专利名称：阻热层系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阻热层系，它由基材和置于其上的层组成，本发明还涉及制备该阻热层系的方法。
从EP 1029101 B1中已知一种阻热层，其中该陶瓷外层具有材料组成La-Al-Gd-O或Sr-Ca-Zr-O。
US 5545484中描述了一种层系，其中通过纤维机械增强基材的强度。
该阻热层基本上是一类功能层，例如应保护基材免受太大的热载。该基材具有足够大的机械强度。同样该阻热层也要经受热应力或机械应力，并因为形成了裂纹，会通过剥落而失效。
因此本发明的目的在于提供一种阻热层系和其制备方法，其中该层能更好地耐受热应力和机械应力。
所述目的是通过权利要求1的阻热层系达到的。其中在至少一层中引入第二相，以改进该层的机械特性。
在从属权利要求2-19中列出该阻热层系的更有利的改进，由此改进了机械强度(抗弯强度、耐压强度、...)和断裂韧性(K1C)。
该第二相可以以纤维或颗粒形式存在。作为纤维可采用通常的碳纤维或得自其它材料或须晶的纤维。
形成第二相的颗粒可具有与层的基质材料相同的元素或也可选自另外的材料系。
如果该颗粒是长形，即有大的长度对横截面的比(大的纵横比)，则该层或层的基质材料将通过裂纹偏转和/或裂纹分岔而达到有利地增强。
作为待增强的层可选择置于基材上的层的陶瓷层或金属层。特别是阻热层。
制备通过第二相增强的阻热层系的目的是通过权利要求20、21和22的方法达到的。
该层的基质材料是通过已知的涂敷方法，如等离子体喷雾法、CVD(化学汽相淀积法)或PVD(物理汽相淀积法)涂敷，其中该第二相经单独的源引入到层基质材料中。
实施例子在下列附图中给出。
图1示出涡轮机叶片，图2示出阻热层系，图3示出本发明阻热层系的层的微观结构，图4示出能实施本发明方法的涂敷装置，图5、6示出本发明的阻热层的其它示例性实施例子。
在各图中的同样标记意义相同。
图1以透视图示出沿纵轴4延伸的轮叶1，。该轮叶1沿纵轴4依次包括固定区7、与其相邻接的叶片平台10以及叶片区13。
在固定区7中形成叶片基底16，用以将轮叶1固定在未示出的涡轮机的轴上(同样未示出)。该叶片基底16例如是设计成锤头形。也可为另外的构形。在通常的轮叶中其所有区段7、10、13、和16是采用实心金属材料。这时该轮叶1可通过铸造法、锻造法、铣削法(Frsverfahren)或其组合来制造。
特别是在会经受如气轮机的较高温的叶片区段13中涂敷至少一层，特别是防氧化/防腐蚀层和阻热层，以形成阻热层的一部分。
图2示出本发明的阻热层系19。
该阻热层系19具有例如基于镍或基于钴的高温合金的基材22，其上例如涂有至少一层中间层25。
中间层25可由多层构成，例如用作扩散阻挡层、用作粘附层(MCrAlY，M＝Fe、Co、Ni)、防腐蚀层或用作固定层。
在基材22上或在该至少一层中间层25上例如涂以陶瓷阻热层28。
该至少一层中间层25和阻热层28经受机械负载。
图3示出中间层25或阻热层28的微观结构。
本发明的层25、28由基质31和第二相34构成。该基质31由可具有各种形式(形态)的颗粒构成。如果基质31例如通过等离子喷雾制备，则该基质材料31的颗粒具有小片形状。在等离子喷雾时，该第二相34可例如与基质材料31混合，并通过燃烧器喷嘴(图4)一起涂敷。
第二相34可以是基质材料31的另外的相，但也可是纤维或须晶。
第二相34的目的是增强基质31的机械强度。这可用已知的增强机理通过纤维增强或颗粒增强来达到。特别是当第二相34呈长形时，特别提高基质31的机械强度。
作为适于阻热层28的材料31可考虑在EP 1029101 B1中所公开的材料，即La1-xGdxAlO3系或Ca1-xSrxZrO23系。该EP 1029101 B1应特别地为本发明申请公开内容的部分。元素Gd和La可由其它镧系元素取代。
作为增强用于基质材料31 Gd-La-Al-O的基质31的第二相34特别可应用组成为LaAl11O18(β-铝酸盐)的第二相34。
层25、28可通过各种涂敷方法，如等离子体喷雾法、CVD-法或PVD-法制备。
在等离子体喷雾时，可使第二相34与基质材料31混合，并通过燃烧器喷嘴涂敷到基材22或中间层25上。
但在某些第二相34的情况下会出现在等离子体喷雾的高温下该第二相的相不稳定。同样在CVD-法或PVD-法时也会有这种情况，即用这类方法仅能涂敷一种材料组合物，即基质31的材料组合物。在这种情况下，该第二相通过单独的辅助喷嘴40(图4)引入层25、28中。
图4示出一种涂敷设备，采用此设备涂敷第二相和基质材料31。
借助于主喷嘴37，如等离子体涂敷装置的燃烧器喷嘴，或PVD-装置的基材37将基质材料31涂敷到基材22或该至少一层中间层25上。
借助于单独的源，如辅助喷嘴40将第二相34混入到基质材料31的颗粒流中，以致形成含其体积含量小于50％的第二相的基质31。
图5示出本发明的阻热层系的一种层。层28至少是两层形式，并由两层非增强的层46和一层通过第二相增强的层43组成。该第一层46例如置于基材22上或层25上。然后接着是层43和作为外层的未增强的层46。裂纹生长不穿过或仅仅是困难地穿过层43，以致防止层28从基材22上脱落。
图6示出本发明的阻热层系的一种层。层28是两层形式，并由非增强的层46和通过第二相增强的层43组成。该第一层46例如置于基材22上或层25上。然后接着是作为外层的层43，或反之亦然。裂纹生长不穿过或仅仅是困难地穿过层43，以致防止层28从基材22上脱落。
权利要求
1.阻热层系，它由基材和至少一层置于其上的层构成，其特征在于，该至少一层(25、28)通过在该层(25、28)的基质材料(31)中的第二相(34)的存在与仅由该基质材料构成的层相比改进了其至少一种机械特性。
2.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该机械特性是机械强度。
3.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该机械特性是断裂韧性。
4.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该第二相(34)是纤维。
5.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该第二相(34)通过颗粒形成，以致使层(25、28)呈现颗粒增强。
6.权利要求5的阻热层系，其特征在于，该颗粒(34)呈长形。
7.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该至少一层(25、28)是陶瓷层。
8.权利要求1或7的阻热层系，其特征在于，该层(25、28)是阻热层(28)。
9.权利要求1或7的阻热层系，其特征在于，层(28)的基质材料的组成是La-Al-O系。
10.权利要求1或7的阻热层系，其特征在于，层(28)的基质材料(31)的组成是Gd-La-Al-O系。
11.权利要求1或7的阻热层系，其特征在于，层(28)的基质材料(31)的组成是Sr-Ca-Zr-O系。
12.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该第二相(34)的组成是LaAl11O18。
13.权利要求1的阻热层系，其特征在于，层(25、28)是金属层，特别是MCrAlY-层(25)。
14.权利要求9、10或12的阻热层系，其特征在于，在基质材料或第二相的材料中的镧可用其它镧系元素取代。
15.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该阻热层系(16)表示的是涡轮机叶片(1)。
16.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该阻热层至少是两层的形式。
17.权利要求16的阻热层系，其特征在于，该阻热层的外层部分具有第二相。
18.权利要求16的阻热层系，其特征在于，该阻热层的内层部分具有第二相。
19.权利要求1的阻热层系，其特征在于，该第二相仅局部存在。
20.一种用于制备阻热层系的方法，其中借助于等离子体喷雾将层(25、28)的基质材料(31)涂敷于基材(22)或层(25)上，其中经辅助喷嘴(40)将第二相(34)的材料引入基质(31)中。
21.一种用于制备阻热层系的方法，其中借助于PVD-方法将层(25、28)的基质材料(31)涂敷于基材(22)或层(25)上，其中经辅助喷嘴(40)将第二相(34)的材料引入基质(31)中。
22.一种用于制备阻热层系的方法，其中借助于CVD-方法将层(25、28)的基质材料(31)涂敷于基材(22)或层(25)上，其中经辅助喷嘴(40)将第二相(34)的材料引入基质(31)中。
全文摘要
传统的阻热层系经受机械负载，特别是陶瓷层由于其脆性易于产生裂纹或剥落。本发明的阻热层系(19)具有第二相(34)，其机械增强了层(25、28)的基质(31)的强度。
文档编号C23C14/08GK1646720SQ03808058
公开日2005年7月27日 申请日期2003年3月31日 优先权日2002年4月10日
发明者U·巴斯特, P·格赖尔, F·米勒 申请人:西门子公司