BR102016000008A2

BR102016000008A2 - formulação de remendo com base em silício, remendo ambientalmente resistente com base em silício e método

Info

Publication number: BR102016000008A2
Application number: BR102016000008A
Authority: BR
Inventors: David Poerschke; Don Mark Lipkin; Kevin Paul Mcevoy; Nicholas Edward Antolino
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2016-09-13
Also published as: CN105753377A; JP2016124784A; EP3040387A1; JP6644544B2; CN105753377B; US20160194476A1; CA2915461A1; EP3040387B1; US9540497B2

Abstract

formulação de remendo com base em silício, remendo ambientalmente resistente com base em silício e método. no presente documento, é estabelecida uma formulação de remendo com base em silício que compreende cerca de 25 a 66 por cento em volume de um solvente; cerca de 4 a 10 por cento em volume de um material aglutinante que compreende silício; e cerca de 30 a 65 por cento em volume de um material de remendo, sendo que o material de remendo compreende partículas que têm um ou mais elementos do grupo iiia não actinídeos, em que uma razão molar entre os um ou mais elementos do grupo iiia não actinídeos e o silício na formulação de remendo é de cerca de 0,95 a 1,25.

Description

“FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO E MÉTODO” Antecedentes [001] A presente revelação refere-se, de modo geral, ao conserto de cavidades dispostas dentro de substratos com base em silício. Mais especificamente, a presente revelação se refere a formulações de remendo com base em silício para uso, por exemplo, no conserto de cavidades dentro de substratos com base em silício e materiais de remendo resultantes do mesmo.

[002] Os materiais cerâmicos com base em silício são atualmente empregados em componentes de alta temperatura de motores de turbina a gás como, por exemplo, aerofólios (por exemplo, lâminas e pás), forros de combustor e envoltórios. A título de exemplo, materiais cerâmicos com base em silício, por exemplo, compósitos de matriz cerâmica (CMCs) podem incluir ou serem fabricados a partir de fibras que reforçam uma fase de matriz cerâmica. Os CMCs podem fornecer, por exemplo, uma combinação desejável de propriedades mecânica, física e/ou química de alta temperatura em comparação a outros materiais convencionais como, por exemplo, superligas com base em ferro, níquel e/ou cobalto.

[003] Embora os materiais cerâmicos com base em silício exibam características de alta temperatura desejáveis, tais materiais podem sofrer de rápida recessão em ambientes de combustão devido a volatilização por exposição a espécies reativas como vapor d'água. Em tais casos, revestimentos protetores, comumente denominados, no presente documento, como revestimentos de barreira ambiental (EBC), são usados para proteger os materiais cerâmicos com base em silício de processos de volatilização.

Descrição Resumida [004] No presente documento, é estabelecida uma formulação de remendo com base em silício que compreende cerca de 25 a 66 por cento em volume de um solvente; cerca de 4 a 10 por cento em volume de um material aglutinante que compreende silício; e cerca de 30 a 65 por cento em volume de um material de remendo, sendo que o material de remendo compreende partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos, em que uma razão molar entre os um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos e o silício na formulação de remendo é de cerca de 0,95 a 1,25.

[005] Em outra realização, é estabelecido no presente documento um remendo ambientalmente resistente com base em silício que compreende cerca de 2 a 10 por cento em volume de um material aglutinante curado, em que o material aglutinante curado compreende um material aglutinante com base em silício curado; e cerca de 90 a 98 por cento em volume de um material de remendo curado, em que o material de remendo curado compreende partículas que têm um ou mais materiais do Grupo IIIA não actinídeos; e em que uma razão molar entre um ou mais elemento do Grupo IIIA não actinídeo e o silício no material de remendo ambientalmente resistente é de cerca de 0,95 a 1,25.

[006] Em ainda outra realização, é estabelecido no presente documento um método que inclui tratar com calor uma formulação de remendo com base em silício disposta dentro de uma cavidade de um substrato com base em silício, sendo que tratar com calor facilita formar um remendo ambientalmente resistente com base em silício dentro da cavidade, em que o remendo ambientalmente resistente com base em silício inclui um material aglutinante que compreende silício curado e um material de remendo curado que compreende partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos, e em que uma razão molar entre um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos e o silício no remendo ambientalmente resistente com base em silício é de cerca de 0,95 a 1,25.

Figuras [007] A Figura 1A é uma vista em corte transversal de uma realização de uma estrutura para uso, por exemplo, em componentes de alta temperatura, sendo que a estrutura inclui, por exemplo, um substrato com base em silício e um revestimento de barreira ambiental disposto sobre o substrato com base em silício, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação;

[008] A Figura 1B ilustra a estrutura da Figura 1A com uma cavidade disposta dentro do substrato com base em silício, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação;

[009] A Figura 1C ilustra a estrutura da Figura 1B com uma formulação de remendo disposta dentro da cavidade da mesma, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação;

[010] A Figura 1D ilustra a estrutura da Figura 1C com um material de remendo ambientalmente resistente disposto dentro da cavidade da mesma, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação;

[011] A Figura 2 ilustra um gráfico de distribuição de tamanho de partícula bimodal esquemático de partículas que têm elementos do Grupo 11IA não actinídeos dentro de um material de remendo, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação; e [012] A Figura 3 ilustra um gráfico de distribuição de tamanho de partícula trimodal esquemático de partículas que têm elementos do Grupo 11IA não actinídeos dentro de um material de remendo, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação.

Descrição Detalhada [013] Revelada no presente documento, em parte, está uma formulação de remendo aprimorada para uso, por exemplo, no conserto de cavidades dentro de substratos com base em silício. Em um aspecto, conforme descrito acima, uma variedade de materiais cerâmicos com base em silício são atualmente empregados em componentes de alta temperatura de motores de turbina a gás. A título de exemplo, os materiais cerâmicos com base em silício podem incluir ou serem fabricados a partir de materiais como, por exemplo, compósitos de matriz cerâmica (CMCs) com base em carbeto de silício (SiC) ou nitreto de silício (SÍ3N4). Embora os materiais com base em silício exibam características de alta temperatura desejáveis, tais materiais podem ser rapidamente consumidos por exposição a espécies reativas como, por exemplo, vapor d'água, convertendo-se em espécies de hidróxido de silício voláteis (gasosas). Em tais casos, os revestimentos protetores, comumente denominados no presente documento de revestimentos de barreira ambientai (EBC), são tipicamente usados para proteger os materiais com base em silício do ambiente hostil de seções de motor de alta temperatura. Por exemplo, materiais de EBC podem fornecer uma vedação densa e hermética contra o vapor d'água no ambiente de combustão quente e, por isso, evitar a recessão do componente cerâmico.

[014] Embora materiais de EBC forneçam proteção desejável aos materiais cerâmicos com base em silício subjacentes, espalação localizada e/ou defeitos de orifício podem ocorrer ocasionalmente durante processos e/ou operação de fabricação convencionais. Desvantajosamente, esses defeitos de orifício e/ou espalação localizada podem resultar em uma ou mais cavidades dentro do material cerâmico com base em silício subjacente. Essas cavidades poderíam desvantajosamente crescer por exposição prolongada a ambiente de combustão quente que, por exemplo, poderia reduzir a capacidade de carga e/ou o fluxo de ar de ruptura do material cerâmico com base em silício resultante que, por sua vez, poderia afetar adversamente a eficiência operacional e durabilidade dos motores de turbina a gás.

[015] Declarado de modo geral, revelado no presente documento, em um aspecto, está uma formulação de remendo com base em silício para uso, por exemplo, no conserto de cavidades dentro de substratos com base em silício. A formulação de remendo com base em silício inclui, por exemplo, cerca de 25 a 66 por cento em volume de um solvente; cerca de 4 a 10 por cento em volume de um material aglutinante que compreende silício; e cerca de 30 a 65 por cento em volume de um material de remendo, sendo que o material de remendo compreende partículas que têm um ou mais elementos do Grupo MIA não actinídeos, em que uma razão molar entre os um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos e o silício na formulação de remendo é de cerca de 0,95 a 1,25.

[016] A título de exemplo, as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos compreendem um ou mais material terra rara selecionado a partir de um grupo que consiste em um monossilicato de terra rara (RE2Si05) e um dissilicato de terra rara (RE2SÍ2O7) e em que o material terra rara é escolhido a partir de um grupo que consiste em elementos do Grupo IIIA não actinídeos. A título de exemplo, os elementos do Grupo III não actinídeos podem ser ou incluir, por exemplo, escândio, ítrio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, itérbio e lutécio. Em uma realização da presente revelação, as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos têm pelo menos uma distribuição de tamanho de partícula bimodal, com um tamanho de partícula de um pico de uma primeira distribuição sendo maior que um tamanho de partícula de um pico de uma segunda distribuição. Por exemplo, uma fração de volume da primeira distribuição pode compreender menos que 60 por cento do material de remendo e uma fração de volume da segunda distribuição pode compreender menos que 60 por cento do material de remendo, com uma fração de volume da primeira e da segunda distribuições sendo substancialmente 100% do material de remendo. Em um exemplo, o tamanho de partícula da primeira distribuição está na faixa de cerca de 10 a 50 pmeo tamanho de partícula da segunda distribuição está na faixa de cerca de 0,5 a 10 pm. Por exemplo, partículas que contribuem para que a distribuição tenha o primeiro pico podem ter um tamanho médio dentro de uma faixa de cerca de 10 a 50 pm, enquanto partículas que contribuem para que a distribuição tenha o segundo pico podem ter um tamanho médio dentro de uma faixa de cerca de 0,5 a 10 pm.

[017] Em outra realização, as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos têm pelo menos uma distribuição de tamanho de partícula trimodal, com um tamanho de partícula de um pico de uma primeira distribuição sendo maior que um tamanho de partícula de um pico de uma segunda distribuição e o tamanho de partícula do pico da segunda distribuição sendo maior que um tamanho de partícula de um pico de uma terceira distribuição. Em um exemplo, uma fração de volume da primeira distribuição pode compreender menos que 60 por cento do material de remendo, uma fração de volume da segunda distribuição pode compreender menos que 30 por cento do material de remendo e uma fração de volume da terceira distribuição pode compreender menos que 30 por cento do material de remendo, com uma fração de volume da primeira, da segunda e da terceira distribuições compreendendo substancialmente 100% do material de remendo. A título de exemplo, o tamanho de partícula da primeira distribuição está na faixa de cerca de 10 a 50 pm, o tamanho de partícula da segunda distribuição está na faixa de cerca de 5 a 15 pm e o tamanho de partícula da terceira distribuição está na faixa de cerca de 0,5 a 5 pm. Por exemplo, partículas que contribuem para que a distribuição tenha o primeiro pico podem ter um tamanho médio dentro de uma faixa de cerca de 10 a 50 pm, enquanto partículas que contribuem para que a distribuição tenha o segundo pico podem ter um tamanho médio dentro de uma faixa de cerca de 0,5 a 10 pm e partículas que contribuem para o terceiro pico podem ter um tamanho médio dentro de uma faixa de cerca de 0,5 a 5 μιη.

[018] Em uma implantação, o solvente pode incluir um solvente orgânico que facilita a dissolução do material aglutinante que compreende silício. Em um exemplo, o solvente orgânico pode ser escolhido a partir de um grupo que consiste em metanol, etanol, butanol, propanol, pentanol, hexanol, octanol, nonanol, decanol, dodecanol. Em outra implantação, o material aglutinante pode incluir uma resina de poliorganossiloxano reticulado como, por exemplo, resina de silicone.

[019] Em outro aspecto, um remendo ambientalmente resistente com base em silício que, por exemplo, facilita o conserto de cavidades dentro de substratos com base em silício. O remendo ambientalmente resistente com base em silício pode incluir, por exemplo, cerca de 2 a 10 por cento em volume de um material aglutinante que compreende silício curado; cerca de 90 a 98 por cento em volume de um material de remendo curado, em que o material de remendo curado pode incluir partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos; e em que uma razão molar entre os um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos e o silício no material de remendo ambientalmente resistente é de cerca de 0,95 a 1,25. A título de exemplo, o material de remendo ambientalmente resistente pode ter, por exemplo, uma resistência adesiva de pelo menos cerca de 3 MPa e um coeficiente de expansão térmica de cerca de 3,5 a 7 ppm/°C.

[020] Em ainda outro aspecto, é estabelecido abaixo um método que inclui, por exemplo, tratar com calor uma formulação de remendo com base em silício disposta dentro de uma cavidade de um substrato com base em silício, sendo que tratar com calor facilita formar um remendo ambientalmente resistente com base em silício dentro da cavidade. O remendo ambientalmente resistente com base em silício inclui um material aglutinante que compreende silício curado e um material de remendo curado que compreende partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinideos e em que uma razão molar entre um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinideos e o silício no remendo ambientalmente resistente com base em silício é de cerca de 0,95 a 1,25.

[021] Abaixo é feita referência aos desenhos, os quais não estão desenhados em escala para facilidade de compreensão, em que os mesmos números de referência usados ao longo de desenhos diferentes designam componentes iguais ou similares.

[022] A título de exemplo, as Figuras 1A a 1D ilustram um exemplo de uma formulação de remendo aprimorada para uso, por exemplo, no conserto de cavidades dentro de substratos com base em silício. Vantajosamente, conforme descrito abaixo, as formulações de remendo, pela cura, formam um material de remendo ambientalmente resistente que, por exemplo, facilita o conserto de uma ou mais cavidades dispostas dentro de substratos com base em silício, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação.

[023] A Figura 1A é uma vista em corte transversal de uma realização de uma estrutura para uso, por exemplo, em componentes de alta temperatura como, por exemplo, motores de turbina a gás, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação. No exemplo ilustrado, um substrato 102, que pode ser um substrato com base em silício, é fornecido. A título de exemplo, o substrato 102, que pode ser selecionado por propriedades mecânica, física e/ou química de alta temperatura, pode incluir qualquer material de substrato contendo silício como, por exemplo, cerâmicas contendo silício (por exemplo, carbeto de silício (SiC), nitreto de silício (Si3N4)), compósitos que compreendem uma matriz de SiC ou Si3N4, oxinitreto de silício, oxinitreto de alumínio e silício, uma liga metálica ou intermetálica contendo silício (por exemplo, ligas de molibdênio-silício, ligas de nióbio-silício). Em um exemplo, o substrato 102 pode incluir um compósito de matriz cerâmica (CMC) que inclui uma matriz cerâmica reforçada por fibras de carbeto de silício. Em outro exemplo, o substrato 102 também pode ser um material cerâmico monolítico, por exemplo, que compreende carbeto de silício, nitreto de silício ou combinações dos mesmos. Nota-se que, em uma realização, o substrato 102 pode ser fabricado a partir de materiais que podem ser submetidos a ambientes de combustão a temperaturas operacionais maiores que cerca de 1.149 °C (2.100 °F) por durações que excedem 20.000 horas.

[024] Continuando na Figura 1A, o revestimento protetor 104 (chamado no presente documento de revestimento de barreira ambiental (EBC)) pode ser fornecido sobre o substrato 102. A título de exemplo, conforme descrito acima, o revestimento protetor fornecido sobre o substrato com base em silício vantajosamente facilita inibir ou evitar a recessão do material de CMC em um ambiente de combustão quente de um motor de turbina a gás, devido a oxidação e volatilização por exposição a espécies reativas como vapor d'água. Em um exemplo, o revestimento protetor 104 pode incluir ou ser fabricado a partir de uma ou mais camadas que incluem, por exemplo, camada de revestimento de ligação 106, uma ou mais camadas de transição 108, 110, 111 e uma camada de superfície resistente a recessão 112 opcional. As várias camadas da Figura 1A podem ser formadas com o uso de uma variedade de materiais diferentes e uma variedade de técnicas de fabricação, como química de sol-gel, aspersão de plasma, aspersão térmica de combustão, deposição eletroforética, imersão em lama, aspersão de lama, processos de pintura de lama, deposição de vapor química (CVD). A espessura das camadas ilustradas também pode variar, dependendo da aplicação em particular.

[025] A título de exemplo, a camada de revestimento de ligação 106 pode ser usada, por exemplo, para inibir reações químicas entre o substrato 102 e as uma ou mais camadas de transição ou para promover a adesão do revestimento protetor EBC 104. Em outra realização, a camada de revestimento de ligação 106 também pode ser usada como uma barreira de oxigênio de modo que iniba ou impeça a exposição do substrato 102 ao oxigênio no ambiente de combustão quente. Em um exemplo, a camada de revestimento de ligação 106 pode compreender silício elementar, silicieto metálico ou combinações dos mesmos e pode ter uma espessura de cerca de 10 a 250 pm. Embora não seja ilustrado nas figuras, uma camada de sílica pode ser opcionalmente fornecida sobre a camada de revestimento de ligação 106. Em um exemplo, a camada de sílica depositada pode ter uma espessura inicial que pode aumentar adicionalmente devido à oxidação da camada de revestimento de ligação subjacente.

[026] O revestimento protetor 104 pode incluir adicionalmente uma ou mais camadas de transição 108, 110, 111 dispostas sobre a camada de revestimento de ligação 106. Como um exemplo, a primeira camada de transição 108 pode incluir silicatos de terra rara que têm uma espessura de cerca de 10 a 250 pm. Em um exemplo, os silicatos de terra rara podem ser ou incluir, por exemplo, monossilicato de terra rara (RE2Si205) ou dissilicato de terra rara (RE2Si207) ou combinações dos mesmos, com os elementos terra rara sendo escolhidos a partir de um grupo que consiste em um ou mais elementos do Grupo iIIA não actinídeos. A título de exemplo, os elementos do Grupo 11IA não actinídeos podem ser ou incluir elementos como, por exemplo, escândio, ítrio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, itérbio e lutécio ou combinações dos mesmos. A primeira camada de transição 108 pode ser protegida pela segunda camada de transição 110. A segunda camada de transição 110 pode ser fabricada a partir de uma variedade de materiais que, por exemplo, podem ser ou incluir um material similar à primeira camada de transição, com (por exemplo) uma espessura de cerca de 10 a 250 pm. Em outra realização, a segunda camada de transição 110 pode incluir ou ser fabricada a partir de aluminossilicato de alcalino terroso como, por exemplo, aluminossilicato de bário e estrôncio (Ba, Sr)SÍ2AI2C>8, comumente denominado como BSAS. A terceira camada de transição 111 pode ser fabricada a partir de uma variedade de materiais que, por exemplo, podem ser ou incluir dissilicato de terra rara (RE2SÍ2O7), com os elementos terra rara sendo escolhidos a partir de um grupo que consiste em um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos. Nota-se que, em uma realização, as uma ou mais camadas de transição 108, 110, 111 podem ter um coeficiente de expansão térmica que é substancialmente próximo a um coeficiente de expansão térmica das camadas subjacentes e, em particular, do substrato 102. Em um exemplo, as uma ou mais camadas de transição podem ter um coeficiente de expansão térmica dentro de uma faixa de cerca de 3,5 a 7 ppm/°C. Alternativamente, o revestimento protetor 104 também podem incluir uma ou mais camadas que, por exemplo, incluem uma camada de revestimento de ligação e uma ou mais camadas de transição, desprovido de BSAS, conforme descrito na patente de n- US 14/204.367, cujo conteúdo completo está incorporado ao presente documento a título de referência.

[027] Continuando adicionalmente na Figura 1A, a camada de superfície resistente a recessão 112 pode ser adicionalmente fornecida sobre uma ou mais camadas de transição 108, 110, 111. A camada de superfície resistente a recessão 112 pode ser, por exemplo, quimicamente compatível com as camadas subjacentes e também pode ser resistente a espécies reativas como, por exemplo, vapor d'água. Como um exemplo, a camada de superfície resistente a recessão 112 pode incluir siücato de terra rara como, por exemplo, monossilícato de terra rara (RE2Si05), com os elementos terra rara sendo escolhidos a partir de um grupo que consiste em um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos.

[028] A Figura 1B ilustra a estrutura da Figura 1A com a cavidade 114 que está disposta dentro do revestimento protetor 104 e do substrato com base em silício 102, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação. A título de exemplo, conforme descrito acima, espalação localizada e/ou defeitos de orifício podem ocorrer ocasionalmente dentro do revestimento protetor 104 durante a fabricação ou operação. Esses defeitos podem resultar em cavidade 114 dentro do substrato de silício 102. Em uma realização, o tamanho da cavidade pode depender de parâmetros como, por exemplo, material do substrato 102, o ambiente operacional e/ou o tempo antes da constatação.

[029] A Figura 1C ilustra a estrutura da Figura 1B com uma formulação de remendo com base em silício 116 disposta dentro de cavidade 114 (Figura 1B) da estrutura 100, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação. A título de exemplo, a formulação de remendo pode ser ou incluir, por exemplo, cerca de 25 a 66 por cento em volume de um solvente, cerca de 4 a 10 por cento em volume de um material aglutinante que compreende silício e cerca de 30 a 65 por cento em volume de um material de remendo. Em um exemplo específico, a formulação de remendo pode ser ou incluir, por exemplo, 38,1 por cento em volume de um solvente, 5,9 por cento em volume de material aglutinante que compreende silício e 56 por cento em volume de material de remendo, em que a razão molar entre o elemento do Grupo 11IA não actinídeo e o silício na formulação de remendo com base em silício é de 1,025.

[030] A título de exemplo, o material de remendo pode ser ou incluir partículas que têm um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos que, por exemplo, podem incluir ou serem escolhidos a partir de um monossilicato de terra rara (RE2Si05) e um dissilicato de terra rara (RE2SÍ2O7). Nota-se que, em um exemplo, os elementos terra rara pode ser escolhidos a partir de um grupo que consiste em escândio, ítrio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, itérbio e lutécio ou combinações dos mesmos. Em um exemplo específico, o material de remendo pode ser dissilicato de ítrio (YDS), monossilicato de itérbio (YMS), dissilicato de ítrio e itérbio (YbYDS) ou combinações dos mesmos.

[031] Em uma realização, o material de remendo pode ter uma distribuição de tamanho de partícula multimodal de partículas que têm elementos do Grupo 11IA não actinídeos, em particular, uma distribuição de tamanho de partícula bimodal. Como usado no presente documento, a distribuição de tamanho de partícula multimodal se refere a um material de remendo que tem uma coleção de partículas com um ou mais distribuições distintas de tamanhos de partícula e contendo elementos do Grupo IIIA não actinídeos, em que uma subcoleção de cada distribuição distinta tem tamanho de partícula substancialmente uniforme. Por exemplo, uma distribuição de tamanho de partícula bimodal se refere a uma coleção de partículas com duas distribuições distintas de tamanhos de partículas. Em um exemplo, conforme ilustrado pelo gráfico de distribuição de tamanho de partícula da Figura 2, as duas distribuições distintas de tamanhos de partícula pode ser, por exemplo, tamanhos de partícula grossos de elementos do Grupo IIIA não actinídeos fornecidos de acordo com uma distribuição de tamanho de partícula que tem pico B e tamanhos de partícula finos fornecidos de acordo com uma distribuição de tamanho de partícula que tem pico A. Por exemplo, o eixo geométrico horizontal da Figura 2 mostra tamanhos de partícula (pm) dos materiais não actinídeos e o eixo geométrico vertical mostra frequências (%) dos materiais não actinídeos. Nota-se que, nesse exemplo, embora as duas distribuições tenham sido mostradas com sobreposição e tenha alturas de pico substancialmente iguais, um indivíduo versados na técnica irá saber que duas distribuições também podem ser distintas e ter alturas de pico substancialmente diferentes. Em um exemplo, os tamanhos de partícula grossos podem ter um tamanho de partícula de pico dentro de uma faixa de cerca de 10 a 50 pm e tamanhos de partícula finos podem ter um tamanho de partícula de pico dentro de uma faixa de cerca de 0,5 a 10 pm. Adicionalmente, conforme descrito acima, a fração de volume total de sólidos que tem duas distribuições distintas de tamanhos de partícula pode ser de cerca de 30 a 65 por cento em volume de um material de remendo, da qual a fração de volume de tamanhos de partícula grossos distribuída na fração de volume de sólidos pode ser de menos que 80 por cento do material de remendo, enquanto a fração de volume de tamanhos de partícula finos pode ser de menos que 80 por cento do material de remendo, com as quantidades de partículas grossas e finas somando até substancialmente 100% das partículas sólidas de material de remendo. Em um exemplo específico, a fração de volume de tamanhos de partícula grossos distribuída na fração de volume de sólidos pode ser de menos que 70 por cento do material de remendo, enquanto a fração de volume de tamanhos de partícula finos pode ser de menos que 70 por cento do material de remendo, com as quantidades de partículas grossas e finas somando até substancialmente 100% das partículas sólidas de material de remendo. Em outro exemplo específico, a fração de volume de tamanhos de partícula grossos distribuída na fração de volume de sólidos pode ser de menos que 60 por cento do material de remendo, enquanto a fração de volume de tamanhos de partícula finos dentro da fração de volume total de sólidos pode ser de menos que 60 por cento do material de remendo, com as quantidades de partículas grossas e finas somando até substancialmente 100% das partículas sólidas de material de remendo.

[032] Em outro aspecto, o material de remendo pode ter uma distribuição de tamanho de partícula trimodal de partículas que têm elementos do Grupo 11IA não actinídeos. Como usado no presente documento, uma distribuição de tamanho de partícula trimodal se refere a uma coleção de partículas com três distribuições distintas de tamanhos de partícula. Em um exemplo, conforme ilustrado pelo gráfico de distribuição de tamanho de partícula da Figura 3, as três distribuições distintas de tamanhos de partícula podem ser, por exemplo, tamanhos de partícula grossos de materiais do Grupo MIA não actinídeos fornecidos de acordo com uma distribuição de tamanho de partícula que tem pico C, tamanhos de partícula médios fornecidos de acordo com uma distribuição de tamanho de partícula que tem pico B e tamanhos de partícula finos fornecidos de acordo com uma distribuição de tamanho de partícula que tem pico A. Conforme discutido acima em conjunto com a Figura 2, o eixo geométrico horizontal da Figura 3 mostra tamanhos de partícula (pm) dos materiais não actinídeos e o eixo geométrico vertical mostra frequências (%) dos materiais contendo não actinídeos. Nota-se que, nesse exemplo, embora as três distribuições tenham sido mostradas com sobreposição com alturas de pico iguais, um indivíduo versados na técnica irá saber que três distribuições também podem ser distintas e ter alturas de pico substancialmente diferentes. Em tal exemplo, os tamanhos de partícula grossos podem ter um tamanho de partícula de pico dentro de uma faixa de cerca de 10 a 50 pm, tamanhos de partícula médios podem ter um tamanho de partícula de pico dentro de uma faixa de cerca de 5 a 15 pm e tamanhos de partícula finos podem ter um tamanho de partícula de pico dentro de uma faixa de cerca de 0,5 a 5 pm. Adicionalmente, conforme descrito acima, as frações de volume total de sólidos que têm três distribuições distintas de tamanhos de partícula podem ser cerca de 30 a 65 por cento em volume de um material de remendo, das quais a fração de volume de tamanhos de partícula grossos pode ser de menos que 80 por cento do material de remendo, a fração de volume de tamanhos de partícula médios pode ser de menos que 50 por cento do material de remendo e a fração de volume de tamanhos de partícula finos pode ser de menos que 50 por cento do material de remendo, com tais quantidades de partículas grossas, médias e finas somando até substancialmente 100% das partículas sólidas de material de remendo. Em um exemplo específico, a fração de volume de tamanhos de partícula grossos dentro da fração de volume total de sólidos pode ser de menos que 70 por cento do material de remendo, a fração de volume de tamanhos de partícula médios pode ser de menos que 40 por cento do material de remendo e a fração de volume de tamanhos de partícula finos pode ser de menos que 40 por cento do material de remendo, com tais quantidades de partículas grossas, médias e finas somando até substancialmente 100% das partículas sólidas de material de remendo. Em outro exemplo específico, a fração de volume de tamanhos de partícula grossos distribuída dentro da fração de volume total de sólidos pode ser de menos que 60 por cento do material de remendo, a fração de volume de tamanhos de partícula médios dentro da fração de volume total de sólidos pode ser de menos que 30 por cento do material de remendo e a fração de volume de tamanhos de partícula finos dentro da fração de volume total de sólidos pode ser de menos que 30 por cento do material de remendo, com tais quantidades de partículas grossas, médias e finas somando até substancialmente 100% das partículas sólidas de material de remendo. Em um exemplo específico, a fração de volume de tamanhos de partícula grossos distribuída dentro da fração de volume total de sólidos pode ser cerca de 52 por cento do material de remendo, a fração de volume de tamanhos de partícula médios pode ser cerca de 23 por cento do material de remendo e a fração de volume de tamanhos de partícula finos pode ser cerca de 25 por cento do material de remendo.

[033] Adicionalmente, o material aglutinante da formulação de remendo pode ser ou incluir um material de resina com base em silício como, por exemplo, resina de poliorganossiloxano reticulado. Em um exemplo, a resina de poliorganossiloxano reticulado pode incluir, porém, sem limitação, por exemplo, resina de silicone DOW Corning® 249 Flake resin (disponível junto à DOW Chemical) que, por exemplo, pode incluir fenil e metil silsesquioxanos e metil siloxanos, Além disso, o solvente pode ser ou incluir um solvente orgânico que, em uma realização, facilita a dissolução do material aglutinante com base em silício. Em um exemplo, o solvente orgânico é escolhido a partir de um grupo que consiste em metanol, etanol, butanol, propanol, pentanol, hexanol, octanol, nonanol, decanol e dodecanol. Em um exemplo específico, o solvente orgânico, como butanol, dissolve a resina de silicone para formar misturas líquidas que têm uma viscosidade dentro de uma faixa de cerca de 5 a 150 Pa.s a 25 °C.

[034] Continuando adicionalmente na Figura 1C, a estrutura pode ser opcionalmente submetida a uma ou mais etapas de processamento para estabilizar a formulação de remendo. Em um exemplo, a estabilização da formulação de remendo pode ser executada, por exemplo, aquecendo-se a estrutura a uma temperatura de cerca de 500 °C ou menos por uma duração de cerca de 10 min. Tais processos de aquecimento facilitam a evaporação de solventes orgânicos voláteis e/ou a oxidação parcial de materiais aglutinantes com base em silício e, por isso, estabilizam a formulação de remendo. Isso, por sua vez, modula a viscosidade da formulação de remendo resultante de modo que a formulação permaneça dentro da cavidade 114 (Figura 1B) sem qualquer perda do material, não obstante às altas temperaturas de ambientes de turbina a gás.

[035] Em referência à Figura 1D, a estrutura 100 pode ser submetida a um ou mais processos de cura para facilitar a formação de um remendo ambientalmente resistente com base em silício 118 dentro da cavidade 114 (Figurai B) da estrutura. Nessa realização, os um ou mais processos de cura podem ser realizados aquecendo-se a estrutura a, por exemplo, condições de operação de turbina a gás para facilitar a oxidação do material aglutinante que compreende silício a sílica e/ou a oxidação do material de remendo, resultando no remendo ambientalmente resistente 118. Em um exemplo, o remendo ambientalmente resistente resultante pode ser ou incluir cerca de 2 a 10 por cento em volume de material aglutinante curado como, por exemplo, sílica, e cerca de 90 a 98 por cento em volume de material de remendo curado. Nesse exemplo, o material de remendo curado pode ser ou incluir partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos que, por exemplo, podem incluir ou serem escolhidos a partir de um monossilicato de terra rara (RE2Si05) e um dissilicato de terra rara (RE2SÍ2O7). Nota-se que, em uma realização, a razão molar entre o silício (por exemplo, da sílica) e o elemento do Grupo IIIA não actinídeo (por exemplo, do material de remendo curado) no remendo ambientalmente resistente resultante é de cerca de 0,95 a 1,25. Adicionalmente, também se nota que o remendo ambientalmente resistente com base em silício, quando submetido às altas temperaturas operacionais de turbina, pode passar por transições que permitem que componentes químicos individuais do remendo ambientalmente resistente resultante homogeneizem e transformem o formato e o tamanho de composição de fase.

[036] Adicionalmente, nota-se que, embora os parâmetros de processo empregados durante os processos de cura facilitem a oxidação do material de remendo, a distribuição de tamanho de partícula multimodal do material de remendo curado permanece sem perturbação. Por exemplo, em uma realização, o material de remendo curado pode ter uma distribuição de tamanho de partícula multimodal de partículas que têm material(is) do Grupo MIA não actinídeo, em particular, uma distribuição de tamanho de partícula bimodal ou uma distribuição de tamanho de partícula trimodal, conforme descrito acima em conjunto com a Figura 1C. Adicionalmente, nota-se que o remendo ambientalmente resistente resultante 118 foi projetado para apresentar características desejadas como, por exemplo, resistência adesiva, coeficiente de expansão térmica (CTE), densidade de empacotamento e/ou uma composição química que proteja a estrutura 100 de degradação ambiental, como por recessão induzida por vapor d'água. Por exemplo, o remendo ambientalmente resistente resultante 118 pode ter uma resistência adesiva de cerca de 3 MPa e um coeficiente de expansão térmica de cerca de 3,5 a 7 ppm/°C.

[037] Os versados na técnica irão notar que, vantajosamente, a formulação de remendo com base em silício e o remendo ambientalmente resistente resultante com base em silício foram projetados para fornecer características aprimoradas para uso em, por exemplo, componentes de alta temperatura de motores de turbina a gás. Por exemplo, essas características aprimoradas incluem melhor resistência após uma cura a baixa temperatura, resistência ao choque térmico durante a partida de motor inicial, resistência à temperatura operacional de motor e retenção de uma estrutura porosa para permitir o escape de gases produzidos pela oxidação de substratos que compreendem silício. Adicionalmente, a formulação de remendo e o material de remendo ambientalmente resistente resultante são projetados para serem compatíveis com revestimentos de proteção sobrejacentes, como revestimentos de barreira ambiental (EBC), e os substratos que compreendem silício subjacentes.

[038] A linguagem aproximada, como usada no presente documento ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que pode permissivamente variar sem resultar em uma alteração na função básica à qual a mesma se refere. Consequentemente, um valor modificador por um termo ou termos, tal qual “cerca de”, não deve ser limitado ao valor preciso especificado. Em alguns casos, a linguagem aproximada pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Aqui e no decorrer do relatório descritivo e das reivindicações, limitações de faixa podem ser combinadas e/ou alternadas, sendo que tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas contidas nessas, a menos que o contexto ou a linguagem indique o contrário. Embora a presente revelação tenha sido descrita em referência a várias realizações específicas, será entendido que o verdadeiro espírito e escopo da revelação deve ser determinado apenas em relação às reivindicações que podem ser suportadas pelo presente relatório descritivo. Adicionalmente, embora em diversos casos no presente documento em que sistemas e aparelhos e métodos são descritos como tendo um certo número de elementos, será entendido que tais sistemas, aparelhos e métodos podem ser praticados com menos que ou mais que o certo número de elementos mencionado. Também, embora várias realizações particulares tenham sido descritas, será entendido que recursos e aspectos que foram descritos em referência a cada realização particular podem ser usados em cada realização particularmente descrita restante.

[039] Embora apenas certos recursos da revelação tenham sido ilustrados e descritos no presente documento, muitas modificações e alterações irão ocorrer ao versado na técnica. Portanto, deve ser entendido que as reivindicações anexas destinam-se a abranger todas tais modificações e alterações que estão dentro do espírito verdadeiro da revelação.

Reivindicações

Claims

1. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, caracterizada pelo fato de que compreende: cerca de 25 a 66 por cento em volume de um solvente; cerca de 4 a 10 por cento em volume de um material aglutinante que compreende silício; e cerca de 30 a 65 por cento em volume de um material de remendo, sendo que o material de remendo compreende partículas que têm um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos, em que uma razão molar entre os um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos e o silício na formulação de remendo com base em silício é de cerca de 0,95 a 1,25.

2. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo MIA não actinídeos compreendem um ou mais materiais terras raras selecionados a partir de um grupo que consiste em um monossilicato de terra rara (RE2Si05) e um dissilícato de terra rara (RE2SÍ2O7), em que o material terra rara é escolhido a partir de um grupo que consiste em elementos do Grupo MIA não actinídeos.

3. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo MIA não actinídeos têm pelo menos uma distribuição de tamanho de partícula bimodal, em que um tamanho de partícula de um pico de uma primeira distribuição é maior que um tamanho de partícula de um pico de uma segunda distribuição.

4. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que uma fração de volume da primeira distribuição compreende menos que 80 por cento do material de remendo e uma fração de volume da segunda distribuição compreende menos que 80 por cento do material de remendo, em que uma fração de volume da primeira e da segunda distribuições compreende substancialmente 100% do material de remendo.

5. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que uma fração de volume da primeira distribuição compreende menos que 60 por cento do material de remendo e uma fração de volume da segunda distribuição compreende menos que 60 por cento do material de remendo, em que uma fração de volume da primeira e da segunda distribuições compreende substancialmente 100% do material de remendo.

6. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o tamanho de partícula da primeira distribuição está na faixa de cerca de 10 a 50 pm e o tamanho de partícula da segunda distribuição está na faixa de cerca de 0,5 a 10 pm.

7. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos têm pelo menos uma distribuição de tamanho de partícula trimodal, em que um tamanho de partícula de um pico de uma primeira distribuição é maior que um tamanho de partícula de um pico de uma segunda distribuição, sendo que o tamanho de partícula do pico da segunda distribuição é maior que um tamanho de partícula de um pico de uma terceira distribuição.

8. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que uma fração de volume da primeira distribuição compreende menos que 80 por cento do material de remendo, uma fração de volume da segunda distribuição compreende menos que 50 por cento do material de remendo, e uma fração de volume da terceira distribuição compreende menos que 50 por cento do material de remendo, em que uma fração de volume da primeira, da segunda e da terceira distribuições compreende substancialmente 100% do material de remendo

9. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que uma fração de volume da primeira distribuição compreende menos que 60 por cento do material de remendo, uma fração de volume da segunda distribuição compreende menos que 30 por cento do material de remendo e uma fração de volume da terceira distribuição compreende menos que 30 por cento do material de remendo, em que uma fração de volume da primeira, da segunda e da terceira distribuições compreende substancialmente 100% do material de remendo.

10. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o tamanho de partícula da primeira distribuição está na faixa de cerca de 10 a 50 pm, o tamanho de partícula da segunda distribuição está na faixa de cerca de 5 a 15 pm e o tamanho de partícula da terceira distribuição está na faixa de cerca de 0,5 a 5 pm.

11. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o solvente compreende um solvente orgânico que facilita a dissolução do material aglutinante que compreende silício.

12. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o solvente orgânico é escolhido a partir de um grupo que consiste em metanol, etanol, butanol, propanol, pentanol, hexanol, octanol, nonanol, decanol, dodecanol.

13. FORMULAÇÃO DE REMENDO COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material aglutinante compreende uma resina de poliorganossiloxano reticulado.

14. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, caracterizado pelo fato de que compreende: cerca de 2 a 10 por cento em volume de um material aglutinante curado que compreende silício; cerca de 90 a 98 por cento em volume de um material de remendo curado, em que o material de remendo curado compreende partículas que têm um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos; e em que uma razão molar entre os um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos e silício no remendo ambientalmente resistente com base em silício é de cerca de 0,95 a 1,25.

15. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma resistência adesiva de pelo menos cerca de 3 MPa e um coeficiente de expansão térmica de cerca de 3,5 a 7 ppm/°C.

16. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos compreendem um ou mais materiais terras raras selecionados a partir de um grupo que consiste em um monossilicato de terra rara (RE2Si05) e um dissilicato de terra rara (RE2Si207) e em que o material terra rara é escolhido a partir de um grupo que consiste em elementos do Grupo 11IA não actinídeos.

17. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo MIA não actinídeos têm pelo menos uma distribuição de tamanho de partícula bimodal, em que um tamanho de partícula de um pico de uma primeira distribuição é maior que um tamanho de partícula de um pico de segunda distribuição.

18. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que uma fração de volume da primeira distribuição compreende menos que 60 por cento do material de remendo curado e a fração de volume da segunda distribuição compreende menos que 60 por cento do material de remendo curado, em que uma fração de volume da primeira e da segunda distribuições compreende substancialmente 100% do material de remendo.

19. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula da primeira distribuição está na faixa de cerca de 10 a 50 pm e o tamanho de partícula da segunda distribuição está na faixa de cerca de 0,5 a 10 pm.

20. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos têm pelo menos uma distribuição de tamanho de partícula trimodal, em que um tamanho de partícula de um pico de uma primeira distribuição é maior que um tamanho de partícula de um pico de uma segunda distribuição, sendo que o tamanho de partícula do pico da segunda distribuição é maior que um tamanho de partícula de um pico de uma terceira distribuição.

21. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que uma fração de volume da primeira distribuição compreende menos que 60 por cento do material de remendo curado, uma fração de volume da segunda distribuição compreende menos que 30 por cento do material de remendo curado e uma fração de volume da terceira distribuição compreende menos que 30 por cento do material de remendo curado, em que uma fração de volume da primeira, da segunda e da terceira distribuições compreende substancialmente 100% do material de remendo.

22. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula da primeira distribuição está na faixa de cerca de 10 a 50 pm, o tamanho de partícula da segunda distribuição está na faixa de cerca de 5 a 15 pm e o tamanho de partícula da terceira distribuição está na faixa de cerca de 0,5 a 5 pm.

23. REMENDO AMBIENTALMENTE RESISTENTE COM BASE EM SILÍCIO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material aglutinante curado que compreende silício compreende uma resina de poliorganossiloxano reticulado curada, sendo que a resina de poliorganossiloxano reticulado curada compreende sílica.

24. MÉTODO, caracterizado pelo fato de que compreende: tratar com calor uma formulação de remendo com base em silício disposta dentro de uma cavidade de um substrato com base em silício, sendo que tratar com calor facilita formar um remendo ambientalmente resistente com base em silício dentro da cavidade, em que o remendo ambientalmente resistente com base em silício compreende um material aglutinante curado que compreende silício e um material de remendo curado que compreende partículas que têm um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos, e em que uma razão molar entre os um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos e silício no remendo ambientalmente resistente com base em silício é de cerca de 0,95 a 1,25.

25. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que tratar com calor compreende submeter a formulação de remendo com base em siiício a uma cura, em que a cura da formulação de remendo com base em silício é realizada a uma temperatura máxima entre cerca de 1.000 °C e 1.650 °C.

26. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que tratar com calor compreende estabilizar a formulação de remendo com base em silício, antes da cura, sendo que a estabilização da formulação de remendo com base em silício é realizada a uma temperatura de cerca de 500° C ou menos.

27. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a formulação de remendo com base em silício compreende fornecer uma formulação de remendo com base em silício que compreende cerca de 25 a 66 por cento em volume de um solvente, cerca de 4 a 10 por cento em volume de um material aglutinante que compreende silício; e cerca de 30 a 65 por cento em volume de um material de remendo, sendo que o material de remendo compreende partículas que têm um ou mais elementos do Grupo 11IA não actinídeos, em que uma razão molar entre os um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeo e o silício na formulação de remendo com base em silício é de cerca de 0,95 a 1,25.

28. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que as partículas que têm um ou mais elementos do Grupo IIIA não actinídeos compreendem um ou mais material terra rara selecionado a partir de um grupo que consiste em um monossilicato de terra rara (RE2Si05) e um dissilicato de terra rara (RE2SÍ2O7), em que o material terra rara é escolhido a partir de um grupo que consiste nos elementos do Grupo IIIA não actinídeos.