[发明专利]一种高强韧/低热导/抗热辐射穿透一体化热障陶瓷涂层的制备方法

说明书

一种高强韧/低热导/抗热辐射穿透一体化热障陶瓷涂层的制备方法，它属热障涂层材料技术领域。本发明的目的是要解决现有方法制备的抗热辐射穿透热障涂层材料存在贵金属第二相不仅价格昂贵而且金属掺杂第二相与陶瓷基相间的热膨胀系数差别很大，导致材料在高温下的热膨胀匹配失效，金属掺杂第二相具有高的热导率，会使得复合材料的热导率变大，降低了其在高温服役下的热防护效果以及多层结构的涂层容易出现界面失效的隐患的问题。方法：一、基体表面预处理；二、制备粘结层；三、制备陶瓷基相组元和弥散相功能陶瓷组元；四、混合与球型化造粒；五、制备功能面层。本发明可获得一种高强韧/低热导/抗热辐射穿透一体化热障陶瓷涂层。

技术领域

本发明属热障涂层材料技术领域，具体涉及一种高强韧/低热导/抗热辐射穿透一体化热障陶瓷涂层的制备方法。

背景技术

热障涂层是保护涡轮热端部件稳定运行，发展高推重比涡轮发动机和高效率重型燃气轮机的关键技术。目前，国内外关于热障涂层材料的研究主要注重于降低材料的热导率和提高热障涂层材料的高温稳定性，并开发出铌酸盐、铪酸盐、坦酸盐和锆酸盐等一系列耐高温低热导氧化物陶瓷涂层材料体系；但是制约上述氧化物体系在高温燃气环境下应用的一个关键共性瓶颈问题是：铌酸盐等氧化物热障陶瓷的红外透过率高(透过率0.5)，高温热辐射屏蔽性能差。随着燃气温度1200℃，燃气主辐射波段(0.3-10μm)的热流密度将达2300000W·m^-2以上，此时涂层的热辐射穿透增量将对基底造成强的热冲击，仅仅具有低的热导率已不能满足新一代超高温涡轮系统的迫切需求。目前，关于热障陶瓷涂层高温热辐射屏蔽的研究处于起步阶段，且十分缺乏。

2022年底，中国专利(CN 115233069 A)公开了一种铂微米片平行排列分布于稀土锆酸盐陶瓷基体的复合陶瓷材料及其制备方法和应用。同年，中国专利(CN 115010492 A)相类似地公开了一种贵金属纳米颗粒均匀分散在陶瓷基体中，降低陶瓷的红外透过率。但是其所提出的结构设计仅限于陶瓷块体材料的设计和制备，而且贵金属第二相不仅价格昂贵且存在以下一系列的问题。(1)金属掺杂第二相与陶瓷基相间的热膨胀系数差别很大，因此容易导致材料在高温下的热膨胀匹配失效；(2)金属掺杂第二相具有高的热导率，会使得复合材料的热导率变大，降低了其在高温服役下的热防护效果等。此外，多层结构提高涂层的反射率和抗辐射穿透也存在一些潜在的问题，美国宾夕法尼亚州立大学MatthewJ.Kelly通过YSZ-Al₂O₃的多层涂层结构设计构建，提高涂层的光谱反射率达0.8，但是容易出现界面失效的隐患。因此，亟需发展具有强韧/低热导/抗热辐射穿透一体化热障陶瓷涂层体系及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法制备的抗热辐射穿透热障涂层材料存在贵金属第二相不仅价格昂贵而且金属掺杂第二相与陶瓷基相间的热膨胀系数差别很大，导致材料在高温下的热膨胀匹配失效，金属掺杂第二相具有高的热导率，会使得复合材料的热导率变大，降低了其在高温服役下的热防护效果以及多层结构的涂层容易出现界面失效的隐患的问题，而提供一种高强韧/低热导/抗热辐射穿透一体化热障陶瓷涂层的制备方法。

一种高强韧/低热导/抗热辐射穿透一体化热障陶瓷涂层的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、基体表面预处理：

首先去除基体表面的氧化膜和油脂，然后对基体表面进行粗化处理，最后对基体表面进行热喷涂预热处理；

二、制备粘结层：

采用大气等离子体喷涂的工艺将粘结层粉体喷涂到工件表面，得到带有粘结层的基体；

三、制备陶瓷基相组元和弥散相功能陶瓷组元：

采用溶胶凝胶或固相反应的方法制备陶瓷基相组元和弥散相功能陶瓷组元；

四、功能陶瓷粉体的混合与球型化造粒：