[发明专利]由轴向注入液体原料制造涂层的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求在2008年5月29日提交的美国临时申请号61/057,184的权益，其通过参引并入本文中。

技术领域

本发明涉及热喷涂涂层领域，并且具体地使用液体原料的热喷涂涂层。

背景技术

诸如固态氧化物燃料电池(SOFC’s)、新热障涂层的应用(TBC’s)、氧运输膜(OTM’s)以及下一代环境屏障涂层(EBC’s)的涂层应用要求薄而致密的涂层。这些应用对传统的等离子体喷涂提出了重大挑战。例如，已经发现与传统尺寸的热喷涂粉末相比较，更细小的粉末会产生出更薄叠片状的、更致密的涂层。然而，将比10微米(纳米级粉末)还细小的粉末持续地送入等离子体喷枪是很困难的。在过去，进料问题已经妨碍了在传统热喷涂进料装置上使用小于10微米的粉末制造涂层的标准技术。

相关技术的前述示例及与其相关的局限性是示例性的而不是全部的，在看过本说明书并研究了附图之后，相关技术的其它局限性对于本技术领域的普通技术人员来说将是明显的。

发明内容

通过结合示例性、说明性而非限制本发明范围的系统、工具和方法，对下面的实施例及其方面进行描述和说明。在各实施例中，上述问题的一个或多个已得到缓解或消除，而其他实施例涉及其他改进。

通过：将细小的纳米级粉末悬浮在液体中或使用液体前体、并将固体/液体浆料或前体注入到等离子体羽流中、使用可靠的输送机构以喷涂细小颗粒，从而获得一个致密的涂层结构。液体浆料或前体为向热喷涂喷枪输送细小颗粒提供了手段。使用了自动化的浆料/前体进料系统和轴向注入等离子体喷涂喷枪、使用汇聚/扩散喷嘴喷涂基于浆料/前体的涂层。浆料/前体以可形成致密涂层的稳定流量被轴向地注入。

特别地，本发明提供用于使用液体原料在基板上制造涂层的系统。所述系统包括：轴向注入热喷涂喷枪；和用于将被控制的液体原料流输送到喷枪的液体原料输送装置。所述喷枪设置了可能是超音速喷嘴的汇聚/扩散喷嘴。根据一方面，所述喷枪设置有雾化器，用于在注入等离子体流之前雾化液体原料。根据其他方面，液体原料是悬浮的纳米级颗粒的液体浆料或液体前体。根据其他方面，用于将被控制的液体原料流输送到所述喷枪的装置包括：与使用加压容器的质量流量计相结合的电子控制器。

本发明还提供了用于使用液体原料在基板上制造涂层的方法。所述方法包括：I)提供轴向注入热喷涂喷枪，所述喷枪包括：汇聚/扩散喷嘴，和用于将被控制的液体原料流输送到喷枪的液体原料输送装置；ii)将被控制的液体原料流输送到轴向注入热喷涂喷枪，并通过汇聚/扩散喷嘴，在基板上制造涂层颗粒的等离子体喷涂。根据一方面，所述喷枪设置有雾化器，用于在注入等离子体流之前雾化液体原料。根据其他方面，液体原料是悬浮的纳米级粉末的液体浆料或液体前体。根据其他方面，用于将被控制的液体原料流输送到所述喷枪的装置包括：与质量流量计相结合的电子控制器。

除上述示例性方面和实施例外，通过参照附图和研究下面的详细描述，其他方面和实施例将变得明显。

附图说明

下面的附图中示出示例性的实施例。本文中公开的实施例和附图应视作示例性的而非限制性的。

图1是示出本发明的热喷涂系统的示意图；并且

图2是在本发明中使用的汇聚/扩散喷嘴的前视图。

图3是沿图2中的A-A线截取的汇聚/扩散喷嘴的剖面图。

图4是图2中的汇聚/扩散喷嘴的B区的详细剖面图。

图5是图2中的汇聚/扩散喷嘴的第二实施例的B区的详细剖面图。

图6是根据本发明的一个实施例的喷枪的注入管和汇聚段的透视图。

图7是示出两个液体注入器的第一实施例的汇聚段的前视图。

图8在图7中示出的汇聚段的侧视图。

图9是沿图8的A-A线的剖面图。

图10是在图9中示出的雾化器的详细剖面图。

图11是在图9中示出的雾化器的单独的详细剖面图。

图12是沿图6的C-C线截取的根据本发明的一个实施例的喷枪的注入管和汇聚段的剖面图。

图13是示出具有提高的冷却性能并且无雾化的液体注入器的汇聚段的前视图。

图14是在图16中示出的汇聚段的侧视图。

图15是沿图17的E-E线的剖面图。

图16是图18中示出的汇聚段的详细剖面图。

具体实施方式