[发明专利]一种超高温热障涂层用中空结构粉末及其制备方法与应用、超高温热障涂层

说明书

本发明涉及一种超高温热障涂层用中空结构粉末及其制备方法与应用、超高温热障涂层，属于材料领域。制备方法包括：混合锆酸钆原料、分散剂及粘结剂，然后喷雾造粒成微米级团聚粉末。上述制备方法干燥过程非常迅速，生产效率高，可直接干燥成粉末，易调整工艺参数，生产能力大，产品质量高。制备的中空结构粉末粒径较均匀、粒径尺寸分布范围可控且粉末流动性较好，易进入等离子体焰流中心，形成的射流较稳定，具有优异的喷涂适用性。将其用于生产发动机部件的热障涂层，能使发动机部件适应更加恶劣的高温、高压和强腐蚀工作环境。含有上述中空结构粉末的超高温热障涂层，具有较高的结合强度、分布均匀的孔隙和优异的热冲击循环寿命。

技术领域

本发明涉及材料领域，且特别涉及一种超高温热障涂层用中空结构粉末及其制备方法与应用、超高温热障涂层。

背景技术

随着航空燃气涡轮发动机向高流量比、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，而现有的高温合金和冷却技术难以满足需要，为此，发展热障涂层技术是必然的发展趋势。热障涂层(TBCs)，又称隔热涂层，是一种陶瓷保护层，通过涂覆工艺(如大气等离子喷涂)将陶瓷材料沉积在高温合金热端部件表面，将部件与高温燃气隔离，利用陶瓷的低导热性，使高温燃气和金属部件之间产生很大的温降，以达到保护热端部件、提高燃气热效率和延长热机寿命的目的。

经过几十年的研究，高温合金的使用温度已经能够达到1050℃，结合定向凝固、单晶技术和先进的气膜冷却技术可使高温合金承受1400℃的高温，但却不可避免的降低了发动机的热效率。通过对目前的研究结果分析，想要通过冷却技术的继续突破、基体材料的进一步研究和发动机结构的改进使叶片适应大幅的温度提高已经十分困难。但发动机燃烧室中服役温度和压力的不断升高是未来发展的必然趋势，其工作温度自上世纪四十年代以几乎保持15℃/年的上升速率，燃气压力更是升高了近3倍，当前热端部件的工作温度在1400-1500℃，燃气温度已达到1600℃上，可能很快达到1930℃，所以研究热障徐层对于使热端部件工作温度提高的同时保证热效率意义重大。

制备热障涂层所用粉末的性能决定了涂层的性能。过去30年广泛使用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)作为热障涂层表层陶瓷材料。其熔点高(2680℃)、热膨胀系数大(1200℃时11×10^-6K^-1)、热导率低(2.2W·m^-1·K^-1)、弹性模量低(40GPa)、工艺成熟且价格便宜。但是YSZ热障涂层1200℃以上使用时的相变缺陷阻碍了其进一步高温条件的使用。所以需要寻找更优实际高温使用性能的热障材料，适应燃烧室温度向高流量比、高进口温度方向的发展这一必然趋势，也是目前及未来热障涂层领域研究的热点与重点。