Деталь з керамічним покриттям (варіанти), спосіб утворення керамічного покриття та пристрій для його здійснення

Ця група винаходів, що поєднана єдиним винахідницьким задумом, відноситься взагалі до захисних покриттів металевих виробів, зокрема до керамічних термобар'єрних покриттів (ТБП), які утворюють шляхом електронно-променевого випаровування керамічних матеріалів з наступним осаджуванням парового випару керамічного матеріалу на деталі, і може бути використана в машинобудуванні для виготовлення деталей із жароміцних суперсплавів з захисним зносостійким керамічним покриттям, яке зменшує тепловий потік до деталі. Конденсація з отриманої за допомогою електронного променя парової фази (КЕППФ) - це один із способів нанесення покриттів на субстрати для виготовлення деталей з тонкими шарами колончастих зернистих покриттів. Цей спосіб звичайно здійснюють усередині герметичної камери, у якій підтримують низький тиск газу. Нанесення керамічних ТБП на субстрати із суперсплавів є відомим, наприклад, із патенту США №4 321 311 (МПК В23В33/00, 1982, автор Strangman), в якому описані колончасті зернисті керамічні термобар 1єрні покриття; із патенту США №4 405 659 (МПК С23С11/00, 1983, автор Strangman), в якому пропонується спосіб отримання колончастих зернистих керамічних ТБП; із патенту США №5 405 660 (МПК B05D3/06, 1995 автори Ulion та інші), в якому описаний спосіб виробництва металевих деталей, що мають стійкі керамічні ТБП. Взагалі, метою ТБП є, звичайно, зменшення теплового потоку до деталі, внаслідок чого захищається субстрат. В умовах застосування у літаках і, зокрема, у декількох перших ступенях турбіни, турбінні лопатки та лопатки направляючого апарату зазнають дії газу, температура якого становить до 1371-1649°С, що значно перебільшує температуру плавлення долішного субстрату. Отже ТБП повинні мати низький коефіцієнт теплопровідності, і, звичайно, деталь також необхідно охолоджувати. Проте, постачання охолоджувального повітря до деталі знижує коефіцієнт корисної дії турбіни. Одним з відомих для утворення покриття матеріалів є стабілізований оксидом ітрію діоксид цирконію (далі "YSZ"), який характеризується тим, що його складові мають подібний тиск пару. Отже під час нагрівання мішені із цього матеріалу складові частини мають тенденцію випаровуватися із подібними швидкостями, а склад отриманого покриття відповідає складові мішені. Матеріал "7YSZ", тобто "YSZ", в якому масова доля оксиду ітрію становить приблизно 7% і який наноситься шляхом КЕППФ, має відносно сталий коефіцієнт теплопровідності, що становить 2-2,5Вт/(м×К) між приблизно кімнатною температурою та приблизно 204°С. Коефіцієнт теплопровідності цього матеріалу має тенденцію збільшуватися з підвищенням температури. Незважаючи на те, що "YSZ" був задовільним ТБП протягом років, існує необхідність у ТБП з більш низьким коефіцієнтом теплопровідності. ТБП, що має більш низький коефіцієнт теплопровідності, має декілька переваг щодо застосування у газових турбінах літаків та у інших газових турбінах. В умовах сталої температури газу і товщини ТБП температура лопаток турбіни або лопаток направляючого апарату знижуються, внаслідок чого подовжується термін служби лопаток турбіни або лопаток направляючого апарату. В умовах сталої товщини покриття та температури металу можна застосовувати більш високі температури газу, внаслідок чого поліпшується коефіцієнт корисної дії. В умовах сталої температури газу та сталої температури металу можна використовувати більш тонкі покриття, що значно знижує відцентрову силу, яка виникає від обертової лопатки, що дозволяє використовувати менші за розміром та більш легкі диски та/або підвищити їхню стійкість до деформації повзучості. Крім того, вважається, що більш тонкі покриття будуть більш стійкими, ніж товсті покриття бо внаслідок температурних напружень у більш товстих покриттях виникають пошкодження ТБП. З метою отримання ТБП, що мають поліпшені характеристики, такі як знижений коефіцієнт теплопровідності, використовували інші комбінації складових частин. Найбільш близькою по сукупності ознак до об'єкту винаходу "Деталь з керамічним покриттям", є вибрана як прототип деталь з керамічним покриттям (дивіться опис винаходу до патенту США №5 334 4 62, МПК С04В35/48, 1994), яка містить субстрат із суперсплаву, шар зціплення із оксиду алюмінію на поверхні субстрату та шар матеріалу, який утворює керамічне термобар'єрне покриття на шарі оксиду алюмінію. Описано керамічний ізоляційний матеріал та ізоляційне покриття з нього. Матеріал покриття - це підсилений оксидом ітрію діоксид церію (далі "YsСеО2"). Додавання невеликої кількості оксиду ітрію, наприклад, до масової долі 0,5%, значно зміцнює діоксид церію, внаслідок чого отримується матеріал, який можна використовувати як ТБП. Припустили, що вищезазначений корисний ефект підсиленого оксидом ітрію діоксиду церію (YsСеО2) існує аж до, або навіть вище, межі розчинності твердої речовини оксиду ітрію у діоксиді церію, яка становить приблизно 12 масових % оксиду ітрію. У варіантах деталі з керамічним покриттям, що заявляється, і прототипу співпадають наступні суттєві ознаки: деталі містять субстрат із суперсплаву, шар зціплення із оксиду алюмінію на поверхні субстрату та шар матеріалу, який утворює керамічне термобар'єрне покриття на шарі оксиду алюмінію. Найбільш близькою по сукупності ознак до об'єкту винаходу "Спосіб утворення керамічного покриття" є вибраний як прототип спосіб утворення керамічного покриття шляхом конденсації з отриманої за допомогою електронного променя парової фази керамічного матеріалу для покриття (дивіться опис винаходу до патенту США №5 087 477, МПК B05D3/06, 1992). Спосіб включає випаровування в вакуумі керамічного матеріалу і осаджування парового потоку випару керамічного матеріалу на деталі. Під час КЕППФ електронний промінь направляють на мішень, що містить матеріал для покриття, та яка має тверду форму, наприклад, пруток або стрижень матеріалу. Мішень знаходиться у охолодженому тиглі, який звичайно має форму порожнього циліндра. Електронний промінь нагріває відкритий кінець мішені, внаслідок чого утворюється ванночка розплавленого матеріалу мішені. Матеріал випаровується, і випар заповнює камеру та осаджується на поверхні субстрату, внаслідок чого утворюється покриття. Одним з таких матеріалів мішені для утворення покриття є стабілізований оксидом ітрію діоксид цирконію (YSZ) , який характеризується тим, що його складові частини мають подібний тиск пару. Отже, складові частини мають тенденцію випаровуватися із подібними швидкостями, а склад отриманого ТБП відповідає складові мішені. У способі утворення керамічного покриття, що заявляється, і прототипу співпадають наступні суттєві ознаки: способи включають випаровування в вакуумі керамічного матеріалу і осаджування парового потоку випару керамічного матеріалу на деталі. Найбільш близькою по сукупності ознак до об’єкту винаходу "Пристрій для утворення керамічного покриття", який призначений для здійснення вищезгаданого способу, є вибраний як прототип пристрій для утворення керамічного покриття (дивіться опис винаходу до патенту США №5 087 477, МПК B05D3/06, 1992), який містить камеру для нанесення покриття на деталь, розташований у камері тигель, мішень з матеріалу, з якого утворюється керамічне покриття, і засоби для нагрівання та випаровування матеріалу мішені. Пристрій для утворення керамічного покриття, що заявляється, і прототип мають такі суттєві ознаки, що співпадають: пристрої містять камеру для нанесення покриття на деталь, розташований у камері тигель, мішень з матеріалу, з якого утворюється керамічне покриття, і засоби для нагрівання та випаровування матеріалу мішені. Аналіз технічних властивостей прототипу варіантів об'єкту винаходу "Деталь з керамічним покриттям", прототипу об'єкту винаходу "Спосіб утворення керамічного покриття" та прототипу об'єкту винаходу "Пристрій для утворення керамічного покриття" обумовлених їх ознаками, показує, що отриманню очікуваного технічного результату при використанні вищезгаданих прототипів перешкоджають наступні однакові причини. Утворення на деталі керамічного ТБП з оксиду ітрію та діоксиду церію шляхом КЕППФ, під час якого використовували єдине тверде джерело матеріалу мішені з оксиду ітрію та діоксиду церію, показує, що відомим способом не можна отримати ТБП з таким саме відсотковим відношенням оксиду ітрію, як у мішені. Вважається, через те, що діоксид церію має значно більш високий тиск пару ніж оксид ітрію, отримане ТБП обов'язково матиме значно більш низьке вагове відсоткове відношення оксиду ітрію, ніж мішень. Відомо, якщо мішень має масову долю оксиду ітрію 9%, тоді ТБП матиме масову долю оксиду ітрію лише 0,5%, якщо використовують вищезазначений спосіб КЕППФ. Таке ТБП має відносно низьку стійкість до ерозії та відносно високий коефіцієнт теплопровідності, що призводить до необхідності збільшення товщини керамічного покриття на деталі, яка захищається цим покриттям. Але при цьому знижується стійкість керамічного термобар'єрного покриття внаслідок температурних напружень у більш товстих покриттях, що призводять до пошкодження ТБП. Отже, попередній рівень техніки дозволяє зробити висновок, що неможливо постійно підвищувати вміст оксиду ітрію в отриманому ТБП лише шляхом підвищення вмісту оксиду ітрію у мішені, особливо якщо ТБП утворюється шляхом КЕППФ. Крім того, мішені твердих єдиних джерел складових частин, які не здібні змішуватися, мають тенденцію розтріскуватися під час нагрівання внаслідок градієнтів температури, які виникають між двома окремими складовими частинами. У основу винаходу поставлена задача створити таку деталь з керамічним покриттям, в якій удосконалення шляхом зміни структури матеріалу покриття дозволило б при використанні винаходу забезпечити досягнення технічного результату, що полягає в знижені коефіцієнту теплопровідності утвореного на деталі керамічного термобар'єрного покриття та підвищенні його стійкості. У основу винаходу поставлена також задача створити такий спосіб утворення керамічного покриття, в якому удосконалення шляхом введення нової дії та нових умов виконання дій, дозволило б при використанні винаходу забезпечити досягнення технічного результату, що полягає в знижені коефіцієнту теплопровідності утвореного на деталі керамічного термобар'єрного покриття та підвищенні його стійкості. У основу винаходу поставлена задача створити такий пристрій для утворення керамічного покриття, в якому удосконалення шляхом введення нових елементів та нового взаємного розташування елементів, дозволило б при використанні винаходу забезпечити досягнення технічного результату, що полягає в знижені коефіцієнту теплопровідності утвореного на деталі керамічного термобар 1єрного покриття та підвищенні його стійкості. Більш специфічною задачею винаходу у його переважних варіантах здійснення є, принаймні, забезпечення пристроєм та способом, що є здатними виконувати регулювання кількості складових частин у паровому потокові, внаслідок чого регулюється склад ТБП. Іншим більш специфічною задачею винаходу у його переважних варіантах здійснення є, принаймні, забезпечення ТБП, що складається із матеріалів, які мають дуже різні тиски пару, наприклад із оксиду ітрію та діоксиду церію, та забезпечення пристроєм і способом одержання такого ТБП, яке має відносно велику кількість оксиду ітрію. На розв'язання поставлених задач, спрямована група винаходів, що заявляється, яка пов'язана єдиним винахідницьким задумом і стосується варіантів деталі з керамічним покриттям, способу, призначеного для виготовлення цього керамічного покриття, і пристрою для здійснення цього способу. Деталь з керамічним покриттям, що заявляється як винахід, який спрямований на розв'язання поставленої задачі, містить субстрат із суперсплаву, шар зціплення із оксиду алюмінію на поверхні субстрату та шар матеріалу, який утворює керамічне термобар'єрне покриття на шарі оксиду алюмінію. Від прототипу винахід, що заявляється, відрізняється тим, що матеріал термобар'єрного покриття містить твердий розчин, принаймні, двох керамічних матеріалів. Варіант деталі з керамічним покриттям, що заявляється як винахід, який спрямований на розв'язання поставленої задачі, містить субстрат із суперсплаву, шар зціплення із оксиду алюмінію на поверхні субстрату та шар матеріалу, який утворює керамічне термобар'єрне покриття на шарі оксиду алюмінію. Від прототипу винахід, що заявляється, відрізняється тим, що термобар'єрне покриття має колончасту зернисту структуру і виготовлено із матеріалу, який складається із практично однорідної суміші, яка містить оксид ітрію, масова доля якого складає принаймні, приблизно 5%, решта - практично діоксид церію. Ще один варіант деталі з керамічним покриттям, що заявляється як винахід, який спрямований на розв'язання поставленої задачі, містить субстрат із суперсплаву, шар зціплення із оксиду алюмінію на поверхні субстрату та шар матеріалу, який утворює керамічне термобар'єрне покриття на шарі оксиду алюмінію. Від прототипу винахід, що заявляється, відрізняється тим, що містить керамічне зв'язувальне покриття на шарі оксиду алюмінію, при цьому керамічне термобар'єрне покриття має колончасту зернисту структуру і нанесено на керамічне зв'язувальне покриття. Таким чином, щодо першого аспекту, пропонується деталь із суперсплаву, яка містить субстрат із суперсплаву, шар зціплення з оксиду алюмінію на поверхні субстрату та шар матеріалу, що утворює термобар'єрне покриття на шарі з оксиду алюмінію, при цьому покриття містить твердий розчин, принаймні, двох керамічних матеріалів. Згідно з наступним аспектом цього винаходу, пропонується деталь із суперсплаву, яка містить субстрат із суперсплаву та шар зціплення з оксиду алюмінію на поверхні субстрату. Деталь також містить шар керамічного матеріалу, який утворює колончасте зернисте термобар'єрне покриття на шарі оксиду алюмінію. Покриття складається із оксиду ітрію та діоксиду церію з, принаймні, 5 ваговими % оксиду ітрію, решта - діоксид церію. У певному варіанті здійснення покриття містить 5-12 вагових % оксиду ітрію або 12-60 вагових % оксиду ітрію. Деталь також може мати керамічне зв'язувальне покриття, таке як шар підсиленого оксидом ітрію діоксиду цирконію, між шаром оксиду алюмінію та бар'єрним покриттям. При використанні цих варіантів винаходу очікується досягнення технічного результату, що полягає в знижені коефіцієнту теплопровідності утвореного на деталі керамічного термобар'єрного покриття та підвищенні його стійкості. Між сукупністю суттєвих ознак варіантів винаходу "Деталь з керамічним покриттям" і технічним результатом, що досягається, є наступний причинно-наслідковий зв'язок. Утворення на шарі оксиду алюмінію, що покриває деталь, системи керамічного ТБП з рівномірним розподілом одного керамічного матеріалу в іншому керамічному матеріалі у вигляді твердого розчину або однорідної суміші, принаймні, двох керамічних матеріалів, дозволяє майже без обмеження підвищувати масову долю того із керамічних матеріалів, який для цієї системи ТБП забезпечує відносно високу стійкість до ерозії та відносно низький коефіцієнт теплопровідності. Так якщо ТБП містить твердий розчин з оксиду ітрію та діоксиду церію, то масову долю оксиду ітрію, введення якого в цю систему ТБП забезпечує підвищення стійкості до ерозії та зниження коефіцієнта теплопровідності, можна довести до 5-60% і навіть вище. Так на шарі оксиду алюмінію утворюється колончасте зернисте термобар'єрне покриття. Відомі деталі з ТБП не мають ТБП з таким саме відсотковим відношенням оксиду ітрію. Зниження коефіцієнта теплопровідності матеріалу покриття призводить до можливості зменшення товщини керамічного покриття на деталі, яка захищається цим покриттям. При цьому стійкість керамічного термобар'єрного покриття буде підвищуватися внаслідок зменшення температурних напружень по товщині покриття, що призводили до його пошкодження. Утворення керамічного термобар'єрного покриття, яке має колончасту зернисту структуру, на проміжному керамічному зв'язувальному покритті (такому як, наприклад, шар підсиленого оксидом ітрію діоксиду цирконію), яке перед тим було нанесено на шар оксиду алюмінію, теж сприяє зниженню коефіцієнта теплопровідності матеріалу термобар'єрного покриття. У деяких конкретних формах виконання деталь з керамічним покриттям, що заявляється, характеризується наступними відмінними від прототипу ознакам. Матеріал термобар'єрного покриття містить оксид ітрію, масова доля якого складає приблизно 5-12%. Матеріал термобар'єрного покриття містить оксид ітрію, масова доля якого складає, принаймні, приблизно 12%. Матеріал термобар'єрного покриття містить оксид ітрію, масова доля якого складає приблизно 12-60%, а решта - практично діоксид церію. Матеріал термобар'єрного покриття складається із єдиної фази. Деталь містить проміжне керамічне зв'язувальне покриття на шарі оксиду алюмінію, при цьому термобар'єрне покриття нанесено на проміжне керамічне зв'язувальне покриття. Проміжне керамічне зв'язувальне покриття складається із стабілізованого діоксиду цирконію. Матеріал термобар1єрного покриття містить, принаймні, одну додаткову складову, яка обрана із групи, що містить діоксид цирконію, оксид гафнію, оксид лантану, оксид кальцію та оксид скандію. У матеріалі термобар1єрного покриття масова доля оксиду ітрію поступово збільшується, а масова доля діоксиду церію поступово зменшується по товщині термобар'єрного покриття в напрямі до його поверхні. Термобар'єрне покриття утворено зносостійким матеріалом, у якому складовими є оксид ітрію та діоксид церію і який утворює зношуваний стиранням шар матеріалу. Деталь є деталлю повітряного ущільнення двигуна. Для виготовлення вищезгаданої деталі з керамічним покриттям пропонується "Спосіб утворення керамічного покриття", що заявляється як винахід, який спрямований на розв'язання поставленої задачі і включає випаровування в вакуумі керамічного матеріалу і осаджування парового потоку випару керамічного матеріалу на деталі. Від прототипу спосіб, який заявляється, відрізняється тим, що додатково до випаровування першого керамічного матеріалу випаровують другий керамічний матеріал, при цьому перший та другий керамічні матеріали знаходяться окремо один від одного, потім утворюють паровий потік з першого і другого випарів, який осаджують на деталі. Спосіб, що заявляється, містить наступні етапи: забезпечення першої складової частини покриття та другої складової частини покриття усередині герметичної камери, у якій підтримується низький тиск газу, окреме випаровування першої складової частини та другої складової частини для утворення першого випару та другого випару, так щоб утворити паровий потік першого випару та другого випару, та конденсування потоку випарів на складовій частині деталі для отримання покриття. При використанні способу, що заявляється, очікується досягнення технічного результату, який полягає в знижені коефіцієнту теплопровідності утвореного на деталі керамічного термобар 1єрного покриття та підвищенні його стійкості. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу "Спосіб утворення керамічного покриття" і технічним результатом, що досягається, є наступний причинно-наслідковий зв'язок. Незалежне випаровування керамічних матеріалів та утворення сумісного потоку випарів, який осаджують на деталі, призводить до утворення на шарі оксиду алюмінію, що покриває деталь, системи керамічного колончастого зернистого ТБП з рівномірним розподілом одного керамічного матеріалу в іншому керамічному матеріалі у вигляді твердого розчину або однорідної суміші, принаймні, двох керамічних матеріалів. При цьому, регулюючи потік конкретного випару, можна майже без обмеження підвищувати масову долю того із керамічних матеріалів, який для цієї системи ТБП забезпечує відносно високу стійкість до ерозії та відносно низький коефіцієнт теплопровідності. Так якщо ТБП містить твердий розчин з оксиду ітрію та діоксиду церію, то масову долю оксиду ітрію, введення якого в цю систему ТБП забезпечує підвищення стійкості до ерозії та зниження коефіцієнта теплопровідності, можна довести до 5-60% і навіть вище. Відомим способом КЕППФ не можна отримати ТБП з таким саме відсотковим відношенням оксиду ітрію. Зниження коефіцієнта теплопровідності матеріалу покриття призводить до можливості зменшення товщини керамічного покриття на деталі, яка захищається цим покриттям. При цьому стійкість керамічного термобар'єрного покриття буде підвищуватися внаслідок зменшення температурних напружень по товщині покриття, що призводили до його пошкодження. У деяких конкретних випадках використання спосіб утворення керамічного покриття, що заявляється, характеризується наступними відмінними від прототипу ознаками. Для випаровування використовують матеріали, які містять оксид ітрію та діоксид церію. Для випаровування використовують матеріали у вигляді кришива з розміром частинок, який становить, принаймні, приблизно 2мм. Для випаровування використовують матеріали у вигляді кришива з розміром частинок, який становить приблизно 3-5мм. Випаровування матеріалів здійснюють шляхом електронно-променевого випарювання мішеней з матеріалів, що випаровуються, і незалежне випаровування матеріалів здійснюють шляхом сканування електронного променя між першою мішенню та другою мішенню. Електронний промінь сканують між першою мішенню та другою мішенню зі швидкістю, принаймні, три рази за секунду. На мішені з оксиду ітрію електронний промінь утримують триваліше ніж на мішені з діоксиду церію. Перший матеріал, що випаровується, та другий матеріал, що випаровується, розміщують у окремих нескінченних проходах постачання. До початку випаровування матеріалів на деталі утворюють проміжний шар із керамічного матеріалу. Перший та другий матеріали випаровують та осаджують на деталі для утворення керамічного покриття, яке складається із оксиду ітрію, масова доля якого становить, принаймні, 3%, а решта - діоксид церію. Керамічне покриття, яке утворюють, містить оксид ітрію, масова доля якого становить приблизно 5-12%. Для здійснення вищезгаданого способу утворення керамічного покриття пропонується "Пристрій для утворення керамічного покриття", що заявляється як винахід, який спрямований на розв'язання поставленої задачі. Пристрій для утворення керамічного покриття містить камеру для нанесення покриття на деталь, розташований у камері тигель, мішень з матеріалу, з якого утворюється керамічне покриття, і засоби для нагрівання та випаровування матеріалу мішені. Від прототипу винахід, що заявляється, відрізняється тим, що в тиглі зроблені, принаймні, два відокремлених один від одного заглиблення для розміщення мішеней, принаймні, з двох керамічних матеріалів і утворення суміші першого та другого випарів до початку осаджування випарів на деталі. Пристрій переважно містить камеру для нанесення покриття та агрегат для відкачування камери для нанесення покриття. При цьому тигель розташовано усередині камери для нанесення покриття. В тиглі зроблені окремі канали для постачання окремо, принаймні, двох складових частин покриття. Пристрій також містить нагрівник/випарник для нагрівання та випаровування, принаймні, двох складових частин для утворення суміші або парового потоку із, принаймні, першого та другого випарів. Канали розташовано на відстані один від одного для того, щоб перший та другий випари утворили практично однорідну парову суміш до початку конденсування на деталі. При використанні пристрою, що заявляється, очікується досягнення технічного результату, який полягає в знижені коефіцієнту теплопровідності утвореного на деталі керамічного термобар'єрного покриття та підвищенні його стійкості. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу "Пристрій для утворення керамічного покриття" і технічним результатом, що досягається, є наступний причинно-наслідковий зв'язок. Виконання, принаймні, двох відокремлених один від одного заглиблень для розміщення мішеней, принаймні, з двох керамічних матеріалів і розміщення цих заглиблень так, що перший та другий випари утворюють сумісний потік випарів до початку осаджування випарів на деталі призводить до утворення на шарі оксиду алюмінію, що покриває деталь, системи керамічного колончастого зернистого ТБП з рівномірним розподілом одного керамічного матеріалу в іншому керамічному матеріалі у вигляді твердого розчину або однорідної суміші, принаймні, двох керамічних матеріалів. При цьому, регулюючи потік конкретного випару, можна майже без обмеження підвищувати масову долю того із керамічних матеріалів, який для цієї системи ТБП забезпечує відносно високу стійкість до ерозії та відносно низький коефіцієнт теплопровідності. Так якщо ТБП містить твердий розчин з оксиду ітрію та діоксиду церію, то масову долю оксиду ітрію, введення якого в цю систему ТБП забезпечує підвищення стійкості до ерозії та зниження коефіцієнта теплопровідності, можна довести до 5-60% і навіть вище. Відомими пристроями для здійснення КЕППФ не можна отримати ТБП з таким саме відсотковим відношенням оксиду ітрію. Зниження коефіцієнта теплопровідності матеріалу покриття призводить до можливості зменшення товщини керамічного покриття на деталі, яка захищається цим покриттям. При цьому стійкість керамічного термобар'єрного покриття буде підвищуватися внаслідок зменшення температурних напружень по товщині покриття, що призводили до його пошкодження. У деяких конкретних випадках використання пристрій для утворення керамічного покриття, що заявляється, характеризується наступними відмінними від прототипу ознаками. Засоби для нагрівання та випаровування містять, принаймні, одну електронно-променеву гармату. Засоби для нагрівання розташовано так, щоб більше нагрівався один з матеріалів-мішеней, ніж другий матеріал-мішень. Заглиблення в тиглі зроблені у вигляді, принаймні, двох кільцевих каналів для приймання матеріалів-мішеней. В тиглі для розміщення матеріалів-мішеней зроблені, принаймні, два окремі канали, які розташовані на відстані один від одного для утворення практично однорідної парової суміші першого та другого випарів до початку осаджування випарів на деталі. Засоби для нагрівання містять електронно-променеву гармату та засіб для сканування електронного променя між першою позицією, у якій електронний промінь спрямовано на матеріалмішень, який знаходиться в першому каналі, та другою позицією, у якій електронний промінь спрямовано на матеріал-мішень, який знаходиться у другому каналі. Засіб для сканування виконаний з можливістю забезпечення більш тривалого перебування електронного проміню на мішені з одного матеріалу, ніж на мішені з другого матеріалу. Тигель виготовлений у формі диска, в якому зроблені концентричні дугоподібні канали для матеріалів-мішеней, і пристрій обладнано засобом для обертання тигля для забезпечення безперервного постачання матеріалів мішеней. Далі буде описано деякі переважні варіанти здійснення цього винаходу, які слід розглядати лише як приклади, з посиланням на фігури ілюстративного матеріалу, на яких зображено: на фіг.1 - зображення поперечного перетину деталі, що має ТБП згідно з цим винаходом; на фіг.2 - схематичне зображення пристрою, для утворення ТБП згідно з цим винаходом; на фіг.3 - схематичне зображення виду зверху тигля з фіг. 2; на фіг.4 - схематичне зображення виду збоку тигля з фіг. 2; на фіг.5 - частина фазової діаграми оксиду ітрію та діоксиду церію. На ілюстративних матеріалах проставлені такі позначення: Позиція 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Найменування елемента Деталь Субстрат Металеве зв'язувальне покриття Шар оксиду алюмінію Термобар'єрне покриття Керамічне зв'язувальне покриття Пристрій для утворення керамічного покриття Камера Стінки Вакуумний агрегат Електронна гармата Тигель Карусель Двигун Контрольний пристрій Охолоджувальні проходи Канал Канал Стінка каналу Стінка каналу Стінка каналу Стінка каналу Завантажувальний бункер Завантажувальний бункер Направлення оберту каруселі Електронний промінь Звернемося зараз до фіг.1, що не є масштабним кресленням. Вона зображує частину деталі згідно з цим винаходом, яка позначена 1. Деталь має металеве зв'язувальне покриття та термобар'єрне покриття (ТВП). Взагалі, відоме нанесення металевого зв'язувального покриття та ТВП на деталь, таку як деталь турбіни, що охолоджується повітрям, яку виготовлено із матеріалу суперсплаву. Субстрат 2, такий як субстрат із суперсплаву, покрито шаром металевого зв'язувального покриття 3 із MCrAlY, інтерметалевим алюмінідом або іншим придатним матеріалом, який виконує функцію зв'язувального покриття (за необхідністю) між металевим субстратом та ТБП. В сплаві MCrAlY компонент "М" означає метал, що обирають з групи, яка складається із заліза, кобальту, нікелю та їхніх сумішей. Відносно тонший шар оксиду алюмінію, утворюється шляхом окиснення на зв'язувальному шарі. Альтернативно шар оксиду алюмінію можна утворювати безпосередньо на основі шляхом її окиснення, не використовуючи зв'язувального покриття. Переважно, проте необов'язково, товщина шару металевого зв'язувального покриття 3 становить приблизно 0,05-0,25мм, та шар є однорідним. Шар металевого зв'язувального покриття можна також обробити, наприклад, шляхом проковування, полірування та/або шляхом теплової обробки з метою ущільнення будь-яких порожнин та поліпшення структури покриття та зціплення з субстратом. Тонкий шар оксиду алюмінію 4 утворено на металевому зв'язувальному покритті 3, проте шар оксиду алюмінію можна утворити після нанесення ТБП. Відомо, що залежно від певного матеріалу, який використовують для субстрату, шар оксиду алюмінію можна утворити безпосередньо на субстраті, завдяки чому не слід обов'язково наносити окреме металеве зв'язувальне покриття. На шар оксиду алюмінію нанесено, наприклад, шляхом конденсації з отриманої за допомогою електронного променя парової фази або іншим придатним способом термобар'єрне покриття (ТБП) 5, матеріал якого містить твердий розчин, принаймні, двох керамічних матеріалів. Деталь 1 може також включати проміжне керамічне зв'язувальне покриття 6, таке як шар підсиленого оксидом ітрію діоксиду цирконію, для підвищення зціплення термобар'єрного покриття 5. На фіг.1 шар керамічного зв'язувального покриття б зображено штрих-пунктирними лініями. Незважаючи на те, що цей винахід використовується, зокрема, для утворення ТБП із матеріалів-мішеней, що мають різний тиск пару, таких як оксид ітрію та діоксид церію, цей винахід можна так саме використовувати з іншими матеріалами і включно з матеріалами, що мають однаковий тиск пару. Також ТБП може складатися із стабілізованого оксидом ітрію діоксиду цирконію (YSZ). Утворення на деталі 1 керамічного ТБП 5 здійснюється за допомогою зображеного на фіг. 2 пристрою 7 для утворення керамічного покриття. Пристрій 7 призначений для застосування КЕППФ з метою отримання ТБП із двох матеріалів-мішеней, такого як ТБП із підсиленого оксидом ітрію діоксиду церію, яке має відносно високий вміст оксиду ітрію. Пристрій 7 містить герметичну камеру 8 для нанесення покриття, яка обмежується стінками 9, та вакуумний агрегат 10 для відкачування камери. В камері 8 розташований, принаймні, один пристрій, такий як електронна гармата 11, для нагрівання та випаровування матеріалів-мішеней, які містяться в тиглі 12, який значно відрізняється від тиглів попереднього рівня. Деталь 1, на яку необхідно нанести покриття, знаходиться на відстані від мішені, та її можна рухати відносно мішені або нею можна маніпулювати іншим способом, що є відомим в техніці. Електронна гармата 11 містить вмонтований генератор магнітного поля (не зображено) для змінювання напряму електронного променя, який генерується електронною гарматою, що є відомим в техніці. У попередньому рівні техніці таке змінювання напряму електронного променя використовується для сканування променем матеріалу мішені, яка звичайно має циліндричну форму та досягає приблизно 75мм (3 дюймів) в діаметрі. Тигель 12 суттєво відрізняється від тигля попереднього рівня техніці та знаходиться на каруселі 13, що обертає тигель для того, щоб транспортувати матеріал-мішень у місце проходження променя, де матеріал-мішень випаровується. Карусель 13 обертається в заданому направленні оберту двигуном 14, який регулюється контрольним пристроєм 15. Незважаючи на те, що для отримання задовільного ТБП можна використовувати різні відстані від мішені до субстрату, ми використовували відстань приблизно 88мм (3,5 дюймів). Більш докладно тигель 12 зображено на фіг.3 і 4. В тиглеві 12, який переважно виробляється із міді, для охолодження рідиною, наприклад, такою як вода, зроблені охолоджувальні проходи 16. На відміну від тиглів попереднього рівня, тигель цього винаходу забезпечує два або більше матеріалів-мішеней, які знаходяться окремо один від одного. У переважному варіанті здійснення винаходу тигель 12 має форму диска, в якому зроблено пару каналів 17 і 18, проте каналів може бути і більше. Канали 17 і 18 розташовані суміжно, але вони відокремлені один від одного і призначені для приймання окремих, або фізично різних, складових ТБП. На ілюстрації канал 17 містить оксид ітрію, а інший канал 18 містить діоксид церію. При необхідності можна забезпечити більше каналів, або складові частини можуть включати декілька інших оксидів, до яких належать, але не обмежуються лише ними, діоксид цирконію, оксид гафнію, оксид лантану, оксид кальцію та оксид скандію. Вважається, що певні розміри тигля 12 не є вирішальними щодо цього винаходу. Необхідно, щоб канали 17 і 18 були відокремленими достатньо один від одного, так щоб складові частини мішеней могли б випаровуватися незалежно одна від одної. Канали 17 і 18 необхідно розташувати достатньо близько один до одного так, щоб матеріали, що випаровуються, могли б утворити однорідну суміш до початку конденсування на деталі. Ці канали переважно, але необов'язково, мають дугоподібну форму (більш переважно кільцеву форму), та вони є концентричними для того, щоб забезпечити безперервне проходження електронного променя під час обертання каруселі 13. Зображений тигель 12 має товщину "Т", яка становить приблизно 38 мм, і кожен канал 17 і 18 має глибину 25,4мм і обмежується похилими стінками 19 і 20 та 21 і 22. Нижня частина стінок 19 і 20 каналу 17 та стінок 21 і 22 каналу 18 знаходиться на відстані одна від одної приблизно 13мм, а верхня частина стінки 19 каналу 17 знаходиться на відстані приблизно 6 мм від частини суміжної стінки 21 іншого каналу 18. За необхідністю, для безперервного додавання матеріалів-мішеней до каналів 17 і 18 в камері 8 відповідно розміщені завантажувальні бункери 23 і 24 для відповідного складового матеріалу. Ці бункери розташовані на відстані від місця випаровування матеріалу. Як зазначалося вище, оксид ітрію та діоксид церію постачаються у окремих каналах 17 і 18 у вигляді "кришива", у якому переважний розмір частинок становить, принаймні, приблизно 2мм, та більш переважно приблизно 3-5мм. Також можна використовувати більш грубий матеріал. Якщо використовувати дрібніший матеріал, то дрібніші частинки можуть зміститися із каналу під час випаровування суміжного матеріалу, наприклад, дрібніші частинки звичайно видуваються із каналу до початку їх випаровування. Отже, частинки, що є дрібнішими ніж приблизно 2мм та, переважно, приблизно 3 мм, практично не використовують. Як зазначалося вище, додаткові оксид ітрію ті діоксид церію можна додати до тигля крізь завантажувальні бункери 23 і 24 або з використанням інших придатних механізмів. У конкретному прикладі використання спосіб утворення керамічного покриття на деталі 1 здійснюється при роботі пристрою 7 для утворення керамічного покриття таким чином. На виготовлену деталь 1 (фіг.2), на яку необхідно нанести керамічне термобар'єрне покриття, нанесли (за необхідністю) металеве зв'язувальне покриття 3 і утворили шар оксиду алюмінію 4, як відомо у техніці. Для нанесення керамічного термобар'єрного покриття деталь 1 розташовують у камері 8, і камеру відкачують до тиску, що відповідає тискові для нанесення ТБП, який становить звичайно менш ніж приблизно 10-2Па (10-4мм рт.ст.). Потім наносять ТБП, наприклад шляхом КЕППФ. Незалежно від способу нанесення ТБП, вважається за важливим контролювати температуру субстрату під час нанесення ТБП. Якщо шляхом КЕППФ наносять стабілізований оксидом ітрію діоксид цирконію (YSZ) або підсилений оксидом ітрію діоксид церію (YsCeO2) температура субстрату 2 повинна становити, принаймні, приблизно 950°С, проте дійсна температура може змінюватися залежно від матеріалу та робочих параметрів обладнання. Субстрат 2 спочатку нагрівається електронною гарматою або з використанням зовнішніх нагрівників (не зображено), і тепло також надходить до субстрату посередньо від електронної гармати під час випаровування мішеней, в наслідок чого підтримується температура субстрату. Тестові зразки підсиленого оксидом ітрію діоксиду церію (YsCeO2) вказували на недостатньо високе зціплення ТБП 5 з шаром оксиду алюмінію 4, якщо субстрат 2 недостатньо нагрівається під час нанесення ТБП. Тести також вказували на те, що теплоти, яка утворюється під час випаровування оксиду ітрію та діоксиду церію шляхом КЕППФ, може бути недостатньо для підтримання належної температури субстрату 2. Отже, тоді слід застосувати додаткові нагрівники. Ми встановили, що внаслідок нанесення тонкого шару кераміки, такої як YSZ, на шар оксиду алюмінію до початку нанесення оксиду ітрію та діоксиду церію отримуємо відповідний шар зціплення, або керамічне зв'язувальне покриття 6, для шару підсиленого оксидом ітрію діоксиду церію, навіть якщо додаткові зовнішні нагрівники не застосовуються для нагрівання субстрату 2 під час нанесення оксиду ітрію та діоксиду церію або якщо належну температуру субстрату не підтримують іншим способом. На фіг.1 шар керамічного зв'язувального покриття зображено штрих-пунктирними лініями за позначкою 6. В одному експерименті шар складався з 7YSZ, який наносили шляхом КЕППФ, і його товщина становила приблизно 0,01мм проте шар може мати іншу товщину, наприклад, до декількох сотих міліметру. Керамічне зв'язувальне покриття б повинно мати достатню товщину, таку щоб практично повністю покрити шар оксиду алюмінію. Проте, якщо керамічне зв'язувальне покриття використовують на обертовій деталі, такій як турбінна лопатка, шар покриття повинен мати товщину не більше, ніж це необхідно для досягнення свого призначення, тому що внаслідок додаткового шару може значно збільшитися відцентрова сила від лопатки. Вважають, що шляхом розпилювання можна буде також отримати задовільний шар керамічного зв'язувального покриття із YSZ. Мікроскопічне дослідження зразків, і включно шару YSZ, вказувало на те, що крізь границі зерен між YSZ та підсиленим оксидом ітрію діоксидом церію виникає епітаксійний ріст кристалів. Крім того, шар YSZ надає деякої теплової стійкості, якщо трапляється пошкодження зовнішнього ТБП. З метою нанесення ТБП з використанням суміші двох окремих складових частин, кожну з складових частин слід нагрівати і випаровувати. Щодо проілюстрованого варіанту, використовують лише одну електронну гармату 11, яка містить вмонтований генератор магнітного поля для змінювання напряму променя, як відомо в техніці. Можна використовувати зовнішній генератор магнітного поля, якщо електронна гармата не має вмонтованого генератора магнітного поля або якщо вмонтований генератор не має необхідних робочих характеристик. У попередньому рівні техніки таке змінювання напряму використовується для більш рівномірного нагрівання традиційної мішені. Звернемося зараз до фіг.2 та 4. В процесі утворення на деталі 1 керамічного термобар'єрного покриття 5 тигель 12 на каруселі 13 обертається двигуном 14 в направленні оберту 25, як показано стрілкою. Електронний промінь 26 переміщується назад та уперед між каналом 17 та каналом 18 для того, щоб випаровувати кожен матеріал-мішень. Швидкість сканування повинна бути достатньо повільною для того, щоб електронний промінь мав змогу випарити матеріал-мішень, але достатньо швидкою, щоб обидві складові частини ТБП існували одночасно у формі пару у камері 8. Якщо лише одна складова частина ТБП існує у вигляді пару у даний час, тоді отримане ТБП має вигляд окремих шарів з матеріалу-мішені. Термін "сканування", який застосовують в цьому описі, включає один прохід електронного променя від початкової точки та понад складовою частиною ТБП в одному каналі, переміщення електронного променя до другого каналу, понад другою складовою частиною ТБП у другому каналі, назад понад другою складовою частиною і потім назад понад першою складовою частиною. Ми вважаємо, що краще сканувати промінь швидше, ніж повільніше, наприклад, принаймні, зі швидкістю 3 рази за секунду, і переважно зі швидкістю, принаймні, приблизно 10 разів за секунду. Важливою є тривалість взаємодії електронного променя з матеріалом-мішенню, тобто час перебування електронного променя на матеріалі-мішені. Більша тривалість взаємодії електронного променя з мішенню забезпечує більше нагрівання матеріалу мішені, внаслідок чого відбувається більш значне випаровування мішені. Час перебування на кожній мішені можна відрегулювати на підставі, частково, відносного тиску пару мішені, а також залежно від необхідного складу ТБП. Наприклад, промінь перебуває більш тривало на матеріалі, якщо необхідно збільшити вміст цього матеріалу у ТБП. Обертання тигля 12 на каруселі 13 під час сканування електронного променя 26 відбувається з частотою обертання, достатньою, щоб забезпечити безперервне випаровування матеріалів з каналів 17 і 18. Для описаних вище матеріалу для ТБП та тигля переважна частота обертання каруселі 13 становить приблизно 0,05 с-1 (3 оберти за хвилину) або менше. Розмір частинок матеріалу мішеней також впливатиме на частоту обертання каруселі 13, а саме, чим крупніші частинки матеріалу, що випаровується, тим менше частота обертання каруселі 13. Швидкість сканування електронного променя 26 повинна бути достатньою для того, щоб електронний промінь мав змогу випарити матеріал кожної мішені та щоб обидві випари складових частин ТБП існували одночасно у камері 8. При безперервному випаровуванні матеріалів з каналів 17 і 18 в напрямі до деталі 1 утворюють сумісний паровий потік з першого і другого випарів. Цей потік, в якому випари рівномірно змішуються та утворюють повністю однорідну суміш до початку конденсування, осаджують на деталі 1 з утворенням шару ТБП 5 (фіг.1). Обертання тигля 12 на каруселі 13 під час сканування електронного променя 26 між каналами 17 і 18 дозволяє запобігти випаровуванню матеріалу тигля завдяки тому, що при скануванні електронний промінь не перебуває на будь-якій одній частині тигля протягом значного періоду часу. Взагалі, цей винахід застосовує незалежне випаровування фізично окремих матеріалів-мішеней з метою утворення суміші випарів та регулювання складу отриманого ТБП. Якщо один з матеріалів-мішеней має тиск пару, що є значно нижчим, ніж тиск пару іншого матеріалу, можна відрегулювати відносну кількість матеріалів, що випаровуються, що дозволяє регулювати необхідний склад отриманого ТБП. Наприклад, якщо оксид ітрію та діоксид церію необхідно наносити як ТБП шляхом КЕППФ, цей винахід дозволяє отримати ТБП, у якому вміст оксиду ітрію є значно вищим ніж це було можливим у порівнянні з попереднім рівнем техніки. На Фіг.5 показана частина фазової діаграми для оксиду ітрію та діоксиду церію. Як зображено на діаграмі, оксид ітрію та діоксид церію з масовою долею оксиду ітрію приблизно 12% (еквівалентно молярній долі приблизно 9,4%), матеріал YsСеО2, існує як єдина фаза і є стабільним до, принаймні, приблизно 1482°С. Вважають, що згідно з цим винаходом можна одержувати ТБП, що мають значно більшу масову долю оксиду ітрію, наприклад, більш ніж 12%, і що такі ТБП можна також застосовувати як ТБП, навіть якщо матеріал може включати численні фази. Як вказується на фіг. 5, припускають, що таке ТБП містить більш ніж одну фазу. Коефіцієнт теплопровідності колончастого YsСеО2 зменшується з підвищенням температури, принаймні, у діапазоні, який становить приблизно 16-1204°С. Інакше кажучи, коефіцієнт теплопровідності YsCeO2, особливо 9YsCeO2 (з масовою долею оксиду ітрію 9%), дійсно значно знижується в цьому температурному діапазоні, від менш ніж приблизно 2,5Вт/(м×К) при кімнатній температурі до менш ніж приблизно 1,0Вт/(м×К) при температурі вище 1093°С. Збільшений вміст оксиду ітрію у YsСеО2 сприяє подальшому зниженню коефіцієнту теплопровідності. Ми здійснили тести зразків 50YsCeO2, (що містив 50% оксиду ітрію та 50% діоксиду церію), який нанесли шляхом КЕППФ, і отримали задовільні результати. Зразки мали коефіцієнт теплопровідності, що становив приблизно 1,13-1,75 Вт/(м×К) приблизно при кімнатній температурі, та який знижувався до приблизно 0,73-0,95Вт/(м×К) при приблизно 1204°С. Незважаючи на те, що використання YsCeO2 із масовою долею Се більш ніж приблизно 60% не передбачається, можливість використання YsCeO2 із більш високими масовими долями діоксиду церію не виключається. У той час, коли YsCeO2 є незначно більш щільним ніж YSZ, приблизно на 10-15%, коефіцієнт теплопровідності YsCeO2 є звичайно меншим, ніж половина коефіцієнту теплопровідності YSZ. Якщо коефіцієнт теплопровідності YsCeO2 зменшується з підвищенням температури, то зразок YSZ з масовою долею оксиду ітрію, наприклад, 7% звичайно має сталий коефіцієнт теплопровідності до приблизно 2,3Вт/(м×К) в тому ж температурному діапазоні. Як зазначалося вище відносно фіг.5, YsCeO2 з масовою долею оксиду ітрію до, принаймні, приблизно 12%, має звичайно більш високу фазову стабільність, ніж YSZ при температурах, яких вони зазнають під час використання у газовій турбіні. Крім того, тести, які виконували з використанням YSZ, вказували на те, що з підвищенням масової долі оксиду ітрію в матеріалі з діоксидом цирконію знижується стійкість матеріалу до ерозії. В одному експерименті провели тести на ерозію зразків YSZ, що мали масову долю оксиду ітрію 7, 12 та 20%, з використанням частинок оксиду алюмінію розміром 27мкм при швидкості 244м/с і 1204°С. Швидкість ерозії зростала від зразків 7YSZ до зразків 12YSZ і надзвичайно зростала від зразків 12YSZ до зразків 20YSZ. Тести вказують, що додавання деякої кількості оксиду ітрію до діоксиду церію підвищує стійкість матеріалу до ерозії. На диво, подальше додавання оксиду ітрію до діоксиду церію далі підвищує стійкість до ерозії, на відміну від тенденції, яку спостерігали вище відносно підвищення вмісту оксиду ітрію у YSZ. Ці тести також вказують на те, що зразки 7YsCeO2 є менш стійкими до ерозії ніж 7YSZ, але більш стійкими до ерозії ніж 20YSZ і згідно з цим ми очікуємо, що YsCeO2 можна буде також використовувати як зношуване стиранням покриття, наприклад, у повітряному ущільненні двигуна, і що його можна буде наносити шляхом плазмового розпилювання або іншим придатним способом терморозпилювання. Крім того, коефіцієнт теплового розширення підсиленого оксидом ітрію діоксиду церію більше співпадає з розширенням субстрату 2 (фіг.1), наприклад, суперсплавів на основі нікелю, ніж коефіцієнт теплового розширення YSZ. Отже очікується, що зменшиться відколювання, що є наслідком різних коефіцієнтів розширення, особливо якщо наносяться більш тонкі ТБП. Тести підтверджують, що ТБП із YsCeO2, яке наноситься безпосередньо на шар оксиду алюмінію при достатньо високій температурі субстрату, або яке наноситься на проміжний шар YSZ, є стійким до відколювання, принаймні, так само, як і 7YSZ. Не зважаючи на докладний опис цього винаходу, можна здійснити численні варіанти та заміщення без відходу від об'єму винаходу. Наприклад, для випаровування матеріалу можна використовувати багато електронних променів. Вміст одного матеріалу може змінюватися по товщині покриття, наприклад, масова доля оксиду ітрію може бути більшою біля поверхні ТБП, а масова доля діоксиду церію може бути більшою біля субстрату. Різні аспекти заявленого винаходу також необов'язково обмежуються, зокрема, керамічними покриттями, їх також можна застосовувати взагалі відносно покриттів, які отримуються із сумішей двох компонентів. Отже, слід розуміти, що винахід було описано з метою ілюстрації, а не обмеження.