[發明專利]一種陶瓷纖維/晶須強化復合熱障涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201610172208.0
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105755418B
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 白宇;王俊文;于方麗
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10;C23C4/134;C23C24/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

本發明提供一種陶瓷纖維/晶須強化復合熱障涂層及其制備方法，獲得的復合熱障涂層結構穩定、阻熱效果良好、抗熱沖擊及抗高溫氧化性能優良。所述方法包括如下步驟：步驟1，制備陶瓷纖維/晶須與陶瓷基材料的復合粉體，陶瓷纖維/晶須在復合粉體中的質量比為1％?95％；步驟2，以步驟1得到的復合粉體為原料，采用等離子噴涂或激光熔覆的方法使得陶瓷纖維/晶須均勻彌散地分布于制備得到的涂層之中，從而得到陶瓷纖維/晶須增韌復合熱障涂層。復合熱障涂層中纖維/晶須作為強化相，分布于已凝固的熔融陶瓷液滴的相鄰攤片中以及相鄰攤片的片層間未結合區域中。在航空渦輪發動機及重型燃氣輪機等國防尖端工業中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，具體為一種陶瓷纖維/晶須強化復合熱障涂層及其制備方法。

背景技術

熱障涂層是一種應用在金屬基體表面，起到降低基體溫度以保證其在高溫條件下正常使用的功能化涂層，這種涂層目前已在燃氣渦輪發動機中的熱端部件上得到廣泛應用。但以陶瓷涂層與金屬基體為基礎的熱障涂層系統本身在物理化學、力學性能方面的不匹配性，以及加工過程中工藝的復雜性和后續使用過程中的高溫、腐蝕環境的苛刻性，使得目前應用的熱障涂層運行壽命和隔熱溫度仍然難以達到迅速發展的航空事業的需要。因此，大幅度提高熱障涂層的質量穩定性及服役壽命是擺在航空發動機科研、設計和生產技術人員面前的一項緊迫而艱巨的任務。

熱障涂層體系在服役過程中，表面承載溫度高、同時還要受到一些外來沉積物的沖蝕磨損及腐蝕，陶瓷層極易發生剝落失效。陶瓷涂層本身強度低、韌性差是陶瓷層剝落的最主要原因。纖維是具有強結合鍵的物質或硬質材料，這些硬質材料為塊狀時，內部往往含有較多的裂紋，容易斷裂，使鍵的強度不能充分發揮；如果將這些材料制成極細的纖維，則在較小的尺寸下其內部出現裂紋的幾率偏低，裂紋長度減小，材料的脆性有明顯改善，強度顯著提高。纖維對陶瓷涂層的強化作用主要表現在：(1)纖維處于基體中并受基體保護，不易損傷，使基體承載能力增大；(2)材料受較大應力時，斷裂的纖維可阻礙裂紋的擴展并改變裂紋的擴展方向；(3)纖維從基體中拔出時須克服基體對纖維的粘結力，使材料的斷裂強度進一步提高。然而，由于陶瓷燒結溫度普遍較高，出于對金屬基體的保護，用傳統燒結的方法制備纖維增韌陶瓷層是行不通的。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種陶瓷纖維/晶須強化復合熱障涂層及其制備方法，獲得的復合熱障涂層結構穩定、阻熱效果良好、抗熱沖擊及抗高溫氧化性能優良。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種陶瓷纖維/晶須強化復合熱障涂層的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，制備陶瓷纖維/晶須與陶瓷基材料的復合粉體，陶瓷纖維/晶須在復合粉體中的質量比為1％-95％；

步驟2，以步驟1得到的復合粉體為原料，采用等離子噴涂或激光熔覆的方法使得陶瓷纖維/晶須均勻彌散地分布于制備得到的涂層之中，從而得到陶瓷纖維/晶須增韌復合熱障涂層。

優選的，步驟2中采用等離子噴涂時，調節等離子噴涂電壓為72.6-133V、電流為312-814A、主氣為35.3-75.0slpm、輔氣通量為11.8-27.0slpm、噴涂距離為70-110mm、送粉率為30-40g·min^-1，輔氣采用氫氣。

優選的，步驟2中采用激光熔覆時，輸出功率選擇為0.5-10kW，掃描速度選擇為2-20mm/s，光斑直徑為1.8-5.0mm。

優選的，所述的陶瓷纖維/晶須材料包括碳化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁或莫來石中的任意一種。