多孔的陶瓷层系统技术方案

具有两层多孔层的所提出的层系统具有在狭窄范围内调节的并且相互匹配的孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有两个不同的、多孔的陶瓷层的层系统。
技术介绍
陶瓷保护层通常应用于在高温中使用的构件中，以便保护金属基底免于更高的温度。在此，陶瓷层具有一定的孔隙率，以便一方面降低导热能力并且以便规定一定的延展性
技术实现思路
本专利技术的目的是，优化热特性和机械特性。所述目的通过根据权利要求1所述的层系统来实现。在从属权利要求中列出其他有利的措施，所述措施能够任意地相互组合。附图说明附图示出图1示出层系统，图2示出燃气轮机，图3示出涡轮叶片，图4示出燃烧室，图5不出超合金列表。附图和描述仅代表本专利技术的实施例。具体实施例方式在图1中示意地示出层系统。层系统I优选是用于静态运行的或者用于飞行器的涡轮机、蒸汽轮机、燃气轮机100 (图2)的涡轮叶片120、130。优选地，基底4具有选自图5的合金的、基于镍的或者基于钴的超合金。优选地,基底是基于镇的超合金。在基底4上优选存在尤其是MCrAl或者MCrAlX类型的金属的应用层(M=N1、Co、Fe，优选是N1、Co)。同样，在基底4内能够存在扩散层，在所述扩散层上能够施加陶瓷层16。将陶瓷层16施加到金属层7上或者施加到基底4上，其中在界面处或者有意产生氧化层(TGO)或者施加氧化层，在进行陶瓷覆层期间或者在具有金属层7的层系统工作期间形成该氧化层。陶瓷层16具有至少两个、尤其仅两个不同的陶瓷层10、13。下部的陶瓷层10与外部的陶瓷层13相比具有更低的孔隙率。下部的陶瓷层10的孔隙率为8%至14%，尤其为11%至12% (优选为体积百分比)。优选地，内部的陶瓷层10的层厚度与外部的陶瓷层13的层厚度相比薄至少10%，尤其20%，更尤其50%地构成。下部的层具有100 ±25 μ m的厚度，而外部的层具有>100 μ m的厚度。外部的陶瓷层13具有14%至18%的孔隙率并且优选为直接地暴露于热气中的最外部的层。下部的陶瓷层10的材料是部分稳定的、尤其钇稳定的氧化锆。优选地，所述材料也用于外部的陶瓷层13，但是其中也能够应用烧绿石材料。令人惊讶的是，陶瓷层的孔隙率选择引起相对于相同厚度的高度多孔的层的更长的寿命。图2以局部纵剖面图举例地示出燃气轮机100。燃气轮机100在内部具有带有轴的、可围绕旋转轴线102转动地安装的转子103，该转子也称为涡轮机转子。沿着转子103依次为进气壳体104、压缩机105、带有多个同轴设置的燃烧器107的尤其为环形燃烧室的 例如环面状的燃烧室110、涡轮机108和排气壳体109。环形燃烧室110与例如环形的热气体通道111连通。在那里例如四个相继连接的涡轮级112形成涡轮机108。每个涡轮级112例如由两个叶片环形成。沿工质113的流动方向观察，在热气体通道111中，由转子叶片120形成的排125跟随导向叶片排115。在此，导向叶片130固定在定子143的内壳体138上，相对地，该排125的转子叶片120例如借助涡轮盘133安装在转子103上。发电机或者做功机械(未示出)耦接于转子103。在燃气轮机100工作期间，压缩机105通过进气壳体104将空气135吸入并且压缩。在压缩机105的涡轮侧端部处提供的压缩空气被引至燃烧器107并且在那里与燃料混合。接着混合物在燃烧室110中燃烧，从而形成工质113。工质113从那里起沿着热气体通道111流过导向叶片130和转子叶片120。工质113在转子叶片120处以传递动量的方式膨胀，使得转子叶片120驱动转子103，并且该转子驱动耦接在其上的做功机械。暴露于热工质113的构件在燃气轮机100工作期间承受热负荷。除了加衬于环形燃烧室Iio的热屏蔽元件之外，沿工质113的流动方向观察的第一涡轮机级112的导向叶片130和转子叶片120承受最高的热负荷。为了经受住那里存在的温度，可借助冷却剂来冷却第一涡轮机级的导向叶片和转子叶片。同样，构件的基质可以具有定向结构，这就是说它们是单晶的(SX结构)或仅具有纵向定向的晶粒(DS结构)。例如，铁基、镇基或钻基超合金用作构件的材料，特别是用作涡轮叶片120、130和燃烧室110的构件的材料。例如由EPI 204 776 BUEP I 306 454,EP I 319 729 AUffO 99/67435 或 WO 00/44949 已知这样的超合金。导向叶片130具有朝向涡轮机108的内壳体138的导向叶片根部(这里未示出)，以及与导向叶片根部相对置的导向叶片顶部。导向叶片顶部朝向转子103并固定在定子143的固定环140处。图3在立体图中示出流体机械的沿着纵轴线121延伸的转子叶片120或导向叶片130。所述流体机械可以是飞机的或用于发电的发电厂的燃气轮机，也可以是蒸汽轮机或压缩机。叶片120、130沿着纵轴线121相继具有固定区域400、邻接于固定区域的叶片平台403以及叶身406和叶片梢部415。作为导向叶片130，叶片130可以在其叶片梢部415处具有另一平台(未示出)。在固定区域400中形成有用于将转子叶片120、130固定在轴或盘上的叶片根部183 (未示出)。叶片根部183例如构成为锤头形。作为揪树形根部或燕尾形根部的其他构形是可行的。叶片120、130对于流过叶身406的介质具有迎流棱边409和出流棱边412。在传统叶片120、130中，在叶片120、130的所有区域400、403、406中使用例如实心的金属材料、尤其是超合金。例如由EP I 204 776 BUEP I 306 454,EP I 319 729 Al、WO 99/67435或WO 00/44949已知这样的超合金。在这种情况下，叶片120、130可以通过铸造法，也可以借助定向凝固、通过锻造法、通过铣削法或其组合来制造。 将带有一个或多个单晶结构的工件用作机器的在运行中承受高的机械的、热的和/或化学的负荷的构件。这种单晶工件的制造例如通过由熔融物的定向凝固来进行。在此，这涉及一种浇注法，其中液态金属合金凝固为单晶结构、即单晶工件，或者定向凝固。在这种情况下，枝状晶体沿热流定向，并且形成柱状晶体的晶粒结构(柱状地，这就是说在工件的整个长度上分布的晶粒，并且在此根据一般的语言习惯称为定向凝固)，或者形成单晶结构，这就是说整个工件由唯一的晶体构成。在这些方法中，必须避免过渡成球形(多晶的)凝固，因为通过非定向的生长不可避免地构成横向和纵向晶界，所述横向和纵向晶界使定向凝固的或单晶的构件的良好特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固组织，则是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的单晶和确实具有沿纵向方向分布的晶界但不具有横向晶界的柱状晶体结构。第二种所提到的晶体结构也称为定向凝固组织(directional Iysolidified structures)。由 US-PS6, 024，792 和 EP O 892 090 Al 已知这样的方法。叶片120、130同样可以具有抗腐蚀或抗氧化的覆层，例如(MCrAlX ;M是铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)中的至少一种元素，X是活性元素并代表钇(Y)和/或硅和/或至少一种稀土元素，或铪(Hf))。由 EP O 486 489 BK EP O 786 017 BK EP O 412 397 BI 或 EP I306 45本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.14 EP 10007240.41.层系统，具有 基底⑷， 可选地，在所述基底(4 )上的金属的结合层(7 )， 可选地，在所述结合层(7 )上的或者在所述基底(4 )上的氧化层， 在所述基底(4)上的内部的陶瓷层(10)，所述内部的陶瓷层具有8%至14%的孔隙率，尤其为9%至14%的孔隙率，更特别为11%至12%的孔隙率， 和在所述内部的陶瓷层(10)上的外部的陶瓷层(13)，尤其是最外部的陶瓷层(13)，所述最外部的陶瓷层具有14%至18%的孔隙率，尤其为16%至18%的孔隙率。2.根据权利要求1所述的层系统，其中所述金属的结合层(7)具有MCrAl合金或者MCrAlX合金，尤其是由MCrAl合金或者MCrAlX合金组成。3.根据权利要求1或2所述的层系统，其中下部的陶瓷层(10)的材料具有氧化锆、尤其部分稳定的氧化锆、更特别是钇部分稳定的氧化锆，尤其是由氧化锆、尤其部分稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃纳·斯塔姆，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
国别省市：