多层热保护系统及其制造方法

摘要

本发明涉及多层热保护系统及其制造方法。描述了多层热保护系统，其中第一陶瓷层(3)通过粘合涂层(4)结合在金属衬底(5)上，其中在第一陶瓷层(3)上提供至少一个通过陶瓷粘附层(2)结合到第一陶瓷层(3)的第二陶瓷层(1)，其中第一陶瓷层(3)是低温陶瓷层而第二陶瓷层(1)是高温陶瓷层。

主权项

多层热保护系统，其中等离子喷涂的第一陶瓷层(3)通过粘合涂层(4)结合在金属衬底(5)上，其中在第一陶瓷层(3)上提供至少一个通过陶瓷粘附层(2)结合到第一陶瓷层(3)的第二陶瓷层(1)，其中第二陶瓷层(1)包括粘附地结合到第一陶瓷层(3)的单片陶瓷元件，其中所述单片陶瓷元件是选自砖、柱状结构、块状结构或者它们的组合的预制元件，其中所述预制元件是提前制造的并且在应用到衬底(5)之前已经进行烧结，所述预制元件在大约1600℃的温度进行烧结以便当安装在机器中时不再经历进一步的烧结过程。2. 根据权利要求1所述的多层热保护系统，其中第一陶瓷层(3)的厚度范围是0.1至2mm，和其中第二陶瓷层(1)的厚度范围是2至35mm。3. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中第一陶瓷层(3)具有高达1150℃的温度的温度能力(T_max)，和其中第二陶瓷层(1)具有比第一陶瓷层(3)更高的温度能力(T_max)，其中材料的温度能力定义为在燃气轮机燃烧气体环境中24000小时而没有显著功能性损失的最大可能表面温度。4. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)是α氧化铝基的和/或氧化镁基的。5. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)包括至少一个表面暴露层(1a)和至少一个位于下面的附加层(1b)，和其中表面暴露层(1a)构造为被缝隙(7)分隔的砖(8)的二维阵列。6. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中陶瓷粘附层(2)是耐火水泥糊层。7. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中金属衬底(5)是镍基高温合金。8. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中所述粘合涂层包含MCrAlY和/或包含PtAl，其中M = Co, Ni或者Co/Ni。9. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中第一陶瓷层(3)是基于7YSZ或者由7YSZ组成。10. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中至少在与陶瓷粘附层(2)的一个界面处提供机械粘合辅助结构。11. 根据权利要求2所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)的厚度范围是5‑10mm。12. 根据权利要求1或2所述的多层热保护系统，其中第一陶瓷层(3)具有高达1100℃的温度的温度能力(T_max)。13. 根据权利要求3所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)的温度能力(T_max)比第一陶瓷层(3)的温度能力(T_max)至少高100℃。14. 根据权利要求3所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)的温度能力(T_max)比第一陶瓷层(3)的温度能力(T_max)至少高200℃。15. 根据权利要求3所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)具有至少1200℃的温度能力(T_max)。16. 根据权利要求3所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)具有至少1500℃的温度能力(T_max)。17. 根据权利要求3所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)具有范围在1200至1750℃的温度能力(T_max)。18. 根据权利要求3所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)是单层、多层或分级的层系统。19. 根据权利要求4所述的多层热保护系统，其中第二陶瓷层(1)基本上由α氧化铝和/或氧化镁组成。20. 根据权利要求5所述的多层热保护系统，其中所述砖是矩形、方形、菱形或六边形形状。21. 根据权利要求5所述的多层热保护系统，其中砖在两个维度的横向扩展在15‑35mm的范围。22. 根据权利要求5所述的多层热保护系统，其中砖在两个维度的横向扩展在20‑30mm的范围。23. 根据权利要求5所述的多层热保护系统，其中在砖(8)之间的缝隙(7)是具有相对于所述衬底的表面垂直或倾斜的平行侧壁的狭槽，或是具有咬合形状的狭槽。24. 根据权利要求6所述的多层热保护系统，其中陶瓷粘附层(2)是铝酸钙基的。25. 根据权利要求6所述的多层热保护系统，其中陶瓷粘附层(2)基本上由铝酸钙组成。26. 根据权利要求8所述的多层热保护系统，其中所述粘合涂层的组成为25Cr、5.5Al、2.5Si、1Ta、0.6Y、其余为Ni，或者为12Co、20Cr、11Al、2.7Si、1Ta、0.6Y、其余为Ni。27. 根据权利要求10所述的多层热保护系统，其中机械粘合辅助结构为在粘合涂层(4)和/或第一陶瓷层(3)和/或粘附层(4)和/或第二陶瓷层(1)中提供的沟槽、肋、锚刺和/或表面构造的形式。28. 用于生产根据前面任一权利要求所述的多层热保护系统的方法，包括以下步骤：通过粘合涂层(4)将第一陶瓷层(3)结合在金属衬底(5)上，通过陶瓷粘附层(2)将至少一个第二陶瓷层(1)结合在第一陶瓷层(3)上，其中第一陶瓷层(3)通过等离子喷涂施加并且第二陶瓷层(1)包括粘附地结合到第一陶瓷层(3)的单片陶瓷元件，其中所述单片陶瓷元件是选自砖、柱状结构、块状结构或者它们的组合的预制元件，其中所述预制元件是提前制造的并且在应用到衬底(5)之前已经进行烧结，其中所述预制元件在大约1600℃的温度进行烧结以便当安装在机器中时不再经历进一步的烧结过程。29. 根据权利要求28所述的方法，其中使用水泥实现粘附结合，和在室温干燥该水泥4至12小时。30. 根据权利要求28所述的方法，其中使用水泥实现粘附结合，和在垂直施加到接合面的70至850 g/cm²的压缩负载下，在室温干燥该水泥4至12小时。31. 根据权利要求28所述的方法，其中使用水泥实现粘附结合，和在垂直施加到接合面的70至850 g/cm²的压缩负载下，在室温干燥该水泥4至12小时；继之以在500至600℃温度的凝固或用在500至600℃温度的凝固替换/进行补充。32. 根据权利要求31所述的方法，其中所述凝固在5至15小时的时间跨度内实施。33. 根据权利要求31所述的方法，其中采用垂直施加于接合面的最高达250 g/cm²的凝固负载实施凝固。34. 根据前面权利要求1至27任一所述的多层热保护系统用于覆盖暴露于高于1400℃的温度的组件的至少一部分的用途。35. 根据前面权利要求1至27任一所述的多层热保护系统用于至少部分覆盖暴露于热机中的热气体通路的用途。36. 根据权利要求35所述的用途，其中所述热机是燃气轮机。37. 根据权利要求35所述的用途，用于至少部分覆盖暴露于温度高于1400℃的热气体的组件。38. 根据前面权利要求1至27任一所述的多层热保护系统用于选择性地只覆盖暴露于热气体通路的燃气轮机组件的温度暴露最严重的部分的用途，而周围的部分用由通过粘合涂层(4)结合到金属衬底(5)的隔热涂层组成的隔热涂层系统进行覆盖。