热喷涂用氧化钇球形粉末的制备.pdf

4 0 蠢色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增喇 热喷涂用氧化钇球形粉末的制备 冀晓鹃，刘建平，任先京，黄新春，周恒 北京矿冶鹭究总院，金属耩糟研究所，1 0 0 0 4 4 摘熏采用喷雾烧结方法制备热喷涂用球形氧化钇粉末。对粉末喷雾料浆制铸方法、喷雾方式对球形粉 宋燃能豹影响进行了一系列对班试验，劳对以上工艺所褥粉来透圣亍表面形貔溉浏。结果证锈，采照酸溶 沉淀麓备麓浆、基秀式暖雾方法裁套毒翡球影氧霓钇耪寒揆装密度霹达1 ．5 1g ／c m 3 ，流象毪海5 2 。1 9 影 5 0 9 ，W 满足热喷涂需求。 关键词氧化钇，喷雾下燥，烧结，松装密鹰 中黼分类号T G l 7 4 ．4文献标识码A 文章编号1 0 0 7 - - 7 5 4 5 2 0 0 8 S O 0 0 4 0 0 3 P r e p a r a t i o no fG l o b u l a rY t t r i aP o w d e r sf o rT h e r m a lS p r a y i n g J IX i a o j u a n ，L I UJ i a n p i n g ，R E NX i a n - j i n g ，H U A N GX i n c h u n ，Z H O UH e n g S u b - - I n s t i t u t eo fM e t a lM a t e r i a l s ，B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c h I n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t G l o b u l a ry t t r i ap o w d e r sf o rt h e r m a ls p r a y i n gw e r ep r e p a r e db ys p r a yd r y i n ga n ds i n t e r i n g p r o c e s s ．E f f e c t so fp r e p a r a t i o no fs l u r r ya n dt h em a n n e ro fs p r a yd r y i n go np o w d e rp e r f o r m a n c ew e r ei n v e s t i g a t e d ．T h eg l o b u l a rp o w d e r sw e r ep r e p a r e db yc e n t r i f u g a ls p r a yd r y i n ga n dp r e s s u r es p r a yd r y i n g ，r e - s p e c t i v e l y ．I ti sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ep o w d e r sp r e p a r e db yw e tm e t h o da n dp r e s s u r es p r a yd r y i n gc a nb e u s e df o rt h e r m a ls p r a y i n gw i t hl o o s ed e n s i t y1 ．5 1g ／c m 3a n dl i q u i d i t y5 2 ．1 9s ／5 0 9 ． K e y w o r d s Y t t r i a ；S p r a yd r y i n g ；S i n t e r i n g ；L o o s ed e n s i t y 氧纯钇焱靛空、靛天、原予能秘高技寒隧瓷领域 的应用显示滋其优越的性麓。主要用予铡遗微波用 磁性材料和军工用重要材料，也可用作玻璃着色剂、 磁合金材料、激光技术材料、发光材料、永磁材料及 超导材料，i 丕阿用于制造离溅强耐热合金、飞机喷嘴 等。近年来，氧化钇粉末在曦子行韭、半导体行盈缮 到更多的应用，尤其可以作为半导体刻蚀机防止等 离子腐蚀用涂层材料。 近几年来，半导体行业耀予刻蚀、溅射、清洗等 羔艺酶加工设鍪酶体积量不数增大懿趋势，攘应需 要提高加工等离子体的功率，以致于铝质零件表面 的阳极氧化锅薄膜层满足不了要求，在高功帑C F 4 、 S 民、0 2 、C 1 2 、H B r 等离子体中寿命缩短。由于氧化 钇涂层具有比氧化锯更鲟的抗等离子体冲{ 凌性能纛 作者简介冀晓鹃 1 9 8 1 - - 。女，内蒙古丰镇人，下游磷士。 更长的使耀寿命，藤逐渐取代氧纯锪陶瓷涂层材料， 应用子等离子刻蚀机内，成为等离子体反应室锯震 零件防护涂层的发展趋势。同时，Y O 。涂层在其 它集成电路装备中也获得了广泛应用。 基前，国内对氧化钇耪末的制餐方法研究很多， 并基取得一定的进展[ 1 叫】，已哥黻裂冬凄矗粒度 i 0 0n m 以下的纳米氧化钇粉体，假这种粉体粒度 小，流动性差，沉积效率低，不能满足热喷涂对粉体 粒径的要求[ 5 ] 。爨零F U J I M I 公弼采用喷雾制粒一 烧络熬方法麓备窦霹供热囔涂爱鼹的球形氧毒{ 钇粉 末，徨为了保证粉末的致密度，烧结通常在l7 0 0 ℃ 左右的高温下进行，烧结温度高[ 6 ] 。本文针对以上 问题对如何制备粒度合适、致密度高的热喷涂用氧 纯钇粉体进行了疆究。 万方数据 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 4 i 1 原料2 结果与讨论 氧化钇原料为草酸沉淀一分解而得的纯度 9 9 ．9 9 ％以上的氧化钇粉末。该粉末松装密度为 0 ．6 5g ／c m 3 ，原料粉末主要为立方相氧化钇。其形 貌如图1 所示，由图1 可知，原料粉末为超细片状粉 末，片层厚度为5 0 ～1 0 0r l m ，粉体平均粒度为3 ～5 p ．m 。本文采用直接球磨制浆及酸溶、沉淀制浆两种 方法进行喷雾料浆的制备。 氧化钇球形粉末采用球磨、喷雾制粒、烧结制备 而成。粉末流动性及松装密度检测采用漏斗法一霍 式流量计，粉末形貌观测在H I T A C H IS 一3 5 0 0 N 型扫描电镜上完成。 图1 氧化钇原料S E M 形貌 F i g ．1S E Mp h o t o g r a g ho fy t t r i ar a wm a t e r i a l 2 ．1 喷雾料浆制备方法对粉末性能的影响 本文采用两种方法进行喷雾料浆制备，第一种 方法是将原料粉末与蒸馏水、粘结剂按照一定比例 直接混合球磨，第二种方法是将原料粉末用硝酸进 行溶解，配取一定浓度的硝酸钇溶液，并加入氨水进 行沉淀，待沉淀完全将所得氢氧化钇经反复分离、洗 涤 用去离子水 、过滤后与一定比例的蒸馏水进行 混合球磨，球磨时间均为2 小时。将以上料浆采用 离心式喷雾制粒并高温烧结，所得粉末形貌如图2 所示。 从图2 可以看出，采用第一种方法制浆喷雾的 球形粉末，由于原料颗粒本身片状形貌的影响，粉末 球形度不高，颗粒表面保留了原料粉末的棱角，影响 一次颗粒间的紧密结合，球形粉颗粒孔隙较明显，尽 管有烧结现象，但仍然无法使原始颗粒间紧密结合， 粉末松装密度仅为0 ．9 3g ／c m 3 。相比较，采用第二 种方法制浆喷雾的球形粉末，因为破坏了原料颗粒 的形貌，使一次颗粒沉淀为粒状，喷雾时更容易使一 次颗粒间紧密团聚，球形粉末的球形度好，致密度 高，松装密度达到1 ．2 7g ／c m 3 。因此，采用酸溶、沉 淀进行料浆制备更容易制备出致密度高、球形度高 的球形热喷涂粉末。 图2 不同料浆制备方法所得氧化钇球形粉末形貌 F i g 2S E Mp h o t o g r a g ho fy t t r i ap o w d e r sb yd i f f e r e n ts h u r yp r e p a r a t i o nm e t h o d ． 2 ．2 喷雾方式对粉末性能的影响压力喷雾干燥所得粉末进行高温烧结后的形貌如图 本文采用两种喷雾方式进行喷雾制粒，料浆制3 所示。 备均采用酸溶、沉淀方法。第一种喷雾方式为离心从图3 可以看出，采用压力喷雾干燥制备的粉 式喷雾干燥，第二种喷雾方式为压力式喷雾干燥。 末较之图2 b 中采用离心式喷雾干燥制备的粉末更 将以上氢氧化钇沉淀与蒸馏水配成浓度合适的料浆 为致密，烧结后一次颗粒彼此粘结紧密，孔隙少，粉 装入球磨罐中，加入质量比1 1 的氧化锆磨球进行 末松比达到1 ．5 1g ／c m 3 ，同时粉末表面光洁度高， 球磨，球磨时间控制在0 5 ～2 ．5h 。球磨后的料浆 多呈扁球形，粉末流动性好，达到5 2 ．1 9s ／5 0 9 。这 经喷雾干燥即得一定粒度范围的球形氧化钇粉末。 主要与不同喷雾方式的原理有关。 将以上干燥粉末置于高温炉中进行烧结，自然冷却。 2 ．3 与F U J I M I 产球形氧化钇热喷涂粉末进行对 万方数据 4 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 图3 压力式喷雾干燥制氧化钇球形粉末 F i g ．3 Y t t r i ap o w d e r sb yp r e s s u r es p r a yd r y i n g 比 图4 为本文采用酸溶沉淀一离心制粒～烧结方 法制备的球形氧化钇粉末，图5 为日本F U J I M I 产 球形氧化钇粉末。可以看出，本文制备的氧化钇球 形度高、致密度高，粉末粒度均匀，无细粉散落，已达 到日本F U J I M I 同类产品的水平。 据资料显示，日本F U J I M I 公司生产的球形氧 化钇热喷涂粉末的松装密度都大于1 ．1 0g ／c m 3 ，这 样可保证涂层性能达到一定的使用要求[ 7 ] 。本文制 备的氧化钇热喷涂粉末松装密度可达1 ．2 0g ／c m 3 以上，完全满足热喷涂的需求。 另据报道，F U J I M I 的制备方法是将氧化钇、金 属钇、氢氧化钇的混合物制备成料浆进行喷雾干燥， 并在大气或氧气环境下进行高温烧结。这种制备方 法原料成本高，同时对烧结设备的要求也很高。本 文制备的氧化钇采用酸溶沉淀方法制备喷雾料浆， 降低了制备成本。 图4 喷雾烧结制球形氧化钇表面形貌 F i g ．4 Y t t r i ap o w d e r sb ys p r a yd I 咖a n ds i n t e r i n g 图5F U J I M I 球形氧化钇表面形貌 F i g ．5 Y t t r i ap o w d e r sm a d eb yF U J I M I 3结论 采用高纯氧化钇粉体为原料，进行喷雾烧结，可 制备热喷涂用球形氧化钇团聚粉末。采用酸溶一沉 淀方法制备喷雾料浆，更有利于一次颗粒间的紧密 结合，有利于球形粉末致密度的提高。采用压力式 喷雾干燥可制备更致密的球形氧化钇粉末，团聚粉 的一次颗粒间结合紧密，烧结后基本无孔隙，粉末松 装密度可达1 ．5 1g ／c m 3 ，流动性为5 2 ．1 9s ／5 0 9 。 采用以上方法制备的球形氧化钇粉末已达到日本 F U J I M I 同类产品的标准，可满足热喷涂的需求，实 现了国内热喷涂用球形氧化钇粉末的突破。 参考文献 [ 1 ] 刘志强，梁振锋，李杏英．纳米氧化钇的制备及表征 [ J ] ．矿冶工程，2 0 0 6 ，2 6 3 7 8 - - 8 0 ． [ 2 3 王长龙，杨志宏，聂基兰．纳米Y 0 3 的液相制备法E J 3 ． 江西化工，2 0 0 3 2 9 1 2 ． [ 3 ] 闫勇，朱伟长，李辉生．氧化钇纳米粉体材料的制备口] ． 化工新型材料，2 0 0 4 ，3 2 7 1 1 1 3 ． [ 4 ] 陈其安，庄汝凯．细粒度氧化钇生产的新方法[ J ] ．中国 稀学报，2 0 0 2 ，2 0 专辑 1 5 2 1 5 4 ． [ 5 3 高海炼，陈伟凡，李风生，等．湿固相机械化学法制备 超细氧化钇的研究[ J ] ．稀有金属，2 0 0 6 ，3 0 6 7 9 5 7 9 9 ． [ 6 ] K a t oN ，M i z u n oH ，I b eH ，e ta 1 ．C e v a m i cC o a t i n g s P r e p a r e db yP l a s m aS p r a y i n gf o rS e m i c o n d u c t o rP r o d u c t i o nE q u i p m e n t [ A ] ．／／P r o c e e d i n g so ft h e2 0 0 6I T S C [ C ] ．2 0 0 6 ． [ 7 3K i t a m u r aJ ，I b eH ，M i z u n oH ，e ta 1 ．E r o s i o nP r o p e r - t i e so fP l a s m aS p r a y e dC e r a m i cC o a t i n g sa g a i n s tP r o c e s s P l a s m ai nS e m i c o n d u c t o rP r o d u c t i o nE q u i p m e n t E A ] ．／／ P r o c e e d i n g so ft h e2 0 0 7I T S C [ C ] ．2 0 0 7 ． 万方数据