技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于熱機(jī)(特別是用于燃?xì)鉁u輪)的高溫構(gòu)件技術(shù)。它涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序的高溫?zé)嵴贤繉印?/p>

背景技術(shù)

燃?xì)鉁u輪技術(shù)中的進(jìn)步主要依靠用于其構(gòu)件(特別是葉片、靜葉、隔熱罩或燃燒器襯套)的先進(jìn)材料的進(jìn)步。一方面，燃?xì)鉁u輪市場的增長可通過提高燃?xì)鉁u輪設(shè)備的效率并且朝CO₂捕獲和儲存努力來與京都協(xié)定的目標(biāo)相容(這將減少整體設(shè)備效率)。效率提高可或者通過減少用于渦輪葉片和燃燒器襯套的冷卻，或者通過提高點(diǎn)火溫度來實(shí)現(xiàn)。

在過去，已示出利用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)制備的葉片或其他構(gòu)件的熱障涂層(TBCs)達(dá)到材料的固有極限。操作溫度的提高可通過或者將新的穩(wěn)定元素加入到氧化鋯或通過使用新的保護(hù)材料來獲得。目標(biāo)是新一代的燃?xì)鉁u輪，其要求TBCs能夠在多于20'000小時(shí)期間耐受約1400℃的溫度。這些高操作溫度要求新的涂層解決方案。

在現(xiàn)有技術(shù)中，已提出通過以下方案來穩(wěn)定氧化鋯以提高其高溫穩(wěn)定性：利用兩種或更多種氧化物(例如見文獻(xiàn)US?7,087,266，US?7,060,365，US?6,960,395，US?6,890,668和US?2006/0046090)，或?qū)⒎€(wěn)定碳或包含氣體的碳俘獲在孔中(見文獻(xiàn)US?6,998,172或US?2005/0126494)，或在上層中提供包含環(huán)境阻擋物的鋁(見文獻(xiàn)US?7,008,674和US?6,893,750)，或具有菱形相(見文獻(xiàn)US?2006/0121294和US?2006/0121293)或立方氧化鋯相(見文獻(xiàn)US?6,887,595和US?2005/0170200)的復(fù)合物。

其他技術(shù)致力于通過以下方案來改善氧化鋯的熱穩(wěn)定性：加入高量氧化鐿或氧化釔(見文獻(xiàn)US?6,946,208和US?6,930,066)，或通過提供環(huán)境阻擋物的含鋁頂層(見文獻(xiàn)US?6,929,852)，或通過具有燒綠石型結(jié)構(gòu)的新氧化物(見文獻(xiàn)US?6,835,465，US?6,387,539，US?6,387,526，US?6,365,281，US?2006/0286401和US?2006/0245984)。

通過以Er203混合氧化鋯來提高其穩(wěn)定性(見文獻(xiàn)US?6,916,551)或者通過Re_xZr_1-x,Cy,(見文獻(xiàn)US?7,041,383和US?6,803,135)來進(jìn)行更多努力。文獻(xiàn)US?7,001,859涉及致力于利用主穩(wěn)定劑與兩種成簇(cluster-forming)摻雜劑一起來穩(wěn)定的氧化鋯。

由于利用6-8個(gè)重量百分比的氧化釔穩(wěn)定的YSZ分解動(dòng)力在大于1200℃的溫度下變得明顯，故在高于1200℃的表面溫度下，不可以以延長的操作間隔操作。存在可理論上耐受直到1400℃的表面溫度的許多材料。但至今，沒有一種材料已被充分證明適合用在TBC中，主要是因?yàn)閮H部分地了解它們在燃燒環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性、熱機(jī)械兼容性和與其他TBC成分的化學(xué)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供特別是用于燃?xì)鉁u輪葉片的高溫?zé)嵴贤繉?HT-TBC)，其能夠在20'000小時(shí)期間耐受約1400℃下的操作，且對于TBC系統(tǒng)的溫度范圍1000℃-1400℃具有小于2W/mK的導(dǎo)熱性(TC)_K。

本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供由此種HT-TBC保護(hù)的用于熱機(jī)的構(gòu)件。

這個(gè)和其他目標(biāo)通過根據(jù)權(quán)利要求1的涂層而獲得。

用于保護(hù)熱機(jī)(特別是燃?xì)鉁u輪)的熱載荷構(gòu)件的高溫?zé)嵴贤繉佑煞€(wěn)定的ZrO₂合成物構(gòu)成。其特征在于，所述合成物利用至少15mol%的Y_1+vTa_1-vO_4-v而穩(wěn)定，ZrO₂由至少10mol%的HfO₂替換，且合成物根據(jù)公式

(Y_1+νTa_1-νO_4-ν)_z(Zr_1-xHf_xO₂)_1-z

來確定，其中x的范圍從0.1到0.5，v的范圍從-0.1到0.2，且z的范圍從0.15到0.25。

特別地，x的范圍將是從0.15到0.25，v的范圍將是從0到0.1，且z的范圍將是從0.18到0.23。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，高溫?zé)嵴贤繉痈采w由基底合金制成的構(gòu)件。