[发明专利]一种复合陶瓷棉纤维隔热涂层

说明书

技术领域：

本发明涉及材料工程领域，具体地说是一种复合陶瓷棉纤维隔热涂层，特别是燃气轮机燃烧室应用的复合陶瓷棉纤维隔热涂层,。

背景技术：

现代机械设计中，存在许多的高温部件，其工作温度较高，已经超过材料的屈服点甚至接近熔点，没有冷却以降低金属表面温度是不可能运行的，材料存在极其严重的高温氧化和热腐蚀现象，没有涂层保护，这些部件是无法正常运行的，特别的对于燃气轮机，其燃烧室部件的工作温度往往达到1500-2000℃的高温，且对于燃气轮机的设计来说，燃烧室的工作温度是决定燃机功率和效率的最主要因素，所以制约燃气轮机发展的最主要因素就是燃烧室的材料和隔热涂层的材料，针对燃气轮机的发展趋势，现阶段的基体材料和涂层材料在隔热性能和强度方面，都远远不能满足高端燃气轮机的设计需求，并且传统涂层材料通常采用搪瓷漆材料，质脆易碎，且往往难以涂覆均匀。

发明内容： 

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可应用于机械高温部件，特别是燃气轮机燃烧室部件的复合陶瓷棉纤维隔热涂层的制作工艺。

本发明的技术方案是：一种复合陶瓷棉纤维隔热涂层，采用陶瓷纤维棉和Al(OH)₃溶胶混合物烧结而成，作为基体材料的隔热层。

将粉碎后的陶瓷纤维棉与Al(OH)₃溶胶混合后烧结作为隔热层，然后采用Al₂O₃粉末烧制成陶瓷层作为强化层

在表面强化层和基体隔热层之间用一层Al(OH)₃溶胶层作为过渡层。在基体材料1上焊接一层金属网。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1.     由于采用了纤维结构做为涂层主体,纤维结构间存在细小的空隙,使得涂层整体密度轻,大约在0.4~0.8g/cm³左右。

2.     材料主体材料采用Al₂O₃本身就是良好的隔热层,同时纤维结构产生了许多密闭的空隙,在这些空隙中夹杂的空气和溶胶粉末,又极大的增强了这种隔热性能,使得涂层整体隔热效果好,在1000℃热导率约为0.1-0.12W/m·K。

3.     涂层原料90%以上以Al₂O₃产品为主要原料，成本低，而且该涂层制作工艺相对简单，所以涂层整体造价低。

4.     采用电阻点焊或钎焊的方式在基体表面焊接了一层金属网，而金属网可部分穿过涂层内部，这种方法的结合强度由于普通的涂层与基体直接粘接的方式，所以涂层与基体的结合强度良好，且能在任何形状的工件上直接形成。

5.     短纤维结构的陶瓷纤维棉与分散其间的氧化铝溶胶微粒，在烧结后形成硅酸铝的三维结构纤维聚合物，形成的涂层具有高的强度，1000℃下，弯曲强度达到6-7MPa。

6.     在基层隔热层外面—零件通道表面，烧结了一层薄的光滑密实的陶瓷层，以防止气尘腐蚀，降低燃气流的摩擦损失，提高了涂层的抗腐蚀性能。

7.     采用纤维棉和金属溶胶混合物作为基体材料，可以通过改变两种材料的配比在更大的范围内控制最终材料的特性——强度，硬度，导热性等。以适应不同的产品和环境需求。特别是可以改变热膨胀系数来适应不同的基体材料。使得该涂层材料适用范围广。

附图说明：

附图1是本发明金属基体与涂层结合示意图；

附图2是金属基体与金属网示意图。

图中1-基体材料；2-金属网；3-隔热层；4-过渡层；5-强化层

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1结合图2所示，一种复合陶瓷棉纤维隔热涂层，采用陶瓷纤维棉和Al(OH)₃溶胶混合物烧结而成，作为基体材料1的隔热层3。将擀压粉碎成直径2-6μm的粉末颗粒后的陶瓷纤维棉与Al(OH)₃溶胶混合后作为涂层基体原料。在表面强化层5和基体隔热层3之间用一层Al(OH)₃溶胶层作为过渡层4。在基体材料1上焊接一层金属网2，来固定表面涂层。在基体材料1上焊接上一层同材质的系金属网2,将直径2-6μm的硅酸铝盐陶瓷纤维棉破碎成粉，与Al(OH)₃溶胶进行混合，获得面团状涂料，分层涂敷在金属板上，每层1mm左右，涂覆7-10层。涂覆后的涂层，先在100-300℃下烘干定型，后在1000-1200℃下烧结,并在1400-1700℃下二次烧结。形成隔热层3。在隔热层3外围刷上Al(OH)₃溶胶，进行烧结，形成过渡层4，在过度层表面涂刷一层Al₂O₃粉末与Al(OH)₃溶胶混合物，在1400-1700℃下单面进行烧结，形成强化层5。由于采用了纤维结构做为涂层主体,纤维结构间存在细小的空隙,使得涂层整体密度轻,大约在0.4~0.8g/cm³左右。材料主体材料采用Al₂O₃本身就是良好的隔热层,同时纤维结构产生了许多密闭的空隙,在这些空隙中夹杂的空气和溶胶粉末,又极大的增强了这种隔热性能,使得涂层整体隔热效果好,在1000℃热导率约为0.1-0.12W/m·K。涂层原料90%以上以Al₂O₃产品为主要原料，成本低，而且该涂层制作工艺相对简单，所以涂层整体造价低。采用电阻点焊或钎焊的方式在基体表面焊接了一层金属网，而金属网可部分穿过涂层内部，这种方法的结合强度由于普通的涂层与基体直接粘接的方式，所以涂层与基体的结合强度良好，且能在任何形状的工件上直接形成。短纤维结构的陶瓷纤维棉与分散其间的氧化铝溶胶微粒，在烧结后形成硅酸铝的三维结构纤维聚合物，形成的涂层具有高的强度，1000℃下，弯曲强度达到6-7MPa。在基层隔热层3外面—零件通道表面，烧结了一层薄的光滑密实的陶瓷层，以防止气尘腐蚀，降低燃气流的摩擦损失，提高了涂层的抗腐蚀性能。采用纤维棉和金属溶胶混合物作为基体材料1，可以通过改变两种材料的配比在更大的范围内控制最终材料的强度，硬度，导热性等。以适应不同的产品和环境需求。特别是可以改变热膨胀系数来适应不同的基体材料。使得该涂层材料适用范围广。最后获得具有良好隔热性能的隔热涂层。