[發明專利]含鎵和/或銦的組合物及其形成方法

有效

• 申請號: 201780071063.8
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN109982838B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: G·H·柯比;J·萬
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B32B7/027
• 分類號: B32B7/027;B32B18/00;C23C14/18
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

提供了一種組合物，其包括含硅材料(例如，硅金屬和/或硅化物)和約0.001％至約85％的含Ga化合物、含In化合物或它們的混合物。硅基層可以是直接在基底表面的粘合涂層。可選地或另外地，硅基層可以是限定基底表面的外層，在基底表面上具有環境障涂層。還提供了涂覆的組件，以及一種涂覆陶瓷組件的方法。還提供了包括這種陶瓷組件的燃氣渦輪發動機。

優先權信息

本申請要求2016年9月16日提交的美國專利申請號15/267,335；2016年9月16日提交的美國專利申請號15/267,370；以及2016年9月16日提交的美國專利申請號15/267,400的優先權。

技術領域

本發明總體涉及在硅基涂層(silicone based coating)中包含鎵(Ga)和/或銦(In)化合物。特別地，一般性地提供包含Ga和/或In的硅基涂層(例如，硅粘合涂層)用于陶瓷組件的環境障涂層。

背景技術

為了提高燃氣渦輪發動機的效率，不斷尋求更高的燃氣渦輪發動機工作溫度。然而，隨著工作溫度的增加，發動機部件的高溫耐久性必須相應地增加。通過形成鐵、鎳和鈷基超合金，已經實現了高溫性能的顯著進步。盡管如此，由于許多熱氣路徑部件由超合金構成，熱障涂層(TBC)可用于使部件絕緣，并且可以在承載合金與涂層表面之間維持明顯的溫差，因此限制了結構部件的熱暴露。

雖然已經發現超合金被廣泛用于在燃氣渦輪發動機整體中使用的部件，特別是在高溫部分中使用的部件，但已經提出了替代的輕質基底材料，例如陶瓷基質復合物(CMC)材料。CMC和單片陶瓷組件可涂覆環境障涂層(EBC)，以保護它們免受高溫發動機部分惡劣環境的影響。EBC可以在熱燃燒環境中提供致密的氣密密封以抵抗腐蝕性氣體。

碳化硅和氮化硅陶瓷在干燥的高溫環境中會氧化。這種氧化在材料表面上產生鈍化的硅氧化皮(oxide scale)。在含有水蒸氣的潮濕的高溫環境中，例如，渦輪發動機，由于形成鈍化的硅氧化皮以及隨后的氧化硅到氣態氫氧化硅的轉化而發生氧化和凹陷(recession)。為了防止在潮濕的高溫環境中的凹陷，將環境障涂層(EBC)沉積在碳化硅和氮化硅材料上。

目前，EBC材料由稀土硅酸鹽化合物制成。這些材料杜絕(seal out)水蒸氣，防止水蒸氣到達碳化硅或氮化硅表面上的硅氧化皮，從而防止凹陷。然而，這種材料不能防止氧滲透，這導致下面的基底的氧化。基底的氧化產生鈍化的硅氧化皮，伴隨碳氧化物或氮氧化物氣體的釋放。碳氧化物(即CO、CO₂)或氮氧化物(即NO、NO₂等)氣體不能通過致密的EBC逸出，因此起泡。迄今為止，使用硅粘合涂層是這種起泡問題的解決方案。硅粘合涂層提供了氧化時(在EBC下方形成鈍化的氧化硅層)不釋放氣態副產物的層。

然而，硅粘合涂層的存在限制了EBC的工作溫度的上限，因為硅金屬的熔點相對較低。在使用中，在多層EBC系統的硅金屬粘合涂層的頂面上形成氧化硅的熱生長氧化物(TGO)層。該硅氧化皮在1200℃以下的溫度下保持非晶態，有時甚至在1315℃以下的溫度下保持非晶態，盡管該性質還取決于粘合涂層暴露在該溫度下的時間。在較高溫度下，或當少量蒸汽滲透EBC到達粘合涂層時，硅氧化皮結晶(例如，成為方石英)，其經歷相變，伴隨著冷卻時的大量體積變化。體積變化導致EBC涂層剝落。

因此，希望改善EBC中硅粘合涂層的性質，以實現更高的EBC的工作溫度極限。

發明內容

本發明的方面和優點將部分地在以下描述中闡述，或者可從描述中顯而易見，或者可通過實施本發明來掌握。

一般性地提供一種組合物，其包括含硅材料(例如，硅金屬和/或硅化物)和約0.001％至約85％的含Ga化合物、含In化合物或它們的混合物。例如，硅基層可以是直接在基底表面上的粘合涂層。可選地或另外地，硅基層可以是限定基底表面的外層，在基底表面上具有環境障涂層。