VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENREFER TO RELATED APPLICATIONS
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldungen Nr. 62/296,354, die am 17. Februar 2016 eingereicht wurde, und Nr. 62/312,882, die am 24. März 2016 eingereicht wurde, welche hierdurch durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden sind.This application claims the benefit and priority of US Provisional Patent Application No. 62 / 296,354, filed Feb. 17, 2016, and No. 62 / 312,882, filed Mar. 24, 2016, which are hereby incorporated herein by reference Entity are involved.
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Offenbarung betrifft allgemein eine zusammengesetzte thermische Barrierebeschichtung.The disclosure generally relates to a composite thermal barrier coating.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Verbrennungsmotoren weisen mehrere Zylinder, mehrere Kolben, zumindest einen Einlasskanal und zumindest einen Auslasskanal auf. Die Zylinder weisen jeweils Oberflächen auf, die eine Verbrennungskammer begrenzen. Eine oder mehrere Oberflächen des Verbrennungsmotors sind mit thermischen Barrierebeschichtungen beschichtet, um die Wärmeübertragungseigenschaften des Verbrennungsmotors zu verbessern.Internal combustion engines have a plurality of cylinders, a plurality of pistons, at least one inlet channel and at least one outlet channel. The cylinders each have surfaces that define a combustion chamber. One or more surfaces of the internal combustion engine are coated with thermal barrier coatings to improve the heat transfer characteristics of the internal combustion engine.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Eine zusammengesetzte thermische Barrierebeschichtung (TBC) kann auf eine Oberfläche von Komponenten in einem Verbrennungsmotor aufgetragen sein. Die zusammengesetzte TBC ist mit den Komponenten des Motors verbunden, um eine Isolierung, die gegenüber Verbrennungsgasen versiegelt ist, mit geringer thermischer Leitfähigkeit und geringer Wärmekapazität bereitzustellen.A composite thermal barrier coating (TBC) may be applied to a surface of components in an internal combustion engine. The composite TBC is connected to the components of the engine to provide insulation sealed to combustion gases having low thermal conductivity and low heat capacity.
Die zusammengesetzte TBC umfasst drei Schichten, die miteinander verbunden sind, d. h. eine erste Schicht (Verbindungsschicht), eine zweite Schicht (Isolierungsschicht) und eine dritte Schicht (Versiegelungsschicht). Die Isolierungsschicht ist zwischen der Verbindungsschicht und der Versiegelungsschicht angeordnet. Die Verbindungsschicht ist mit der Komponente und mit der Isolierungsschicht verbunden.The composite TBC comprises three layers which are interconnected, i. H. a first layer (bonding layer), a second layer (insulating layer) and a third layer (sealing layer). The insulating layer is disposed between the bonding layer and the sealant layer. The tie layer is connected to the component and to the insulating layer.
Die Isolierungsschicht umfasst hohle Mikrokugeln, die zusammengesintert sind, um die Isolierung zu bilden, die eine geringe effektive thermische Leitfähigkeit und eine geringe effektive Wärmekapazität bereitstellt.The insulating layer comprises hollow microspheres sintered together to form the insulation which provides low effective thermal conductivity and low effective heat capacity.
Die Versiegelungsschicht ist ein dünner Film, der ausgebildet ist, um den hohen Temperaturen standzuhalten, die in einem Motor vorhanden sind. Die Versiegelungsschicht ist für Gase undurchlässig und weist eine glatte Oberfläche auf.The sealant layer is a thin film that is designed to withstand the high temperatures that are present in an engine. The sealing layer is impermeable to gases and has a smooth surface.
Die zusammengesetzte TBC weist eine geringe thermische Leitfähigkeit zum Verringern von Wärmeübertragungsverlusten und eine geringe Wärmekapazität auf, so dass die Oberflächentemperatur der zusammengesetzten TBC der Gastemperatur in der Verbrennungskammer folgt. Daher ermöglicht die zusammengesetzte TBC, dass die Oberflächentemperaturen der Komponente mit den Gastemperaturen schwanken. Dies verringert Wärmeübertragungsverluste, ohne dass die Beatmungsfähigkeit des Motors beeinträchtigt wird und ohne dass ein Klopfen verursacht wird. Ferner wird das Aufheizen der kalten Luft verringert, die in den Zylinder des Motors eintritt. Zusätzlich werden Abgastemperaturen erhöht, was zu einer kürzeren Katalysator-Anspringzeit und zu einer verbesserten Katalysatoraktivität führt.The composite TBC has low thermal conductivity to reduce heat transfer losses and low heat capacity such that the surface temperature of the composite TBC follows the gas temperature in the combustion chamber. Therefore, the composite TBC allows the surface temperatures of the component to vary with gas temperatures. This reduces heat transfer losses without affecting the ventilator's ability to ventilate and without causing knock. Further, the heating of the cold air entering the cylinder of the engine is reduced. In addition, exhaust gas temperatures are increased, resulting in a shorter catalyst light-off time and improved catalyst activity.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden leicht anhand der nachfolgend ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der vorliegenden Lehren offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.The foregoing features and advantages, as well as other features and advantages of the present teachings, will be more readily apparent from the following detailed description of the best modes for carrying out the present teachings when the description is taken in conjunction with the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 ist eine schematische Diagrammansicht eines Fahrzeugs und stellt eine Seitenansicht eines Einzelzylinder-Verbrennungsmotors dar, der eine zusammengesetzte thermische Barrierebeschichtung aufweist, die an mehreren Komponenten angeordnet ist. 1 FIG. 12 is a schematic diagram view of a vehicle illustrating a side view of a single cylinder internal combustion engine having a composite thermal barrier coating disposed on multiple components. FIG.
2 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht der zusammengesetzten thermischen Barrierebeschichtung, die an der Komponente angeordnet ist. 2 Figure 3 is a schematic cross-sectional side view of the composite thermal barrier coating disposed on the component.
3 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der zusammengesetzten thermischen Barrierebeschichtung, die an der Komponente angeordnet ist. 3 Figure 3 is a schematic cross-sectional side view of another embodiment of the composite thermal barrier coating disposed on the component.
4 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines Abschnitts hohler Mikrokugeln, die jeweils eine erste und eine zweite metallische Deckschicht aufweisen. 4 is a schematic cross-sectional side view of a portion of hollow microspheres, each having a first and a second metallic cover layer.
5 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht des Abschnitts der hohlen Mikrokugeln von 4, wobei die erste und die zweite metallische Deckschicht zusammengesintert sind; 5 is a schematic cross-sectional side view of the portion of the hollow microspheres of 4 wherein the first and second metallic cover layers are sintered together;
6 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht des Abschnitts der hohlen Mikrokugeln von 5, wobei die erste und die zweite metallische Deckschicht mittels Diffusion miteinander verbunden sind, um eine Metalllegierung zu bilden. 6 is a schematic cross-sectional side view of the portion of the hollow microspheres of 5 wherein the first and second metallic cap layers are diffusion bonded together to form a metal alloy.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
Fachleute werden erkennen, dass Begriffe wie beispielsweise ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”aufwärts”, ”abwärts”, ”an der Oberseite”, ”an der Unterseite” usw. zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen für den Umfang der Offenbarung darstellen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.Those skilled in the art will recognize that terms such as "above", "below", "up", "down", "top", "bottom", etc. are used to describe the figures and not limitations on the scope of the Represent disclosure as defined by the appended claims.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen überall in den Ansichten auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 einen Abschnitt eines beispielhaften Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 kann einen Motor 13 mit einer Komponente 12 aufweisen. Die Komponente 12 weist eine zusammengesetzte (aus mehreren Schichten bestehende) thermische Barrierebeschichtung (TBC) 14 des Typs auf, der hierin offenbart ist und auf jene aufgetragen ist.With reference to the drawings, wherein like reference numbers refer to like components throughout the views, there is shown 1 a section of an exemplary vehicle 10 , The vehicle 10 can a motor 13 with a component 12 exhibit. The component 12 has a composite (multilayer) thermal barrier coating (TBC) 14 of the type disclosed herein and applied thereto.
Obgleich das Fahrzeug 10 und der Motor 13 von 1 eine typische Beispielanwendung darstellen, die für die zusammengesetzte TBC 14, die hierin offenbart ist, geeignet ist, ist die vorliegende Konstruktion nicht auf Fahrzeug- und/oder Motoranwendungen beschränkt. Eine stationäre oder mobile Maschine oder ein stationäres oder mobiles Erzeugnis, in welcher bzw. welchem eine Komponente Wärme ausgesetzt ist, kann von der Verwendung der vorliegenden Konstruktion profitieren. Für die Konsistenz der Darstellung werden das Fahrzeug 10 und der Motor 13 nachstehend als ein Beispielsystem beschrieben, ohne dass die Verwendung der zusammengesetzten TBC 14 auf eine solche Ausführungsform beschränkt ist.Although the vehicle 10 and the engine 13 from 1 represent a typical example application for the composite TBC 14 as disclosed herein, the present construction is not limited to vehicle and / or engine applications. A stationary or mobile machine or a stationary or mobile product in which a component is exposed to heat may benefit from the use of the present design. For the consistency of the presentation, the vehicle 10 and the engine 13 described below as an example system without the use of the composite TBC 14 is limited to such an embodiment.
1 stellt einen Motor 13 dar, der einen einzelnen Zylinder 26 definiert. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die vorliegende Offenbarung ebenso auf Komponenten 12 von Motoren 13 mit mehreren Zylindern 26 angewendet werden kann. Jeder Zylinder 26 definiert eine Verbrennungskammer 30. Der Motor 13 ist ausgebildet, um Energie für den Antrieb des Fahrzeugs 10 zu liefern. Der Motor 13 kann ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor sein, ohne auf diese beschränkt zu sein. 1 puts an engine 13 which is a single cylinder 26 Are defined. However, those skilled in the art will recognize that the present disclosure is equally applicable to components 12 of engines 13 with several cylinders 26 can be applied. Every cylinder 26 defines a combustion chamber 30 , The motor 13 is designed to provide energy for driving the vehicle 10 to deliver. The motor 13 may be a diesel engine or a gasoline engine, without being limited thereto.
Der Motor 13 weist ferner eine Einlassbaugruppe 36 und einen Auslasskrümmer 38 auf, die jeweils mit der Verbrennungskammer 30 in Fluidverbindung stehen. Der Motor 13 weist einen Hubkolben 28 auf, der gleitend in dem Zylinder 26 bewegbar ist.The motor 13 also has an inlet assembly 36 and an exhaust manifold 38 on, each with the combustion chamber 30 in fluid communication. The motor 13 has a reciprocating piston 28 on, sliding in the cylinder 26 is movable.
Die Verbrennungskammer 30 ist ausgebildet, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu verbrennen, um Energie für den Antrieb des Fahrzeugs 10 bereitzustellen. Luft kann in die Verbrennungskammer 30 des Motors 13 eintreten, indem sie durch die Einlassbaugruppe 36 hindurchtritt, in welcher eine Luftströmung aus dem Einlasskrümmer in den Verbrennungsmotor 30 durch zumindest ein Einlassventil 32 gesteuert wird. Kraftstoff wird in die Verbrennungskammer 30 eingespritzt, um mit der Luft vermischt zu werden, oder er wird durch das Einlassventil bzw. die Einlassventile 32 eingeleitet, wodurch ein Luft/Kraftstoff-Gemisch bereitgestellt wird. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in der Verbrennungskammer 30 gezündet. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugt Abgas, das die Verbrennungskammer 30 verlässt und in den Abgaskrümmer 38 angesaugt wird. Spezieller wird eine Luftströmung (Abgasströmung) aus der Verbrennungskammer 30 durch zumindest ein Auslassventil 34 gesteuert.The combustion chamber 30 is designed to burn an air / fuel mixture to power the vehicle 10 provide. Air can enter the combustion chamber 30 of the motor 13 Enter by passing through the inlet assembly 36 passes, in which an air flow from the intake manifold into the internal combustion engine 30 through at least one inlet valve 32 is controlled. Fuel gets into the combustion chamber 30 is injected to be mixed with the air, or it is through the inlet valve or the intake valves 32 initiated, whereby an air / fuel mixture is provided. The air / fuel mixture is in the combustion chamber 30 ignited. The combustion of the air / fuel mixture produces exhaust gas that is the combustion chamber 30 leaves and in the exhaust manifold 38 is sucked. More specifically, an air flow (exhaust gas flow) from the combustion chamber 30 by at least one outlet valve 34 controlled.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 kann die zusammengesetzte TBC 14 an einer Fläche oder Oberfläche einer oder mehrer der Komponenten 12 des Motors 13 angeordnet sein, d. h. an dem Kolben 28, dem Einlassventil 32, dem Auslassventil 34, an Innenwänden des Auslasskrümmers 38, an der Verbrennungskuppel 39 und dergleichen. Die zusammengesetzte TBC 14 ist mit der Komponente 12 verbunden, um einen Isolator zu bilden, der ausgebildet ist, um Wärmeübertragungsverluste zu verringern, die Effizienz zu verbessern und die Abgastemperatur während des Betriebs des Motors 13 zu erhöhen. Die zusammengesetzte TBC 14 ist ausgebildet, um eine geringe thermische Leitfähigkeit und eine geringe Wärmekapazität bereitzustellen. Somit verringert die geringe thermische Leitfähigkeit Wärmeübertragungsverluste, und die geringe Wärmekapazität bedeutet, dass die Oberfläche der zusammengesetzten TBC 14 der Temperatur des Gases während Temperaturschwankungen folgt und dass die Aufheizung von kalter Luft, die in den Zylinder eintritt, minimiert wird.With reference to 1 and 2 can the composite TBC 14 on a surface or surface of one or more of the components 12 of the motor 13 be arranged, ie on the piston 28 , the inlet valve 32 , the exhaust valve 34 , on inner walls of the exhaust manifold 38 , at the combustion dome 39 and the same. The composite TBC 14 is with the component 12 connected to form an insulator, which is designed to reduce heat transfer losses, improve the efficiency and the exhaust gas temperature during operation of the engine 13 to increase. The composite TBC 14 is designed to provide low thermal conductivity and low heat capacity. Thus, the low thermal conductivity reduces heat transfer losses, and the low heat capacity means that the surface of the composite TBC 14 the temperature of the gas follows during temperature fluctuations and that the heating of cold air entering the cylinder is minimized.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst jede Komponente 12 ein Substrat 16, das eine Oberfläche 18 aufweist, und die zusammengesetzte TBC 14 ist mit der Oberfläche 18 des Substrats 16 verbunden. Die zusammengesetzte TBC 14 kann drei Schichten umfassen, d. h. eine erste Schicht (Verbindungsschicht) 20, eine zweite Schicht (Isolationsschicht) 22 und eine dritte Schicht (Versiegelungsschicht) 24. Es ist jedoch einzusehen, dass die TBC 14 in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Material bei bestimmten Ausführungsformen die erste Verbindungsschicht 20 nicht umfassen kann, da ein äußerer Abschnitt der Isolationsschicht 22 ausgebildet sein kann, um direkt mit dem Substrat 16 verbunden zu werden. Wenn beispielsweise die erste Verbindungsschicht 20 Nickel (Ni) aufweist und das Substrat 16 Eisen (Fe) aufweist, kann die erste Schicht 20 nicht erforderlich sein. Die zusammengesetzte TBC 14 kann jedoch, wie nachstehend detaillierter erläutert wird, mehr als drei Schichten umfassen.With reference to 2 includes every component 12 a substrate 16 that has a surface 18 and the composite TBC 14 is with the surface 18 of the substrate 16 connected. The composite TBC 14 may comprise three layers, ie a first layer (tie layer) 20 , a second layer (insulation layer) 22 and a third layer (sealing layer) 24 , However, it can be seen that the TBC 14 depending on the material provided in certain embodiments, the first interconnect layer 20 can not include, as an outer portion of the insulating layer 22 may be formed to connect directly to the substrate 16 to be connected. For example, if the first connection layer 20 Nickel (Ni) and the substrate 16 Iron (Fe) may be the first layer 20 not be required. The composite TBC 14 however, as discussed in more detail below, may comprise more than three layers.
Die Isolationsschicht 22 umfasst mehrere hohle Mikrokugeln 40, die zusammengesintert sind, um eine Schicht mit einer extrem hohen Porosität zu erzeugen. Vorzugsweise beträgt die Porosität der Isolationsschicht 22 zumindest 80%. Bevorzugter beträgt die Porosität der Isolationsschicht 22 zumindest 95%. Die hohe Porosität sorgt dafür, dass ein entsprechendes Volumen an Luft und/oder Gasen darin enthalten ist, wodurch die gewünschten Isolationseigenschaften der niedrigen effektiven thermischen Leitfähigkeit und der niedrigen effektiven Wärmekapazität bereitgestellt werden. Die Dicke T2 der Isolationsschicht 22 liegt zwischen 100 Mikrometern (μm) und 1 Millimeter (mm). Bevorzugter liegt die Dicke T2 der Isolationsschicht 22 zwischen 100 und 500 μm. Noch bevorzugter liegt die Dicke T2 der Isolationsschicht 22 zwischen 100 und 300 μm. Die Isolationsschicht 22 ist ausgebildet, um Drücken von zumindest 80 bar standzuhalten. Bevorzugter ist die Isolationsschicht 22 ausgebildet, um Drücken von zumindest 100 bar standzuhalten. Noch bevorzugter ist die Isolationsschicht 22 ausgebildet, um Drücken von zumindest 150 bar standzuhalten. Zusätzlich ist die Isolationsschicht 22 bezüglich der Temperatur ausgebildet, um Oberflächentemperaturen von zumindest 300 Grad Celsius (°C) standzuhalten. Bevorzugter ist die Isolationsschicht 22 ausgebildet, um Temperaturen von zumindest 500°C standzuhalten. Noch bevorzugter ist die Isolationsschicht 22 ausgebildet, um Temperaturen von zumindest 1100°C standzuhalten. Die Wärmekapazität der TBC 14 ist ausgebildet, um sicherzustellen, dass die Oberfläche des Substrats 16 nicht über 500°C aufgeheizt wird. The insulation layer 22 includes several hollow microspheres 40 which are sintered together to produce a layer with an extremely high porosity. The porosity of the insulating layer is preferably 22 at least 80%. More preferably, the porosity of the insulating layer 22 at least 95%. The high porosity ensures that a corresponding volume of air and / or gases is contained therein, thereby providing the desired insulating properties of low effective thermal conductivity and low effective heat capacity. The thickness T2 of the insulation layer 22 is between 100 microns (μm) and 1 millimeter (mm). More preferably, the thickness T2 of the insulating layer 22 between 100 and 500 μm. More preferably, the thickness T2 of the insulating layer is 22 between 100 and 300 μm. The insulation layer 22 is designed to withstand pressures of at least 80 bar. More preferred is the insulating layer 22 designed to withstand pressures of at least 100 bar. Even more preferred is the insulating layer 22 designed to withstand pressures of at least 150 bar. In addition, the insulation layer 22 temperature-adapted to withstand surface temperatures of at least 300 degrees Celsius (° C). More preferred is the insulating layer 22 designed to withstand temperatures of at least 500 ° C. Even more preferred is the insulating layer 22 designed to withstand temperatures of at least 1100 ° C. The heat capacity of the TBC 14 is designed to ensure that the surface of the substrate 16 not heated above 500 ° C.
Die hohlen Mikrokugeln 40 können aus hohlen Polymer-, Metall-, Glas- und/oder Keramikkugeln 45 bestehen. Die hohlen Kugeln 45 sind mit Metall beschichtet, wie beispielsweise mit Nickel- oder Eisenlegierungen. Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform bestehen die hohlen Mikrokugeln 40 aus Metall, wie beispielsweise aus Nickel, Nickellegierungsverbindungen und dergleichen. Zumindest eine metallische Deckschicht 44 kann an einer äußeren Oberfläche jeder Kugel 45 angeordnet sein. Die metallische Deckschicht 44 kann Nickel (Ni) umfassen. Die metallische Deckschicht 44 kann an der äußeren Oberfläche der Mikrokugeln 40 mittels Elektroplattieren, Flammensprühen, Anstreichen, elektrolosem Plattieren, Dampfabscheidung und dergleichen angeordnet werden. Es ist einzusehen, dass die hohlen Kugeln 45, die aus einem Polymer, einem Metall und einem Glas mit einer Schmelztemperatur bestehen, die geringer als diejenige der metallischen Deckschicht 44 ist, während des Verbindens oder Sinterns der metallisch beschichteten Mikrokugeln schmelzen oder sich auf andere Weise auflösen können, um selbst Teil der metallischen Deckschicht 44 zu werden, oder schmelzen und sich in einen Klumpen von Material innerhalb der hohlen Mikrokugel 40 umwandeln können. Wenn die Schmelztemperatur der hohlen Kugel 45 jedoch höher als die Schmelztemperatur des Materials der metallischen Deckschicht 44 ist, wie beispielsweise dann, wenn die hohle Kugel 45 aus einem Keramikmaterial gebildet ist, bleibt die hohle Kugel 45 intakt, und sie löst sich nicht auf und wird nicht absorbiert. Die metallische Deckschicht 44 kann Nickel, Eisen und dergleichen umfassen. Die hohlen Mikrokugeln 40 können einen Durchmesser D1 zwischen 5 und 100 μm aufweisen. Bevorzugter können die Mikrokugeln 40 einen Durchmesser D1 zwischen 20 und 100 μm aufweisen. Noch bevorzugter können die Mikrokugeln 40 einen Durchmesser D1 zwischen 20–40 μm aufweisen. Es ist einzusehen, dass die Mikrokugeln nicht notwendigerweise den gleichen Durchmesser aufweisen, da ein Gemisch von Durchmessern ausgebildet sein kann, um eine gewünschte offene Porosität, d. h. Packungsdichte, bereitzustellen, um einen gewünschten Betrag der Festigkeit für die Isolationsschicht zu liefern. Mehrere der hohlen Mikrokugeln 40 können bei einer Sintertemperatur unter Druck für eine Formungszeit geformt oder gesintert werden, bis Verbindungen zwischen den Deckschichten 44 angrenzender hohler Mikrokugeln 40, welche die Isolationsschicht 22 bilden, gebildet werden. Die Sintertemperatur kann sich der Schmelztemperatur der metallischen Deckschicht 44 annähern. In dem Fall, dass die hohlen Kugeln 45 aus einem Keramikmaterial bestehen, liegt die Sintertemperatur jedoch nicht unterhalb der Schmelztemperatur der mit Metall beschichteten Kugeln 45.The hollow microspheres 40 can be made of hollow polymer, metal, glass and / or ceramic balls 45 consist. The hollow balls 45 are coated with metal, such as nickel or iron alloys. In one non-limiting embodiment, the hollow microspheres are made 40 made of metal such as nickel, nickel alloy compounds and the like. At least one metallic cover layer 44 can on an outer surface of each ball 45 be arranged. The metallic cover layer 44 may include nickel (Ni). The metallic cover layer 44 may be on the outer surface of the microspheres 40 by electroplating, flame spraying, painting, electroless plating, vapor deposition and the like. It can be seen that the hollow balls 45 consisting of a polymer, a metal and a glass with a melting temperature lower than that of the metallic cover layer 44 is capable of melting or otherwise dissolving during bonding or sintering of the metallized microspheres to form part of the metallic overcoat itself 44 to become, or melt and get into a lump of material inside the hollow microsphere 40 can convert. When the melting temperature of the hollow ball 45 but higher than the melting temperature of the material of the metallic cover layer 44 is, such as when the hollow ball 45 is formed of a ceramic material, the hollow ball remains 45 intact, and it does not dissolve and is not absorbed. The metallic cover layer 44 may include nickel, iron and the like. The hollow microspheres 40 may have a diameter D1 between 5 and 100 microns. More preferably, the microspheres 40 have a diameter D1 between 20 and 100 microns. More preferably, the microspheres 40 have a diameter D1 between 20-40 microns. It will be appreciated that the microspheres are not necessarily the same diameter, as a mixture of diameters may be formed to provide a desired open porosity, ie, packing density, to provide a desired amount of strength for the insulating layer. Several of the hollow microspheres 40 can be molded or sintered under pressure for a molding time at a sintering temperature until bonds between the cover layers 44 adjacent hollow microspheres 40 which the insulation layer 22 form, be formed. The sintering temperature may be the melting temperature of the metallic cover layer 44 approach. In the case that the hollow balls 45 are made of a ceramic material, however, the sintering temperature is not below the melting temperature of the metal-coated balls 45 ,
Gemäß einer anderen Ausführungsform, die in 4–6 gezeigt ist, kann die Isolationsschicht 22 aus hohlen Mikrokugeln 40 gebildet sein, die anfänglich zwei metallische Deckschichten 44A, 44B aufweisen. Zuerst auf 4 Bezug nehmend, weist die hohle Mikrokugel 40 anfänglich eine erste (innere) metallische Deckschicht 44A auf, die mit einer zweiten (äußeren) metallischen Deckschicht 44B beschichtet ist. Die innere metallische Deckschicht 44A umfasst Nickel (Ni), welches anschließend mit der äußeren metallischen Deckschicht 44B beschichtet wird, die Kupfer (Cu oder Cu-Zn) umfasst. Die äußere metallische Beschichtung 44B aus Cu oder Cu-Zn wird auf die innere metallische Deckschicht 44A mittels Elektroplattieren, Flammensprühen, Anstreichen, elektrolosem Plattieren, Dampfabscheidung und dergleichen aufgetragen, um die äußere metallische Deckschicht 44B zu bilden. Eine Dicke der äußeren metallischen Deckschicht 44B sollte dünner als eine Dicke der inneren metallischen Deckschicht 44A sein. Ferner kann ein Gewicht des metallischen Materials (d. h. des Cu oder des Cu-Zn) der äußeren metallischen Deckschicht 44B nicht viel größer als ein Gewicht des Metalls (d. h. des Ni) der inneren metallischen Deckschicht 44A sein. Somit ist das Gewicht des Cu-Materials der zweiten metallischen Deckschicht 44B nicht viel größer als das Gewicht des Ni der inneren metallischen Deckschicht 44A. Vorzugsweise ist das Gewicht des Cu-Materials der äußeren metallischen Deckschicht 44B für eine maximale Temperatur geringer als das Gewicht der inneren metallischen Deckschicht 44A. Es ist wichtig, eine geringe Menge des Cu beizubehalten, da zu viel Cu die Schmelztemperatur des resultierenden Legierungsmaterials verringert.According to another embodiment, in 4 - 6 is shown, the insulating layer 22 made of hollow microspheres 40 be formed, which initially two metallic cover layers 44A . 44B exhibit. First up 4 Referring to Fig. 2, the hollow microsphere has 40 initially a first (inner) metallic cover layer 44A on, with a second (outer) metallic cover layer 44B is coated. The inner metallic cover layer 44A includes nickel (Ni), which is subsequently bonded to the outer metallic cover layer 44B is coated, which comprises copper (Cu or Cu-Zn). The outer metallic coating 44B made of Cu or Cu-Zn is applied to the inner metallic cover layer 44A applied by electroplating, flame spraying, painting, electroless plating, vapor deposition and the like, to the outer metallic cover layer 44B to build. A thickness of the outer metallic cover layer 44B should be thinner than a thickness of the inner metallic cover layer 44A be. Further, a weight of the metallic material (ie, the Cu or the Cu-Zn) of the outer metallic cap layer may be 44B not much larger than a weight of the metal (ie, Ni) of the inner metal cap layer 44A be. Thus, the weight of the Cu material is the second metallic capping layer 44B not much larger than the weight of the Ni of the inner metallic capping layer 44A , Preferably, the weight of the Cu material is the outer metallic capping layer 44B for a maximum temperature lower than the weight of the inner metallic cover layer 44A , It is important to maintain a small amount of Cu because too much Cu reduces the melting temperature of the resulting alloy material.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 sind die beschichteten Mikrokugeln 40 in einer gewünschten Schicht angeordnet, die eine gewünschte Dicke T2 aufweist. Unter Bezugnahme auf 5 werden die Mikrokugeln 40 bis zu einer Temperatur aufgeheizt, die ungefähr gleich einer Schmelztemperatur der äußeren metallischen Deckschicht 44B ist oder oberhalb dieser liegt. Somit ist die Temperatur ausreichend, um ein Löten oder Schmelzen der zweiten Deckschicht zu bewirken. Unter Bezugnahme auf 6 wird die Temperatur als nächstes unter die Solidustemperatur verringert. Die Temperatur wird für eine Zeitdauer unterhalb der Solidustemperatur gehalten, aber bei einer ausreichenden Temperatur, so dass eine Diffusion zwischen dem Kupfer (Cu oder Cu-Zn) der äußeren metallischen Deckschicht 44B und dem Nickel (Ni) der ersten metallischen Deckschicht 44A auftritt. Somit tritt eine Festkörperdiffusion zwischen der jeweiligen inneren und äußeren metallischen Deckschicht 44A, 44B auf, um eine metallische Legierungsdeckschicht 44C zu bilden. Daher umfasst die resultierende Isolationsschicht 22 eine Nickel-Kupfer-Legierungsschicht (Ni-Cu- oder Ni-Cu-Zn-Legierungsschicht) 44C, welche die hohle Mikrokugeln 40 umgibt. Der Betrag der Diffusion, die zwischen der inneren und der äußeren metallischen Deckschicht 44A, 44B auftritt, ist eine Funktion der Temperatur und der Zeit, die für die Mikrokugeln 40 verwendet werden. Zusätzlich kann die Diffusionsbindung bei einem erhöhten Druck ausgeführt werden, um einen Druck in jeder der Mikrokugeln und der Atmosphäre auszugleichen.With reference to 2 and 3 are the coated microspheres 40 arranged in a desired layer having a desired thickness T2. With reference to 5 become the microspheres 40 heated to a temperature which is approximately equal to a melting temperature of the outer metallic cover layer 44B is or above this. Thus, the temperature is sufficient to cause soldering or melting of the second capping layer. With reference to 6 the temperature is next reduced below the solidus temperature. The temperature is maintained below the solidus temperature for a period of time, but at a sufficient temperature such that diffusion between the copper (Cu or Cu-Zn) of the outer metallic capping layer 44B and the nickel (Ni) of the first metallic capping layer 44A occurs. Thus, a solid state diffusion occurs between the respective inner and outer metallic cover layers 44A . 44B on to a metallic alloy topcoat 44C to build. Therefore, the resulting insulation layer includes 22 a nickel-copper alloy layer (Ni-Cu or Ni-Cu-Zn alloy layer) 44C which are the hollow microspheres 40 surrounds. The amount of diffusion between the inner and the outer metallic cover layer 44A . 44B Occurrence is a function of temperature and time for the microspheres 40 be used. Additionally, diffusion bonding may be performed at elevated pressure to balance pressure in each of the microspheres and the atmosphere.
Zusätzlich können die Kugeln 45, auf welchen die innere metallische Deckschicht 44A angeordnet ist, schmelzen, wenn die hohlen Mikrokugeln 40 aus einer Keramik gebildet sind und aufgeheizt werden, um eine Verbindung zwischen angrenzender Mikrokugeln 40 zu fördern. In den Fällen, in denen die hohlen Kugeln 45 aus einem Polymer, einem Metall und aus Glas gebildet sind, können die hohlen Kugeln 45 als eine Funktion von Materialeigenschaften der hohlen Kugeln 45 und einer Sintertemperatur schmelzen, die auf die Mikrokugeln 40 angewendet wird. Wenn das Schmelzen der hohlen Kugeln 45 auftritt, ist die innere metallische Deckschicht 44A nicht länger eine ”Beschichtung”, sondern sie wird stattdessen eine Innenwand 46 der Mikrokugel 40.In addition, the balls can 45 on which the inner metallic cover layer 44A is arranged to melt when the hollow microspheres 40 are formed of a ceramic and are heated to a connection between adjacent microspheres 40 to promote. In the cases where the hollow balls 45 Made of a polymer, a metal and glass, the hollow balls can 45 as a function of material properties of the hollow spheres 45 and a sintering temperature that melt on the microspheres 40 is applied. When the melting of the hollow balls 45 occurs, is the inner metallic cover layer 44A no longer a "coating", but instead it becomes an inner wall 46 the microsphere 40 ,
Unter Bezugnahme auf 2 ist die Verbindungsschicht 20 ausgebildet, um mit der Oberfläche 18 des Substrats 16 und mit der Isolationsschicht 22 derart verbunden zu werden, dass die Isolationsschicht 22 an dem Substrat 16 befestigt ist. Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Verbindungsschicht 20 ausgebildet, um in die Oberfläche 18 des Substrats 16 und in die Isolationsschicht 22 zu diffundieren, um Verbindungen zwischen diesen zu bilden. Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst das Substrat 16 Aluminium, die Isolationsschicht 22 umfasst mit Nickel beschichtete Mikrokugeln 40, und die Verbindungsschicht 20 umfasst Messing, d. h. ein Kupfer-Zink-Legierungsmaterial (Cu-Zn-Legierungsmaterial). Der Cu-Zn-Gehalt wird festgelegt, um eine optimale Bindungsstärke, optimale thermische Ausdehnungseigenschaften, optimale Wärmebehandlungsvorgänge, eine optimale Ermüdungsbeständigkeit und dergleichen zu erzeugen. Kupfer und Zink weisen eine gute Löslichkeit im festen Zustand in Aluminium, Nickel und Eisen auf, während Eisen und Nickel eine sehr geringe Löslichkeit im festen Zustand in Aluminium aufweisen. Daher stellt die Verbindungsschicht 20 mit Kupfer- und Zinkkombinationen eine strukturelle Zwischenschicht bereit, welche die Diffusionsverbindung zwischen dem angrenzenden Aluminiumsubstrat 16 und der angrenzenden Nickel- oder Eisen-Isolationsschicht 22 verbessert. Es ist jedoch einzusehen, dass das Substrat 16, die Isolationsschicht 22 und die Verbindungsschicht 20 nicht auf Aluminium, Nickel und Messing beschränkt sind, sondern andere Materialien umfassen können.With reference to 2 is the connection layer 20 designed to work with the surface 18 of the substrate 16 and with the insulation layer 22 be connected so that the insulation layer 22 on the substrate 16 is attached. In one non-limiting embodiment, the interconnect layer is 20 trained to get into the surface 18 of the substrate 16 and in the insulation layer 22 to diffuse to form connections between them. In a non-limiting embodiment, the substrate comprises 16 Aluminum, the insulation layer 22 includes nickel coated microspheres 40 , and the connection layer 20 includes brass, ie, a copper-zinc alloy material (Cu-Zn alloy material). The Cu-Zn content is set to produce optimum bonding strength, thermal expansion properties, heat treatment processes, fatigue resistance, and the like. Copper and zinc show good solid state solubility in aluminum, nickel and iron, while iron and nickel have very low solubility in aluminum in the solid state. Therefore, the tie layer represents 20 With copper and zinc combinations, a structural interlayer providing the diffusion bond between the adjacent aluminum substrate 16 and the adjacent nickel or iron insulation layer 22 improved. However, it can be seen that the substrate 16 , the insulation layer 22 and the tie layer 20 are not limited to aluminum, nickel and brass, but may include other materials.
Eine Seite der Verbindungsschicht 20 kann über die Oberfläche 18 des Substrats 16 hinweg angeordnet sein, so dass die Verbindungsschicht 20 zwischen dem Substrat 16 und der Isolationsschicht 22 angeordnet ist. Eine Kompressionskraft kann bei einer Verbindungstemperatur zumindest für eine minimale Anwendungszeit auf die Isolationsschicht 22 und das Substrat 16 ausgeübt werden. Die Schmelztemperatur des Materials der Verbindungsschicht 20 ist geringer als die Schmelztemperatur jedes von dem Substrat 16 und dem Material der Isolationsschicht 22. Gemäß einer anderen Ausführungsform liegt die Schmelztemperatur des Materials der Verbindungsschicht 20 zwischen der Schmelztemperatur jedes von dem Substrat 16 und dem Material der Isolationsschicht 22. Fernher kann die erforderliche Verbindungstemperatur geringer als die Schmelztemperatur des Materials des Substrats 16 und des Materials der Isolationsschicht 22 sein, aber ausreichend hoch genug, um zu bewirken, dass eine Diffusionsverbindung zwischen dem metallischen Material des Substrats 16 und dem metallischen Material der Verbindungsschicht 20 sowie zwischen dem metallischen Material des Substrats 16 und dem metallischen Material der Isolationsschicht 22 auftritt.One side of the connection layer 20 can over the surface 18 of the substrate 16 be arranged away, so that the connection layer 20 between the substrate 16 and the insulation layer 22 is arranged. A compressive force may be applied to the insulating layer at a bonding temperature for at least a minimum application time 22 and the substrate 16 be exercised. The melting temperature of the material of the bonding layer 20 is less than the melting temperature of each of the substrate 16 and the material of the insulation layer 22 , According to another embodiment, the melting temperature of the material of the bonding layer is 20 between the melting temperature of each of the substrate 16 and the material of the insulation layer 22 , Furthermore, the required bonding temperature may be less than the melting temperature of the material of the substrate 16 and the material of the insulation layer 22 but sufficiently high enough to cause a diffusion bond between the metallic material of the substrate 16 and the metallic material of the tie layer 20 and between the metallic material of the substrate 16 and the metallic material of the insulating layer 22 occurs.
Unter Bezugnahme auf 2 ist einzusehen, dass die Verbindungsschicht 20 mit einer inneren Oberfläche der Isolationsschicht 22 verbunden werden kann, bevor die Verbindungsschicht 20 mit der Oberfläche 18 des Substrats 16 verbunden wird.With reference to 2 is to be seen that the connection layer 20 with an inner surface of the insulating layer 22 connected can be before the connection layer 20 with the surface 18 of the substrate 16 is connected.
Zusätzlich ist die Verbindungsschicht 20 nicht darauf beschränkt, mit der Oberfläche 18 des Substrats 16 und/oder der Isolationsschicht 22 mittels einer Festkörperdiffusion verbunden zu werden, da andere Verfahren zur Anhaftung ebenso verwendet werden können, wie beispielsweise Benetzen, Löten und Kombinationen von diesen.In addition, the connection layer 20 not limited to the surface 18 of the substrate 16 and / or the insulation layer 22 by means of solid-state diffusion, since other methods of adhesion can be used as well, such as wetting, soldering, and combinations of these.
Nun auf 3 Bezug nehmend, kann die Isolationsschicht 22 mehr als eine Schicht umfassen. Spezieller kann die Isolationsschicht 22 eine Mikrostrukturschicht 22A und eine Übergangsschicht 22B umfassen. Die Mikrostrukturschicht 22A ist eine Schicht, welche die mehreren hohlen Mikrokugeln 40 umfasst, die miteinander verbunden sind, wie vorstehend beschrieben ist. Die Übergangsschicht 22B kann Nickel oder Eisen umfassen. Spezieller sind das metallische Material der Übergangsschicht 22B und die Beschichtung der Mikrokugeln 40 der Mikrostrukturschicht 22A identisch, um die Verbindung zwischen den Schichten 22A, 22B zu unterstützen. Somit werden die Mikrokugeln 40 in einem Randbereich der Mikrostrukturschicht 22A mit der Übergangsschicht 22B verbunden, wenn die Mikrostrukturschicht 22A und die Übergangsschicht 22B auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die ausreicht, um die Mikrokugelschicht (d. h. die Isolationsschicht 22) mit der Übergangsschicht 22B des metallischen Materials (d. h. Nickel, Eisen und dergleichen) zu sintern. Die Mikrostrukturschicht 22A wird derart gebildet, dass sie eine Dicke T2 zwischen 100 μm und 1 mm aufweist. Bevorzugter liegt die Dicke T2 der Mikrostrukturschicht 22A zwischen 100 und 500 μm. Noch bevorzugter liegt die Dicke T2 der Mikrostrukturschicht 22A zwischen 100 und 300 μm. Die Mikrostrukturschicht 22A ist ausgebildet, um Drücken von zumindest 150 bar und Oberflächentemperaturen von zumindest 1100°C standzuhalten.Now up 3 Referring to FIG. 1, the insulating layer may 22 include more than one layer. More specifically, the insulating layer 22 a microstructure layer 22A and a transition layer 22B include. The microstructure layer 22A is a layer containing the several hollow microspheres 40 which are interconnected as described above. The transitional layer 22B may include nickel or iron. More specifically, the metallic material is the transition layer 22B and the coating of the microspheres 40 the microstructure layer 22A identical to the connection between the layers 22A . 22B to support. Thus, the microspheres become 40 in an edge region of the microstructure layer 22A with the transitional layer 22B connected when the microstructure layer 22A and the transition layer 22B be heated to a temperature sufficient to the microsphere layer (ie the insulating layer 22 ) with the transition layer 22B of the metallic material (ie nickel, iron and the like). The microstructure layer 22A is formed to have a thickness T2 between 100 μm and 1 mm. More preferably, the thickness T2 of the microstructure layer is 22A between 100 and 500 μm. More preferably, the thickness T2 of the microstructure layer is 22A between 100 and 300 μm. The microstructure layer 22A is designed to withstand pressures of at least 150 bar and surface temperatures of at least 1100 ° C.
Die Übergangsschicht 22B ist mit der Beschichtung 44 der einzelnen Mikrokugeln 40 an Kontaktpunkten 46 verbunden. Die Übergangsschicht 22B stellt eine Trägerstruktur oder ein Rückgrat für die Mikrokugelschicht 22A bereit und verleiht der Isolationsschicht 22 dadurch Festigkeit und Steifigkeit. Somit sind die Festigkeit und die Steifigkeit der Isolationsschicht 22 eine Funktion einer Dicke der Übergangsschicht 22B. Zusätzlich ist die Übergangsschicht 22B gegenüberliegend der Mikrostrukturschicht 22A mit der Verbindungsschicht 20 verbunden, so dass die Verbindungsschicht 20 zwischen dem Substrat 16 und der Übergangsschicht 22B der Isolationsschicht 22 angeordnet ist. Somit ist die Übergangsschicht 22B in einer zugewandten Berührungsbeziehung mit der Verbindungsschicht 20 angeordnet. Unter der Einwirkung von Wärme auf die Übergangsschicht und die Verbindungsschicht für eine ausreichende Zeitspanne tritt eine Metalldiffusion zwischen der Verbindungsschicht 20 und dem Substrat 16 sowie zwischen der Verbindungsschicht 20 und der Übergangsschicht 22B der Isolationsschicht 22 auf. Die Übergangsschicht 22B stellt einen größeren Oberflächenkontaktbereich für die Verbindungsschicht 20 zum Unterstützen eines größeren Bereichs für die Diffusionsbindung bereit als dann, wenn die Übergangsschicht 22B nicht verwendet wird, und die Mikrokugeln 40 der Mikrostrukturschicht 22A werden mittels Diffusion direkt mit der Verbindungsschicht 20 verbunden (wie in 2 gezeigt ist).The transitional layer 22B is with the coating 44 the individual microspheres 40 at contact points 46 connected. The transitional layer 22B provides a support structure or backbone for the microsphere layer 22A ready and gives the insulation layer 22 thereby strength and rigidity. Thus, the strength and the rigidity of the insulating layer 22 a function of a thickness of the transition layer 22B , In addition, the transition layer 22B opposite the microstructure layer 22A with the connection layer 20 connected so that the connection layer 20 between the substrate 16 and the transitional layer 22B the insulation layer 22 is arranged. Thus, the transition layer 22B in a facing contact relationship with the tie layer 20 arranged. Under the action of heat on the transition layer and the bonding layer for a sufficient time, metal diffusion occurs between the bonding layer 20 and the substrate 16 and between the tie layer 20 and the transitional layer 22B the insulation layer 22 on. The transitional layer 22B provides a larger surface contact area for the tie layer 20 to support a larger area for diffusion bonding than when the transition layer 22B not used, and the microspheres 40 the microstructure layer 22A become by diffusion directly with the bonding layer 20 connected (as in 2 is shown).
Es ist einzusehen, dass eine gewünschte Anzahl von Verbindungsschichten 20 aufgetragen werden kann, die mit den gewünschten Eigenschaften versehen sind, solange die Verbindungsschicht 20 mit der Isolationsschicht 22 und dem Substrat 16 verbunden ist.It will be appreciated that a desired number of tie layers 20 can be applied, which are provided with the desired properties, as long as the bonding layer 20 with the insulation layer 22 and the substrate 16 connected is.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist die Versiegelungsschicht 24 über der Isolationsschicht 22 angeordnet, so dass die Isolationsschicht 22 zwischen der Versiegelungsschicht 24 und der Verbindungsschicht 20 angeordnet ist. Die Versiegelungsschicht 24 ist ein Hochtemperatur-Dünnfilm. Spezieller umfasst die Versiegelungsschicht 24 ein Material, das ausgebildet ist, um Temperaturen von zumindest 1100°C standzuhalten. Die Versiegelungsschicht 24 ist derart ausgebildet, dass sie dünn ist, d. h., dass sie eine Dicke T3 von nicht mehr als 20 μm aufweist. Bevorzugter ist die Versiegelungsschicht 24 derart ausgebildet, dass sie eine Dicke T3 von nicht mehr als 5 μm aufweist. Die Versiegelungsschicht 24 ist für Verbrennungsgase undurchlässig, so dass eine Abdichtung zwischen der Versiegelungsschicht 24 und der Isolationsschicht 22 geschaffen wird. Eine solche Abdichtung verhindert, dass Verunreinigungen aus Verbrennungsgasen, wie beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Ruß, teilweise zur Reaktion gebrachter Kraftstoff, flüssiger Kraftstoff und dergleichen, in die poröse Struktur eintreten, die durch die hohlen Mikrokugeln 40 definiert ist. Wenn zugelassen werden würde, dass solche Verunreinigungen in die poröse Struktur eintreten, würde die Luft, die sich in der porösen Struktur befindet, letztlich durch die Verunreinigungen verdrängt werden, und die Isolationseigenschaften der Isolationsschicht 22 würden verringert oder beseitigt werden.Referring again to 2 is the sealant layer 24 over the insulation layer 22 arranged so that the insulation layer 22 between the sealing layer 24 and the tie layer 20 is arranged. The sealing layer 24 is a high temperature thin film. More specifically, the sealant layer comprises 24 a material designed to withstand temperatures of at least 1100 ° C. The sealing layer 24 is formed to be thin, that is, to have a thickness T3 of not more than 20 μm. More preferred is the sealant layer 24 is formed to have a thickness T3 of not more than 5 μm. The sealing layer 24 is impermeable to combustion gases, allowing a seal between the sealant layer 24 and the insulation layer 22 is created. Such sealing prevents contaminants from combustion gases, such as unburned hydrocarbons, soot, partially reacted fuel, liquid fuel, and the like, from entering the porous structure passing through the hollow microspheres 40 is defined. If such impurities were allowed to enter the porous structure, the air in the porous structure would ultimately be displaced by the impurities and the insulating properties of the insulating layer 22 would be reduced or eliminated.
Die Versiegelungsschicht 24 kann ausgebildet sein, um eine äußere Oberfläche 42 aufzuweisen, die glatt ist. Das Vorhandensein einer glatten Versiegelungsschicht 24 kann wichtig sein, um die Erzeugung einer turbulenten Luftströmung zu verhindern, wenn die Luft über die äußere Oberfläche 42 der Versiegelungsschicht 24 strömt. Ferner verhindert das Vorhandensein einer Versiegelungsschicht 24 mit einer glatten Oberfläche einen erhöhten Wärmeübertragungskoeffizienten. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Versiegelungsschicht 24 mittels Elektroplattieren oder Dampfabscheidung auf die Isolationsschicht 22 aufgetragen werden. Gemäß einem anderen nicht einschränkenden Beispiel kann die Versiegelungsschicht 24 gleichzeitig mit dem Sintern der Isolationsschicht 22 auf die Isolationsschicht 22 aufgetragen werden.The sealing layer 24 may be formed to an outer surface 42 to show that is smooth. The presence of a smooth sealant layer 24 may be important to prevent the generation of a turbulent air flow when the air over the outer surface 42 the sealing layer 24 flows. Further, the presence of a sealant layer prevents 24 with a smooth surface an increased heat transfer coefficient. By way of non-limiting example, the sealant layer may 24 by electroplating or vapor deposition on the insulation layer 22 be applied. According to another non-limiting example, the sealing layer 24 simultaneously with the sintering of the insulation layer 22 on the insulation layer 22 be applied.
Die Versiegelungsschicht 24 ist derart ausgebildet, dass sie ausreichend elastisch ist, um dadurch einem Aufbrechen oder einer Rissbildung während einer Einwirkung von Verbrennungsgasen, einer thermischen Ermüdung oder Verunreinigungen standzuhalten. Ferner ist die Versiegelungsschicht 24 derart ausgebildet, dass sie ausreichend elastisch ist, um dadurch einer Ausdehnung und/oder Kontraktion der darunterliegenden Isolationsschicht 22 standzuhalten.The sealing layer 24 is designed to be sufficiently resilient to withstand cracking or cracking during exposure to combustion gases, thermal fatigue, or contaminants. Further, the sealant layer 24 is formed so that it is sufficiently elastic, thereby an expansion and / or contraction of the underlying insulating layer 22 withstand.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 kann die Versiegelungsschicht 24 mehr als eine Schicht umfassen. Spezieller kann die Versiegelungsschicht 24 eine erste Barriereschicht 24A und eine zweite Barriereschicht 24B umfassen. Die erste Barriereschicht 24A kann auf der Isolationsschicht 22 angeordnet sein, und die zweite Barriereschicht 22B kann auf der ersten Barriereschicht 24A angeordnet sein, so dass die erste Barriereschicht 24A zwischen der zweiten Barriereschicht 24B und der Isolationsschicht 22 angeordnet ist. Die zweite Barriereschicht 24B kann ausgebildet sein, um die äußere Oberfläche 42 aufzuweisen, die glatt ist. Die erste Barriereschicht 24A und die zweite Barriereschicht 24B können aufeinandergeschichtet sein, um die gewünschten Eigenschaften bereitzustellen, beispielsweise eine extrem hohe Temperaturbeständigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel stellt die zweite Barriereschicht 24B die Korrosionsbeständigkeit und die extrem hohe Temperaturbeständigkeit bereit, während die erste Barriereschicht 24A eine Abdichtung gegenüber der darunterliegenden Isolationsschicht 22 bereitstellt, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in offene Räume eintreten, die zwischen den Mikrokugeln 40 der darunterliegenden Isolationsschicht 22 definiert sind. Es ist einzusehen, dass eine gewünschte Anzahl von Versiegelungsschichten 24 aufgetragen werden kann, welche die gewünschten Eigenschaften bereitstellen, solange die Versiegelungsschicht 24 eine Abdichtung gegenüber der darunterliegenden Isolationsschicht 22 bereitstellt, um zu verhindern, dass Verunreinigungen oder Gase in die offenen Räume eintreten, die durch die Mikrokugeln 40 definiert sind. Zusätzlich ist eine Dicke T3 der Versiegelungsschicht 24 unabhängig von der Anzahl der einzelnen Barriereschichten vorzugsweise nicht größer als 20 μm. Bevorzugter ist die Dicke T3 der Versiegelungsschicht 24 derart ausgebildet, dass sie eine Dicke T3 von nicht mehr als 5 μm aufweist.Referring again to 3 can the sealant layer 24 include more than one layer. More specifically, the sealing layer 24 a first barrier layer 24A and a second barrier layer 24B include. The first barrier layer 24A can on the insulation layer 22 be arranged, and the second barrier layer 22B can on the first barrier layer 24A be arranged so that the first barrier layer 24A between the second barrier layer 24B and the insulation layer 22 is arranged. The second barrier layer 24B may be formed to the outer surface 42 to show that is smooth. The first barrier layer 24A and the second barrier layer 24B may be stacked together to provide the desired properties, for example, extremely high temperature resistance and corrosion resistance. By way of non-limiting example, the second barrier layer 24B the corrosion resistance and the extremely high temperature resistance while the first barrier layer 24A a seal against the underlying insulation layer 22 provides to prevent contaminants from entering open spaces between the microspheres 40 the underlying insulation layer 22 are defined. It will be appreciated that a desired number of sealing layers 24 can be applied, which provide the desired properties as long as the sealing layer 24 a seal against the underlying insulation layer 22 provides to prevent contaminants or gases from entering the open spaces through the microspheres 40 are defined. In addition, a thickness T3 of the sealant layer 24 regardless of the number of individual barrier layers preferably not larger than 20 microns. More preferable is the thickness T3 of the sealant layer 24 is formed to have a thickness T3 of not more than 5 μm.
Ferner sind die Verbindungsschicht 20, die Isolationsschicht 22 und die Versiegelungsschicht 24 jeweils derart ausgebildet, dass sie passende Eigenschaften bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, um einer thermischen Ermüdung standzuhalten.Furthermore, the connection layer 20 , the insulation layer 22 and the sealing layer 24 each formed so as to have suitable thermal expansion coefficient characteristics to withstand thermal fatigue.
Es ist einzusehen, dass die zusammengesetzte TBC 14 auf andere Komponenten als diejenigen aufgetragen werden kann, die in einem Verbrennungsmotor vorhanden sind. Spezieller kann die zusammengesetzte TBC 14 auf Komponenten von Flugzeugen, Raketen, Spritzgussformen und dergleichen aufgetragen werden.It can be seen that the composite TBC 14 can be applied to components other than those present in an internal combustion engine. More specifically, the compound TBC 14 be applied to components of aircraft, rockets, injection molds and the like.
Obgleich die besten Weisen zum Ausführen vieler Aspekte der vorliegenden Lehren im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Lehren betreffen, verschiedene alternative Aspekte zum Ausüben der vorliegenden Lehren erkennen, welche innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen.Although the best modes for carrying out many aspects of the present teachings have been described in detail, those skilled in the art having ordinary skill in the art will recognize various alternative aspects for practicing the present teachings which are within the scope of the appended claims.
