XRD图；

图2本发明实施例4中经1100r/min砂磨3h所得到的YSZ陶瓷粉体的场发射电子扫描显微镜图片；

图3为本发明实施例4所制备得到的YSZ陶瓷造粒粉的光学显微镜图片；

图4为本发明实施例1中得到的YSZ造粒粉体经等离子喷涂制备的热障涂层a的截面形貌图；

图5为本发明实施例1得到的YSZ造粒粉体经等离子喷涂制备的热障涂层b的截面光学显微形貌图；

图6为本发明实施例1得到的YSZ造粒粉体经等离子喷涂制备的热障涂层c的截面光学显微形貌图；

图7为本发明实施例1得到的YSZ造粒粉体经等离子喷涂制备的热障涂层d的截面光学显微形貌图。

具体实施方式

本发明提供了一种等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：

本发明提供的包含氧化钇和氧化锆的混合生料，所述混合生料中氧化锆和氧化钇的质量比优选为(900～940)：(60～100)，进一步优选为(915～935)：(65～85)，更优选为930：70。在本发明中，所述混合生料的粒径为0.5～4μm，优选为1～3μm，更优选为1.5～2μm。

在本发明中，所述混合生料的制备方法优选包括：将含有氧化锆、氧化钇、分散剂和水的混合浆料依次进行球磨处理和干燥处理，得到包含氧化钇和氧化锆的混合生料。

本发明对所述氧化锆和氧化钇的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的氧化锆和氧化钇的市售商品即可。在本发明中，所述混合浆料中氧化锆和氧化钇的总质量与水的质量比优选为(55～65)：(35～45)，进一步优选为(56～62)：(38～44)，更优选为(58～61)：(39～42)，最优选为60：40。

在本发明中，制备所述混合生料用分散剂优选为聚丙烯酸铵、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚甲基丙烯酸氨和聚乙二醇中的一种或多种。当选用多种分散剂时，本发明中不同种类分散剂优选按照等质量份加入。本发明对所述分散剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。

在本发明中，所述混合浆料中分散剂的质量与所述氧化锆和氧化钇的总质量的比优选为100:(0.20～1.0)，进一步优选为100：(0.25～0.85)，更优选为100：(0.5～0.55)。在本发明中，所述分散剂为有机物，并且使用量较少，没有引入酸根离子的弊端。

本发明优选对所述混合浆料依次进行球磨处理和干燥处理，得到包含氧化钇和氧化锆的混合生料。在本发明中，所述球磨处理的转速优选为120～160r/min，进一步优选为125～155r/min，更优选为130～140r/min。在本发明中，所述球磨处理的时间优选为2～6h，进一步优选为2.5～5.5h，更优选为3～5h。在本发明中，所述球磨所使用的研磨体优选为氧化锆球；所述研磨体的粒径优选为3～8mm，进一步优选为3.5～7mm，更优选为4～5mm。

在本发明中，所述球磨处理优选在球磨机中进行；所述球磨机优选为搅拌球磨机或辊磨机。

在本发明中，所述球磨能够实现对氧化锆和氧化钇的细化，便于得到目标粒径的含有氧化锆和氧化钇的混合生料，进而确保后续焙烧过程中，固相反应的进行；并且所述球磨有助于氧化锆和氧化钇的均匀混合，便于后续固相反应的充分进行。

所述球磨处理后，本发明优选对所述球磨浆料进行干燥处理，得到包含氧化钇和氧化锆的混合生料。在本发明中，所述混合生料的含水率优选为0.5wt％以下。在本发明中，所述干燥处理的方式优选为喷雾干燥、电热烘箱干燥、蒸发器干燥、离心脱水和压滤脱水中的一种或多种。本发明对所述离心脱水和压滤脱水的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本发明中，当采用电热烘箱干燥或蒸发器干燥的方式时，所述干燥处理的温度优选为80～100℃，进一步优选为85～95℃，更优选为90～95℃；所述干燥处理的时间优选为5～15h，进一步优选为8～12h，更优选为9～10h。在本发明中，当采用喷雾干燥的方式时，所述喷雾干燥的雾化频率优选为40～50Hz，进一步优选为45Hz。在本发明中，所述喷雾干燥的进风温度优选为220～250℃，进一步优选为230～240℃；所述喷雾干燥的出风温度优选为85～100℃，进一步优选为90～95℃。本发明对所述喷雾干燥的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的喷雾干燥即可。

得到所述混合生料后，本发明将所述混合生料与淀粉混合，进行高温焙烧，得到YSZ熟料。

在本发明中，所述混合生料与淀粉的质量比优选为(2～6)：100，进一步优选为(2.5～5.5)：100，更优选为(3～4.5)：100。本发明对所述淀粉的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的淀粉即可。本发明将所述淀粉和混合生料混合后，所述淀粉在高温焙烧过程中能够分解挥发，留下气孔，可以有效防止物料成块，有利于后续球磨过程中，YSZ熟料的细化。

本发明对所述混合生料和淀粉的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的物料混合方式，以能实现混合生料和淀粉的均匀混合即可。

完成所述混合后，本发明对混合料进行高温焙烧，得到YSZ熟料。在本发明中，所述高温焙烧的温度为1350～1550℃，优选为1400～1500℃，进一步优选为1420～1480℃；在本发明的实施例中，所述焙烧的温度具体为1370℃、1410℃、1430℃、1470℃或1520℃。在本发明中，所述焙烧的时间优选为2～6h，进一步优选为3～5h；在本发明的实施例中，所述焙烧的时间具体为2.5h、3.5h、4.0h、4.5h或5.5h。本发明在所述高温焙烧过程中实现氧化锆和氧化钇的固相反应，得到氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)，即让氧化钇固溶到氧化锆的晶格中，得到四方相和立方相混合的相结构，该结构稳定，进而性能稳定；并且所述高温焙烧温度较高，实现固相反应充分进行的同时能够将市售氧化锆和氧化钇中残留的微量酸根离子烧出，避免酸根离子对热障涂层的使用寿命的影响；所述高温焙烧还能避免温度过高导致的焙烧物料的过度硬化以及颗粒的过度长大。

所述高温焙烧后，本发明对所述YSZ熟料与分散剂和水混合，进行球磨处理，得到球磨浆液。在本发明中，所述分散剂优选为聚丙烯酸铵、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚甲基丙烯酸氨和聚乙二醇中的一种或多种；本发明所述分散剂的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。在本发明中，所述水优选为蒸馏水或去离子水。

在本发明中，所述分散剂与YSZ熟料的质量比优选为(0.2～1.0)：100，进一步优选为(0.3～0.9)：100，更优选为(0.5～0.7)：100。在本发明中，所述YSZ熟料的质量优选为YSZ熟料与水的总质量的55～65％，进一步优选为58～62％，更优选为60～61％。

本发明对所述YSZ熟料与分散剂和水的混合方式，没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的物料和水的混合方式即可。

所述混合后，本发明对所述混合得到的熟料浆液进行球磨处理，得到球磨浆液。在本发明中，所述球磨处理的转速优选为40～80r/min，进一步优选为45～75r/min，进一步优选为50～60r/min；所述球磨处理的时间优选为12～24h，进一步优选为15～20h，更优选为16～18h。在本发明中，所述球磨所使用的研磨体优选为氧化锆球；所述研磨体的粒径优选为10～30mm，进一步优选为15～28mm，更优选为20～25mm。

在本发明中，所述淀粉在高温焙烧过程中能够分解挥发，留下气孔，可以有效防止物料成块，有助于YSZ熟料的球磨过程中有效细化，不仅降低耗能，还能确保球磨过程的顺利进行。

在本发明中，所述YSZ熟料球磨后的球磨浆液中YSZ熟料的粒径优选为4μm以下，进一步优选为0.5～4μm。

本发明对所述球磨处理的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的球磨处理的方式即可。

所述球磨处理后，本发明对所述得到的球磨浆液进行砂磨处理，得到砂磨浆液。所述砂磨处理前，本发明优选对所述球磨浆液中YSZ熟料和水的质量比进行调整，得到预砂磨处理用浆液；所述预砂磨处理用浆液中YSZ熟料的质量为YSZ熟料和水的总质量的45～55％，进一步优选为46～52％，更优选为48～50％。在本发明中，所述质量比的调整优选通过水的添加实现。

在本发明中，所述砂磨处理的转速优选为800～1200r/min，进一步优选为850～1150r/min，更优选为900～1100r/min，最优选为1000～1050r/min。在本发明中，所述砂磨处理的时间优选为2～6h，进一步优选为2.5～5.5h，更优选为3～5h，最优选为4～4.5h。在本发明中，所述砂磨所使用的研磨体优选为氧化锆球；所述研磨体的粒径优选为0.1～0.8mm，进一步优选为0.2～0.5mm，更优选为0.3～0.4mm。

在本发明中，所述砂磨处理优选在砂磨机中进行；本发明对所述砂磨机的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的砂磨机即可；在本发明的实施例中，所述砂磨机的型号根据所需进行砂磨处理的浆料的总量确定。

在本发明中，所述砂磨浆液中YSZ熟料的粒径优选为100nm以下，进一步优选为80nm以下。

本发明对所述砂磨处理的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的砂磨处理的方式即可。

本发明前述高温焙烧过程中存在物料的硬化和晶粒长大的过程，经过球磨再砂磨的处理方式，能够充分发挥砂磨处理的优势，实现焙烧料的细化。

所述砂磨处理后，本发明将所述得到的砂磨浆液与粘结剂混合，进行造粒，得到等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉。本发明对所述粘结剂的种类没有特殊要求，选择本领域技术人员所熟知的陶瓷用粘结剂即可，具体的如聚乙烯醇。在本发明中，所述粘结剂的用量优选以所述砂磨浆液中YSZ熟料的质量计，所述YSZ熟料与粘结剂的质量比优选为100:(0.3～1.5)，进一步优选为100:(0.4～1.2)，更优选为100:(0.5～1.0)，更优选为100:(0.75～0.8)。

本发明对所述砂磨浆液和粘结剂的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的浆料混合方式即可。

本发明对所述混合得到的浆料进行造粒，得到等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉。在本发明中，所述造粒优选为喷雾造粒。在本发明中，所述喷雾造粒的雾化频率优选为36～48Hz，进一步优选为38～45Hz，更优选为40.5～41.5Hz。在本发明中，所述喷雾造粒的进风温度优选为220～230℃，进一步优选为222～228℃，更优选为225～226℃；所述喷雾造粒的出风温度优选为85～100℃，进一步优选为88～98℃，更优选为90～95℃。本发明对所述喷雾造粒的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的喷雾造粒即可。

本发明无需采用锆和钇的盐类物质，避免在原料中引入大量酸根、铵根等污染性离子，即使原料中含有少量的酸根离子，并且焙烧温度高，也能够将原料中的酸根离子全部烧出，有效弥补共沉淀法制备工艺中因酸根离子含量高而造成粉体性能不稳定的缺陷，从而提高了粉体的批次及性能稳定性。本发明只需通过湿法球磨和湿法砂磨即可将粉体细化至纳米级(100nm以下)，制备过程简易方便，成本低，周期短，重复性好，更适合工业生产，解决了共沉淀法中能耗及成本高，环境污染大等问题，符合未来新材料制备工艺的发展要求。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的制备方法得到的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉，包括：90～94wt％的氧化锆和6～10wt％的氧化钇稳定剂；所述YSZ陶瓷造粒粉的粒径为30～150μm。在本发明中，所述等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉为氧化钇部分稳定的氧化锆，为四方相和立方相混合的相结构，即氧化钇固溶到氧化锆的晶格结构。在本发明中，所述等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉的粒径为30～150μm，优选为50～130μm，或优选为80～150μm；或优选为60～130μm。在本发明中，所述等离子喷涂有YSZ陶瓷造粒粉包括90～94wt％的氧化锆，优选为91.5～93.5wt％，更优选为93wt％；所述等离子喷涂有YSZ陶瓷造粒粉包括6～10wt％的氧化钇稳定剂，优选为6.5～8.5wt％，更优选为7wt％。

下面结合实施例对本发明提供的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

以氧化锆和氧化钇总质量为1000份计算，精确称取氧化锆为940份，氧化钇为60份，分散剂聚甲基丙烯酸氨为2份，加入去离子水，调节混合浆料中氧化锆和氧化钇的质量和为氧化锆、氧化钇和去离子水总质量的55％，将物料通过搅拌球磨机球磨2h，研磨体为粒径3～4mm的氧化锆球，球磨转速为160r/min。

将搅拌球磨后的浆料进行喷雾烘干，调节雾化频率为45Hz，进风温度240℃，出风温度90℃，得到氧化钇氧化锆混合生料。

精确称取氧化钇氧化锆混合生料1000份和淀粉20份，将二者拌匀后于1350℃烧结6h，得到YSZ熟料。对得到的YSZ熟料进行XRD分析，可知，高温煅烧得到的YSZ熟料已经合成四方相和立方相的混合相结构，没有单斜相出现，说明稳定剂氧化钇已经固溶到氧化锆晶格之中。

分别精确称取YSZ熟料1000份，分散剂聚甲基丙烯酸氨为2份，加入去离子水，得到熟料浆液；调节熟料浆液中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的55％，将熟料浆液通过球磨机球磨24h，研磨体为粒径10～20mm的氧化锆球，球磨转速为40r/min，得到球磨浆液。

将球磨后的浆料导入砂磨机内，调节浆料中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的45％，继续砂磨6h，研磨体为粒径0.6～0.8mm的氧化锆珠，砂磨转速为800r/min，得到砂磨浆液。对得到的砂磨浆液中的YSZ陶瓷粉体进行场发射电子扫描显微镜检测，可知，砂磨后YSZ陶瓷粉体已经细化至纳米级别，粒径均匀，小于100纳米。

将砂磨浆液导出并加入YSZ熟料总质量的1.5％的聚乙烯醇粘结剂，进行喷雾造粒，即可得到粒径为60～150μm的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉，球形度和流动性良好，其中设置喷雾造粒设备工艺参数为雾化频率为36Hz，进风温度220℃，出风温度85℃。

采用实施例1制备得到的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉进行热障涂层的制备，得到a热障涂层、b热障涂层、c热障涂层和d热障涂层；其截面形貌图分别如图4、图5、图6和图7所示，由图可以看出，粉体在等离子流的作用下熔融程度较为一致，纳米粉体熔融形成的颗粒分布均匀且尺寸大小相近，未见大尺寸的未熔融夹杂物以及裂纹，组织更为均匀和致密，4个热障涂层的组织结构一致；并且4个热障涂层的寿命相当。本发明提供的YSZ陶瓷造粒粉性能稳定，同一批次制备得到的热障涂层的使用寿命均一。

实施例2

以氧化锆和氧化钇总质量为1000份计算，精确称取氧化锆为930份，氧化钇为70份，分散剂聚丙烯酸铵为4份，加入去离子水，调节混合浆料中氧化锆和氧化钇的质量和为氧化锆、氧化钇和去离子水总质量的58％，将物料通过搅拌球磨机球磨3h，研磨体为粒径4～5mm的氧化锆球，球磨转速为150r/min。

将搅拌球磨后的浆料直接经电热烘箱于90℃干燥12h，得到氧化钇氧化锆混合生料。

精确称取氧化钇氧化锆混合生料1000份和淀粉30份，将二者拌匀后于1400℃烧结5h，得到YSZ熟料。对得到的YSZ熟料进行XRD分析，可知，高温煅烧得到的YSZ熟料已经合成四方相和立方相的混合相结构，没有单斜相出现，说明稳定剂氧化钇已经固溶到氧化锆晶格之中。

分别精确称取YSZ熟料1000份，分散剂聚丙烯酸铵为4份，加入去离子水，得到熟料浆液；调节熟料浆液中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的58％，将熟料浆液通过球磨机球磨21h，研磨体为粒径15～20mm的氧化锆球，球磨转速为50r/min，得到球磨浆液。

将球磨后的浆料导入砂磨机内，调节浆料中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的48％，继续砂磨5h，研磨体为粒径0.5～0.6mm的氧化锆珠，砂磨转速为900r/min，得到砂磨浆液。对得到的砂磨浆液中的YSZ陶瓷粉体进行场发射电子扫描显微镜检测，可知，砂磨后YSZ陶瓷粉体已经细化至纳米级别，粒径均匀，小于100纳米。

将砂磨浆液导出并加入YSZ熟料总质量的1.2％的聚乙烯醇粘结剂，进行喷雾造粒，即可得到粒径为50～130μm的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉，球形度和流动性良好，其中设置喷雾造粒设备工艺参数为雾化频率为39Hz，进风温度240℃，出风温度90℃。

将制备得到的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉进行热障涂层的制备，得到a热障涂层、b热障涂层、c热障涂层和d热障涂层；4个热障涂层的组织结构一致；并且4个热障涂层的寿命相当。本发明提供的YSZ陶瓷造粒粉性能稳定，同一批次制备得到的热障涂层的使用寿命均一。

实施例3

以氧化锆和氧化钇总质量为1000份计算，精确称取氧化锆为920份，氧化钇为80份，分散剂三聚磷酸钠为6份，加入去离子水，调节混合浆料中氧化锆和氧化钇的质量和为氧化锆、氧化钇和去离子水总质量的60％，将物料通过搅拌球磨机球磨4h，研磨体为粒径5～6mm的氧化锆球，球磨转速为140r/min。

将搅拌球磨后的浆料经蒸发器于80℃干燥8h，得到氧化钇氧化锆混合生料。

精确称取氧化钇氧化锆混合生料1000份和淀粉40份，将二者拌匀后于1450℃烧结4h，得到YSZ熟料。对得到的YSZ熟料进行XRD分析，结果如图1所示。由图1可知，高温煅烧得到的YSZ熟料已经合成四方相和立方相的混合相结构，没有单斜相出现，说明稳定剂氧化钇已经固溶到氧化锆晶格之中。

分别精确称取YSZ熟料1000份，分散剂三聚磷酸钠为6份，加入去离子水，得到熟料浆液；调节熟料浆液中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的60％，将熟料浆液通过球磨机球磨18h，研磨体为粒径15～25mm的氧化锆球，球磨转速为60r/min，得到球磨浆液。

将球磨后的浆料导入砂磨机内，调节浆料中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的50％，继续砂磨4h，研磨体为粒径0.4～0.5mm的氧化锆珠，砂磨转速为1000r/min，得到砂磨浆液。对得到的砂磨浆液中的YSZ陶瓷粉体进行场发射电子扫描显微镜检测，可知，砂磨后YSZ陶瓷粉体已经细化至纳米级别，粒径均匀，小于100纳米。

将砂磨浆液导出并加入YSZ熟料总质量的0.9％的聚乙烯醇粘结剂，进行喷雾造粒，即可得到粒径为40～120μm的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉，球形度和流动性良好，其中设置喷雾造粒设备工艺参数为雾化频率为42Hz，进风温度270℃，出风温度95℃。

实施例4

以氧化锆和氧化钇总质量为1000份计算，精确称取氧化锆为910份，氧化钇为90份，分散剂六偏磷酸钠为8份，加入去离子水，调节混合浆料中氧化锆和氧化钇的质量和为氧化锆、氧化钇和去离子水总质量的62％，将物料通过搅拌球磨机球磨5h，研磨体为粒径6～7mm的氧化锆球，球磨转速为130r/min。

将搅拌球磨后的浆料进行离心脱水，再经电热烘箱于90℃干燥5h，得到氧化钇氧化锆混合生料。

精确称取氧化钇氧化锆混合生料1000份和淀粉50份，将二者拌匀后于1500℃烧结3h，得到YSZ熟料。对得到的YSZ熟料进行XRD分析，可知，高温煅烧得到的YSZ熟料已经合成四方相和立方相的混合相结构，没有单斜相出现，说明稳定剂氧化钇已经固溶到氧化锆晶格之中。

分别精确称取YSZ熟料1000份，分散剂六偏磷酸钠为8份，加入去离子水，得到熟料浆液；调节熟料浆液中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的62％，将熟料浆液通过球磨机球磨15h，研磨体为粒径20～25mm的氧化锆球，球磨转速为70r/min，得到球磨浆液。

将球磨后的浆料导入砂磨机内，调节浆料中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的52％，继续砂磨3h，研磨体为粒径0.3～0.4mm的氧化锆珠，砂磨转速为1100r/min，得到砂磨浆液。对得到的砂磨浆液中的YSZ陶瓷粉体进行场发射电子扫描显微镜检测，结果如图2所示。由图2可知，砂磨后YSZ陶瓷粉体已经细化至纳米级别，粒径均匀，小于100纳米。

将砂磨浆液导出并加入YSZ熟料总质量的0.6％的聚乙烯醇粘结剂，进行喷雾造粒，即可得到粒径为30～100μm的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉，其中设置喷雾造粒设备工艺参数为雾化频率为45Hz，进风温度300℃，出风温度95℃。对制备得到YSZ陶瓷造粒粉进行光学显微分析，结果如图3所示。由图3可知，将纳米粉体喷雾造粒后，得到了球形度、流动性良好，粒径均匀的30～100um的造粒粉体。

实施例5

以氧化锆和氧化钇总质量为1000份计算，精确称取氧化锆为900份，氧化钇为100份，分散剂聚乙二醇为10份，加入去离子水，调节混合浆料中氧化锆和氧化钇的质量和为氧化锆、氧化钇和去离子水总质量的65％，将物料通过搅拌球磨机球磨6h，研磨体为粒径7～8mm的氧化锆球，球磨转速为120r/min。

将搅拌球磨后的浆料进行压滤脱水，再经电热烘箱于90℃干燥5h，得到氧化钇氧化锆混合生料。

精确称取氧化钇氧化锆混合生料1000份和淀粉60份，将二者拌匀后于1550℃烧结2h，得到YSZ熟料。对得到的YSZ熟料进行XRD分析，可知，高温煅烧得到的YSZ熟料已经合成四方相和立方相的混合相结构，没有单斜相出现，说明稳定剂氧化钇已经固溶到氧化锆晶格之中。

分别精确称取YSZ熟料1000份，分散剂聚乙二醇为10份，加入去离子水，得到熟料浆液；调节熟料浆液中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的65％，将熟料浆液通过球磨机球磨12h，研磨体为粒径20～30mm的氧化锆球，球磨转速为80r/min，得到球磨浆液。

将球磨后的浆料导入砂磨机内，调节浆料中YSZ熟料为YSZ熟料和去离子水总质量的55％，继续砂磨2h，研磨体为粒径0.1～0.2mm的氧化锆珠，砂磨转速为1200r/min，得到砂磨浆液。对得到的砂磨浆液中的YSZ陶瓷粉体进行场发射电子扫描显微镜检测，可知，砂磨后YSZ陶瓷粉体已经细化至纳米级别，粒径均匀，小于100纳米。

将砂磨浆液导出并加入YSZ熟料总质量的0.3％的聚乙烯醇粘结剂，进行喷雾造粒，即可得到粒径为30～80μm的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉，球形度和流动性良好，其中设置喷雾造粒设备工艺参数为雾化频率为48Hz，进风温度320℃，出风温度100℃。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉的制备方法，包括以下步骤：

(5)将所述步骤(4)得到的砂磨浆液与粘结剂混合，进行造粒，得到等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉；

所述混合生料中氧化锆和氧化钇的质量比为(915～935)：(65～85)。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合生料的制备方法包括：将含有氧化锆、氧化钇、分散剂和水的混合浆料依次进行球磨处理和干燥处理，得到包含氧化钇和氧化锆的混合生料；

所述混合浆料中分散剂的质量与所述氧化锆和氧化钇的总质量的比为100：(0.20～1.0)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中高温焙烧的时间为2～6h。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中淀粉和混合生料的质量比为(2～6)：100。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的分散剂为聚丙烯酸铵、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚甲基丙烯酸氨和聚乙二醇中的一种或多种；

所述分散剂与YSZ熟料的质量比为(0.2～1.0)：100；

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中球磨处理的转速为40～80r/min，所述球磨处理的时间为12～24h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中砂磨处理的转速为800～1200r/min，所述砂磨处理的时间为2～6h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中粘结剂的用量以所述砂磨浆液中YSZ熟料的质量计，所述YSZ熟料与粘结剂的质量比为100：(0.3～1.5)。

9.权利要求1～8任意一项所述的制备方法得到的等离子喷涂用YSZ陶瓷造粒粉，包括：90～94wt％的氧化锆和6～10wt％的氧化钇稳定剂；所述YSZ陶瓷造粒粉的粒径为30～150μm。