陶瓷微球热障涂层制造技术

用于部件的热障涂层包括施加至基底的表面的绝缘层。绝缘层包含多个陶瓷微球。密封层与绝缘层接合。密封层是不渗透的，使得密封层密封绝缘层。将热障涂层施加至部件的基底的表面的方法包括提供多个陶瓷微球并将多个陶瓷微球施加至基底的表面。对部件表面上的多个陶瓷微球施加至少一种热处理，以在基底的表面上形成绝缘层。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷微球热障涂层
本公开涉及一种用于内燃机的热障涂层。
技术介绍
一些车辆包括用于推进的发动机组件。发动机组件可以包括内燃机和燃料喷射系统。内燃机包括一个或多个汽缸。每个汽缸限定燃烧室。在运行中，内燃机在燃烧室中燃烧空气/燃料混合物，以便移动设置在汽缸中的活塞。可以基于发动机组件的配置和各种部件的功能来限制发动机组件中的维持温度环境。不均匀的温度分布会影响部件的效率。在内燃机中，涂层使热燃烧气体与冷的水冷式发动机缸体隔离，以避免由燃烧气体向冷却水输送热量而导致的能量损失。此外，在进气循环期间，涂层应迅速冷却，以免在点火之前加热燃料空气混合物。
技术实现思路
热障涂层包含施加至基底的表面的绝缘层。绝缘层包含多个陶瓷微球。密封层与绝缘层接合。密封层是不渗透的，使得密封层密封绝缘层。热障涂层的绝缘层可以具有至少约75％的孔隙率和约50微米至约1毫米的厚度。绝缘层还可以包含配置成与多个微球接合的基质材料。基质材料还包含与球体一起熔合的三氧化硼、氧化铝、硅酸铝、二氧化硅或硅酸盐玻璃或其混合物，由选自在绝缘层的热处理过程中氧化成金属氧化物的金属、金属合金和金属硝酸盐(诸如铝、铝合金或硝酸铝)的群组组成的颗粒，或与由选自硅氧烷、硅烷、碳硅烷、硅氮烷和硼硅烷的群组组成的陶瓷前体聚合物，陶瓷前体聚合物在绝缘层热处理时转化为陶瓷。密封层可以包含选自由氧化铝，硅酸铝，氧化硅，硅酸盐玻璃或其混合物，包括镍、钴、铁、铬、难熔金属和相应的合金的高温金属和金属合金组成的群组的一种或多种元素。或者，密封层可以由包含选自硅氧烷、硅烷、碳硅烷、硅氮烷和硼硅烷组成的群组的一种或多种元素的陶瓷前体聚合物形成，其中在绝缘层热处理时，陶瓷前体聚合物转化为陶瓷。多个陶瓷微球还包含约0wt％至约100wt％的氧化硅和约0wt％至约100wt％的氧化铝。或者，多个陶瓷微球还包含约50wt％至约70wt％的氧化硅和约30wt％至约50wt％的氧化铝。密封层的厚度为约1微米至约20微米。在本公开的另一实施例中，一种将热障涂层施加至部件的基底的表面的方法包括提供多个陶瓷微球。可以对多个陶瓷微球进行分拣以选择使用的陶瓷微球。可以将基质的颗粒添加到所选择的微球中。颗粒可以包括各种混合物，并且可以以微球的约5wt％至约50wt％的重量分数加入。对部件表面上的多个陶瓷微球和基质施加至少一种热处理。在一个实施例中，提供多个陶瓷微球的步骤还包含分拣和选择直径约10微米至约50微米的陶瓷微球。从以下结合附图对用于实施本公开的最佳模式的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。附图说明图1是车辆的示意性示意图，示出了具有设置在多个部件上的热障涂层的单汽缸内燃机的侧视图；图2是设置在部件上的热障涂层的示意性横截面侧视图；图3A-3B是施加至部件的基底的热障涂层的接合微球的示意性横截面侧视图；以及图4A-4B是具有设置在部件上的密封层的热障涂层的示意性横截面侧视图，示出了施加至基底的热障涂层。具体实施方式现在将详细参考在附图中示出的本公开的几个实施例。只要有可能，在附图和说明书中使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的零件或步骤。附图是简化的形式，而不是精确的尺度。为了方便和清楚的目的，可以使用关于附图的方向性用词，例如顶部、底部、左面、右面、上面，在……上面，在……之上，在……下面，在……之下，后面和前面。这些和类似的方向性用词不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。参考附图，其中在几个附图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，根据本公开的示例性实施例的具有推进系统12的车辆10的一部分在图1中示意性地示出。推进系统12可以是内燃机、燃料电池、马达等中的任何一种。推进系统12可以是车辆10的一部分，车辆10可以包括机动车辆，诸如但不限于标准乘用车、运动型多功能车、轻型卡车、重型车辆、小型货车、公共汽车、运输车辆、自行车、机器人、农具、运动相关设备或任何其他运输装置。为了清楚的目的，下面将推进系统12称为内燃机或发动机12。车辆10的发动机12可以包括一个或多个部件14。部件14具有施加至其上的本文公开的类型的热障涂层(TBC)16。在本公开的一个实施例中，TBC16可以包括复合或多层结构或配置。虽然图1的车辆10和发动机12是适用于本文公开的TBC16的典型示例应用，但是本设计不限于车辆和/或发动机应用。任何其中其部件暴露于热量的固定或移动的机器或产品可能受益于使用本设计。为了说明的一致性，下面将车辆10和发动机12作为示例系统进行描述，而并不限制在这样的实施例中使用TBC16。图1示出了限定单汽缸18的发动机12。然而，本领域技术人员将认识到，本公开也可以应用于具有多个汽缸26的发动机12的部件14。每个汽缸18限定燃烧室22。发动机12配置成为车辆10的推进提供能量。发动机12可以包括但不限于柴油发动机或汽油发动机。发动机12还包括各自与燃烧室22流体连通的进气组件28和排气歧管30。发动机12包括往复运动的活塞20，活塞20在汽缸18内可滑动地移动。燃烧室22配置成燃烧空气/燃料混合物以为车辆10的推进提供能量。空气可以通过进气组件28进入发动机12的燃烧室22，在此处，从进气歧管进入燃料室22的气流由至少一个进气阀24控制。燃料被喷射到燃烧室22中以与空气混合，或通过提供空气/燃料混合物的进气阀32引入。空气/燃料混合物在燃烧室22内点燃。空气/燃料混合物的燃烧产生废气，废气排出燃烧室22并被吸入排气歧管30。更具体地，排出燃烧室22的气流(排气流)由至少一个排气阀26控制。参考图1和图2，TBC16可以设置在发动机12的一个或多个部件14的面或表面上，包括但不限于活塞20、进气阀24、排气阀26、排气歧管30的内壁等。在本公开的一个实施例中，TBC16可以施加至发动机12的高温部分或部件，并接合到部件14，以形成绝缘体，该绝缘体配置成在发动机12运行期间降低传热损失，增加效率并增加废气温度。TBC16配置成提供低热导率和低热容量以增加发动机效率。因此，低热导率降低了传热损失，并且低热容量意味着在温度波动和加热进入汽缸的冷空气期间TBC16的表面随气体温度的变化最小化。在本公开的一个非限制性实施例中，TBC16的厚度可以为约200微米(μm)，将TBC16施加至表现出约0.09W/mK的计算热导率和240kJ/m3K的热容量的部件14的表面42，以最小化热量损失并增加发动机效率。应当理解，TBC16可以施加至除了在发动机12内的部件。更具体地，TBC16可以施加至航天器、火箭、注射模具等的部件。现在参考图2，每个部件14包括具有至少一个外部或呈现表面42的基底40。TBC16可以包括施加和/或接合到基底40的表面42的至少一个层44。TBC16的至少一个层44可以包括多层，诸如第一或绝缘层46以及第二或密封层48。绝缘层46可以包括多个微球50，微球50被烧结在一起以产生具有极高孔隙率和大部分闭孔结构的层。优选地，绝缘层46的孔隙率可以为至少约75％，更具体地，孔隙率为约75％至约95％。绝缘层46的高孔隙率提供了要包含在其中的相应体积的空气和/或气体，因此提供了低有效热导率和低有效热容量所需的绝缘性能。设想绝缘层46中的孔隙率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热障涂层，其包含：绝缘层，其施加至厚度在约50微米和约1毫米之间的基底的表面，其中所述绝缘层包含多个陶瓷微球，并且孔隙率为至少75％；以及与所述绝缘层接合的密封层，其中所述密封层是不渗透的，使得所述密封层密封所述绝缘层。

【技术特征摘要】
2016.08.08 US 15/2306751.一种热障涂层，其包含：绝缘层，其施加至厚度在约50微米和约1毫米之间的基底的表面，其中所述绝缘层包含多个陶瓷微球，并且孔隙率为至少75％；以及与所述绝缘层接合的密封层，其中所述密封层是不渗透的，使得所述密封层密封所述绝缘层。2.根据权利要求1所述的热障涂层，其中，所述绝缘层还包含配置成与所述多个微球接合的基质材料。3.根据权利要求2所述的热障涂层，其中，所述基质材料还包含三氧化硼、氧化铝、硅酸铝、二氧化硅或硅酸盐玻璃或其混合物。4.根据权利要求2所述的热障涂层，其中，所述基质材料还包含选自由硅氧烷、硅烷、碳硅烷、硅氮烷和硼硅烷的群组组成的陶瓷前体聚合物。5.根据权利要求1所述的热障涂层，其中，所述多个陶瓷微球还包含约0wt％至约100wt％的氧化硅和约0wt％至约100wt％的氧化铝。6.根据权利要求1所述的热障涂层，其中，所述多个陶瓷微球还包含约50wt％至约70...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·P·达雷特，P·M·纳吉特，P·P·安德勒斯凯维奇四世，G·P·希尔，T·A·舍德勒，
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