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CN108699360A - 具有温度传感器的涂层以及以其涂覆的部件 - Google Patents

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CN108699360A CN201780014154.8A CN201780014154A CN108699360A CN 108699360 A CN108699360 A CN 108699360A CN 201780014154 A CN201780014154 A CN 201780014154A CN 108699360 A CN108699360 A CN 108699360A
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Abstract

本发明涉及一种用于暴露于热气体的部件的涂层，所述部件例如为锅炉、燃料电池、熔炼炉、发动机、推进器、燃气轮机叶片和/或燃气轮机桨叶。该涂层的特征在于，其具有发光涂层形式的温度传感器，该发光涂层的发光直接取决于涂层所经受的温度。

Description

具有温度传感器的涂层以及以其涂覆的部件
本发明涉及一种用于暴露于热气体的部件的涂层，所述部件例如为锅炉、燃料电池、熔炼炉、发动机、推进器(Triebwerk)、燃气轮机叶片(Gasturbinenblatt)和/或燃气轮机桨叶(Gasturbinenschaufel)。
可用于在运行期间测量热负荷极高(高度耐热)的部件如燃气轮机叶片和/或燃气轮机桨叶的表面温度的方法是已知的。
然而，这些表面方法或传感器通常具有在运行期间不能读取它们的缺点。
从US 8,746,969 B2中已知一种用于确定这种部件的温度历史(历程)的方法。在该方法中，利用使无定形起始材料转变成特定结晶阶段来确定这些起始材料所经受的温度。然而，可测量的温度范围保持低于约1000℃的极限，并且此外，测量值是不精确的，因为结晶是多阶段的动力学过程，其不具有化合物改性对温度的简单的线性依赖性。因此，也难以精确地指示温度，特别是在发生改性变化的温度范围内。
因此，仍需要提供一种用于涂覆热负荷极高的部件的材料，通过该材料(在最有利的情况下在运行期间)使得部件的温度历程变得易于理解。
这种材料满足苛刻的性能特征，特别地，这涉及在高的热负荷下的稳定性、与常规TBC-热障涂层的相容性、以及温度与可辨别和/或可测量的材料性能之间的关系的简单性。
因此，本发明的目的在于提供一种满足以上所要求的性能特征的材料，特别地可引入诸如锅炉、燃料电池、熔炼炉、发动机、推进器、燃气轮机叶片和/或燃气轮机桨叶等部件的现有的或待制造的热障涂层(TBC)涂料中的材料。
该目的通过如权利要求和说明书中公开的本发明的主题来实现。
因此，本发明的主题是一种由陶瓷材料构成(包括陶瓷材料)的耐热涂层，其特征在于，它包括在陶瓷基质中包含一定浓度的发光的铕和/或钐3+(三价正)离子的颗粒，其中这些铕和/或钐3+离子向包含不同发光的铕和/或钐2+(二价正)离子的种类的转化过程以动力学单级反应进行，使得可产生并且可例如以图表形式描绘发光类型(即基质中的铕和/或钐3+离子的浓度)与配备有所述涂层的部件的温度历程之间的直接关系。
根据本发明的一种有利的实施方式中，铕和/或钐3+离子作为阳离子晶格位点的空位占据物(Fehlbesetzung)存在于颗粒的陶瓷基质材料中。
根据一种实施方式，涂层以大于1摩尔％的量包括含有铕和/或钐3+离子的颗粒。特别地，发光颗粒以大于5mol％的量存在于陶瓷涂层中，且特别优选地发光颗粒以大于10摩尔％的量存在于陶瓷颗粒中。
根据一种有利的实施方式，发光颗粒可以容易地引入(掺入)陶瓷涂层(涂料)中，因为基质材料与涂层材料是可相容和/或在结晶学上相似或有时甚至部分相同。
根据本发明的一种有利的实施方式，基质是所谓的TBC-Thermal BarrierCoating-涂层材料，特别地由钇-铝氧化物(例如Y2Al5O12)或另外的氧化物陶瓷材料组成的材料。合适的TBC涂层例如由US 8685545、EP1915639和/或由WO2007/020170已知。
发光的Eu3+和/或Sm3+离子可被容易地引入陶瓷基质中，因为它们由于其离子半径而可在各种陶瓷晶格结构中占据阳离子位点而不会由此引起晶格结构的破坏
已经在钇氧化物基质中例如在钇-铝氧化物基质中成功地测试了铕和/或钐2+和/或3+离子。
为此目的，使用具有由含钇氧化物的陶瓷构成的基质的颗粒，所述陶瓷具有例如高于1300℃的熔点、多面体形态和/或2至50μm的粒径。铕和/或钐3+离子被引入主晶格中而不破坏形态。
根据一种实施方式，使用至少部分地为球形颗粒的形式的发光颗粒。
特别地，当在燃气轮机叶片或燃气轮机桨叶涂层中使用时，通过热的且含氧的蒸气促进铕和/或钐2+离子被氧化成发光明显不同的铕和/或钐3+离子。
根据本发明，一种发光种类的衰变时间仅取决于单一的反应，通过该反应将所涉及的发光阳离子转化成它的其它发光种类。在此，所述反应为简单氧化，该氧化在其他方面相同的化学环境和相同的晶格结构下将Eu2+转化为Eu3+。由此，发光明显地变化并且可毫无问题地检测温度。
特别地，可通过光谱方法和/或通过参考表来跟踪温度，使得温度历程可直接地从发光种类的浓度和类型得出。
将发光颗粒引入涂层中可以合适的粘合剂体系在生产过程中和/或作为后处理(Nachrüstung)、例如通过喷涂、涂覆、涂漆等进行。
本发明涉及一种用于暴露于热气体的部件的涂层，所述部件例如为锅炉、燃料电池、熔炼炉、发动机、推进器、燃气轮机叶片和/或燃气轮机桨叶。该涂层的特征在于，其具有发光涂层形式的温度传感器，该发光涂层的发光取决于涂层所经受的温度。

Claims (8)

1.由陶瓷材料构成的耐热涂层，其特征在于，它包括在陶瓷基质中包含一定浓度的发光的铕和/或钐2+离子的颗粒，其中这些铕和/或钐2+离子向包含不同发光的铕和/或钐3+离子的种类的转化过程以动力学单级反应进行，使得能形成并且能例如以图表形式描绘发光类型、即基质中的铕和/或钐2+离子的浓度与配备有该涂层的部件的温度历程之间的直接关系。
2.根据权利要求1所述的涂层，其中铕和/或钐2+离子作为阳离子晶格位点上的空位占据物至少部分地存在于晶格中。
3.根据权利要求1或2所述的涂层，其中包含铕和/或钐2+离子的颗粒以大于1摩尔％的量存在于陶瓷涂层中。
4.根据前述权利要求之一所述的涂层，其中基质至少部分地为所谓的TBC热障涂层材料，特别地为由钇氧化物例如Y2Al5O12和/或另外的氧化物陶瓷材料组成的基质。
5.根据前述权利要求之一所述的涂层，其中基质为钇铝石榴石氧化物。
6.根据前述权利要求之一所述的涂层，其中发光颗粒的熔点高于1000℃。
7.根据前述权利要求之一所述的涂层，其中发光颗粒以球形颗粒的形式被引入所述涂层中。
8.锅炉、燃料电池、熔炼炉、发动机、推进器、燃气轮机的部件，如燃气轮机叶片和/或燃气轮机桨叶，其具有根据权利要求1至7之一所述的涂层。
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