本發(fā)明屬于熱障涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層設(shè)計(jì)模型及涂層制備方法。

背景技術(shù)：

隨著燃?xì)廨啓C(jī)向高流量比、高推重比、高進(jìn)口溫度的方向發(fā)展，燃燒室中的燃?xì)鉁囟群蛪毫Σ粩嗵岣?，為適應(yīng)這一惡劣環(huán)境，發(fā)展了熱障涂層以降低熱端部件的工作溫度。熱障涂層可以全面提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。目前主流的熱障涂層材料為Y₂O₃部分穩(wěn)定的ZrO₂(YSZ)和稀土告鋯酸鹽(REZ)，其中以(7±1)wt％Y₂O₃部分穩(wěn)定的ZrO₂應(yīng)用尤為廣泛。但隨著隨著燃?xì)廨啓C(jī)服役壽命，燃料利用效率以及保護(hù)環(huán)境的要求越來(lái)越高，YSZ熱障涂層材料已經(jīng)不能滿足燃?xì)廨啓C(jī)的高溫防護(hù)需求，因此，研究先進(jìn)的熱障涂層材料并發(fā)展相應(yīng)的制備方法對(duì)于提高燃機(jī)的性能至關(guān)重要。在眾多備選熱障涂層材料中，硅酸鹽玻璃陶瓷材料因其為非晶，具有很低的熱導(dǎo)率；其自身由氧化物組成，具有良好的化學(xué)、高溫穩(wěn)定性和良好的抗氧化和抗腐蝕性能；其熱膨脹系數(shù)可調(diào)；高溫下能自愈合；能與基體形成良好的界面結(jié)合；涂層制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，玻璃陶瓷基復(fù)合材料被視為一種非常有潛力的熱障涂層材料。但玻璃陶瓷材料由于自身的本征脆性，其涂層在熱震條件下，極易發(fā)生開(kāi)裂剝落，無(wú)法適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)的服役工況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層設(shè)計(jì)模型。利用該模型設(shè)計(jì)并制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的熱導(dǎo)率在1.3W/mK～1.6W/mK之間，其熱膨脹系數(shù)可以通過(guò)控制添加組元的種類(lèi)與百分含量控制，具有良好的化學(xué)、高溫穩(wěn)定性和良好的抗氧化和抗腐蝕性能，且高溫下能自愈合，涂層制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，其特征在于，該涂層為單層或復(fù)層結(jié)構(gòu)，每層涂層均以硅酸鹽玻璃陶瓷為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料韌性和熱膨脹系數(shù)的金屬、用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物中的任意一種或兩種以上，每層涂層材料中硅酸鹽玻璃陶瓷的質(zhì)量百分含量均不小于60％。

上述的一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，其特征在于，所述陶瓷包括YSZ或/和剛玉，所述氧化物包括YSZ，所述金屬包括Ni₃Al或/和Ni。

上述的一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，其特征在于，所述硅酸鹽玻璃陶瓷的軟化溫度不低于1000℃。

另外，本發(fā)明還提供了一種利用上述模型制備具有單層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、對(duì)基體依次進(jìn)行打磨、噴砂和脫脂處理；所述噴砂所采用的砂粒為剛玉砂或氧化鋯砂，所述噴砂的壓力為0.2MPa～0.4MPa；

步驟二、按涂層模型中各組分的設(shè)計(jì)成分稱(chēng)取原料粉末，然后將分散劑與所稱(chēng)取的原料粉末一起置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的10～30倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；

步驟三、將步驟二中所述復(fù)合料漿預(yù)置于步驟一中脫脂處理后的基體表面，烘干后在基體表面得到預(yù)置層，然后將具有預(yù)置層的基體置于馬弗爐中，先在升溫速率為10℃/min～30℃/min的條件下升溫至200℃～500℃保溫30min～240min，然后在升溫速率為5℃/min～15℃/min的條件下升溫至1000℃～1200℃保溫15min～60min，隨后出爐空冷，最終在基體的表面得到厚度為120μm～1000μm且具有單層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層。

上述的方法，其特征在于，步驟二中所述原料粉末的粒徑小于20μm。

上述的方法，其特征在于，步驟二中所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為280r/min～340r/min，球磨混合的時(shí)間為30min～180min。

上述的方法，其特征在于，步驟三中采用浸涂或氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于基體表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.2MPa～0.4MPa，噴涂距離為10cm～40cm。

除此之外，本發(fā)明還提供了一種利用上述模型制備具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的方法，其特征在于，該涂層包括底釉層和設(shè)置于底釉層上的面釉層，該方法包括以下步驟：

步驟一、對(duì)基體依次進(jìn)行打磨、噴砂和脫脂處理；所述噴砂所采用的砂粒為剛玉砂或氧化鋯砂，所述噴砂的壓力為0.2MPa～0.4MPa；

步驟二、按涂層模型的底釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分稱(chēng)取原料粉末，然后將分散劑與所稱(chēng)取的原料粉末一起置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到底釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的10～30倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為280r/min～340r/min，球磨混合的時(shí)間為30min～180min；

步驟三、將步驟二中所述底釉復(fù)合料漿預(yù)置于步驟一中脫脂處理后的基體表面，烘干后在基體表面得到底釉預(yù)置層，然后將具有底釉預(yù)置層的基體置于馬弗爐中，先在升溫速率為10℃/min～30℃/min的條件下升溫至200℃～500℃保溫30min～60min，然后在升溫速率為5℃/min～15℃/min的條件下升溫至1000℃～1200℃保溫15min～60min，隨后出爐空冷，最終在基體的表面得到厚度為10μm～30μm的底釉層；

步驟四、按涂層模型的面釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分稱(chēng)取原料粉末，然后將分散劑與所稱(chēng)取的原料粉末一起置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到面釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的10～30倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為280r/min～340r/min，球磨混合的時(shí)間為30min～180min；

步驟五、將步驟四中所述面釉復(fù)合料漿預(yù)置于步驟三中制備有底釉層的基體表面，烘干后在底釉層表面得到面釉預(yù)置層，然后將具有面釉預(yù)置層的基體置于馬弗爐中，先在升溫速率為10℃/min～30℃/min的條件下升溫至200℃～500℃保溫30min～240min，然后在升溫速率為5℃/min～15℃/min的條件下升溫至1000℃～1250℃保溫15min～60min，隨后出爐空冷，在底釉層的表面得到厚度為70μm～1000μm的面釉層，最終得到具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層。

上述的方法，其特征在于，步驟二和步驟四中所述原料粉末的粒徑均小于20μm。

上述的方法，其特征在于，步驟三中采用浸涂或氣動(dòng)噴涂的方式將底釉復(fù)合料漿預(yù)置于基體表面，步驟五中采用浸涂或氣動(dòng)噴涂的方式將面釉復(fù)合料漿預(yù)置于底釉層表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.2MPa～0.4MPa，噴涂距離為10cm～40cm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的熱導(dǎo)率在1.3W/mK～1.6W/mK之間，介于采用電子束增強(qiáng)物理氣相沉積(EB-PVD)方法制備的YSZ熱障涂層與采用等離子噴涂(PS)方法制備的YSZ熱障涂層之間。

2、本發(fā)明的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的熱膨脹系數(shù)可以通過(guò)控制添加組元的種類(lèi)與百分含量控制，從而與基體形成良好的熱膨脹系數(shù)匹配。

3、本發(fā)明的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層具有良好的化學(xué)、高溫穩(wěn)定性和良好的抗氧化和抗腐蝕性能，且高溫下能自愈合。

4、本發(fā)明采用大氣條件下高溫?zé)频姆椒ㄔ诤辖鸨砻嬷苽洳Ａ沾苫鶑?fù)合熱障涂層，涂層制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低。一方面，涂層的制備對(duì)設(shè)備的要求低；另一方面，通過(guò)高溫?zé)频姆椒ǎ梢员苊釫B-PVD或PS方法靶材利用效率低、涂層沉積速率慢以及涂層厚度小等不足，更為重要的是，高溫熔燒的方法不受熱端部件的形狀限制，可在異形熱端部件的表面以及部件內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)涂覆，從而克服PVD以及PS方法的“視線效應(yīng)”，此外，通過(guò)控制燒制工藝，玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層可與基體實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，有利于增強(qiáng)涂層在冷熱循條件下的服役壽命。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1a為本發(fā)明玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的模型圖。

圖1b為本發(fā)明玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層經(jīng)氧化后的模型圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的截面SEM照片。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層經(jīng)1000℃氧化100h后的截面SEM照片。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的截面SEM照片。

圖5a為本發(fā)明實(shí)施例4制備的的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的表面SEM照片。

圖5b為本發(fā)明實(shí)施例4制備的的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的截面SEM照片。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例4制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層在1000℃條件下的恒溫氧化動(dòng)力學(xué)曲線。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例4制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層在1000℃條件下的循環(huán)氧化動(dòng)力學(xué)曲線。

圖8a為本發(fā)明實(shí)施例5制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的表面SEM照片。

圖8b為本發(fā)明實(shí)施例5制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的截面SEM照片。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例6制備的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層的熱導(dǎo)率K隨溫度T的變化曲線。

附圖標(biāo)記說(shuō)明:

1—硅酸鹽玻璃陶瓷； 2—金屬； 3—陶瓷；

4—氧化物； 5—?dú)饪住? I—基體；

II—粘結(jié)層； III—涂層； IV—擴(kuò)散層。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，以及利用該模型制備涂層的方法。所設(shè)計(jì)的涂層為單層或復(fù)層結(jié)構(gòu)，每層涂層均以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料韌性和熱膨脹系數(shù)的金屬2、用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4中的任意一種或兩種以上，每層涂層材料中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量均不小于60％。

優(yōu)選地，所述陶瓷3包括YSZ或/和剛玉，所述氧化物4包括YSZ，所述金屬2包括Ni₃Al或/和Ni。

優(yōu)選地，所述硅酸鹽玻璃陶瓷1的軟化溫度不低于1000℃。

圖1a為本發(fā)明玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的模型圖。圖1b為本發(fā)明玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層經(jīng)氧化后的模型圖。由圖1a和圖1b可知，在氧化過(guò)程中，某些特定的氧化物和陶瓷會(huì)在硅酸鹽玻璃基質(zhì)中發(fā)生溶解或與其發(fā)生界面反應(yīng)；而添加的金屬顆粒則會(huì)首先發(fā)生氧化，在表面形成氧化層，且生成的氧化層會(huì)進(jìn)一步發(fā)生溶解或與玻璃基質(zhì)發(fā)生界面反應(yīng)。此外，高溫條件下，基體會(huì)與涂層發(fā)生互擴(kuò)散形成互擴(kuò)散區(qū)。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提出了一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，所設(shè)計(jì)的涂層模型為單層結(jié)構(gòu)，該涂層均以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3和氧化物4均為YSZ；所述硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為70％，其軟化溫度約為1000℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為30％。

本實(shí)施例以K417G鎳基高溫合金為基體，在其表面制備具有單層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層，制備方法包括以下步驟：

步驟一、采用600^#SiC砂紙將K417G高溫合金表面打磨處理后，依次進(jìn)行噴砂處理和脫脂處理，其中，噴砂處理采用的砂粒為剛玉砂，所述噴砂處理的壓力為0.3MPa，脫脂處理是浸在丙酮中進(jìn)行；

步驟二、按模型設(shè)計(jì)比例稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末和YSZ粉末，然后將分散劑與所述混合粉末置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的20倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為280轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為30min；

步驟三、將步驟二中所述復(fù)合料漿預(yù)置于步驟一中脫脂處理后的K417G高溫合金表面，烘干后在合金表面得到預(yù)置層，然后將帶有預(yù)置層的K417G高溫合金置于設(shè)定溫度內(nèi)的馬弗爐進(jìn)行燒制，取出空冷后在K417G高溫合金表面制備得到厚度約為60μm的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層；所述高溫熔燒的具體過(guò)程為：在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至200℃保溫120min，然后在升溫速率為15℃/min的條件下升溫至1050℃保溫15min，隨后取出空冷；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于K417G合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.3MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為200℃。

從圖2中可以看出，本實(shí)施例在K417G高溫合金表面制備的YSZ改性玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層表面平坦，表明涂層在高溫?zé)七^(guò)程中成膜良好；涂層與鉭合金基體結(jié)合良好；涂層內(nèi)部YSZ顆粒分布均勻，且存在少許空洞，有利于降低涂層的熱導(dǎo)率。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提出了一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，所設(shè)計(jì)的涂層模型為復(fù)層結(jié)構(gòu)，由底釉層和設(shè)置在底釉層上的面釉層兩部分組成，底釉層以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3為YSZ和剛玉，所述氧化物4為YSZ；底釉層中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為80％，其軟化溫度約為1000℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為5％，剛玉的質(zhì)量百分含量為15％。面釉層以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3為YSZ和剛玉，所述氧化物4為YSZ；面釉層中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為60％，其軟化溫度約為1000℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為35％，剛玉的質(zhì)量百分含量為5％。

本實(shí)施例以K417G鎳基高溫合金為基體，在其表面制備具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層，制備方法包括以下步驟：

步驟一、采用600^#SiC砂紙將K417G高溫合金表面打磨處理后，依次進(jìn)行噴砂處理和脫脂處理，其中，噴砂處理采用的砂粒為剛玉砂，所述噴砂處理的壓力為0.3MPa，脫脂處理是浸在丙酮中進(jìn)行；最后，采用現(xiàn)有工藝在K417G高溫合金表面制備N(xiāo)i+CrAlYSiN復(fù)合粘結(jié)層；

步驟二、按涂層模型的底釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分分別稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末，然后將分散劑與所述底釉混合粉末分別置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到底釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的25倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為340轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為60min；

步驟三、將步驟二中所述底釉復(fù)合料漿預(yù)置于帶有Ni+CrAlYSiN復(fù)合粘結(jié)層的K417G高溫合金表面，烘干后在合金表面得到底釉預(yù)置層，然后將帶有粘結(jié)層和底釉預(yù)置層的K417G高溫合金置于設(shè)定溫度內(nèi)的馬弗爐進(jìn)行燒制，取出空冷后在帶有Ni+CrAlYSiN復(fù)合粘結(jié)層的K417G高溫合金表面制備得到厚度約為20μm的底釉層；所述高溫熔燒的具體過(guò)程為：在升溫速率為15℃/min的條件下升溫至400℃保溫60min，然后在升溫速率為5℃/min的條件下升溫至1050℃保溫60min，隨后取出空冷；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于K417G合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.3MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為200℃；

步驟四、按涂層模型的面釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分分別稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末，然后將分散劑與所述面釉混合粉末分別置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到面釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的25倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為340轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為60min；

步驟五、將步驟四中所述面釉復(fù)合料漿預(yù)置于步驟三中制備有底釉層的K417G高溫合金基體表面，烘干后在底釉層表面得到面釉預(yù)置層，然后將具有面釉預(yù)置層的K417G高溫合金基體置于馬弗爐中，先在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至400℃保溫60min，然后在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至1100℃保溫30min，隨后出爐空冷，在底釉層的表面得到厚度為90μm的面釉層，最終得到具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于K417G合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.3MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為200℃。

從圖3中可以看出，本實(shí)施例在帶有Ni+CrAlYSiN復(fù)合粘結(jié)層的K417G高溫合金表面制備的雙層YSZ和剛玉協(xié)同改性的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層在1000℃氧化100h后仍為雙層結(jié)構(gòu)，氧化過(guò)程中涂層無(wú)剝落，與Ni+CrAlYSiN復(fù)合粘結(jié)層結(jié)合良好，涂層內(nèi)部空洞在氧化過(guò)程中全部溢出，涂層內(nèi)部顆粒分布均勻。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提出了一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，所設(shè)計(jì)的涂層模型為復(fù)層結(jié)構(gòu)，由底釉層和設(shè)置在底釉層上的面釉層兩部分組成，底釉層以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3為YSZ和剛玉，所述氧化物4為YSZ；底釉層中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為75％，其軟化溫度約為1050℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為5％，剛玉的質(zhì)量百分含量為20％。面釉層以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3為YSZ和剛玉，所述氧化物4為YSZ；面釉層中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為60％，其軟化溫度約為1050℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為30％，剛玉的質(zhì)量百分含量為10％。

本實(shí)施例以K438G鎳基高溫合金為基體，在其表面制備具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層，制備方法包括以下步驟：

步驟一、采用600^#SiC砂紙將K438G高溫合金表面打磨處理后，依次進(jìn)行噴砂處理和脫脂處理，其中，噴砂處理采用的砂粒為剛玉砂，所述噴砂處理的壓力為0.3MPa，脫脂處理是浸在丙酮中進(jìn)行；最后，采用現(xiàn)有工藝在K438G高溫合金表面制備N(xiāo)iCoCrAlY粘結(jié)層；

步驟二、按涂層模型的底釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分分別稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末，然后將分散劑與所述底釉混合粉末分別置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到底釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的20倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為180min；

步驟三、將步驟二中所述底釉復(fù)合料漿預(yù)置于帶有NiCoCrAlY粘結(jié)層的K438G高溫合金表面，烘干后在合金表面得到底釉預(yù)置層，然后將帶有粘結(jié)層和底釉預(yù)置層的K438G高溫合金置于設(shè)定溫度內(nèi)的馬弗爐進(jìn)行燒制，取出空冷后在帶有NiCoCrAlY粘結(jié)層的K438G高溫合金表面制備得到厚度約為20μm的底釉層；所述高溫熔燒的具體過(guò)程為：在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至400℃保溫60min，然后在升溫速率為5℃/min的條件下升溫至1100℃保溫60min，隨后取出空冷；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于K438G合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.3MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為200℃；

步驟四、按涂層模型的面釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分分別稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末，然后將分散劑與所述面釉混合粉末分別置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到面釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的20倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為180min；

步驟五、將步驟四中所述面釉復(fù)合料漿預(yù)置于步驟三中制備有底釉層的K438G高溫合金基體表面，烘干后在底釉層表面得到面釉預(yù)置層，然后將具有面釉預(yù)置層的K438G高溫合金基體置于馬弗爐中，先在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至400℃保溫30min，然后在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至1150℃保溫30min，隨后出爐空冷，在底釉層的表面得到厚度為80μm的面釉層，最終得到具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于K438G合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.3MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為200℃。

從圖3中可以看出，本實(shí)施例在帶有NiCoCrAlY粘結(jié)層的K438G高溫合金表面制備的雙層YSZ和剛玉協(xié)同改性的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層為雙層結(jié)構(gòu)，涂層表面平坦，表明涂層在高溫?zé)七^(guò)程中成膜良好；涂層與鉭合金基體結(jié)合良好；涂層內(nèi)部YSZ和剛玉顆粒分布均勻，且存在少許空洞，有利于降低涂層的熱導(dǎo)率。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提出了一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，所設(shè)計(jì)的涂層模型為復(fù)層結(jié)構(gòu)，由底釉層和設(shè)置在底釉層上的面釉層兩部分組成，底釉層以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3為YSZ和剛玉，所述氧化物4為YSZ；底釉層中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為78％，其軟化溫度約為1070℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為5％，剛玉的質(zhì)量百分含量為17％。面釉層以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料韌性和熱膨脹系數(shù)的金屬2、用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3為YSZ和剛玉，所述氧化物4為YSZ，所述金屬2為Ni顆粒；面釉層中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為65％，其軟化溫度約為1070℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為20％，剛玉的質(zhì)量百分含量為5％，Ni顆粒的質(zhì)量百分含量為10％。

本實(shí)施例以K417G鎳基高溫合金為基體，在其表面制備具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層，制備方法包括以下步驟：

步驟一、采用600^#SiC砂紙將K417G高溫合金表面打磨處理后，依次進(jìn)行噴砂處理和脫脂處理，其中，噴砂處理采用的砂粒為剛玉砂，所述噴砂處理的壓力為0.3MPa，脫脂處理是浸在丙酮中進(jìn)行；最后，采用現(xiàn)有工藝在K417G高溫合金表面制備N(xiāo)iCoCrAlY復(fù)合粘結(jié)層；

步驟二、按涂層模型的底釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分分別稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末，然后將分散劑與所述底釉混合粉末分別置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到底釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的25倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為120min；

步驟三、將步驟二中所述底釉復(fù)合料漿預(yù)置于帶有NiCoCrAlY復(fù)合粘結(jié)層的K417G高溫合金表面，烘干后在合金表面得到底釉預(yù)置層，然后將帶有粘結(jié)層和底釉預(yù)置層的K417G高溫合金置于設(shè)定溫度內(nèi)的馬弗爐進(jìn)行燒制，取出空冷后在帶有NiCoCrAlY復(fù)合粘結(jié)層的K417G高溫合金表面制備得到厚度約為20μm的底釉層；所述高溫熔燒的具體過(guò)程為：在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至200℃保溫30min，然后在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至1100℃保溫60min，隨后取出空冷；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于K417G合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.4MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為400℃；

步驟四、按涂層模型的面釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分分別稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、Ni粉、剛玉和YSZ粉末，然后將分散劑與所述面釉混合粉末分別置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到面釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的25倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、Ni粉、剛玉和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為120min；

步驟五、將步驟四中所述面釉復(fù)合料漿預(yù)置于步驟三中制備有底釉層的K417G高溫合金基體表面，烘干后在底釉層表面得到面釉預(yù)置層，然后將具有面釉預(yù)置層的K417G高溫合金基體置于馬弗爐中，先在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至400℃保溫240min，然后在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至1200℃保溫30min，隨后出爐空冷，在底釉層的表面得到厚度為80μm的面釉層，最終得到具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于K417G合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.4MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為300℃。

從圖5a和圖5b可以看出，本實(shí)施例在帶有NiCoCrAlY粘結(jié)層的K417G高溫合金表面制備的雙層Ni、剛玉以及YSZ協(xié)同顆粒改性的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層為雙層結(jié)構(gòu)，涂層表面平坦，表明涂層在高溫?zé)七^(guò)程中成膜良好；涂層與鉭合金基體結(jié)合良好；涂層內(nèi)部YSZ和剛玉顆粒分布均勻，且存在少許空洞，有利于降低涂層的熱導(dǎo)率。圖6和圖7分別為本發(fā)明實(shí)施例5中Ni、剛玉以及YSZ協(xié)同顆粒改性的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層在1000℃的恒溫氧化動(dòng)力學(xué)和循環(huán)氧化動(dòng)力學(xué)曲線，從圖中可以看到，復(fù)合熱障涂層的抗氧化性能要顯著優(yōu)于NiCoCrAlY涂層。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提出了一種玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層的設(shè)計(jì)模型，所設(shè)計(jì)的涂層模型為復(fù)層結(jié)構(gòu)，由底釉層和設(shè)置在底釉層上的面釉層兩部分組成，底釉層以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3為YSZ和剛玉，所述氧化物4為YSZ；底釉層中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為75％，其軟化溫度約為1100℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為8％，剛玉的質(zhì)量百分含量為17％。面釉層以硅酸鹽玻璃陶瓷1為主體，并在主體內(nèi)分散有用于提高涂層材料韌性和熱膨脹系數(shù)的金屬2、用于提高涂層材料強(qiáng)度的陶瓷3和用于調(diào)控玻璃陶瓷形核析晶的氧化物4，所述陶瓷3為YSZ和剛玉，所述氧化物4為YSZ，所述金屬2為Ni₃Al顆粒；面釉層中硅酸鹽玻璃陶瓷1的質(zhì)量百分含量為60％，其軟化溫度約為1100℃，YSZ的質(zhì)量百分含量為25％，剛玉的質(zhì)量百分含量為10％，Ni₃Al顆粒的質(zhì)量百分含量為5％。

本實(shí)施例以IC10鎳基高溫合金為基體，在其表面制備具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層，制備方法包括以下步驟：

步驟一、采用600^#SiC砂紙將IC10高溫合金表面打磨處理后，依次進(jìn)行噴砂處理和脫脂處理，其中，噴砂處理采用的砂粒為剛玉砂，所述噴砂處理的壓力為0.3MPa，脫脂處理是浸在丙酮中進(jìn)行；最后，采用現(xiàn)有工藝在IC10高溫合金表面濺射N(xiāo)i₃Al粘結(jié)層；

步驟二、按涂層模型的底釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分分別稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末，然后將分散劑與所述底釉混合粉末分別置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到底釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的25倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為120min；

步驟三、將步驟二中所述底釉復(fù)合料漿預(yù)置于濺射有Ni₃Al粘結(jié)層的IC10高溫合金表面，烘干后在合金表面得到底釉預(yù)置層，然后將帶有粘結(jié)層和底釉預(yù)置層的IC10高溫合金置于設(shè)定溫度內(nèi)的馬弗爐進(jìn)行燒制，取出空冷后在濺射有Ni₃Al粘結(jié)層的IC10高溫合金表面制備得到厚度約為20μm的底釉層；所述高溫熔燒的具體過(guò)程為：在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至300℃保溫30min，然后在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至1150℃保溫60min，隨后取出空冷；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于IC10合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.4MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為400℃；

步驟四、按涂層模型的面釉層中各組分的設(shè)計(jì)成分分別稱(chēng)取硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、Ni₃Al粉末、剛玉和YSZ粉末，然后將分散劑與所述面釉混合粉末分別置于球磨機(jī)中球磨混合均勻，得到面釉復(fù)合料漿；所述分散劑為無(wú)水乙醇，所述分散劑的體積為所述混合粉末質(zhì)量的25倍，其中體積的單位為mL，質(zhì)量的單位為g；所述硅酸鹽玻璃陶瓷粉末、剛玉、Ni₃Al粉和YSZ粉末的粒徑均優(yōu)選小于10μm；所述球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300轉(zhuǎn)/分，所述球磨混合的時(shí)間優(yōu)選為120min；

步驟五、將步驟四中所述面釉復(fù)合料漿預(yù)置于步驟三中制備有底釉層的IC10高溫合金基體表面，烘干后在底釉層表面得到面釉預(yù)置層，然后將具有面釉預(yù)置層的IC10高溫合金基體置于馬弗爐中，先在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至400℃保溫120min，然后在升溫速率為10℃/min的條件下升溫至1200℃保溫30min，隨后出爐空冷，在底釉層的表面得到厚度為110μm的面釉層，最終得到具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷復(fù)合熱障涂層；優(yōu)選采用氣動(dòng)噴涂的方式將復(fù)合料漿預(yù)置于IC10合金表面；所述氣動(dòng)噴涂的噴涂氣壓為0.4MPa，噴涂距離為20cm，所述烘干的溫度為300℃。

從圖8a和圖8b中可以看出，本實(shí)施例在帶有濺射N(xiāo)i₃Al粘結(jié)層的IC10高溫合金表面制備的Ni₃Al、剛玉以及YSZ協(xié)同顆粒改性的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層為雙層結(jié)構(gòu)，涂層表面平坦，表明涂層在高溫?zé)七^(guò)程中成膜良好；涂層與鉭合金基體結(jié)合良好；涂層內(nèi)部YSZ和剛玉顆粒分布均勻，且存在少許空洞，有利于降低涂層的熱導(dǎo)率。圖9為本發(fā)明實(shí)施例5中Ni₃Al、剛玉以及YSZ協(xié)同顆粒改性的玻璃陶瓷基復(fù)合熱障涂層材料熱導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律，從圖中可以看到，涂層的熱導(dǎo)率在1.5W/mK，且隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，涂層空隙率降低，熱導(dǎo)率小幅升高，但仍低于EB-PVD方法制備的YSZ熱障涂層。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。