[发明专利]使用增材制造形成具有孔隙构造的热障涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及形成具有孔隙构造的热障涂层。特别地，本发明涉及激光加热设置于陶瓷材料中的易消散材料以制造具有孔隙构造的热障涂层的增材制造工艺。

背景技术

增材制造工艺广泛用于自金属粉末、聚合物粉末和陶瓷粉末生产三维部件，该工艺通过熔合所述粉末以形成层，并重复该工艺以形成额外的层直到部件完成。使用粉末床以在加工期间支持构件并为额外的层提供粉末。虽然该工艺使部件的逐层建立成为可能，然而该工艺非常缓慢且材料特性不能利用其他工艺可能的方式例如当使用熔化池时而调节。这对例如用于热障涂层(TBC)中的陶瓷尤其如此。

热障涂层已用于第一和第二排涡轮叶片以及暴露于工业燃气轮机的热气通道的燃烧器构件。在该环境中，TBC广泛用于热部并为其提供热机械冲击防护、高温氧化防护，尤其是热腐蚀降解防护。

热喷涂(例如等离子喷涂)为用于生产用于保护材料免受大范围的不利环境、机械以及热条件以及用于产生功能表面的涂覆涂层(例如TBC)的许多方法之一。在该工艺中通过连续碰撞和朝向表面的原材料的熔融颗粒中的内键合形成沉积。这些涂层的颗粒被原材料的特征和工艺参数所限定。这使得能够形成具有大范围的不同微结构的涂层，其进而改变各涂覆涂层的功能和性能。然而随着该工艺相关的快速凝固，涂层孔隙度的控制取决于大量参数，包括喷涂环境、等离子喷涂参数(例如功率水平、气流特征、喷涂距离等)、以及原料特征(例如形态和粒径分布)。

通过TBC使得能够增加烧成温度以及降低泄露通道容限二者正引起对TBC更大的依赖，以及因此对改善性能的需求。因此，本领域中依然存在改善空间。

发明内容

本发明涉及以下内容。

1.一种方法，包括：

激光加热设置于陶瓷材料(16)中的热源材料(18)；以及

使用通过所述激光加热在所述热源材料中产生的热能烧结所述陶瓷材料，以形成包含由所述热源材料引起的非一致结构(40)的烧结陶瓷(32)。

2.根据1所述的方法，还包括使用对用于激光加热所述热源材料的激光束(12)透明或半透明的陶瓷材料。

3.根据2所述的方法，还包括在激光加热所述热源材料时使所述激光束穿过所述陶瓷材料。

4.根据1所述的方法，其中所述烧结陶瓷限定包含多个层(14)的陶瓷涂层(50)，所述方法还包括通过对每个层重复所述激光加热和烧结步骤形成所述多个层，作为增材制造工艺的一部分。

5.根据4所述的方法，其中所述热源材料包括易消散材料(34)，所述方法还包括在所述激光加热和烧结步骤期间使所述易消散材料至少部分地挥发。

6.根据5所述的方法，其中所述非一致结构在所述陶瓷涂层的上部(52)形成相对较大的孔隙度，以及在所述陶瓷涂层的下部(54)形成相对较小的孔隙度。

7.根据5所述的方法，其中所述非一致结构形成跨越所述多个层的孔隙构造(58)。

8.一种方法，包括：

使用激光加热工艺以在易消散材料中产生热能；以及

使用所述热能烧结围绕所述易消散材料的陶瓷材料并使所述易消散材料挥发，从而在烧结陶瓷中形成空隙(42)。

9.根据8所述的方法，还包括使所述易消散材料完全浸没于所述陶瓷材料中；以及将在所述激光加热工艺中使用的激光束引导穿过透明或半透明陶瓷材料。

10.根据8所述的方法，其中所述烧结陶瓷是作为增材制造工艺的多个重复的一个重复形成的，所述方法还包括通过所述增材制造工艺形成包含多个烧结陶瓷的陶瓷涂层；以及形成包含孔隙构造的涂层，所述孔隙构造在上部区域中包含空隙并且在下部区域中包含微裂纹(60)和宏观裂纹中至少之一、以及不同空隙。

附图说明

在结合附图的以下说明书中解释本发明，所述附图显示：

图1示出形成具有非一致结构的烧结陶瓷层的工艺的一个示例性实施方案。

图2为通过图1的工艺形成的烧结陶瓷的一个示例性实施方案的侧视图。

图3示出形成具有非一致结构的烧结陶瓷层的工艺的一个替代示例性实施方案。

图4为通过图3的工艺形成的烧结陶瓷的一个替代示例性实施方案的侧视图。

图5至图8为具有多层烧结陶瓷和各自孔隙构造的热障涂层的各种示例性实施方案的侧视图。

具体实施方式