多层热阻隔件制造技术

一种多层热阻隔件，其可施加于内燃机内部件的表面。多层热阻隔件提供对于燃烧气体进行密封的低导热性和低热容量的隔热件。多层热阻隔件包括彼此粘结的两个、三个或更多个层，例如，第一(粘结)层、第二(隔热)层以及第三(密封)层。隔热层设置在粘结层和密封层之间。粘结层粘结于该部件。隔热层包括中空微结构，这些中空微结构可烧结在一起，以形成提供低效导热性和低效热容量的隔热件。密封层可由陶瓷材料形成，且隔热层可包括变形的微结构，其具有相较高度更大的宽度。

Multilayer Thermal Barrier

A multi-layer thermal barrier can be applied to the surface of the internal parts of an internal combustion engine. Multilayer thermal barriers provide low thermal conductivity and low thermal capacity insulation for sealing combustion gases. Multilayer thermal barriers consist of two, three or more layers bonded to each other, such as the first (bonding) layer, the second (insulation) layer and the third (sealing) layer. The heat insulation layer is arranged between the bonding layer and the sealing layer. The bonding layer is bonded to the part. The insulation layer consists of hollow microstructures that can be sintered together to form insulators that provide low-efficiency thermal conductivity and low-efficiency thermal capacity. The sealing layer can be made of ceramic materials, and the heat insulation layer can include deformed microstructures with a relatively higher width.

【技术实现步骤摘要】
多层热阻隔件
本专利技术总地涉及多层热阻隔件，该多层热阻隔件可称为热阻隔件涂层(TBC)，用以保护经受高温气体的部件。
技术介绍
内燃机包括多个气缸、多个活塞、至少一个进气端口以及至少一个排气端口。气缸各自包括限定燃烧室的表面。内燃机的一个或多个表面可涂覆有热阻隔件涂层或多层热阻隔件，以改进内燃机的热传递特征。
技术实现思路
可称为复合热阻隔件涂层(TBC)的多层热阻隔件可施加于内燃机内一个或多个部件的表面。多层热阻隔件粘结于发动机的部件，以提供对于燃烧气体进行密封的低导热性和低热容量的隔热件。多层热阻隔件可包括彼此粘结的两个、三个或更多个层，例如，第一(粘结)层、第二(隔热)层以及第三(密封)层。隔热层设置在粘结层和密封层之间。粘结层粘结于部件并且粘结于隔热层。隔热层可包括中空微结构，这些中空微结构烧结在一起，以形成提供低效导热性和低效热容量的隔热件。在一些形式中，中空微结构变形为扁平形状，以增大接触面积，并且由此增大各个微结构之间的粘结。使得中空微结构变形还会在隔热层上产生光滑表面，从而导致与相邻层的增大接触。密封层是薄膜，该薄膜构造成抵抗存在于发动机内的高温。密封层可渗透气体，并且呈现光滑表面。在一些形式中，密封层可基本上由陶瓷构成。在一些形式中，密封层可由中空微结构的压缩顶部层形成。多层热阻隔件具有低导热性以减小热传递损失和低热容量，以使得多层热阻隔件的表面温度追踪燃烧室中的气体温度。因此，多层热阻隔件允许部件的表面温度能随着气体温度摆动。这减小热传递损失，且不会影响发动机的呼吸能力并且不会增大爆震趋势。此外，减小进入发动机的气缸的冷却空气的加热。附加地，排气温度升高，从而致使催化剂起燃时间更快且改进催化剂活性。在可与这里描述的其他形式组合或者分开的一个形式中，提供一种多层热阻隔件，该多层热阻隔件至少包括隔热层和密封层。隔热层包括粘结在一起的多个中空微结构，且密封层粘结于隔热层。密封层是不可渗透的，且构造成对于隔热层进行密封。密封层可包括陶瓷材料或金属。在可与这里描述的其他形式组合或者分开的一个形式中，提供一种多层热阻隔件，该多层热阻隔件也至少包括隔热层和密封层。隔热层包括多个变形的中空微结构。每个变形的中空微结构均具有大于其高度的宽度。多个变形的中空微结构粘结在一起。密封层粘结于隔热层，且密封层是不可渗透的，且构造成对于隔热层进行密封。在可与这里描述的其他形式组合或者分开的又一形式中，提供一种形成用在内燃机的部件上的热阻隔件的方法。该方法包括提供多个中空微结构，各个中空微结构均具有在约10微米至约50微米的范围内的直径以产生隔热层。该方法进一步包括将力施加于隔热层，直到每个微结构均变形成具有宽度和高度的扁平中空微结构为止，该宽度大于高度。能可选地提供附加的特征，包括但不限于以下：密封层包括陶瓷材料；其中，陶瓷材料包括以下至少一种：氧化锆、部分稳定氧化锆、氮化硅、熔融氧化硅以及钛酸钡钕(BNT)；其中，密封层基本上由陶瓷材料构成；进一步包括粘结层，该粘结层构造成粘结于金属基底；隔热层，该隔热层粘结于粘结层；其中，粘结层包括铜基材料、锌基材料以及包括铜和锌的合金的至少一种；其中，多个中空微结构的每个包括镍基材料和铁基材料的至少一种；其中，密封层的厚度并不大于5微米；其中，隔热层具有75和300微米之间的厚度；其中，多个微结构的每个微结构均具有不超过100μm的宽度；其中，隔热层具有至少90％或至少95％的孔隙率；每个中空微结构均是扁平的且具有宽度和高度；宽度大于高度；每个变形的中空微结构的大部分外部表面积均粘结于相邻的变形的中空微结构；每个变形的中空微结构均具有大体长方体形状。可提供又一些附加的特征，包括但不限于以下：其中，施加力的步骤包括将经加热辊子滚动抵靠于多层热阻隔件，以使得多个中空微结构变形；其中，施加力的步骤包括利用冲压件和成形模具来压缩多个中空微结构，以使得多个中空微结构变形；其中，施加力的步骤包括向多个中空微结构施加真空力，以使得多个中空微结构变形；该方法进一步包括将隔热层设置到粘结层上；其中，粘结层施加于隔热层的与密封层相对地设置的一部分；将密封层设置到隔热层上；以及加热隔热层、粘结层以及密封层。此外，可提供包括呈现表面的金属基底的部件，该部件具有粘结于该表面的多层热阻隔件的型式。此外，本专利技术设想一种内燃机，该内燃机包括这样的部件，该部件具有设置在其上或者粘结于其的任何型式多层热阻隔件，其中，该部件构造成经受燃烧气体。当结合附图时，从用于执行本教示的最佳模式的以下详细描述中，本专利技术的上述特征和优点以及其他特征和优点会显而易见。附图说明图1是车辆的示意图，展示了单缸式内燃机的侧视图，该单缸式内燃机具有设置在多个部件上的根据本专利技术原理的多层热阻隔件；图2是根据本专利技术原理的设置在图1所示部件上的多层热阻隔件的示意剖视侧视图；图3是根据本专利技术原理的设置在图1所示部件上的多层热阻隔件的另一示例的示意剖视侧视图；图4是根据本专利技术原理的设置在图1所示部件上的多层热阻隔件的又一示例的示意剖视侧视图；图5A是说明根据本专利技术原理的形成多层热阻隔件的方法的一个示例的示意剖视侧视图；以及图5B是说明根据本专利技术原理的形成多层热阻隔件的方法的另一示例的示意剖视侧视图。具体实施方式本领域普通技术人员会认识到的是，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等术语描述性地用于附图，且并不表示对由所附权利要求所限定的本专利技术范围有所限制。参照附图，其中，类似的附图标记指代整个视图中的类似部件，图1示出示例车辆10的一部分。车辆10可包括发动机13，该发动机具有部件12。部件12具有施加于其的这里所公开类型的复合(多层)热阻隔件“涂层”14。多层热阻隔件14可称为复合热阻隔件涂层(TBC)；其实际上是由多个层构成的工程化表面，这会在下文进行进一步详细地描述。虽然图1所示的车辆10和发动机13是适合于这里公开的多层热阻隔件14的典型事例应用，但本文的设计并不局限于车辆和/或发动机的应用。固定或移动的机器或制造件(其中，其部件暴露于热量)可受益于本设计的使用。为了一致地说明，车辆10和发动机13之后会描述为示例系统，但不会将多层热阻隔件14使用限制为此种示例。图1说明限定单个气缸26的发动机13。然而，本领域技术人员会认识到的是，本专利技术还可适用于具有多个气缸26的发动机13的部件12。每个气缸26均限定燃烧室30。发动机13构造成提供能量用于车辆10的推进。发动机13可包括但不限于柴油发动机或汽油发动机。发动机13进一步包括进气组件36和排气歧管38，其各自与燃烧室30流体连通。发动机13包括往复活塞28，该往复活塞能在气缸26内可滑动地移动。燃烧室30构造成用于燃烧空气/燃料混合物，以提供用于车辆10的推进的能量。空气可经由通过进气组件36进入发动机13的燃烧室30，其中，从进气歧管进入燃烧室30的空气流由至少一个进气阀32控制。燃料喷射到燃烧室30中，以与空气混合，或者引导通过进气阀32，该进气阀提供空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在燃烧室30内点燃。空气/燃料混合物的燃烧产生废气，该废气离开燃烧室30并且抽吸进入排气歧管38。更确切地说，离开燃烧室30的空气流(排气流)由至少一个排气阀34本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层热阻隔件，包括：隔热层，所述隔热层包括粘结在一起的多个中空微结构；以及密封层，所述密封层粘结于所述隔热层，且所述密封层是不可渗透的，且构造成对于所述隔热层进行密封，所述密封层包括陶瓷材料。

【技术特征摘要】
2017.10.11 US 15/7305311.一种多层热阻隔件，包括：隔热层，所述隔热层包括粘结在一起的多个中空微结构；以及密封层，所述密封层粘结于所述隔热层，且所述密封层是不可渗透的，且构造成对于所述隔热层进行密封，所述密封层包括陶瓷材料。2.根据前述权利要求中任一项所述的多层热阻隔件，其中，所述密封层基本上由所述陶瓷材料构成。3.根据前述权利要求中任一项所述的多层热阻隔件，其中，每个中空微结构均是扁平的且具有宽度和高度，所述宽度大于所述高度。4.一种多层热阻隔件，包括：隔热层，所述隔热层包括多个变形的中空微结构，每个变形的中空微结构均具有宽度和高度，所述宽度大于所述高度，其中，所述多个变形的中空微结构粘结在一起；以及密封层，所述密封层粘结于所述隔热层，且所述密封层是不可渗透的，且构造成对于所述隔热层进行密封。5.根据权利要求4所述的多层...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·P·达雷特，P·M·奈特，P·P·安德勒斯凯维奇四世，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US