[發明專利]具有由鉬-碳化鈦復合材料制成的接合層的陶瓷材料復合體、部件、燃氣渦輪機和方法

有效

• 申請號: 201980009039.0
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN111566073B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: J·D·延森;O·施蒂爾;G·溫克勒
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00;C04B35/80;F01D5/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 章敏;林毅斌

本發明涉及材料復合體（1），其具有第一層（2）和布置在第一層（2）上的第二層（3），所述第一層至少由陶瓷第一材料形成，所述第二層至少由不同于第一材料的陶瓷第二材料形成。為了實現更高的可熱負荷性和/或可機械負荷性，設置了布置在第一層（2）和第二層（3）之間并且至少部分由鉬?碳化鈦復合材料形成的接合層（4），通過該接合層將第一層（2）與第二層（3）接合。

第一方面涉及材料復合體，其具有由第一陶瓷材料制成的第一層和由第二陶瓷材料制成的第二層。本發明的第二方面涉及具有這樣的材料復合體的部件。本發明的第三方面涉及具有這樣的部件的燃氣渦輪機。最后，本發明的第四方面涉及用于制造這樣的材料復合體的方法。

在高溫應用中，例如在燃氣渦輪機中，經常使用由金屬合金組成的部件，這些部件被陶瓷材保護以免受熱過負荷。例如，用于高溫應用的部件可以具有金屬載體，該金屬載體涂覆有陶瓷材料。通過由陶瓷材料形成的這樣的熱障層，可以增加部件的可熱負荷性。這例如在通過提高部件的可熱負荷性而實現更高燃燒溫度的燃氣渦輪機中是有利的。通過提高燃燒溫度，提高燃氣渦輪機的熱力學效率，這可以產生減少的燃料消耗和有害物質排放。

如果熱障層由兩種不同陶瓷材料的材料復合體形成，則可以特別地提高可熱負荷性。該材料復合體可以具有由陶瓷第一材料制成的第一層和由陶瓷第二材料制成的第二層。問題是，第一材料和第二材料可能具有不同的熱膨脹系數或其它偏差的機械性能。由此可能導致材料復合體在機械或熱負荷下發生噴射破裂（Sprühbrüche）。特別是因為陶瓷材料通常極脆而造成這一點。

本發明的目的是增加一開始提到的材料復合體的可機械負荷性和/或可熱負荷性。

根據本發明，該目的通過獨立權利要求的主題來實現。具有適當擴展的有利實施方案是從屬權利要求的主題。

本發明以材料復合體為出發點，其具有至少由陶瓷第一材料形成的第一層和布置在第一層上且至少由不同于第一材料的第二陶瓷材料形成的第二層。第一層和第二層可各自二維延伸。這意味著與沿著垂直于厚度的兩個空間方向的尺寸相比，第一層和/或第二層的厚度小。在這種情況下，小特別是指在第一層或第二層的厚度與垂直于厚度的空間方向的每個之間的倍數為至少10、至少100或至少1000。

為了現在獲得更高的可熱負荷性和/或可機械負荷性，根據本發明設置了，設置了布置在第一層和第二層之間且至少部分由鉬-碳化鈦復合材料形成的接合層，通過該接合層將第一層與第二層接合。換句話說，第一層通過接合層與第二層接合，其中該接合層至少部分由鉬-碳化鈦復合材料形成。在一些實施方案中，接合層僅由鉬-碳化鈦復合材料形成。在其它實施方案中，接合層由材料混合物形成，該材料混合物包含鉬-碳化鈦復合材料和至少一種其它材料。鉬-碳化鈦復合材料的特征在于在室溫下的塑性延性高達10％，在直至超過1200攝氏度下具有無限的壓縮延性并且具有高的可熱負荷性。因此，鉬-碳化鈦復合材料在一定程度上是“彈性陶瓷”。因此，根據本發明，在第一層和第二層之間布置了彈性但可熱負荷的接合層。由于其彈性或延性，接合層能夠吸收第一層和第二層之間的應力，該應力例如可由不同的熱膨脹系數產生。以這種方式，通過根據本發明的接合層，可以與現有技術相比改進材料復合體的可熱負荷性和/或可機械負荷性。

特別地設置了，接合層與第一層和與第二層均直接接觸。換句話說，接合層布置在第一層和第二層之間并且與第一層和與第二層均直接機械接觸。特別地，在第一層和接合層之間和/或在接合層和第二層之間各自不存在空氣夾雜物。由這種結構產生該材料復合體的特別的密實性。

根據一個擴展方案設置了，接合層與第一層和與第二層均通過至少一種各自的材料配合的接合方式接合。換句話說，第一層通過原子力或分子力與接合層牢固接合。另外，接合層通過原子力或分子力與第二層牢固接合。所述各自的材料配合的接合方式在此不一定是直接的。這意味著接合層可以跨過中間層借助兩種材料配合的接合方式而與第一層和/或第二層接合。因此，第一層和第二層也間接地，即至少通過接合層而彼此材料配合地接合。由此導致該材料復合體的特別穩定的結構。另外，由此可以進一步提高可機械負荷性。