高温机械部件，更特别是能在高温环境下工作的制品，包括例如燃气发动机的涡轮，可以由高温陶瓷基质复合材料形成，该高温陶瓷基质复合材料包括：含硅的陶瓷基材；包括含硅粘合涂层的环境障碍涂层体系；及位于该制品的基材和环境障碍涂层体系的硅粘合涂层之间的碳化物或氮化物的扩散阻碍层。该扩散阻碍层选择性地防止或减小硼和杂质从基材向环境障碍涂层体系的粘合涂层扩散。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】耐高温陶瓷基质复合材料及环境障碍涂层背景为了提高燃气涡轮发动机的效率，人们持续探寻用于燃气涡轮发动机的更高的工作温度。然而，当工作温度升高时，必须相应提高发动机部件的耐高温性能。通过铁、镍和钴基超合金的制剂，已获得了高温性能的显著进展。虽然已发现超合金广泛应用于整个燃气涡轮发动机所用的部件，特别是在更高温的部分中，但已经提出可供选择的更轻质、且具有甚至更高的温度性能的基材。陶瓷基质复合材料(CMC)是一类提供良好替代的材料。CMC包括由耐火纤维制成、且用陶瓷基材致密化的纤维增强件。其被广泛认为用于航天工业中。这类复合材料的一个实例是SiC-SiC复合材料，其包括S1-SiC基质及SiC纤维，其中该基质通过硅熔体浸渗致密化。然而，目前体系的使用温度上限限于约2400F。人们期望提高这类复合材料的温度限制至更高的温度。可以采用环境障碍涂层(EBC)和/或热障碍涂层(TBC)涂覆CMC，以保护CMC免受高温发动机部分的苛刻环境。将环境障碍涂层(EBC)涂敷于含硅材料及易受反应性物类(例如高温水蒸汽)攻击的其它材料。EBC通过防止环境与材料表面的接触来提供保护。例如，涂敷于含硅材料的EBC被设计为在高温、含水蒸气环境下相对化学稳定。另一方面，热障碍涂层(TBC)通常用于通过保持贯穿TBC厚度的温度梯度来降低基材温度。在一些情况下，EBC也可起到TBC的作用。EBC体系一般包含粘合涂层，该粘合涂层包括元素硅或硅合金。该基材的硅包含杂质，该杂质可降低CMC和EBC及因此降低CMC/EBC体系的寿命和温度性能。由此，在该领域需要具有提高的寿命和温度性能的CMC。概述本公开的各方面提高CMC/EBC部件寿命和温度性能。本公开的专利技术人教导了改进的CMC/EBC体系。本公开的一个方面是一种可高温工作的陶瓷基质复合材料，其包括:含娃的陶瓷基材；包括含硅粘合涂层的环境障碍涂层；及碳化物或氮化物的扩散阻碍层，该扩散阻碍层位于基材及环境障碍涂层的硅粘合涂层之间；其中该扩散阻碍层选择性地防止或减小硼及其它不期望的杂质从基材向环境障碍涂层体系的硅粘合涂层扩散。在一个实施方案中，该基材包括由硅熔体浸渗制得的SiC-SiC陶瓷基质复合材料。在另一个实施方案中，在基材中的硅是高纯的。用于熔体浸渗的硅可包含其它元素，这些元素可以是有意加入的或作为污染物进入的。例如，向熔体浸渗所用的硅中有意加入硼，同时其它降低硅熔融温度的杂质可小于1% (即除硼以外)。在一个实施方案中，通过化学气相沉积或通过等离子喷涂或通过电子束物理气相沉积(EB-PVD)来沉积粘合涂层的硅。在一个实施方案中，该可高温工作陶瓷基质复合材料进一步包括环境障碍涂层，该环境障碍涂层具有至少一种稀土焦硅酸盐(RE2Si207)的至少一个层，所述稀土焦硅酸盐包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 和 / 或 Lu。在一个实施方案中，该扩散阻碍层是碳化硅或氮化硅，且该碳化硅或氮化硅可以是结晶的、无定形的或混合物，并且其中将基材与环境障碍涂层分隔的碳化硅或氮化硅的层是约1微米至约150微米厚。在另一实施方案中，该陶瓷基质复合材料可在至高约2550F温度下工作，且该粘合涂层可在至高约2570F的温度下工作。在一个实施方案中，基材的热膨胀系数和环境障碍涂层的热膨胀系数之间的差异不超过约20%。在另一实施方案中，该基材是陶瓷基质复合材料，该粘合涂层具有约ΙΟμπι至约500 μm的厚度，且该扩散阻碍层的厚度为从约1 μπι至约150 μmD在一个方面，本公开涉及一种用于制造可高温工作的涡轮发动机部件的方法，所述方法包括:提供具有第一热膨胀系数的含硅基材，其中已基本上从该基材中除去除硼以外的杂质；及将粘合涂层粘合至该部件的外表面的至少一部分；其中该粘合涂层包括硅层，且其中该粘合涂层具有第二热膨胀系数；并且在该含硅基材和EBC体系之间提供碳化物或氮化物的扩散阻碍层，以限制不期望的物类/元素在该基材和该EBC体系之间连通。在一个实施方案中，该基材包括SiC-SiC陶瓷基质复合材料。在一个实施方案中，本公开的方法可以进一步包括在该环境障碍涂层中包含至少一种稀土硅酸盐。在一个实施方案中，该碳化物或氮化物的扩散阻碍层是结晶的，且其中将基材与环境障碍涂层分隔的碳化硅或氮化硅层是约1微米至约150微米厚。在一个实施方案中，该陶瓷基质复合材料可在至高约2550F温度下工作，且该粘合涂层可在至高约2570F的温度下工作。在一个实施方案中，在基材中硅的杂质浓度(除硼以外)小于1%，且优选小于0.1%。在一个实施方案中，环境障碍涂层的粘合涂层包括硅和氧化物的混合层，而不是包括硅层的环境障碍涂层体系的粘合涂层。根据以下公开内容的多个方面的详细说明并结合附图，本公开的这些和其它方面、特征和优点将变得明显。附图简要说明关于本专利技术的主题特别指出并清楚地要求保护在说明书结尾的权利要求书。根据以下本专利技术方面的详细说明并结合附图，本公开内容的前述和其它特征、方面和优点将容易理解，其中:图1显示了陶瓷基材、包括粘合涂层的EBC体系及位于陶瓷基材和EBC体系的粘合涂层之间的碳化物或氮化物的扩散阻碍层的示意表示。图2显示了依据本公开的一个实施方案的涂覆有环境障碍涂层和扩散阻碍层的制品的局部侧截面图。图3显示了依据本公开的方面的流程图，其阐述了用于制造可高温工作的涡轮发动机部件的方法。详细说明以下详细参考本专利技术的示例性实施方案，结合附图阐述其实施例。但凡有可能，在整个附图中使用的相同附图标记指代相同或相似的部件。本文描述的本专利技术实施方案涉及CMC和EBC体系。本文所采用的“CMC”涉及含硅复合材料，更特别是包括SiC纤维和含SiC基质的含硅复合材料。本文可接受使用的含硅CMC的一些实例可以包括，但不应限于，具有基质和增强纤维的材料，该增强纤维包括非氧化物硅基材料，例如碳化硅、氮化硅、碳氧化硅、氮氧化硅及其混合物。实例包括，但不限于，具有碳化硅基质和碳化硅纤维的CMC ;具有氮化硅基质和碳化硅纤维的CMC，以及具有碳化娃/氮化娃混合基质和碳化娃纤维的CMC。本文所采用的术语“障碍涂层”涉及环境障碍涂层(EBC)。本文的障碍涂层可适用于存在于高温环境中的、例如在燃气涡轮发动机中存在的高温环境中的陶瓷基材；“基材部件”或简称作“部件”是指由CMC和/或包括硅的整料陶瓷所制造的部件。如本文所采用的，术语“粘合”理解为包括通过另一层而直接或间接粘合，例如粘合涂层或中间层。陶瓷基质复合材料(CMC)是一类由被陶瓷基质相包围的增强材料构成的材料。预期将这类材料及某些整料陶瓷(即，不含增强材料的陶瓷材料)用于超过现有体系的温度性能的应用中。通常的CMC基质材料的一些实例可以包括硅、碳化硅、氮化硅及其混合物。通常的CMC增强材料的一些实例可以包括，但不应限于，碳化硅、氮化硅、碳氧化硅和氮氧化硅。CMC材料包括由耐火纤维、一般是碳纤维或陶瓷纤维制成的纤维增强件，并用一般由SiC制成的陶瓷基质致密化。含硅整料陶瓷的一些实例可包括碳化硅、氮化硅、氮氧铝硅(SiAl当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可高温工作的陶瓷基质复合材料，其包括：含硅的陶瓷基材；包括含硅粘合涂层的环境障碍涂层体系；及位于所述基材和所述硅粘合涂层之间的扩散阻碍层，其中该扩散阻碍层防止或减小硼及杂质从所述基材向所述粘合涂层的扩散。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·L·卢思拉，D·M·利普金，J·万，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。