[发明专利]一种电子束物理气相沉积用稳定氧化锆陶瓷靶材及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子束物理气相沉积用稳定氧化锆陶瓷靶材及制备方法，采用高纯氧化物为原料，通过二步固相烧成法制备沉积性能良好的陶瓷靶材，属于陶瓷材料制备领域。

技术背景

电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术制备的热障涂层由于具有柱状晶结构、涂层具有更高的应变容限，结合强度大、热循环寿命高，涂层结构更致密、抗氧化及热腐蚀性能更好，涂层表面的光洁度高、有利于保持叶片的空气动力学性能等优点，目前已广泛应用于航空涡轮发动机转子叶片和导向叶片。然而，国内在热障涂层材料及其制备工艺方面与国外存在较大差距，涂层性能一直无法满足发动机工程化应用要求。作为EB-PVD制备涂层的原材料，陶瓷靶材的性能将直接影响EB-PVD沉积涂层的沉积工艺、涂层的结构和使用性能。目前，我国在EB-PVD用陶瓷靶材制备方面的专项研究尚未广泛深入开展，尤其是以氧化物原料直接制备高性能陶瓷靶材相关研究经验积累较少，尚无法满足制备高性能EB-PVD涂层的需求、尤其是工程化应用的需求，因此急需开发高性能陶瓷靶材的成熟制备方法及工艺，以适应我国高性能航空发动机对EB-PVD热障涂层研制的需求。

本发明主要针对目前国内EB-PVD热障涂层用陶瓷靶材存在的化学组分易偏析、晶粒粒径差别大、致密度和杂质难以控制、批次一致性差等导致的涂层成分和相结构偏离设计值、表面粗糙度大、工艺控制复杂、涂层质量稳定性差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质量稳定，靶材化学成分准确，外表光滑无裂纹，高温体积无收缩，相对密度在60-70%，显微结构均匀，晶粒度小于5μm，易于在电子束流下快速蒸发的一种电子束物理气相沉积用稳定氧化锆陶瓷靶材及制备方法。

本发明的技术方案为：

一种电子束物理气相沉积用稳定氧化锆陶瓷靶材，包括下列物料，按重量百分计组分：氧化锆93-90%、氧化物稳定剂为7~10%Y₂O₃。或按摩尔比计组分：10~20mol YO_1.5、10~20mol TaO_2.5，其余为氧化锆；或者10~20mol YO_1.5、10~20mol TaO_2.5、1~6mol%NdO_1.5，其余为氧化锆；或者10~20mol YO_1.5、10~20mol TaO_2.5、1~6mol%SmO_1.5，其余为氧化锆；或者10~20mol YO_1.5、10~20mol TaO_2.5、1~6mol%GdO_1.5，其余为氧化锆。其中，氧化锆及氧化物稳定剂纯度高于99.9%。 

进一步：氧化物稳定剂YO_1.5与TaO_2.5共稳定时， TaO_2.5掺入量高于YO_1.51~3mol。

一种电子束物理气相沉积用稳定氧化锆陶瓷靶材制备方法，将质量百分比氧化锆93-90%、氧化物稳定剂7~10%Y₂O₃；或按摩尔比计：10~20mol YO_1.5、10~20mol TaO_2.5，其余为氧化锆；或按摩尔比计：10~20mol YO_1.5、10~20mol TaO_2.5、1~6mol%NdO_1.5，其余为氧化锆；或按摩尔比计：10~20mol YO_1.5、10~20mol TaO_2.5、1~6mol%SmO_1.5，其余为氧化锆；或按摩尔比计：10~20mol YO_1.5、10~20mol TaO_2.5、1~6mol%GdO_1.5，其余为氧化锆，采用二步固相烧成法结合等静压高压成型制备陶瓷靶材，于1450~1600℃高温煅烧10~15h得到稳定氧化锆陶瓷粉体，使用10~30Mpa双向模压预压成型结合与200~250Mpa下冷等静压高压成型方法进行陶瓷靶材素坯的成型，在950~1200℃低温烧成10~12h制得EB-PVD陶瓷靶材。

一种电子束物理气相沉积用稳定氧化锆陶瓷靶材制备方法，方法步骤如下：