專利名稱：：纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料及制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有隔熱功能的表面工程涂層材料及其應(yīng)用，特別涉及一種經(jīng)纖維纏繞的具有高溫熱障與燒蝕復(fù)合厚涂層材料及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：熱障是目前常用隔熱技術(shù)的一種，熱障涂層是利用材料的高熱阻來阻止熱量向內(nèi)傳遞作為隔熱的主要機理。氧化鋯因熔點高，熱導(dǎo)率很低，熱穩(wěn)定性好，高溫蠕變小，是一種理想的高溫熱障材料。但純Zr02材料一般不能直接用作熱障涂層，這是因為它的晶型轉(zhuǎn)化會產(chǎn)生剝蝕現(xiàn)象。Zr02有三種晶型單斜，四方，立方，低溫時為單斜相m-Zr02;當加熱到約1200°C，轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较鄑-Zr02，并伴隨7%9%的體積收縮；超過237(TC,轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较郼-Zr02。當冷卻到IOOO'C時，變?yōu)閱涡苯Y(jié)構(gòu)并體積膨脹，由于相變所造成的體積收縮和膨脹不是隨著溫度連續(xù)變化，因而涂層不穩(wěn)定，會因內(nèi)部的熱應(yīng)力和體積應(yīng)力，造成涂層過早開裂或剝落失效。在Zr02中摻入氧化釔(Y203)作穩(wěn)定劑，能使Zr02在高溫下獲得穩(wěn)定化(YSZ)或部分穩(wěn)定化(PYSZ)的晶體結(jié)構(gòu)。而通常使用的是部分穩(wěn)定的Zr02/Y203，它是由單斜相與四方相混合組成。此晶型結(jié)構(gòu)在高溫下，單斜相發(fā)生體積收縮相變，而四方相則隨溫度升高而發(fā)生體積膨脹相變，膨脹與收縮相互抵消，從而使部分穩(wěn)定的ZrCVY203晶體結(jié)構(gòu)比完全穩(wěn)定的Zr02/￥203晶體結(jié)構(gòu)具有更低的平均熱膨脹系數(shù)，與金屬的熱膨脹系數(shù)更接近，因而具有更好的抗熱震性能，PYSZ是目前使用溫度最高的熱障涂層材料。若在Zr02/Y203晶體結(jié)構(gòu)中加入少量的氧化鈰，能進一步改善這種涂層的性能。有研究表明當陶瓷材料的晶粒控制在小于100nm時，因為量子效應(yīng)會帶來材料性能的突變，材料強度和斷裂韌性顯著的提高，同時，大量的實驗表明納米Zr02/Y203涂層的孔隙率也會下降，涂層的致密度高會提高涂層與基體的嵌合能力。重要的是，材料的熱導(dǎo)率會有隨著晶粒的減小而降低，這是選用納米氧化鋯涂層隔熱性能好的根本原因。大量研究表明，在熱障涂層的噴涂制備過程中，陶瓷涂層的表面和內(nèi)部會形成了很多微裂紋。這些微裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，而陶瓷又缺乏塑性變形，幾乎沒有吸收能量的過程。由于涂層在制備過程中受到包括殘余應(yīng)力、熱循環(huán)應(yīng)力、相變應(yīng)力、氧化造成的應(yīng)力等各種應(yīng)力的作用，致使能量都集中于裂紋的迅速擴展上。宏觀上表現(xiàn)為，在噴涂結(jié)束后冷卻時，涂層往往會在瞬間脆性斷裂，從而制約了的陶瓷涂層可制備的厚度。為了提高熱障陶瓷涂層所能制得的厚度，可以從兩方面入手控制涂層內(nèi)大量微裂紋的擴展和減小涂層內(nèi)應(yīng)力作用。出于以上考慮，將纖維增強應(yīng)用于陶瓷涂層的制備，與未使用纖維增強的陶瓷涂層相比，這種涂層的優(yōu)點是(1)當裂紋遇到纖維時，纖維能吸收掉一部分能量，消除裂紋尖端所集中的應(yīng)力，阻止它繼續(xù)延仲，裂紋將表現(xiàn)為中止或者改變傳播方向；(2)具有高彈性模量的碳纖維能分擔大部分應(yīng)力，以纖維拔出或纖維斷裂的方式阻止涂層的破壞，提高涂層整體的強度。為了使纖維既可以滿足應(yīng)力的傳遞，起到增強效果，又可以在斷裂過程中從涂層中拔出，而消耗一定的能量，緩沖整個斷裂過程，增大斷裂功，就必須得保證適當?shù)慕缑婕羟袕姸?。實驗中，以粘接劑浸漬碳纖維，使其對陶瓷涂層纏繞后能有較適合的界面剪切強度。碳纖維中在平面網(wǎng)層內(nèi)的C原子以共價鍵結(jié)合，與普通石墨相比，其取向角較小，故纖維在沿著纖維長度方向有較高的強度和彈性模量。碳熔點約為3652"C3697'C(升華)，在2000'C以上的高溫下碳纖維的強度和彈性模量能基本保持不變，能承受涂層的急劇升溫而不汽化。高溫下，碳纖維導(dǎo)熱性很低，高溫熱絕緣性能好，是一種很好的高溫隔熱材料。當纖維鑲嵌于陶瓷涂層中，因纖維線膨脹系數(shù)與陶瓷相近，兩者能有效的在變化的溫度環(huán)境中較好的結(jié)合，形成"鋼筋混凝土"結(jié)構(gòu)，增強了涂層與涂層間以及涂層與基體間的結(jié)合強度。此外，碳纖維有較好的耐化學(xué)腐蝕、耐輻射和反射中子射線的能力。玻璃纖維熔點為171(TC，碳化硅纖維熔點更高，為2500°C,并且兩種纖維均有較低的線膨脹系數(shù)，都具有很較高的強度。因此兩者在環(huán)境溫度急劇升高的過程中都不易斷裂，始終能對涂層起到很好的約束與鑲嵌作用，能很好的形成"鋼筋混凝土"結(jié)構(gòu)，對陶瓷涂層進行增強。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可延長基體達到工作溫度上限時間的經(jīng)纖維增強的高溫熱障復(fù)合厚涂層材料，該材料可涂覆于在大氣層中各種高速運動的飛行器表面，起到高溫熱障與燒蝕復(fù)合保護層的作用。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案本發(fā)明提供的纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，該材料有多層結(jié)構(gòu)，具體是在噴涂粘接底層的金屬基體工件表面，依次是起"混凝土"作用的噴涂層及位于噴涂層之間的起"鋼筋"作用的增強層。噴涂層是通過等離子噴涂工藝噴涂粉狀的復(fù)合涂層材料而形成的層狀結(jié)構(gòu)，噴涂層至少有3層。增強層是用高溫纖維絲對噴涂層進行平行或交錯纏繞一至兩次而形成的，高溫纖維絲的使用溫度》70(TC。所述的粉狀的復(fù)合涂層材料，是采用本申請人在先申請的"一種高溫熱障與燒蝕復(fù)合涂層材料及其應(yīng)用"(公開號為CN1884405)中所提到高溫熱障與燒蝕防熱雙重效果隔熱的復(fù)合涂層材料，它主要由粒度為10100nm部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉、燒蝕輔料團聚制備而成，其中部分穩(wěn)定化的ZrCVY203粉和燒蝕輔料各占重量百分比為部分穩(wěn)定化的ZKVY203粉5585、燒蝕輔料1545。所述的纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，該材料優(yōu)選為具有四層噴涂層，由內(nèi)向外，它們的厚度分別為0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.45mm。所述的高溫纖維絲為玻璃纖維絲、碳纖維絲或碳化硅纖維絲。本發(fā)明提供的上述的纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，其制備方法是采用了一種主要由粒度為10100nm部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉、燒蝕輔料團聚制備而成的高溫熱障與燒蝕防熱雙重效果的復(fù)合涂層材料，并且用使用溫度》700'C的高溫纖維絲對所述復(fù)合涂層材料進行增強，在增強的過程中，先對粗化后噴涂了粘接底層的金屬基體工件表面用等離子噴涂工藝制備一層層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合涂層，再用高溫纖維絲纏繞一至兩次，其中，復(fù)合涂層材料起"混凝土"作用，高溫纖維絲起"鋼筋"作用；重復(fù)此噴涂與纏繞過程，在最后1次纏繞后再噴涂1次，得到由纖維增強的具有"鋼筋混凝土"結(jié)構(gòu)的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料。木發(fā)明提供的纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料的制備方法包括以下的步驟(1)基體的制備利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料高速噴射金屬基體工件表面，使其粗化；在粗化處理過的金屬基體工件表面噴涂一層厚0.81.2/mi的鎳包鋁(Ni/Al)或NiCoCrAlY自粘接底層，得到基體；(2)噴涂在基體表面噴涂-180+325目的涂層粉末，形成起"混凝土"作用的層狀結(jié)構(gòu)噴涂層，噴涂層厚度為0.20.5mm，(3)纏繞在噴涂過后的基體上纏繞一層高溫纖維絲，每層中相鄰兩根平行纖維絲間距為0.81.0mm，平行或交錯纏繞，形成起"鋼筋"作用的增強層；重復(fù)上述噴涂與纏繞過程，在最后1次纏繞后再噴涂1次，得到所述的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料。在纏繞過程中，可以在噴涂層表面上采用相互平行的單束絲纏繞和網(wǎng)狀兩束絲交叉纏繞兩種方式，其中，采用相互平行的單束絲纏繞時，相鄰兩層纖維絲的纏繞之間的夾角呈60至90度。本發(fā)明提供的纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，其采用等離子噴涂技術(shù)涂覆在大氣層中各種高速運動的飛行器表面，起到高溫熱障與燒蝕復(fù)合保護層的作用。所述等離子涂覆工藝為常規(guī)工藝，主要指大氣等離子噴涂(APS)。所述的飛行器，如高馬赫數(shù)下飛行的火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機的翼片等，有嚴格厚度和表面型面控制的尾翼、舵片等構(gòu)件表面熱保護。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點1.通過纖維絲對涂層的多次纏繞，使涂層總體形成的"鋼筋混凝土"結(jié)構(gòu)，能提高陶瓷涂層厚度，使涂層起到更好的隔熱作用。2.選用納米粒度的氧化鋯粉末原料，使基相熱障涂層的熱導(dǎo)率隨著晶粒的減小而降低。3.制備出團聚型納米氧化鋯能進一步增強涂層的熱障效果。團聚型納米氧化鋯制備的全過程采用物理團聚處理方法，既保持在每個團聚顆粒中熱障與燒蝕涂層組分的統(tǒng)計平均不偏析，同時控制了納米晶粒的長大。4.整個制備工藝流程少，設(shè)備簡單，工藝參數(shù)易于控制，適合于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。5.能根據(jù)具體的工況要求，適當調(diào)整纖維成分、纏繞次數(shù)以及纏繞方式，制備出適合于工況條件使用的滿意產(chǎn)品。本發(fā)明在隔熱材料中添加燒蝕輔料，在隨后的升溫過程中通過燒蝕材料在不同的溫度段的燃燒炭化、熔化和升華吸熱先帶走一部分熱量，部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉在燒蝕性涂層材料成分耗盡后，仍能起到熱障涂層作用；而纖維纏繞增強方式可以成倍增加涂層高溫熱障與燒蝕兩種隔熱和防熱復(fù)合功能作用，故可大大延長基體〔即工件)達到工作溫度上限的時間。本發(fā)明選用粒度為10100mn部分穩(wěn)定化的Zr02/￥203粉原料，使基相熱障涂層的熱導(dǎo)率隨著晶粒的減小而降低，而納米或納微米粒度的燒蝕輔料燒蝕后留下的微小孔隙，為涂層提供更好的隔熱效果。本發(fā)明尤其適合于一次性隔熱。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的制備方法作進一步說明，但不局限于下面的實施例。實施例1:(1)取粒度為10100ran的部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉末(PYSZ粉末，Y203的含量為57wt。/。)IO千克，進行噴霧干燥制成團聚球形粉末，取-180+325目篩之間的粉末，其粒度范圍為4090Mm，作為等離子噴涂用涂層材料；(2)利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料(棕剛玉)高速噴射工件表面，使其粗化。在粗化處理過的工件表面噴涂一層厚0.81.2Min的鎳包鋁(Ni/Al)粘接層。等離子噴涂工藝主要技術(shù)參數(shù)為功率3540KW，電壓7080V，電流450500A。(3)在粘接層的表面用等離子噴涂上述粉末涂層材料制備層狀噴涂層，涂層厚度達0.20.5mm，噴涂用的功率為4045KW，電壓7585V，電流500550A。在層狀噴涂層表面纏繞玻璃纖維絲，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.81.0mm，平行纏繞；(4)再將纏繞后的工件重復(fù)步驟(3)，共計3次纏繞纖維，等離子噴涂4層涂層，每層厚度由內(nèi)而外分別為0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.45mm，涂層總厚度達1.35mm;(5)用掃描電鏡測定粉末和涂層的形貌，X射線粉晶衍射測定粉末的晶體結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基體上制備該種粉末涂層，為了進行比較，選用同等條件的未經(jīng)纖維增強的納米氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末涂層作對比，用千分尺測定涂層厚度，通過等離子火焰模擬工況進行燒蝕試驗，通過激光測溫儀測量溫度，秒表記錄破壞所需時間。結(jié)果列于表l。實施例2:(1)取粒度為10100腿的部分穩(wěn)定化的ZrO2/Y2O3粉末(PYSZ粉末，Y203的含量為57wt%)6.5千克和氧化硅1.5千克，粒度為《3(^m的銅粉0.5千克和粒度為1030pm酚醛樹脂1.5千克，進行噴霧干燥制成團聚球形粉末，取-180+325目篩之間的粉末，其粒度范圍為4090/xm，作為等離子噴涂用涂層材料。(2)利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料(棕剛玉)高速噴射工件表面，使其粗化。在處理過的工件表面噴涂一層厚0.81.2Mm的鎳包鋁(Ni/Al)粘接層。等離子噴涂工藝主要技術(shù)參數(shù)為功率3540KW，電爪7080V，電流450500A。(3)在粘接層的表面用等離子噴涂上述粉末涂層材料制備層狀噴涂層，涂層厚度達0.20.5mm，噴涂用的功率為4045KW，電壓7585V，電流500550A。在層狀噴涂層表面纏繞碳纖維絲，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.40.6mm，平行纏繞。(4)再將纏繞后的工件重復(fù)步驟(3)，共4次纏繞纖維，將涂層分為5層，每層厚度由內(nèi)而外分別為0.3mm、0.3mm、0.4mm、0.45mm、0.45mm，涂層總厚度達1.9mm。(5)用掃描電鏡測定粉末和涂層的形貌，X射線粉晶衍射測定粉末的晶體結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基體上制備該種厚涂層，為了進行比較，選用同等條件的未經(jīng)纖維增強的納米氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末涂層作對比，用千分尺測定涂層厚度，通過等離子火焰模擬工況進行燒蝕試驗，通過激光測溫儀測量溫度，秒表記錄破壞所需時間。結(jié)果列于表2。實施例3:(1)取粒度為10100nm的部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉末(PYSZ粉末，Y203的含量為57wt%)6.5千克和氮化硅1.5千克，粒度為《30/xm的銅粉0.5千克和粒度為1030/mi改性有機硅樹脂1.5千克，進行噴霧干燥制成團聚球形粉末。取-180+325目篩之間的粉末，其粒度范圍為4090/xm，作為等離子噴涂用涂層材料。(2)利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料(棕剛玉)高速噴射工件表面，使其粗化。在處理過的工件表面噴涂一層厚0.81.2/mi的NiCoCrAlY粘接層。等離子噴涂工藝主要技術(shù)參數(shù)為功率3540KW，電壓7080V，電流450500A。(3)在粘接層的表面用等離子噴涂上述粉末涂層材料制備層狀噴涂層，涂層厚度達0.20.5mm，噴涂用的功率為4045KW,電壓7585V,電流500550A。在層狀噴涂層表面纏繞碳纖維絲，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.30.5mm，平行纏繞。(4)再將纏繞后的工件重復(fù)步驟(3)，共5次纏繞纖維，將涂層分為6層，每層厚度由內(nèi)而外分別為0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.4mm、0.45mm、0.45mm，涂層總厚度達2.2mm。(5)用掃描電鏡測定粉末和涂層的形貌，X射線粉晶衍射測定粉末的晶體結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基體上制備該種厚涂層，為了進行比較，選用同等條件的未經(jīng)纖維增強的納米氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末涂層作對比，用千分尺測定涂層厚度，通過等離子火焰模擬工況進行燒蝕試驗，通過激光測溫儀測量溫度，秒表記錄破壞所需時間。結(jié)果列于表3。實施例4:(1)取粒度均為10100nm的部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉末(PYSZ粉末，Y203的含量為57wt。/o)5.5千克和氮化硅1.5千克，粒度為《30/xm的銅粉2.0千克和粒度為1030/xm改性有機硅樹脂l.O千克，進行噴霧干燥制成團聚球形粉末，取-lS0+325目篩之間的粉末，其粒度范圍為4090/mi，作為等離子噴涂用涂層材料。(2)利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料(棕剛玉)高速噴射工件表面，使其粗化。在處理過的工件表面噴涂一層厚0.81.2Mm的NiCoCrAlY粘接層。等離子噴涂工藝主要技術(shù)參數(shù)為功率3540KW，電壓7080V，電流450500A。(3)在粘接層的表面用等離子噴涂上述粉末涂層材料制備層狀噴涂層，涂層厚度達0.20.5mm，噴涂用的功率為4045KW，電壓7585V,電流500550A。在層狀噴涂層表面纏繞碳纖維絲，相鄰兩根平行纖維絲間距為1.31.5mm，網(wǎng)狀纏繞。(4)再將纏繞后的工件重復(fù)步驟(3)，共5次纏繞纖維，將涂層分為6層，每層厚度由內(nèi)而外分別為0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.45mm、0.45mm、0.45mm，涂層總厚度達2.3mm。(5)用掃描電鏡測定粉末和涂層的形貌，X射線粉晶衍射測定粉末的晶體結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基體上制備該種厚涂層，為了進行比較，選用同等條件的未經(jīng)纖維增強的納米氧化紀穩(wěn)定的氧化鋯粉末涂層作對比，用千分尺測定涂層厚度，通過等離子火焰模擬工況進行燒蝕試驗，通過激光測溫儀測量溫度，秒表記錄破壞所需時間。結(jié)果列于表4。實施例5:(1)取粒度為10100nm的部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉末(PYSZ粉末，Y203的含量為57wt%)8.0千克和氧化硅l.O千克，粒度為1030;um聚酯l.O千克，進行噴霧干燥制成團聚球形粉末，取-lS0+325目篩之間的粉末，其粒度范圍為4090Mm,作為等離子噴涂用涂層材料。(2)利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料(棕剛玉)高速噴射工件表面，使其粗化。在處理過的工件表面噴涂一層厚0.81.2/xm的鎳包鋁(Ni/Al)粘接層。等離子噴涂工藝主要技術(shù)參數(shù)為功率3540KW，電壓7080V，電流450500A。(3)在粘接層的表面用等離子噴涂上述粉末涂層材料制備層狀噴涂層，涂層厚度達0.20.5mm，噴涂用的功率為4045KW，電壓7585V，電流500550A。在層狀噴涂層表面纏繞碳纖維絲，相鄰兩根平行纖維絲間距為1.11.3mm，網(wǎng)狀纏繞。(4)再將纏繞后的工件重復(fù)步驟(3)，共6次纏繞纖維，將涂層分為7層，每層厚度由內(nèi)而外分別為0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.45mm、0.45mm，涂層總厚度達2.65mm。(5)用掃描電鏡測定粉末和涂層的形貌，X射線粉晶衍射測定粉末的晶體結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基體上制備該種厚涂層，為了進行比較，選用同等條件的未經(jīng)纖維增強的納米氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末涂層作對比，用千分尺測定涂層厚度，通過等離子火焰模擬工況進行燒蝕試驗，通過激光測溫儀測量溫度，秒表記錄破壞所需時間。結(jié)果列于表5。實施例6:(1)取粒度為10100nm的部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉末(PYSZ粉末，Y203的含量為57wt%)5.5千克和氧化硅1.5千克，粒度為1030Mm高碳鐵粉2.0千克，進行噴霧干燥制成團聚球形粉末，取-180+325目篩之間的粉末，其粒度范圍為4090;am，作為等離子噴涂用涂層材料。(2)利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料(棕剛玉)高速噴射工件表面，使其粗化。在處理過的工件表面噴涂層厚0.S1.2/mi的鎳包鋁(Ni/Al)粘接層。等離了噴涂工藝主要技術(shù)參數(shù)為功率3540KW，電壓7080V，電流450500A。(3)在粘接層的表面用等離子噴涂上述粉末涂層材料制備層狀噴涂層，涂層厚度達0.20.5mm，噴涂用的功率為4045KW，電壓7585V，電流500550A。在層狀噴涂層表面纏繞碳化硅纖維絲，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.91.1mm，網(wǎng)狀纏繞。(4)再將纏繞后的工件重復(fù)步驟(3)，共7次纏繞纖維，將涂層分為8層，每層厚度由內(nèi)而外分別為0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.4mm、0.45mm、0.45mm、0.45mm，涂層總厚度達3.05mm。(5)用掃描電鏡測定粉末和涂層的形貌，X射線粉晶衍射測定粉末的晶體結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基體上制備該種厚涂層，為了進行比較，選用同等條件的未經(jīng)纖維增強的納米氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末涂層作對比，用千分尺測定涂層厚度，通過等離子火焰模擬工況進行燒蝕試驗，通過激光測溫儀測量溫度，秒表記錄破壞所需時間。結(jié)果列于表6。實施例7:(1)取粒度為10100nm的部分穩(wěn)定化的ZrO2/Y2O3粉末(PYSZ粉末，Y203的含量為57wt%)8.0千克，粒度為《30/xm的銅粉2.0千克，進行噴霧干燥制成團聚球形粉末，取-180+325目篩之間的粉末，其粒度范圍為4090/xm，作為等離子噴涂用涂層材料。(2)利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料(棕剛玉)高速噴射工件表面，使其粗化。在處理過的工件表面噴涂一層厚0.81.2Mm的鎳包鋁(Ni/Al)粘接層。等離子噴涂工藝主要技術(shù)參數(shù)為功率3540KW，電壓7080V，電流450500A。(3)在粘接層的表面用等離子噴涂上述粉末涂層材料制備層狀噴涂層，涂層厚度達0.20.5mm，噴涂用的功率為4045KW，電壓7585V，電流500550A。在層狀噴涂層表面纏繞碳化硅纖維絲，相鄰兩根平行纖維絲間距為1.11.3mm，網(wǎng)狀纏繞。(4)再將纏繞后的工件重復(fù)步驟(3)，共5次纏繞纖維，前3次為網(wǎng)狀纏繞，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.91.1mm，后2次為平行纏繞，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.30.5mm，將涂層分為6層，由內(nèi)而外分別為0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.4mm、0.45mm、0.45mm，涂層總厚度達2.25mm。(5)用掃描電鏡測定粉水和涂層的形貌，X射線粉晶衍射測定粉末的晶體結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基體上制備該種厚涂層，為了進行比較，選用同等條件的未經(jīng)纖維增強的納米氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末涂層作對比，用千分尺測定涂層厚度，通過等離子火焰模擬工況進行燒蝕試驗，通過激光測溫儀測量溫度，秒表記錄破壞所需時間。結(jié)果列于表7。實施例8:(1)取粒度為10100nm的部分穩(wěn)定化的Zr02/Y203粉末(PYSZ粉末，Y203的含量為57wt%)9.0千克，粒度為1030/xm聚酯1.0千克，進行噴霧干燥制成團聚球形粉末，取-180+325目篩之間的粉末，其粒度范圍為4090/mi，作為等離子噴涂用涂層材料。200910061315.6說明書第8/9頁(2)利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料(棕剛玉)高速噴射工件表面，使其粗化。在處理過的工件表面噴涂一層厚0.81.2/xm的鎳包鋁(Ni/Al)粘接層。等離子噴涂工藝主要技術(shù)參數(shù)為功率3540KW，電壓70S0V，電流450500A。(3)在粘接層的表面用等離子噴涂上述粉末涂層材料制備層狀噴涂層，涂層厚度達0.20.5mm，噴涂用的功率為4045KW，電壓7585V，電流500550A。在層狀噴涂層表面纏繞碳化硅纖維絲，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.61.0mm，平行纏繞。(4)再將纏繞后的工件重復(fù)步驟(3)，共5次纏繞纖維，前3次為網(wǎng)狀纏繞，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.91.1mm，后2次為平行纏繞，相鄰兩根平行纖維絲間距為0.30.5mm,將涂層分為6層，由內(nèi)而外分別為0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.4mm、0.45mm、0.45mm，涂層總厚度達2.25mm。(5)用掃描電鏡測定粉末和涂層的形貌，X射線粉晶衍射測定粉末的晶體結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基體上制備該種厚涂層，為了進行比較，選用同等條件的未經(jīng)纖維增強的納米氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末涂層作對比，用千分尺測定涂層厚度，通過等離子火焰模擬工況進行燒蝕試驗，通過激光測溫儀測量溫度，秒表記錄破壞所需時間。結(jié)果列于表7。本發(fā)明纖維絲纏繞間距的上下限取值以及區(qū)間值都能實現(xiàn)本發(fā)明，纖維絲的各具體原料、纖維絲的各種纏繞方式都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此就不一一列舉實施例。附表表1經(jīng)纖維增強的納米氧化鋯復(fù)合熱障涂層與普通納米氧化鋯涂層對比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2經(jīng)纖維增強的納米氧化鋯復(fù)合熱障涂層與普通納米氧化鋯涂層對比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3經(jīng)纖維增強的納米氧化鋯復(fù)合熱障涂層與普通納米氧化鋯涂層對比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表4經(jīng)纖維增強的納米氧化鋯復(fù)合熱障涂層與普通納米氧化鋯涂層對比<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表5經(jīng)纖維增強的納米氧化鋯復(fù)合熱障涂層與普通納米氧化鋯涂層對比<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表7經(jīng)纖維增強的納米氧化鋯復(fù)合熱障涂層與普通納米氧化鋯涂層對比<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權(quán)利要求1.一種高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，含有一種主要由粒度為10～100nm部分穩(wěn)定化的ZrO2/Y2O3粉、燒蝕輔料團聚制備而成的高溫熱障與燒蝕防熱雙重效果的復(fù)合涂層材料，其特征是一種纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，該材料有多層結(jié)構(gòu)，具體是在噴涂粘接底層的金屬基體工件表面，依次是起“混凝土”作用的噴涂層及位于噴涂層之間的起“鋼筋”作用的增強層；噴涂層是通過等離子噴涂工藝噴涂上述復(fù)合涂層粉末而形成的層狀結(jié)構(gòu)，噴涂層至少有3層；增強層是用高溫纖維絲對噴涂層進行平行或交錯纏繞一至兩次而形成的，高溫纖維絲的使用溫度≥700℃。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，其特征是該材料有四層噴涂層，由內(nèi)向夕卜，它們的厚度分別為0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.45mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，其特征是高溫纖維絲為玻璃纖維絲、碳纖維絲或碳化硅纖維絲。4.一種高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料的制備方法，采用了一種主要由粒度為10100nm部分穩(wěn)定化的Zr02/Y2Cb粉、燒蝕輔料團聚制備而成的高溫熱障與燒蝕防熱雙重效果的復(fù)合涂層材料，其特征是用使用溫度^70(TC的高溫纖維絲對所述復(fù)合涂層材料進行增強，在增強的過程中，先對粗化后噴涂了粘接底層的金屬基體工件表面用等離子噴涂工藝制備一層層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合涂層，再用高溫纖維絲纏繞一至兩次，其中，復(fù)合涂層材料起"混凝土"作用，高溫纖維絲起"鋼筋"作用；重復(fù)此噴涂與纏繞過程，在最后l次纏繞后再噴涂1層涂層，得到具有"鋼筋混凝土"結(jié)構(gòu)的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，該材料是一種纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征是采用包括以下步驟的方法(1)基體的制備利用壓縮空氣將硬質(zhì)磨料高速噴射金屬基體工件表面，使其粗化；在粗化處理過的金屬基體工件表面噴涂厚0.8~1.2/xm的鎳包鋁(Ni/Al)或NiCoCrAlY自粘接底層，得到基體；(2)噴涂在基體表面用等離子噴涂-180+325目的復(fù)合涂層粉末，形成起"混凝土"作用的層狀結(jié)構(gòu)噴涂層，噴涂層厚度為0.20.5mm，(3)纏繞在噴涂過后的基體上纏繞一層高溫纖維絲，每層中相鄰兩根平行纖維絲間距為0.S1.0mm，平行或交錯纏繞，形成起"鋼筋"作用的增強層；重復(fù)上述噴涂與纏繞過程，在最后1次纏繞后再噴涂1次，得到所述的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料有四層噴涂層，由內(nèi)向外，這四層噴涂層的厚度分別為0.2min、0.3mm、0.4mm、0.45mm。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的高溫纖維絲為玻璃纖維絲、碳纖維絲或碳化硅纖維絲。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料的制備方法，其特征在于在噴涂層表面上采用相互平行的單束絲纏繞和網(wǎng)狀兩束絲交叉纏繞兩種方式，其中，采用相互平行的單束絲纏繞時，相鄰兩層纖維絲的纏繞之間的夾角呈60至90度。9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一權(quán)利要求所述的制備方法，其特征是所制得的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，其采用等離子噴涂技術(shù)涂覆在大氣層中各種高速運動的飛行器表面，起到高溫熱障與燒蝕復(fù)合保護層的作用。全文摘要一種纖維增強的高溫熱障復(fù)合陶瓷厚涂層材料，其結(jié)構(gòu)是在噴涂粘接底層的金屬基體工件表面，依次是起“混凝土”作用的噴涂層及位于噴涂層之間的起“鋼筋”作用的增強層，噴涂層是用粉狀的高溫熱障與燒蝕防熱雙重效果的復(fù)合涂層材料通過等離子噴涂工藝制備的，噴涂層至少有3層；增強層是用高溫纖維絲對噴涂層進行平行或交錯纏繞一至兩次而形成的，高溫纖維絲的使用溫度≥700℃。該材料由基體的制備、噴涂和纏繞等步驟制成，可采用等離子噴涂工藝涂覆在大氣層中各種高速運動的飛行器表面，起到高溫熱障與燒蝕復(fù)合保護層的作用。該材料可提高高溫環(huán)境中金屬基體工作溫度的上限，同時可延長在高溫極限中的使用時間；實用性強，適于工業(yè)化生產(chǎn)。文檔編號B32B18/00GK101518968SQ200910061公開日2009年9月2日申請日期2009年3月27日優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日發(fā)明者倩萬,勵德亮,孟令娟,琦張,李光磊,珂王,輝王,程旭東,巍肖,捷閔申請人:武漢理工大學(xué)