CN104725033A - 环境耐受修补物以及输送系统 - Google Patents

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CN104725033A CN201410791891.7A CN201410791891A CN104725033A CN 104725033 A CN104725033 A CN 104725033A CN 201410791891 A CN201410791891 A CN 201410791891A CN 104725033 A CN104725033 A CN 104725033A
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D.M.利普金
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Abstract

本发明涉及环境耐受修补物以及输送系统。环境耐受修补物包括一种或多种稀土硅酸盐，其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐成分，以及从大约0摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物，以及其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3MPa的粘合强度，以及从大约3.5×10-6/℃到大约7.5×10-6/℃的热膨胀系数。

Description

环境耐受修补物以及输送系统
关于联邦资助的研发的声明
本发明部分利用根据由能源部授予的政府合同NO. DE-FC26-05NT42643做出。政府对本发明具有一定权利。
技术领域
本文中的公开的本主题涉及修补物修复，且更具体地，涉及用于填充在包含硅的构件，诸如基于碳化硅(SiC)的陶瓷基体复合物(CMC)中的空隙的环境耐受修补物。
背景技术
环境屏障覆层(EBC)保护由包含硅的基质制作的燃气涡轮构件，使其在使用中免于暴露到潜在地有害的化学环境。包含硅的基质的示例包括基于SiC的CMC、基于SiC或氮化硅(Si3N4)的单片陶瓷以及金属硅化物，诸如基于MO-Si-B和Nb-Si的复合物。EBC的示例包括碱土铝硅酸盐(例如，钡-锶铝硅酸盐，或BSAS)、具有一般成分RE2SiO5的稀土(RE)单硅酸盐，以及具有一般成分RE2Si2O7的RE二硅酸盐。RE元素可包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和/或Lu，以及类稀土元素Y和/或Sc。EBC通常选定为使得其热膨胀系数(CTE)与包含硅的基质材料的热膨胀系数具有良好的匹配。
一些EBC材料使用等离子体喷涂工艺沉积在构件上。等离子体喷涂工艺提供灵活性以在没有主要工艺修改的情况下沉积宽覆层厚度范围(从大约0.001英寸到大约0.080英寸)内的多种材料。
此外，如果EBC经历局部碎裂或针孔缺陷，则在下方的CMC可在使用期间经受由水蒸汽引发的挥发所导致的腔以及随后的表面衰退。如果被允许不加缓和地生长，则这种腔可减少构件的载荷承载能力，扰乱气流或甚至发展到全厚度孔，其导致燃烧气体的吸收或者高压冷却空气的泄漏，从而负面地影响机器的操作效率以及耐久性。
因此，在本领域中可欢迎用于填充在涡轮构件中的表面连接的空隙的材料和方法。
发明内容
在一个实施例中，公开了环境耐受修补物。环境耐受修补物包括一种或多种稀土硅酸盐，其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐，以及从大约0摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物，以及其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度，以及从大约3.5×10-6/℃到大约7.5×10-6/℃的热膨胀系数。
在另一实施例中，公开了一种涡轮发动机构件。涡轮发动机构件包括基质材料、抗衰退外侧层以及至少部分填充延伸通过抗衰退外侧层的空隙的环境耐受修补物。环境耐受修补物包括一种或多种稀土硅酸盐，其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐，以及从大约0摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物，以及其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度，以及从大约3.5×10-6/℃到大约7.5×10-6/℃的热膨胀系数。
在又一实施例中，公开了环境耐受修补物输送系统。环境耐受修补物输送系统包括铰接支承件和由铰接支承件支承的可促动分配工具。可促动分配工具包括容纳未固化的环境耐受修补物的储存器以及用于通过布置在可促动分配工具的端处的分配器分配未固化的环境耐受修补物的促动器。
方案1：一种环境耐受修补物，包括：
一种或多种稀土硅酸盐；
其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐，以及从大约0摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物；以及
其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度和从大约3.5×10-6/℃到大约7.5×10-6/℃的热膨胀系数。
方案2：根据方案1的环境耐受修补物，其中，一种或多种稀土硅酸盐包括稀土单硅酸盐和稀土二硅酸盐中的至少一种，且其中，稀土包括镱和钇中的至少一种。
方案3：根据方案1的环境耐受修补物，其中，无机附加物包括氧化铁、氧化铝、氧化硅和玻璃中的至少一种。
方案4：根据方案1的环境耐受修补物，其中，无机附加物包括元素硅。
方案5：根据方案1的环境耐受修补物，其中，未固化的环境耐受修补物包括从大约30体积百分比到大约80体积百分比的无机成分，以及从大约70体积百分比到大约20体积百分比的溶剂。
方案6：根据方案5的环境耐受修补物，其中，未固化的环境耐受修补物还包括从大约零体积百分比到大约10体积百分比的一种或多种有机附加物。
方案7：根据方案1的环境耐受修补物，其中，未固化的无机微粒具有在10 nm和100 μm之间的大小，且带有大于30体积百分比的封装密度。
方案8：根据方案1的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在固化之前包括无机微粒，无机微粒包括在10 nm和100 μm之间的双峰大小分布，且具有大于40体积百分比的封装密度。
方案9：根据方案1的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在固化之前包括无机微粒，无机微粒包括在10 nm和100 μm之间的三峰大小分布，且具有大于50体积百分比的封装密度。
方案10：根据方案1的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在固化之前包括，在无机固体体积基础上，从大约百分之40到大约百分之75的具有从大约10 μm到大约100 μm大小的粗粒大小的微粒，从大约百分之10到大约百分之35的具有从大约1 μm到大约10 μm大小的中等大小的微粒，以及从大约百分之1到大约百分之30的具有从大约10 nm到大约1 μm大小的精细大小微粒。
方案11：根据方案1的环境耐受修补物，其中，无机附加物包括具有从大约3.5×10-6/℃到大约6×10-6/℃的CTE的玻璃。
方案12：根据方案11的环境耐受修补物，其中，无机附加物包括从大约1质量百分比到大约10质量百分比的玻璃。
方案13：根据方案1的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在固化之前具有从大约1 Pa·s到大约2000 Pa·s的粘性。
方案14：根据方案1的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在其固化之后包括连通孔隙。
方案15：根据方案1的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在涡轮发动机构件的空隙中提供。
方案16：根据方案15的环境耐受修补物，其中，涡轮发动机构件包括CMC基质，且其中，环境耐受修补物至少部分延伸到CMC基质内。
方案17：一种涡轮发动机构件，包括：
基质材料；
抗衰退外侧层；以及，
环境耐受修补物，其至少部分填充延伸通过抗衰退外侧层的空隙，其中，环境耐受修补物包括一种或多种稀土硅酸盐，其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐成分，以及从大约0摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物；以及，
其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度和从大约3.5×10-6/℃到大约7.5×10-6/℃的热膨胀系数。
方案18：根据方案17的涡轮发动机构件，其中，基质包括CMC基质。
方案19：一种环境耐受修补物输送系统，包括：
铰接支承件；以及，
可促动分配工具，其由铰接支承件支承，可促动分配工具包括：
储存器，其容纳未固化的环境耐受修补物；以及，
促动器，其用于通过布置在可促动分配工具的端处的分配器分配未固化的环境耐受修补物。
方案20：根据方案19的环境耐受修补物输送系统，其中，还包括光学系统，其提供包含可促动分配工具的分配器的光学视野。
方案21：根据方案20的环境耐受修补物输送系统，其中，光学系统包括连接到铰接支承件的管道镜。
方案22：根据方案19的环境耐受修补物输送系统，其中，还包括热处理系统，其提供补充热源以在环境耐受修补物从可促动分配工具的储存器分配后固化环境耐受修补物。
方案23：根据方案19的环境耐受修补物输送系统，其中，还包括表面修整系统，其在环境耐受修补物从可促动分配工具的储存器分配后限定环境耐受修补物的表面。
方案24：根据方案19的环境耐受修补物输送系统，其中，环境耐受修补物包括：
一种或多种稀土硅酸盐；
其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐成分，以及从大约0摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物；以及
其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度和从大约3.5×10-6/℃到大约7.5×10-6/℃的热膨胀系数。
考虑结合附图的以下详细描述，将更全面地理解由本文中讨论的实施例提供的这些及附加特征。
附图说明
在附图中陈述的实施例本质上是说明以及示例性的，且不预期限制由权利要求所定义的本发明。当结合附图阅读时，可理解说明性实施例的以下详细描述，在附图中，类似结构利用类似附图标记指示，且其中：
图1是根据在本文中示出或描述的一个或多个实施例利用环境屏障覆层涂覆的构件的部分截面侧视图；
图2是根据本文中示出或描述的一个或多个实施例利用环境屏障覆层涂覆且包含环境耐受修补物的构件；
图3是根据本文中示出或描述的一个或多个实施例的环境耐受修补物输送系统的示意图；以及，
图4是根据本文中示出或描述的一个或多个实施例的环境耐受修补物输送系统的可促动分配工具的示意图。
部件列表
5 空隙
10 环境屏障覆层
15 涡轮发动机构件
20 CMC基质材料
25 (至少一个)中间层
27 第二中间层
29 第一中间层
30 粘合层
35 抗衰退表面层
50 环境耐受修补物
100 修补物输送系统
110 铰接支承件线缆
111 端
120 可促动分配工具
121 储存器
122 促动器
125 分配器
130 补充系统
135 光学视野
140 连接系统。
具体实施方式
将在下文中描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可不在说明书中描述实际实施的全部特征。应当理解在任意这种实际实施的开发中，如在任意工程或设计项目中，必须做出许多针对具体实施的决定以实现开发者的具体目标，诸如遵守系统相关以及行业相关的约束，该约束可随实施不同而变化。而且，应当理解这种开发努力可以是复杂以及耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说，其可仍然为设计、制作以及制造的常规任务。
当介绍本发明的各种实施例时，冠词“一个”、“一种”、“该”以及“所述”预期表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”以及“具有”预期为包括性的，且意味着存在除了所列元件以外的附加元件。
本公开的实施例提供环境耐受(例如，稳定和/或保护的)修补物，用于修复包含硅的材料，该材料包括例如基于SiC的CMC基质。而且，本公开提供输送系统，用于将环境耐受修补物输送到包含硅的材料的腔中，以便在不拆解系统的情况下实现修复。在一些实施例中，包含硅的材料是在涡轮发动机中的CMC构件，且修复在原地完成(即，对本示例不用拆解但是在涡轮不运行时进行)。
本公开的实施例在下文中参考其关于用于燃气涡轮发动机的构件的应用描述，该构件大致从包含硅的材料，诸如基于SiC的CMC、SiC、Si3N4和/或金属硅化物制作。然而，本领域技术人员应当理解，以及由本文中提供的教导指导地，本公开可类似地应用于从包含硅的材料制作的任意适当构件。而且，合并到系统内的这种构件包括(但不限于)涡轮发动机，其中，构件在系统操作期间经受极端的热和/或化学状况。这种构件可在超过20,000小时的期间内在超过2200°F的材料表面温度下经受燃烧环境。
在一个实施例中，燃气涡轮发动机的各种构件由包含硅的陶瓷或CMC材料形成。在特定实施例中，CMC材料是SiC/SiC CMC材料。SiC/SiC CMC材料包括包含碳化硅的基体，其利用涂覆的碳化硅纤维强化。在一个实施例中，陶瓷材料是单片陶瓷材料，诸如SiC或Si3N4。在一个实施例中，燃气涡轮发动机的各种构件由基于MO-Si-B或Nb-Si的金属硅化物材料形成。
现在参考图1，在一个实施例中，环境屏障覆层10施加到硅基材料，诸如由CMC基质材料20制作的涡轮发动机构件15。对于本领域技术人员显而易见，且由本文中提供的教导指导地，涡轮发动机构件15可由任意适当硅基材料制作。
如本领域技术人员所理解地，环境屏障覆层10可包括多种实施例。例如，如在图1中所示，环境屏障覆层10可包括至少一个中间层25，其粘合到或沉积在CMC基质材料20上。如本文中所用地，对术语“粘合”的引用应当理解为包括直接粘合，以及通过另一层，诸如可选粘合层30的间接粘合。在一个实施例中，粘合层30包括元素硅。在一个实施例中，中间层25具有大约0.025 mm到大约1 mm的总厚度。中间层25可具有很好地匹配基质材料20的热膨胀系数的热膨胀系数。如本文中所用地，参考热膨胀系数对术语“匹配”的引用应当理解为指的是在大约2×10-6/℃内的热膨胀系数差异。在特定实施例中，粘合层30具有匹配基质材料20的热膨胀系数。
在一个实施例中，中间层25包括至少一个中间层29，其大致从稀土(RE)单硅酸盐或二硅酸盐形成。所述RE单硅酸盐可具有一般成分RE2SiO5，且RE二硅酸盐可具有一般成分RE2Si2O7。RE可包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和/或Lu及/或稀土元素Y和/或Sc。例如，第一中间层29可包括(Y,Yb)2Si2O7。另外，中间层25可包括第二或外侧中间层27，其定位在第一中间层29与外部屏障层(诸如如在图1中所示的抗衰退表面层35)之间。中间层27可包括例如碱土铝硅酸盐，诸如(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS)。虽然在图1中示出仅两个中间体层27、29，但是对于本领域技术人员显而易见且由本文中提供的教导所指导地，中间层25可包括任意适当数量的层。在一个实施例中，至少一个中间层25具有大约0.025 mm到大约1 mm的组合厚度。
抗衰退表面层35还可施加到或沉积在中间层25上。抗衰退表面层35与在下面的中间层25化学相容，且具有在包含水蒸汽的环境，诸如涡轮发动机的燃烧环境中的高衰退抗性。在一个实施例中，抗衰退表面层35大致由稀土(RE)单硅酸盐形成，其中RE包括Y、Sc、Dy、Ho、Er、Tm、Tb、Yb和/或Lu，单硅酸盐具有一般成分RE2SiO5。例如，抗衰退表面层35包括Y2SiO5且施加到中间层25上。
抗衰退表面层35以及任意中间层25可使用对于本领域技术人员已知且由本文中提供的教导所指导的任意适当工艺施加，该工艺包括但不限于溶胶-凝胶化学过程、等离子体喷雾、燃烧热喷雾、电泳沉积、料浆浸涂、料浆喷雾和/或料浆涂绘工艺。可选粘合层30可还由热喷雾、化学气相沉积、料浆处理或任意其他适当方法沉积。
在一个实施例中，抗衰退表面层35均匀施加到外侧中间层27。在该实施例中，抗衰退表面层35具有大约0.01 mm到大约0.05 mm的厚度。抗衰退表面层35具有适当厚度以防止或抵抗在使用中的过度开裂或剥开，且用以改善由水蒸汽的渗透。
参考图2，环境耐受修补物50可用于填充在环境屏障覆层10中的空隙5，且可选地延伸到粘合层30和CMC基质材料20内。例如，在一些实施例中，空隙5可由于在环境屏障覆层10中的针孔缺陷、碎裂或裂缝而出现，其可随后导致在下面的粘合层30和/或CMC基质材料20中引起衰退的材料损耗。
环境耐受修补物50包括适当的特性以粘附到邻近材料，具有接近邻近材料的CTE，具有充分的粘性以在固化之前保持在目标区域中，且具有充分高的封装密度以在固化和随后的操作中经历致密化而存在下来，同时拥有保护涡轮发动机构件15免于环境退化，诸如由水蒸汽引起的衰退的化学成分(composition)。例如，环境屏障覆层修补物50可通常包括一种或多种稀土硅酸盐，以实现适用于修补的必须的功能特性。
例如，环境耐受修补物50可具有允许其一旦布置在涡轮发动机构件15的空隙5中且固化后，则保持与邻近的环境屏障覆层10和/或CMC基质材料20接触的粘合强度。这可包括至少大约3 MPa的粘合强度。
环境耐受修补物50还可拥有适当地在基质材料20的CTE的范围内的热膨胀系数。具有适当热膨胀系数将允许环境屏障覆层修补物50避免由涡轮发动机构件15的任意热膨胀(诸如可在操作期间发生)而被赋予或遭遇过度的力。例如，环境屏障覆层10可具有从大约3.5×10-6/℃到大约7.5×10-6/℃，或者从大约4×10-6/℃到大约6×10-6/℃，或大约4.5×10-6/℃到大约5.5×10-6/℃的热膨胀系数。
环境耐受修补物50还可规划为拥有其固体组分的期望的粒子大小分布。例如，环境耐受修补物50可包括粗粒(从大约10 μm到大约100 μm大小)、中等(从大约1 μm到大约10 μm大小)和/或精细(从大约10 nm到大约1 μm大小)的微粒的混合物。取决于实现适当粘附、CTE以及任意其他所寻求的特性所必须的化学式，可分布粒子大小以获得充分的粒子封装，其最小化固化或烧结收缩。例如，在一些实施例中，环境耐受修补物50在固化之前包括，在无机固体体积的基础上，从大约百分之40大约百分之75的粗粒大小微粒，从大约百分之10到大约百分之35的中等大小微粒，以及从大约百分之1到大约百分之30的精细大小微粒。在一些实施例中，环境耐受修补物50是可在无机固体体积的基础上，从大约百分之60到大约百分之70的粗粒大小微粒，从大约百分之20到大约百分之30的中等大小微粒，以及从大约百分之5到大约百分之15的精细大小微粒。在一些特定实施例中，环境耐受修补物50可在无机固体体积的基础上，大约百分之65的粗粒大小微粒，大约百分之25的中等大小微粒，以及大约百分之10的精细大小微粒。在一些特定实施例中，环境耐受修补物50可在无机固体体积的基础上，大约百分之50的粗粒大小微粒，大约百分之24的中等大小微粒，以及大约百分之26的精细大小微粒。这些粒子大小分布可允许在操作期间充分的强度，同时仍然提供在烧结期间可接受的收缩。
环境耐受修补物50还可规划为拥有如下未固化粘性，即，其适于注射或以其他方式布置在空隙5内，且直到其固化至少暂时保持在那里而没有滴落或流动。例如，在一些实施例中，如将在本文中的后面示出地，环境耐受修补物50可经由可促动分配工具120注射到空隙5内，可促动分配工具120为修补物输送系统100的一部分，其类似于注射器起作用。在这种实施例中，环境耐受修补物50可因此拥有如下粘性，即，允许其在压力之下从可促动分配工具120的储存器121流动，但是保持在空隙5中直到固化。例如，环境耐受修补物50在固化之前可具有从大约1Pa·s到大约2,000Pa·s，或者在固化之前可具有从大约10Pa·s到大约150Pa·s的粘性。
环境耐受修补物50还可包括连通孔隙，其导致非密封修补物。这可允许任意潜在的气体或蒸汽在环境耐受修补物50施加且固化之后从空隙逃逸，诸如在高温氧化环境中的操作期间。
如上文中讨论地，环境耐受修补物50可化学规划成实现保护涡轮发动机构件15的必需特性，而仍然允许其部署以及施加。例如，环境屏障覆层修补物50可规划成大致接近作为其最终化学制品的环境屏障覆层10的一般RE2SiO5和/或RE2Si2O7配方，而仍然实现上述特性中的一个或全部。
在一些实施例中，环境耐受修补物50可基于RE硅酸盐，使用接近单硅酸盐或二硅酸盐线性化合物的成分。例如，环境耐受修补物50一旦固化，可包括，在无机摩尔基础上，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐成分。在无机摩尔基础上，环境耐受修补物50的成分可包括从大约0摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物，诸如氧化铁、和/或氧化铝、和/或二氧化硅，和/或玻璃。如本文中所用地，术语“固化”指的是环境耐受修补物在加热之后的成分(诸如环境耐受修补物在布置在空隙中且然后加热之后的状态)。还如本文中所用地，术语“未固化”指的是环境耐受修补物在第一次加热之前的成分(诸如环境耐受修补物在其施加到空隙之前以及施加到空隙期间的状态)。此外，应当理解，如在本文中定义地，如本文中示出以及要求保护地，固化环境耐受修补物50的成分的相对摩尔百分比包含满足这些范围的所有成分，好像所述成分是均匀的。然而，实际上，还应当理解这些公开的以及要求保护的环境耐受修补物50的所有实施例可事实上都不是均匀的。
例如，在一个特定实施例中，无机成分可包括大约93摩尔百分比的RE2Si2O7，大约4摩尔百分比的SiO2，大约2摩尔百分比的Fe3O4，以及大约1摩尔百分比的Al2O3。在一些实施例中，RE可包括Y、Yb，或Y+Yb的任意组合。
如上文中讨论地，在一些实施例中，环境耐受修补物50在固化之前包括，在无机固体体积基础上，例如，大约69体积百分比的粗粒大小微粒(大于大约10 μm中等微粒大小)、大约26体积百分比的中等大小微粒(在大约1 μm和10 μm之间的中等微粒大小)，以及大约5体积百分比的精细微粒(小于大约1 μm的中等微粒大小)。未固化成分可包括，例如，在质量基础上：0.8百分比的精细大小熔化二氧化硅粉末，28.3百分比的中等大小4 mol%富镱(即，具有单硅酸盐次生相)二硅酸盐粉末、58.2百分比粗粒大小钇/镱二硅酸盐粉末(以摩尔计百分之60的钇二硅酸盐)、1.0百分比的精细铁(II，III)氧化物、0.2百分比的精细矾土、1.8百分比的聚乙烯亚胺(粘合剂)，以及9.7百分比的水(溶剂)。
在一些实施例中，环境耐受修补物50的无机成分可包括元素硅，其氧化成二氧化硅且最终在与RE氧化物或RE单硅酸盐反应后变得合并到稀土硅酸盐内。例如，在一个特定实施例中，未固化环境耐受修补物50可按照质量计包括大约百分之3.8的硅粉末、百分之11.2的镱氧化物粉末、百分之17.5的4mol%富镱(即，具有单硅酸盐次生相)二硅酸盐粉末、百分之55的钇/镱二硅酸盐粉末(以摩尔计百分之60的二硅酸钇)、百分之1.3的铁(II，III)氧化物、百分之0.3的矾土和百分之10.9的二乙二醇丁醚。
如上文中讨论地，在一些实施例中，环境耐受修补物50在固化之前包括，在无机固体体积基础上，例如，大约65体积百分比的粗粒大小微粒(大于大约10 μm中等微粒大小)、大约25体积百分比的中等大小微粒(在大约1 μm和10 μm之间的中等微粒大小)，以及大约10体积百分比的精细微粒(小于大约1 μm的中等微粒大小)。在合并所述硅的实施例中，未固化成分可包括例如，由质量百分比计：百分之0.7的中等大小硅粉末、百分之3.1的精细大小熔化二氧化硅粉末、百分之11.2的中等大小氧化镱粉末、百分之17.5的中等大小富RE二硅酸镱粉末(4mol%富镱，使得Yb单硅酸盐次生相产生)、百分之55.0的粗粒大小钇/二硅酸镱粉末(以摩尔计百分之60的二硅酸钇、百分之1.3的精细大小氧化铁、百分之0.3的精细大小矾土和百分之10.9的二乙二醇丁醚(溶剂)。
在一些实施例中，环境耐受修补物50可包括高温玻璃，其可在高温下弄湿SiC,以进一步促进修补物粘附。这种玻璃可具有在3×10-6/℃和大约6×10-6/℃之间的热膨胀系数。这种玻璃可具有RO-Al2O3-SiO2族的化学成分，其中RO是碱土氧化物。这种玻璃是商业上可得的，诸如例如Ferro 0002。例如，无机成分可包括从大约1的质量百分比到大约10的质量百分比的玻璃，或者大约5的质量百分比的玻璃。
环境耐受修补物50可因此通过修改例如环境耐受修补物50的粘附特性、热膨胀系数(“CTE”)范围、粘性范围和/或微粒封装特性而规划成填充空隙5，如将在本文中变得理解的。此外，一旦环境耐受修补物50固化，诸如通过一种或多种适当的热循环，包括涡轮操作，则环境耐受修补物50的这些成分可因此接近周围的环境屏障覆层10和/或CMC基质材料20的化学和/或热物理特性。
现在参考图3和4，公开了修补物输送系统100，用于将本文中公开的环境耐受修补物50分配到涡轮发动机构件15(例如，如在图1和2中所示)中的空隙5中。修补物输送系统100大体包括铰接支承件110和由铰接支承件110支承的可促动分配工具120。
铰接支承件110可包括任意机械支承系统(例如，线缆)，其允许可促动分配工具120在不拆解涡轮箱的情况下横越到涡轮发动机构件15(即，在原地)。例如，铰接支承件110可包括类似管道镜的机械系统，其包括成系列的铰接接头，接头可围绕一个或多个屏障物机动以到达目标位置。铰接支承件110可附加或备选地包括任意其他适当技术，诸如在管道镜中使用的那些，如本领域技术人员应当理解地。
示例性地布置在图3中的铰接支承件110的端111处的可促动分配工具120，是容纳环境耐受修补物50且将其输送到空隙5的工具。例如，如在图4中所示，可促动分配工具120通常包括用于容纳未固化环境耐受修补物50的储存器121以及用于通过分配器125分配环境耐受修补物50的促动器122。可促动分配工具120可包括用于将未固化环境耐受修补物50输运通过分配器125的任意适当装置，诸如在注射器内的机械活塞。在一些实施例中，促动器122可具有至修补物输送系统100的操作件的气动、液压、机械或电气-机械连接，使得其可通过铰接支承件110物理地控制。在其他实施例中，可促动分配工具120可通过无线通信系统控制，诸如蓝牙等，以引导机电驱动器(例如，螺旋驱动器或线性促动器)通过分配器125分配未固化的环境耐受修补物50。
修补物输送系统100还可包括一个或多个补充系统130，以便于环境耐受修补物50的定位、分配、平整(leveling)和/或固化。例如，在一些实施例中，补充系统130可包括光学系统，其提供包含可促动分配工具120的分配器125的光学视野135。这种实施例可帮助操作件定位在CMC基质材料20内的任意空隙5，且将分配工具120定位在所述位置中用于修补物修复。例如，光学系统可包括连接到铰接支承件110的管道镜。
在其他实施例中，补充系统130可包括：清洁系统(例如，干冰或溶剂)，以准备空隙5用于修补物修复；热处理系统(例如，激光或红外线加热器)，以便于修补物50的固化；或者表面修整系统(例如，泥刀、擦拭件或搪磨工具)，其诸如通过平整、擦拭或以其他方式操纵表面的形状、外形和/或位置来限定修补物50的表面。
在包括一个或多个补充系统130的实施例中，修补物输送系统100还可包括连接系统140，以将补充系统130机械连接到铰接支承件110。连接系统140可包括任意适当装置，诸如托架、夹子或连接管，其允许铰接支承件和补充系统130在其朝包含空隙5的涡轮发动机构件15横越时保持对准。连接系统140可便于一个或多个补充系统到铰接支承件110的连接，取决于修补物输送系统100的具体构型。
虽然已经关于仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解，本发明不受限于这种公开的实施例。而是，本发明可修改以合并任意数量的之前未描述但是与本发明的精神和范围相称的变型、备选项、替代物或等价配置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1. 一种环境耐受修补物，包括：
一种或多种稀土硅酸盐；
其中，一旦固化，所述环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐，以及从大约0摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物；以及
其中，一旦固化，所述环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度和从大约3.5×10-6/℃到大约7.5×10-6/℃的热膨胀系数。
2. 根据权利要求1所述的环境耐受修补物，其特征在于，所述一种或多种稀土硅酸盐包括稀土单硅酸盐和稀土二硅酸盐中的至少一种，且其中，所述稀土包括镱和钇中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的环境耐受修补物，其特征在于，所述无机附加物包括氧化铁、氧化铝、氧化硅和玻璃中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的环境耐受修补物，其特征在于，所述无机附加物包括元素硅。
5. 根据权利要求1所述的环境耐受修补物，其特征在于，未固化的所述环境耐受修补物包括从大约30体积百分比到大约80体积百分比的无机成分，以及从大约70体积百分比到大约20体积百分比的溶剂。
6. 根据权利要求5所述的环境耐受修补物，其特征在于，未固化的所述环境耐受修补物还包括从大约零体积百分比到大约10体积百分比的一种或多种有机附加物。
7. 根据权利要求1所述的环境耐受修补物，其特征在于，所述未固化的无机微粒具有在10 nm和100 μm之间的大小，且带有大于30体积百分比的封装密度。
8. 根据权利要求1所述的环境耐受修补物，其特征在于，所述环境耐受修补物在固化之前包括无机微粒，所述无机微粒包括在10 nm和100 μm之间的双峰大小分布，且具有大于40体积百分比的封装密度。
9. 根据权利要求1所述的环境耐受修补物，其特征在于，所述环境耐受修补物在固化之前包括无机微粒，所述无机微粒包括在10 nm和100 μm之间的三峰大小分布，且具有大于50体积百分比的封装密度。
10. 根据权利要求1所述的环境耐受修补物，其特征在于，所述环境耐受修补物在固化之前包括，在无机固体体积基础上，从大约百分之40到大约百分之75的具有从大约10 μm到大约100 μm大小的粗粒大小的微粒，从大约百分之10到大约百分之35的具有从大约1 μm到大约10 μm大小的中等大小的微粒，以及从大约百分之1到大约百分之30的具有从大约10 nm到大约1 μm大小的精细大小微粒。
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