[發明專利]用于沉積稀土鉭酸鉿基屏障涂層的漿料處理

在審

• 申請號: 202210572489.4
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115403408A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: G·H·柯比;E·N·巴伯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C04B41/87
• 分類號: C04B41/87
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 杜娟

提供了形成燒結涂層的方法以及基底上的所得涂層。燒結涂層可包含稀土化合物和燒結助劑，所述稀土化合物具有下式：A_1?bB_bZ_1?dD_dMO₆，式中，A為Al、Ga、In、Sc、Y、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Fe、Cr、Co、Mn、Bi或它們的混合物；b為0至約0.5；Z為Hf、Ti或它們的混合物；D為Zr、Ce、Ge、Si或它們的混合物；d為0至約0.5；以及M為Ta、Nb或它們的混合物。涂層可在燒結溫度(例如1300℃至1600℃)下致密化。

技術領域

本發明的實施方式總體上涉及用于陶瓷部件的環境屏障涂層及其制造方法。

背景技術

不斷尋求燃氣渦輪發動機的更高運行溫度以提高其效率。然而，隨運行溫度升高，發動機的部件的高溫耐久性必須相應提高。通過鐵基、鎳基和鈷基超合金的配方，在高溫性能方面已取得了重大進展。盡管如此，對于許多由超合金構成的熱氣路徑部件，熱障涂層(TBC)可用于阻隔部件，并可在承重合金和涂層表面之間維持明顯的溫差，從而限制結構部件的熱暴露。

盡管已發現超合金廣泛用于整個燃氣渦輪發動機(尤其是較高溫度部分)中使用的部件，但是已提出了替代的更輕質基底材料，例如陶瓷基復合材料(CMC)材料。CMC和單片陶瓷(monolithic ceramic)部件可以涂有環境屏障涂層(EBC)以保護它們免受高溫發動機部分的惡劣環境的影響。EBC可以提供針對高溫燃燒環境中腐蝕性氣體的致密氣密密封。

碳化硅和氮化硅陶瓷在干燥的高溫環境中會經歷氧化。此種氧化會在材料表面產生鈍化的氧化硅垢(scale)。在含有水蒸氣的潮濕高溫環境(例如渦輪發動機)中，由于形成鈍化的氧化硅垢、氧化硅隨后被轉化為氣態氫氧化硅，因此會發生氧化和凹陷，這會導致材料的尺寸損失。對于渦輪發動機中硅基基底的部件應用，此種材料損失會打開間隙并可能導致效率損失，最終可能導致部件穿孔。

因此，環境屏障涂層(EBC)被施加到陶瓷的表面上以幫助保護下面的部件。目前通常用于CMC上的環境屏障涂層的材料包括鋇長石相的鋇鍶鋁硅酸鹽(BSAS)和稀土硅酸鹽。與CMC相比，所有這些材料均在蒸汽中相對穩定，并且如果作為致密涂層存在，則可以防止蒸汽滲透到CMC中。

然而，這些材料對熔融環境污染物組合物(特別是含鈣、鎂、鋁、硅的氧化物及它們的混合物的那些)具有不同的耐受性。例如，燃氣渦輪發動機吸入的污泥、灰燼和粉塵通常由此類化合物組成，此類化合物通常結合形成包含混合的鈣-鎂-鋁-硅-氧化物體系(Ca-Mg-Al-Si-O)的污染物組合物，以下稱為“CMAS”。在高渦輪運行溫度下，這些環境污染物會粘附在熱障涂層表面，從而對EBC造成損壞。例如，CMAS可以形成在渦輪的運行溫度下為液體或熔融的組合物。熔融CMAS組合物可溶解屏障涂層，或者可通過滲入涂層中的孔、通道、裂縫或其他空腔來填充其多孔結構。冷卻后，浸滲的CMAS組合物固化并降低涂層的應變容限，從而引發和擴散可能導致涂層材料分層和剝落的裂紋。

特別地，熔融粉塵與BSAS強烈反應，形成低溫共熔物和在蒸汽中不穩定的相。熔融粉塵對稀土硅酸鹽的腐蝕性較小。一些稀土硅酸鹽(例如，由釓、鉺和釔組成的那些)與熔融粉塵反應，形成高度耐火的“磷灰石”相。其他稀土硅酸鹽允許CMAS浸滲，但不會遭受熔點抑制。然而，所有稀土硅酸鹽均因與熔融粉塵相互作用而在機械上被削弱，使得隨后的侵蝕和沖擊事件可以更容易地使涂層脫落。

因此，需要相比于目前最先進的EBC材料更不易受熔融粉塵侵襲且更不易受后續氣體侵蝕、顆粒侵蝕和顆粒沖擊影響的涂層組合物。

發明內容

方面和優點將部分地闡述于以下描述，或者可通過描述而顯而易見，或者可通過實施本發明來了解。