專利名稱：層體系的制作方法
層體系
本發(fā)明涉及一種層體系，其具有絕熱特性。
這種層體系具有由基于鎳、鈷或者鐵的金屬合金組成的基底。這種產(chǎn)品首先用作為燃氣渦輪構(gòu)件，尤其用作為燃氣渦輪葉片或者熱防護層。這種構(gòu)件要承受侵蝕性燃燒氣體的熱氣流。因此它們必須能夠承受高熱負荷狀態(tài)。此外這些構(gòu)件必須是耐氧化和耐腐蝕的。首先對例如燃氣渦輪葉片的可運動的構(gòu)件，而且對靜止的構(gòu)件也仍然還有機械要求。在其內(nèi)應(yīng)用了可負荷熱氣構(gòu)件的渦輪的功率和效率隨著運行^^升高而提高。為了達到更高效率和更高功率，給渦輪的特另提承受高溫的組件涂覆陶瓷材料。陶瓷材料充當熱氣流和金屬基底之間的絕熱層。在此，現(xiàn)代構(gòu)件大多具有多個涂層，這些涂層相應(yīng)完成特定任務(wù)。因而存在多層體系。
因為燃氣渦輪的功率和效率隨運行溫度的升高而提高，所以人們總是不斷
嘗Kffl51改善涂層體系使得允許更高的、鵬，并因此實5鵬氣渦輪的更高性能。EP 0 992 603 Al公開了一種由具有立方晶體結(jié)構(gòu)的氧化軋和氧化鋯組成的絕熱層體系。
EP 1 321 542 Al公開了一種金屬基底，麟有陶瓷層，該陶瓷層包織化鉿。
在EP 1 505 042 A2中描述了一種基于氧化鋯的絕熱層，該絕熱層包括一種三^ft化物以及至少一種五價氧化物。
US 6，015,630描述了一種絕熱層，其包蹄化憶-鋁石榴石，其中，釔有時可以由稀土元素替代。
此外，在EP1 550 644A1、 US 6,730,918、 EP1 249 515A2、 EP1 550 744Al、EP 1 536039 Al和EP0 825 271 Al中描述了絕熱層，其由具有稀土氧化物的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯組成。
一種測量絕熱層表面^g的可行方案是應(yīng)用熱敏成像發(fā)光材料。例如在EP1 105 550 Bl中描述了包埋有熱敏成像指示劑材料的絕熱層以及確定該絕熱層溫度的方法。借助于用于發(fā)熒光的脈沖激光器來激發(fā)指示劑材料以確定絕熱層7鵬。在切斷激發(fā)脈沖之后，熒光光譜的纟艘隨^f寺征時間常數(shù)t呈指數(shù)下降。
因而，例如摻雜有鋱(Tb)的釔鋁石榴石(YAG:Tb)在700。C至1000°C之間表現(xiàn)出特征時間常數(shù)t的單調(diào)下降。借助測量時間常數(shù)可以確定指示劑材料的溫度，從而可以確定在其內(nèi)包埋有該指示齊附料的絕熱層的溫度，只需進行適當校準。在某些情況下，發(fā)射光譜的不同譜線可以具有不同衰變常數(shù)，這些衰變常數(shù)也育g夠具有不同的M^依賴性。除了 YAG:Tb之外，在EP1 105 550中還描述了摻雜鏑(Dy)的釔鋁石榴石(YAG:Dy)以及用釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)，所述氧化鋯具有一個或者多個稀土元素。
也可以應(yīng)用兩個發(fā)射波長的強度比代替指示齊附料的發(fā)射強度的時間衰變特性來確定指示劑材料的溫度，從而確定絕熱層的溫度。強度比例近似線性地取決于指示劑材料的溫度，也就是在其內(nèi)包埋有指示劑材料的絕熱層的溫度。在EP1 105 550 Bl中同樣描述了經(jīng)強度比例來測量溫度。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種材料，這種材料具有良好的絕熱特性以及在基底上的良好連接，并且因而使整個層體系具有長的使用壽命，并同時允許測量驗。
該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的層體系和根據(jù)權(quán)利要求19的混合物的用途來解決。
在從屬禾又利要求中列出其它有利措施，這些措施能夠以有利方式和方法任意組合。
本發(fā)明涉及一種層體系，其具有基底，在基底上有第一層，該第一層具有熱 像材料，其中，熱敏成像材料是摻雜有至少一種稀土材料的燒綠石相。
熱敏成像材料應(yīng)該被理解為感光發(fā)光材料，即，通過例如紫外線輻射激發(fā)發(fā)光的材料，其中，所激發(fā)的發(fā)光輻射的強度和/或衰變時間取決于感光發(fā)光材料的溫度。在此所述強度尤其也取決于其它因素，例如作為摻雜物質(zhì)的稀土材料的濃度。
熱敏成像材料，也就是燒綠石相，由基質(zhì)材料和稀土摻雜劑組成。在此，稀土MV劑作為陽離子被包埋到基質(zhì)材料中，并充當熱敏成像發(fā)光材料的活化劑。因而熱敏成像發(fā)光材料包括主晶格和作為活化劑的稀土陽離子。
第一層的摻雜有稀土材料的燒綠石相以有利方式將絕熱特性與熱敏成像特性集于一體。熱敏成像材料使得能夠通過激發(fā)發(fā)光(其通過輻射例如紫外線輻射實現(xiàn))來測量絕熱層的^g。例如根據(jù)對發(fā)光輻射衰變特性的^^依賴性可以由衰變特性的測量推斷出第一層也就是燒綠石相的溫度。
此外，熱敏成像材料使得探測絕熱層的磨損成為可能。在出現(xiàn)磨損的情況下，熱敏成像材料被剝蝕?？梢曰谠谀p位置上發(fā)光減弱或者甚至完全沒有發(fā)光來探測磨損(即，熱敏成像材料的缺失)。
稀土摻雜齊U雌從由Eu (銪)、Tb (鋱)、Er (鉺)、Dy (鏑)、Sm (釤)、Ho (鈥)、Pr (鐠)、Yb (鐿)、Nd (釹)和Tm (銩)組成的組中選出?？蓪⑾⊥翐诫s劑作為氧化物(即例如作為銪、鋱、鉺、鏑、釤、鈥、鐠、鐿、釹或者銩的氧化物)與主晶格材料進行反應(yīng)，以便其作為稀土陽離子包埋到主晶格材料中。由于鏑和銩的發(fā)光輻射的衰變特性有利地具有溫度依賴性，所以鏑和銩尤其良好J4^合用作摻雜劑。
稀土材料的摻雜濃度ifc^在0.005%和7%之間的范圍內(nèi)，尤其是在0.1 %和4%之間的范圍內(nèi)。
但是，不僅摻雜劑而且燒綠石相本身可以包括一種稀土材料或者多種稀土材料，例如釓和/或鏑和/或銩/或鋱等。熱敏成像材料可尤其具有(A3:iv(CxDyX^形式，其中，x+y-2禾nz-7，尤其是v-2、 x+y-2禾H z = 7，還尤其是v:2、x+y-2和z-7，其中A代表燒綠石相的至少一種稀土材料，Bf^作為摻雜劑的至少一種稀土材料，C代表鋯，D^^鉿。
在本發(fā)明一個特殊改進方式中，燒綠石相包括(Gd,B)2Hf207，即鉿酸釓
(Gd2Hf207)，其摻雜有至少一種稀土材料B。
另iMk燒綠石相育,包括(Gd^B)2Zr207，即鋯鵬L (Gd2Zr207)，其摻雜有至少一種稀土材料B。然而由摻雜的鉿酸軋和摻雜的鋯酸軋組成的混合物也是可行的。
兩種所述特殊摻雜的燒綠石相基于其良好的絕熱特性特別適合于構(gòu)建絕熱層。
在本發(fā)明一個改進方式中，層體系具有金屬連接層，該金屬連接層設(shè)置在基底和第一層之間。金屬連接層有利地由McrAlX合金構(gòu)成，其中，IVH樣金屬，尤其代表鐵(Fe)、鎳(M)或者鈷(Co)，并且X代表至少一種稀土元素、釔(Y)或者硅(Si)。 MCrAlX合金有利地由24至26重量％的鈷、16至18重*%的鉻、9.5至11重*%的鋁、0.3至0.5重熟的紀、0.5至2.0重熟的錸
7和縫的鎳構(gòu)成。或者MCrAlX合金由11至13重*%的鈷、20至22重*%的鉻、10.5至11.5重熟的鋁、03至0.5重1%的,乙、1.5至2.5重1%的錸和
:的鎳構(gòu)成。
MCrAlX合金也可以基于鈷而非鎳?；阝挼腗QA1X合金可以由29至31重*%的鎳、27至29重*%的鉻、7至9重量％的鋁、0.5至0.7重量％的釔、0.6至0.8重ar。的硅、余量的鈷構(gòu)成。在另一備選方案中，所述MCrAlX合金由27至29重*%的鎳、23至25重*%的鉻、9至11重1%的鋁、0.5至0.7重 %的紀、余量的鈷構(gòu)成。
第一層有利地用作為尤其是作為基底的承受熱氣負荷的渦輪構(gòu)件的絕熱層。此外，層體系還可以具有未摻雜的絕熱層，例如穩(wěn)定的氧化鋯層，尤其是釔穩(wěn)定的氧化鋯層，或者未摻雜的燒綠石相作為另一絕熱層，其設(shè)置在基底和第一層或者金屬連接層和第一層之間。
根據(jù)本發(fā)明尤其將摻雜至少一種稀土材料的燒綠石相用作為具有熱敏成像特性的絕熱層。
摻雜劑可以選自下組銪、鋱、鉺、鏑、釤、鈥、鐠、鐿、釹和銩，其中，尤其是鏑和銩由于其發(fā)光輻射的有利的取決于溫度的衰變特性而很好地適合用作摻雜劑。稀土材料的摻雜濃度ite在0.005%和7%之間的范圍內(nèi)，尤其是在0.1%和4%之間的范圍內(nèi)。
燒綠石相和稀土材料尤其具有就層體系范圍內(nèi)描述的燒綠石相以及在層體系范圍內(nèi)描述的稀土材料所進一步描述的那些特征、特性和優(yōu)點。因而燒綠石相例如具有(入B)v(CxDy)0z形式，其中，x+y-2禾卩z-7，尤其是v-2、 x+y-2和z-7，還尤其是v-2、 x+y-2和z二7，其中，A^^燒綠石相的至少一種稀土材料，B ^餓作為摻雜劑的至少一種稀土材料，C ^^鋯，D 4樣鉿。尤其是燒綠石相可以包括(Gd^B)2Hf207禾口/或(Gd3)2Zr207或者i(Gd3)2Hf207和/或(Gd3)2Zr207構(gòu)成，其中，B〗樣作為摻雜劑的至少一種稀土材料。
第一層尤其用作為位于渦輪熱氣路徑內(nèi)的渦輪構(gòu)件的絕熱層，尤其是燃氣渦輪構(gòu)件絕熱層，例如用作為渦輪葉片或者燃氣渦輪^燃燒室的熱屏蔽元件的絕熱層。
結(jié)合附圖由以下實施例的描述得到本發(fā)明的其它特征、特性和優(yōu)點。附圖中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的層體系的第一實施例；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的層體系的第二實施例；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的層體系的第三實施例；
圖4示出燃氣渦輪；
圖5以透視圖示出渦輪葉片；
圖6以透視圖示出燃燒室。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的層體系的第一實施例。
層體系1具有金屬基底4，該金屬基底4尤其用于應(yīng)該在高溫時使用的構(gòu)件，該金屬基底4由鎳基或者鈷基超合織l城。這種構(gòu)件例如是如燃氣渦輪的轉(zhuǎn)輪葉片或者導流葉片的渦輪構(gòu)件。
有利的是，尤其是MCrAlX型金屬連接層7直接存在于基底4上。金屬連接層7可以基于鎳，并且由11至13重量％的鈷、20至22重量％的鉻、10.5至11.5重lr。的鋁、0.3至0.5重 %的紀、1.5至2.5重*%的1來、^fi的H構(gòu)成，
尤其是由12重量％的鈷、2i重量％的鉻、ii重量y。的鋁、0.4重fir。的紀、2重
*%的錸、縫的鎳構(gòu)成。金屬連接層7也可以由24至26重費/。的鈷、16至18重*%的鉻、9.5至11重STo的鋁、0.3至0.5重塾慮乙、0.5至2.0重fi0/。的錸、余量的鎳構(gòu)成，尤其是由25重塾/。的鈷、17重 %的鉻、10.5重*%的鋁、0.6重量％的釔、1重量％的錸、余量的鎳構(gòu)成。
MCrAlX合金也可以基于鈷而非鎳?；阝挼腗CrAlX合金可以由29至31重*%的鎳、27至29重*%的鉻、7至9重熟的鋁、0.5至0.7重*%的釔、0.6至0.8重量％的硅、余量的鈷構(gòu)成，尤其是由30重量％的鎳、28重量％的鉻、8重量％的鋁、0.6重量％的釔、0.7重量％的硅、余量的鈷構(gòu)成。在一個備選變形方式中，MCrAlX合金由27至29重量％的鎳、23至25重量％的鉻、9至11重1%的鋁、0.5至0.7重4%的乾、縫的鈷構(gòu)成，尤其是由28重fiy。的鎳、24 MT。的鉻、10重 %的鋁、0.6重*%的仏縫的鈷構(gòu)成。然而可選的是，也可以僅有一個氧化鋁層作為連接層。
在施加其它陶瓷層之前，在MCrAlX7上已經(jīng)出現(xiàn)氧化鋁層，或者在運行期間出現(xiàn)這種氧化鋁層(TGO)。
在該實施例中，在金屬連接層7或者氧化鋁層(未示出)上有內(nèi)層IO，優(yōu)選為完全或者部分穩(wěn)定化的氧化鋯層或者基于Gd2Hf2Q7或者Gd2Zr207的未摻雜的燒綠石層。tti^用釔穩(wěn)定的氧化鋯，其中， 應(yīng)用6至8重量％的釔。
同樣可以應(yīng)用氧化轉(zhuǎn)、氧化鈰和/或氧化鉿來穩(wěn)定氧化鋯。例如涂覆氧化鋯作為等離子噴涂層，優(yōu)選也可以作為借助于電子束物理氣
相沉積(EBPVD)的柱狀結(jié)構(gòu)施加氧化鋯。
外陶瓷層13作為第一層施加到穩(wěn)定的氧化鋯層10上，，一層具有熱敏成像材料。熱敏成像材料是燒綠石相，該燒綠石相包含作為摻雜的鏑或者銩。鏑或者銩的摻雜濃度在0.1%至0.4之間的范圍內(nèi)。
鏑或者銩用作為活化劑，在紫外線輻射激發(fā)情況下，該活化劑導致?lián)诫s燒綠石相發(fā)光。發(fā)光輻射的衰變特性(尤其是其特征衰變時間)與燒綠石相的溫度有關(guān)，因 過、 摻雜燒綠石相的發(fā)光輻射以及確定發(fā)光衰變特性尤其是特征衰變時間使得可以測量溫度。
在本實施例中，燒綠石相由鏑或者銩摻雜的鉿酸軋(Gd2Hf207)或者鋯酸釓(Gd2Zr207)構(gòu)成。然而燒綠石相也可以由其中v二2、 x + y-2禾口z二7的摻雜的Gdv(ZrxHfy)Oz。代徵L或者除了軋之外，原則上也可以在燒綠石相中應(yīng)用其它稀土材料。
用于摻雜的稀土材料尤其可以選自下組銪、鋱、鉺、鏑、釤、鈥、鐠、
鐿、釹和銩。其也可以作為氧化物而與主晶格(在本實施例中的Gd2Hf2Gy或者
012&207)進行反應(yīng)，以便形成熱敏成像發(fā)光材料。在此，摻雜濃度可以在0.005%至7%之間，尤其是在0.1%至4%之間的范圍內(nèi)。通,擇摻雜用的稀土材料，能夠適當?shù)卮_定熱敏成像發(fā)光材料的發(fā)光輻射的衰變特性，尤其是發(fā)光材料的特征衰變時間。例如可以ffl31摻雜濃度影響特定摻雜材料的發(fā)光輻射強度。內(nèi)層10的層厚優(yōu)選小于內(nèi)層10以及夕胸瓷層13的總層厚的50%。內(nèi)陶瓷層10的厚度,為25拜至100拜、尤其是50Mm士5jnm。內(nèi)層10和外層13的總層厚為300叫或者更多、 為4(%m。最大總層厚有利的是為800拜或者im最大為600^m。
內(nèi)層10的層厚為總層厚的10%至40%,優(yōu)選為10%至30%。同樣有利的是，內(nèi)層10的層厚是總層厚的10%至20%。另選地內(nèi)層10的層厚也可以是總層厚的20%至50%或者20%至40%。如果內(nèi)層10的厚度占總層厚的20%至30%，則同樣獲得有禾啲結(jié)果。然而內(nèi)層10的層厚也可以是總層厚的30%至50%，尤其是40%至50%。盡管外陶瓷層13的絕熱特性好于Zi02層，但是Zr02層f,施涂的與陶瓷 層13 —樣厚。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的層體系的第二實施例。
用第一實施例中的相同標記標識相應(yīng)于第一實施例的元件的第二實施例的 元件，并且不再深入描述。
層體系1具有金屬基底4，該金屬基底4尤其用于應(yīng)該在高溫時使用的構(gòu)件， 該金屬基底4由鎳基或者鈷基超合金構(gòu)成。這種構(gòu)件例如是如燃氣渦輪的轉(zhuǎn)輪 葉片或者導流葉片的渦輪構(gòu)件。
,的是，尤其是MCrAlX型金屬連接層7直接存在于基底4上。然而另 選的是，也可以有一個氧化鋁層作為連接層。關(guān)于MCrAlX連接層的組成與對 第一實施例的連接層所實施的類似。
將陶瓷絕熱層14直接在金屬連接層7上施加為第一層。該絕熱層優(yōu)選由摻 雜的鉿酸軋或者摻雜的鋯酸軋作為以銩(Tm)或者鏑(Dy)為^^材料的燒綠 石相構(gòu)成。該絕熱層也可以由其它燒綠石相或者由兩個或多個燒綠石相的混合 物構(gòu)成。代徵丟或鏑、或者除了銩或鏑之外，同樣還可以應(yīng)用其它摻雜物，例 如其它的稀土材料。在此，纟錄濃度尤其是可以在0.005%至7%之間的范圍內(nèi)。 尤其能夠如第一實施例的夕卜層13 —樣構(gòu)造充當夕卜層的陶瓷絕緣層。這也適用于 就外層13所述的摻雜材料。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的層體系1的另一實施例。
層體系1仍然由基底4構(gòu)成，在基底4上有金屬連接層7。
在其上形成有氧化鋁層(TGO)(未示出)的該金屬連接層上有內(nèi)陶瓷連接 層15，尤其是有部分穩(wěn)定或者完全穩(wěn)定的氧化鋯，然后在內(nèi)陶瓷連接層15上有 由燒綠石相構(gòu)成的內(nèi)絕熱層16。
在內(nèi)絕熱層16上有外絕熱層19。最夕卜層19同樣由燒綠石相制成，尤其是 由如內(nèi)置層16 —樣的同一燒綠石相制成，然而外絕熱層19具有帶發(fā)光材料的 摻雜，如已經(jīng)在圖1和圖2中所述的那樣。在此，摻雜濃度尤其是可以在0.005% 至7%之間的范圍內(nèi)， 在0.1%至4%之間的范圍內(nèi)。原則上迄今為止所述的 各種燒綠石相均可以考慮作為燒綠石相。
摻雜的燒綠石層19的厚度優(yōu)選為2pm至50jum，尤其是5拜至30|tim。
此外在所述實施例中，在相應(yīng)的摻雜燒綠石層上方，原則上也可以有另一絕熱層，例如用釔穩(wěn)定或者部分穩(wěn)定的氧化鋯層或者未摻雜的燒綠石層。
圖4例示出燃氣渦輪100的縱剖面圖。燃氣渦輪100在內(nèi)部具有圍繞轉(zhuǎn)動 軸102轉(zhuǎn)動支承的轉(zhuǎn)子103，轉(zhuǎn)子103具有軸101，轉(zhuǎn)子103也被稱之為渦輪轉(zhuǎn) 子。沿著$好103依次排列著吸氣殼體104、壓縮機105、尤其是環(huán)形燃燒室的 例如環(huán)面形燃燒室IIO、渦輪108以及排氣殼體109，燃燒室110具有多個同軸 設(shè)置的燃燒裝置107。環(huán)形燃燒室110與例如環(huán)形的熱氣管路111相通。在那里 例如四個相繼排列的渦輪級112構(gòu)成禍輪108。 ^渦輪級112例如由兩個葉片 環(huán)構(gòu)成。在工作介質(zhì)113的流動方向上觀察，在熱氣管路111內(nèi)，由轉(zhuǎn)輪葉片 120構(gòu)成的列125緊足艮著導流葉片列115。
在此導流葉片130固定在轉(zhuǎn)子143的內(nèi)殼體138上，反之，列125的轉(zhuǎn)輪 葉片120例如借助于渦輪盤133安裝在轉(zhuǎn)子103上。發(fā)電機或者工作機器(未 示出)連接在轉(zhuǎn)子103上。
在燃氣渦輪100運行期間，空氣135 S31吸氣殼體104被壓縮機105吸入 且壓縮。在壓縮機105的渦輪側(cè)端部上提供的壓縮空氣被輸入燃燒裝置107，并 且在那里與燃燒介質(zhì)混合。在形成工作介質(zhì)113的斜牛下，該混合物^t燒室 110內(nèi)燃燒。從那里出發(fā)工作介質(zhì)113沿著熱氣管路111流經(jīng)導流葉片130和轉(zhuǎn) 輪葉片120。在轉(zhuǎn)輪葉片120上，以脈沖發(fā)送方式釋放工作介質(zhì)113，從而轉(zhuǎn)輪 葉片120驅(qū)動轉(zhuǎn)子103，并且轉(zhuǎn)子103驅(qū)動連接在轉(zhuǎn)子103上的工作機器。
SM氣渦輪100運行期間，承受熱工作介質(zhì)113的構(gòu)件經(jīng)受熱負荷。從工 作介質(zhì)113的流動方向上觀察的第一渦，112的導流葉片130和轉(zhuǎn)輪葉片120， 除了作為環(huán)形燃燒室110襯里的熱屏蔽元件之外，承受最大的熱負荷。為了承 受住那里的主導溫度，導流葉片130和轉(zhuǎn)輪葉片120肖^夠借助于^4卩介質(zhì)被冷 卻。同樣，構(gòu)件的基底能夠具有取向結(jié)構(gòu)，也就是，基底是單晶(SX結(jié)構(gòu))的 或者僅具有縱向定向晶粒(DS結(jié)構(gòu))。例如將鐵基、鎳基或者鈷基超合金用作 為構(gòu)件材料，尤其是渦輪葉片120、 130的材料以及燃燒室110的構(gòu)件的材料。 例如EP 1 204 776 Bl、 EP 1 306 454、 EP 1 319 729 Al、 WO 99/67435或者WO 00/44949己經(jīng)公開了這種超合金；在合金的化學組成方面，這些文獻屬于本公 開的一部分。
導流葉片130具有面對渦輪108內(nèi)殼體138的導流葉片腳(這里未示出) 以及與導流葉片腳對置的導流葉片頭。導流葉片頭是面對轉(zhuǎn)子103的，并且固
12定在定子143的固定環(huán)140上。
圖5以透視圖示出渦輪機的轉(zhuǎn)輪葉片120或者導流葉片130，渦輪機沿著縱 軸線121延伸。
渦輪機可以是用于發(fā)電的發(fā)電站的燃氣渦輪或飛機的燃氣渦輪，或者蒸汽 渦輪或者壓縮機。
葉片120、 130^^縱軸線121依次具有固定區(qū)域400、與固定區(qū)域400相 鄰的葉片工作平臺403以及葉片翼片406和葉片頂端415。作為導流葉片的葉片 130在其葉片頂端415上會詢多具有另一平臺(未示出)。
在固定區(qū)域400內(nèi)構(gòu)成葉片腳183，葉片腳183用于將轉(zhuǎn)輪葉片120、 130 固定在軸或者盤上(未示出)。葉片腳183例如被構(gòu)造為錘頭。作為圣誕樹底部 或者燕尾底部的其它構(gòu)造方式是可行的。葉片120、 130具有針對流經(jīng)葉片翼片 406的介質(zhì)的前緣409和后緣412。
在傳統(tǒng)的葉片120、 130中，在葉片120、 130的所有區(qū)域400、 403、 406 中例如應(yīng)用實體金屬原料，尤其是超合金。例如EP 1 204 776 Bl、 EP 1 306 454、 EP1 319 729 Al、 WO 99/67435或者WO 00/44949已經(jīng)公開了這種超合金；在合 金化學組成方面，這些文獻屬于公開部分。在此，葉片120、 130通過鑄造工藝、 也借助于定向凝固、通過鍛造方法、iM:銑削法或者這些方法的組^喊。
具有單晶結(jié)構(gòu)的工件充當機器構(gòu)件，在運行中，這些工件承受高機械、熱 和/或化學負荷。例如通il^熔體的定向凝固制造這種單晶工件。在此涉及這樣 的鑄造方法，在該鑄造方法中液態(tài)金屬合金被定向凝固成單晶結(jié)構(gòu)，也就是單 晶工件。在這里枝狀晶體沿著熱流定向，形成桿晶體顆粒結(jié)構(gòu)(柱狀，也就是 晶粒沿工件的整個長度延伸并且在此根據(jù)通用的慣用語言被描述為定向凝固) 或者形成單晶結(jié)構(gòu)，也就是由單個晶體制成整個工件。在該方法中，必須避免 轉(zhuǎn)化為等軸晶(多晶)凝固，這是因為通過未定向的生長必然形成橫向和縱向 的晶界，這些晶界破壞了定向凝固或者單晶構(gòu)件的良好特性。如果一般性談到 定向凝固結(jié)構(gòu)，則不僅意為單晶(其不具有晶界或者最多具有小角度晶界)，也 意為桿晶體結(jié)構(gòu)，后者雖然具有沿縱向延伸的晶界，但不具有橫向的晶界。這 兩種說法的晶體結(jié)構(gòu)也被稱為定向凝固結(jié)構(gòu)。例如US-PS 6,024,792和EP0 892 090A1已經(jīng)公開了這種方法；關(guān)于凝固方法，這些文獻是本公開的一部分。
葉片120、 130同樣旨,具有抗腐蝕或者氧化的涂層，例如(MCrA!X; M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(NO組中的至少一個元素，X是活性元素，并且代 表f乙(Y)禾口/或硅和/彌土的至少一個元素，或鉿(Hf))。 EP 0 486 489 Bl、 EP 0 786 017 Bl 、 EP 0 412 397 Bl或者EP 1 306 454 Al已經(jīng)公開了這種合金， 關(guān)于合金的化學組成，這些文獻應(yīng)該是本公開的一部分。密度最好為理論密度 的95M。在MCrAlX層，也就是連接層7上還有陶瓷絕熱層13。此外，在MCrAlX 層和陶瓷層13之間還可以有內(nèi)陶瓷層10。絕熱層覆蓋旨MCrAlX層。通過 例如電子束物理氣相沉積(EB-PVD)等適當?shù)耐扛卜椒ㄔ诮^熱層內(nèi)生成桿狀晶 粒。其它涂覆方法是可以想到的，例如大氣等離子噴涂法(APS)、低壓等離子 噴涂(LPPS)、真空等離子噴涂(VPS)或者化學氣相沉積(CVD)。絕熱層可 以具有多孔的、帶，紋或者 紋的晶粒用以改善抗熱沖擊性。因此絕熱層 ,比MCrAlX層更為多孔。
葉片120、 130可以設(shè)計成空心或者實體的。如果應(yīng)該y賴口葉片120、 130， 則葉片120、 130是空心的并且在必要時還具有薄膜^4卩 L418 (虛線標識)。
圖6示出燃氣渦輪100的燃燒室110。燃燒室110例如被構(gòu)造為所謂環(huán)形燃 燒室，其中，沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102設(shè)置的多個燃燒裝置107 fflA共同的燃 燒室空間154，燃燒裝置107中生成火焰156。為此燃燒室110整體被構(gòu)造為環(huán) 形結(jié)構(gòu)，燃燒室110圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102定位。
為了獲得比較高的效率，燃燒室110被設(shè)計用于大約為IOOO"C至1600°C的 較高工作介質(zhì)M的溫度。為了在運行參數(shù)不禾盱材料的情況下也旨,實現(xiàn)比較 長的使用壽命，燃燒室壁153在其面對工作介質(zhì)M —側(cè)上設(shè)有由熱屏蔽元件155 構(gòu)成的內(nèi)襯。
此外由于jt燒室110內(nèi)的高溫可以為熱屏蔽元件155或者其支撐元件設(shè)置 y轉(zhuǎn)瞎統(tǒng)。熱屏蔽元件155例如是空心的并且必要時還具有通入燃燒室空間154 中的)t4卩 L (未示出)。
由合金制成的每個熱屏蔽元件155在工作介質(zhì)側(cè)具有特別耐熱的保護層 (MQA1X層和陶瓷涂層13以及可能需要的陶瓷層10)。所述保護層能夠類似于 渦輪葉片，艮口例如是MCrAlX: M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)組中的至少 一個元素，X是活性元素，并且代表紀(Y)和/或硅和/或稀土中的至少一個元 素，或鉿(Hf)。 EP0486489B1、 EP0786017B1、 EP0412397Bl或者EP 1 306 454 Al已經(jīng)公開了這種合金，關(guān)于合金的化學組成，這些文te該是本公開的一部分。
在MCrAlX上還有根據(jù)本發(fā)明的陶瓷絕熱層13。 i!31例如電子束物理氣相 沉積(EB-PVD)等適當涂覆方法在絕熱層內(nèi)生成桿狀晶粒。其它涂覆方法是可 以想到的，例如大氣等離子噴凃法(APS)、低壓等離子噴涂(LPPS)、真空等 離子噴涂(VPS)或者化學氣相沉積(CVD)。絕熱層可以具有多孔的、帶， 紋或者M紋的晶粒用以改善抗熱沖擊性。
再加工意"W在渦輪葉片120、 130、熱屏蔽元件155使用之后，必要時必 須將它們的保護層清除(例如iiii噴砂處理)。隨后去除腐蝕和/或氧化層或腐蝕 禾口/或氧化產(chǎn)物。必要時還修復渦輪葉片120、 130或者熱屏蔽元件155內(nèi)的裂縫。 隨后對渦輪葉片120、 130、熱屏蔽元件155進行再次涂覆，并且重新使用渦輪 葉片120、 130或者熱屏蔽元件155。
權(quán)利要求
1.層體系(1)，其具有基底(4)，在所述基底上有第一層(13、14、19)，所述第一層具有熱敏成像材料，其中，所述熱敏成像材料是摻雜有至少一種稀土材料的燒綠石相。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的層體系(1)，其中，所述稀土材料選自下組銪、鋱、鉺、鏑、釤、鈥、鐠、鐿、釹和銩。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的層體系(1)，其中，所述稀土材料是鏑或者銩或者鏑和銩的混合物。
4. 根據(jù)禾又利要求1至3之一所述的層體系(1 )，其中，所述稀土材料的 濃度在0.005%至7%之間的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的層體系(1)，其中，所述稀土材料的摻雜濃度在0.1%至4%之間的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的層體系(1)，其中，所述熱敏成像材料具有(A3X(CxDy)0z形式，其中，x+y-2和z-7，其中，A代表所繊綠石相的至少一種稀土材料，B代表作為摻雜劑的至少一種稀土材料，CM餓鋯，D代表鉿。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的層體系(1)，其中，所述熱敏成像材料具有(A^BX(CxDy)Oz形式，其中，v-2、 x+y-2和z-7，其中，Af^^所述燒綠石相的至少一種稀土材料，B4樣作為摻雜劑的至少一種稀土材料，C代表鋯，Dj樣鉿。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的層體系(1)，其中，所述熱敏成像材料具有(A3)2(CxDyP7形式，其中，x+y = 2，其中，A fW所述燒綠石相的至少一種稀土材料，B fW作為摻雜劑的至少一種稀土材料，C代表鋯，D代表鉿。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的層體系(1)，其中，所述燒綠石相包括(Gd^B)2Hf207或者由(Gd3)2Hf2G7構(gòu)成，其中，B4樣作為摻雜齊啲至少一種稀土材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或者權(quán)利要求9所述的層體系(1 )，其中，所述燒綠石相包括(Gd3)2Zr207或者由(Gd3)2Zr207構(gòu)成，其中，B1樣作為摻雜劑的至少一種稀土材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的層體系(1)，所述層體系具有金屬連接層(7)，所^3I接層設(shè)置在所述基底(4)和所述第一層(13、 14、 19)之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的層體系(1)，其中，所述金屬連接層(7)由MCrAlX合金構(gòu)成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的層體系(1)，其中，所述MCrAlX合金由24至26重量％的鈷、16至18重量％的鉻、9.5至11重lyo的鋁、0.3至0.5重！To的f乙、0.5至2.0重lTo的f來禾口余量f臬構(gòu)成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的層體系(1)，其中，所述MGA1X合金由11至13重量％的鈷、20至22重*%的鉻、10.5至11.5重1%的鋁、0.3至0.5重*°靡乙、1.5至2.5重1%的錸和縫鎳構(gòu)成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的層體系(1)，其中，所述MCrAlX合金由29至31重量。/。的鎳、27至29重1%的鉻、7至9重！To的鋁、0.5至0.7重*%的釔、0.6至0.8重熟的硅和余量鈷構(gòu)成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的層體系(1)，其中，所述MCrAlX合金由27至29重量y。的鎳、23至25重*%的鉻、9至11重量％的鋁、0.5至0.7重量％的釔和^*鈷構(gòu)成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至16之一所述的層體系(1)，所述層體系具有絕熱層，所述絕熱層設(shè)置在所述基底(4 )和所述第一層(13、14、 19)之間或者設(shè)置^i^述金屬連接層(7)和所述第一層(13)之間。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的層體系(1)，其中，所述絕熱層是穩(wěn)定化的氧化鋯層(10)，尤其是憶穩(wěn)定的氧化鋯層，或者M摻雜的燒綠石層。
19. 摻雜有至少一種稀土材料的燒綠石相作為具有熱敏成像特性的絕熱層的應(yīng)用。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的應(yīng)用，其中，摻雜劑選自下組銪、鋱、鉺、鏑、釤、鈥、鐠、鐿、釹和銩。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)用，其中，所述稀土材料的摻雜濃度在0.005%至7%之間的范圍內(nèi)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的應(yīng)用，其中，所述稀土材料的摻雜濃度在0.1%至4%之間的范圍內(nèi)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19至22之一所述的應(yīng)用，其中，所述摻雜的燒綠石相具有(A3)v(QA)0z形式，其中，x+y - 2和z - 7，其中，A ^f撥所述燒綠石相的至少一種稀土材料，B 1樣作為摻雜劑的至少一種稀土材料，CfW鋯，D代表鉿。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的應(yīng)用，其中，所述摻雜的燒綠石相具有(A3)v(CxDy)0z形式，其中，v-2、 x+y = 2和z-7，其中，A代表所述燒綠石相的至少一種稀土材料，B代表作為摻雜劑的至少一種稀土t才料，C代表鋯，Df^鉿。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的層體系(1)，其中，所述摻雜的燒綠石相具有(A3)2(CxDy)07形式，其中，x+y = 2，其中，A代表所述燒綠石相的稀土材料，B代表作為摻雜劑的至少一種稀土材料，C條鋯，D條鉿。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的應(yīng)用，其中，所述燒綠石相包括(Gd3)2Hf207或者由(Gd3》Hf207構(gòu)成，其中，B4樣作為摻雜齊啲至少一種稀土材料。
27. 根據(jù)禾又利要求25或26所述的應(yīng)用，其中，所述燒綠石相包括(Gd3)2Zr207或者由(Gd3)2Zr207構(gòu)成，其中，B《樣作為摻雜劑的至少一種稀土材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種層體系(1)，其具有基底(4)，在基底上有第一層(13)，第一層具有熱敏成像材料。所述熱敏成像材料是摻雜至少一種稀土材料的燒綠石相。
文檔編號G01K1/20GK101578395SQ200780044979
公開日2009年11月11日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者B·韋斯勒, E·舒曼, R·蘇布拉曼尼恩 申請人:西門子公司