專利名稱：：陶瓷實(shí)心構(gòu)件和具有高孔隙度的陶瓷層以及該層的應(yīng)用和含該層的構(gòu)件的制作方法陶瓷實(shí)心構(gòu)件和具有高孔隙度的陶瓷層以及該層的應(yīng)用和含該層的構(gòu)件本發(fā)明涉及一種陶瓷實(shí)心構(gòu)件、具有高孔隙度的陶瓷層、該層的高溫應(yīng)用和含該層的構(gòu)件。陶瓷層常用于無保護(hù)層時不能在高溫下使用的構(gòu)件的絕熱。例如燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)的渦輪機(jī)葉片。為此將陶瓷絕熱層涂覆于具有金屬粘結(jié)層的基底上。除由氧化鋯制成的桿狀EB-PVD層外，還已知由等離子體噴涂的具有孔隙度的陶瓷層，以一方面實(shí)現(xiàn)小的導(dǎo)熱性，另一方面確保高的耐熱沖擊性。特別是對用于燃燒室的涂層，其應(yīng)用高的孔隙度。為此在等離子體噴涂時?；烊胨芰霞?xì)粒，其蒸發(fā)并由此在層中產(chǎn)生所需的孔隙度。但至今已知的多孔陶瓷涂層特別是在較大層厚下有太小的應(yīng)變公差。因此本發(fā)明的目的是提供一種可克服上述缺點(diǎn)的陶瓷實(shí)心構(gòu)件、陶瓷層、該層的應(yīng)用和構(gòu)件。本發(fā)明的目的是通過權(quán)利要求1或2的陶瓷實(shí)心構(gòu)件和陶瓷層，通過權(quán)利要求的11應(yīng)用和通過權(quán)利要求12的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要中列出其它有利的措施，這些措施可以有利的方式任意組合。本發(fā)明將按下列附圖詳述。附圖簡介圖1示出層系，圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷層的磨片圖，圖3示出本發(fā)明陶瓷層的磨片圖，圖4示出燃?xì)廨啓C(jī)圖，圖5示出渦輪機(jī)葉片的透視圖，圖6示出燃燒室的透^L圖。圖1示出本發(fā)明的層系1。該層系1由基底4制成，該基底特別是在高溫應(yīng)用如在燃?xì)廨啓C(jī)100(圖4)情況下應(yīng)用時由鎳基或鈷基超耐熱合金制成。在蒸汽輪機(jī)情況下也可應(yīng)用鐵基超耐熱合金。在該基底4上宜存在由MCrAlX型合金制成的金屬粘結(jié)層7。在該金屬粘結(jié)層7上或在基底4上存在本發(fā)明的具有高孔隙度的陶瓷層10。特別在極高溫下如在燃燒室(圖6)內(nèi)的涂層所遇到的溫度(>1100。C)下，需要有目的的孔隙度調(diào)節(jié)，以達(dá)足夠的應(yīng)變公差。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的具有孔和孔橫截面的陶瓷絕熱層的磨片圖。陶瓷層中的孔在制備磨片時已截開，在此截面平面中有特定的孔橫截面，該截面表示在磨片圖的平面中的孔的面積。任何其它磨片也給出孔橫截面的類似值?？紫抖确治霰砻?，現(xiàn)有技術(shù)的磨片中雖然孔為0-3000(im2,而且孔橫截面為>3000-6000pm2，但不存在比之更大的孔橫截面。圖3示出本發(fā)明的具有孔和孔橫截面的陶瓷絕熱層10的磨片圖。下表列出孔橫截面的分布。孔橫截面[pm2]孔數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本發(fā)明的陶瓷層10也具有>6000-9000|111112的孔橫截面(圖3)。優(yōu)選還存在〉9000-12000pm2的孔橫截面。優(yōu)選不存在>12000(im2的孔橫截面。較高的孔隙度不能通過現(xiàn)有技術(shù)的孔的均勻放大實(shí)現(xiàn)，而要通過有意引入一些較大的孔即擴(kuò)寬孔橫截面分布而實(shí)現(xiàn)，這也會導(dǎo)致陶乾層的小硬度值?？紫抖葹?2-28體積％。優(yōu)選應(yīng)用24體積％或26體積％。該層用HVo.3測定的硬度為約630。陶乾層10的層厚為200-2400特別是1000-1200nm。該層厚優(yōu)選也可大于1500fim。層厚為1100pm的本發(fā)明層10的應(yīng)變公差在1300"€下近0.15%，相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)層厚的值<0.1%。由此本發(fā)明的層10在高溫下應(yīng)變7>差明顯提高。在低溫(約IIO(TC)下標(biāo)準(zhǔn)層的應(yīng)變公差值與新型層的應(yīng)變7>差值相當(dāng)。層IO優(yōu)選通過等離子體噴涂塑料細(xì)粒制備。由于高的待使用的塑料份額，所以形成較大的空腔(滲透效應(yīng)，即空腔重疊)。由多孔陶瓷制成的實(shí)心構(gòu)件的微觀結(jié)構(gòu)相應(yīng)于層的微觀結(jié)構(gòu)。這種構(gòu)件優(yōu)選用作燃燒室110的燃燒室磚。圖4示例性示出燃?xì)廨啿欧?00的縱向部分截面。該燃?xì)廨啿艓?00的內(nèi)部具有繞旋轉(zhuǎn)軸102呈旋轉(zhuǎn)安裝的帶軸101的轉(zhuǎn)子103,該轉(zhuǎn)子也稱為渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。沿轉(zhuǎn)子103依次為進(jìn)吸進(jìn)殼體104、壓縮機(jī)105、帶有多個同軸安裝的燃燒器107的例如為環(huán)形的燃燒室110，特別是圓環(huán)狀燃燒室、渦輪機(jī)108和排氣殼體109。圓環(huán)狀燃燒室110與例如圓環(huán)狀熱氣通道111相連。在那里例如4個相繼接通的渦輪機(jī)級112構(gòu)成渦輪機(jī)108。每個渦輪機(jī)級112例如由2個葉片環(huán)構(gòu)成。按工作介質(zhì)113的流向看，在導(dǎo)向葉片系列115的熱氣通道111中接著的是由動片構(gòu)成的系列125。導(dǎo)向葉片130固定在定子143的內(nèi)殼138中，而系列125的動片120例如借助于渦輪機(jī)盤133安裝在轉(zhuǎn)子103上。在轉(zhuǎn)子103上嚙合有發(fā)電才幾或4故功才幾才戒(未示出)。燃?xì)廨啓C(jī)100運(yùn)行時，通過吸進(jìn)殼體104從壓縮機(jī)105吸入并壓縮空氣135。將在壓縮機(jī)105的渦輪機(jī)側(cè)端提供的壓縮空氣導(dǎo)入燃燒器107，并在其中與燃料混合。然后該混合物在燃燒室110中燃燒并形成工作介質(zhì)113。該工作介質(zhì)113從那里沿?zé)釟馔ǖ?11流出經(jīng)過導(dǎo)向葉片130和動片120。該工作介質(zhì)113在動片120以傳遞動量的方式膨脹，從而使動片120驅(qū)動轉(zhuǎn)子103，并且轉(zhuǎn)子103驅(qū)動在其上嚙合的j故功機(jī)械。在燃?xì)廨啓C(jī)100運(yùn)行中，曝露于熱工作介質(zhì)113的構(gòu)件經(jīng)受熱負(fù)荷。按工作介質(zhì)113的流向看的第一個氣輪級112的導(dǎo)向葉片130和動片120除加襯圓環(huán)狀燃燒室110的熱屏蔽部件外大部分均受熱負(fù)荷。為耐受那里所處的溫度，可用冷卻劑對其進(jìn)行冷卻。該構(gòu)件的基底也可具有定向的結(jié)構(gòu)，即其為單晶(SX結(jié)構(gòu))或僅具有縱向取向的晶粒(DS結(jié)構(gòu))。使用例如鐵基、鎳基或鈷基的超耐熱合金作為構(gòu)件，特別是渦輪機(jī)葉片120、130和燃燒室110的構(gòu)件的材料。例如由EP1204776B1、EP1306454、EP1319729Al、WO99/67435或WO00/44949'中已知這類超耐熱合金；這些文件中有關(guān)所述合金的化學(xué)組成的內(nèi)容為本/〉開的一部分。葉片120、130也可以具有抗腐蝕涂層(MCrAlX;M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少一種元素，X是活性元素，其代表釔(Y)和/或硅、鈧(Sc)和/或稀土元素的至少一種或鉿(Hf)。從EP0486489B1、EP0786017B1、EP0412397Bl或EP1306454Al中已知這類合金；在MCrAlX上還可存在本發(fā)明的絕熱層10,并且例如由Zr02、Y203-Zr02組成，即其未通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂部分或完全穩(wěn)定化。通過合適的涂覆方法如電子射束蒸發(fā)法(EB-PVD)在該絕熱層中形成桿狀晶粒。導(dǎo)向葉片130具有面向渦4侖才幾108的內(nèi)殼138的導(dǎo)向葉片才艮(這里未示出)和反向于導(dǎo)向葉片根的導(dǎo)向葉片頭。該導(dǎo)向葉片頭對著轉(zhuǎn)子103，并固定在定子143的固定環(huán)140上。圖5以透^L圖示出沿縱軸121延伸的渦輪機(jī)的動片120或?qū)蛉~片130。該渦輪機(jī)可以是飛機(jī)或發(fā)電廠用于發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)或壓縮才幾。葉片120、130沿縱軸121依次具有固定區(qū)400、緊鄰該固定區(qū)的葉片平臺403以及葉片406和葉片尖部415。作為導(dǎo)向葉片130。該葉片130在其葉片尖415上可具有另一平臺(未示出)。在固定區(qū)400中形成葉片才艮183，其用于將導(dǎo)向葉片120、130固定在軸或盤上(未示出)。葉片根183例如設(shè)計成錘頭形。也可設(shè)計成冷杉樹形才艮或燕尾形才艮。葉片120、130具有流入棱409和流出棱412以適于流過葉片406的介質(zhì)。在通常的葉片120、130情況下，在葉片120、130的所有區(qū)域400、403、406中應(yīng)用例如實(shí)心金屬材料，特別是超耐熱合金。例如由EP1204776B1、EP1306454、EP1319729A1、W099/67435或WO00/44949中已知這類超耐熱合金；這些文獻(xiàn)關(guān)于所述合金的化學(xué)組成的內(nèi)容為本公開的一部分。葉片120、130可通過鑄造法還借助于定向凝固、通過鍛造法、通過銑削法或這些方法的組合來制備。具有一種或多種單晶結(jié)構(gòu)的工件可用作在運(yùn)行中經(jīng)受高機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷和/或化學(xué)負(fù)荷的機(jī)器的構(gòu)件。這類單晶工件的制備例如可通過熔體的定向凝固實(shí)現(xiàn)。這涉及澆鑄法，在該法中液態(tài)金屬合金凝固成單晶結(jié)構(gòu)即凝固成單晶工件或經(jīng)定向凝固。這時，枝晶沿?zé)崃魅∠?，并形成桿狀晶粒結(jié)構(gòu)(柱狀，即經(jīng)工件整個長度分布的晶粒，在此按通常說法稱為定向凝固)或單晶結(jié)構(gòu)，即整個工件由單晶構(gòu)成。在此方法中，必需避免過渡到球狀(多晶)凝固，因?yàn)橥ㄟ^非定向生長必定形成橫向和縱向的晶粒界，這就不可實(shí)現(xiàn)定向凝固構(gòu)件或單晶構(gòu)件的優(yōu)良特性。如果通常論及定向凝固結(jié)構(gòu)，則既是指不含晶粒界或最多含小角晶粒界的單晶，也是指含縱向走向的晶粒界但不含橫向晶粒界的桿狀晶粒結(jié)構(gòu)。在該兩種晶體結(jié)構(gòu)情況下均也稱為定向凝固結(jié)構(gòu)。由US-PS6024792和EP0892090Al中已知這類方法；這些文獻(xiàn)有關(guān)凝固方法的內(nèi)容為本公開的一部分。該葉片120、130也可以具有抗腐蝕或抗氧化的涂層，如(MCrAlX;M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少一種元素，X是活性元素，其代表釔(Y)和/或硅和/或稀土元素的至少一種或鉿(Hf)。從EP0486489Bl、EP0786017Bl、EP0412397Bl或EP1306454Al中已知這類合金，這些文獻(xiàn)關(guān)于所述合金的化學(xué)組成的內(nèi)容為本公開的一部分。密度優(yōu)選是理論密度的95%。在MCrAlX層(作為中間層或作為最外層)上形成保護(hù)性氧化鋁層(TGO,即熱生長的氧化物層)。在MCrAlX上還可存在本發(fā)明的絕熱層10，其優(yōu)選是最外層，并且例如由Zr02、Y2CVZr02組成，即其未通過氧化釔和/或氧化4丐和/或氧化鎂部分或完全穩(wěn)定化。該絕熱層覆蓋整個MCrAlX層。通過合適的涂覆方法如電子束蒸發(fā)(EB-PVD)可在絕熱層中產(chǎn)生桿狀晶粒。也可使用另一些涂覆方法如大氣等離子體噴射(APS)、LPPS、VPS或CVD。該絕熱層可具有附帶微觀裂紋或宏觀裂紋的多孔晶粒以改進(jìn)耐熱沖擊性。因此，該絕熱層優(yōu)選比MCrAlX層更多孔。再處理(修整)意指構(gòu)件120、130經(jīng)使用后需要時必須去除保護(hù)層(如通過噴砂)。然后去除腐蝕層和/或氧化層或腐蝕產(chǎn)物和/或氧化產(chǎn)物。需要時還要修理在構(gòu)件120、130中的裂紋。接著再涂覆構(gòu)件120、130,并重新^吏用構(gòu)件120、130。葉片120、130可"i殳計成中空或?qū)嵭牡?。如果該葉片120、130應(yīng)經(jīng)冷卻，則其為中空的，并且需要時還具有膜冷卻孔418(由虛線示出)。圖6示出燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室110。該燃燒室IIO例如設(shè)計成所謂的環(huán)狀燃燒室，其中多個在周邊方向上配置在旋轉(zhuǎn)軸102周圍的燃燒器107通向^^用的產(chǎn)生火焰156的燃燒室腔154。為此，該燃燒室110的全部設(shè)計成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)圍繞旋轉(zhuǎn)軸102定位。為達(dá)較高的效率，該燃燒室IIO設(shè)計成適于工作介質(zhì)M的較高溫度如約1000°C-1600°C。為在這些不利于材料的運(yùn)行參數(shù)下能有較長的使用壽命，在燃燒室壁153面對工作介質(zhì)的一側(cè)上配置有由熱屏蔽部件155構(gòu)成的內(nèi)一十。每個由合金制成的熱屏蔽部件155在其工作介質(zhì)側(cè)均配置有特別耐熱的保護(hù)層(MCrAlX層和/或陶瓷層)或由耐高溫材料(實(shí)心陶瓷磚)制成。'該保護(hù)層可類似于渦輪機(jī)葉片，因此例如是MCrAlX:M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少一種元素，X是活性元素，其代表釔(Y)和/或珪和/或稀土元素的至少一種或《會(Hf)。/人EP0486489Bl、EP0786017B1、EP0412397Bl或EP1306454Al中已知這類合金，這些在MCrAlX上還可有例如陶資絕熱層，其例如由Zr02、Y203-Zr02組成，即其未通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂部分或完全穩(wěn)定化。通過合適的涂覆方法如電子束蒸發(fā)(EB-PVD)可在絕熱層中產(chǎn)生桿狀晶粒。也可使用另一些涂覆方法如大氣等離子體噴射(APS)、LPPS、VPS或CVD。該絕熱層可具有附帶微觀裂紋或宏觀裂紋的多孔晶粒以改進(jìn)耐熱沖擊性。再處理(修整)意指該熱屏蔽部件155經(jīng)使用后需要時必須去除保護(hù)層(如通過噴砂)。然后去除腐蝕層和/或氧化層或腐蝕產(chǎn)物和/或氧化產(chǎn)物。需要時還要修理在熱屏蔽部件155中的裂紋。接著再涂覆該熱屏蔽部件155,并重新〗吏用該熱屏蔽部件155。由于燃燒室110內(nèi)部的高^，還可對熱屏蔽部件155或其固定件配置冷卻系統(tǒng)。該熱屏蔽部件155例如是空心的，需要時還具有通入燃燒室腔154中的冷卻孔(未示出)。權(quán)利要求1.陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其孔橫截面可劃分為下列范圍0μm2-3000μm2，＞3000μm2-6000μm2，＞6000μm2-9000μm2，和＞9000μm2-12000μm2，其中該孔橫截面呈下列孔分布在0μm2-3000μm2范圍2000-2400孔/mm2，特別是約2200孔/mm2，在＞3000μm2-6000μm2范圍6-10孔/mm2，特別是約8.5孔/mm2，在＞6000μm2-9000μm2范圍2.2-3.2孔/mm2，特別是約2.8孔/mm2，和在＞9000μm2-12000μm2范圍1.0-2.2孔/mm2，特別是約1.5孔/mm2。2.陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其孔隙度為22體積％-28體積％,硬度為600HVo.3-660HV03,特別是630HV03。3.權(quán)利要求2的陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其孔橫截面為>9000(im2-12000,2。4.權(quán)利要求l、2或3的陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其孔隙度為24體積％。5.權(quán)利要求l、2或3的陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其孔隙度為26體積％。6.權(quán)利要求l、2、3、4或5的陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其層厚為200pm—2400(iim，特別是800fim—2000(im。7.權(quán)利要求l、2、3、4或5的陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其層厚為1000fim-1200(im。8.權(quán)利要求l、2、3、4或5的陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其層厚為200,-1000陣9.權(quán)利要求l、2、3、4或5的陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層，其層厚大于1500pm。10.權(quán)利要求1-9中一項(xiàng)或多項(xiàng)的陶瓷實(shí)心構(gòu)件或陶瓷層(10)在>IIO(TC,特別是>1200。C的高溫用途中的應(yīng)用。11.具有權(quán)利要求1-10中一項(xiàng)或多項(xiàng)的陶瓷層(10)的構(gòu)件(1、120、130、138、155)。12.權(quán)利要求11的構(gòu)件，其為蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)(100)的構(gòu)件，特別是燃燒室部件(155),或渦輪機(jī)葉片(120、130)或殼部件(138)。13.權(quán)利要求11或12的構(gòu)件，其基底(4)為鎳基。14.權(quán)利要求11或12的構(gòu)件，其基底(4)為鈷基。全文摘要本發(fā)明涉及一種在層系中常用于絕熱的陶瓷層。其具有高的孔隙度。本發(fā)明的陶瓷多孔絕熱層具有特別的孔大小分布，以致在大于1200℃下具有大的應(yīng)變公差。文檔編號F01D5/28GK101356137SQ200680050793公開日2009年1月28日申請日期2006年12月28日優(yōu)先權(quán)日2006年1月9日發(fā)明者S·拉姆彭謝夫,W·斯塔姆申請人:西門子公司