[發(fā)明專利]含氧化鋁摻雜劑的陶瓷耐磨材料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410319116.1
• 申請(qǐng)日: 2006-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104193330A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.尼科爾;S.威爾遜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇舍美特科（美國(guó)）公司
• 主分類號(hào): C04B35/48
• 分類號(hào): C04B35/48;F01D11/08
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周鐵;萬(wàn)雪松

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00610099624.9、申請(qǐng)日為2006年6月15日的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

互相參考的相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)依據(jù)35?U.S.C.§?119(e)要求于2005年6月16日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/690,875的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請(qǐng)?jiān)诖苏w引入作為參考。

關(guān)于資助研究或研制的聲明

不適用

參考序列表

不適用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于高溫應(yīng)用的陶瓷間隙控制（耐磨的（abradable））材料，而且尤其涉及一種摻雜氧化鋁的陶瓷耐磨材料，與其他可商購(gòu)的陶瓷耐磨材料相比，通過(guò)添加氧化鋁為該耐磨材料在抗侵蝕（erosion）方面帶來(lái)顯著提高。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)通常有多種應(yīng)用，包括航空器引擎和運(yùn)行溫度可能在1000-1200攝氏度和更高范圍內(nèi)的多種其他工業(yè)應(yīng)用。燃?xì)廨啓C(jī)是一種內(nèi)燃機(jī)，一般由空氣壓縮機(jī)、燃燒室和由燃燒的膨脹制品轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪葉輪構(gòu)成。它主要通過(guò)內(nèi)燃將流體燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行效率隨著運(yùn)行溫度的升高而增加，這樣能將部件置于增強(qiáng)的壓力下，同時(shí)使這些部件經(jīng)受熱膨脹。

為了最大化渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，比較理想的是將渦輪葉片尖端與外罩或外殼間的間隙最小化。為了提供理想的運(yùn)行速率，過(guò)大的間隙會(huì)導(dǎo)致很低的燃料效率，而過(guò)小的間隙又有渦輪葉片尖端與外罩接觸而導(dǎo)致部件損壞的危險(xiǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，常規(guī)的燃?xì)廨啓C(jī)包括一種應(yīng)用于外罩和/或密封表面的耐磨涂層或密封。這些耐磨涂層或密封可受到旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片的切削但不損壞渦輪葉片。此外，耐磨涂層或密封必須對(duì)由在渦輪中的固體小顆粒和高氣體流速造成的侵蝕保持抗蝕性。侵蝕（erosion）指小顆粒流造成的磨損（wear），類似于磨料磨損（abrasive?wear）。

耐磨涂層或密封也必須具有良好的耐磨性、抗碎裂性、低透氣性、平滑的表面、良好的老化性能和長(zhǎng)期的抗氧化性。

常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)可利用多孔陶瓷耐磨材料，如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）（8?wt%?Y₂O₃,?余量ZrO₂）。盡管這種YSZ材料適合用作耐磨材料，但它們相對(duì)易碎且容易受侵蝕磨損效應(yīng)的影響。因此，對(duì)于具有可接受的耐磨性能和抗侵蝕性的優(yōu)良的耐磨材料來(lái)說(shuō)，有一種持續(xù)的需求以使得容許間隙（tolerance）能被進(jìn)一步優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)效率和性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明涉及一種陶瓷耐磨材料，用于控制適合工業(yè)和/或航空應(yīng)用的燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)渦輪葉片尖端與外殼或外罩間的間隙。本發(fā)明的陶瓷耐磨材料是一種軟性耐磨材料，用于提供更強(qiáng)的抗侵蝕性，同時(shí)增強(qiáng)渦輪葉片尖端切入耐磨材料而不致葉片受損的能力。這些特性考慮到了（allow?for）燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)可產(chǎn)生優(yōu)良效率和性能的最佳容許間隙。

本發(fā)明提供一種陶瓷耐磨材料，其包含一種摻雜氧化鋁（Al₂O₃）的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，將約0.5到1?重量%的氧化鋁加入標(biāo)準(zhǔn)氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（如，約8?重量%?Y₂O₃，余量ZrO₂）。本發(fā)明的耐磨材料組合物與常規(guī)YSZ耐磨材料相比，表現(xiàn)出抗固體顆粒及高氣體流速的侵蝕性的4到5倍的提高。

本發(fā)明的實(shí)施方案中，也提供摻雜氧化鋁的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯組合物用于密封燃?xì)廨啓C(jī)的部件的應(yīng)用。這包括應(yīng)用該耐磨材料作為渦輪葉片與容納燃?xì)廨啓C(jī)的外罩或外殼之間的密封。

因此，本發(fā)明提供一種陶瓷耐磨材料，具有優(yōu)良的抗侵蝕性、耐磨性、抗碎裂性、低透氣性、平滑的表面、良好的老化性能和長(zhǎng)期的抗氧化性。

附圖說(shuō)明

所包括的附圖提供對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的理解，并被引入且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。附圖舉例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案并與本說(shuō)明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖中：

圖1舉例說(shuō)明使用本發(fā)明耐磨材料的燃?xì)廨啓C(jī)一部分的橫斷面視圖；

圖2顯示表面應(yīng)用了保護(hù)性立方氮化硼侵蝕涂層的葉片尖端表面；

圖3舉例說(shuō)明用于測(cè)試本發(fā)明實(shí)施方案中的陶瓷耐磨材料的測(cè)試設(shè)備；

圖4舉例說(shuō)明一種用于評(píng)估陶瓷耐磨材料對(duì)立方氮化硼的耐磨性能的一般試驗(yàn)矩陣（matrix）或“磨損圖”；