用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚及其制造方法
【專利摘要】用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚（1），包括由例如氧化鋁或者氧化鋁-莫來石的陶瓷材料制成的基體（2），以及施用于基體（2）的至少一個面（4）的涂層（3）；所述涂層（3）為多層陶瓷涂層，包括至少一個外層（6）和至少一個中間層（5），所述至少一個外層（6）由氧化鋁或者包括氧化鋁的陶瓷材料制成，所述至少一個中間層（5）布置于外層（6）與基體（2）之間并且由包括莫來石的陶瓷材料制成，優(yōu)選地由莫來石或者由氧化鋁-莫來石制成。
【專利說明】用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚，及其制造方法。
【背景技術】
[0002]如已知的，由于用于電力生產的燃氣輪機燃燒室的內壁暴露于有時也具有高腐蝕性的高溫下的熱氣體，所以它們需要有效的熱保護。
[0003]出于所述目的，使用應用于例如燃燒室的結構壁上的陶瓷磚。通常，由于陶瓷材料提供良好的熱保護并且具有低的傳導性，所以陶瓷材料潛在地適合于該應用。
[0004]然而，燃氣輪機燃燒室的內部環(huán)境極具侵蝕性并且使陶瓷磚經受高水平的應力(不僅是熱應力還有腐蝕應力和機械應力)，因此不是所有的陶瓷材料都適合于該目的。
[0005]為了改善陶瓷磚的耐受性，特別是耐腐蝕性和耐侵蝕性，提供具有額外涂層的磚。
[0006]例如，已知涂層由氧化鋁的一個單個層組成，所述氧化鋁的一個單個層借助淤漿法沉積(即沉積在合適的分散介質中一層氧化鋁顆粒懸浮物，隨后燒結處理)。
[0007]已知涂層的限制表現(xiàn)為其高的孔隙率(典型值為大約30%)，所述高的孔隙率特別是在燃燒氣體中存在腐蝕性化學物質和水蒸氣時，降低其保護其下面的材料的能力。
[0008]已知涂層的第二個限制是涂層材料和制成磚的基體材料的熱膨脹系數(shù)之間的過大差異，這降低涂層對熱循環(huán)的抵抗性，促使其剝離。
[0009]第三個限制在于淤漿法有限的可重復性。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的一個目的在于提供用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚以及沒有本領域在此處指出的缺點的相關的制造方法。
[0011]特別地，本發(fā)明的一個目的在于以相對簡單廉價的方式生產磚，所述磚完全適合用于燃氣輪機燃燒室，并因此特別地對高溫、腐蝕性侵襲和機械性應力具有耐受性。
[0012]因此，本發(fā)明涉及用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚，所述陶瓷磚包括由陶瓷材料制成的基體和施用于基體的至少一個面上的涂層，所述磚的特征在于涂層為多層陶瓷涂層，其包括至少一個外層和至少一個中間層，所述至少一個外層由包括氧化鋁的陶瓷材料制成，所述至少一個中間層布置在外層與基體之間并且由包括莫來石和氧化鋁的陶瓷材料制成。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，中間層由莫來石或者氧化鋁-莫來石制成，外層由氧化鋁制成或者包括氧化鋁作為主要組分，并且基體由氧化鋁-莫來石制成。
[0014]本發(fā)明還涉及用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚的制造方法，所述方法包括以下步驟:
[0015]-提供由陶瓷材料制成的基體；[0016]-將多層陶瓷涂層沉積到基體的面上，所述多層陶瓷涂層由至少一個外層和至少一個中間層形成，所述至少一個外層由包括氧化鋁的陶瓷材料制成，所述至少一個中間層布置在外層與基體之間并且由包括莫來石的陶瓷材料制成，所述涂層的層借助連續(xù)進行的相應的空氣等離子噴涂(APS)工藝沉積。
[0017]特別地，所述方法包括將中間層沉積在基體的面(對應于面向燃燒室的表面，在熱氣體的側上)上的第一步驟，其中借助于等離子炬將莫來石粉末或者包含莫來石粉末的粉末混合物噴涂于基體的面上以形成中間層；以及將外層沉積在中間層上的第二步驟，其中借助等離子炬將氧化鋁粉末或者包含氧化鋁粉末的粉末混合物噴涂在中間層的外面上以形成外層。
[0018]根據(jù)本發(fā)明生產的磚完全適合用于電力生產的燃氣輪機的燃燒室；涂層具有降低的孔隙率和高的均勻度，并由此確保對磚的涂層下面基體材料的適當?shù)谋Ｗo。磚的涂層與基體材料之間的粘附很強并且即使在非常苛刻的工作條件下也不發(fā)生剝離。
[0019]多層涂層的使用與例如由純氧化鋁或者其他材料制成的涂層相比延長了涂層的壽命:由于磚和兩種涂層的不同的熱膨脹系數(shù)，在磚的加熱期間莫來石的中間層處于拉伸應力的條件下，而氧化鋁層處于壓縮狀態(tài)，因此降低了構成環(huán)境隔離物的氧化鋁涂層剝離的可能性。
[0020]具體的制造技術消除了結果再現(xiàn)性的任何問題，并且確保生產的每一塊磚具有期望的特性，特別是降低或者消除了表面不連續(xù)性和/或裂紋(通過所述表面不連續(xù)性和/或裂紋，水蒸汽和污染物可滲透 并且達到磚的基體材料)的存在。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]由其非限制性的實施例的以下描述，參照作為根據(jù)本發(fā)明生產的用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚的橫截面示意圖的附圖，本發(fā)明的進一步特征和優(yōu)點將變得明顯。
【具體實施方式】
[0022]附圖中，附圖標記I表示用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚?’磚I包括由陶瓷材料制成的基體2，以及施用到基體2的至少一個面4的涂層3，所述基體2的至少一個面4旨在用來面向其中安裝有磚I的燃燒室。
[0023]基體2由陶瓷材料，例如氧化鋁或者優(yōu)選地氧化鋁-莫來石雙相體系制成。
[0024]基體2通過在模具中將需要的粉末，例如氧化鋁粉末(剛玉)或者莫來石與氧化鋁粉末(剛玉)的混合物壓制而形成。
[0025]然后，將基體2的陶瓷材料在爐中燒結以獲得規(guī)定的物理和機械特性。
[0026]涂層3為多層陶瓷涂層，包括至少一個第一層5和至少一個第二層6，所述至少一個第一層5布置為與基體2的面4接觸，所述至少一個第二層6布置在第一層5之上并且限定磚I的外層。
[0027]位于基體2與第二層6之間并且限定磚I的中間層的第一層5由包括莫來石的陶瓷材料制成；例如，層5由莫來石或者氧化鋁-莫來石制成；通常，層5包含莫來石作為主要組分(因此，該層以大于或等于該層的全部材料的約50重量％的量包含莫來石)。[0028]優(yōu)選地，層5具有約50微米至約100微米之間的厚度。
[0029]第二層6 (磚I的外層)由包括氧化鋁的陶瓷材料制成，并且優(yōu)選由氧化鋁制成或者包括氧化鋁作為主要組分(因此，該層以大于該層的全部材料的50重量％的量包含氧化招)。
[0030]優(yōu)選地，層6具有約200微米至約400微米之間的厚度。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，涂層3的層5、6通過連續(xù)進行的相應的空氣等離子噴涂(APS)工藝沉積。
[0032]通常，在空氣等離子噴涂工藝中，將待沉積在基體上的材料引入等離子炬的噴嘴中,在該噴嘴中使材料通過等離子體的高溫熔融并且噴涂到基體上。當材料顆粒撞擊基體時，它們迅速冷卻并且固化，沉積在基體上。
[0033]特別地，生產磚I的方法包括以下步驟:
[0034]-提供陶瓷材料的基體2；
[0035]-借助第一APS工藝在基體2的面4上沉積層5(該層5為莫來石或者氧化鋁-莫來石，或者在包含莫來石任意情況下)，其中借助等離子炬將莫來石粉末(或者包括莫來石粉末的粉末混合物)噴涂在面4上以形成層5 ；
[0036]-借助第二APS工藝在層5上沉積氧化鋁(或者包含氧化鋁)的層6，其中借助等離子炬在層5的外面7上噴涂氧化鋁粉末(或者包括氧化鋁粉末的粉末混合物)以形成層6。
[0037]獲得設置有多層涂層3的磚1:外層6構成對水蒸汽的腐蝕性作用的有效阻擋并且保護基體2的材料免受腐蝕和侵蝕；內層5允許外層6的最佳形成及其最佳錨固，提供前面所述的優(yōu)點。
[0038]最后，應理解，可使得不脫離所附權利要求范圍的進一步改進和變化用于在此描述和說明的燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚以及相關制造方法。
【權利要求】
1.一種用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚(1)，包括由陶瓷材料制成的基體(2)，和施用到所述基體(2)的至少一個面(4)上的涂層(3);所述磚的特征在于，所述涂層(3)為多層陶瓷涂層，包括至少一個外層(6)和至少一個中間層(5)，所述至少一個外層(6)由包括氧化鋁的陶瓷材料制成，所述至少一個中間層(5)位于所述外層(6)與所述基體(2 )之間并且由包括莫來石的陶瓷材料制成。
2.根據(jù)權利要求1所述的磚，其中所述中間層(6)由莫來石或者氧化鋁-莫來石制成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的磚，其中所述中間層(6)具有約50微米至約100微米之間的厚度。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的磚，其中所述外層(6)由氧化鋁制成，或者包括氧化鋁作為主要組分。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的磚，其中所述外層(6)具有約200微米至約400微米之間的厚度。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的磚，其中所述基體(2)由氧化鋁或者氧化鋁-莫來石制成。
7.一種用于燃燒室襯里特別是燃氣輪機的燃燒室襯里的陶瓷磚的制造方法，所述方法包括以下步驟: -提供磚(I)的由陶瓷材料制成的基體(2)； -將多層陶瓷涂層(3)沉積到所述基體(2)的面(4)上，所述多層陶瓷涂層(3)包括至少一個外層(6)和至少一個中間層(6)，所述至少一個外層(6)由包括氧化鋁的陶瓷材料制成，所述至少一個中間層(6)位于所述外層(6)與所述基體(2)之間并且由包括莫來石的陶瓷材料制成；所述涂層(3)的所述層(5、6)借助連續(xù)進行的相應空氣等離子噴涂工藝沉積。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，包括將所述中間層(6)沉積到所述基體(2)的所述面(4)上的第一步驟，其中借助等離子炬將莫來石粉末或者包含莫來石粉末的粉末混合物噴涂到所述基體(2)的所述面(4)上用于形成所述中間層(6);以及將所述外層(6)沉積在所述中間層(6)上的第二步驟，其中借助等離子炬將氧化鋁粉末或者包含氧化鋁粉末的粉末混合物噴涂到所述中間層(6)的外面(7)上用于形成所述外層(6)。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的方法，其中所述中間層(6)由莫來石或者氧化鋁-莫來石制成。
10.根據(jù)權利要求7至9中任一項所述的方法，其中所述中間層(6)具有約50微米至約100微米之間的厚度。
11.根據(jù)權利要求7至10中任一項所述的方法，其中所述外層(6)由氧化鋁制成，或者包括氧化鋁作為主要組分。
12.根據(jù)權利要求7至11中任一項所述的方法，其中所述外層(6)具有約200微米至約400微米之間的厚度。
13.根據(jù)權利要求7至12中任一項所述的方法，其中所述基體(2)由氧化鋁或者氧化招-莫來石制成。
【文檔編號】F23R3/00GK103782102SQ201280043921
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年8月8日 優(yōu)先權日:2011年8月8日
【發(fā)明者】菲利波·佩羅, 朱塞佩·卡洛·瓜爾科, 阿蒂利奧·瓦卡雷扎 申請人:安薩爾多能源公司