一种碳化锆涂层及其制备方法与流程

本发明涉及喷涂材料，具体为一种碳化锆涂层及其制备方法。

背景技术：

1、由于碳化锆具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性，由于具有高熔点和低热膨胀系数，碳化锆在高温和变温环境中保持稳定性，不易发生形变和变形，这使得碳化锆在一些特殊环境下具有广泛的应用前景，例如航空航天、化工等领域；

2、经检索，现有中国专利公开号为cn105970175a，申请号为cn201610418136.3的一种碳化钛-碳化锆高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，其中该涂层从底层到表面依次包括吸热体基底，吸收层和减反射层。所述吸收层的材料为碳化钛和碳化锆的复合物，采用双靶共溅射制备，厚度为35-80nm，该复合物中锆原子百分比为0.5-3％。所述减反射层为氧化铝，厚度为30-100nm。本发明制备的涂层在大气质量因子am1.5条件下，吸收率为≥0.90，发射率≤0.13；该涂层具有很好的高温稳定性和抗腐蚀性能。本发明提供的涂层具有高吸收率、低发射率，良好的热稳定性能及耐腐蚀性能等特点。该涂层制备工艺简单、原料来源丰富、价格低廉、操作方便、易于控制，在太阳能热利用和热发电领域具有广阔的实用价值和应用前景，但是还是存在着以下问题：

3、1.传统的涂层由于其自身的材料的特性，导致后续设备完成喷涂工作后，实际使用之后会明显的感觉到材料与材料质量之间的差异性，在使用的时候的时间长久性上能够明显的区分出来。

4、2.一般在进行初始原料进行反应的过程中，提取反应出来的材料的质量不够高，导致后续在进行喷涂之后的实际使用效果不是过于优秀。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳化锆涂层及其制备方法，以解决上述背景技术提出的目前市场上涂层由于材料的特性导致使用周期性降低和材料在反应的过程中无法最大发挥材料的优点的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳化锆涂层，包括碳化锆粉末，将所述碳化锆粉末输送至等离子喷涂机的内部，在离子喷涂机进行喷涂工作的过程中，将气体分子进行电离过后，此时气体分子会产生自由电子和正离子，这些带电粒子在高频电场的作用下加速运动，形成高能电子束和离子束，当这些带电粒子撞击到被处理的物体表面时，会产生化学反应和物理效应，从而形成一层均匀、致密、附着力强的涂层。

3、优选的，所述碳化锆(zrc)为熔点3540℃，具有耐高温、抗氧化、强度高、硬度高、韧性好等特点。它是一种重要的高熔点、高强度和耐腐蚀的高温结构材料，并具有高效吸收可见光，反射红外线和储能等特性。

4、优选的，所述碳化锆涂层处理的物体能够在受到冲击和挤压时不易破裂，具有较高的断裂韧性，且能够承受高压和高温的环境和能够抵御许多化学物质的侵蚀，包括酸、碱和溶剂等，具有良好的抗腐蚀性能。

5、优选的，所述其主要的生产原材料由石墨(c)和锆英石(zrsio4)所构成；

6、石墨(化学式：c)是碳的一种同素异形体，为灰黑色、不透明固体，化学性质稳定，耐腐蚀，同酸、碱等药剂不易发生反应；

7、锆英石(zrsio4)用于耐火材料(称锆质耐火材料，如锆刚玉砖，锆质耐火纤维)，铸造行业铸型用砂(精密铸件型砂)，精密搪瓷器具，此外也用于玻璃、金属(海绵锆)以及锆化合物(二氧化锆、氯氧化锆、锆酸钠、氟锆酸钾、硫酸锆等)的生产中。

8、优选的，所述锆英石(zrsio4)进行粉碎研磨得到锆英石(zrsio4)的精矿粉，然后将粉碎研磨后的锆英石(zrsio4)精矿粉加入到高热的苛性钠(naoh)中，通过二者进行混合发生反应生成锆酸钠(na2zro3)，此时通过将锆酸钠na2zro3使用浓盐酸进行洗涤操作，可制得氧氣化锆(zh)cl2.sh2ox氧氣化锆可溶解在水中，加入氨水(nh3·h2o)使之生成zr(oh)1沉淀，zr(oh)1s灼烧即可得到氧化锆(zro2)。其化学反应式如下：

9、zrsio4+4naoh→na2sio3+na2zro3+2h2o

10、na2zro3+4hcl→zrocl2+2nacl+2h2o

11、zrocl2+2nh4oh+h2o→zr(oh)4+2nh4clzr(oh)4→zro2+2h2o↑

12、(加热)

13、优选的，所述氧化锆(化学式：zro2)是一种白色重质无定型粉末，无臭无味，在自然界中主要以单斜相的结构存在于斜锆石(zro2)和锆英石(zrsio4)中，氧化锆在常温时能稳定存在，不溶于水，能溶于硫酸、氢氟酸、热的盐酸和硝酸中，也能溶于熔融的硫酸氢钾。

14、优选的，所述石墨(c)从块状研磨呈细小的颗粒粉末状，然后将粉末状的石墨(c)和氧化锆(zro2)通过比例进行混合，使得石墨(c)和氧化锆(zro2)在高温炉中能够进行混合加热工作，石墨(c)和氧化锆(zro2)将会在高温炉的内部发生炭热反应，此时即可得到所需要的碳化锆(zrc)。

15、优选的，所述碳化锆(zrc)此时的质量还无法满足直接进行后续的碳化锆涂层的喷涂工作，通过将温度提升至2000℃以上，通过2000℃以上的高温来对碳化锆(zrc)进行烧结工作，从而将碳化锆(zrc)转变为更加致密的碳化锆(zrc)，此时碳化锆(zrc)的热压可以降低烧结温度，从而有助于生产细晶粒完全致密的碳化锆(zrc)，且放电等离子烧结也已用于生产完全致密的碳化锆(zrc)，此时的碳化锆(zrc)的成品材料质量即可满足后续进行碳化锆涂层的喷涂工作。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：碳化锆涂层及其制备方法。

17、1.该碳化锆涂层及其制备方法在进行对碳化锆进行反应出来的时候，最后一步通过再一次的进行高温烧结的工作，使得最终成品的碳化锆的材料质量能够大大提高。

18、2.该碳化锆涂层及其制备方法内的碳化锆是以碳化物和氧化锆为原料生产的，对比其他的材料更加具有高强度、高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀性等特点。

技术特征：

1.一种碳化锆涂层，包括碳化锆粉末，其特征在于：将所述碳化锆粉末输送至等离子喷涂机的内部，在离子喷涂机进行喷涂工作的过程中，将气体分子进行电离过后，此时气体分子会产生自由电子和正离子，这些带电粒子在高频电场的作用下加速运动，形成高能电子束和离子束，当这些带电粒子撞击到被处理的物体表面时，会产生化学反应和物理效应，从而形成一层均匀、致密、附着力强的涂层。

2.根据权利要求1所述的一种碳化锆涂层，其特征在于：所述碳化锆(zrc)为熔点3540℃，具有耐高温、抗氧化、强度高、硬度高、韧性好等特点。它是一种重要的高熔点、高强度和耐腐蚀的高温结构材料，并具有高效吸收可见光，反射红外线和储能等特性。

3.根据权利要求1所述的一种碳化锆涂层，其特征在于：被所述碳化锆涂层处理的物体能够在受到冲击和挤压时不易破裂，具有较高的断裂韧性，且能够承受高压和高温的环境和能够抵御许多化学物质的侵蚀，包括酸、碱和溶剂等，具有良好的抗腐蚀性能。

4.一种碳化锆涂层的其制备方法，其特征在于：所述其主要的生产原材料由石墨(c)和锆英石(zrsio4)所构成；

5.根据权利要求4所述的一种碳化锆涂层的制备方法，其特征在于：将所述锆英石(zrsio4)进行粉碎研磨得到锆英石(zrsio4)的精矿粉，然后将粉碎研磨后的锆英石(zrsio4)精矿粉加入到高热的苛性钠(naoh)中，通过二者进行混合发生反应生成锆酸钠(na2zro3)，此时通过将锆酸钠na2zro3使用浓盐酸进行洗涤操作，可制得氧氣化锆(zh)cl2.sh2ox氧氣化锆可溶解在水中，加入氨水(nh3·h2o)使之生成zr(oh)1沉淀，zr(oh)1s灼烧即可得到氧化锆(zro2)。其化学反应式如下：

6.根据权利要求4所述的一种碳化锆涂层的制备方法，其特征在于：所述氧化锆(化学式：zro2)是一种白色重质无定型粉末，无臭无味，在自然界中主要以单斜相的结构存在于斜锆石(zro2)和锆英石(zrsio4)中，氧化锆在常温时能稳定存在，不溶于水，能溶于硫酸、氢氟酸、热的盐酸和硝酸中，也能溶于熔融的硫酸氢钾。

7.根据权利要求4所述的一种碳化锆涂层的制备方法，其特征在于：将所述石墨(c)从块状研磨呈细小的颗粒粉末状，然后将粉末状的石墨(c)和氧化锆(zro2)通过比例进行混合，使得石墨(c)和氧化锆(zro2)在高温炉中能够进行混合加热工作，石墨(c)和氧化锆(zro2)将会在高温炉的内部发生炭热反应，此时即可得到所需要的碳化锆(zrc)。

8.根据权利要求4所述的一种碳化锆涂层的制备方法，其特征在于：所述碳化锆(zrc)此时的质量还无法满足直接进行后续的碳化锆涂层的喷涂工作，通过将温度提升至2000°c以上，通过2000℃以上的高温来对碳化锆(zrc)进行烧结工作，从而将碳化锆(zrc)转变为更加致密的碳化锆(zrc)，此时碳化锆(zrc)的热压可以降低烧结温度，从而有助于生产细晶粒完全致密的碳化锆(zrc)，且放电等离子烧结也已用于生产完全致密的碳化锆(zrc)，此时的碳化锆(zrc)的成品材料质量即可满足后续进行碳化锆涂层的喷涂工作。

技术总结
本发明公开了一种碳化锆涂层，包括碳化锆粉末，将所述碳化锆粉末输送至等离子喷涂机的内部，在离子喷涂机进行喷涂工作的过程中，将气体分子进行电离过后，此时气体分子会产生自由电子和正离子，这些带电粒子在高频电场的作用下加速运动，形成高能电子束和离子束，当这些带电粒子撞击到被处理的物体表面时，会产生化学反应和物理效应，从而形成一层均匀、致密、附着力强的涂层，该碳化锆涂层及其制备方法在进行对碳化锆进行反应出来的时候，最后一步通过再一次的进行高温烧结的工作，使得最终成品的碳化锆的材料质量能够大大提高，对比其他的材料更加具有高强度、高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀性等特点。

技术研发人员：尹向阳
受保护的技术使用者：咸阳新兴利莱激光智能装备制造产业发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11