[發(fā)明專利]一種多層結(jié)構(gòu)鋇長石環(huán)境屏障涂層及其用途和制備方法

在審

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• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112811938A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張晰;張紫琦;劉典;李建章;成來飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安鑫垚陶瓷復(fù)合材料有限公司
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發(fā)明涉及一種耐高溫耐腐蝕涂層，具體涉及一種多層結(jié)構(gòu)鋇長石環(huán)境屏障涂層及其用途和制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的硅基非氧化物陶瓷的環(huán)境屏障涂層材料層間熱膨脹系數(shù)不匹配，易引起貫穿裂紋、開裂和剝落現(xiàn)象，導(dǎo)致涂層失效、基體材料氧化的問題。該涂層包括粘結(jié)層、組合中間層和面層，粘結(jié)層為覆蓋在基體表面的硅層，組合中間層包括覆蓋在硅層上的莫來石層，以及覆蓋在莫來石層上的莫來石和摻鍶鋇長石混合層，面層為覆蓋在莫來石和摻鍶鋇長石混合層上的摻鍶鋇長石層；粘結(jié)層厚度為90?120μm，組合中間層厚度為90?140μm，面層厚度為120?160μm，涂層總厚度≥300μm。該涂層所使用的基體材料為SiC基體、C/SiC復(fù)合材料基體或SiC/SiC復(fù)合材料基體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種耐高溫耐腐蝕涂層，具體涉及一種多層結(jié)構(gòu)鋇長石環(huán)境屏障涂層及其用途和制備方法。

背景技術(shù)

隨著航空發(fā)動機(jī)向大推力、高效率、低油耗的趨勢發(fā)展，航空發(fā)動機(jī)所服役的環(huán)境條件將更加苛刻。為了實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)在高推重比及高效能上的突破，必須提高發(fā)動機(jī)中燃?xì)獾臏囟龋細(xì)鉁囟鹊奶岣邉荼卦斐筛邏簻u輪熱端部件表面溫度的提高，同時也對航空發(fā)動機(jī)熱端部件材料提出更加嚴(yán)峻的考驗。

鑒于航空發(fā)動機(jī)熱端服役于高溫、水氧腐蝕環(huán)境，且需滿足疲勞載荷、超長壽命要求等特點，對于傳統(tǒng)高溫合金的熱端部件材料，常使用熱障涂層(Thermal BarrierCoatings，TBCs)對其進(jìn)行高溫防護(hù)，而對于新一代熱端部件材料——陶瓷基復(fù)合材料則采用環(huán)境屏障涂層(Environment Barrier Coatings，EBCs)，以保護(hù)其免受水蒸氣、熔鹽、火山灰及其他環(huán)境因素腐蝕。環(huán)境屏障涂層是一種重要的熱噴涂功能涂層，其能夠在高溫結(jié)構(gòu)材料和發(fā)動機(jī)惡劣環(huán)境(如腐蝕性介質(zhì)、高速氣流沖刷等)間建立一道屏障，在發(fā)動機(jī)惡劣環(huán)境中對基體材料起到保護(hù)作用，以阻止或減小發(fā)動機(jī)環(huán)境對陶瓷基復(fù)合材料性能的影響，因而被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，其對提高發(fā)動機(jī)效率、增進(jìn)推重比進(jìn)而提升發(fā)動機(jī)整體性能具有重要意義。

目前，針對硅基非氧化物陶瓷的環(huán)境屏障涂層，在不高于1200℃的工作環(huán)境中多采用莫來石底層和氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)頂層這種雙層涂層結(jié)構(gòu)，盡管氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯具有優(yōu)異的抗水氧侵蝕性能，可以對莫來石層形成保護(hù)，但由于其熱膨脹系數(shù)約為莫來石的兩倍，涂層材料在實際服役過程中存在層間熱膨脹系數(shù)不匹配的問題，易產(chǎn)生貫穿裂紋，進(jìn)而發(fā)生開裂和剝落現(xiàn)象，導(dǎo)致涂層失效、基體材料氧化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的硅基非氧化物陶瓷的環(huán)境屏障涂層材料層間熱膨脹系數(shù)不匹配，易引起貫穿裂紋、開裂和剝落現(xiàn)象，導(dǎo)致涂層失效、基體材料氧化的問題，而提供了一種多層結(jié)構(gòu)鋇長石環(huán)境屏障涂層及其用途和制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種多層結(jié)構(gòu)鋇長石環(huán)境屏障涂層，其特殊之處在于：

包括粘結(jié)層、組合中間層和面層；

所述粘結(jié)層為覆蓋在基體表面的硅層；

所述組合中間層包括覆蓋在硅層上的莫來石層，以及覆蓋在莫來石層上的莫來石和摻鍶鋇長石混合層；

所述面層為覆蓋在莫來石和摻鍶鋇長石混合層上的摻鍶鋇長石層；

所述粘結(jié)層厚度為90-120μm，組合中間層厚度為90-140μm，面層厚度為120-160μm，涂層總厚度≥300μm。

進(jìn)一步地，所述莫來石和摻鍶鋇長石混合層的材料為莫來石和摻鍶鋇長石混合粉末，其中莫來石與摻鍶鋇長石的質(zhì)量比為1：1-1.2。

進(jìn)一步地，所述莫來石和摻鍶鋇長石混合粉末中，莫來石與摻鍶鋇長石的質(zhì)量比為1：1。

進(jìn)一步地，所述粘結(jié)層厚度為90-100μm，組合中間層厚度為90-110μm，面層厚度為120-140μm，涂層總厚度為300-350μm。