一种高性能绝缘涂层材料

本发明涉及电绝缘涂层材料制备及其应用领域，尤其涉及一种高性能绝缘涂层材料。

背景技术：

1、在铁路轨道交通、风力发电以及新能源电动汽车等领域中，因电机部件存在的装配误差，导致电机在旋转工况下的内部磁场分布不均匀，从而在电机轴上产生轴电流。当轴电流泄露并通过电机内的轴承时，就极易导致轴承内部的润滑油膜被电流击穿，进一步致使轴承滚道表面和滚动体表面产生明显电蚀。电蚀导致轴承内外滚道以及滚动体硬度下降，从而产生剧烈磨损甚至材料剥落，直接影响电机乃至主机性能和寿命。

2、目前，电蚀现象已经成为轨道交通、风力发电以及电动汽车等领域中轴承的主要失效原因。由于国内研究机构和企业在绝缘轴承涂层材料研究和涂层制备技术研发方面起步较晚，目前，高性能电机绝缘轴承基本依赖进口，这些进口的商业化绝缘轴承的涂层材料主要是利用热喷涂技术制备的不同厚度的氧化铝（al2o3）涂层或氧化铝/氧化钛（al2o3/tio2）涂层，但其电阻率仅约为23gω·cm ~27gω·cm。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种高电阻率的高性能绝缘涂层材料。

2、为解决上述问题，本发明所述的一种高性能绝缘涂层材料，其特征在于：该绝缘涂层材料的电阻率为50gω·cm~300gω·cm，孔隙率≤5%；其利用大气等离子喷涂所获得的陶瓷涂层材料物相组成中包含宽禁带的间接带隙半导体c-y2o3和y3al5o12物相，且al2o3为涂层的主相。

3、所述绝缘涂层材料的厚度为200μm~800μm，且绝缘涂层材料的绝缘耐压性能随着涂层厚度的增加而越好。

4、如上所述的一种高性能绝缘涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

5、⑴按质量分数计，将10 wt.%~20 wt.%的y2o3粉末与80 wt.%~90 wt.%的al2o3粉末混合后，机械搅拌24h~48h，使之充分混合均匀，得到混合粉末；

6、⑵根据混合粉末的形貌特征和粉末粒径分布范围，优化并制定大气等离子喷涂参数，以使所获得的涂层物相中不但含有直接带隙的半导体材料al2o3，还含有宽禁带的间接带隙半导体材料c-y2o3和y3al5o12物相；

7、⑶采用所述步骤⑵设定的大气等离子喷涂参数，将所述混合粉末喷涂在陶瓷基体上，并使涂层的孔隙率≤5%；同时根据所需耐交流电压强度，控制涂层厚度为200μm~800μm；

8、⑷对所述步骤⑶所得涂层采用有机树脂进行封孔处理即可。

9、所述步骤⑴中y2o3粉末和al2o3粉末的粒子形貌相似，且粉末粒径范围分布相近。

10、所述y2o3粉末和所述al2o3粉末均为球形粉末，且粒径分布范围均为22μm ~53μm。

11、所述al2o3粉末的纯度＞99.9 wt.%，所述y2o3粉末的纯度＞99.99 wt.%。

12、本发明与现有技术相比具有以下优点：

13、1、本发明将具有宽禁带的y2o3引入al2o3中，利用大气等离子喷涂，在喷涂高能束流中瞬间形成y3al5o12物相，该物相的存在可显著提高所获得涂层的电阻率，与传统al2o3涂层相比可极大改善涂层材料的绝缘性能。

14、2、单纯的al2o3涂层，其本身为直接带隙的半导体材料，并且其禁带宽度也低于y2o3和y3al5o12，这就意味着在电场作用下，带电粒子更易从价带跃迁至导带；从材料的电绝缘本质上(导带中是否有可自由移动的带电粒子)说明了本发明的涂层作为绝缘轴承用涂层材料比传统的al2o3绝缘涂层具有更优异的绝缘性能的原因。经测试，本发明制备的绝缘涂层材料的耐电压击穿强度较al2o3涂层（击穿强度一般为10 kv/mm ~13kv/mm）的提升了约20%~50%，电阻率提升了约2~10倍。因此，本发明所得涂层可在高铁和风力发电领域的高性能电机绝缘轴承中有广泛应用，也可用于其它需要耐高压交流电绝缘的部件或工况中。

技术特征：

1.一种高性能绝缘涂层材料，其特征在于：该绝缘涂层材料的电阻率为50gω·cm~300gω·cm，孔隙率≤5%；其利用大气等离子喷涂所获得的陶瓷涂层材料物相组成中包含宽禁带的间接带隙半导体c-y2o3和y3al5o12物相，且al2o3为涂层的主相。

2.如权利要求1所述的一种高性能绝缘涂层材料，其特征在于：所述绝缘涂层材料的厚度为200μm~800μm，且绝缘涂层材料的绝缘耐压性能随着涂层厚度的增加而越好。

3.如权利要求1或2所述的一种高性能绝缘涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的一种高性能绝缘涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中y2o3粉末和al2o3粉末的粒子形貌相似，且粉末粒径范围分布相近。

5.如权利要求4所述的一种高性能绝缘涂层材料的制备方法，其特征在于：所述y2o3粉末和所述al2o3粉末均为球形粉末，且粒径分布范围均为22μm ~53μm。

6.如权利要求4所述的一种高性能绝缘涂层材料的制备方法，其特征在于：所述al2o3粉末的纯度＞99.9 wt.%，所述y2o3粉末的纯度＞99.99 wt.%。

技术总结
本发明涉及一种高性能绝缘涂层材料，该绝缘涂层材料的电阻率为50GΩ·cm~300GΩ·cm，孔隙率≤5%；其利用大气等离子喷涂所获得的陶瓷涂层材料物相组成中包含宽禁带的间接带隙半导体c‑Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和Y<subgt;3</subgt;Al<subgt;5</subgt;O<subgt;12</subgt;物相，且Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;为涂层的主相。与传统Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;涂层相比，本发明具有更高的电阻率、更优异的绝缘性能，可在高铁和风力发电领域的高性能电机绝缘轴承中有广泛应用；也可用于其它需要耐高压交流电绝缘的部件或工况中。

技术研发人员：安宇龙,赵晓琴,卜珍宇,周惠娣,陈建敏
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13