一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法

1.本发明属于材料工程领域，涉及一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法。


背景技术：

2.海洋舰船及装备中存在大量异质金属相连接的场合，如异质管路法兰连接处，在海洋环境下会引发电偶腐蚀，导致低电位材料，如钢、铜等被加速腐蚀，从而显著影响船舶及设备的服役安全可靠性及服役寿命。因此，对这些异质金属连接处进行有效的电绝缘防护至关重要。目前，异质金属连接处的绝缘防护技术主要分为有机绝缘涂料和无机陶瓷绝缘涂层两类。其中，有机绝缘涂料由于与金属基材结合强度低、机械性能有限、易剥落、易老化、抗冲击性能差、寿命短等缺点，目前已不再被应用于法兰等关键密封面。热喷涂无机陶瓷绝缘涂层是目前主流的绝缘防护技术。通过热喷涂技术，主要为等离子喷涂技术，在异种金属连接界面制备一层陶瓷绝缘涂层，借助其良好的电绝缘性能，可有效避免电偶腐蚀的发生，从而确保设备的安全可靠运行。
3.然而，等离子喷涂陶瓷绝缘涂层依然面临着涂层界面结合有限、结合强度低、抗冲击性能差等诸多问题，存在较大的提升空间，难以满足新的苛刻服役条件，而亟待开发高强韧陶瓷绝缘涂层制备技术。一方面，大气等离子喷涂陶瓷绝缘涂层的结合强度较低，通常不高于30mpa，在构件运输、吊装、焊接过程中容易因受到外界载荷碰撞而剥落失效。为避免上述问题，需要提高陶瓷涂层与基材的结合强度，以大幅降低涂层剥落风险。另一方面，等离子喷涂陶瓷涂层内粒子层间界面结合有限，粒子层与层之间存在大量未结合界面，涂层中还存在许多孔隙及垂直裂纹。这不仅使得陶瓷涂层的各种性能，如力学性能（断裂韧性、冲蚀磨损率等）、抗冲击性能等显著低于相应块体材料，使得涂层材料性能难以有效发挥（acta materialia, 2016, 119, 9-25），且涂层中的未结合界面和孔隙裂纹等相互贯通形成的贯通孔隙会导致液体介质轻易渗入陶瓷涂层内部，到达金属基材表面、引起基材腐蚀。因此，亟需开发高结合强度、高致密度、抗冲击性能优异的大气等离子喷涂陶瓷绝缘涂层制备技术。


技术实现要素：

4.针对传统陶瓷粉末制备大气等离子喷涂绝缘涂层存在的界面结合有限、结合强度低、抗冲击性能差的技术问题，本发明提出一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法。该热喷涂陶瓷复合粉末能够有效解决采用现有传统陶瓷粉末制备等离子喷涂陶瓷绝缘涂层结合强度低、涂层界面结合差及抗冲击性能有限的难题，从而获得高强韧、高致密、抗冲击性能优异的绝缘陶瓷涂层。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末，包括陶瓷主相材料
和陶瓷辅相材料；按体积比计，陶瓷主相材料占复合粉末的60～95%，陶瓷辅相材料占复合粉末的5～40%，陶瓷主相材料为氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆或氧化钇中的任意一种，或氧化铝和氧化钛的混合材料、或氧化铝和氧化锆的混合材料、或氧化钇和氧化锆的混合材料中的任意一种；陶瓷辅相材料为氧化铋或钛酸钾，用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的粒径为15～150微米。
6.所述氧化铝和氧化钛的混合材料中氧化钛质量分数为8%～20%；氧化铝和氧化锆的混合材料中氧化锆质量分数为5%～25%；氧化钇和氧化锆的混合材料中氧化钇质量分数为5%～20%。
7.所述陶瓷主相材料中氧化铝熔点约为2054℃，氧化钛熔点约为1840℃、氧化铬熔点约为2435℃、氧化锆熔点约为2700℃、氧化钇熔点约为2410℃。所述陶瓷辅相材料具有低熔点及优异的绝缘性能，其中氧化铋的熔点约为825℃，钛酸钾熔点约为1350℃。当将该复合粉末作为热喷涂粉末在热喷涂焰流中加热时，一方面，利用熔化良好的低熔点陶瓷辅相材料对陶瓷主相涂层中的孔隙进行填充、制备高致密涂层；另一方面，利用低熔点陶瓷辅相材料降低整体陶瓷喷涂粉末熔点，基于陶瓷材料临界结合温度的概念，可在较低的临界结合温度条件下获得良好界面结合的陶瓷涂层。
8.所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法为：利用机械混合法，将陶瓷主相材料的粉末和陶瓷辅相材料的粉末进行充分机械混合，混粉转速为10～50rpm，混粉时间为0.5～3h；其中，陶瓷主相材料的粉末与陶瓷辅相材料的粉末粒径均为15～150微米。
9.所述陶瓷主相材料为氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆或氧化钇中的任意一种，或氧化铝和氧化钛的混合材料、或氧化铝和氧化锆的混合材料、或氧化钇和氧化锆的混合材料中的任意一种；其中氧化铝和氧化钛的混合材料中氧化钛质量分数为8%～20%；氧化铝和氧化锆的混合材料中氧化锆质量分数为5%～25%；氧化钇和氧化锆的混合材料中氧化钇质量分数为5%～20%；陶瓷辅相材料为氧化铋或钛酸钾。
10.所述陶瓷主相材料的粉末与陶瓷辅相材料的粉末的体积比为（60～95）:（5～40）；所制备的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的粒径为15～150微米。
11.所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法，利用纳米团聚法制备，步骤如下：（1）将陶瓷主相材料的粉末与陶瓷辅相材料的粉末进行球磨后，得到复合粉粉体；（2）将步骤（1）得到的复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂进行混合球磨，得到复合粉浆料；（3）对步骤（2）获得的复合粉浆料进行喷雾造粒；（4）将步骤（3）喷雾造粒得到的复合粉放入压制坩埚内进行高温烧结，筛分，筛分至15～150微米粒度，即得纳米团聚烧结陶瓷复合粉末，即用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末。
12.所述步骤（1）中陶瓷主相材料为氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆或氧化钇中的任意一种，或氧化铝和氧化钛的混合材料、氧化铝和氧化锆的混合材料、氧化钇和氧化锆的混合材料中的任意一种；陶瓷辅相材料为氧化铋或钛酸钾。
13.所述步骤（1）中陶瓷主相材料的粉末与陶瓷辅相材料的粉末均为纳米粒度，其粒
度范围为10～200纳米；球磨介质为氧化锆球，球磨转速为100～400rpm，球磨时长为1～3h。
14.所述步骤（2）中粘结剂为聚乙烯醇；分散剂为聚丙烯酸；复合粉粉体、粘结剂、蒸馏水和分散剂的质量比为100:（1～10）:（100～400）:（1～10）；混合球磨转速为150～500rpm，混合球磨时间为1～3h。
15.所述步骤（3）中喷雾造粒参数为：送料速度为30～120ml/min，进风口温度为250～300℃，出风口温度为100～130℃。
16.所述步骤（4）中烧结温度为500～1500℃，烧结时间为1～3h。
17.进一步，当采用氧化铋为辅相材料时，其烧结温度为500～700℃；当采用钛酸钾为辅相材料时，其烧结温度在700～1100℃。
18.当陶瓷主相材料为氧化铝和氧化钛的混合材料、氧化铝和氧化锆的混合材料或氧化钇和氧化锆的混合材料中的任意一种时，还可以先利用上述的纳米团聚法制备15～150微米的陶瓷主相材料的粉末；然后利用上述的机械混合法将15～150微米的陶瓷主相材料的粉末与15～150微米的陶瓷辅相材料的粉末进行充分机械混合，制得用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末。
19.一种高强韧高致密绝缘涂层，将所述的热喷涂陶瓷复合粉末采用大气等离子喷涂法喷涂，形成高强韧高致密绝缘涂层。
20.所述的高强韧高致密绝缘涂层结合强度≥30mpa，孔隙率≤4%，可承受的冲击功≥4j。
21.本发明具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明公开的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末，包括绝缘陶瓷主相和具有低熔点及优异绝缘性能的陶瓷辅相。当将该复合粉末作为热喷涂粉末在热喷涂焰流中加热时，一方面，利用熔化良好的低熔点陶瓷辅相材料对陶瓷主相涂层中的孔隙进行填充、制备高致密涂层；另一方面，利用低熔点陶瓷辅相材料降低整体陶瓷喷涂粉末熔点，基于陶瓷材料临界结合温度的概念（即对于特定的陶瓷材料，存在一个临界结合温度，当在该临界结合温度以上沉积热喷涂陶瓷涂层时，可获得界面充分化学结合的涂层，而当在该临界结合温度以下沉积陶瓷涂层时，界面不结合或弱结合），可在较低的临界结合温度条件下获得良好界面结合的陶瓷涂层。从而，通过在陶瓷粉末中复配低熔点陶瓷材料的方法显著提升热喷涂陶瓷涂层的界面结合及涂层致密度，从而提升涂层的结合强度、韧性及抗冲击性能，制备高强韧、高致密、抗冲击绝缘陶瓷涂层，涂层的结合强度≥30 mpa，涂层孔隙率≤4%，涂层抗冲击性能优异（可承受的冲击功≥4j）。因此，本发明公开的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法在高性能绝缘陶瓷涂层领域具有广阔的应用前景。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例1中的氧化铝-13%氧化钛（at13）二元陶瓷主相粉末表面形貌。
其中，（a）和（b）分别为低倍和高倍图片；图2为本发明实施例1中的具有低熔点及优异绝缘性能的氧化铋陶瓷辅相粉末表面形貌。其中，（a）和（b）分别为低倍和高倍图片；图3为本发明实施例1中的分别以at13粉末和机械混合法制备的氧化铝-氧化钛-氧化铋三元复合粉末为原料，采用等离子喷涂方法制备的at13陶瓷涂层和氧化铝-氧化钛-氧化铋三元复合陶瓷涂层截面组织结构。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明中所述陶瓷主相材料中氧化铝熔点约为2054℃，氧化钛熔点约为1840℃、氧化铬熔点约为2435℃、氧化锆熔点约为2700℃、氧化钇熔点约为2410℃。所述陶瓷辅相材料具有低熔点及优异的绝缘性能，其中氧化铋的熔点约为825℃，钛酸钾熔点约为1350℃（熔点为1350℃的钛酸钾为六钛酸钾）。
26.在本发明中当陶瓷主相材料为二元主相复合粉末时，如氧化铝和氧化钛的混合材料、氧化铝和氧化锆的混合材料或氧化钇和氧化锆的混合材料中的任意一种时，用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法为：方法一、（1）将二元主相复合粉末的初始纳米粉末（10～200纳米）与陶瓷辅相材料的初始粉末（10～200纳米）进行球磨后，得到复合粉粉体；（2）将步骤（1）得到的复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂进行混合球磨，得到复合粉浆料；（3）对步骤（2）获得的复合粉浆料进行喷雾造粒；（4）将步骤（3）喷雾造粒得到的复合粉放入压制坩埚内进行高温烧结，筛分，筛分至15～150微米粒度，得纳米团聚烧结陶瓷复合粉末，即用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末。
27.或方法二、利用机械混合法，将微米粒度的二元主相复合粉末的初始粉末（15～150微米）和陶瓷辅相材料的粉末（15～150微米）进行充分机械混合，混粉转速为10～50 rpm，混粉时间为0.5～3h，得到用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末。
28.或方法三、（1）利用纳米团聚法制备二元主相复合粉末；s1、将二元主相复合粉末的初始纳米粉末（10～200纳米）按比例进行球磨，得到二元主相复合粉粉体；s2、将上述步骤得到的二元主相复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂按照比例进行混合球磨，得到二元主相复合粉体浆料；s3、对上述二元主相复合粉浆料进行喷雾造粒，得到喷雾造粒后的二元主相复合
粉；s4、将喷雾造粒得到的二元主相复合粉进行高温烧结，并对粉末进行筛分，筛分至15～150微米粒度，即获得纳米团聚烧结的二元主相复合粉末。
29.（2）利用机械混合法将二元主相复合粉末与辅相粉末混合将步骤（1）所得的15～150微米粒度的纳米团聚烧结的二元主相复合粉末与辅相粉末进行充分机械混合，混粉转速为10～50 rpm，混粉时间为0.5～3h，得到用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末。
30.实施例1一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：（1）利用纳米团聚法制备氧化铝与氧化钛的二元主相复合粉末s1、将粒径为10～200纳米的氧化铝及粒径为10～200纳米的氧化钛初始纳米粉末按照87:13的质量比进行球磨，球磨介质为氧化锆球，球磨转速为200rpm，球磨2h，得到二元主相复合粉粉体；s2、将上述步骤得到的二元主相复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂按照比例进行混合球磨，各物质质量比为100:3:300:5，其中粘结剂采用聚乙烯醇，分散剂为聚丙烯酸，将上述浆料球磨，球磨转速为300rpm，球磨3h，获得二元主相复合粉体浆料；s3、对上述二元主相复合粉浆料进行喷雾造粒，具体参数为：送料速度为60ml/min，进风口温度为260℃，出风口温度为115℃；s4、将喷雾造粒得到的二元主相复合粉进行高温烧结，烧结温度为1300℃，烧结3h。最后对粉末进行筛分，筛分至30～75微米粒度，即获得纳米团聚烧结氧化铝-氧化钛二元主相复合粉末（其中，氧化钛含量为13wt%）。
31.（2）利用机械混合法将氧化铝与氧化钛的二元主相复合粉末与辅相氧化铋混合以步骤（1）所得的粒径为30～75微米的氧化铝与氧化钛的纳米团聚烧结（其中，氧化钛含量为13wt%）的二元粉末（以下简称at13粉末）作为陶瓷主相粉末（图1），与粒径为30～75微米的氧化铋陶瓷辅相粉末（图2）进行充分机械混合，其中，氧化铋占复合粉末总体积的6%。采用v型混料机，在40rpm条件下混合2h，得到氧化铝-氧化钛-氧化铋三元陶瓷复合粉末。以该复合粉末为原料，采用大气等离子喷涂的方法（大气等离子喷涂参数：喷涂功率：42kw，喷涂距离：80mm，主气流量：50slpm，辅气流量：10slpm，送粉量：30g/min）在不锈钢基体表面制备氧化铝-氧化钛-氧化铋三元复合涂层，涂层截面组织结构对比如图3所示。
32.图3为本发明实施例1中的分别以at13粉末和机械混合法制备的氧化铝-氧化钛-氧化铋三元复合粉末为原料，采用等离子喷涂方法制备的at13陶瓷涂层和氧化铝-氧化钛-氧化铋三元复合陶瓷涂层截面组织结构。可以看出，添加氧化铋之后涂层的组织结构致密度显著提升，特别是涂层粒子层间未结合界面明显减少，采用图像处理法（依据gb/t 13298）测试了涂层的孔隙率，结果发现，三元复合陶瓷涂层孔隙率由at13涂层的6%降低至3.8%；采用拉伸法（依据gb/t 8642）测试了涂层的结合强度，发现涂层结合强度由at13涂层的20mpa提升至35mpa，表明涂层的界面结合显著提升。采用落球冲击试验（依据nb/t 35017）测试了涂层的抗冲击性能，结果表明，涂层可承受的冲击功由3.5j提升至4.5j，表明涂层的抗冲击性能大幅提升。
33.实施例2一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：以粒径为45～75微米的氧化锆作为陶瓷主相材料，以粒径为45～75微米的钛酸钾作为陶瓷辅相材料，采用机械混合的方式将两者充分混合制备陶瓷复合粉末。具体地，钛酸钾陶瓷辅相占陶瓷复合粉末总体积的10%，采用v型混料机，在30rpm条件下混料1.5h，获得粒径为45～75微米的氧化锆-钛酸钾二元复合陶瓷粉末。随后，采用大气等离子喷涂的方法（大气等离子喷涂参数：喷涂功率：42kw，喷涂距离：80mm，主气流量：50slpm，辅气流量：10slpm，送粉量：30g/min）在低碳钢表面制备氧化锆-钛酸钾二元复合陶瓷涂层。结果表明，与氧化锆涂层相比，氧化锆-钛酸钾二元复合涂层的致密度显著提升，涂层孔隙率由7%降低至3%，结合强度由22mpa大幅提升至33mpa，表明涂层显著提升的界面结合，涂层可承受的冲击功由3.4j提升至4.8j，涂层表现出优异的抗冲击性能。
34.实施例3一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：以初始粒径为50纳米的纳米氧化铝粉末作为陶瓷主相，以初始粒径为100纳米的纳米氧化铋粉末作为陶瓷辅相，采用纳米团聚烧结的方法进行氧化铝-氧化铋复合陶瓷粉末的制备。具体地，（1）将氧化铝陶瓷主相及氧化铋陶瓷辅相初始纳米粉末按照100:15的体积比比例进行球磨，球磨介质为氧化锆球，球磨转速为200rpm，球磨2h；（2）将上述步骤得到的复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂按照比例进行混合球磨，各物质质量比为：100:3:300:5，其中粘结剂采用聚乙烯醇，分散剂为聚丙烯酸，将上述浆料球磨，球磨转速为300rpm，球磨3h，获得复合粉体浆料；（3）对上述复合粉浆料进行喷雾造粒，具体参数为：送料速度为60ml/min，进风口温度为260℃，出风口温度为115℃；（4）将喷雾造粒得到的复合粉进行高温烧结，烧结温度为600℃，烧结3h。最后对粉末进行筛分，筛分至40～70微米粒度，即获得纳米团聚烧结氧化铝-氧化铋复合粉末。
35.以此作为喷涂原料，采用大气等离子喷涂方法（大气等离子喷涂参数：喷涂功率：42kw，喷涂距离：80mm，主气流量：50slpm，辅气流量：10slpm，送粉量：30g/min）进行氧化铝-氧化铋复合涂层制备，对涂层的组织结构进行定量表征的结果表明，涂层的孔隙率由氧化铝涂层的5.5%降低至2.8%，结合强度由25mpa提升至40mpa，涂层的抗冲击性能也大幅提升，即得到了高强韧、高致密、抗冲击性能优异的绝缘陶瓷复合涂层。
36.实施例4一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：以粒径为30～50微米的8wt%氧化钇-氧化锆二元主相复合粉末作为陶瓷主相粉末，与粒径为30～50微米的氧化铋陶瓷辅相粉末进行充分机械混合，具体地，将粒径为30～50微米的8wt%氧化钇和92wt%氧化锆与氧化铋（氧化铋占复合粉末总体积比的5%）采用v型混料机，在10 rpm条件下混合3h，得到30～50微米氧化钇-氧化锆-氧化铋三元陶瓷复合粉
末。以该复合粉末为原料，采用大气等离子喷涂的方法在不锈钢基体表面制备氧化钇-氧化锆-氧化铋三元复合涂层。
37.实施例5一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：以粒径为30～70微米的15wt%氧化钇-氧化锆二元主相复合粉末作为陶瓷主相粉末，与粒径为30～50微米的氧化铋陶瓷辅相粉末进行充分机械混合。具体地，将粒径为30～70微米的15wt%氧化钇和80wt%氧化锆与氧化铋（氧化铋占复合粉末总体积比的20%）采用v型混料机，在20rpm条件下混合1h，得到30～50微米氧化钇-氧化锆-氧化铋三元陶瓷复合粉末。以该复合粉末为原料，采用大气等离子喷涂的方法在不锈钢基体表面制备氧化钇-氧化锆-氧化铋三元复合涂层。
38.实施例6一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：（1）利用纳米团聚法制备氧化锆与氧化钇的二元主相复合粉末s1、将粒径为10～40纳米的氧化锆及粒径为10～40纳米的氧化钇初始纳米粉末按照90:10的质量比进行球磨，球磨介质为氧化锆球，球磨转速为200rpm，球磨2h，得到二元主相复合粉粉体；s2、将上述步骤得到的二元主相复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂按照比例进行混合球磨，各物质质量比为100:5:200:4，其中粘结剂采用聚乙烯醇，分散剂为聚丙烯酸，将上述浆料球磨，球磨转速为200rpm，球磨1.5h，获得二元主相复合粉体浆料；s3、对上述二元主相复合粉浆料进行喷雾造粒，具体参数为：送料速度为40ml/min，进风口温度为250℃，出风口温度为130℃；s4、将喷雾造粒得到的二元主相复合粉进行高温烧结，烧结温度为1400℃，烧结2h。最后对粉末进行筛分，筛分至15～40微米粒度，即获得纳米团聚烧结氧化钇-氧化锆二元主相复合粉末（其中，氧化钇含量为10wt %）。
39.（2）利用机械混合法将氧化锆与氧化钇的二元主相粉末与氧化铋混合以粒径为15～40微米的10wt%氧化钇-氧化锆二元粉末作为陶瓷主相粉末，与粒径为15～40微米的氧化铋陶瓷辅相粉末进行充分机械混合。具体地，将粒径为15～40微米的10wt%氧化钇和80wt%氧化锆与氧化铋（氧化铋占复合粉末总体积比的30%）采用v型混料机，在20rpm条件下混合1h，得到15～40微米氧化钇-氧化锆-氧化铋三元陶瓷复合粉末。以该复合粉末为原料，采用大气等离子喷涂的方法在不锈钢基体表面制备氧化钇-氧化锆-氧化铋三元复合涂层。
40.实施例7一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：以粒径为30～70微米的氧化铝-15wt%氧化锆二元主相复合粉末作为陶瓷主相粉末，与粒径为30～60微米的氧化铋陶瓷辅相粉末进行充分机械混合。具体地，将粒径为30～70微米的15wt%氧化锆和85wt%氧化铝与粒径为30～60微米的钛酸钾（钛酸钾占复合粉末总
体积比的40%）采用v型混料机，在50rpm条件下混合0.5h，得到30～70微米氧化钇-氧化锆-氧化铋三元陶瓷复合粉末。以该复合粉末为原料，采用大气等离子喷涂的方法在不锈钢基体表面制备氧化铝-氧化锆-氧化铋三元复合涂层。
41.实施例8一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：以初始粒径为50～100纳米的纳米氧化铝和纳米氧化钛二元主相复合粉末作为陶瓷主相粉末，以初始粒径为30～100纳米的纳米氧化铋粉末作为陶瓷辅相粉末，采用纳米团聚烧结的方法进行氧化铝-氧化钛-氧化铋复合陶瓷粉末的制备。具体地，（1）将氧化铝陶瓷主相（92wt%）、氧化钛陶瓷主相（8wt%）及氧化铋陶瓷辅相（氧化铋占复合粉末总体积比的25%）初始纳米粉末按照比例进行球磨，球磨介质为氧化锆球，球磨转速为100rpm，球磨3h；（2）将上述步骤得到的复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂按照比例进行混合球磨，各物质质量比为：100:1:100:1，其中粘结剂采用聚乙烯醇，分散剂为聚丙烯酸，将上述浆料球磨，球磨转速为500rpm，球磨1h，获得复合粉体浆料；（3）对上述复合粉浆料进行喷雾造粒，具体参数为：送料速度为120ml/min，进风口温度为300℃，出风口温度为130℃；（4）将喷雾造粒得到的复合粉进行高温烧结，烧结温度为700℃，烧结1h。最后对粉末进行筛分，筛分至40～60微米粒度，即获得纳米团聚烧结氧化铝-氧化钛-氧化铋复合粉末。
42.实施例9一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，步骤如下：以初始粒径为50～100纳米的纳米氧化铝和纳米氧化锆二元主相复合粉末作为陶瓷主相粉末，以初始粒径为50～80纳米的纳米钛酸钾粉末作为陶瓷辅相粉末，采用纳米团聚烧结的方法进行氧化铝-氧化锆-钛酸钾复合陶瓷粉末的制备。具体地，（1）将氧化铝陶瓷主相（75wt%）、氧化锆陶瓷主相（25wt%）及钛酸钾陶瓷辅相（钛酸钾占复合粉末总体积比的16%）初始纳米粉末按照比例进行球磨，球磨介质为氧化锆球，球磨转速为400rpm，球磨1h；（2）将上述步骤得到的复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂按照比例进行混合球磨，各物质质量比为：100:10:400:10，其中粘结剂采用聚乙烯醇，分散剂为聚丙烯酸，将上述浆料球磨，球磨转速为150rpm，球磨2h，获得复合粉体浆料；（3）对上述复合粉浆料进行喷雾造粒，具体参数为：送料速度为30ml/min，进风口温度为250℃，出风口温度为100℃；（4）将喷雾造粒得到的复合粉进行高温烧结，烧结温度为1100℃，烧结3h。最后对粉末进行筛分，筛分至80～100微米粒度，即获得纳米团聚烧结氧化铝-氧化锆-钛酸钾复合粉末。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末，其特征在于：包括陶瓷主相材料和陶瓷辅相材料；按体积比计，陶瓷主相材料占复合粉末的60～95%，陶瓷辅相材料占复合粉末的5～40%，陶瓷主相材料为氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆或氧化钇中的任意一种，或氧化铝和氧化钛的混合材料、氧化铝和氧化锆的混合材料、氧化钇和氧化锆的混合材料中的任意一种；陶瓷辅相材料为氧化铋或钛酸钾，用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的粒径为15～150微米。2.根据权利要求1所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末，其特征在于：所述氧化铝和氧化钛的混合材料中氧化钛质量分数为8%～20%；氧化铝和氧化锆的混合材料中氧化锆质量分数为5%～25%；氧化钇和氧化锆的混合材料中氧化钇质量分数为5%～20%。3.权利要求1或2所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于：利用机械混合法，将陶瓷主相材料的粉末和陶瓷辅相材料的粉末进行充分机械混合，混粉转速为10～50rpm，混粉时间为0.5～3h，得到用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末；其中，陶瓷主相材料的粉末与陶瓷辅相材料的粉末粒径均为15～150微米。4.权利要求1或2所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于，利用纳米团聚法制备，步骤如下：（1）将陶瓷主相材料的粉末与陶瓷辅相材料的粉末进行球磨后，得到复合粉粉体；（2）将步骤（1）得到的复合粉粉体与粘结剂、蒸馏水、分散剂进行混合球磨，得到复合粉浆料；（3）对步骤（2）获得的复合粉浆料进行喷雾造粒；（4）将步骤（3）喷雾造粒得到的复合粉进行高温烧结，筛分，筛分至15～150微米粒度，得纳米团聚烧结陶瓷复合粉末，即用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末。5.根据权利要求4所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中陶瓷主相材料的粉末与陶瓷辅相材料的粉末均为纳米粒度，其粒度范围为10～200纳米；球磨介质为氧化锆球，球磨转速为100～400rpm，球磨时长为1～3h。6.根据权利要求5所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中粘结剂为聚乙烯醇；分散剂为聚丙烯酸；复合粉粉体、粘结剂、蒸馏水和分散剂的质量比为100:（1～10）:（100～400）:（1～10）；混合球磨转速为150～500rpm，混合球磨时间为1～3h。7.根据权利要求5所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中喷雾造粒参数为：送料速度为30～120ml/min，进风口温度为250～300℃，出风口温度为100～130℃；步骤（4）中高温烧结温度为500～1500℃，高温烧结时间为1～3h。8.权利要求1或2所述的用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于：当陶瓷主相材料为氧化铝和氧化钛的混合材料、氧化铝和氧化锆的混合材料或氧化钇和氧化锆的混合材料中的任意一种时，先利用纳米团聚法制备15～150微
米的陶瓷主相材料的粉末；然后利用机械混合法将15～150微米的陶瓷主相材料的粉末与15～150微米的陶瓷辅相材料的粉末进行充分机械混合，制得用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末。9.一种高强韧高致密绝缘涂层，其特征在于：将权利要求1或2所述的热喷涂陶瓷复合粉末采用大气等离子喷涂法喷涂形成高强韧高致密绝缘涂层。10.根据权利要求9所述的高强韧高致密绝缘涂层，其特征在于：所述的高强韧高致密绝缘涂层结合强度≥30mpa，孔隙率≤4%，可承受的冲击功≥4j。

技术总结
本发明属于材料工程领域，涉及一种用于制备高强韧高致密绝缘涂层的热喷涂陶瓷复合粉末及其制备方法，用以解决传统陶瓷粉末制备大气等离子喷涂绝缘涂层存在的界面结合有限、结合强度低、抗冲击性能差的问题。利用机械混合法或纳米团聚法制得的复合粉末包括陶瓷主相材料和陶瓷辅相材料；按体积比计，陶瓷主相材料和辅相材料分别占复合粉末的60～95%、5～40%；主相材料为氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆、氧化钇、氧化铝和氧化钛的混合材料、氧化铝和氧化锆的混合材料或氧化钇和氧化锆的混合材料中的任意一种；辅相材料为氧化铋或钛酸钾。复合粉末粒径为15～150微米；涂层结合强度≥30MPa，孔隙率≤4%，可承受的冲击功≥4J。可承受的冲击功≥4J。可承受的冲击功≥4J。


技术研发人员：田佳佳 雒晓涛 李长久
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/14