[发明专利]室温真空颗粒喷射的脆性材料颗粒及其形成涂膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于室温下进行真空颗粒喷射的脆性材料颗粒，以及使用该脆性材料颗粒形成涂膜的方法。

背景技术

气浮沉积是一种制备致密涂膜的方法，该方法通常包括：将大小在几百纳米到几微米，且不具有塑性形变的脆性材料的细小粒子输送到粉末接收器或者雾化装置；利用机械震动并输送运载气体来形成包含气体和细小粒子的气溶胶；在室温下利用喷嘴喷射气溶胶。气浮沉积是通过使细小粒子以100-400m/s的速度碰撞基板来形成涂膜，不同于通过使塑性金属粉末以400-1500m/s的超音速碰撞基板来制备涂膜的冷喷涂。对于气浮沉积，基于质量和运动速度的动能是使具有脆性的细小粉末形成致密涂膜的能量来源。若动能太小，则不能形成涂膜，或者，形成多孔粉末块。相反，若动能太大，则基板或者已经形成的涂膜会被损坏。因此，需要适量的动能来形成涂膜。有几篇文献记载了气浮沉积。专利号为3348154的日本专利公开了一种通过喷射脆性材料的细小粒子在短时间内形成涂膜的方法。该专利文献中记载了用于形成涂膜的粒子应当具有0.1-5μm的平均直径，并记载了由多个单一粒子组成的较大的凝聚物不利于形成涂膜，确切地说，会阻碍形成涂膜。然而，经过一段时间后，原粉的粒子会在粉末接收器或者雾化装置内团聚，从而给大面积均匀涂膜的快速制备带来问题，因而该专利的方法仅有有限的商业应用。具体地，在气浮沉积中，大小在几百纳米到几微米的粒子通过吸水或者静电吸引产生物理团聚以聚结。由于脆性材料粒子的团聚，经过一段时间后，在气浮沉积设备中的粉末接收器或者雾化装置内的粒子状粉末会变成不可控制、形状各异的团聚体，因此妨碍均匀、正常的粉末供应，并妨碍喷嘴均匀、流畅地喷射。因此，形成的涂膜的生产运营和品质都会受到影响。

同时，也有解决上述问题的文献。公开号为2009-242942的日本专利公开了一种制备平均直径为20-500μm、抗压强度为0.015-0.47MPa的粒子的方法，该方法故意使平均直径为0.1-5μm的细小初级粒子团聚以用作原材料。由于这些制备的粒子具有足够大的尺寸，制备的粒子间的团聚是可控制的，相应地，粉末可以适当地供应很长时间。然而，日本专利2009-242942象专利号为3348154的日本专利一样受限，因为形成涂膜需要：在粉末接收器中储备由制备的粒子组成的原粉，从粉末接收器均匀输送制备的粒子到单独的研磨设备以将制备的粒子研磨回具有0.1-5μm的平均直径的细小粒子，并利用喷嘴喷射细小粒子。专利号为10-2007-0008727的韩国专利涉及一种复合结构材料及其制备方法和设备，这种复合结构材料是由诸如陶瓷或金属的脆性材料在基板表面上形成的。上述的韩国专利文献记载了通过高速喷射和碰撞脆性材料的粒子到基板上，并使粒子分散来形成涂膜的方法，其中，脆性材料如已经发生内部形变的陶瓷或金属。但是，采用上述的韩国专利提供的方法所制备的涂膜的厚度可能不均匀。

因而，过去一直研究防止脆性材料的细小粒子团聚，从而防止气浮沉积过程中粉末不均匀供应的方法的本发明的发明人，在研发了一种控制脆性材料多粒子团聚体或颗粒的性质的方法，和采用该方法制备脆性材料涂膜的方法后，完成了本发明。本发明的方法通过控制脆性材料粉末的性质赋予脆性材料粉末流动性、抑制粒子的物理吸附和后续的团聚，以及无需研磨而直接喷射平均直径为5μm或5μm以上并具有适当强度的多粒子团聚体，能够高效的制备不存在细孔、裂纹和片层的精细结构的致密涂膜。同时，气溶胶表示超细粒子和气体混合的状态。然而，考虑到由于用于本发明的、与气体混合的粒子为5-500μm大小的颗粒，从而用于本发明的粒子不能被称为“气溶胶”，因而，在此将本发明的涂膜方法称为“室温真空颗粒喷射”，而不称为使用由细小粒子和运载气体所混合的气溶胶的气浮沉积。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于室温真空颗粒喷射的脆性材料颗粒。

进一步，本发明的另一个目的是提供一种应用该脆性材料颗粒形成涂膜的方法。

为实现上述的目的，本发明提供了由0.1到6μm的粉末粒子所形成的脆性材料颗粒，以利用室温真空颗粒喷射形成涂膜。

进一步，本发明提供了应用该脆性材料颗粒形成涂膜的方法，包括如下步骤：

材料准备步骤，将脆性材料颗粒填充到加料器中，并将基板固定在平台上（步骤1）；

气体供应步骤，将脆性材料颗粒与运载气体混合（步骤2）；以及

颗粒喷射步骤，将步骤2中混合的运载气体和脆性材料颗粒输送到喷嘴中，并通过喷嘴喷射到步骤1中的基板上（步骤3）。