RU2468361C2 - Способ нанесения покрытия из оксида алюминия на подложку, покрытую карбидом кремния - Google Patents

Способ нанесения покрытия из оксида алюминия на подложку, покрытую карбидом кремния Download PDF

Info

Publication number
RU2468361C2
RU2468361C2 RU2008117190/02A RU2008117190A RU2468361C2 RU 2468361 C2 RU2468361 C2 RU 2468361C2 RU 2008117190/02 A RU2008117190/02 A RU 2008117190/02A RU 2008117190 A RU2008117190 A RU 2008117190A RU 2468361 C2 RU2468361 C2 RU 2468361C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
strain gauge
sic
deposited
alumina
Prior art date
Application number
RU2008117190/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008117190A (ru
Inventor
Пьер БЕРТРАН
Кристиан КОДДЕ
Софи КОСТИЛЬ
Фредерик ЛЕМАН
Себастьен ЛЮКА
Original Assignee
Снекма
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Снекма filed Critical Снекма
Publication of RU2008117190A publication Critical patent/RU2008117190A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2468361C2 publication Critical patent/RU2468361C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/89Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/01Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/041Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00982Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as construction elements for space vehicles or aeroplanes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/96Porous semiconductor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/42Piezoelectric device making
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002Electrical device making
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002Electrical device making
    • Y10T29/49004Electrical device making including measuring or testing of device or component part
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002Electrical device making
    • Y10T29/49007Indicating transducer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из оксида алюминия на деталь, имеющую поверхность из карбида кремния (SiC) и используемую в высокотемпературных областях техники. На SiC-ю поверхность детали, образованную подложкой (10), покрытой слоем (12) карбида кремния (SiC), нанесенным химическим осаждением из паровой фазы, наносят вакуумным плазменным напылением адгезионный подслой кремния (20). На подслой (20) атмосферным термическим напылением наносят покрытие (30) из оксида алюминия. Размещают тензометрический датчик (40) со свободной нитью на покрытии (30), причем этот датчик удерживается на имеющей отверстия опоре. Через упомянутые отверстия на тензометрический датчик (40) и на покрытие (30) атмосферным термическим напылением наносят второе покрытие (50) из оксида алюминия с последующим удалением опоры. Наносят атмосферным термическим напылением на первое покрытие (30), второе покрытие (50) и тензометрический датчик (40) третье покрытие (60) из оксида алюминия с образованием устройства для измерения деформации в виде блока из слоев покрытия (30, 50, 60) оксида алюминия с встроенным в него тензометрическим датчиком. Улучшается стойкость границы раздела между поверхностью детали и покрытием, а также минимизируются механические напряжения на границе раздела при тепловых нагрузках. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия из оксида алюминия на деталь, имеющую выполненную из карбида кремния (SiC) поверхность.
Деталь может быть сплошной деталью из SiC или деталью, имеющей подложку, которая не выполнена из SiC, а покрыта слоем SiC. Детали с покрытой слоем SiC подложкой используются в высокотемпературных областях применения, т.е. используются при температурах в диапазоне от 300°C до 1100°C. В качестве примера, подложка может быть композитом с керамической матрицей (ККМ), т.е. керамической матрицей, усиленной керамикой или, например, углеродными волокнами. Слой SiC должен придать детали большую стойкость к окислению и лучшие механические свойства при высоких температурах. Благодаря этим свойствам такие детали используются, в частности, в авиационных турбинах.
В определенных областях применения необходимо, чтобы поверхность из SiC имела нанесенное на нее покрытие, например, из металла или керамики, такой как муллит, кордиерит или диоксид циркония. Покрытие, как правило, предназначено для улучшения высокотемпературных прочности или сопротивления коррозии той детали, на которую оно нанесено. Нанесение может быть осуществлено либо атмосферным термическим напылением, либо при помощи цемента.
Обычно упомянутое покрытие является оксидом алюминия (Al2O3). Оксид алюминия наносят либо атмосферным термическим напылением оксида алюминия (атмосферным плазменным напылением порошка или пламенным распылением проволоки), либо еще в виде цемента на основе оксида алюминия (глиноземистого цемента), либо фактически комбинацией этих способов, которые хорошо известны в современном уровне техники.
Механические и термические испытания, проведенные на деталях с покрытой оксидом алюминия SiC-й поверхностью, показывают, что главным видом повреждений является разрушение (разрыв) на границе раздела между SiC-й поверхностью и покрытием из оксида алюминия.
С целью повышения устойчивости этой границы раздела проводили модификации состояния SiC-й поверхности. Так, проводили пескоструйную обработку (используя сжатый воздух для обдува частицами оксида алюминия с диаметром в несколько сотен микрометров) SiC-й поверхности с целью увеличения ее шероховатости. Тем не менее пескоструйная обработка приводит к повреждению SiC-й поверхности без создания благоприятной шероховатости.
Настоящее изобретение стремится исправить эти недостатки.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ изготовления покрытия из оксида алюминия на детали с поверхностью из карбида кремния (SiC), который позволяет улучшить стойкость границы раздела между поверхностью SiC и покрытием из оксида алюминия.
Эта задача решается тем, что способ включает в себя следующие стадии:
а) нанесение адгезионного подслоя кремния на поверхность SiC химическим осаждением из паровой фазы и
б) нанесение покрытия на этот адгезионный подслой кремния атмосферным термическим напылением.
Посредством этих мер покрытие из оксида алюминия наносится на поверхность (подслой кремния), которая обладает большей шероховатостью, чем поверхность SiC, тем самым усиливая механическое сцепление покрытия из оксида алюминия. В дополнение к этому оксид алюминия имеет большее физико-химическое сродство с кремнием, чем с SiC. Кроме того, хорошее совпадение между коэффициентами расширения кремния и SiC помогает минимизировать механические напряжения на границе раздела кремний/SiC во время тепловых нагрузок. Таким образом, граница раздела между деталью и покрытием из оксида алюминия лучше выдерживает высокие температуры.
Детали с покрытой слоем карбида кремния (SiC) подложкой обычно используются в высокотемпературных областях применения, как упоминалось ранее. Необходимо оптимизировать определение нужных размеров упомянутых деталей в плане их размера, веса и стоимости. Это определение нужных размеров выполняется, в частности, путем лабораторных испытаний или путем испытаний в рабочих условиях, во время которых изучаются деформации этих деталей при термомеханических напряжениях. Для того чтобы можно было измерить такие деформации, используют тензометрические датчики, обычно датчики со свободной нитью (можно также использовать тонкослойные датчики, но сложные технологии их нанесения делают их менее широко используемыми). Такие датчики включают в себя нить из сплава, которую закрепляют на детали. Когда деталь деформируется, нить растягивается или сжимается, что ведет к соответствующему изменению ее электрического сопротивления. При пропускании электрического тока через нить можно в реальном времени измерять изменения электрического сопротивления нити и в результате измерять деформации той детали, на которой она закреплена. Чтобы измерять такие деформации эффективно, очень важно обеспечить, чтобы датчик надежно «прилипал» к поверхности детали, так чтобы деформации поверхности детали эффективно передавались на этот датчик. Обычно датчик располагают на первом покрытии из оксида алюминия, предварительно нанесенном на деталь, а затем датчик и упомянутое первое покрытие покрывают дополнительным покрытием из оксида алюминия, которое удерживает датчик в тесном контакте с первым покрытием.
Несмотря на это может случиться, что первое покрытие отделится от поверхности детали, и тогда датчик не сможет эффективно действовать в отношении измерения деформации поверхности детали, а проведенные измерения не будут надежными. Как упоминалось ранее, для деталей с покрытой SiC подложкой, которая покрыта покрытием из оксида алюминия согласно уровню техники, при высоких температурах на границе раздела деталь/покрытие может произойти отслоение. Такое отслоение происходит даже тогда, когда слой SiC был подвергнут пескоструйной обработке. Поэтому необходимо улучшить адгезию между первым керамическим покрытием и слоем SiC, а значит, и с находящейся под ним деталью. Эту улучшенную адгезию получают путем нанесения адгезионного подслоя кремния на слой SiC вакуумным плазменным напылением, как упоминалось ранее.
Следовательно, изобретение также предлагает способ изготовления устройства для измерения деформации подложки, покрытой слоем SiC, нанесенным химическим осаждением из паровой фазы, включающий в себя следующие стадии:
а) нанесение адгезионного подслоя кремния на слой SiC вакуумным плазменным напылением;
б) нанесение покрытия из оксида алюминия на адгезионный подслой кремния атмосферным термическим напылением;
в) размещение тензометрического датчика со свободной нитью на покрытии из оксида алюминия, причем этот датчик удерживается на его опоре и эта опора имеет отверстия;
г) нанесение второго покрытия из оксида алюминия на тензометрический датчик и на покрытие путем атмосферного термического напыления через упомянутые отверстия;
д) удаление опоры и
е) нанесение третьего покрытия из оксида алюминия путем атмосферного термического напыления на покрытие, на второе покрытие и на тензометрический датчик.
Изобретение также предлагает устройство для измерения деформации детали, образованной подложкой, покрытой слоем карбида кремния (SiC), нанесенным химическим осаждением из паровой фазы.
В соответствии с изобретением это устройство включает в себя первое покрытие из оксида алюминия, нанесенное атмосферным термическим напылением на адгезионный подслой кремния, нанесенный на упомянутый слой карбида кремния вакуумным плазменным напылением, тензометрический датчик со свободной нитью, размещенный на упомянутом первом покрытии, и дополнительное покрытие из оксида алюминия, нанесенное атмосферным термическим напылением на упомянутый тензометрический датчик.
Посредством этих мер первое покрытие из оксида алюминия нанесено на поверхность (подслой кремния), имеющую большую шероховатость, чем шероховатость поверхности слоя SiC, тем самым способствуя механическому сцеплению упомянутого первого покрытия. В дополнение к этому оксид алюминия имеет большее физико-химическое сродство с кремнием, чем с SiC, а значит, и более хорошую адгезию. В дополнение к этому хорошее совпадение между коэффициентами расширения кремния и SiC помогает минимизировать механические напряжения на границе раздела кремний/SiC во время термических напряжений. Таким образом, граница раздела между деталью и покрытием лучше выдерживает высокие температуры, и тензометрический датчик остается прикрепленным к детали, испытывающей при высоких температурах деформации, которые должны быть измерены. Следовательно, можно провести более надежные измерения деформаций той детали, на которой этот датчик закреплен.
Изобретение может быть лучше понято и его преимущества проявятся более ясно после прочтения нижеследующего подробного описания его реализации, приведенного в качестве неограничительного примера. В описании даются ссылки на сопроводительные рисунки, на которых:
Фигуры 1А, 1В и 1С показывают стадии способа по изобретению, примененного к подложке, покрытой слоем SiC;
Фигура 2 представляет собой перспективное изображение тензометрического датчика на его опоре и
Фигура 3 представляет собой перспективное изображение с пространственным разделением деталей устройства для измерения деформации по изобретению.
Фигура 1А показывает деталь для использования в областях применения с очень высокой температурой, имеющую подложку 10, которая покрыта слоем 12 карбида кремния (SiC). В качестве примера, подложка 10 выполнена из композиционного материала с керамической матрицей или композиционного материала c самозалечивающейся керамической матрицей. Композиционный материал может представлять собой SiC, или он может быть образован множеством огнеупорных керамических слоев, которые являются предшественниками стекла в трехкомпонентной системе кремний-бор-углерод (Si-B-C). Такие композиты усилены (армированы), например, волокнами, изготовленными из углерода или керамики. При применении в авиационных турбинах такие детали обычно являются тонкими деталями в форме конической призмы или плоской прямоугольной формы, и они имеют размер порядка нескольких сотен миллиметров.
Наносимый на подложку слой 12 SiC наносят, например, методом, известным как химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ или CVD).
Фигура 1В показывает ту же деталь, в которой слой 12 SiC покрыт адгезионным подслоем 20 кремния, нанесенным на упомянутый слой SiC вакуумным плазменным напылением (ВПН). Метод вакуумного плазменного напыления известен, поэтому здесь упоминаются только его основные принципы. Вакуумное плазменное напыление является методом термического напыления с использованием продуваемой дуговой плазменной горелки, и его проводят в камере, наполненной аргоном при низком давлении (т.е. давлении ниже, чем атмосферное давление). Он заключается во введении подлежащего нанесению материала в струю с очень высокой энергией (плазменную струю), причем этот материал вводят в порошкообразной форме (т.е. в форме частиц, имеющих средний диаметр в несколько десятков микрометров). Затем эти частицы плавятся струей и одновременно ускоряются в направлении к детали для нанесения покрытия. Таким образом, эти частицы становятся расплющенными на поверхности детали в виде капелек, которые затвердевают очень быстро после соударения за счет отвода от них тепла, тем самым образуя пластинки на поверхности детали. Укладка этих пластинок перпендикулярно поверхности детали постепенно ведет к образованию покрытия. Скорость роста покрытия составляет порядка 100 микрометров (мкм) в минуту.
В качестве примера, можно использовать порошок кремния с размером частиц в диапазоне от 5 мкм до 25 мкм, который распыляют в камере, где давление составляет 120 миллибар, посредством плазменной горелки с плазмообразующей смесью (газ, способствующий плазменному напылению), содержащей аргон и от 15% до 20% по объему водорода, при мощности от 40 киловатт (кВт) до 45 кВт, на покрываемую поверхность, которая была предварительно нагрета до 750°C. Адгезионный подслой кремния может иметь толщину, находящуюся в диапазоне от 50 мкм до 70 мкм.
Фигура 1С показывает ту же деталь, что и Фигура 1В, на которую было нанесено покрытие 30 из оксида алюминия Al2O3.
Это покрытие 30 обычно наносят атмосферным термическим напылением. Нанесение атмосферным термическим напылением в общем более предпочтительно, чем нанесение цемента, так как цемент имеет тенденцию к растрескиванию при высоких температурах. Покрытия, нанесенные атмосферным термическим напылением, являются более связывающими и более стойкими. Термин «термическое напыление» означает группу способов покрытия поверхности, в которых мелкодисперсные частицы подлежащего нанесению материала осаждают на подложку в расплавленном или полурасплавленном состоянии. Атмосферным термическим напылением может быть плазменное напыление или пламенное напыление. Оба эти метода известны, поэтому ниже кратко представлены только их общие принципы.
Методом плазменного напыления является метод термического напыления с использованием продуваемой дуговой плазменной горелки, который заключается во введении в струю с очень высокой энергией (плазменную струю) подлежащего нанесению материала в порошкообразной форме (т.е. в форме частиц, имеющих средний диаметр в несколько десятков микрометров). Затем эти частицы расплавляются струей и одновременно ускоряются в направлении к детали для нанесения покрытия. Таким образом, частицы расплющиваются о поверхность детали в виде капелек, которые очень быстро затвердевают после соударения за счет отвода от них тепла, тем самым образуя пластинки на поверхности детали. Укладка этих пластинок перпендикулярно поверхности детали вызывает постепенное образование покрытия. Такое напыление проводят при атмосферном давлении на воздухе. Скорость роста покрытия составляет порядка 100 микрометров (мкм) в минуту.
Метод пламенного напыления заключается во введении в пламя ацетиленокислородной горелки проволоки (прутка) из материала, который должен быть напылен на поверхность детали. Затем этот материал плавится, распыляется на мелкодисперсные частицы, которые ускоряются в направлении к детали для нанесения покрытия, и на ее поверхности они расплющиваются в виде капелек, которые очень быстро затвердевают после соударения за счет отвода от них тепла, тем самым образуя пластинки на поверхности детали. Укладка этих пластинок вызывает постепенное образование покрытия. Такое напыление производится на воздухе при атмосферном давлении. Скорость роста покрытия велика (порядка 100 мкм в минуту).
Заявителем были проведены испытания на деталях с подложкой из композита с керамической матрицей, имеющей слой SiC и адгезионный подслой кремния, нанесенный вакуумным плазменным напылением, и на такой же детали без адгезионного подслоя. Адгезионный подслой кремния имел толщину примерно 70 мкм. Все детали были последовательно покрыты оксидом алюминия пламенным напылением. Испытания на термическую усталость (в течение 60 циклов, причем каждый цикл включал в себя: подъем температуры до 1100°C, выдержку ее при 1100°C в течение одного часа, охлаждение на воздухе до 300°C) показали, что деталь с адгезионным подслоем кремния не имела никаких следов отслоения на границе раздела SiC/Al2O3 в отличие от деталей без адгезионного подслоя.
Детали, полученные способом по изобретению, обычно используются в авиационных турбинах и являются, например, створками регулируемого сопла, смесителями и элементами камеры сгорания.
В соответствии с изобретением создано устройство для измерения деформаций на детали, образованной подложкой, на которую методом химического осаждения из паровой фазы был нанесен слой SiC (в качестве примера, подложка может быть выполнена из одного из вышеупомянутых керамических композитов). Это устройство измерения включает в себя тензометрический датчик со свободной нитью, используемый для измерения деформаций детали.
Фигура 2 показывает тензометрический датчик 40 со свободной нитью. Такой тензометрический датчик известен специалистам в данной области техники, и поэтому ниже приводится лишь его общее строение. Тензометрический датчик 40 включает в себя нить, согнутую в форме гармошки следующим образом: нить отогнули назад вдоль самой себя первый раз, образовав U-образную петлю заданной высоты, затем ее отогнули назад второй раз, образовав вторую U-образную петлю, расположенную в той же плоскости, что и первая U-образная петля, и имеющую ветви той же длины, но направленные наоборот. Нить таким образом отогнули назад вдоль самой себя много раз с использованием того же приема, при этом обеспечивая, чтобы ветви U-образной петли не касались друг друга, и таким образом образовали лежащую в плоскости сетку 41. Таким образом, ветви последовательных U-образных петель составляют витки сетки 41, которые взаимно параллельны. Сетка 41 является в целом прямоугольной по форме и удлинена на одной стороне двумя концами 42 нити, простирающимися соответственно от первой ветви первой U-образной петли и от последней ветви последней U-образной петли этой сетки 41. Концы 42 по существу параллельны и лежат в той же плоскости, что и сетка 41. Тензометрический датчик также включает в себя опору 43. Обычно опора 43 представляет собой липкую ленту, на которую приклеена сетка 41. Таким образом, опора 43 позволяет сохранять конфигурацию сетки 41 при манипуляциях с тензометрическим датчиком, в особенности так, чтобы удерживать петли U-образной формы вместе с образованием витками сетки 41, но так, чтобы эти витки не прикасались друг к другу (с тем, чтобы избежать короткого замыкания в нити). Опора 43 имеет прямоугольную форму, которая выходит за пределы сетки 41, так что только концы 42 нити находятся вне опоры 43. Опора 43 сориентирована таким образом, что две ее стороны параллельны виткам сетки 41, а две другие ее стороны перпендикулярны им. Концы 42 нити соединены с электрическим оборудованием для пропускания по нити электрического тока с тем, чтобы измерять в реальном времени изменения электрического удельного сопротивления нити, а значит, и деформации детали, на которой она закреплена. Когда деталь деформируется в направлении витка, образующего сетку 41, нить растягивается или сжимается и ее электрическое удельное сопротивление соответственно изменяется. С целью увеличения чувствительности измерений нужно, чтобы нить была согнута несколько раз вдоль самой себя, образуя сетку 41, как это описано ранее. В опоре 43 вырезаны два прямоугольных отверстия 44 так, что их размер в длину располагается перпендикулярно виткам, образующим сетку 41. Отверстия 44 являются достаточно длинными для того, чтобы в этих отверстиях были видны все витки сетки 41. Ширина отверстий 44 (в направлении витков) ограничена так, чтобы покрыть лишь небольшую долю поверхности, очерченной сеткой 41. Таким образом, основная доля длины нити, составляющей сетку 41, остается прикрепленной к опоре 43. Одно из отверстий 44 расположено у того конца сетки 41, который ближе к концам 42 нити, а другое отверстие 44 расположено у другого конца сетки 41.
Нить тензометрического датчика 40 выполнена из металлического сплава, например хромоникелевого (Ni-Cr) сплава, железохромоалюминиевого (Fe-Cr-Al) сплава или платиновольфрамового (Pt-W) сплава. В качестве примера, диаметр нити составляет 18 мкм в сетке 41 и 76 мкм - на концах 42.
Устройство для измерения деформации детали изготавливают следующим образом: слой 12 SiC (ранее нанесенный на подложку 10 детали химическим осаждением из паровой фазы) первоначально покрывают адгезионным подслоем 20 кремния вакуумным плазменным напылением, как упоминалось в описании Фигуры 1В. После этого на часть адгезионного подслоя 20 наносят первое покрытие 30 из оксида алюминия атмосферным термическим напылением (плазменным напылением или пламенным напылением). Например, можно использовать порошок оксида алюминия с размером частиц, лежащим в диапазоне от 22 мкм до 45 мкм, причем этот порошок набрызгивают с помощью плазменной горелки с использованием смеси аргона с 30% по объему водорода при мощности 45 кВт. Шероховатость слоя кремния обеспечивает хорошую адгезию на упомянутом слое для первого покрытия 30 из оксида алюминия.
После этого на первое покрытие 30 из оксида алюминия помещают тензометрический датчик 40 с опорой 43, находящийся над сеткой 41. В этом примере первое покрытие 30 из оксида алюминия служит для изоляции тензометрического датчика 40 от подложки. Датчик 40 удерживают на месте при помощи опоры 43 и на сетку 41 через окошки 44 наносят второе покрытие 50 из оксида алюминия, подобное первому. Второе покрытие 50 аналогично наносят атмосферным термическим напылением. Таким образом, этот второй слой 50 находится в форме двух прямоугольных полосок, каждая из которых имеет площадь, равную площади одного из окошек 44, и нанесена в месте расположения одного из упомянутых окошек 44. Таким образом, второе покрытие 50 находится непосредственно в контакте с нитью сетки 41 и проемами нити на первом покрытии 30. Затем можно удалить опору 43, при этом сетка будет удерживаться на месте вторым покрытием 50. После этого наносят третье покрытие 60 из оксида алюминия (подобное двум первым покрытиям) атмосферным термическим напылением так, чтобы покрыть второе покрытие 50, те части сетки 41, которые не покрыты вторым покрытием 50, и часть концов 42. Два кончика концов 42 не покрывают третьим покрытием 60 с тем, чтобы они могли быть присоединены к источнику электричества для измерения деформации нити сетки 41. В качестве примера, первое покрытие имеет толщину 100 мкм, второе покрытие имеет толщину 50 мкм, а третье покрытие имеет толщину 100 мкм.
Второе покрытие 50 и третье покрытие 60 вместе составляют дополнительное покрытие из оксида алюминия, которое удерживает тензометрический датчик 40 на первом покрытии 30, при этом тензометрический датчик 40 таким образом заделан (встроен) в оксид алюминия первого покрытия 30 и дополнительного покрытия. Из-за шероховатостей 14 слоя 12 SiC блок оксида алюминия, состоящий из первого покрытия 30 и дополнительного покрытия, надежно прикреплен к детали даже при высоких температурах (от 300°С до 1100°С), которым деталь подвергается при работе (например, в авиационной турбине). Таким образом, деформация детали надлежащим образом передается блоку оксида алюминия, а значит, и нити тензометрического датчика 40, что дает возможность проводить точные измерения деформации детали.
Вышеописанный способ размещения тензометрического датчика 40 на первом слое 30 дан в качестве примера, причем этот принцип является тем же для размещения любого другого тензометрического датчика со свободной нитью при условии, что в конце способа нанесения нить тензометрического датчика 40 заделана (встроена) в блок оксида алюминия, который образован первым покрытием 30 и дополнительным покрытием.
Способ изготовления покрытия на подложке с выполненной из SiC поверхностью, описанный в настоящем изобретении, также охватывает ситуации, при которых покрытие изготавливают на сплошной детали из SiC.

Claims (5)

1. Способ изготовления устройства для измерения деформации детали при термомеханических напряжениях, характеризующийся тем, что он включает в себя следующие стадии:
а) нанесение на SiC-ую поверхность детали, образованной подложкой (10), покрытой слоем (12) карбида кремния (SiC), нанесенным химическим осаждением из паровой фазы, адгезионного подслоя (20) кремния вакуумным плазменным напылением;
б) нанесение на упомянутый адгезионный подслой (20) кремния покрытия (30) из оксида алюминия атмосферным термическим напылением;
в) размещение тензометрического датчика (40) со свободной нитью на упомянутом покрытии (30), причем этот датчик удерживается на его опоре (43), и упомянутая опора имеет отверстия (44);
г) нанесение второго покрытия (50) из оксида алюминия на упомянутый тензометрический датчик (40) и на упомянутое покрытие (30) атмосферным термическим напылением через упомянутые отверстия (44);
д) удаление упомянутой опоры (43); и
е) нанесение третьего покрытия (60) из оксида алюминия атмосферным термическим напылением на упомянутое первое покрытие (30), на упомянутое второе покрытие (50) и на упомянутый тензометрический датчик (40) с образованием устройства для измерения деформации в виде блока из слоев покрытия (30, 50, 60) оксида алюминия с встроенным в него тензометрическим датчиком.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что адгезионный подслой имеет толщину от 50 мкм до 70 мкм.
3. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что атмосферное термическое напыление выбирают между плазменным напылением и пламенным напылением.
4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что упомянутую подложку (10) выбирают между композиционным материалом, имеющим матрицу из карбида кремния (SiC), и композиционным материалом, имеющим самозалечивающуюся керамическую матрицу.
5. Устройство для измерения деформации детали при термомеханических напряжениях, образованной подложкой (10), покрытой слоем (12) карбида кремния (SiC), нанесенным химическим осаждением из паровой фазы, включающее первое покрытие (30) из оксида алюминия, нанесенное атмосферным термическим напылением на адгезионный подслой (20) кремния, нанесенный на упомянутый слой карбида кремния вакуумным плазменным напылением, тензометрический датчик (40) со свободной нитью, размещенный на упомянутом первом покрытии (30), и дополнительное покрытие из оксида алюминия, нанесенное атмосферным термическим напылением на упомянутый тензометрический датчик, причем устройство для измерения деформации выполнено в виде блока из слоев покрытия оксида алюминия с встроенным в него тензометрическим датчиком.
RU2008117190/02A 2007-04-30 2008-04-29 Способ нанесения покрытия из оксида алюминия на подложку, покрытую карбидом кремния RU2468361C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0754789A FR2915494B1 (fr) 2007-04-30 2007-04-30 Procede pour realiser un depot d'alumine sur un substrat recouvert de sic
FR0754789 2007-04-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008117190A RU2008117190A (ru) 2009-11-10
RU2468361C2 true RU2468361C2 (ru) 2012-11-27

Family

ID=38670025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008117190/02A RU2468361C2 (ru) 2007-04-30 2008-04-29 Способ нанесения покрытия из оксида алюминия на подложку, покрытую карбидом кремния

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7607213B2 (ru)
EP (1) EP1990633B1 (ru)
JP (1) JP5451984B2 (ru)
CA (1) CA2630121C (ru)
FR (1) FR2915494B1 (ru)
RU (1) RU2468361C2 (ru)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8673163B2 (en) 2008-06-27 2014-03-18 Apple Inc. Method for fabricating thin sheets of glass
US7810355B2 (en) 2008-06-30 2010-10-12 Apple Inc. Full perimeter chemical strengthening of substrates
CN102388003B (zh) * 2009-03-02 2014-11-19 苹果公司 用于强化用于便携式电子设备的玻璃盖的技术
US9778685B2 (en) 2011-05-04 2017-10-03 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US9213451B2 (en) 2010-06-04 2015-12-15 Apple Inc. Thin glass for touch panel sensors and methods therefor
US8923693B2 (en) 2010-07-30 2014-12-30 Apple Inc. Electronic device having selectively strengthened cover glass
US10189743B2 (en) 2010-08-18 2019-01-29 Apple Inc. Enhanced strengthening of glass
US8873028B2 (en) 2010-08-26 2014-10-28 Apple Inc. Non-destructive stress profile determination in chemically tempered glass
US8824140B2 (en) 2010-09-17 2014-09-02 Apple Inc. Glass enclosure
US10781135B2 (en) 2011-03-16 2020-09-22 Apple Inc. Strengthening variable thickness glass
US9725359B2 (en) 2011-03-16 2017-08-08 Apple Inc. Electronic device having selectively strengthened glass
US9128666B2 (en) 2011-05-04 2015-09-08 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US9944554B2 (en) 2011-09-15 2018-04-17 Apple Inc. Perforated mother sheet for partial edge chemical strengthening and method therefor
US9516149B2 (en) 2011-09-29 2016-12-06 Apple Inc. Multi-layer transparent structures for electronic device housings
US10144669B2 (en) 2011-11-21 2018-12-04 Apple Inc. Self-optimizing chemical strengthening bath for glass
US8684613B2 (en) 2012-01-10 2014-04-01 Apple Inc. Integrated camera window
US10133156B2 (en) 2012-01-10 2018-11-20 Apple Inc. Fused opaque and clear glass for camera or display window
US8773848B2 (en) 2012-01-25 2014-07-08 Apple Inc. Fused glass device housings
US9946302B2 (en) 2012-09-19 2018-04-17 Apple Inc. Exposed glass article with inner recessed area for portable electronic device housing
JP6412024B2 (ja) * 2013-03-05 2018-10-24 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 高温耐性セラミックマトリックス複合材及び耐環境保護コーティング
US9459661B2 (en) 2013-06-19 2016-10-04 Apple Inc. Camouflaged openings in electronic device housings
US9886062B2 (en) 2014-02-28 2018-02-06 Apple Inc. Exposed glass article with enhanced stiffness for portable electronic device housing
DE102015100441A1 (de) * 2015-01-13 2016-07-14 Airbus Defence and Space GmbH Struktur oder Bauteil für Hochtemperaturanwendungen sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung derselben
US20170038266A1 (en) * 2015-08-05 2017-02-09 General Electric Company Strain gauge
FR3095818B1 (fr) 2019-05-09 2021-04-23 Safran Aircraft Engines Procédé de réalisation d'un dispositif de mesure de déformations sur une pièce en composite à matrice céramique et pièce correspondante.
FR3116339B1 (fr) * 2020-11-16 2022-11-11 Commissariat Energie Atomique Jauge d’extensométrie inorganique
CN114322740A (zh) * 2021-12-03 2022-04-12 电子科技大学长三角研究院(湖州) 一种基于磁控溅射的复合薄膜应变计及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137249C1 (ru) * 1998-03-31 1999-09-10 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет Способ изготовления микромеханических приборов
RU2170993C2 (ru) * 1999-09-02 2001-07-20 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет Микромеханический прибор и способ его изготовления
JP2004223670A (ja) * 2003-01-24 2004-08-12 Kyocera Corp センサ付き切削工具
US20060288794A1 (en) * 2005-06-28 2006-12-28 General Electric Company Devices for evaluating material properties, and related processes

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB893571A (en) * 1957-04-26 1962-04-11 British Iron Steel Research Improvements in or relating to composite refractory bodies
JPS5510993B1 (ru) * 1969-08-07 1980-03-21
US4309686A (en) * 1980-01-28 1982-01-05 Russell John D Carbon strain gage
ATE50416T1 (de) * 1985-06-10 1990-02-15 Interatom Hochtemperaturbestaendige dehnungsmesssysteme aus keramischen materialien.
JPH0695002B2 (ja) * 1986-05-15 1994-11-24 株式会社共和電業 高温用ひずみゲ−ジの添着構造および添着方法
FR2635773B1 (fr) * 1988-08-31 1992-02-14 Aerospatiale Materiau composite a fibres de renforcement en carbone et son procede de fabrication
DE4015666A1 (de) * 1990-05-16 1991-11-28 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Kraftaufnehmer
JPH06137806A (ja) * 1992-10-27 1994-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd ひずみセンサ
JPH0827199B2 (ja) * 1993-03-12 1996-03-21 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ センサ・デカル、及びセンサを作成する方法
JP3475540B2 (ja) * 1995-01-23 2003-12-08 石川島播磨重工業株式会社 ひずみゲージ貼付け用補助材
JPH09159170A (ja) * 1995-12-04 1997-06-20 Tokyo Gas Co Ltd セラミックグロープラグ
US5867886A (en) * 1997-10-20 1999-02-09 Delco Electronics Corp. Method of making a thick film pressure sensor
US6299988B1 (en) * 1998-04-27 2001-10-09 General Electric Company Ceramic with preferential oxygen reactive layer
JP3826064B2 (ja) * 2002-04-12 2006-09-27 トーカロ株式会社 複合サーメット被覆部材およびその製造方法
JP2005170729A (ja) * 2003-12-10 2005-06-30 Toshiba Ceramics Co Ltd 焼成用容器
US7442444B2 (en) * 2005-06-13 2008-10-28 General Electric Company Bond coat for silicon-containing substrate for EBC and processes for preparing same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137249C1 (ru) * 1998-03-31 1999-09-10 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет Способ изготовления микромеханических приборов
RU2170993C2 (ru) * 1999-09-02 2001-07-20 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет Микромеханический прибор и способ его изготовления
JP2004223670A (ja) * 2003-01-24 2004-08-12 Kyocera Corp センサ付き切削工具
US20060288794A1 (en) * 2005-06-28 2006-12-28 General Electric Company Devices for evaluating material properties, and related processes

Also Published As

Publication number Publication date
EP1990633A3 (fr) 2013-03-06
FR2915494A1 (fr) 2008-10-31
US7607213B2 (en) 2009-10-27
US20080264176A1 (en) 2008-10-30
FR2915494B1 (fr) 2009-07-24
JP2008298769A (ja) 2008-12-11
JP5451984B2 (ja) 2014-03-26
EP1990633B1 (fr) 2014-07-16
CA2630121C (fr) 2014-08-05
CA2630121A1 (fr) 2008-10-30
RU2008117190A (ru) 2009-11-10
EP1990633A2 (fr) 2008-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2468361C2 (ru) Способ нанесения покрытия из оксида алюминия на подложку, покрытую карбидом кремния
RU2466116C2 (ru) Способ нанесения покрытия на покрытую карбидом кремния подложку
RU2579592C1 (ru) Керамический матричный композитный компонент, покрытый барьерными для окружающей среды покрытиями, и способ его производства
Di Girolamo et al. Microstructural and thermal properties of plasma sprayed mullite coatings
Keyvani et al. A comparison on thermomechanical properties of plasma-sprayed conventional and nanostructured YSZ TBC coatings in thermal cycling
CN106498355B (zh) 一种高温薄膜传感器用抗氧化复合防护层及其制造方法
Thurn et al. Toughness anisotropy and damage behavior of plasma sprayed ZrO2 thermal barrier coatings
Funke et al. Characterization of ZrO2-7 wt.% Y2O3 thermal barrier coatings with different porosities and FEM analysis of stress redistribution during thermal cycling of TBCs
US20150251376A1 (en) Layered arrangement, hot-gas path component, and process of producing a layered arrangement
KR20010007445A (ko) 세라믹 초합금 제품
JP2006089290A (ja) メタライズ基板
US20200230645A1 (en) Slurry-based coating system repair
EP2742289B1 (en) Ceramic tile for combustion chambers lining, in particular of gas turbines, and manufacturing method thereof
US20120064255A1 (en) Vibration damping coating
Lyu et al. Effect of thermal cycling frequency on the durability of Yb-Gd-Y-based thermal barrier coatings
WO2006076000A2 (en) Thermal barrier coatings using intermediate tce nanocomposites
Wakui et al. Strain analysis of plasma sprayed thermal barrier coatings under mechanical stress
JPH08254530A (ja) セラミックス部材の非破壊による寿命推定法及び寿命推定システム
CN114354477A (zh) 一种环境障涂层的无损检测和评价方法
US5625153A (en) Method of non-destructively estimating life of ceramic member
JP7524221B2 (ja) セラミックマトリックス複合材料パーツの変形を測定するためのデバイスを作り出すための方法、および対応するパーツ
CN109507227A (zh) 测量复合样品中涂层的导热系数的方法
JPH03288639A (ja) 断熱材
Brodin et al. Fracture mechanical modelling of a plasma sprayed TBC system
Kaneko et al. Study on shear fatigue fracture and delamination mechanism of thermal barrier coatings after thermal loading

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner