[發(fā)明專利]用于高溫工作的制品

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580045747.1
• 申請日: 2015-08-18
• 公開（公告）號: CN107001160B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K.L.盧思拉;萬菊林;R.薩拉菲-諾爾
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C04B41/00
• 分類號: C04B41/00;C04B41/52;C04B41/89;C23C4/04;F01D5/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;黃希貴

本文提出了一種用于高溫工作的制品。一個實(shí)施方案是包括具有含硅陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的基材和布置在基材上的層的制品，其中所述層包括硅和摻雜劑，所述摻雜劑包含鋁。在另一個實(shí)施方案中，所述制品包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料基材，其中所述復(fù)合材料包含含硅陶瓷和摻雜劑，所述摻雜劑包含鋁；布置在基材上的粘結(jié)涂層，其中所述粘結(jié)涂層包含單質(zhì)硅、硅合金、硅化物，或包含任何上述的組合；和布置在粘結(jié)涂層上的涂層，所述涂層包含硅酸鹽(例如鋁硅酸鹽或稀土硅酸鹽)、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，或包含任何上述的組合。

相關(guān)申請的交叉引用

本專利申請要求2014年8月25日提交的美國臨時申請?zhí)?2/041,184的權(quán)益。

背景

本技術(shù)一般涉及高溫機(jī)械部件，例如用于燃?xì)鉁u輪組件的部件，并且涉及保護(hù)機(jī)械部件以免暴露于高溫環(huán)境的方法。

含硅的陶瓷材料和含硅的金屬合金已被提議用于高溫應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、熱交換器、內(nèi)燃機(jī)等。含有碳化硅的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料(CMC)，例如包含碳化硅基質(zhì)和碳化硅增強(qiáng)材料的復(fù)合材料，已被用于這些高溫應(yīng)用。然而，這些應(yīng)用的環(huán)境特征通常含有反應(yīng)性物質(zhì)，例如水蒸氣，其在高溫下可能造成材料結(jié)構(gòu)的重大退化。例如，水蒸氣已表明會造成含硅材料的明顯的表面衰退/厚度損失和質(zhì)量損失。水蒸氣與結(jié)構(gòu)材料在高溫下反應(yīng)，形成揮發(fā)性含硅物質(zhì)，往往導(dǎo)致不可接受的高衰退率。

環(huán)境阻擋涂層(EBC)體系被應(yīng)用到含硅材料和其它易受反應(yīng)性物質(zhì)(例如高溫水蒸氣)攻擊的材料。EBC體系通過阻止環(huán)境與材料表面之間的接觸提供保護(hù)。施加到含硅材料的EBC體系，例如，被設(shè)計(jì)在高溫、含水蒸氣的環(huán)境下為相對化學(xué)穩(wěn)定的。一種EBC體系，如在美國專利號6,410,148中所述的，包含施加到含硅基材的硅或含硅粘結(jié)層(在此也稱為“粘結(jié)涂層”)；包含沉積在粘結(jié)層上的莫來石或莫來石-堿土鋁硅酸鹽混合物的中間層；和包含沉積在中間層上的堿土鋁硅酸鹽的頂層。在美國專利號6,296,941的另一個實(shí)施例中，頂層是硅酸釔層而非鋁硅酸鹽。

雖然包括如上所述的此類保護(hù)體系的渦輪部件和其它制品已提供良好的性能，對較苛刻的工作條件，包括例如為改進(jìn)渦輪效率增加的操作溫度的流行趨勢，產(chǎn)生在工業(yè)上對具有甚至更高的溫度性能的部件，以及制造這樣的制品的方法的持續(xù)需求。

概述

提供本發(fā)明的實(shí)施方案以滿足這個和其它需求。一個實(shí)施方案是一種制品，其包含：包含含硅陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的基材；和布置在基材上的層，其中所述層包含硅和摻雜劑，所述摻雜劑包含鋁。

另一個實(shí)施方案是一種制品，其包含：包含含硅陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的基材；布置在基材上的粘結(jié)涂層，所述粘結(jié)涂層包含單質(zhì)硅、硅合金、硅化物，或包含任何上述的組合，并且還包含使得粘結(jié)涂層中的鋁原子與鋁原子加硅原子的總和的比率[Al/(Al + Si)]在從0.01至0.15范圍內(nèi)的濃度的氧化鋁；和布置在粘結(jié)涂層上的頂涂層，所述頂涂層包含硅酸鹽(例如鋁硅酸鹽或稀土硅酸鹽)、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，或包含任何上述的組合。

另一個實(shí)施方案是一種制品，其包含：包含含硅陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的基材；布置在基材上的粘結(jié)涂層，所述粘結(jié)涂層包含硅、硅合金、硅化物，或包含任何上述的組合，并且任選地還包含含氧化鋁的摻雜劑；布置在粘結(jié)涂層上的外涂層，所述外涂層包含二氧化硅和包含氧化鋁的摻雜劑；和布置在外涂層上的頂涂層，所述頂涂層包含硅酸鹽(例如鋁硅酸鹽或稀土硅酸鹽)、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，或包含任何上述的組合。

另一個實(shí)施方案是一種制品，其包含：陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料基材，其中所述復(fù)合材料包含含硅陶瓷和摻雜劑，所述摻雜劑包含鋁；布置在基材上的粘結(jié)涂層，其中所述粘結(jié)涂層包含單質(zhì)硅、硅合金、硅化物，或包含任何上述的組合；和布置在粘結(jié)涂層上的涂層，所述涂層包含硅酸鹽(例如鋁硅酸鹽或稀土硅酸鹽)、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，或包含任何上述的組合。

附圖