用于收縮順從性的使用空心體的激光施釉的制作方法

本發明一般涉及材料技術領域，并且更特別地涉及用于在材料的表面施釉的方法。

背景技術：

自古代起，施釉就已經用于在陶瓷物品上形成光滑的裝飾性紋理。生陶瓷物品在送入窖中燒制之前通常涂覆干的或者含水的釉混合物。釉混合物可包含玻璃形成劑(例如二氧化硅)、用于降低二氧化硅的熔融溫度的助熔劑(例如鈉、鈣或鉀金屬氧化物)和用于防止釉從局部流失的硬化劑(例如氧化鋁)。

最近，激光能量已經被用作對超級合金燃氣渦輪發動機部件上的陶瓷熱障涂層材料施釉以保護涂層不被污染物氧化、腐蝕和熔滲的熱源。然而，在激光熔化期間產生的極度局部熱瞬態可造成釉質表面的開裂。美國專利5576069描述了一種兩步法來修復這樣的開裂，其涉及施加氧化鋯粉末薄層，然后在預熱基底的同時進行二次激光再熔化步驟，以使熱梯度最小化。

附圖說明

通過考慮附圖的以下描述解釋了本發明，附圖示出了：

圖1示出了利用結合有空心體的釉質材料的施釉方法。

圖2示出了其中將空心體引入熔融基底材料中的施釉方法。

圖3示出了利用釉質材料和熔化后引入空心體的施釉方法。

技術實現要素：

本發明人已發現，激光施釉開裂問題的現有技術解決方案不令人滿意，因為這樣的兩步法和專門的熱處理增加了時間和成本。因此，本發明人已開發了一種新的施釉方法和施釉的產品，其克服了釉質表面開裂的問題。不像現有技術當前所做的那樣修復開裂并且限制修復期間的熱瞬態，本發明人首先避免開裂的產生。這不是通過采用特定的熱處理限制熱應力來實現的，而是通過調節出現的熱應力實現的。這是通過將小的空心體引入釉熔體中實現的。空心體提供了一定程度的機械順從性來以適應釉凝固期間的收縮應力，因此防止開裂。

圖1示出了本發明的一個實施方案，其中將釉質材料層10沉積在基底12上。基底12可以是任何從接受釉中獲益的材料，并且可包括金屬合金、陶瓷材料和陶瓷基體復合材料(例如用于燃氣渦輪發動機的熱氣通路部件)。在圖1中，基底12可以是沉積在超級合金燃氣渦輪發動機部件上的陶瓷熱障涂層材料。在該實施方案中，通過使放置在基底12的表面20上的包含粉狀釉材料16和空心體18的材料層14熔化并再凝固來形成釉質材料層10。粉狀釉材料16可包含具體應用所需要的玻璃形成組分、助熔組分和硬化組分。能量束22(例如離子束或激光束)橫過表面20以形成材料熔池24，其如圖中箭頭的方向所示的橫過表面20而前進。

有利地，空心體18不被束22熔化，例如通過由熔融溫度比粉狀釉材料16更高的材料形成。在束22后面，使熔融材料在空心體18周圍凝固以產生釉質表面26。在凝固過程期間空心體18的撓曲適應收縮應力，因此防止開裂。本文中所述的“不熔化”的條件包括空心體18的表面的一些部分偶然熔化，只要物體18維持它們的空心幾何結構以提供所述的程度的機械順從性即可。

空心體18可以是納米、微米或毫米尺寸，更小的物體通常用于更薄釉質層10。在一個實施方案中，空心體18可以是直徑為1.5微米至5微米的空心二氧化硅球，其可從一家微粒公司Microspheres-Nanospheres購得(http：//Microspheres-Nanospheres.com)。可使用其他氧化物材料制成空心體18，如SiO₂、TiO₂、Al₂O₃或ZrO₂。可使用球以外的空心形狀，例如已被開發用于鋰離子電池構造的立方二氧化硅顆粒。

圖2示出了本發明的一個實施方案，其中在基底32上形成釉質材料層30。在該實施方案中，不使用粉狀釉質材料，而是能量束34橫過基底32的表面36以形成沿著圖中箭頭的方向移動的基底材料熔池38。緊鄰能量束34之后并且其中熔融基底材料38還未凝固的區域中，迫使多個空心體40進入基底材料熔池38中。然后使熔融材料38在空心體40周圍凝固以形成柔順性的釉質材料層30。在該實施方案中，空心體40沒有直接暴露于能量束34的熱量，并且因此可以(但是非強制性的)由比圖1的實施方案中使用的材料具有更低熔融溫度的材料形成空心體40。在一個實施方案中，空心體40由與基底32相同的材料形成，并且盡管其在被引入基底材料熔池38中后可經歷一些偶然的表面熔化，但是其充當局部散熱器，引起熔融材料的凝固而不熔化物體40。通過這種方式，可向釉質材料層30中引入孔隙和機械順從性，而不改變其化學組成。在另一個實施方案中，空心球40可由在很高溫度(約3642℃)下升華的碳制成，這有利于將空心球40引入到熔融超級合金或MCrAlY基底材料38中。

圖3示出了另一個實施方案，其中不含空心體的粉狀釉材料50沉積到基底52上，將空心體54引入到緊鄰移動能量束58之后的材料熔池56中，在凝固后將其并入釉材料層60中。

盡管在本文中已示出并描述了本發明的多個實施方案，但是顯而易見的是這樣的實施方案僅以示例的方式被提供。可進行大量的變型、修改和替代，而不脫離本文中的發明。因此，本發明旨在僅受所附權利要求的精神和范圍的限制。