CN101125753A - 可磨耗的氧化镝稳定的氧化锆 - Google Patents

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Abstract

陶瓷可磨耗材料，尤其可热喷涂陶瓷可磨耗粉末材料，和由热喷涂该材料所形成的可磨耗密封包括氧化镝(Dy2O3)和氧化锆(ZrO2)，具体而言，该陶瓷可磨耗材料为可磨耗的氧化镝稳定的氧化锆。涂层是多孔的，其中部分孔隙由塑料或挥发相引进。包含氧化镝和氧化锆的可磨耗密封涂层具有更好的耐热冲击性和耐烧结性并能被未处理裸露涡轮叶片磨出间隙，至少在相对叶片速度和涂层孔隙率的某些范围内。包含氧化镝和氧化锆的陶瓷可磨耗叶片能用到最高温度达1200℃。

Description

可磨耗的氧化镝稳定的氧化锆
相关申请交互参考
[0001]本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求源自2006年6月8日提交的美国临时专利申请60/811,799的优先权，该申请全文引于此供参考。
关于资助研究或发展的声明
[0002]不适用。
关于序列表
[0003]不适用。
技术领域
[0004]本发明一般地涉及间隙控制或可磨耗材料领域。更具体地，本发明涉及陶瓷可磨耗材料和，甚至更具体地，涉及包括氧化镝和氧化锆的陶瓷可磨耗涂层，其中氧化镝起稳定剂的作用，也使可磨耗涂层比现有技术可磨耗涂层具有高得多的耐热冲击性和可磨耗性。
背景技术
[0005]在飞机或固定式气体涡轮发动机中，有许多空气或气体密封部位。所有这些密封部位对安全和有效的发动机操作都很重要。数十年来一直致力于提高新的和现有发动机的效率和功率输出。提高气体涡轮发动机内转动和静止部分之间的密封性可以大大减小寄生泄漏且因此能通过提高效率和功率输出而提高性能。自上世纪六十年代末期以来，可磨耗密封已用于喷气发动机，而且作为减小气路顶空间隙的较简单方法而在工业涡轮机领域内获得更多的关注。它们以较低的成本和微小的工程复杂性为新的和快速单元提供间隙减小。这些材料被涂布到气体或蒸气涡轮发动机的覆环或罩壳上并在操作期间受旋转叶片磨耗。结果是把间隙减小到原本难以达到的程度。
[0006]在发动机的压缩段，用热喷涂金属或金属复合材料的方法涂布可磨耗密封。目前涡轮机上的气路密封大多通过铜焊全金属蜂窝密封而实现，全金属蜂窝密封和加罩涡轮叶片上的鳍形成有效的迷宫式密封。但近来已致力于为高达950℃下长期服役和利用敞开式涡轮叶片提供热喷涂金属高温密封的解决办法。对于更高的温度，金属材料不再提供必要的耐氧化和耐热气体腐蚀性，因此不得不考虑用陶瓷材料来作为在高达1200℃或甚至更高温度下操作的密封。
[0007]传统的气体涡轮发动机可以用多孔陶瓷可磨耗材料，如氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)，YSZ。先前已公开标准隔热涂层(TBCs)中所用的以6～8重量％氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆制成的可磨耗密封材料。虽然这种标准YSZ材料基本适用于作可磨耗材料，但它们在应用中的性能，如热冲击行为、耐烧结性等远非最佳，而且不能被带有未处理裸露合金叶尖的敞开式叶片所磨耗。
[0008]其它参考文献已公开了多层可磨耗隔热涂层体系，该体系比现有技术材料更软和更耐烧结，而且在陶瓷层之一中包含氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆或YbSZ，氧化钇在该陶瓷层中的浓度为至少50％。这些参考文献描述了该体系在与带碳化硅(SiC)叶尖的叶片对磨试验时的可磨耗性，并已公开，在经受1200℃烧结处理后，本发明涂层的可磨耗性优于现有技术的YSZ，如8％氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ)。
[0009]陶瓷可磨耗涂层需要特殊的性能谱才能保证它们作为高温可磨耗密封的最佳性能。需考虑的一点是，与隔热涂层不同，可磨耗涂层要求较厚的涂层来适应在一定最小厚度表面上的设计侵入深度。这就对陶瓷可磨耗涂层提出了另一项重要性能要求，即涂层在受热冲击载荷期间的耐散裂性，该性能一般随涂层厚度的增加而减小。技术上仍需要提供具有更好耐热冲击性的密封。
[0010]由于上述陶瓷对金属是磨料，所以可磨耗陶瓷一般需要硬叶尖与之对磨，以防止金属叶尖过度受损。典型的工业硬叶尖的解决办法是利用超硬陶瓷材料，如在耐氧化金属基体内的立方氮化硼(cBN)或碳化硅(SiC)。虽然这类磨尖提高了叶片的切削行为，但应用起来很昂贵，而且最佳陶瓷可磨耗体系应通过使密封具有更好的可切削性或可磨耗性而避免需要硬叶尖。因此目前在技术上仍需要提供具有更好可磨耗性的陶瓷密封。
发明内容
[0011]本发明的目标是用于蒸汽、工业和航空航天应用的涡轮发动机中涡轮叶尖与覆环(shroud)或罩壳(casing)之间间隙控制的可磨耗陶瓷。按照本发明实施方案的可磨耗陶瓷一般是多孔可磨耗的，它提供大大提高的耐热冲击性以及未处理裸露涡轮叶尖磨进该可磨耗材料而不损伤叶尖的能力。
[0012]本发明的实施方案提供包含氧化镝(Dy2O3)和氧化锆(ZrO2)的陶瓷可磨耗材料。一般而言，该材料可包括约2～50重量％氧化镝，其余部分除杂质外是氧化锆。按照本发明的一个实施方案，在氧化锆中加入约10重量％的氧化镝，以产生10重量％氧化镝稳定的氧化锆或10DySZ。按照该实施方案的可磨耗组合物，与传统的YSZ组合物相比，其耐热冲击性提高3～4倍，而且具有明显提高的耐蚀性和可磨耗性。按照本发明的实施方案还提供氧化镝稳定的氧化锆组合物在涡轮发动机密封部件中的应用。
[0013]因此本发明提供耐热冲击性、耐蚀性和被涡轮叶尖切削的能力等超过传统密封的陶瓷可磨耗密封。
附图说明
[0014]为了对本发明提供进一步理解而被包括的且构成本说明书一部分的附图，说明本发明的实施方案并与本说明书一起用来解释本发明的原理。在这些附图中：
[0015]图1给出包括按照本发明的可磨耗材料的涡轮发动机级的纵向剖面示意图；
[0016]图2示意按照本发明的可磨耗涂层的局部放大；
[0017]图3给出代表本发明一个优选实施方案的实际可磨耗涂层的横截面光学显微照片；
[0018]图4示意用来试验按照本发明的陶瓷可磨耗材料耐蚀性的试验设备；
[0019]图5是示意现有的和按照本发明的新型陶瓷可磨耗材料在室温下的耐蚀性图；
[0020]图6示意试验可磨耗材料耐热冲击性和耐烧结性的高温试验法；
[0021]图7给出现有的和按照本发明的新型陶瓷可磨耗材料在1150℃的热冲击/烧结性结果；
[0022]图8描述测定陶瓷可磨耗材料的可磨耗性所用的试验设备；
[0023]图9示意用来评价可磨耗材料可磨耗性的典型试验矩阵或“磨耗图”；
[0024]图10A-C给出现有的和按照本发明的新型陶瓷可磨耗材料在1100℃试验温度下和图9所示的试验参数下的可磨耗性结果；
[0025]图11A-B、12A-B和13A-B给出叶尖和包括按照本发明实施方案的涂层在内的可磨耗涂层在1100℃和按照图9所选的试验参数下试验后的状态；
[0026]图14示意制备按照本发明的可热喷涂陶瓷可磨耗粉末组合物的方法；
[0027]图15示意可热喷涂陶瓷可磨耗粉末组合物的等离子体致密化和合金化的方法；和
[0028]图16示意提供聚合物/陶瓷复合材料的方法，在本发明的一个优选实施方案中，该材料被用作成孔材料加入可磨耗材料。
具体实施方式
[0029]下面将详细参考本发明的优选实施方案，其中的实施例示意在附图中。
[0030]图1示意由转子130和固定覆环或罩壳160构成的一级涡轮发动机的截面图。图1给出了通过叶根112固定在绕轴121旋转的转盘120上的叶片110。在180方向上通过叶片110的热气体使叶片/盘组件转动。叶片有一个叶尖111，它可以是裸露的或其上带有磨料的。叶片110和盘120形成一级涡轮发动机中绕轴121旋转的转子部分。图1也给出了罩壳160，其作用是罩住加压涡轮机级并引导气体在180或平行于壳壁160的方向上流过涡轮叶片120。壳壁160由罩壳金属结构140构成，它可以环状壳环或分段环并在其上带有密封涂层体系150的形式提供。罩壳金属结构140上的涂层体系150，在叶片110的叶尖111和罩壳金属结构140之间起可磨耗密封材料的作用。按照本发明的可磨耗密封涂层体系150包括在表面涂层中作为可磨耗密封材料的氧化镝(Dy2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)。在按照本发明的涂层体系的表面涂层中，Dy2O3稳定剂的含量一般可以为约2～50重量％，其余部分除杂质外是ZrO2。下面的结果和描述所涉及的本发明的实施方案使用含约8～12重量％Dy2O3以及其余部分除杂质外是ZrO2的可磨耗密封材料，称作氧化镝稳定的氧化锆，DySZ。
[0031]在操作中，叶片110以很高的转速并在高温和高气流速度环境中旋转。为了使流过叶片110的气流尽可能大并避免尖上漏流，叶尖111和罩壳160之间的间隙需保持很小。在涡轮发动机操作期间，转子组件130在170方向上的径向移动会使快速旋转的叶片110反复接触可磨耗密封涂层体系150，因此需把涂层体系150设计到叶尖111能磨进密封涂层体系150而不损伤叶片120或罩壳金属结构140。按照本发明的密封材料允许裸露或无涂层叶尖111以高相对速度磨进陶瓷可磨耗密封涂层体系150。按照本发明实施方案的可磨耗密封涂层体系的另一个特性在于具有优良的耐热冲击性和良好的耐蚀性，因此提供综合性能大大超过现有技术的可磨耗密封涂层体系。
[0032]图2示意壳壁160的局部放大部分A，包括覆环或罩壳金属结构140和陶瓷可磨耗密封涂层体系150。图2示意陶瓷可磨耗密封涂层体系150包括3个具体层：粘结涂层210、热增长氧化层220和，最后，陶瓷表面涂层230。陶瓷密封体系150的陶瓷表面涂层230含粗孔隙240。在本发明的一个实施方案中，陶瓷表面涂层230的孔隙是通过用除氧化镝稳定的氧化锆(DySZ)外还含挥发填料相，如聚合物或聚合物/陶瓷(如hBN)复合物的陶瓷粉末可磨耗材料热喷涂陶瓷涂层230而实现的。在喷涂这类粉末以产生陶瓷表面涂层230期间，挥发性填料相与陶瓷相一起沉积并分散在陶瓷相内，且随后能通过热处理可磨耗涂层体系150而被除去，以产生孔隙240。
[0033]粘结涂层210由，例如，下列粘结涂料组成：铝化镍(NiAl)、铝化钴(CoAl)、铝化铂(PtAl)或常用MCrAlY型材料，其中M＝Ni或Co或它们的混合物。这类粘结涂层可以用火焰喷涂法、等离子体喷涂法，如大气等离子体喷涂(APS)法、HVOF喷涂法、溅射或物理蒸气沉积(PVD)法涂布。在粘结涂层210与陶瓷表面涂层230界面处的热增长氧化层220可以仅在陶瓷密封涂层体系的高温暴露期间形成且在此仅为参考而示意。
[0034]在本发明的实施方案中，粘结涂层210是NiCrAlY材料，标称组成为22重量％Cr、10重量％Al、1.0重量％Y，其余部分除杂质外是Ni。该粘结涂料是获自Sulzer Metco的商品名称为AMDRY 962的气体雾化粉末。由AMDRY 962制成的涂层一般都用APS法涂布。喷涂AMDRY 962粘结涂层所用的喷涂参数示于表1。
表1：形成AMDRY 962粘结涂层所用的喷涂参数(参考：05C0422)
  枪：   Sulzer Metco 9MB
  喷嘴：   GH/732
  载气：   Ar；5nlpm
  粉末进料速率：   150g/min
  喷射距离：   75mm
  主要气体：   Ar；37nlpm
  次要气体：   H2；8.8nlpm
  电弧电流：   410A
  电压：   62.5V
在本发明的又一个实施方案中，表面涂层230是10重量％氧化镝稳定的氧化锆(10DySZ)，含有粗孔隙240，引进孔隙240到表面涂层230的方法如下：在10DySZ镝稳定的氧化锆喷涂粉末中加入5重量％聚合物复合材料挥发性填料，然后通过在480℃热处理该涂层8h烧去留在喷涂涂层内的聚合物。虽然在该实施方案中用了5重量％填料，但可以用其它填料量。例如，在沉积前，挥发性填料的总量可以是0.3～15重量％。表面涂层230用APS法按表2详列的喷涂参数进行涂布。
表2：形成10DySZ表面涂层所用的喷涂参数(参考：05C0422)
  枪：   Sulzer Metco 9MB
  喷嘴：   GH/732
  载气：   Ar；9nlpm
  粉末进料速率：   52g/min
  喷射距离：   75mm
  主要气体：   Ar；40nlpm
  次要气体：   H2；14.0nlpm
  电弧电流：   480A
  电压：   70.4V
[0035]以上详述的本发明该实施方案的表面涂层230和粘结涂层210示于图3，该图示意沉积在Ni基罩壳金属材料140上的陶瓷涂层体系150。图3给出由AMDRY 962粘结涂层210和10DySZ表面涂层230组成的涂层体系150，表面涂层230在烧去聚合物相之前含有诱导孔隙240的聚合物，所以图3中的表面涂层孔隙240中仍填有聚合物。测得如图3所示的涂层体系150的聚合物-填充孔隙率为29.9体积％，它代表本发明的又一个优选实施方案，但一般而言，按照本发明的孔隙率可以为约15体积％～45体积％。
[0036]图4示意用来评价可磨耗涂层耐蚀性的设备。一束磨砂颗粒410以角度430入射到可磨耗涂层420的表面。磨砂束410用在压缩空气流中引进磨料粉的方法形成，并从喷嘴440中以射程450喷至可磨耗涂层420的表面。按照本发明的陶瓷可磨耗表面涂层420用下列参数进行试验：磨砂：600g颗粒尺寸为50μm的氧化铝；入射角430：20°；射程450：100mm。表面涂层被侵蚀的最深点460用球测微计测量，由试验得到的侵蚀数E按下式计算：
E＝试验时间(s)/[侵蚀深度(英寸)×1000]
侵蚀数E用s/密耳为单位表示，并代表侵蚀1/1000英寸(25.4μm)厚表面涂层所需的时间，单位为秒。按照该定义，侵蚀数E越大，表示耐蚀性越好。
[0037]图5示意对具有不同孔隙率的陶瓷表面涂层进行上述侵蚀试验的结果。该图包括由商品陶瓷可磨耗材料SM 2460所形成的涂层的结果，该材料是由6～8重量％氧化钇稳定的氧化锆和4重量％聚酯组成的复合材料。该图也给出了混有5重量％与以上10DySZ材料中所加入的相同的聚合物的实验性氧化钇稳定的氧化锆(7YSZ)材料的结果。具有不同总孔隙率的表面涂层靠改变表2中所示的参数来形成。图5示出的所有涂层都用Sulzer Metco 9MB等离子体枪和与上述相同的粉末填料器和控制台进行喷涂。图5给出了耐蚀性随陶瓷表面涂层孔隙率增加而降低的一般趋势。对于给定的表面涂层孔隙率，按照本发明的10DySZ材料具有最好的耐蚀值。E＞0.7s/密耳的结果对用于涡轮发动机显然是合格的，因为这是目前涡轮机硬件上所用的典型7YSZ隔热涂层(TBC)在用图4所述的设备测量时的侵蚀数。
[0038]图6示意评价上述可磨耗密封涂层体系150的耐热冲击性的典型时间/温度曲线。一个热冲击循环由在约10min内把涂层体系加热到1150℃的迅速升温周期610、把涂层体系保持在1150℃下45min的恒温周期620和以强迫空气在5min内把涂层体系/可磨耗表面涂层迅速冷却到50℃的冷却周期630构成。在进行热冲击试验时，涂层迅速加热的610实现如下：把含有数个涂层样品的样品池器或盘上抬进入保持在1150℃试验设定温度下的电加热炉内。涂层体系630的迅速冷却实现如下：降下样品盘，移出电炉并用压缩空气骤冷该试验涂层体系。由于图6的循环已在试验方法中包括了在试验设定温度下保持45min的驻留时间，因此这里详述并用来评价按照本发明的涂层体系的热冲击试验也起烧结试验的作用。
[0039]图7示意对各种涂层体系进行上述热冲击试验的结果随它们可磨耗表面涂层孔隙率变化的结果。这里受试的且包括按照本发明的涂层在内的表面涂层厚1mm或更厚。一般而言，图7中的数据说明，与参比可磨耗涂层体系SM2460和7YSZ相比，用按照本发明实施方案的涂层能使涂层体系的耐热冲击载荷提高3～4倍。
[0040]图8示意试验按照本发明的陶瓷可磨耗表面涂层的试验装置。图8所示的试验台用来评估陶瓷涂层体系的可磨耗性。它一般由转盘810、可移动样品固定器820和加热设备830构成。试验叶片840被安装在带有平衡叶片850的转盘810上。用步进马达880把沉积在金属基材860粘结涂层上的陶瓷可磨耗试验涂层870推近带叶片转子810。该设备允许以可控侵入速率把试验叶片840推进陶瓷可磨耗试样。盘的旋转使试验叶片的叶尖具有一定的速度，这里称之为叶尖速度。叶尖速度和叶片侵入速率再加上涂层温度是模拟某种涡轮发动机摩擦条件的3个主要参数。加热装置830能把可磨耗试验涂层870加热到高达1200℃的温度。与可磨耗陶瓷对摩擦的叶片一般都带有硬尖，如前所述。值得指出的是，这里描述的试验使用由因科镍合金718制成的叶片毛坯的未处理裸尖。
[0041]图9示意评价按照本发明实施方案的涂层的可磨耗性所用的试验条件的标准矩阵或“磨耗图”。磨耗图上所示的试验条件给出了航空或动力涡轮发动机一般可能遇到的标称叶尖侵入条件概况。图10以因科镍718试验叶片磨耗的总侵入深度百分数给出可磨耗性试验结果，侵入深度是叶尖与陶瓷可磨耗涂层表面从第一个接触点到最后一个接触点之间的位移。选择的设定侵入深度是0.7mm。试验在1100℃进行。图10给出了对下列体系作以上定义的可磨耗性试验的结果：(A)按照本发明且示于图3的10DySZ/AMDRY 962涂层体系，在10DySZ表面涂层中含29.9体积％主要由聚合物引进的孔隙率，(B)含23.9体积％主要由聚合物引进的孔隙率的7YSZ表面涂层，它沉积在由AMDRY962制成的标称厚度为170μm的粘结涂层上，和(C)由AMDRY 995制成的孔隙率小于5体积％的全金属可磨耗MCrAlY。图10表明，按照本发明的10DySZ可磨耗涂层在受试涂层中具有最好的总可磨耗性。尤其是，10DySZ可磨耗涂层在350和410m/s高叶尖速度的试验条件下具有很少量的，一般是可接受的叶片磨耗。
[0042]图11A示意上述涂层体系(A)的10DySZ(10重量％Dy2O3稳定的ZrO2)表面涂层。图11B示意与表面涂层对磨的2mm宽因科镍718试验叶片的裸尖，以及图11A示意被叶片侵入陶瓷涂层的磨痕，条件是：1100℃涂层温度、沿磨痕410m/s的相对叶尖速度和5μm/s侵入速率。如由图11A-B可见，裸金属尖在陶瓷可磨耗表面磨出了清晰磨痕，但仅观察到2.8％这样非常有限而均匀的叶片磨耗。
[0043]图12A-B示意对上述(B)的7YSZ(7重量％Y2O3稳定的ZrO2)表面涂层试验(试验条件同上)后的叶尖(图12B)和磨痕状态(图12A)。图12B中给出了很差的超过70％的叶片磨耗，以及图12A表明，在相互摩擦期间，因叶片金属擦拭到陶瓷上所产生的变色磨痕变明显了。图13A-B给出了在与以上图11A-B和图12A-B所述的相同条件下试验的上述全金属MCrAlY涂层(C)。如从图13A-B中可见，均匀而过量的叶片磨耗变得很明显。
[0044]一般而言，按照本发明包含10重量％Dy2O3稳定的ZrO2(10DySZ)可磨耗表面涂层的涂层体系，因在耐蚀性、耐热冲击性、耐烧结性和受未处理裸金属叶尖的可磨耗性或磨耗容限等方面的全面提高，比现有可磨耗体系更适用于高温应用。本发明的涂层体系尤其成为比典型参比体系性能更好的产品。
[0045]生产按照本发明实施方案的涂层所用的粉末材料可以多种传统形式供应。现在参考图14，该图提供了一种形成适用于可磨耗陶瓷涂层的粉末的方法。按照本发明的可磨耗表面涂层组合物一般可用如图14所示的传统喷干法制造，其中，在第一步中，把氧化锆和氧化镝原材料1410按前述所要求的百分量混合在一起。在第二步中，在混合罐1430内把粉末混合物与水、抑泡剂和粘合剂1420混合在一起。所得混合物可经由雾化喷嘴1450被填进喷干室1440，由此生成细滴1460。向喷干室1440吹进热空气1470，其吸去滴1460中的水，由此生成微细化的干燥聚集颗粒1480。进一步筛分和分级后，这些聚集颗粒会形成按照本发明的喷干粉末组合物。在用热喷涂法涂布这种粉末之前，可把它先与成孔或挥发性填料相如聚合物(如聚酯粉末)混合在一起。或者，也可以通过如下步骤把成孔挥发性填料加进喷干聚集颗粒1480：在混合罐1430内填进氧化锆、氧化镝和成孔相(如聚酯)的混合物，然后在与粘合剂和水混合后填进喷干室。
[0046]按照本发明的由氧化锆、氧化镝和粘合剂组成的喷干聚集颗粒1480可以通过等离子体致密化而被进一步加工成球化粉末颗粒，以提高粉末流动性并均化和稳定化该粉末。图15示意实现这一点的方法是把喷干粉末1480填进由等离子体抢1520产生的等离子体卷流1510中。当粉末颗粒在等离子体1510中通过时，粘合剂相被烧掉，聚集颗粒的组分被熔化且熔合在一起，形成固熔体。进一步，颗粒从完全熔化颗粒阶段1530经过一段由冷却到固态的时间所确定的行程1540。在那一刻且由于冷却阶段1530期间的某种作用，颗粒一般都成为空心球状。经等离子体致密化的陶瓷空心球粉末一般要与成孔填料相，如聚酯或由有机(聚酯)和“位错剂”相组成的复合物进行混合。图16示意一种由磨耗研磨法(attrition milling)提供有机和位错剂相复合物以起成孔材料作用的优选方法。把粉末A，即有机相或聚酯，和粉末B，即位错剂如六方氮化硼(BN)与一定重量的钢球1620一起装进球磨反应器1610。由钢球和粉末A和B组成的混合物被搅拌器1630搅动。该运动使磨耗研磨反应器内的钢球发生多次碰撞。对于一定次数的这种碰撞事件，粉末A和B的颗粒被包裹在碰撞钢球之间，从而把粉末颗粒锻压在一起。颗粒的反复锻压和破碎形成由组分A和B构成的最终粉末产品1640，它一般呈层状形貌。磨耗和球磨法的优点在于仅产生少量加工热，以及这种低温固态技术优选应用于耐温能力有限的加工组分。
[0047]对上述喷干型氧化镝/氧化锆进行等离子体加工/致密化以生成包含空心球颗粒的粉末状Dy2O3/ZrO2固溶体，然后经筛分和最后分级以及最终混合该陶瓷可磨耗粉末和上述用磨耗研磨法制备并在最终涂层中起成孔作用的聚酯和六方氮化硼(BN)复合物，其代表生产按照本发明的陶瓷可磨耗涂层的优选材料。图3中所示并给出图7、10和11所示优良耐热冲击性和可磨耗性的多孔表面涂层是组成和制备方法如下的混合物：95重量％用喷干法制成，接着如图14所述进行等离子体致密化的9-11重量％Dy2O3稳定的ZrO2的混合物，5重量％用图15所示的加工路线制成的全芳族聚酯和六方氮化硼的研磨复合物。用热喷涂法，优选用等离子体喷涂法，沉积在金属粘结涂层上的材料，代表本发明的一个优选实施方案。
[0048]虽然本文已给出并描述了本发明的优选实施方案，但显然这些实施方案仅是举例。对于本领域内的技术人员，可以在不偏离本发明的前提下作多种变更、修改和取代。因此，旨在本发明仅受所附权利要求的精神和范围的限制。

Claims (24)

1.用于可磨耗涂层的陶瓷密封材料，所述材料包含氧化镝(Dy2O3)和氧化锆(ZrO2)。
2.按照权利要求1的材料，其中氧化镝的浓度为2～50重量％。
3.按照权利要求1的材料，其中材料呈粉末状以及其中单独粉末颗粒含较小的靠粘合剂相聚结的氧化镝和氧化锆亚颗粒。
4.按照权利要求1的材料，其中材料呈粉末状以及其中各单独粉末颗粒含氧化镝、氧化锆和成孔填料相以及，任选地，粘合剂相。
5.按照权利要求4的材料，其中成孔填料相是聚酯。
6.按照权利要求3的材料，其中粉末已暴露于足够多的热达足够长的时间，目的是：(a)烧掉粘合剂相和(b)把氧化镝和氧化锆亚颗粒熔合或烧结在一起，以提供稳定的合金化陶瓷相，后者可用粉碎和/或筛分和/或分级法进一步加工，以提供稳定的可热喷涂陶瓷可磨耗材料。
7.按照权利要求6的材料，其中稳定的可热喷涂陶瓷粉末材料一般是平均尺寸为约10～160μm的球状颗粒。
8.按照权利要求6的材料，其中稳定的可热喷涂陶瓷粉末材料要与成孔填料混合。
9.按照权利要求8的材料，其中成孔填料是塑料或塑料与选自下列一组的固体润滑剂的复合物：六方氮化硼、二硫化钼、石墨、滑石、膨润土、云母或其它层状硅酸盐材料。
10.按照权利要求9的材料，其中塑料是聚酯，固体润滑剂是六方氮化硼。
11.按照权利要求1的材料，该材料在热喷涂时形成沉积在金属基材上的可磨耗密封涂层，在该基材上任选地带有金属中间层或粘结涂层。
12.按照权利要求11的涂层，其中涂层的孔隙率为2～50体积％。
13.按照权利要求11的涂层，其中金属基材是涡轮发动机覆环或罩壳。
14.按照权利要求13的涂层，其中涡轮发动机覆环的形式是整体或分段环。
15.包含至少一片涡轮叶片、一个罩住至少一片涡轮叶片的覆环或罩壳和一层沉积在至少一片涡轮叶片与覆环或罩壳之间的可磨耗密封涂层的一级涡轮发动机，其中可磨耗密封涂层包括氧化镝稳定的氧化锆。
16.按照权利要求15的一级涡轮发动机，其中至少一片涡轮叶片是未覆盖叶片并有一个裸露的未处理叶尖。
17.按照权利要求15的一级涡轮发动机，其中氧化镝稳定的氧化锆包含2～50重量％氧化镝。
18.按照权利要求16的一级涡轮发动机，其中氧化镝稳定的氧化锆除杂质外还包含8～12重量％氧化镝。
19.包含具有氧化镝(Dy2O3)和氧化锆(ZrO2)的陶瓷密封材料的可磨耗密封涂层，所述材料被涂布在金属基材上。
20.权利要求19的涂层，其中所述材料被涂布在金属基材上或金属中间层或粘结涂层上。
21.权利要求20的涂层，其中氧化镝稳定的氧化锆包含2～50重量％氧化镝。
22.生产包含下列组分的可磨耗涂层的方法：
提供粉末状氧化镝(Dy2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)材料；
在氧化镝稳定的氧化锆粉末中加入聚合物或聚合物/hBN复合挥发性填料；
用热喷涂法在金属基材和/或任选的粘结涂层上沉积所述材料和填料；和
通过热处理所得涂层烧掉喷涂材料中的填料。
23.权利要求22的方法，其中氧化镝稳定的氧化锆材料包含2～50重量％氧化镝。
24.权利要求22的方法，其中在用热喷涂法沉积所述材料和填料之前，填料占材料和填料的约0.3～15重量％。
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