專利名稱：用于制造熱障層的方法和用于構(gòu)件的熱障層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在一個(gè)構(gòu)件上借助氣相沉積法制造陶資熱障 層的方法，所述構(gòu)件用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件，以及一種用于構(gòu) 件的熱障層，所述構(gòu)件用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件，其中熱障層通 常由一個(gè)柱狀或桿狀構(gòu)造的陶瓷熱障層構(gòu)成并且各柱或桿基本上垂直于一個(gè)構(gòu)件表面定向。本發(fā)明還涉及一種構(gòu)件，它用于壓縮機(jī)部件和 渦輪機(jī)部件，該構(gòu)件包括一個(gè)金屬基質(zhì)和一個(gè)至少部分地涂敷到金屬 基質(zhì)上的熱障層。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有技術(shù)已知各種不同的用于在構(gòu)件上制造陶瓷熱障層的方 法，構(gòu)件特別用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件。在此將一個(gè)陶瓷層或通過等離子體噴射法(Plasmaspritzverfahren )或借助物理氣相沉積法 (PVD)涂敷到構(gòu)件上。通過應(yīng)用物理氣相沉積法，特別是電子束氣 相法(Elektronenstrahlbedampfung ) ( EB-PVD )，形成具有桿形或柱 形的結(jié)構(gòu)的陶瓷層。各柱或桿在此沿其長度具有恒定的厚度。柱或桿 的柱狀下層結(jié)構(gòu)也是均勻的。這樣制成的陶瓷熱障層相對于通過熱噴 射過程制成的熱障層具有的優(yōu)點(diǎn)是，它們由于柱狀結(jié)構(gòu)具有一種改進(jìn) 的熱交變穩(wěn)定性。并且各個(gè)桿或柱允許桿接縫的膨脹和收縮，而不產(chǎn) 生在極端情況下可以導(dǎo)致熱障層的各個(gè)部分的剝落的應(yīng)力。通過在所 述的構(gòu)件上附加涂覆熱障陶乾層，降低了構(gòu)件材料溫度繼而保持其強(qiáng) 度。作為陶瓷材料，在此通常采用包括不同穩(wěn)定劑的氧化鋯，特別是 氧化釔。由DE 601 03 526 T2、 DE 693 18 856 T2以及US專利文件 No. 4，321，311 A、 4,401,697 A、 4,405,659 A以及5，514，482已知一些用 于制造陶瓷熱障層的方法和一些用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件的金屬 構(gòu)件的相應(yīng)的熱障層。
但這些已知的用于制造陶瓷熱障層的方法以及由此制成的熱障層 的不利之處是，通過采用物理氣相沉積法產(chǎn)生相當(dāng)密的柱狀或桿狀的 結(jié)構(gòu)。但相當(dāng)大的密度不利地促進(jìn)了在陶瓷熱障層內(nèi)的熱流。發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的目的在于，提供一種此類的用于構(gòu)件的熱障層，它 具有特別明顯降低的熱導(dǎo)率。此外本發(fā)明的目的在于，提供一種此類的用于制造陶瓷熱障層的 方法，其中得到的熱障層具有明顯的、特別降低的熱導(dǎo)率。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件 的構(gòu)件，它包括一個(gè)金屬基質(zhì)和一個(gè)至少部分地涂敷到金屬基質(zhì)上的 熱障層，其中熱障層具有比已知的熱障層特別明顯降低的熱導(dǎo)率。通過一種按照權(quán)利要求1的特征的方法、 一種按照權(quán)利要求15 的特征的熱障層和一種按照權(quán)利要求20的特征的構(gòu)件達(dá)到上述目的。 本發(fā)明的有利的實(shí)施形式描述在各相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中。 一種按本發(fā)明的用于在一個(gè)用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件的構(gòu)件 上制造陶瓷熱障層的方法包括一種氣相沉積法，具有下列方法步驟a) 準(zhǔn)備一種用于沉積在構(gòu)件上的陶瓷蒸氣；b)將陶瓷蒸氣沉積在構(gòu)件 上，以便構(gòu)成一個(gè)柱狀或桿狀構(gòu)造的熱障層，其中各柱或桿基本上垂 直于一個(gè)構(gòu)件表面定向；和c)在方法步驟b)期間這樣地改變至少一個(gè)方法參數(shù)，使得得到的熱障層包括一些柱或桿，它們具有交替地逐 漸縮小的和逐漸增大的直徑。氣相沉積法特別涉及一種物理氣相沉積 法，如例如一種電子束氣相沉積法。但也可設(shè)想使用一種陰極濺射法 或一種電弧蒸發(fā)法以及CVD法。通過氣相沉積法的應(yīng)用確保，形成 的熱障層柱狀或桿狀地構(gòu)造并因此仍保持這類構(gòu)造的陶瓷熱障層的已 知的優(yōu)點(diǎn)。按照本發(fā)明，形成的柱或桿具有交替地逐漸縮小的和逐漸 增大的直徑。通過交替地逐漸縮小的和逐漸增大的直徑，在熱障層的 層形成過程中，在各個(gè)柱或桿之間形成許多小孔，它們有助于明顯減 小熱流繼而明顯降低形成的熱障層的熱導(dǎo)率。在此逐漸縮小的和逐漸 增大的直徑的特征也特別應(yīng)被理解為各鄰接的柱或桿至少部分地沿其 長度不接觸和不平行地延伸。同樣的情況適用于可能出現(xiàn)的下層結(jié)構(gòu)。 并且有利的是，各個(gè)桿或柱的小的直徑大大地阻止了熱流，從而由此 也導(dǎo)致形成的熱障層的熱導(dǎo)率的顯著降低。在本發(fā)明方法的其他的有利的實(shí)施形式中，在一個(gè)涂層室，特別 是一個(gè)真空室中實(shí)施該方法。在此將待涂層的構(gòu)件引入涂層室中并且 在其上沉積陶瓷熱障層。通常至少在待涂層的構(gòu)件表面上對構(gòu)件進(jìn)行 力口熱或預(yù)熱。并且還可以在方法步驟b)期間輸入氧氣和惰性氣體，并且在方 法步驟C)期間至少一個(gè)方法參數(shù)的改變包括在涂層期間或在涂層室 中改變氧氣和/或惰性氣體的分壓力。在此可以調(diào)節(jié)分壓力和經(jīng)由氣流 的總壓力或泵功率。但也可以在方法步驟b)期間移動待涂層的構(gòu)件，并且在方法步 驟c)期間至少一個(gè)方法參數(shù)的改變包括在涂層期間改變構(gòu)件運(yùn)動的方式和/或構(gòu)件速度。在此可以特別轉(zhuǎn)動構(gòu)件，從而在方法步驟c)期間至少一個(gè)方法參數(shù)的改變包括在涂層期間改變轉(zhuǎn)速。此外還可以，在方法步驟c)期間至少一個(gè)方法參數(shù)的改變包括在涂層期間改變陶瓷蒸氣到構(gòu)件上的沉積率。最后可以在涂層期間改變壓力或在涂層室中在方法步驟c)期間改變至少一個(gè)方法參數(shù)。通過所述措施，產(chǎn)生按照本發(fā)明的陶瓷熱障層的層結(jié)構(gòu)，其中形成的各柱或桿沿其縱伸具 有交替地逐漸縮小的和逐漸增大的直徑。在本發(fā)明方法的另一種有利的實(shí)施形式中，陶瓷蒸氣或采用的陶 瓷材料包括氧化鋯、氧化釔或一種由其組成的混合物。也可設(shè)想其他的陶瓷材料。通常以一個(gè)在l|im與400pm之間的厚度沉積熱障層， 但也可設(shè)想不同的層厚。在本發(fā)明方法的另一種有利的實(shí)施形式中，在待涂層的構(gòu)件表面 與熱障層之間至少部分地構(gòu)成 一 個(gè)粘附層。粘附層在此包括MCrAlY 滲鋁的/Al強(qiáng)化的表面或Pt/Al。在此可以借助已知的熱噴射法、電鍍 處理法、擴(kuò)散處理法或借助物理氣相沉積法涂覆粘附層。并且在本發(fā) 明方法的另一實(shí)施形式中，可以在待涂層的構(gòu)件表面與粘附層之間至
少部分地構(gòu)成 一 個(gè)氧化鋁中間層。一種本發(fā)明的熱障層由陶瓷材料構(gòu)成并且具有一個(gè)柱狀或桿狀的 結(jié)構(gòu)或晶粒結(jié)構(gòu)，其中各柱或桿基本上垂直于一個(gè)構(gòu)件表面定向。按 照本發(fā)明，各柱或桿沿其縱伸具有逐漸縮小的和逐漸增大的直徑。各個(gè)柱或桿的晶界(Korngre nzen )在jt匕可以至少、部^i^&jt匕4^觸,在 各個(gè)柱或桿之間有利地構(gòu)成一些小孔腔。通過按照本發(fā)明的各個(gè)柱或 桿的結(jié)構(gòu)或構(gòu)成，明顯地降低了熱障層的熱導(dǎo)率，因?yàn)楦鱾€(gè)桿的小的 直徑大大地阻止了熱流。并且在熱障層內(nèi)構(gòu)成的小孔顯著地減小了熱 流。在熱障層的一種有利的實(shí)施形式中，熱障層的陶資材料包括氧化 鋯、氧化釔或一種由其組成的混合物。但同樣可設(shè)想使用其他的適合 的陶瓷材料構(gòu)成熱障層。熱障層通常具有一個(gè)在l|am與400nm之間 的厚度，同時(shí)也可設(shè)想不同的厚度。一種按照本發(fā)明的用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件的構(gòu)件包括一個(gè) 金屬基質(zhì)和一個(gè)至少部分地涂敷到金屬基質(zhì)上的按本發(fā)明的熱障層， 如以上所述。 一個(gè)相應(yīng)涂層的構(gòu)件由于按照本發(fā)明的明顯降低的熱導(dǎo) 率而在具有相應(yīng)較高的壽命的同時(shí)具有一個(gè)明顯較小的磨損率。在本發(fā)明構(gòu)件的其他有利的實(shí)施形式中，可以在基質(zhì)與熱障層之 間至少部分地構(gòu)成一個(gè)特別包括MCrAlY和Pt/Al的粘附層。并且還 可以在基質(zhì)與粘附層之間至少部分地構(gòu)成一個(gè)氧化鋁中間層。本發(fā)明 的構(gòu)件特別是一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的組成部分。


由以下對一個(gè)圖示的實(shí)施例的描述得出本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)、特 征和細(xì)節(jié)。其中圖l 一個(gè)具有按現(xiàn)有技術(shù)的熱障層的構(gòu)件的示意剖視圖；以及圖2 —個(gè)具有按照本發(fā)明的熱障層的構(gòu)件的示意剖視圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出 一個(gè)包括一個(gè)其上設(shè)置的熱障層22的構(gòu)件或一個(gè)金屬基 質(zhì)18的示意剖視圖。 一個(gè)特別包括MCrAlY或Pt/Al的粘附層20構(gòu) 成在熱障層22與構(gòu)件表面16之間。可以看出，熱障層22具有一種柱 狀或桿狀的結(jié)構(gòu)，其中各個(gè)柱或桿24基本上垂直于構(gòu)件表面定向。在 這種情況下，各不同的柱24的晶界26、 28沿桿24的縱伸彼此接觸。 由此產(chǎn)生一種相當(dāng)密的柱狀結(jié)構(gòu)，它促進(jìn)在陶資熱障層22內(nèi)的熱流。 圖2示出一種陶瓷熱障層10的示意剖視圖，它被涂覆到或沉積到 構(gòu)件18的一個(gè)構(gòu)件表面16上。可以看出，熱障層10再次由一些柱或 桿12構(gòu)成，它們基本上垂直于構(gòu)件表面16定向。不同于圖l中所示 的已知的柱結(jié)構(gòu)，圖2中所示的柱或桿12沿其縱伸具有交替地具有逐 漸縮小和逐漸增大的直徑d、 D?？梢钥闯?，各個(gè)桿的晶界30至少部 分地彼此接觸，但在各個(gè)柱或桿12之間構(gòu)成許多成形空腔14。通過 在各個(gè)桿或各個(gè)柱中的小的直徑d，大大地阻止了在熱障層IO內(nèi)的熱 流。并且通過各小孔14明顯減小了熱障層10的密度，從而借此也明 顯減小在熱障層10內(nèi)的熱流。
權(quán)利要求
1. 用于在一個(gè)構(gòu)件上制造陶瓷熱障層的方法，所述構(gòu)件用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件，所述方法包括一種氣相沉積法，具有下列方法步驟a)準(zhǔn)備一種用于沉積在構(gòu)件上的陶瓷蒸氣；b)將陶瓷蒸氣沉積在構(gòu)件上，以便構(gòu)成一個(gè)柱狀或桿狀構(gòu)造的熱障層(10)，其中各柱或桿(12)基本上垂直于一個(gè)構(gòu)件表面(10)定向；和c)在方法步驟b)期間這樣地改變至少一個(gè)方法參數(shù)，使得得到的熱障層(10)包括一些柱或桿(12)，它們具有交替地逐漸減小的和逐漸增大的直徑(d、D)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氣相沉積法是一種 物理氣相沉積法(PVD)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，物理氣相沉積法 (PVD)是一種電子束氣相沉積法(EB-PVD)、 一種陰極濺射法或一種電弧蒸發(fā)法。
4. 按照上迷權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在一個(gè)涂層 室，特別是一個(gè)真空室中實(shí)施該方法。
5. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在方法步驟 b)期間輸入氧氣和惰性氣體，并且在方法步驟c)期間至少一個(gè)方法 參數(shù)的改變包括在涂層期間或在涂層室中改變氧氣和/或惰性氣體的 分壓力。
6. 按照上述權(quán)利要求之一所迷的方法，其特征在于，在方法步驟 b)期間移動待涂層的構(gòu)件，并且在方法步驟c)期間至少一個(gè)方法參 數(shù)的改變包括在涂層期間改變構(gòu)件運(yùn)動的方式和/或構(gòu)件速度。
7. 按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)動構(gòu)件，并且在 方法步驟C)期間至少一個(gè)方法參數(shù)的改變包括在涂層期間改變轉(zhuǎn)速。
8. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在方法步驟 c)期間至少一個(gè)方法參數(shù)的改變包括在涂層期間改變陶瓷蒸氣到構(gòu)件 上的沉積率。
9. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在方法步驟 c )期間至少 一個(gè)方法參數(shù)的改變包括在涂層期間或在涂層室中改變壓 力。
10. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，陶瓷蒸氣 或陶瓷材料包括氧化鋯、氧化釔或一種由其組成的混合物。
11. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，以一個(gè)在 lfxm與500nm之間的厚度沉積熱障層。
12. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在待涂層 的構(gòu)件表面(16)與熱障層(10)之間至少部分地構(gòu)成一個(gè)粘附層(20)。
13. 按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，粘附層具有 MCrAlY和/或Pt/Al，或由其構(gòu)成，和/或是Al強(qiáng)化的或滲鋁的。
14. 按照權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，在待涂層 的構(gòu)件表面(16)與粘附層(20)之間至少部分地構(gòu)成一個(gè)氧化鋁中 間層。
15. 用于構(gòu)件的熱障層，所述構(gòu)件用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件， 其中熱障層由一個(gè)柱狀或桿狀構(gòu)造的陶瓷熱障層(10)構(gòu)成，并且各 柱或桿(12)基本上垂直于一個(gè)構(gòu)件表面(16)定向；其特征在于， 柱或桿(12)具有交替地逐漸縮小的和逐漸增大的直徑(d、 D)。
16. 按照權(quán)利要求15所述的熱障層，其特征在于，各個(gè)柱或桿(12 ) 的晶界至少部分地彼此接觸。
17. 按照權(quán)利要求15或16所述的熱障層，其特征在于，在各個(gè) 柱或桿(12)之間構(gòu)成一些小孔腔(14)。
18. 按照權(quán)利要求15至17之一所述的熱障層，其特征在于，熱 障層(10)的陶瓷材料包括氧化鋯、氧化釔或一種由其組成的混合物。
19. 按照權(quán)利要求15至18之一所述的熱障層，其特征在于，熱 障層(10 )具有一個(gè)在lpm與500pm之間的厚度。
20. 構(gòu)件，用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件，所述構(gòu)件包括一個(gè)金 屬基質(zhì)(18)和一個(gè)至少部分地涂敷到金屬基質(zhì)(18)上的按照權(quán)利 要求15至19之一所述的熱障層(10)。
21. 按照權(quán)利要求20所述的構(gòu)件，其特征在于，在基質(zhì)(18)與 熱障層(10)之間至少部分地構(gòu)成一個(gè)粘附層(20)。
22. 按照權(quán)利要求21所述的構(gòu)件，其特征在于，粘附層(20)包 括MCrAIY和/或是Al強(qiáng)化的或滲鋁的。
23. 按照權(quán)利要求21或22所述的構(gòu)件，其特征在于，在基質(zhì)(18 ) 與粘附層(20)之間至少部分地構(gòu)成一個(gè)氧化鋁中間層。
24. 按照權(quán)利要求19至23之一所述的構(gòu)件，其特征在于，所述 構(gòu)件是一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的組成部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在一個(gè)構(gòu)件上借助氣相沉積法制造陶瓷熱障層(10)的方法，所述構(gòu)件用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件，其中該方法包括下列步驟a)準(zhǔn)備一種用于沉積在構(gòu)件(18)上的陶瓷蒸氣；b)將陶瓷蒸氣沉積在構(gòu)件(18)上，以便構(gòu)成一個(gè)柱狀或桿狀構(gòu)造的熱障層，其中各柱或桿(12)基本上垂直于一個(gè)構(gòu)件表面(16)定向；和c)在方法步驟b)期間這樣地改變至少一個(gè)方法參數(shù)，使得得到的熱障層包括一些柱或桿(12)，它們具有交替地逐漸縮小的和逐漸增大的直徑(d、D)。本發(fā)明還涉及一種用于構(gòu)件(16)的熱障層，所述構(gòu)件用于壓縮機(jī)部件和渦輪機(jī)部件，其中熱障層(10)由一個(gè)柱狀或桿狀構(gòu)造的陶瓷熱障層構(gòu)成，并且各柱或桿(12)基本上垂直于一個(gè)構(gòu)件表面(16)定向。按照本發(fā)明，各柱或桿(12)具有交替地逐漸縮小和逐漸增大的直徑(d、D)。
文檔編號C23C14/54GK101400820SQ200780008381
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者T·科薩克 申請人:Mtu飛機(jī)發(fā)動機(jī)有限公司