[發明專利]在由包含SiC的陶瓷基質復合材料制成的基材上形成平滑釉質涂層的方法，和由設置有所述涂層的陶瓷基質復合材料制成的部件

有效

• 申請號: 201280043276.7
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN103827056A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: P·迪斯;L·蒙塔涅;S·佩雷-維拉爾
• 申請（專利權）人: 赫拉克勒斯公司;國家科學研究中心
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89;F01D5/28
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉

技術領域

本發明涉及在包含碳化硅（SiC）的陶瓷基質復合體（CMC）材料的基材上形成具有釉質外觀的平滑外表面的涂層。

本發明特別適用于用在渦輪發動機中的部件，更特別適用于在使用時經受高溫的部件，例如：發動機葉片或翼片或航空渦輪發動機的后體元件。

背景技術

針對更高的效率和更低的污染排放的研究已經導致對于渦輪發動機設想不斷升高的操作溫度。因此已建議使用CMC材料代替金屬合金從而制成渦輪發動機的受熱部件。CMC材料的卓越之處在于其機械性質（所述機械性質使其適合形成結構部件）及其在高溫下保持這些性質的能力。此外，相比于金屬合金，CMC材料具有更低的密度并且因此實現重量的節約。

CMC材料由纖維增強件組成，所述纖維增強件由通過陶瓷基質致密化的耐火纖維（碳纖維或陶瓷纖維）制成。本文中所涉及的CMC材料為具有包含SiC的陶瓷基質的那些，特別是陶瓷基質主要由SiC制成的那些。這些CMC材料的典型實例為C-SiC材料（由碳纖維制成的增強件和由SiC制成的基質）、SiC-SiC材料，和基質混合或依次排列的材料，例如具有混合的C/SiC基質的材料或具有由SiC相與熱解碳（PyC）相或碳化硼（B₄C）相或三元Si-B-C體系相交替而制成的基質的材料。

然而，CMC材料具有波紋狀和相對粗糙的表面外觀，并且可以發現所述表面外觀與渦輪發動機部件所需的空氣動力學性能不相容。表面中的波紋是由于通常編織的纖維增強件，而粗糙性與獲得基質的方式有關，基質通常通過化學氣相滲透（CVI）形成。

因此已提出為這種CMC部件設置平滑涂層從而賦予部件平滑的表面外觀。文獻WO2010/112768描述了以玻璃的形式形成這種平滑涂層，所述玻璃基本上由二氧化硅（SiO₂）、氧化鋁（Al₂O₃）、重晶石（BaO）和石灰（CaO）組成，具有大于或等于1300℃的熔融溫度。

在包含SiC的材料上形成保護性玻璃狀涂層描述于其他文獻中。

因此，M.Ferraris等人的論文“Glass?coating?for?SiCf/SiC?composites?for?high-temperature?application”（Acta?Mater，48(2000)，第4721-4724頁）描述了在SiC/SiC復合體基材上形成基本上為硼硅酸鹽類型（70.4重量%的SiO₂、2.1重量%的Al₂O₃、17.5重量%的B₂O₃、10重量%的BaO）的玻璃涂層。為了避免在玻璃狀涂層中存在氣泡，熔融玻璃在基材上上釉的溫度升高至約1300℃，在該溫度下玻璃的粘度足夠低從而便于脫氣。

F.Qian-Gang等人的論文“Oxidation?protective?glass?coating?for?SiC?coated?carbon/carbon?composites?for?application?at1773K”（Mat.Lett.60(2006)，第431-434頁）研究了由基本上硼硅酸鹽類型（72重量%-82重量%的SiO₂、2重量%-5重量%的Al₂O₃、8重量%-15重量%的B₂O₃、1重量%-3重量%的Li₂O、2重量%-5重量%的Y₂O₃）的玻璃制成的抗氧化保護性涂層。掃描電鏡圖像顯示了具有孔的涂層表面。

Cheng等人的論文“Effect?of?glass?sealing?on?the?oxidation?behavior?of?three-dimensional?C/SiC?composites?in?air”（Carbon39(2001)，第1127-1133頁）描述了使用硼硅酸鹽玻璃（55摩爾%-60摩爾%的SiO₂和40摩爾%-45摩爾%的B₂O₃）從而在C-SiC復合體上形成自修復保護性涂層。自修復溫度在700℃至900℃的范圍內，即玻璃的軟化能夠填充涂層中存在的裂縫的溫度。

需要一種方法，所述方法使得有可能在包含SiC的CMC材料上形成涂層，所述涂層具有平滑并且有利地為釉質外觀的表面，沒有例如存在氣泡或孔的缺陷。除了上述熱力學性質之外，這種涂層具有的優點在于易于檢測甚至是最小量的源自沖擊的損傷。