高熵陶瓷热障涂层制造技术

本发明专利技术题为“高熵陶瓷热障涂层”。高熵陶瓷(HEC)组合物(40)包括至少三种不同的稀土(RE)氧化物和二氧化铪(HfO2)和二氧化锆(ZrO2)中的至少一种。至少三种不同的稀土氧化物是克分子数相等的分数。在一个方面，高熵陶瓷(HEC)组合物(40)可用于热障涂层(101)。合物(40)可用于热障涂层(101)。合物(40)可用于热障涂层(101)。

【技术实现步骤摘要】
高熵陶瓷热障涂层


[0001]本公开整体涉及热障涂层。具体地，本公开涉及热障涂层中的低热导率高熵陶瓷(HEC)组合物。

技术介绍

[0002]燃气涡轮系统是用于将燃料形式的势能转换为热能并随后转换为机械能的机构，以用于推进飞行器、产生电力、泵送流体等。此时，用于提高燃气涡轮效率的可用途径是使用更高的操作温度。然而，燃气涡轮中使用的金属材料可能非常接近其在燃气涡轮操作温度下的热稳定性的上限。在燃气涡轮的最热温度部分中，一些金属材料可以在高于其熔点的温度下使用。金属材料可经受住该温度，因为它们可被空气冷却。然而，空气冷却可降低燃气涡轮总体效率。
[0003]热障涂层应用于高温操作部件，例如但不限于燃气涡轮系统中的那些。利用热障涂层，可基本上减少冷却空气量。因此，使用热障涂层可以增加燃气涡轮效率。热障涂层可应用于热气路部件，例如但不限于火焰筒、过渡件、涡轮喷嘴和涡轮叶片/动叶。
[0004]陶瓷材料通常用于热障涂层。氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)是通常用于热障涂层的陶瓷。氧化锆或二氧化锆(ZrO2)的立方晶体结构在室温下通过添加氧化钇或三氧化二钇(Y2O3)而稳定，以形成YSZ。然而，YSZ在较高温度下表现出不稳定性，并且可以从其立方晶体结构分解为四方氧化锆和立方氧化锆的混合物，并且因此不提供理想的热障涂层保护。

技术实现思路

[0005]下文提到的所有方面、示例和特征能够以任何技术上可能的方式组合。
[0006]本公开的一个方面提供了高熵陶瓷(HEC)组合物，该高熵陶瓷(HEC)组合物包含至少三种不同的稀土(RE)氧化物；该至少三种不同的稀土氧化物是克分子数相等的分数；和二氧化铪(HfO2)和二氧化锆(ZrO2)中的至少一种。
[0007]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，其中至少三种不同的稀土(RE)氧化物包括以下各项中的至少一种：钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钆(Gd)、钐(Sm)、铒(Er)和镱(Yb)。
[0008]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土(RE)氧化物包括以下各项中的至少三种：Y2O3、La2O3、Gd2O3、Ce2O3、Nd2O3、Sm2O3、Yb2O3和Er2O3。
[0009]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土氧化物的克分子数相等的分数各自为0.167摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.5摩尔。
[0010]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，其中至少三种不同的稀土氧化物的克分子数相等的分数各自为0.133摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.6摩尔。
[0011]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，其中至少三种不同的稀土氧化物的
克分子数相等的分数各自为0.1摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.7摩尔。
[0012]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，其中至少三种不同的稀土氧化物的克分子数相等的分数各自为0.067摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.8摩尔。
[0013]本公开的一个方面提供了一种热障涂层，该热障涂层包括至少两层热障涂层，其中至少两层热障涂层中的至少一层热障涂层包括高熵陶瓷(HEC)组合物，该高熵陶瓷(HEC)组合物包括：至少三种不同的稀土(RE)氧化物；该至少三种不同的稀土氧化物是克分子数相等的分数；和二氧化铪(HfO2)和二氧化锆(ZrO2)中的至少一种。
[0014]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土(RE)氧化物包括以下各项中的至少一种：钇(Y)、镧(La)、钆(Gd)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、铒(Er)和镱(Yb)。
[0015]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土(RE)氧化物包括以下各项中的至少三种：Y2O3、La2O3、Gd2O3、Nd2O3、Ce2O3、Sm2O3、Yb2O3和Er2O3。
[0016]本公开的附加方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土氧化物中的每一种的克分子数相等的分数各自为0.167摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.5摩尔。
[0017]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土氧化物中的每一种的克分子数相等的分数各自为0.133摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.6摩尔。
[0018]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土氧化物中的每一种的克分子数相等的分数各自为0.1摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.7摩尔。
[0019]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土氧化物中的每一种的克分子数相等的分数各自为0.067摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.8摩尔。
[0020]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中热障涂层包括基底、沉积在基底上的粘结涂层、沉积在粘结涂层上的过渡层、沉积在过渡层(butter layer)上的第一高熵陶瓷(HEC)组合物层和沉积在第一高熵陶瓷(HEC)组合物层上的第二高熵陶瓷(HEC)组合物层。
[0021]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中第一高熵陶瓷(HEC)组合物层和第二高熵陶瓷(HEC)组合物层中的一者通过悬浮液等离子喷涂(SPS)沉积并且形成垂直裂纹熵陶瓷组合物(HEC)层。
[0022]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且热障涂层还包括沉积到第二高熵陶瓷(HEC)组合物层的研磨保护涂层。
[0023]本公开的一个方面提供了一种形成分层制品的方法，该方法包括在基底上沉积至少两层热障涂层，其中至少两层热障涂层中的至少一层热障涂层包括高熵陶瓷(HEC)组合物层，该高熵陶瓷(HEC)组合物层包括：至少三种不同的稀土(RE)氧化物；该至少三种不同的稀土氧化物是克分子数相等的分数；和二氧化铪(HfO2)和二氧化锆(ZrO2)中的至少一种。
[0024]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中至少三种不同的稀土(RE)
氧化物包括以下各项中的至少三种：Y2O3、La2O3、Gd2O3、Ce2O3、Nd2O3、Sm2O3、Yb2O3和Er2O3。
[0025]本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该方法还包括在基底上沉积粘结涂层，在粘结涂层上沉积过渡层，在过渡层上沉积第一高熵陶瓷(HEC)组合物层，以及在第一高熵陶瓷(HEC)组合物层上沉积第二高熵陶瓷(HEC)组合物层，其中第一高熵陶瓷(HEC)组合物层和第二高熵陶瓷(HEC)组合物层中的一者通过悬浮液等离子喷涂(SPS)沉积并形成垂直裂纹熵陶瓷组合物(HEC)层。
[0026]本公开中描述的两个或更多个方面(包括本概本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵陶瓷(HEC)组合物(40)，所述高熵陶瓷(HEC)组合物(40)包括：至少三种不同的稀土(RE)氧化物；所述至少三种不同的稀土氧化物是克分子数相等的分数；和二氧化铪(HfO2)和二氧化锆(ZrO2)中的至少一种。2.根据权利要求1所述的高熵陶瓷(HEC)组合物(40)，其中所述至少三种不同的稀土(RE)氧化物包括以下各项中的至少一种：钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钆(Gd)、钐(Sm)、铒(Er)和镱(Yb)。3.根据权利要求2所述的高熵陶瓷(HEC)组合物(40)，其中至少三种不同的稀土(RE)氧化物包括以下各项中的至少三种：Y2O3、La2O3、Gd2O3、Ce2O3、Nd2O3、Sm2O3、Yb2O3和Er2O3。4.根据权利要求1所述的高熵陶瓷(HEC)组合物(40)，其中所述至少三种不同的稀土氧化物的克分子数相等的分数各自为0.167摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.5摩尔。5.根据权利要求1所述的高熵陶瓷(HEC)组合物(40)，其中所述至少三种不同的稀土氧化物的克分子数相等的分数各自为0.133摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.6摩尔。6.根据权利要求1所述的高熵陶瓷(HEC)组合物(40)，其中所述至少三种不同的稀土氧化物的克分子数相等的分数各自为0.1摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.7摩尔。7.根据权利要求1所述的高熵陶瓷(HEC)组合物(40)，其中所述至少三种不同的稀土氧化物的克分子数相等的分数各自为0.067摩尔，并且HfO2和ZrO2中的至少一者的摩尔分数为0.8摩尔。8.一种热障涂层(101)，所述热障涂层(101)包括：至少两层热障涂层，其中所述至少两层热障涂层中的至少一层热障涂层包括高熵陶瓷(HEC)组合物(40)，所述高熵陶瓷(HEC)组合物(40)包括：至少三种不同的稀土(RE)氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：