本發明專利技術公開了一種在多孔陶瓷基體表面料漿噴涂制備陶瓷涂層的方法，該方法包括：基體處理，料漿制備，噴涂，干燥，燒制過程；該方法通過空氣霧化噴槍噴涂料漿，可批量獲得均勻的涂層試樣，燒制后獲得的涂層致密均勻，與多孔陶瓷基體結合良好，界面清晰，涂層不會向多孔基體嚴重浸滲。涂層可明顯降低多孔陶瓷基體的吸水率，提高表面硬度并降低基體的沖蝕率。該方法與現有技術相比具有工藝簡單，生產效率高，成本低等優點，易于批量生產和工業化應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于陶瓷涂層制備
，具體涉及。
技術介紹
多孔陶瓷由于具有密度小，耐高溫，抗熱震，低熱膨脹系數，是良好的高溫隔熱材料和結構材料。但在使用過程中，其通氣孔內部容易形成對流換熱以及多孔結構容易吸收水汽而嚴重影響部件的性能；另外，多孔結構還使基體表面強度降低，容易萌生微裂紋，大幅降低了多孔陶瓷構件的強度和耐沖蝕性能。 針對這一問題，目前國內外的解決方法主要包括溶膠凝膠法、CVD法和等離子噴涂等方法制備涂層。文獻“多孔氮化硅表面封孔增強涂層研究(王樹彬，李世杰，張躍.無機材料學報.2008(4) :769-773)”和“多孔Si3N4表面Al-Y-Si-O-N陶瓷涂層的制備和表征(王超，趙國慶，范錦鵬，張大海，王紅潔.宇航材料工藝.2012，42 (2) :84-87)”采用溶膠凝膠法在多孔氮化硅表面制備陶瓷涂層，獲得的涂層使基體的吸水率降低了 90-96%，基體強度有所提高。但溶膠凝膠法工藝復雜，生產周期長，成本較高，溶膠需要反復多次涂刷或浸潰，涂層才能達到一定的厚度。另外，溶膠在涂覆過程中向多孔基體內浸滲，使得涂層與多孔基體的過渡層過厚，會影響多孔基體的性能。文獻“CVD法在多孔陶瓷基體上制備氮化硅涂層的顯微結構及性能研究(李家亮.武漢武漢理工大學，2008)”, “Comparison in microstructure and mechanicalproperties of porous Si3N4 ceramics with SiC and Si3N4 coatings (Li X M, Yin Xff, Zhang L T. et al. Materials Science and EngineeringA. 2009 :1-7)，，和“Effectof chemical vapor deposition of Si3N4, BN and B4Ccoatings on the mechanical anddielectric properties of porous Si3N4 ceramic(LiX M,Zhang L T, Yin X ff. ScriptaMaterialia. 2012,66 :33-36) ”中采用CVD法在多孔氮化硅陶瓷基體表面制備了 Si3N4,BN，B4C等涂層，使得多孔基體的吸水率下降了 95-99%，提高了基體的抗彎強度等性能，但是CVD法有成本高，設備復雜，沉積效率低，而且難以在復雜形狀基體表面沉積等問題，嚴重限制了該方法的實際應用和生產。專利201110380582. 7(王紅潔，王超，陳紀偉，喬冠軍，楊建峰.一種在多孔陶瓷基體表面制備陶瓷涂層的方法)公開了一種采用超音速等離子噴涂法在多孔陶瓷基體表面制備陶瓷涂層的方法，該方法通過涂層顆粒釘扎在多孔基體中形成良好的結合，涂層致密，可明顯降低多孔陶瓷基體的吸水率，提高表面硬度。但是超音速等離子噴涂粒子快速沉積過程是一個非平衡態熱力學過程，半熔融狀態的粒子沉積后會迅速冷卻，這使得涂層內的部分存在較多的非晶相，且涂層內產生較大的殘余應力，使涂層表面容易產生微裂紋等缺陷。這將影響涂層的致密性以及涂層的力學性能。綜上所述，目前這些技術都存在較為明顯的缺點，無法在實際的生產中應用。同時，多孔陶瓷的實際應用對于一種可以高效率，低成本制備該類涂層的技術或方法又有著迫切的需求。
技術實現思路
為解決上述現有技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提供，該方法能夠在多孔陶瓷基體表面制備一層均勻，致密，結合良好，力學性能優異的陶瓷涂層，且具有簡單高效、成本低的優點。為達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是，包括如下步驟步驟I基體處理選取多孔陶瓷基體，使用400目，800目砂紙逐次研磨至基體表面光滑平整，然后將研磨后的多孔陶瓷基體放入蒸餾水中超聲清洗15 20min，清洗兩次后將基體放入烘箱，在70 80°C下烘干10 12h ；步驟2料漿制備將熔點在1350 1500°C之間的固體涂層原料粉末和無水乙醇 混合，固體涂層原料粉末與無水乙醇的質量比為I : 2. 5 4，以氮化硅球為磨球，將固體涂層原料粉末和無水乙醇的混合物以及氮化硅球置于球磨罐中球磨8 12h，制備成料漿；步驟3噴涂將制備好的料漿裝入空氣霧化噴槍中，使噴槍垂直于多孔陶瓷基體表面勻速往返噴涂形成均勻的涂層；步驟4干燥將噴涂好涂層的試樣放入烘箱中，在40 50°C下烘干8 IOh ;步驟5燒制將干燥后的涂層試樣在O. I O. 2MPa壓力N2保護氣氛下在1350 1500°C下燒制，燒制時間為O. 5-2h。所述多孔陶瓷基體的氣孔率為40 60%。步驟2所述固體涂層原料粉末為Y203、SiO2, Al2O3和Si3N4的混合物，Y2O3> SiO2,Al2O3與Si3N4的質量百分比為31 50:19 33:19 26:0 25。步驟3所述空氣霧化噴槍使用壓縮空氣為載氣，壓力為O. 5 O. 7MPa，噴嘴直徑為O.5mm,噴涂距離150 200mm,噴槍移動速度10 20cm/s,噴涂次數4 8次,通過控制噴涂次數控制涂層的厚度。步驟5所述燒制，具體過程為1200°C以下升溫速率為10°C/min，1200°C以上升溫和降溫速率均為I 2V /min, 1200 800°C降溫速率為5°C /min，最后隨爐冷卻至常溫。步驟2所述氮化娃球和固體涂層原料粉末的質量比為3:1。步驟2所述球磨罐為尼龍罐。和現有技術相比，本專利技術具有如下優點I)制備方法簡單，成本低。與溶膠-凝膠法相比無需制備溶膠，以及后續的排膠過程，生產周期大幅縮短，與CVD法相比，制備過程無需復雜昂貴的大型設備，生產設備簡單，采用空氣霧化噴槍噴涂可以批量制備涂層，且可通過噴涂次數控制涂層厚度，生產效率明顯提聞。2)涂層燒制后與多孔基體結合良好，界面清晰。涂層未向多孔基體內嚴重浸滲，從而減小了涂層多孔基體的性能影響。3)涂層的燒制溫度范圍寬泛，對設備要求低。可結合實際需要選擇燒制溫度，適合工業生產。4)本方法獲得的涂層均勻致密，厚度為120-200 μ m，能夠使基體的吸水率下降85-97 %，硬度提高2. 3-5. 3倍，沖蝕率下降93-96 %。附圖說明圖I為本專利技術的工藝流程圖。圖2為涂層的表面形貌。圖3為涂層的截面形貌。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明。實施例I :·根據圖I所示的流程，本實施例在多孔氮化硅陶瓷基體表面制備陶瓷涂層，具體實施過程如下(I)基體處理選取氣孔率為55%的多孔Si3N4陶瓷基體，使用400目，800目砂紙逐次研磨基體表面至表面光滑平整，然后將研磨后的多孔陶瓷基體放入蒸餾水中超聲清洗20min，清洗兩次后將基體放入烘箱，在80°C下烘干IOh ；(2)料漿制備將質量百分比為Y2O3 SiO2 Al203=42 33 25的涂層原料粉末和無水乙醇混合，固體粉末無水乙醇質量比為I : 2.5。以氮化硅球為磨球，氮化硅球和固體涂層原料粉末的質量比為3 1，將料漿置于尼龍罐中球磨IOh;(3)噴涂將制備好的料漿裝入空氣霧化噴槍中，使噴槍垂直于多孔基體表面勻速往返噴涂形成均勻的涂層，空氣霧化噴槍使用壓縮空氣為載氣，壓力為O本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種在多孔陶瓷基體表面料漿噴涂制備陶瓷涂層的方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟1：基體處理：選取多孔陶瓷基體，使用400目，800目砂紙逐次研磨至基體表面光滑平整，然后將研磨后的多孔陶瓷基體放入蒸餾水中超聲清洗15～20min，清洗兩次后將基體放入烘箱，在70～80℃下烘干10～12h；步驟2：料漿制備：將熔點在1350～1500℃之間的固體涂層原料粉末和無水乙醇混合，固體涂層原料粉末與無水乙醇的質量比為1∶2.5～4，以氮化硅球為磨球，將固體涂層原料粉末和無水乙醇的混合物以及氮化硅球置于球磨罐中球磨8～12h，制備成料漿；步驟3：噴涂：將制備好的料漿裝入空氣霧化噴槍中，使噴槍垂直于多孔陶瓷基體表面勻速往返噴涂形成均勻的涂層；步驟4：干燥：將噴涂好涂層的試樣放入烘箱中，在40～50℃下烘干8～10h；步驟5：燒制：將干燥后的涂層試樣在0.1～0.2MPa壓力N2保護氣氛下在1350～1500℃下燒制，燒制時間為0.5?2h。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：王紅潔，劉銀超，王超，喬冠軍，史忠旗，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
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