一种锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法.pdf

本发明涉及一种锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，包括改性氟硅溶剂的制备、漆料粉的制备和改性氟硅溶剂与漆料粉混合制得锆基耐高温复合陶瓷涂料。本发明的有益效果在于：工艺流程简单，所制得的锆基耐高温复合陶瓷涂料在高温环境下会形成一层致密的纳米陶瓷釉面，具有较强耐磨抗冲击性，可在1350℃以下高温环境中长期使用，具有耐高温、耐酸碱腐蚀性好、一次性喷涂使用周期长、对环境无公害等特点。此种复合陶瓷漆料在高温条件下可以耐住一般酸碱的浸蚀，防水防潮，同时可以防止有机化合物的腐蚀，对各种高温环境、酸碱环境及其它易腐环境工作的部件具有极好的保护作用。

权利要求书
1.  一种锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括：
将单质硅和氟源按1∶1～1∶5的重量比加入水中，加热搅拌反应60～90min，加热温度为90～100℃，搅拌速率为450～800转/min，得到改性氟硅溶剂；
将镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅混匀后于隔绝空气或惰性氛围下焙烧110～120min，焙烧温度为1720～1750℃，得到漆料粉；控制镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅的混合比例使所述漆料粉的成分及含量控制在：镧系稀土化合物4.5～6.5wt％、氧化铝21.5～24.5wt％、碳化硅12～17wt％，其余为氧化锆和不可避免的杂质，氧化锆含量大于35wt％；
将所述改性氟硅溶剂和漆料粉按1∶1.15～1∶1.45的重量比混合均匀，得到锆基耐高温复合陶瓷涂料；
其中，所述氟源选自氟气、氟化氢、非金属氟化物和氟化铵中的一种。

2.  根据权利要求1所述的锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：所述加热的方式为水浴加热。

3.  根据权利要求1所述的锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：所述单质硅和氟源在加热搅拌反应60～90min后，再保温100～120min，然后自然冷却到室温，得到改性氟硅溶剂。

4.  根据权利要求1所述的锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：所述纳米级氧化锆陶瓷微粉中，杂质氧化铁<0.025wt％，杂质氧化钛<0.06wt％，杂质氧化硅<0.12wt％。

5.  根据权利要求1所述的锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：所述纳米级氧化铝陶瓷微粉的纯度为99.8％以上。

6.  根据权利要求1所述的锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：所述镧系稀土微粉和碳化硅的纯度为99.5％以上。

7.  根据权利要求1所述的锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：所述惰性氛围为氩气氛围。

说明书一种锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体说是一种锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法。
背景技术
目前，市场上所售耐高温漆料多为有机耐高温漆料，也有少部分无机耐高温漆料，总体来看，有机耐高温漆料占据了行业85％的市场。作为耐高温漆主要使用客户，同时也做了多方调研考究，发现现有市场存在的耐高温漆普遍存在耐温强度不够，在高温条件下漆层容易脱落，耐蚀性差，使用周期短等缺点。针对耐高温漆存在的以上问题，经过反复探究，开发出锆基耐高温复合陶瓷漆料，以解决原有漆料存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能耐高温、耐酸碱、使用寿命长的锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，包括：
将单质硅和氟源按1∶1～1∶5的重量比加入水中，加热搅拌反应60～90min，加热温度为90～100℃，搅拌速率为450～800转/min，得到改性氟硅溶剂；
将镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅混匀后于隔绝空气或惰性氛围下焙烧110～120min，焙烧温度为1720～1750℃，得到漆料粉；控制镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅的混合比例使所述漆料粉的成分及含量控制在：镧系稀土化合物4.5～6.5wt％、氧化铝21.5～24.5wt％、碳化硅12～17wt％，其余为氧化锆和不可避免的杂质，氧化锆含量大于35wt％；
将所述改性氟硅溶剂和漆料粉按1∶1.15～1∶1.45的重量比混合均匀，得到 锆基耐高温复合陶瓷涂料；
其中，所述氟源选自氟气、氟化氢、非金属氟化物和氟化铵中的一种。
本发明的有益效果在于：工艺流程简单，所制得的锆基耐高温复合陶瓷涂料在高温环境下会形成一层致密的纳米陶瓷釉面，具有较强耐磨抗冲击性，可在1350℃以下高温环境中长期使用，具有耐高温、耐酸碱腐蚀性好、一次性喷涂使用周期长、对环境无公害等特点。此种复合陶瓷漆料在高温条件下可以耐住一般酸碱的浸蚀，防水防潮，同时可以防止有机化合物的腐蚀，对各种高温环境、酸碱环境及其它易腐环境工作的部件具有极好的保护作用。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：以硅-氟化物作为改性溶剂，同时以镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅为原料高温焙烧得到的粉末作为漆料粉，通过混合改性溶剂和漆料粉即可制得具有较强耐磨抗冲击性、耐高温、耐酸碱腐蚀性好、一次性喷涂使用周期长、对环境无公害等特点的锆基耐高温复合陶瓷涂料，工艺流程简单。
具体的，本发明提供的锆基耐高温复合陶瓷涂料的制备方法，包括：
将单质硅和氟源按1∶1～1∶5的重量比加入水中，加热搅拌反应60～90min，加热温度为90～100℃，搅拌速率为450～800转/min，得到改性氟硅溶剂；
将镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅混匀后于隔绝空气或惰性氛围下焙烧110～120min，焙烧温度为1720～1750℃，得到漆料粉；控制镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅的混合比例使所述漆料粉的成分及含量控制在：镧系稀土化合物4.5～6.5wt％、氧化铝21.5～24.5wt％、碳化硅12～17wt％，其余为氧化锆和不可避免的杂质，氧化锆含量大于35wt％；
将所述改性氟硅溶剂和漆料粉按1∶1.15～1∶1.45的重量比混合均匀，得到锆基耐高温复合陶瓷涂料；
其中，所述氟源选自氟气、氟化氢、非金属氟化物和氟化铵中的一种。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：工艺流程简单，所制得的锆基耐高温复合陶瓷涂料在高温环境下会形成一层致密的纳米陶瓷釉面，具有较强耐磨抗冲击性，可在1350℃以下高温环境中长期使用，具有耐高温、耐酸碱腐蚀性好、一次性喷涂使用周期长、对环境无公害等特点。此种复合陶瓷漆料在高温条件下可以耐住一般酸碱的浸蚀，防水防潮，同时可以防止有机化合物的腐蚀，对各种高温环境、酸碱环境及其它易腐环境工作的部件具有极好的保护作用。
进一步的，所述加热的方式为水浴加热。
进一步的，所述单质硅和氟源在加热搅拌反应60～90min后，再保温100～120min，然后自然冷却到室温，得到改性氟硅溶剂。
进一步的，所述纳米级氧化锆陶瓷微粉中，杂质氧化铁<0.025wt％，杂质氧化钛<0.06wt％，杂质氧化硅<0.12wt％。
进一步的，所述纳米级氧化铝陶瓷微粉的纯度为99.8％以上。
进一步的，所述镧系稀土微粉和碳化硅的纯度为99.5％以上。
进一步的，所述惰性氛围为氦气、氖气或氩气氛围，优选为氩气氛围。
实施例1
1、制备改性氟硅溶剂：将单质硅、氟气按1∶1的重量比均匀缓慢加入到水中，水浴加热到90℃，450～800转/min下强力搅拌60min，制得改性氟硅溶剂；
2、制备漆料粉：将镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅混匀后于隔绝空气环境下焙烧120min，焙烧温度为1740℃，得到漆料粉；控制镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅的混合比例使所述漆料粉的成分及含量控制在：镧系稀土化合物5.5wt％、氧化铝21.5wt％、碳化硅12wt％，其余为氧化锆和一些不可避免的杂质，氧化锆含量大于35wt％。
所述纳米级氧化锆陶瓷微粉中的杂质氧化铁<0.02wt％，杂质氧化钛<0.05wt％，杂质氧化硅<0.05wt％。纳米级氧化铝陶瓷微粉的纯度在99.8％以上， 其它原料纯度控制在99.5％以上。
3、混料：将改性氟硅溶剂与漆料粉按1∶1.15的重量比混合，于450～800转/min下强力搅拌60min后，得到锆基耐高温复合陶瓷涂料。
将通过上述方法所制得的锆基耐高温复合陶瓷涂料喷涂在不锈钢筒体表面后经自然干燥脱水，如此喷涂3次，经高温炉在1350℃加热下，酸性、碱性等烟气条件下焙烧72个小时，自然冷却后观察锆基耐高温复合陶瓷涂料层，如此循环10次未发现其表层破损，耐高温、耐酸碱腐蚀性良好。
实施例2
1、制备改性氟硅溶剂：将单质硅、氟化氢按1∶1.35的重量比均匀缓慢加入到水中，水浴加热到100℃，450～800转/min下强力搅拌90min，制得改性氟硅溶剂；
2、制备漆料粉：将镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅混匀后于氩气氛围下焙烧115min，焙烧温度为1720℃，得到漆料粉；控制镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅的混合比例使所述漆料粉的成分及含量控制在：镧系稀土化合物4.5wt％、氧化铝22wt％、碳化硅13wt％，其余为氧化锆和一些不可避免的杂质，氧化锆含量大于35wt％。
所述纳米级氧化锆陶瓷微粉中的杂质氧化铁<0.025wt％，杂质氧化钛<0.05wt％，杂质氧化硅<0.05wt％。纳米级氧化铝陶瓷微粉的纯度在99.8％以上，其它原料纯度控制在99.5％以上。
3、混料：将改性氟硅溶剂与漆料粉按1∶1.25的重量比混合，于450～800转/min下强力搅拌50min后，得到锆基耐高温复合陶瓷涂料。
将通过上述方法所制得的锆基耐高温复合陶瓷涂料喷涂在不锈钢筒体表面后经自然干燥脱水，如此喷涂3次，经高温炉在1350℃加热下，酸性、碱性等烟气条件下焙烧72个小时，自然冷却后观察锆基耐高温复合陶瓷涂料层，如此循环10次未发现其表层破损，耐高温、耐酸碱腐蚀性良好。
实施例3
1、制备改性氟硅溶剂：将单质硅、氟化铵按1∶5的重量比均匀缓慢加入 到水中，水浴加热到90℃，450～800转/min下强力搅拌90min，制得改性氟硅溶剂；
2、制备漆料粉：将镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅混匀后于氩气保护氛围下焙烧110min，焙烧温度为1750℃，得到漆料粉；控制镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅的混合比例使所述漆料粉的成分及含量控制在：镧系稀土化合物6.5wt％、氧化铝24.5wt％、碳化硅17wt％，其余为氧化锆和一些不可避免的杂质，氧化锆含量大于35wt％。
所述纳米级氧化锆陶瓷微粉中的杂质氧化铁<0.025wt％，杂质氧化钛<0.05wt％，杂质氧化硅<0.12wt％。纳米级氧化铝陶瓷微粉的纯度在99.8％以上，其它原料纯度控制在99.5％以上。
3、混料：将改性氟硅溶剂与漆料粉按1∶1.45的重量比混合，于450～800转/min下强力搅拌45min后，得到锆基耐高温复合陶瓷涂料。
将通过上述方法所制得的锆基耐高温复合陶瓷涂料喷涂在不锈钢筒体表面后经自然干燥脱水，如此喷涂3次，经高温炉在1350℃加热下，酸性、碱性等烟气条件下焙烧72个小时，自然冷却后观察锆基耐高温复合陶瓷涂料层，如此循环10次未发现其表层破损，耐高温、耐酸碱腐蚀性良好。
实施例4
1、制备改性氟硅溶剂：将单质硅、氟气按1∶1的重量比均匀缓慢加入到水中，水浴加热到90℃，450～800转/min下强力搅拌60min，再保温100～120min，然后自然冷却到室温，制得改性氟硅溶剂；
2、制备漆料粉：将镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅混匀后于氩气氛围下焙烧120min，焙烧温度为1740℃，得到漆料粉；控制镧系稀土微粉、纳米级氧化锆陶瓷微粉、纳米级氧化铝陶瓷微粉和碳化硅的混合比例使所述漆料粉的成分及含量控制在：镧系稀土化合物5.5wt％、氧化铝21.5wt％、碳化硅12wt％，其余为氧化锆和一些不可避免的杂质，氧化锆含量大于35wt％。
所述纳米级氧化锆陶瓷微粉中的杂质氧化铁<0.025wt％，杂质氧化钛 <0.05wt％，杂质氧化硅<0.05wt％。纳米级氧化铝陶瓷微粉的纯度在99.8％以上，其它原料纯度控制在99.5％以上。
3、混料：将改性氟硅溶剂与漆料粉按1∶1.25的重量比混合，于450～800转/min下强力搅拌60min后，得到锆基耐高温复合陶瓷涂料。
将通过上述方法所制得的锆基耐高温复合陶瓷涂料喷涂在不锈钢筒体表面后经自然干燥脱水，如此喷涂3次，经高温炉在1350℃加热下，酸性、碱性等烟气条件下焙烧72个小时，自然冷却后观察锆基耐高温复合陶瓷涂料层，如此循环10次未发现其表层破损，耐高温、耐酸碱腐蚀性良好。
对比例1
除了焙烧温度为1650℃以外，其他与实施例1相同。
将通过上述方法所制得的锆基耐高温复合陶瓷涂料喷涂在不锈钢筒体表面后经自然干燥脱水，如此喷涂3次，经高温炉在1350℃加热下，酸性、碱性等烟气条件下焙烧72个小时，自然冷却后观察锆基耐高温复合陶瓷涂料层，如此循环5次发现其表层出现微裂纹，由于焙烧温度不够，其高温性能变差。
对比例2
除了纳米级氧化锆陶瓷微粉中的杂质氧化铁为0.14wt％>0.025wt％，杂质氧化钛为0.115wt％>0.05wt％，杂质氧化硅为0.20wt％>0.12wt％以外，其他与实施例1相同。
将通过上述方法所制得的耐高温漆料喷涂在不锈钢筒体表面后经自然干燥脱水，如此喷涂2-3次，经高温炉在1300℃加热下，酸性、碱性等烟气条件下焙烧72个小时，自然冷却后观察锆基耐高温复合陶瓷涂料层，如此循环4次其表层破损严重，因为氧化锆粉中杂质含量过高，其高温性能变差。
对比例3
除了焙烧温度为1780℃以外，其他与实施例1相同。
将通过上述方法所制得的耐高温漆料喷涂在不锈钢筒体表面后经自然干燥脱水，如此喷涂3次，经高温炉在1350℃加热下，酸性、碱性等烟气条件下焙烧72个小时，自然冷却后观察锆基耐高温复合陶瓷涂料层，如此循环6次其表层出现微裂纹，因陶瓷粉体过烧，其高温性能变差。
对比例4
除了漆料粉中的氧化铝含量为58.5wt％以外，其他与实施例1相同。
将通过上述方法所制得的耐高温漆料喷涂在不锈钢筒体表面后经自然干燥脱水，如此喷涂3次，经高温炉在1350℃加热下，酸性、碱性等烟气条件下焙烧72个小时，自然冷却后观察锆基耐高温纳米复合陶瓷漆料层，如此循环3次其表层出现微裂纹，因陶瓷粉体原料中氧化铝含量过高，稀土和氧化锆量减少，导致其高温性能变差。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。