[发明专利]一种陶瓷靶材及其制备方法和应用

说明书

本申请属于热障涂层技术领域。本发明提供了一种陶瓷靶材及其制备方法和应用，本发明陶瓷靶材采用下列摩尔百分比的原料制备得到氧化锆89～96％、氧化钪2～10％、氧化钇0.5～4％、其他稀土氧化物0.1～3％。本发明基于多元稀土协同掺杂对传统氧化锆材料优化改性，实现耐海洋环境腐蚀性能提升设计；本发明还提供了制备方法，将原料进行球磨、烘干、煅烧、造粒后，得到造粒粉体，对造粒粉体进行预压、二次加压和排胶，得到陶瓷靶材素坯，最后对素坯进行煅烧，即得陶瓷靶材；本发明的制备方法可从根本上避免Cl、S等杂质的引入且更适合批量工业化生产，得到的新型氧化锆基热障涂层材料可在模拟海洋环境具备优异的高温物相稳定性。

技术领域

本发明涉及热障涂层技术领域，尤其涉及一种陶瓷靶材及其制备方法和应用。

背景技术

目前，发展面向航空航天、舰船与海洋工程装备的前沿工程技术对提升海空资源开发能力、发展海洋经济和保障海空安全具有十分重要的战略地位。航空发动机和改燃气轮机热端部件防护已成为动力装置的核心技术，热障涂层(TBC)是以服役环境为需求导向、多性能协同发展、支撑构件隔热防护的关键技术之一，主要由表面氧化物陶瓷层和金属粘结层构成，兼顾耐高温、抗腐蚀和高隔热等特性，可有效提高金属构件的许用工作温度和抗高温能力，达到延长热端部件服役寿命和提高服役效率的目的。迄今为止，电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术和等离子喷涂(APS)技术是现行制备热障涂层的两大主流技术，尤其采用EB-PVD技术制备的氧化钇稳定氧化锆热障涂层体系综合服役性能最佳。然而，海洋环境服役发动机与陆基发动机相比面临着更为恶劣的工作环境，其主要表现为高温、高湿、高盐雾和富含Cl^-等腐蚀诱导物特点，对于热障涂层陶瓷材料的高温相稳定性、热力耦合性质、抗熔盐侵蚀性能等提出更苛刻的要求。随着航空航海高端装备对海洋环境适应能力和发动机涡轮入口温度提高的服役需求，逐步暴露出诸多不可忽视的核心问题，存在氧化锆相结构高温失稳、服役温度裕度不足、高温烧结加剧以及热导率过高等弊端。鉴于此，有必要开展面向海洋环境服役的航空发动机和改燃气轮机热端部件用热障涂层材料设计及其靶材的配套制备技术，以适应海洋环境服役EB-PVD热障涂层研制的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种陶瓷靶材及其制备方法和应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种陶瓷靶材，由包含下列摩尔百分数的原料制备得到：氧化锆89～96％、氧化钪2～10％、氧化钇0.5～4％、其他稀土氧化物0.1～3％；

所述其他稀土氧化物为氧化镱、氧化镧、氧化铈、氧化钆和氧化钐中的一种或几种。

本发明还提供了所述陶瓷靶材的制备方法，包含下列步骤：

(1)将原料顺次进行球磨和烘干，得到粉体；

(2)将粉体顺次进行煅烧和造粒，得到造粒粉体；

(3)将造粒粉体顺次进行预压、二次加压和排胶，得到陶瓷靶材素坯；

(4)将陶瓷靶材素坯进行煅烧，即得所述的陶瓷靶材。

作为优选，步骤(1)所述球磨中分散介质和原料的质量比为1.3～1.8：1；所述球磨中原料和研磨介质的质量比为1.0～2.0：1；

所述球磨的转速为500～1000r/min，时间为12～24h。

作为优选，步骤(1)中所述烘干的温度为60～80℃，时间为18～24h。

作为优选，步骤(2)中所述煅烧的温度为1400～1650℃，时间为3～12h。

作为优选，步骤(2)中所述造粒为将煅烧后的粉体、分散剂和粘结剂混合得到混料后进行离心喷雾造粒；

所述分散剂为PAANH_4；