用于热喷涂涂层的电绝缘材料的制作方法

文档序号:9672151阅读:836来源:国知局
用于热喷涂涂层的电绝缘材料的制作方法
【专利说明】用于热喷涂涂层的电绝缘材料
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 该申请要求于2013年2月20日提交的美国临时申请61/766, 960的优先权,该申 请的内容以它们的全文明确地结合至本文。
[0003] 发明背景
[0004] 许多工程应用需要将绝缘层涂布于金属体上,以提供某些功能,例如防止化学、机 械、热或电的影响。如今使用的大多数绝缘材料为陶瓷。然而,常常由于陶瓷涂层和下层金 属体之间的热膨胀系数差异,在热载荷下在陶瓷涂层中产生高机械应力。这些应力容易导 致涂层的裂纹和/或层离。因此,期望具有与待涂布的金属材料相似的热膨胀系数的绝缘 材料。
[0005] 金属通常具有大于10 ym/m/κ的热膨胀系数,因此仅少数氧化物可用于涂布目 的。将例如具有11 μπι/m/K附近的热膨胀系数的稳定氧化锆作为热障涂层用于涡轮机械组 件,和作为高温下的离子导体(电解质)用于例如固体氧化物燃料电池的电设备。然而,氧 化锆对来自金属或氧化物溶体侵蚀的抗性低于许多其它材料[参考美国专利6, 723, 442 ; 6, 764, 771,其通过引用以它们全文结合至本文]。在离子导电占主导的高温下,氧化锆还失 去其电绝缘性质。
[0006] 对于通过热喷涂方法的涂层的应用,所述绝缘材料另外需要具有合适的性质,以 承受过程条件并形成具有期望功能的涂层。例如,MgO具有高熔点、对溶体的充足抗性、高 的电绝缘性和13. 5 μπι/m/K的热膨胀系数。这表示,MgO也是用于金属的合适涂料。然而, MgO不是用于热喷涂过程用途的合适的材料,因为MgO在这类过程中出现的高温下分解,且 分解产物具挥发性。
[0007] 由MgO和A1203的混合物生产的陶瓷具有用于与多种金属组合的良好性质。由MgO 和A1203生产的烧结陶瓷市售可得。它们具有对化学、热和机械侵蚀的高度抗性的优点,并 且具有位于11 μ m/m/K附近的热膨胀系数。然而,这类陶瓷作为涂料仅具有有限的适应性, 因为实际上它们不适合通过热喷涂方法涂布。同样在这些陶瓷中,陶瓷的MgO在热喷涂期 间出现的高温下蒸发。
[0008] 美国专利6, 723, 442描述基于MgAl204尖晶石和MgO的组合的材料,其生产方法, 由施用在金属体上的材料产生的涂层(或层),以及作为高温燃料电池中的组件的这种涂 布金属体的使用。描述述材料包含MgO晶粒,所述晶粒嵌入尖晶石MgAl204的母体中。
[0009] 美国专利6, 764, 771描述用热障涂层涂布的(金属)涡轮叶片,所述热障涂层基 于选自以下的尖晶石材料的混合物:CoMg204、CoFe20 4、CoCr204、CoTi204、C〇A1 204、NiMg204、 NiTi204、TiMg204、TiFe 204、TiCr204和 TiAl 204,以及选自以下的氧化物材料:MgO、Hf02、C〇0、 NiO和Cr203和/或它们的组合。
[0010] 美国专利申请公开US2011/0033779(2011年2月10日)描述用作固体氧化物燃 料电池(S0FC)体系的数种材料组成和组合,所述公开以引用将其全文结合至本文。
[0011] 对包括例如氧化镁和尖晶石,优选MgAl204的沉积热喷涂涂层的材料和方法仍有 需求。 发明概要
[0012] 意外地发现,可制备用于提供具有可调热膨胀系数(以匹配使用热喷涂过程涂布 的金属材料的热膨胀系数)的耐高温电绝缘涂层的材料。还意外地发现,可由不含尖晶石 的起始材料在基材上制备包括尖晶石的涂层。
[0013] 在一个优选的实施方案中,将非尖晶石起始材料热沉积在基材上。在一个优选的 实施方案中,将起始材料注入热区,在此处将其加热和/或熔融并随后推进至表面,用于在 其上沉积。可通过任何合适的方法和设备完成加热,例如通过使用高温(例如火焰,燃料燃 烧,或电弧)。不受理论约束,相信非尖晶石化合物在去往表面的途中反应,从而在去往表面 的运行中形成尖晶石。也有可能不形成尖晶石,直到喷料沉积在表面上。
[0014] 本发明提供包含核部分(包含第一混合物)和包裹部分(包含第二混合物)的材 料,第一混合物富含高-CTE材料(组分B1)且贫乏非升华的电绝缘体(组分A1);第二混 合物富含非升华的电绝缘体(组分A2)并贫乏高-CTE材料(组分B2);且其中组分A1和 B1的至少一个具有最大约100微米的平均粒径;和组分A2和B2的至少一个具有最大约20 微米的平均粒径;其中包裹部分至少部分包裹核部分。
[0015] 本发明还提供通过将材料热喷涂于基材上制备的热喷涂涂层。
[0016] 本发明还提供制造热喷涂涂层的方法,所述方法包括:获得材料;获得基材;并通 过将材料通过热喷涂过程施用于基材形成基材上的涂层。
[0017] 组分A1和A2优选独立地选自以下之一或两者:a)三价或四价金属的一种或多种 氧化物,或b)具有粘合性质的一种或多种盐。优选地,组分A1和A2独立地选自以下一个 或多个的氧化物:Al、In、Ga、Y、Sc、Mg、Si、Ti、Ge、Zr、Hf、Sn、Nb、Μη 或稀土金属。优选地, 组分Α1和/或Α2包含Α1203。
[0018] 组分Β1和Β2优选具有至少约10 μ m/m/K的热膨胀系数。组分Β1和Β2优选独立 地选自以下一个或多个:简单氧化物、双金属氧化物、三金属氧化物、碱金属卤化物、碱性金 属卤化物或金属。优选地,组分B1和/或B2包含MgO,基本上由MgO构成,或由MgO构成。
[0019] 优选地,材料包含多个核。优选地,核包含作为整料或较小颗粒团块中的至少一种 的颗粒。优选地,材料包含多个附聚的被包裹的核。优选地,核或多个核进一步包含非导电 和非升华的外层。优选地,外层包含以下之一或两者:a)三价或四价金属的一种或多种氧 化物,或b)具有粘合性质的一种或多种盐。
[0020] 优选地,材料基本上不含尖晶石。优选地,材料进一步包含粘合剂。优选地,材料 进一步包含分散剂。
[0021] 优选地,热喷涂涂层包含一种或多种尖晶石。优选地,热喷涂涂层的基材包含铁、 钢、错、铜、Fe-Cr合金、富含Cr的钢、钴、-合金、镍、-合金、青铜或钛。
[0022] 优选地,热喷涂涂层包含尖晶石。优选地,材料不包含尖晶石,且热喷涂涂层包含 尖晶石。优选地,材料包含A1203,且热喷涂涂层不含A120 3。
[0023] 附图简述
[0024] 图1为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0025] 图2为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0026] 图3为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0027] 图4为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0028] 图5为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0029] 图6为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0030] 图7为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0031] 图8为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0032] 图9为说明根据本发明的粉末颗粒结构的示意图。
[0033] 图10显示根据本发明的粉末的形态和横截面;Mg0-Al203 "包覆"粉末的SEM粉末 图像(500倍):(a)形态,(b)横截面。
[0034] 图11显示根据本发明的粉末的形态和横截面;Mg0-Al203 "包覆"粉末的SEM粉末 图像(500倍):(a)形态,(b)横截面。
[0035] 图12显示根据本发明的粉末的形态和横截面;Mg0-Al203 "包覆"粉末的SEM粉末 图像(500倍):(a)形态,(b)横截面。
当前第1页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1