專利名稱：：帶有其中填埋顆粒的陶瓷覆層的構(gòu)件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種帶有構(gòu)成外表面的陶瓷覆層的構(gòu)件，在該陶瓷覆層中填埋了顆粒。
背景技術(shù)：
：在EP1096040A2、EP905279A1、EP995816A1、EP933446B1中記載了此類覆層。尤其在最后所提到的那篇文獻(xiàn)中詳細(xì)說明了，可以將顆粒形式的添加劑摻加到所述覆層中，以保證提供腐蝕抑制劑、干燥潤滑劑、顏料的功能或這些功能的組合。在制造這些覆層時(shí)添加分散體的顆粒，分散體構(gòu)成涂層材料。將該涂層材料敷設(shè)到待涂覆的基底上，隨后對(duì)該基底進(jìn)行熱處理，以使覆層硬化。與此同時(shí)在分散體中包含的成分發(fā)生化學(xué)變化，而這些成分有助于形成所述覆層的陶瓷結(jié)構(gòu)。業(yè)已證實(shí)，尤其對(duì)于采用的顏料，在對(duì)構(gòu)件進(jìn)行高溫時(shí)效處理時(shí)或者在使其隨后承受熱負(fù)荷時(shí)遭遇化學(xué)變化，這樣的化學(xué)變化還導(dǎo)致對(duì)外表面視覺印象的改變。這是由于在構(gòu)件的逐漸使用過程中外表面的著色改變造成的。例如可以在燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片或壓縮機(jī)葉片承受高的熱負(fù)荷的運(yùn)行過程中進(jìn)行這種觀察。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種帶有摻入著色顏料的陶瓷覆層的構(gòu)件，該陶瓷覆層具有相當(dāng)高的防止色變的耐溫性。上述技術(shù)問題按照本發(fā)明通過一種本文開頭所述類型的構(gòu)件這樣得以解決，即，所填埋的顆粒為納米顆粒，其中一方面采用氧化鋁納米顆粒以及另一方面采用顏料納米顆粒，在這種情況下后者分別由CrCoAl氧化物或尖晶石類型的化合物組成以及在這種情況下一部分顏料納米顆粒暴露在外表面上。令人出乎意料的是，本身已具有相對(duì)耐熱性的所述顏料通過添加氧化鋁納米顆粒得以穩(wěn)定，從而使顏料納米顆粒在無顏色變化的情況下不僅能經(jīng)受制造該覆層所需的熱處理，而且也能承受經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后所產(chǎn)生的熱負(fù)荷。用于制造覆層所需要的熱處理典型地在400。C的情況下。若采用本發(fā)明的覆層作為燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片或壓縮機(jī)葉片的保護(hù)層，則溫度可以直至達(dá)到800。C到IOO(TC，在這種情況下實(shí)驗(yàn)表明，在這樣高的熱負(fù)荷情況下外表面的著色也能保持穩(wěn)定。采用氧化鋁納米顆粒的另一個(gè)有利的附加效果是，還改善了覆層的耐溫變特性。這意味著，還可以避免在覆層快速冷卻時(shí)生成應(yīng)力裂紋。對(duì)于采用的尖晶石類型的顏料納米顆粒給出了下列常見的經(jīng)驗(yàn)公式以及具體示例M2+M23+04:MgAl204，MnAl204，MnMn204，F(xiàn)eAl204，F(xiàn)eCr204，CoAl204，CoCo204，NiAl204，ZnAl204,FeFe204，CoFe204,NiFe204,MgFe204，MgCa204，Mgln204;M4+M22+04:TiMg204，TiFe204,TiZn204,SnZn204，SnCo204，M6+M2+04:Na2M0()4，Ag2Mo04。按照本發(fā)明的一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)，所述覆層具有多個(gè)層，其中僅在構(gòu)成所述外表面的表層中或在構(gòu)成所述外表面的表層和與該表層鄰接的層中至少設(shè)有顏料納米顆粒，但不是在所有層中設(shè)有顏料納米顆粒。本發(fā)明這項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是，僅在覆層的外表面附近的區(qū)域內(nèi)著色才能引起視覺效果。具體地，顏料納米顆粒必須構(gòu)成外表面的一部分，才能達(dá)到其吸收特定光波長度的光學(xué)特性。但是可能有意義的是，在所述表層之下的各層中也設(shè)有顏料納米顆粒。其背景是，所述覆層遭受某種程度的磨損，從而可能發(fā)生在運(yùn)行期間所述覆層的第一層完全被磨損掉。由此可以同時(shí)有利地實(shí)現(xiàn)一種用于覆層磨損發(fā)展的顏色提示。也就是說，若第一層的顏料納米顆?；蛘咴摰谝粚雍推浜蟮钠渌麑拥念伭霞{米顆粒完全被磨損掉，則該構(gòu)件喪失其典型的顏色。因?yàn)橹旧硎菧囟确€(wěn)定的，所以在任何情況下顏色的改變都?xì)w咎于磨損的發(fā)展，而不是由于顏料著色的篡改。按照另一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)，所述覆層設(shè)計(jì)為梯度層，其中至少所述顏料納米顆粒在覆層中的分布濃度隨著相對(duì)于所述外表面的距離的逐漸增大而減低。由此以類似的方式考慮顏料納米顆粒僅作用在覆層的外表面上的情況，如同已對(duì)多層的覆層結(jié)構(gòu)所闡述的那樣。通過檢查覆層著色的磨損提示也可以在將覆層設(shè)計(jì)為梯度層的情況下實(shí)現(xiàn)。在這種情況下由于覆層外表面的磨穿使磨損繼續(xù)發(fā)展而降低了顏色強(qiáng)度，因?yàn)槠鹬饔玫念伭霞{米顆粒的濃度持續(xù)降低。另外，本發(fā)明還涉及一種制造構(gòu)件上的陶瓷覆層的方法，其中在構(gòu)件上敷設(shè)由溶劑、陶瓷的溶解前體以及分散的顆粒組成的涂層材料。隨后將設(shè)有所述涂層材料的構(gòu)件進(jìn)行熱處理，在此使所述溶劑蒸發(fā)以及在將顆粒填埋到所述陶瓷覆層中后使所述陶瓷前體轉(zhuǎn)變，其中所述顆粒影響覆層外表面的顏色。這樣一種方法在本文開頭已借助于在那里提到的專利文獻(xiàn)作了闡述?；谶@一點(diǎn)，本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是，提供一種上述類型的制造陶瓷覆層的方法，利用該方法可以制造具有相對(duì)溫度穩(wěn)定性著色的陶瓷覆層。該技術(shù)問題利用所述方法按照本發(fā)明是這樣解決的，即，所述顆粒采用納米顆粒，其中一方面分散有氧化鋁納米顆粒，以及另一方面分散有顏料納米顆粒，在這種情況下該顏料納米顆粒分別由CrCoAl氧化物或尖晶石類型的化合物組成以及在這種情況下至少一部分顏料納米顆粒暴露于所述外表面上。點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)尤其在于外表面著色的耐熱性，該耐熱性可高達(dá)IOO(TC并因此能夠?qū)Τ惺芨邷責(zé)嶝?fù)荷的構(gòu)件、例如燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片或壓縮機(jī)葉片進(jìn)行溫度穩(wěn)定的著色。在所述方法中采用的涂層材料由分散體構(gòu)成。除了氧化鋁納米顆粒和顏料納米顆粒外還可以在該分散體中添加其他的例如改善涂層防腐特性的顆粒。在上述現(xiàn)有技術(shù)中提供的物質(zhì)，尤其是含磷、^洛、鉬或鎢的酸作為分散體媒質(zhì)中溶解的待制造陶乾的前體。這些成分通過熱處理傳遞到陶瓷的覆層基質(zhì)中。按照本發(fā)明方法的一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)，在涂層材料中納米顆粒的份額至少占5%至40°/。的重量百分比。本申請的百分比數(shù)據(jù)在沒有更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)的情況下也可以理解為質(zhì)量百分比。通過采用納米顆?？梢杂欣靥岣哳w粒在分散體中可達(dá)到的濃度，從而可以通過添加的納米顆粒更大地影響待形成的覆層的功能性。此外所制造的分散體有利地更加穩(wěn)定。根據(jù)所希望的加工形式，所述涂層材料可以是氣態(tài)、液態(tài)或者膏狀的。如可以采用噴灑、噴射、涂刷、浸漬、拋擲或摩擦。按照本發(fā)明的一項(xiàng)獨(dú)特的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，氧化鋁納米顆粒與顏料納米顆粒的質(zhì)量比界于1:3與3:1之間。業(yè)已證實(shí)，對(duì)于這樣的比例而言，通過顏料納米顆粒對(duì)外表面著色的已描述的作用與通過氧化鋁納米顆粒達(dá)到的恒溫作用之間關(guān)系是最恰當(dāng)?shù)?。下面借助附圖對(duì)本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)予以說明。在所有附圖中相同或相應(yīng)的元件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)注以及僅是在闡述各圖之間的區(qū)別時(shí)才多次提及。其中圖1和圖2示出了本發(fā)明覆層的實(shí)施例的簡略剖面圖，所述覆層設(shè)計(jì)為多層結(jié)構(gòu)的覆層；以及圖3示出了設(shè)計(jì)為梯度層的本發(fā)明覆層的實(shí)施例。具體實(shí)施例方式圖1所示的構(gòu)件11具有覆層12,該覆層由表層13和其他層14組成。在表層中加入了顏料納米顆粒15和氧化鋁納米顆粒16,它們暴露于構(gòu)件的外表面17上、亦即暴露于由表層13構(gòu)成的外表面17上。隨后的其他層14沒有所述的納米顆粒。納米顆?？梢岳斫鉃榇笮≡诤米以下、優(yōu)選小于100納米的顆粒。所述顏料納米顆粒分別由所述尖晶石化合物中的一種組成。為了通過顏色混合形成外表面顏色，必須將各種不同成分的顏料納米顆粒相互混合，但是在這種情況下每種顏料納米顆粒僅具有一種類型的化合物。這當(dāng)然適用于由CrCoAl氧化物組成的顏料納米顆粒，該CrCoAl氧化物本身沒有尖晶石類的氧化物。圖2所示的構(gòu)件與圖1所示的構(gòu)件的區(qū)別在于，另外在表層13之后的兩個(gè)其他層14a中設(shè)有顏料納米顆粒15和鋁納米顆粒16。僅有位于構(gòu)件11上的最下層14b沒有這樣的顆粒。覆層12可以是防腐層，在這種情況下在由磨損引起對(duì)該覆層的磨蝕達(dá)到厚度直至到最下層14b時(shí)該防腐層仍保持防腐作用。也就是說，在層13和14a逐層磨損的情況下外表面17的著色仍然存在。只有在層磨損繼續(xù)發(fā)展達(dá)到層14b時(shí)，才導(dǎo)致該外表面的顏色改變，這可以作為評(píng)估更換構(gòu)件或更新覆層的提示。圖3所示的覆層12涉及梯度層。這意味著，氧化鋁納米顆粒16和顏料納米顆粒15的濃度C朝外表面17的方向逐漸增大(用箭頭18表示)。在該實(shí)施例中由磨損引起的覆層磨蝕導(dǎo)致逐漸降低外表面的顏色強(qiáng)度，從而可以將該參數(shù)作為覆層磨損發(fā)展的提示來進(jìn)行分析。氧化鋁納米顆粒具有成分A1203。下面作為范例給出制造所述覆層的方法。下表給出了顏料組合，對(duì)這些顏料組合的適用性進(jìn)行了檢查并分別提供了好的結(jié)果。業(yè)已證實(shí)，利用顏料組合5、7和9可以達(dá)到高的外表面顏色強(qiáng)度以及有關(guān)涂層材料的噴射性方面的可加工性。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種帶有構(gòu)成外表面(17)的陶瓷覆層(12)的構(gòu)件，其中在該覆層中填埋影響該外表面顏色的顆粒，其特征在于，所填埋的顆粒為納米顆粒，其中一方面采用氧化鋁納米顆粒(16)以及另一方面采用顏料納米顆粒(15)，在這種情況下所述顏料納米顆粒分別由CrCoAl氧化物或尖晶石類型的化合物組成以及至少一部分顏料納米顆粒暴露于所述外表面(17)上。2.如權(quán)利要求l所述的構(gòu)件，其特征在于，所述覆層(12)具有多個(gè)層(13，14)，其中僅在構(gòu)成所述外表面(17)的表層(13)中或在構(gòu)成外表面(17)的該表層(13)和與該表層鄰接的層(14a,14b，14c)中至少設(shè)有顏料納米顆粒(15),但不是在所有層中設(shè)有顏料納米顆粒。3.如權(quán)利要求l所述的構(gòu)件，其特征在于，所述覆層(12)設(shè)計(jì)為梯度層，其中至少所述顏料納米顆粒(15)在所述覆層中的分布濃度隨著與所述外表面(17)距離的增大而減低。4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件可承受高的熱負(fù)荷，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片或壓縮機(jī)葉片。5.—種制造構(gòu)件(13)上的陶瓷覆層(12)的方法，其中在構(gòu)件(13)上敷設(shè)由溶劑、陶瓷的溶解前體以及分散的顆粒組成的涂層材料，將設(shè)有所述涂層材料的構(gòu)件(13)進(jìn)行熱處理，在此使所述溶劑蒸發(fā)并在將顆粒填埋到所述陶瓷覆層中后使所述陶瓷前體轉(zhuǎn)變，其中所述顆粒影響覆層外表面(17)的顏色，其特征在于，所述顆粒采用納米顆粒，其中一方面分散有氧化鋁納米顆粒(16),以及另一方面分散有顏料納米顆粒(15)，在這種情況下該顏料納米顆粒分別由CrCoAl氧化物或尖晶石類型的化合物組成以及在這種情況下至少一部分顏料納米顆粒暴露于所述外表面(17)上。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在涂層材料中納米顆粒的份額至少占5%至40%的重量百分比。7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，氧化鋁納米顆粒與顏料納米顆粒的質(zhì)量比界于1:3與3:1之間。全文摘要本發(fā)明涉及一種設(shè)有構(gòu)成外表面(17)的陶瓷覆層(12)的構(gòu)件(11)。按照本發(fā)明，至少在所述覆層的表層(13)中設(shè)有由CrCoAl氧化物或尖晶石類型的化合物組成的顏料納米顆粒(15)和氧化鋁納米顆粒(16)。這種在覆層中的納米顆粒的組合有利地使得外表面著色的耐熱性達(dá)到迄今未知的1000℃。由此也可以使承受高熱負(fù)荷的構(gòu)件、例如燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片或壓縮機(jī)葉片設(shè)有耐高溫的著色。這樣這例如可以用于視覺檢查。另外本發(fā)明還涉及一種制造本發(fā)明覆層的方法。文檔編號(hào)C23C26/00GK101348912SQ20081021541公開日2009年1月21日申請日期2008年6月30日優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日發(fā)明者丹尼爾·柯特維爾耶西,加布里埃爾·溫克勒,厄休斯·克魯格,弗蘭克·阿恩特,詹斯·D·詹森申請人:西門子公司