[发明专利]一种陶瓷纤维/晶须强化复合热障涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种陶瓷纤维/晶须强化复合热障涂层及其制备方法，获得的复合热障涂层结构稳定、阻热效果良好、抗热冲击及抗高温氧化性能优良。所述方法包括如下步骤：步骤1，制备陶瓷纤维/晶须与陶瓷基材料的复合粉体，陶瓷纤维/晶须在复合粉体中的质量比为1％‑95％；步骤2，以步骤1得到的复合粉体为原料，采用等离子喷涂或激光熔覆的方法使得陶瓷纤维/晶须均匀弥散地分布于制备得到的涂层之中，从而得到陶瓷纤维/晶须增韧复合热障涂层。复合热障涂层中纤维/晶须作为强化相，分布于已凝固的熔融陶瓷液滴的相邻摊片中以及相邻摊片的片层间未结合区域中。在航空涡轮发动机及重型燃气轮机等国防尖端工业中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体为一种陶瓷纤维/晶须强化复合热障涂层及其制备方法。

背景技术

热障涂层是一种应用在金属基体表面，起到降低基体温度以保证其在高温条件下正常使用的功能化涂层，这种涂层目前已在燃气涡轮发动机中的热端部件上得到广泛应用。但以陶瓷涂层与金属基体为基础的热障涂层系统本身在物理化学、力学性能方面的不匹配性，以及加工过程中工艺的复杂性和后续使用过程中的高温、腐蚀环境的苛刻性，使得目前应用的热障涂层运行寿命和隔热温度仍然难以达到迅速发展的航空事业的需要。因此，大幅度提高热障涂层的质量稳定性及服役寿命是摆在航空发动机科研、设计和生产技术人员面前的一项紧迫而艰巨的任务。

热障涂层体系在服役过程中，表面承载温度高、同时还要受到一些外来沉积物的冲蚀磨损及腐蚀，陶瓷层极易发生剥落失效。陶瓷涂层本身强度低、韧性差是陶瓷层剥落的最主要原因。纤维是具有强结合键的物质或硬质材料，这些硬质材料为块状时，内部往往含有较多的裂纹，容易断裂，使键的强度不能充分发挥；如果将这些材料制成极细的纤维，则在较小的尺寸下其内部出现裂纹的几率偏低，裂纹长度减小，材料的脆性有明显改善，强度显著提高。纤维对陶瓷涂层的强化作用主要表现在：(1)纤维处于基体中并受基体保护，不易损伤，使基体承载能力增大；(2)材料受较大应力时，断裂的纤维可阻碍裂纹的扩展并改变裂纹的扩展方向；(3)纤维从基体中拔出时须克服基体对纤维的粘结力，使材料的断裂强度进一步提高。然而，由于陶瓷烧结温度普遍较高，出于对金属基体的保护，用传统烧结的方法制备纤维增韧陶瓷层是行不通的。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种陶瓷纤维/晶须强化复合热障涂层及其制备方法，获得的复合热障涂层结构稳定、阻热效果良好、抗热冲击及抗高温氧化性能优良。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种陶瓷纤维/晶须强化复合热障涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制备陶瓷纤维/晶须与陶瓷基材料的复合粉体，陶瓷纤维/晶须在复合粉体中的质量比为1％-95％；

步骤2，以步骤1得到的复合粉体为原料，采用等离子喷涂或激光熔覆的方法使得陶瓷纤维/晶须均匀弥散地分布于制备得到的涂层之中，从而得到陶瓷纤维/晶须增韧复合热障涂层。

优选的，步骤2中采用等离子喷涂时，调节等离子喷涂电压为72.6-133V、电流为312-814A、主气为35.3-75.0slpm、辅气通量为11.8-27.0slpm、喷涂距离为70-110mm、送粉率为30-40g·min^-1，辅气采用氢气。

优选的，步骤2中采用激光熔覆时，输出功率选择为0.5-10kW，扫描速度选择为2-20mm/s，光斑直径为1.8-5.0mm。

优选的，所述的陶瓷纤维/晶须材料包括碳化硅、氮化硅、氧化锆、氧化铝或莫来石中的任意一种。