[发明专利]玻璃陶瓷复合热障涂层及涂层制备方法

说明书

本发明提供了一种玻璃陶瓷复合热障涂层的设计模型，该涂层为单层或复层结构，每层涂层均以硅酸盐玻璃陶瓷为主体，并在主体内分散有用于提高涂层材料韧性和热膨胀系数的金属、用于提高涂层材料强度的陶瓷和用于调控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物中的任意一种或两种以上。本发明还提供了一种利用该模型制备玻璃陶瓷复合热障涂层的方法。本发明设计并制备的玻璃陶瓷基复合热障涂层的热导率在1.3W/mK～1.6W/mK之间，其热膨胀系数可以通过控制添加组元的种类与百分含量控制，具有良好的化学、高温稳定性和良好的抗氧化和抗腐蚀性能，且高温下能自愈合，涂层制备工艺简单、成本较低。

技术领域

本发明属于热障涂层材料技术领域，具体涉及一种玻璃陶瓷复合热障涂层及涂层制备方法。

背景技术

随着燃气轮机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展，燃烧室中的燃气温度和压力不断提高，为适应这一恶劣环境，发展了热障涂层以降低热端部件的工作温度。热障涂层可以全面提高涡轮发动机的性能。目前主流的热障涂层材料为Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(YSZ)和稀土锆酸盐(REZ)，其中以(7±1)wt％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂应用尤为广泛。但随着燃气轮机服役寿命，燃料利用效率以及保护环境的要求越来越高，YSZ热障涂层材料已经不能满足燃气轮机的高温防护需求，因此，研究先进的热障涂层材料并发展相应的制备方法对于提高燃机的性能至关重要。在众多备选热障涂层材料中，硅酸盐玻璃陶瓷材料因其为非晶，具有很低的热导率；其自身由氧化物组成，具有良好的化学、高温稳定性和良好的抗氧化和抗腐蚀性能；其热膨胀系数可调；高温下能自愈合；能与基体形成良好的界面结合；涂层制备工艺简单、成本较低。鉴于以上优点，玻璃陶瓷基复合材料被视为一种非常有潜力的热障涂层材料。但玻璃陶瓷材料由于自身的本征脆性，其涂层在热震条件下，极易发生开裂剥落，无法适应燃气轮机的服役工况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种玻璃陶瓷复合热障涂层。该玻璃陶瓷基复合热障涂层的热导率在1.3W/mK～1.6W/mK之间，其热膨胀系数可以通过控制添加组元的种类与百分含量控制，具有良好的化学、高温稳定性和良好的抗氧化和抗腐蚀性能，且高温下能自愈合，涂层制备工艺简单、成本较低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：玻璃陶瓷复合热障涂层，其特征在于，该涂层为单层或复层结构，每层涂层均以硅酸盐玻璃陶瓷为主体，并在主体内分散有用于提高涂层材料韧性和热膨胀系数的金属、用于提高涂层材料强度的陶瓷和用于调控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物中的任意一种或两种以上，每层涂层材料中硅酸盐玻璃陶瓷的质量百分含量均不小于60％。

上述的一种玻璃陶瓷复合热障涂层，其特征在于，所述陶瓷包括YSZ或/和刚玉，所述氧化物包括YSZ，所述金属包括Ni₃Al或/和Ni。

上述的一种玻璃陶瓷复合热障涂层，其特征在于，所述硅酸盐玻璃陶瓷的软化温度不低于1000℃。

另外，本发明还提供了一种制备具有单层结构的玻璃陶瓷复合热障涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对基体依次进行打磨、喷砂和脱脂处理；所述喷砂所采用的砂粒为刚玉砂或氧化锆砂，所述喷砂的压力为0.2MPa～0.4MPa；

步骤二、按涂层模型中各组分的设计成分称取原料粉末，然后将分散剂与所称取的原料粉末一起置于球磨机中球磨混合均匀，得到复合料浆；所述分散剂为无水乙醇，所述分散剂的体积为混合粉末质量的10～30倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g；