[發明專利]一種自愈合YSZ陶瓷熱障涂層材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310526168.1
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103553597A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 米娜;王淑英;李秀元
• 申請（專利權）人: 西安博科新材料科技有限責任公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于熱障涂層材料技術領域，具體涉及一種自愈合YSZ陶瓷熱障涂層材料及其制備方法。

背景技術

YSZ（即Y₂O₃穩定的ZrO₂）陶瓷熱障涂層具有高熔點、低熱傳導系數（其塊體材料的熱傳導系數約為2W/m·k～3W/m·k）、高斷裂韌性(6MPa·m^-1/2～9MPa·m^-1/2)、高熱膨脹系數（9×10^-6K^-1～11×10^-6K^-1）等優異的綜合性能，目前廣泛應用于飛機推進、發電和艦艇推進用燃氣輪機渦輪鎳基高溫合金葉片的熱障涂層。

盡管YSZ陶瓷有較高的熱膨脹系數，但其與鎳基高溫合金的熱膨脹系數（>13×10^-6K^-1）還存在一定程度的不匹配，導致YSZ陶瓷熱障涂層存在裂紋。裂紋導致在氧化性氣氛中氧氣快速擴散至YSZ熱障涂層與鎳基高溫合金基體之間的金屬粘結層，加速金屬粘結層的熱氧化，當熱氧化產物TGO（熱生長氧化物）的厚度達到6μm以上時，YSZ熱障涂層將因TGO的生長應力而剝落，導致YSZ熱障涂層失效，進而導致鎳基高溫合金基體失效。

公開號為CN1178204A的中國發明專利“熱障涂層構件及其制作方法、使用該構件的燃氣輪機零件”采用熔點比ZrO₂更高的相(HfC、NbC、SiC、TaC、Ta₂C、TiC、WC、ZrC、HfB₂、TaB₂、NbB₂、TiB₂、ZrB₂、BN、TaN、TiN、ZrN、HfO₂及ThO₂)來復合強化ZrO₂。其中，HfC、NbC、TaC、Ta₂C、TiC、WC、ZrC等碳化物的氧化產物在熱障涂層服役溫度下沒有流動性，不能愈合裂紋，盡管SiC的氧化產物SiO₂在熱障涂層服役溫度下有流動性，但氧化產物含有氣體，不利于裂紋愈合。HfB₂、TaB₂、NbB₂、TiB₂、ZrB₂等硼化物的氧化產物B₂O₃熔點過低(約450℃)，在熱障涂層服役溫度下蒸發過快，導致被愈合的裂紋很快又重新開放。TaN、TiN、ZrN等氮化物的氧化產物在熱障涂層服役溫度下沒有流動性，不能愈合裂紋，BN的氧化產物為B₂O₃，同樣存在被愈合的裂紋很快又重新開放的問題。HfO₂及ThO₂等氧化物熔點過高，在熱障涂層服役溫度下沒有流動性，不能愈合裂紋。

因此，亟需制備一種適用于鎳基高溫合金基體的自愈合陶瓷熱障涂層材料。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種自愈合YSZ陶瓷熱障涂層材料。該熱障涂層材料采用SiB₆和金屬硅化物為自愈合相，并充分利用自愈合相氧化后的體積膨脹和氧化產物的流動來愈合YSZ陶瓷熱障涂層中的裂紋，阻止氧化氣氛向粘結層和鎳基高溫合金基體的擴散，同時，阻止裂紋向粘結層和鎳基高溫合金基體擴展，提高熱障涂層的服役壽命和可靠性。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種自愈合YSZ陶瓷熱障涂層材料，其特征在于，由以下摩爾百分比的成分組成：YSZ陶瓷90%～97%，SiB₆1.2%～7%，金屬硅化物0.9%～6%。

上述的一種自愈合YSZ陶瓷熱障涂層材料，其特征在于，由以下摩爾百分比的成分組成：YSZ陶瓷95%，SiB₆2.5%，金屬硅化物2.5%。

上述的一種自愈合YSZ陶瓷熱障涂層材料，其特征在于，由以下摩爾百分比的成分組成：YSZ陶瓷97%，SiB₆2.1%，金屬硅化物0.9%。

上述的一種自愈合YSZ陶瓷熱障涂層材料，其特征在于，由以下摩爾百分比的成分組成：YSZ陶瓷90%，SiB₆4%，金屬硅化物6%。