[發明專利]超高溫BaPr₂Ti_3+XO_10+Y封嚴涂層材料及其制備方法無效

申請號：	200710120616.2	申請日：	2007-08-22
公開（公告）號：	CN101109082A	公開（公告）日：	2008-01-23
發明（設計）人：	郭洪波;馬國輝;宮聲凱;徐惠彬	申請（專利權）人：	北京航空航天大學
主分類號：	C23C24/00	分類號：	C23C24/00;F01D11/00;C04B35/462;C04B35/622
代理公司：	北京永創新實專利事務所	代理人：	周長琪
地址：	100083***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	超高溫 bapr sub ti 10 涂層材料及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種封嚴涂層材料，更特別地說，是指一種用作燃氣渦輪發動機渦輪外環的具有耐高溫、可磨耗性能的BaPr₂Ti_3+XO_10+Y封嚴涂層材料。

背景技術

隨著航空發動機向高流量比、高推重比發展，燃氣渦輪進口溫度不斷提高，如新一代高性能航空發動機，其渦輪進口設計溫度已達到1800℃以上，經過先進的氣膜冷卻，到達高溫熱端部件的表面工作溫度將在1400℃以上，遠遠高于熱端部件高溫合金的承溫能力，在高溫合金基體表面涂覆耐高溫且具有良好隔熱性能的熱障涂層，可以降低合金表面的工作溫度，延長熱端部件的使用壽命，提高發動機的工作效率。渦輪外環是航空發動機的關鍵構件，它的作用是與發動機渦輪葉片形成動密封，提高燃氣的燃燒效率。渦輪外環的工作環境非常惡劣，一方面要求渦輪外環耐高溫燃氣燒蝕，另一方面，要求外環表面具備一定的硬度和可磨耗性能。為了滿足以上要求，通常在渦輪外環表面涂覆高溫封嚴涂層(一種特殊的熱障涂層)。對于新一代航空發動機，其渦輪外環工作溫度將在1200℃以上。

目前國際上航空發動機渦輪外環高溫封嚴涂層通常采用氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)作為封嚴涂層的陶瓷隔熱層材料，涂層方法采用大氣等離子噴涂。YSZ的使用溫度為1200℃以下，高于此溫度，YSZ將發生燒結和相變，導致涂層剝落失效，而且YSZ涂層的可磨耗性能也有待提高，因此YSZ材料不能滿足新一代航空發動機渦輪外環封嚴涂層耐高溫的使用要求。針對新一代航空發動機，必須研制新的高溫封嚴涂層材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種可以適用于燃氣渦輪發動機的渦輪外環的BaPr₂Ti_3+XO_10+Y封嚴涂層，該涂層材料可以在20～1500℃的溫度環境中使用，不僅具備高熱膨脹系數、低熱導系數等常規熱障涂層特性，同時由于涂層具有層狀結構，因此，涂層具有優異的可磨耗性能和抗熱沖擊性能等優點。

本發明是一種超高溫BaPr₂Ti_3+XO_10+Y封嚴涂層材料，其化合物的化學組成為BaPr₂Ti_3+XO_10+Y，X的取值為0.1～1，Y的取值為0.1～2。采用了對BaCO₃、TiO₂、Pr₂O₃進行高溫固相反應的方法進行制備該封嚴涂層材料。

本發明的層狀結構超高溫BaPr₂Ti_3+XO_10+Y封嚴涂層材料優點在于：(1)該封嚴BaPr₂Ti_3+XO_10+Y涂層材料為層狀結構，層與層間結合力弱，具有質軟，韌性好等特點；(2)與ZrO₂-MgO-硅藻土、多孔ZrO₂等封嚴涂層相比，具有更好的可磨耗封嚴性能，抗沖刷以及抗熱沖擊性能；(3)該BaPr₂Ti_3+XO_10+Y封嚴涂層材料的平行于層方向顯微硬度為760.5±20，垂直于層方向顯微硬度為338.5±30；平行于層方向斷裂韌性為2.081±0.030MPam^-1/2，垂直于層方向斷裂韌性0.891±0.035MPam^-1/2。在1500℃條件下的熱導率是0.51～0.91Wm^-1K^-1，在1500℃條件下的熱膨脹系數是10.5～11.5×10^-6K^-1；(4)由該材料具有的熱導率極低，熱膨脹系數高，能夠在1500℃高溫條件下使用，并保持長時間的相穩定。