[发明专利]一种低导热抗氧化热障涂料

说明书

本发明公开了一种低导热抗氧化热障涂料，属于喷涂防护与发动机热防护领域。本发明添加卡波姆、泊洛沙姆相间的混料，提高组分间的相互作用，有利于其它活性成分的填充。醋酸的熏蒸还可起到激发钢渣的作用，提高了气孔分布的均匀性，同时可对SiO₂等成分具有吸附作用，以提高本发明热障涂料的抗氧化性、降低导热性。添加的六偏磷酸钠与三聚磷酸钠具有低熔点的特性，其液相包裹其中的树脂成分，增强修补料的黏性从而起到粘接作用，其对金属离子如钙、铁等离子的络合、螫合及吸附能力较强，并且体系中的硅酸钠成分受热达到熔点后，提高了抗氧化性，降低热障涂料导热率。本发明解决了目前常用热障涂料导热率高、抗氧化性差的问题。

技术领域

本发明属于喷涂防护与发动机热防护领域，主要涉及一种低导热抗氧化热障涂料。

背景技术

随着航空、航天及民用技术的发展，涡轮发动机热端部件的使用温度要求越来越高。以航空涡轮发动机为例，其发展趋势是向高流量比、高推重比方向发展，涡轮发动机进口温度进一步提高，从而可以大大提高发动机效率。推重比10级航空发动机的设计出口温度已达到1577℃以上，这是目前任何高温合金都难以承受的工作温度。虽然经过多年的研究，用于涡轮发动机热端部件的高温合金的使用温度已提高至1100℃左右（单晶高温合金），但仍难满足现代航空发动机的设计要求。采用气膜冷却技术可以降低高温部件的表面温度从而提高其使用温度，但采用气膜冷却技术在降低高温部件温度的同时，不可避免地损失了很大一部分能量，从而降低涡轮发动机的效率。

目前普遍使用的陶瓷热障涂层材料是掺入6~8wt.%Y₂O₃部分稳定的ZrO₂ 陶瓷(YSZ)。YSZ具有较高的热膨胀系数(~11×10^-6K^-1)，较低的热导率(2.0~2.1 Wm^-1K^-1)及良好的抗热冲击性。但是YSZ的长期使用温度在1200℃左右，随着温度的进一步升高，涂层出现严重的结构不稳定，一方面，随着温度升高，YSZ涂层发生烧结，从而导致涂层热导率及弹性模量升高，使得涂层的应变容限下降；另一方面，在热循环过程中，YSZ涂层由亚稳四方相转变为四方相和立方相，然后转变为单斜相，产生大约4%的体积变化，导致涂层中形成裂纹，从而破坏了涂层的结构完整性。

考虑到以上因素，必须开发新型陶瓷热障涂层材料来取代YSZ，从而应用到更高的使用温度条件下。总的来说，新型陶瓷热障涂层材料应该具有与YSZ相比更低的热导率、相当的热膨胀系数、更低的烧结速率及相当的断裂韧性。稀土改性SrZrO₃具有很高的结构稳定性、低热导率以及抗烧结的特点，是高温热障涂层的候选材料。德国专利DE19801424公开了可以用于1000℃以上的陶瓷高温隔热材料，具体为具有烧绿石结构的La₂Zr₂O₇和具有钙钛矿结构的BaZrO₃与SrZrO₃。稀土锆酸盐（Ln₂Zr₂O₇，Ln=La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）具有相对较低的热导率和氧传导率，但其热膨胀系数相对较低、韧性较差。钙钛矿结构锆酸锶（SrZrO₃）具有相对较高的热膨胀系数和优异的高温化学稳定性，但其热导率相对较高、韧性较差，且从室温到高温条件下相稳定性较差。

目前，上述材料的制备方法主要是高温固相反应法，以SrCO₃、Ln₂O₃（Ln=La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）和ZrO₂为原料，经球磨、烘干、煅烧合成，煅烧温度通常在1400℃以上，煅烧时间长，需要多次重复上述过程才能得到所需粉体材料，由此粉体制备的块材的晶粒尺寸较大，使得块材的热导率相对较高、力学性能相对较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前常用热障涂料的导热率高、抗氧化性差的问题，提供一种低导热抗氧化热障涂料。