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如何提升国产陶瓷粉体的品质?——独家专访清华大学潘伟教授


来源:中国粉体网   cnpowder

[导读]  潘伟教授接受了中国粉体网记者的专访,并就热障涂层技术问题及我国先进陶瓷产业发展存在的问题谈了他的看法。

中国粉体网讯  清华大学教授、世界陶瓷科学院院士潘伟教授,长期致力于高温结构陶瓷材料及陶瓷纳米材料的研究,在超高温陶瓷热障涂层材料的筛选、设计与性能调控等基础理论研究方面取得了系列创新性成果,建立了陶瓷材料结构性氧空位这一低热导率材料筛选的重要准则,筛选研制了一系列具有极低热导率的陶瓷材料,并得到了应用,在高温燃气轮机热障涂层材料方面取得了优异成绩,得到了国内外材料热传导领域的关注与认可。

10月30日,在由中国粉体网主办的“2020第三届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”上,潘伟教授做了《低导热陶瓷材料及热障涂层应用》的精彩报告。报告后,潘教授在现场接受了中国粉体网记者的专访,并就热障涂层技术问题及我国先进陶瓷产业发展存在的问题谈了他的看法。

高性能热障涂层的技术难点是什么?

从潘教授的报告中,我们获悉,高熔点、低热导率、高温下结构与组分稳定、耐腐蚀的热障涂层对于重型燃气轮机非常重要。潘教授长期致力于研究重型燃气轮机热障涂层材料和涂层技术,他告诉中国粉体网记者,在这一领域的基础研究方面,我们国家在国际上是领先的,主要侧重于对材料的基本结构和性能的研究,但是与实际应用还有一定的距离。

目前,热障涂层材料用的比较成熟的粉体原料是7%~8%的钇稳定氧化锆(YSZ)。国外研制的YSZ粉末工艺相对成熟、涂层性能比较可靠,在航空发动机和工作温度相对较低的燃气轮机上得到了普遍应用。据潘教授讲,国外高性能热障涂层热喷涂粉末不断朝着高纯化、组织结构精细调控、性能评测多元化的方向发展,并且形成了批量化的生产能力,部分通用性粉体可以向我国输出。

然而,国外的高性能氧化锆涂层粉体特别是适用于大气等离子喷涂的造粒材料制备技术属于商业机密。潘教授告诉记者,我国重型燃气轮机热障涂层技术的发展,目前还处于一个跟踪追赶国外先进水平的阶段。涂层技术的难点在于能否得到一个高结合力常数、长寿命的涂层,在这方面,我们国家与世界先进国家还是有一定的差距。我们的涂层存在着与基体的结合强度不够,而且使用寿命不够长的问题。

我国先进陶瓷产业的发展存在哪些亟待解决的问题?

潘教授认为,我们国家的先进陶瓷材料从粉体的制备到高性能陶瓷的精密制造,与发达国家相比还是有很大的差距。潘教授举例说,国内陶瓷粉体的稳定性与国外相比,不是很好。日本企业生产的氧化铝粉体,会按照不同的等级细分得非常严格,有很多系列的品牌,而且质量都很稳定。国内的生产厂家很多,但大多都是低端产品,粉体质量不够稳定,对产品品质的细分没那么严格,此外就是粉体的分散性不是很好,高温烧结性也有待进一步改进。

另外一方面,我们国家面向精密机械、半导体行业的陶瓷产品现在还比较少,精密机械和半导体设备里面会用到大量的陶瓷零部件,但是我们国家过去在半导体设备制造方面比较落后,在半导体行业中的高技术陶瓷产品的制造也比较落后,特别是精密加工陶瓷零部件,有些领域我们还处于空白。

如何提升国产特种陶瓷粉体的性能?

潘教授与国外做陶瓷粉体的企业有很多的联系,据他的观察,日本很多的陶瓷粉体生产厂家,他们不仅是把粉体做出来,而且在陶瓷粉体的烧结以及陶瓷产品方面的研究往往也做得很好;他们会告诉客户,他们的粉体在什么条件下进行烧结,可以达到什么性能。

然而在中国大部分生产粉体的企业,仅仅是生产粉体,而至于这个粉体是否好用,他们很少关心,只是关注粉体有多纯、有多细。在潘教授看来,仅仅是纯度高和粒径小,并不代表陶瓷粉体的性能一定好。一个好的粉体,它的分散性、成型性能等很多性能都很重要。中国企业在做粉体的同时也应该研究一下他的粉体能不能做出好的陶瓷制品出来,这是需要努力的一个方向。

潘教授告诉记者,在热障涂层喷涂过程中的工艺细节上,我们与国外还有比较大的差距。我们可以喷出来、能喷上去,但是后边一些详细的技术参数,与国外相比还是不够的。在国外,同样的设备、同样的粉体,但是对于工艺参数、后面的研究非常多、非常细,因此他们喷出来的粉体质量比我们好,薄膜涂层比我们国内的要好很多。

潘教授讲,国外企业的技术积累的时间很久,他们能持续几十年研究一个技术,把每一个细节都做得很好,且不急于把一件产品推向市场。潘教授举例说,他与日本三菱重工自2003年开始合作研究一个新型热障涂层材料,虽然在2004年时做出来的材料基本性能就已经比较好了,但是他们却等到2010年以后才将它用到最新的燃气轮机上面。

通常,一种原料做出来以后,需要经过十年以上的持续研发和内部改造的工作才能经受市场的考验。但是,我们国内做出来一种材料之后,会马上宣传自己做得很好,然而一到应用阶段就出现问题了。潘教授说,日本企业在技术上的考核要花很多的时间;我们国家的企业在试验、考核的程度、能力方面还不够,大家都习惯于做加速试验,实际上,加速试验跟真正的工况试验还是有区别的,国外是持续5年、10年在做实际工况的试验。

(中国粉体网记者采访/黑金、编辑整理/平安)

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