[发明专利]一种制备S形结构热障涂层的装置和方法

说明书

本发明涉及一种制备S形结构热障涂层的装置和方法，包括以下步骤：在腔室中设置至少两组装有待蒸发物的坩埚；将经处理后的基材设置在所述装有待蒸发物的各坩埚上方，且使所述基材位于相邻的所述各坩埚之间；开启运动机构，使所述基材在腔室内产生自转运动；交替控制所述各坩埚内待蒸发物的蒸发状态和所述基材的自转方向，进行沉积涂层，重复上述过程若干次，直到涂层厚度满足要求为止；本发明设置两个固定位置的蒸发源沉积涂层，通过交替控制每个蒸发源的蒸发时间，实现了低热导率S形结构热障涂层的制备。

技术领域

本发明属于高温部件热障涂层技术领域，特别适用于发动机涡轮叶片热障涂层的制备技术领域，尤其涉及一种制备S形结构热障涂层的装置和方法。

背景技术

热障涂层一般是指涂覆在基体表面的、在环境与基体之间形成一个温度梯度的隔热涂层。其主要作用是保护基体不受高温燃气的侵蚀，从而达到提高基体工作温度及工作寿命的目的。传统电子束物理气相沉积技术制备的热障涂层结构为柱状晶结构，这种结构具有较高的高应力容限，可以提高涂层的抗热冲击能力，使涂层在热冲击下保持较长寿命。S形结构热障涂层是与传统柱状晶结构热障涂层相对应的一种涂层结构，它是指在涂层生长的过程中周期性控制柱状晶生长方向，形成S形结构热障涂层，与传统柱状晶结构热障涂层相比，S形结构热障涂层具有更低的热导率，能够提高涂层的隔热效果。目前常用的制备S形结构热障涂层的方式是在沉积涂层的过程中摆动基材，控制基材与蒸发源形成一定的角度，改变涂层生长方向，以此制备S形结构热障涂层。

目前常用的制备S形结构热障涂层的方式是在沉积涂层的过程中摆动基材，控制基材与蒸发源形成一定的角度，改变涂层生长方向，制备S形结构热障涂层。这种方式会带来两个问题：1)传动结构复杂，增加了工装的制作成本，并且在高温下的可靠性不够。2)基材处于摆动的状态下，在空间的位置不固定，对基材加热方法要求较高，并且不利于基材均匀受热。因此需要一种简单、低成本、易实现的方法制备S形结构热障涂层。

发明内容

本发明主要针对以上问题，提出了一种制备S形结构热障涂层的装置和方法，其目的是通过简单、低成本、易实现的方法制备S形结构热障涂层。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备S形结构热障涂层的方法，包括以下步骤：

在腔室中设置至少两组装有待蒸发物的坩埚；

将经处理后的基材设置在所述装有待蒸发物的各坩埚上方，且使所述基材位于相邻的所述各坩埚之间；

开启运动机构，使所述基材在腔室内产生自转运动；

交替控制所述各坩埚内待蒸发物的蒸发状态和所述基材的自转方向，进行沉积涂层，重复上述过程若干次，直到涂层厚度满足要求为止。

进一步地，将经处理后的基材设置在所述装有待蒸发物的各坩埚上方，且使所述基材位于相邻的所述各坩埚之间的步骤还包括：

装有待蒸发物的坩埚数量为两组；

使所述两组坩埚中心间距的一半不大于所述两组坩埚与所述基材的垂直距离。

进一步地，所述交替控制坩埚内待蒸发物的蒸发状态和基材自转方向的步骤包括：

用电子枪轰击其中一坩埚，使该坩埚内的电子束束流升高，将该坩埚内的待蒸发物从熔化状态转变为蒸发状态，由运动机构驱动所述基材自转，开始沉积涂层；

待开始沉积涂层时间T后，降低所述坩埚内的电子束束流，使所述坩埚内的待蒸发物从蒸发状态恢复到熔化状态，并用电子枪轰击另一坩埚，使该坩埚内的电子束束流升高，将该坩埚内的待蒸发物从熔化状态转变为蒸发状态，由运动机构改变所述基材自转方向，继续沉积涂层。

进一步地，在进行沉积涂层前，还包括对所述基材进行加热，使所述基材表面温度达到900～1000摄氏度。