CN105814007A

CN105814007A - 以聚合物凝胶形式沉积可磨耗涂层的方法

Info

Publication number: CN105814007A
Application number: CN201480067843.1A
Authority: CN
Inventors: G.H.柯比
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2034-11-07
Also published as: CA2932550A1; EP3080056B1; WO2015126476A3; EP3080056A2; US9714578B2; JP2017503070A; JP6244464B2; WO2015126476A2; US20160312628A1; CN105814007B; CA2932550C

Abstract

本发明提供在发动机部件(10)上沉积可磨耗涂层的方法，其中所述发动机部件由陶瓷基质复合材料(CMC)形成，且包括至少一个环境阻挡涂层(14)的一个或多个层可布置在所述CMC的外层上。所述结构的最外层还可包括布置在所述环境阻挡涂层上且提供抑制叶片损坏的可破碎结构的多孔可磨耗层(30、130)。所述可磨耗层可在所述部件上凝胶?流延并烧结或者可通过挤出过程直接写入并随后烧结。

Description

以聚合物凝胶形式沉积可磨耗涂层的方法

关于联邦资助的研究的声明

本发明根据联邦机构颁发的合同号N00019-04-C-0093在政府支持下完成。政府可具有本发明中的某些权益。

相关申请的交叉引用

本PCT实用申请要求具有美国专利申请号61/915,399、题为“Method of Depositing Abradable Coatings Under Polymer Gels (以聚合物凝胶形式沉积可磨耗涂层的方法)”且提交日期为2013年12月12日的同时待审的临时申请的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用结合到本文中来。

技术领域

概括地讲，所公开的实施方案涉及用于燃气涡轮发动机的罩壳或叶片。更具体而言，但非以限制性方式，本发明实施方案涉及在罩壳或叶片上沉积可磨耗涂层。

背景

典型的燃气涡轮发动机通常具备前端和后端，其中若干核心或推进部件在其间轴向布置。空气入口或进口位于燃气涡轮发动机的前端。按次序向后端移动，进口后面有压缩机、燃烧室和涡轮机。本领域技术人员将显而易见，另外的部件也可包括在燃气涡轮发动机中，例如低压和高压压缩机及低压和高压涡轮机。然而，这并不是穷举性例举。燃气涡轮发动机通常还具有沿燃气涡轮发动机的中心纵轴轴向布置的内部轴(internal shaft)。内部轴连接到高压涡轮机和高压压缩机两者，使得高压涡轮机向高压压缩机提供旋转输入以驱动压缩机叶片。

不断地寻求燃气涡轮发动机的较高操作温度以改进其效率。然而，随着操作温度增加，燃气涡轮发动机部件的高温耐受性必须相应地增加。高温性能的显著发展已经通过铁、镍和钴基超合金的配制来实现。尽管超合金已经在遍及燃气涡轮发动机中使用的部件中获得广泛应用，但是特别是在高温领域中，已经提议供选的轻质部件材料。

涡轮机罩壳和叶片可由包括镍基超合金和陶瓷基质复合材料(CMC)的许多材料制成。CMC是由被陶瓷基质相包围的强化材料组成的一类材料。当前这类材料与某些整体陶瓷(即，没有强化材料的陶瓷材料)一起用于高温应用。与超合金相比较，这些陶瓷材料是轻质的，然而，其仍然可以为由其制造的部件提供强度和耐久性。因此，当前认为这类材料适于在燃气涡轮发动机的高温部分中使用的许多燃气涡轮机部件，例如机翼(例如，涡轮机和静叶(vane))、燃烧器、罩壳及将受益于这些材料可提供的轻质和高温性能的其他类似部件。CMC由于其高温性能和轻质而成为用于涡轮机应用的镍基超合金的吸引人的供选材料。

在高压涡轮机和低压涡轮机内，罩壳是包围旋转叶片的材料的环。罩壳组件环绕涡轮转子且限定流过涡轮机的燃烧气体的外边界。涡轮机罩壳可为单个整体结构或者可由多个区段形成。

涡轮机性能和效率可通过减小在旋转叶片的尖端和固定罩壳之间的空间以限制否则将绕开叶片的在叶片顶部之上或围绕叶片顶部的空气流量而增强。该绕开导致燃气涡轮发动机的效率损失。在发动机操作期间，叶片尖端可摩擦罩壳，籍此增加间隙且导致效率损失，或者在一些情形下，损坏或破坏叶片。

对于CMC罩壳，更加可能损坏金属叶片，因为与镍基超合金相比，碳化硅材料显著更硬。对于CMC罩壳，由于高温蒸汽衰退(recession)引起的材料损失，对于零件的成功性能/幸存，还需要环境阻挡涂层。

为了降低与涂层损失相关的危险，可磨耗层沉积在环境阻挡涂层之上以免于叶片摩擦。可能期望可磨耗层由在与旋转叶片尖端接触后破裂的一系列陶瓷脊形成。这些脊设计成能破碎以抑制在操作期间对叶片的损坏。

可磨耗涂层已经应用到CMC罩壳部件，从而确保可磨耗涂层破裂而不损坏金属叶片。可磨耗涂层已经通过等离子体喷涂方法施用，其中仅一小部分的该喷涂材料包含在可磨耗涂层中。然而，如果可磨耗涂层使用一系列的可磨耗脊图案化，则材料的利用率进一步降低，因为将涂料喷涂到金属掩模上以仅允许穿过掩模的材料形成脊。

从上述可见，将期望改进燃气涡轮发动机部件的这些方面。例如，将期望在叶片或罩壳中的任一者上沉积抑制对叶片的损坏的可磨耗涂层。另外将期望使用允许显著更大的材料利用率(即，所沉积材料的浪费较少)的方法沉积可磨耗涂层，特别是因为所涉及的材料通常包含至少一种稀土元素。

包括本文引用的任何参考文献及其任何描述或论述的在本说明书的背景章节中包括的信息仅出于技术参考的目的而包括，且认为其并是不约束本发明范围的主题。

概述

根据本发明的实施方案，提供在燃气涡轮发动机部件上沉积可磨耗涂层的方法。所述燃气涡轮发动机部件由陶瓷基质复合材料(CMC)形成且包括至少一个环境阻挡涂层的一个或多个层可布置在所述CMC的外层上。所述结构的最外层可包括布置在所述环境阻挡涂层上的多孔可磨耗层且提供抑制叶片损坏的可破碎结构。所述可磨耗层可在所述部件上流延并烧结或者可通过挤出过程直接写在所述部件上并随后烧结。

根据一些实施方案，在燃气涡轮发动机部件上沉积可磨耗涂层的方法包括形成浆料混合物，所述浆料混合物至少包含具有至多约70体积%的粗颗粒和至多约65体积%的细颗粒的双峰陶瓷颗粒和聚合物溶液，其中所述粗颗粒为Ln₂Si₂O₇、Ln₂SiO₅、二氧化硅、硅铝酸钡锶(BSAS)、单斜晶氧化铪、稀土镓石榴石(Ln₂Ga₂O₉)中的至少一种，其中Ln为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的至少一种，所述细颗粒可包含Ln₂Si₂O₇或Ln₂SiO₅中的至少一种，其中Ln为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种；所述聚合物溶液基本上由以下各物组成：使得所述浆料变成可逆凝胶的一种阴离子分散剂和一种阳离子分散剂、低蒸气压有机溶剂和至少一种烧结助剂，所述烧结助剂选自铁、铝、钛、钴、镍、镓、铟、其任何化合物(例如，氧化物、乙酸盐、草酸盐、碳化物、氮化物、碳酸盐、乙酰丙酮酸盐、硝酸盐、硅化物、含有稀土元素的化合物、其混合物、或其化合物的混合物。将所述可逆凝胶浆料直接写到所述燃气涡轮发动机部件。所述可逆凝胶浆料随后在室温或约30℃-80℃的第二温度之一下干燥。最后，将所述干燥的可逆凝胶浆料在所述燃气涡轮发动机部件上在大于约1204℃且小于1357℃的温度下烧结，形成具有大于约6密耳的厚度和约5%-约50%的孔隙度的可磨耗涂层的层。所述烧结层还包含掺杂的稀土二硅酸盐，其中所述至少一种烧结助剂为溶解到所述稀土二硅酸盐中并掺杂所述稀土二硅酸盐的掺杂组分。

提供本概述，从而以简化形式引入概念的选择，这在下文发明详述中进一步描述。所有上文概述的特点都将被理解为仅为例示性的且实施方案的很多特点和目的可从本文的公开内容中搜集。本概述并非旨在确定所要求保护主题的关键特点或主要特点，也并非旨在用以限制所要求保护的主题的范围。本发明的特点、细节、效用和优势的更深入介绍在本发明的各种实施方案的以下文字描述中提供，在所附附图中说明并在所附权利要求中限定。因此，可在无需进一步阅读在此包括的整个说明书、权利要求和附图的情况下理解本概述的非限制性解释。

附图简述

通过结合附图参考实施方案的以下描述，将显而易见这些例示性实施方案的上文提到的及其他的特点和优势及获得它们的方式，且将更加透彻地理解可磨耗涂层及形成方法沉积方法，其中：

图1为具有环境涂层和多孔可磨耗层的涂覆部件的侧剖面示意图；

图2为描绘形成所述涂覆部件的方法的流程图；

图3为描绘形成所述涂覆部件的第二方法的流程图；

图4为通过扫描电子显微镜产生的横截面；及

图5为具有图案的样本直接写入的可磨耗层的横截面微观图。

详述

现在详细来看所提供的实施方案，其一个或多个实例在附图中说明。提供各实例来解释所公开的实施方案，而不是限制所公开的实施方案。实际上，本领域技术人员将显而易见的是，可在不脱离本公开的范围或精神的情况下在本发明实施方案内进行各种修改和改变。例如，作为一个实施方案的一部分说明或描述的特点可与另一实施方案一起使用以得到又一实施方案。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等价物的范围之内的这类修改和变化。

来看图1-5，提供用于陶瓷基质复合材料(CMC)上的可磨耗涂层及其沉积方法。所述方法包括制造包括粗粒度和细粒度的至少两种微粒尺寸的浆料。所述浆料还包含烧结助剂。根据一个实施方案，将所述浆料放置在部件上且在模具内，并凝胶化。在供选的实施方案中，所述凝胶化浆料通过挤出直接写在所述部件上。将所述凝胶化浆料干燥并烧结，使得沉积的可磨耗涂层留在所述燃气涡轮发动机部件或环境阻挡涂层中的任一者上。所述环境阻挡涂层(EBC)产生改进的生产、操作或性能。

更具体地讲，本文所述的EBC包含烧结助剂，其可降低烧结温度，由此促进致密EBC层的形成，所述致密EBC层可充当气密密封以保护下面部件以免受在高温燃烧期间产生的气体腐蚀，而不会因暴露于高烧结温度损坏部件，这点在下文中有解释。另外，形成的可能是在接触时例如被例如叶片的转子部件破碎的多孔可磨耗层。

本文所述的EBC可适合结合CMC或整体陶瓷使用。“CMC”是指含硅基质和强化材料。该复合材料可由包括但不限于陶瓷基质复合材料(CMC)的各种低延展性且低热膨胀系数的材料形成或构造。通常，本文使用的CMC材料包括陶瓷纤维，例如碳化硅(SiC)，其以用例如氮化硼(BN)的顺应材料涂覆的形式。在本文中使用可接受的CMC的一些实例可包括但不应限于具有基质和强化纤维(包括碳化硅、氮化硅及其混合物)的材料。本文使用的“整体陶瓷”是指包含碳化硅、氮化硅及其混合物的材料。在本文中，CMC和整体陶瓷也可统称为“陶瓷”。

通常，CMC可由其他低延展性、耐高温材料构造。CMC材料通常具有小于或等于约1%的室温拉伸延展度，约1%的室温拉伸延展度在本文中用于限定低拉伸延展性材料。通常，CMC材料具有约0.4%-约0.7%的室温拉伸延展度。

CMC材料具有如下特性，其中所述材料在与纤维长度平行的方向(“纤维方向”)上的拉伸强度比在垂直方向上的拉伸强度大。该垂直方向可包括基质、层间、第二或第三纤维方向。各种物理性质也可在纤维方向和基质方向之间不同。

涂覆的发动机部件可在所述部件的表面上并入一个或多个环境阻挡涂层，该环境阻挡涂层可为可磨耗材料和/或适合与CMC材料一起使用的已知类型的耐摩擦材料。该层有时被称为“摩擦涂层”。本文使用的术语“可磨耗”暗指摩擦涂层能够在两个零件之间接触期间磨耗、磨碎或消蚀掉，而例如几乎没有或没有对例如涡轮机叶片尖端的运动零件产生损坏。该可磨耗性质可为摩擦涂层的材料组成的结果，这由其物理构造或它的一些组合产生。所述摩擦涂层可包括例如氧化钇稳定的氧化锆、稀土二硅酸盐或硅铝酸钡锶的陶瓷层。本文使用的术语“一个或多个阻挡涂层”可指环境阻挡涂层(EBC)。在本文中的EBC可适合在高温环境(例如，高于2100℉ (1149℃)的操作温度)中见到的“陶瓷部件”或简称“部件”(例如，在燃气涡轮发动机中存在的那些部件)上使用。这类陶瓷部件的实例可包括例如燃烧器部件、涡轮机叶片、罩壳、喷嘴、热屏蔽件和静叶。

先来看图1，涂覆的发动机部件10，作为非限制性实例，例如涡轮机叶片或罩壳。涂覆的发动机部件10由基础CMC结构12限定。基础CMC结构12还可具有可包括一个或多个层的至少一个EBC 14。根据一个实施方案，EBC 14可包括粘合涂层16，例如气密粘合涂层，其具有用于针对高温蒸汽衰退来密封且抑制部件受高烧结温度暴露损坏的较高密度。布置在粘合涂层16外侧的可为可磨耗摩擦涂层或可磨耗层30。更具体地讲，EBC 14可包括包括以下的不同组合的涂层系统：任选的粘合涂层16、任选的无定形二氧化硅层20、至少一个过渡层22、任选的顺应层24、任选的中间层26和任选的外层28，如通常在图1中所示且如在下文中阐述。在基础CMC结构12或EBC 14的任一者上有可磨耗层30，可磨耗层30由浆料凝胶沉积。除非另外陈述，否则可磨耗层可施用到EBC 14上或直接施用到燃气涡轮发动机部件30上。

粘合涂层16可包含金属硅、硅化物或其组合，且通常可具有约0.1密耳-约6密耳(约2.5-约150微米)的厚度。由于如下文所述的施用方法，可能存在缺失粘合涂层的一些局部区域，这是可以接受的。例如，在一个实施方案中，粘合涂层16可覆盖基础CMC结构12的约100%的表面，且在另一实施方案中，其可覆盖基础CMC结构12的约90%或更大的表面积。

本文使用的“硅化物”可包括稀土(Ln)硅化物、硅化铬(例如，CrSi₃)、硅化铌(例如，NbSi₂、NbSi₃)、硅化钼(例如，MoSi₂、Mo₅Si₃、MoSi₃)、硅化钽(例如TaSi₂、TaSi₃)、硅化钛(例如，TiSi₂、TiSi₃)、硅化钨(例如，WSi₂、W₅Si₃)、硅化锆(例如，ZrSi₂)、硅化铪(例如，HfSi₂)、硅化铼及其组合或合金。

本文使用的用“(Ln)”表示的“稀土”是指钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)的稀土元素及其混合物。

无定形二氧化硅层20具有约0.0密耳-约0.2密耳的初始厚度。然而，无定形二氧化硅层20的厚度可随时间而增加。具体地讲，在粘合涂层16中的硅可在EBC的使用寿命期间缓慢氧化以逐渐增加无定形二氧化硅层20的厚度。粘合涂层16的该氧化可保护下面陶瓷部件免受氧化，因为粘合涂层被氧化，而不是陶瓷部件被氧化，且因为氧经由无定形二氧化硅层的扩散速率缓慢。在一些实施方案中，无定形二氧化硅层20也可掺杂有掺杂组分，如下文定义，这归因于“掺杂组分”扩散到无定形二氧化硅层20中。

如在授权给Kirby等人且通过引用结合到本文中的美国专利8,501,840(在下文，“Kirby等人”)中所述，过渡层22可包含稀土二硅酸盐、掺杂的稀土二硅酸盐或含有第二材料的掺杂的稀土二硅酸盐，如下文定义。更具体地讲，过渡层22可包含占过渡层体积的约85%-约100%的主要过渡材料和占过渡层体积的至多约15%的辅助过渡材料，且在一个实施方案中，包含占过渡层体积的约85%-约99%的主要过渡材料和占过渡层体积的约1%-约15%的辅助过渡材料。在另一实施方案中，过渡层22可包含100%的主要过渡材料，其中所述主要过渡材料可为掺杂的，如下文所述。

本文使用的“主要过渡材料”是指稀土二硅酸盐(Ln₂Si₂O₇)或掺杂的稀土二硅酸盐。本文使用的“掺杂的稀土二硅酸盐”是指掺杂有选自铁、铝、镓、铟、钛、镍、钴、稀土(Lnb)、其氧化物(例如，Fe₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、NiO、Co₃O₄、TiO₂、Lnb₂O₃)、其化合物(例如，Lnb₂Si₂O₇、Lnb₂SiO₅、硅酸铁、硅酸镍、硅酸钴、莫来石、稀土氧化铝、稀土氧化钛、稀土氧化镓、稀土氧化铟等)及其混合物的“掺杂组分”的Ln₂Si₂O₇。“掺杂的”是指如下情况，其中掺杂组分溶解到主要材料中，这可通过掺杂组分阳离子在Ln₂Si₂O₇的Ln或Si位点上替代而发生(如在使用Lnb₂Si₂O₇掺杂组分Lnb在Ln位点上替代的情形下)，这归因于掺杂组分阳离子占据间隙位点或归因于这些作用的某些组合。在主要材料中存在的任何掺杂组分，如果处于超过在主要材料中的溶解度极限的水平，可在热处理下部分地溶解于主要材料中，其中未溶解的其余部分变成辅助材料或参与反应以形成辅助材料(例如，具有Fe₂O₃辅助材料的Fe掺杂的Ln₂Si₂O₇；具有Ln₃Fe₅O₁₂辅助材料的Fe掺杂的Ln₂Si₂O₇、具有TiO₂辅助材料的Ti掺杂的Ln₂Si₂O₇；或具有稀土氧化镍辅助材料的Ni掺杂的Ln₂Si₂O₇)。

关于在本文中的实施方案，“Lnb稀土金属”或简称“Lnb”是指稀土金属的亚类，其中Lnb是与Ln不同的稀土。

“硅酸铁”可包括例如Fe₂SiO₄的化合物和稀土硅酸铁的玻璃。“稀土氧化铁”可包括例如石榴石(Ln₃Fe₅O₁₂)、单斜晶铁氧体(Ln₄Fe₂O₉)和钙钛矿(LnFeO₃)的化合物。“稀土氧化铝”可包括例如石榴石(Ln₃Al₅O₁₂)、单斜晶铝酸盐(Ln₄Al₂O₉)和钙钛矿(LnAlO₃)的化合物。“稀土氧化铝”还可包括包含约35-50重量% Ln₂O₃、约15-25重量% Al₂O₃和约25-50重量% SiO₂的玻璃质材料。“稀土氧化钛”可包括例如Ln₂Ti₂O₇(烧绿石)和Ln₂TiO₅的化合物。“稀土氧化镓”可包括例如石榴石(Ln₃Ga₅O₁₂)、单斜晶五倍子酸盐(Ln₄Ga₂O₉)、钙钛矿(LnGaO₃)和Ln₃GaO₆的化合物。“稀土氧化铟”可包括例如石榴石(Ln₃In₅O₁₂)和钙钛矿(LnInO₃)的化合物。“硅酸镍”可包括例如Ni₂SiO₄的化合物，“硅酸钴”可包括例如Co₂SiO₄的化合物。

各过渡层22可具有约0.1密耳-约5密耳的厚度，且可制造并施用到如下文阐述的下面层。在一个实施方案中，可存在多于一个过渡层。在这样的情况下，各过渡层可包含主要过渡材料和辅助材料的相同或不同的组合。在各过渡层包含主要过渡材料和辅助材料的相同组合的情形下，厚度可以逐步的方式积聚。过渡层22可具有占过渡层体积的0%-约15%且在另一实施方案中占过渡层体积的约0.01%-约15%的孔隙度水平。以此方式，过渡层22足够致密以便气密且因此相对于高温蒸汽密封。在另一实施方案中，过渡层22包含为掺杂的稀土二硅酸盐的主要过渡材料、辅助过渡材料和孔隙。在该实施方案中，孔体积和辅助过渡材料体积之和处于过渡层体积的0%-约15%的水平下。如果辅助材料在使用中完全挥发，因此孔隙留在其位置处，该实施方案确保过渡层对于高温蒸汽气密。

类似地，如由Kirby等人描述，外层28可包含稀土单硅酸盐、掺杂的稀土单硅酸盐或含有辅助材料的掺杂的稀土单硅酸盐。更具体地讲，外层28可包含占外层体积的约85%-约100%的主要外部材料和占外层体积的至多约15%的先前限定的辅助材料，且在一个实施方案中，包含占外层体积的约85%-约99%的主要外部材料和占外层体积的约1%-约15%的辅助材料。在另一实施方案中，外层28可包含100%的主要外部材料，其中所述主要外部材料可为掺杂的，如下文所述。

本文使用的“主要外部材料”是指稀土单硅酸盐或掺杂的稀土单硅酸盐。本文使用的“掺杂的稀土单硅酸盐”是指掺杂有如先前限定的掺杂组分的Ln₂SiO₅。再次，掺杂组分是指如下情况，其中掺杂组分溶解于主要材料中，这可通过掺杂组分阳离子在Ln₂SiO₅的Ln或Si位点上替代而发生(如在Lnb中在Ln位点替代的情形下)，这归因于掺杂组分阳离子占据间隙位点或者归因于这些作用的某些组合。如同主要过渡层材料，如果超过了掺杂组分在主要外部材料中的溶解度极限，则将存在如上所述的辅助材料。外层28可具有约0.1密耳-约3密耳的厚度，且可制造并施用到如下文阐述的下面层。在一个实施方案中，外层28可具有占外层28的体积的0%-约30%，且在另一实施方案中占外层28的体积的0.01%-约30%，且在另一实施方案中，占外层28的体积的约0.01%-约15%的孔隙度水平。在一些实施方案中，外层28可在其中包含以至多约10条裂纹/毫米的密度的裂纹，这些裂纹可在操作期间由于与下面材料的热膨胀各向异性和热膨胀失配而形成。

尽管在外层28中的孔隙和裂纹允许高温蒸汽穿过，但是外层28是抗衰退的(recession resistant)，这意味着其在使用中不与高温蒸汽反应而导致体积变化。另一方面，下面过渡层22为气密的且防止高温蒸汽穿过而到达如上论述的粘合涂层或CMC。

如果存在的话，顺应层24可包含占顺应层体积的约85%-约100%的主要顺应材料和占顺应层体积的至多约15%的辅助顺应材料，且在一个实施方案中，包含占顺应层体积的约85%-约99%的主要顺应材料和占顺应层体积的约1%-约15%的辅助顺应材料。在另一实施方案中，顺应层24可包含占顺应层体积的100%的主要顺应材料，其中所述主要外部外料可掺杂有稀土元素。

本文使用的“主要顺应材料”是指BSAS、或稀土掺杂的BSAS (其中，掺杂组分包含至少一种稀土元素、氧化物或具有钡、锶、铝或硅的化合物)，而“辅助顺应材料”是指Ln₂O₃、Ln₂Si₂O₇、Ln₂SiO₅、Ln₃Al₅O₁₂、莫来石及其组合。顺应层24可具有约0.1密耳-约40密耳的厚度且可如下阐述制造并施用。在一个实施方案中，顺应层24可具有占顺应层体积的0%-约30%，且在另一实施方案中，占顺应层体积的约0.01%-约30%，且在另一实施方案中，占顺应层体积的约0.01%-约15%体积的孔隙度水平。

中间层26(如果存在的话)可包含稀土单硅酸盐或掺杂的稀土单硅酸盐的先前限定的主要外部材料。类似于无定形二氧化硅层20，中间层26可在EBC 14的使用寿命期间形成。更具体地讲，高温蒸汽穿透外层28，且随着蒸汽与过渡层的主要过渡材料反应以挥发SiO₂，中间层26可形成。

如同过渡层22，可磨耗层30可包含稀土二硅酸盐、掺杂的稀土二硅酸盐或含有辅助材料的掺杂的稀土二硅酸盐。更具体地讲，可磨耗层30可包含占可磨耗层30的体积的约85%-约100%的主要材料和占可磨耗层30的体积的至多约15%的辅助材料，且在一个实施方案中，可包含占可磨耗层30的体积的约85%-约99%的主要材料和占可磨耗层体积的约1%-约15%的辅助材料。在另一实施方案中，可磨耗层30可包含100%的主要材料，其中所述主要材料可如上文在[0036]段中所述掺杂。

用于可磨耗层30的掺杂组分可选自铁、铝、镓、铟、钛、镍、钴、其氧化物(例如，Fe₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、Ga₂O₃、In₂O₃、NiO、Co₃O₄、TiO₂等)、其化合物(例如，Lnb₂Si₂O₇、稀土氧化铝、稀土氧化钛、稀土氧化镓、稀土氧化铟等)及其混合物。“掺杂的”是指如下情况，其中掺杂组分溶解到主要材料中，其可通过掺杂组分阳离子在Ln₂Si₂O₇的Ln或Si位点上替代而发生(如在Lnb中在Ln位点替代的情形下)，这归因于掺杂组分阳离子占据间隙位点或归因于这些作用的某些组合。在主要材料中存在的任何掺杂组分，如果处于超过在主要材料中的溶解度极限的水平，可在热处理下部分地溶解于主要材料中，其中未溶解的其余部分变成辅助材料或参与反应以形成辅助材料(例如，具有Fe₂O₃辅助材料的Fe掺杂的Ln₂Si₂O₇；具有Ln₃Fe₅O₁₂辅助材料的Fe掺杂的Ln₂Si₂O₇、具有TiO₂辅助材料的Ti掺杂的Ln₂Si₂O₇；或具有稀土氧化镍辅助材料的Ni掺杂的Ln₂Si₂O₇)。

可磨耗层30可比其他层厚，例如大于5密耳到至多60密耳(例如)。另外，所述层为多孔的(至多50体积%孔隙度)以促使所述层在操作期间破裂并减小摩擦力，其可供选地引起例如涡轮机叶片或罩壳的零件的非有意破裂。

例如而非限制，在一个实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、过渡层22和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、过渡层22、外层28和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、过渡层22、顺应层24、外层28和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、过渡层22、顺应层24、过渡层22、外层28和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20和过渡层22；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20、过渡层22、外层28和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20、过渡层22、顺应层24、外层28和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20、过渡层22、顺应层24、过渡层22、外层28和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、过渡层22、中间层26、外层28和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20、过渡层22、中间层26、外层28和可磨耗层30；在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20、过渡层22、中间层26(其可在操作期间形成)、外层28和可磨耗层30；且在另一实施方案中，本文所述的EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20、过渡层22、顺应层24、过渡层22、中间层26(其可在操作期间形成)、外层28和可磨耗层30。这样的实施方案可适合在具有至多约1704℃(3100℉)的温度的环境中使用。

或者，所述EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、过渡层22、顺应层24和可磨耗层30；在另一实施方案中，所述EBC系统可包括基础CMC结构12、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20、过渡层22、顺应层24和可磨耗层30。这样的实施方案可适合在具有至多约1538℃(2800℉)的温度的环境中使用。

本领域技术人员应理解，除了先前阐述的那些实施方案之外的实施方案也是可以接受的，并且在最初并不需要存在所有的层，相反，它们可在发动机操作期间形成。更进一步，可磨耗层30可供选地直接施用到发动机部件或结构12上，而无需使用环境涂层14或任何相关层16、20、22、24、26和28。可磨耗层30因此也可充当热阻挡涂层。根据一些实施方案，使用较大分数的细颗粒可提供较高密度，且因此提供更稳健的热循环。此外，使用BSAS或聚硅氧烷粉末，特别是作为粗颗粒级分的全部或一部分，也提供改进的致密化，改进热循环。

包括可磨耗层30的EBC系统10可根据以下描述制造并施用。主要存在两种制造可磨耗层30的方法。根据一种方法，形成浆料且将其凝胶-流延在部件上。根据第二方法，形成浆料且通过挤出过程将其直接-写在部件上。在两种情形下，如果不是全部，则至少大多数的在部件上沉积的浆料在最终涂层中完全利用(即，与等离子体喷涂方法相比，存在极低的浪费)。

粘合涂层16可以多种方式在部件上形成。粘合涂层16可通过等离子体喷涂方法、化学气相沉积方法、电子束物理气相沉积方法、在熔融硅中浸泡、溅射方法、电镀及本领域技术人员已知的其他常规施用方法施用。

如先前所述，无定形二氧化硅层20可在EBC的使用寿命期间形成。具体地讲，在周围大气中的氧气可扩散穿过在EBC中存在的外层、顺应层和过渡层中的任一层并与粘合涂层16的硅反应以形成无定形二氧化硅层20。或者，无定形二氧化硅层20可通过化学气相沉积、等离子体喷涂或其他常规方法有意地沉积。

类似于无定形二氧化硅层20，中间层26也可在EBC的使用寿命期间如先前所述在高温蒸汽与过渡层22反应时形成。

用于形成过渡层22、顺应层24和外层28的生产和施用方法可由浆料的沉积、随后干燥并热处理以去除液体及其他有机加工助剂和热处理以使层致密化组成。浆料为基于溶剂或水的且包含适合各相应层的主要组合物的细颗粒、降低使层致密化所需要的温度的烧结助剂和其他有机加工助剂。在这样的浆料中，所述烧结助剂也为掺杂组分。最优选的实施方案要求以提供最大程度的热处理减少以在2200℉-2450℉的温度下产生可能最高密度的涂层的浓度下使用烧结助剂，其中涂料变成烧结助剂掺杂的主要组合物，而不形成任何辅助材料。该沉积的方法在Kirby等人中论述。在另一实施方案中，过渡层22、顺应层24和外层28通过热喷涂(例如，空气等离子体喷涂)形成。

再来看图2，可磨耗层30的生产方法由以下组成：将可倾倒浆料沉积、交联以形成不可逆凝胶(即，凝胶在所施加的剪切下不能变回流动液体)、热处理(“干燥”)以去除液体并烧除交联的聚合物且最后热处理以使层致密化。该方法称为“凝胶-流延”方法。具体地讲，所述浆料在步骤100处形成且在步骤102处施用到燃气涡轮发动机部件10。模具在步骤104处施用到浆料混合物。随后，浆料在步骤106处凝胶化。在随后的步骤中，不可逆凝胶基质在步骤108下干燥。在干燥之后，干燥的不可逆凝胶基质在步骤110处烧结。

再来看图3，在另一实施方案中，可磨耗层30由强烈剪切稀化的浆料或可逆凝胶(即，凝胶在施加的剪切下变回流动液体)沉积。该方法有助于浆料经注射器挤出以经由“直接-写入”过程形成高的可磨耗脊。施加的剪切力促进浆料流动经过注射器，但一旦移除剪切力，凝胶迅速复原以防止在重力下流动。具体地讲，在该实施方案中，在步骤200处形成浆料且在步骤202处由所述浆料形成可逆凝胶。可逆凝胶浆料在步骤204处直接-写到燃气涡轮发动机部件。随后，直接写入的可逆凝胶浆料在步骤206处干燥。在干燥之后，连接料从干燥的可逆浆料中烧除208。最后，干燥的可逆凝胶浆料在步骤210处烧结。

在“凝胶-流延”(不可逆凝胶)方法和“直接-写入”(可逆凝胶)方法中用以形成可磨耗层的浆料具有一些共性。在两种方法中的浆料包含稀土二硅酸盐主要材料。所述稀土二硅酸盐可包括但不限于先前提到的稀土二硅酸盐材料(包括Yb₂Si₂O₇、Y₂Si₂O₇、Lu₂Si₂O₇₎中的任一种及其组合。

在所述可磨耗浆料中的主要材料由包括粗颗粒和细颗粒的至少两种平均粒度或“模式”的颗粒形成。所述细颗粒可包含任何稀土二硅酸盐或稀土单硅酸盐，即Ln₂Si₂O₇或Ln₂SiO₅，其中Ln可为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)及其组合。所述粗颗粒可包含任何稀土二硅酸盐、任何稀土单硅酸盐、上述两者、硅铝酸钡锶(BSAS)、单斜晶氧化铪、稀土镓石榴石(Ln₂Ga₂O₉，其中Ln可为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及其组合)、莫来石、金属硅、碳化硅、氮化硅、氧化钽、钽酸铝、氧化硅及其组合。根据一些实施方案，所述粗颗粒可具有约2微米-约100微米的平均粒度。所述细颗粒材料可具有等于或小于约2微米的平均粒度。低表面积的粗颗粒的含量降低在干燥和烧结过程中的应力，所述应力否则将导致在层或涂层中开裂。这类干燥和烧结应力随着涂层厚度而增加。因此，减小干燥和烧结应力的粗颗粒的使用是实现可磨耗层的较大厚度，即超过5密耳且至多40密耳的层的关键因素，所述层在单个热处理之后没有裂纹。在所述层中的孔隙度也随着粗颗粒分数增加而稍微增加，因为其带走用于在烧结热处理期间致密化的一些驱动力。注意，烧结是在固结颗粒的高表面积层一起扩散时发生的降低孔隙度以形成低表面积内聚层的过程。该过程的驱动力为降低高表面积细颗粒所具有的高表面能。因此，具有高表面积的细颗粒的存在确保这一过程在热处理期间发生以通过围绕粗颗粒烧结而获得强度并降低孔隙度。此外，本文所述的任何烧结助剂的存在使得在比无烧结助剂的情况下低的温度下烧结围绕粗颗粒的细颗粒。因为与细颗粒相比，粗颗粒具有低表面积，在层中孔隙度的确随着粗粒分数增加而稍微增加，因为其带走了在烧结热处理期间致密化的一些驱动力。与仅使用细颗粒相比，粗颗粒和细颗粒的共混物使得能够用单个浆料(或凝胶)施用、干燥和烧结循环自由地制造较厚的无裂纹的更加多孔的层。根据一些实施方案，双峰微粒可包含至多70体积%的粗材料和至多65体积%的细材料。在烧结这类实施方案之后，孔隙度的量可占涂层体积的至多45%且具有约40密耳的最大无裂纹厚度。

尽管引入低表面积颗粒的事实，但可以使得涂层中的孔隙度减至最小的方式选择粗颗粒级分的化学性质。与如果粗级分来自与细颗粒相同的材料(即，稀土二硅酸盐)的情况相比，作为粗颗粒的一部分或全部的例如BSAS、金属硅、莫来石和硅在烧结之后可促进涂层中的孔隙度变小。该作用可归因于顺应行为，或者在烧结期间直接邻近(BSAS、金属硅、莫来石或氧化硅的)粗颗粒形成液相，以促进粗颗粒周围更好地致密化。

所述粗颗粒可包含球形颗粒，但也可为具有至多50:1的纵横比的长球形的颗粒。长球形颗粒可为涂覆层赋予额外强度，然而，这也通过增加的孔隙度来平衡，该增加的孔隙度可由于在烧结热处理期间这类颗粒周围的细颗粒致密化中的冲突而发生。

本文使用的“浆料烧结助剂”可指适合包含在浆料中的烧结助剂组合物。在一些实施方案中，可存在约0.01重量%-约5重量%，且在一些实施方案中可存在约0.01重量%-约50重量%，可磨耗层浆料还包含烧结助剂，所述烧结助剂可来自由以下各物组成的组：金属颗粒，包括铁、羰基铁、铝、镍、钴、铟、镓、稀土(Lnb)、其合金、其与硅的合金、和其与稀土金属的合金；不溶性氧化物颗粒，包括：氧化铁(例如，Fe₂O₃、Fe₃O₄)、硅酸铁、稀土氧化铁、Al₂O₃、莫来石、稀土铝酸盐、稀土硅铝酸盐、TiO₂、稀土钛酸盐、氧化镓、氧化铟、稀土没食子酸盐、稀土indate、NiO、氧化钴、硅酸镍、硅酸盐钴、稀土氧化镍和Lnb₂Si₂O₇及其组合。所述烧结助剂还可为不溶性的非氧化物颗粒，其在空气中热处理时转化成氧化物，包括碳化铁、氮化铁、氮化铝、碳化铝、氮化镓、氮化铟、氮化钛、碳化钛、碳化镍、氮化镍、氮化钴和碳化钴；氢氧化物，包括氢氧化铁、氢氧化镓、氢氧化铟、氢氧化铝、氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化钛；碳酸盐，包括碳酸铁、碳酸镓、碳酸铟、碳酸钛、碳酸铝、碳酸镍和碳酸钴；草酸盐，包括草酸铁、草酸镓、草酸铝、草酸钛、草酸镍和草酸钴。

所述烧结助剂还可为含有铁、铝、钛、镓、铟、镍、钴的阳离子或其混合物的溶剂或水可溶性烧结助剂“盐”，其在干燥时沉淀并在热处理期间转化成氧化物形式。这类“盐”包括硝酸盐、氯化物、乙酸盐、乙酰丙酮酸盐。溶剂可溶性盐的实例还包括：乙醇铁、2,4-戊二酮酸铁和四甲基庚二酮酸铁；“溶剂可溶性镓盐”可包括8-羟基喹啉镓、2,4-戊二酮酸镓、乙醇镓、异丙醇镓和2,2,6,6-四甲基庚二酮酸镓；“溶剂可溶性铝盐”可包括丁醇盐、二-仲丁醇乙基乙酰乙酸铝(aluminum di-s-butoxide ethylacetoacetate)、二异丙醇乙基乙酰乙酸铝、乙醇铝、乙氧基乙氧基乙醇铝、3,5-庚二酮酸铝、异丙醇铝、9-十八碳烯基乙酰乙酸二异丙醇铝、2,4-戊二酮酸铝、戊二酮酸双(乙基乙酰乙酸)铝、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸铝和苯酚铝；“溶剂可溶性镍盐”可包括2,4-戊二酮酸镍、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸镍；“溶剂可溶性钛盐”可包括烯丙基乙酰乙酸三异丙醇钛、双(三乙醇胺)二异丙醇钛、丁醇钛、二-正丁醇双(2-乙基己酸)钛、二异丙醇(双-2,4-戊二酮酸)钛、二异丙醇双(四甲基庚二酮酸)钛、乙醇钛、二异丙醇双(乙基乙酰乙酸)钛、2-乙基己醇钛、三异丙醇碘化钛、异丁醇钛、异丙醇钛、甲基丙烯酸三异丙醇钛、甲基丙烯酰氧基乙基乙酰乙酸三异丙醇钛、甲醇钛、甲氧基丙醇钛、甲基苯酚钛、正壬醇钛、双(戊二酮酸)氧化钛、双(四甲基庚二酮酸)氧化钛和正丙醇钛；“溶剂可溶性硼盐”可包括乙醇硼、丁醇硼、异丙醇硼、甲醇硼、甲氧基乙醇硼、正丙醇硼；且“溶剂可溶性碱土金属盐”可包括异丙醇钙、甲氧基乙醇钙、甲醇钙、乙醇钙、异丙醇锶、甲氧基丙醇锶、2,4-戊二酮酸锶、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸锶、乙醇镁、甲醇镁、甲氧基乙醇镁、2,4-戊二酮酸镁、正丙醇镁、异丙醇钡、甲氧基丙醇钡、2,4-戊二酮酸钡、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸钡。

烧结助剂将烧结颗粒(特别是细颗粒)所必需的温度降到约2200℉-2450℉。在缺乏所述烧结助剂的情况下，烧结过程直至温度超过2700℉才发生，该温度必定使基材的机械性质变劣。最终，在热处理之后，这些烧结助剂也变成溶解到主要材料中的掺杂组分。烧结助剂浓度也保持尽可能地低以提供增强的烧结作用，在一个优选的实施方案中，不产生任何辅助材料，但在另一实施方案中产生小于15体积%的辅助材料。

为了利用通过使用包含粗颗粒和细颗粒以及烧结助剂的多峰EBC浆料提供的厚涂层性能，必须利用浆料沉积策略，其防止粗颗粒沉降，防止沉积的浆料在重力影响下下陷并流动(行进)，并保持在干燥和烧结过程期间附着到基材。相比之下，由Kirby等人描述的包含细稀土二硅酸盐颗粒和烧结助剂的单峰浆料以小于5密耳的厚度沉积的EBC涂层显著较低程度地经受由重力赋予的缺陷，且因此可使用简单的浸涂、上漆和喷涂方法，而不产生缺陷。在此描述的本发明组合使用双峰浆料与烧结助剂以及浆料沉积方法，允许成功地沉积厚涂层(5-40密耳)。“凝胶-流延”方法通过提供将低粘度浆料(包含粗颗粒和细颗粒及烧结助剂)倾注到包围基材的模具中以“模内成型”涂层的方法解决了厚涂层挑战。还含有可交联单体的浆料随后交联以形成锁定涂层几何形状并防止在重力影响下沉降的不可逆凝胶。涂层的几何形状因此将受模具几何形状控制，这允许光滑表面或可磨耗脊的可能性。随后可将“凝胶化”涂层干燥并烧结。或者，在直接-写入方法中，引入化学物质以在浆料中的颗粒之间赋予弱吸引力。在这样的情形下，浆料变成(because)在剪切应力存在下流动但在缺乏剪切应力的情况下凝固的可逆颗粒凝胶，使得其不会在重力影响下流动。并且，该可逆凝胶表现出强剪切稀化行为，这防止粗颗粒沉降且允许浆料维持在从注射器中挤出之后的形状。该方法允许具有可磨耗脊的涂层借助于用以定位沉积和挤出速率的机器人控制直接写到基材表面上。在沉积之后，将浆料颗粒凝胶干燥并烧结。最后，可以将上述“凝胶-流延”方法和“颗粒-凝胶”方法两者组合。

“凝胶-流延”且“直接-写入”的浆料含有至少一种、但优选两种或更多种液体；然而，选择液体的策略取决于所述方法。对于“凝胶-流延”方法，液体之一，处于超过总液体的80%的水平，具有很低的蒸气压，使得除非施加加热到超过约50℃的温度，否则干燥将被抑制。这与如由Janney等人描述的用于大体积制品的其他凝胶-流延方法不同，因为与干燥或凝胶化和干燥的混合相反，其提供了确保凝胶化在涂层施用时发生所必需的手段。在涂层施用中表面与体积的比率高，因此，除非使用低蒸气压溶剂，否则浆料将可发生在凝胶化之前干燥。

对于“直接-写入”浆料，至少一种溶剂为高蒸气压液体。这加速在室温或略高的温度下干燥涂层所需要的时间，且在与至少一种低蒸气压液体一起使用时，可具有消除如本领域技术人员已知的某些干燥缺陷的作用。

更具体地讲，高蒸气压液体是指水和溶剂，所述溶剂包括但不限于：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十二烷醇、丙酮、双丙酮醇、甲基异丁基酮(MIBK)、甲基乙基酮(MEK)、甲苯、乙苯、丙苯、甲氧基苯、庚烷、辛烷、二甲苯、矿油精、石脑油(例如，VM&P石脑油)、四氢呋喃、醚、乙酰丙酮酸甲酯、乙酰丙酮酸乙酯及其组合。

更具体地讲，“低蒸气压液体”可指丙三醇、甘油、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二乙二醇基醚(例如而不限于二乙二醇单丁基醚)、三乙二醇、四乙二醇、分子量变化的聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸双(正丁基)酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二正己酯、二(丙二醇)二苯甲酸酯、二(乙二醇)二苯甲酸酯、三(乙二醇)二苯甲酸酯及其组合。

“凝胶-流延”浆料和“直接-写入”浆料在浆料中所包含的“分散剂”的类型方面不同。对于凝胶-流延方法，可使用一种或多种分散剂以确保主要材料微粒和任何烧结助剂微粒(即，如果使用不溶性烧结助剂的话)均匀地分布或“分散”在液体介质中。在凝胶-流延浆料中，如果使用多于一种分散剂，则分散剂必须全为阴离子的或全为阳离子的。阴离子分散剂可指聚丙烯酸(polyacrylic acid)、聚丙烯酸(polyacrylic acid)、聚甲基丙烯酸、磷酸酯、磺化聚合物、聚硅氨烷、其与聚乙烯醇的共聚物、其与聚乙酸乙烯酯的共聚物及其与聚氧化乙烯的共聚物。阳离子分散剂可指聚乙烯亚胺、聚N-乙烯基吡咯烷酮、与聚乙烯醇的共聚物、与聚乙酸乙烯酯的共聚物和与聚氧化乙烯的共聚物。同一时间利用一种或多种分散剂确保浆料在主要材料的最高装载量高至浆料的60体积%(注，在浆料中的剩余40体积%包含液体、烧结助剂、分散剂和连接料(也称作增稠剂))时保持可倾倒。

对于“直接-写入”方法的浆料，使用两种分散剂。最初，仅一种分散剂(阴离子或阳离子的)包含在浆料中，以便分散主要材料微粒和任何烧结助剂微粒(即，如果使用不溶性烧结助剂的话)。然而，在实现均匀分散之后，加入带相反电荷的分散剂并有力地混合到浆料中。带相反电荷的分散剂的加入促使浆料变成可经由如上论述的直接写入过程经注射器挤出的均匀可逆凝胶。通过带相反电荷的有吸引力的分散剂引发的凝胶网络足以防止粗颗粒沉降并使粗颗粒与细颗粒最终分离。

在“凝胶-流延”方法中，浆料含有可溶解于液相中的单体。“单体”或“单体溶液”可指在“引发剂”存在下交联的材料。该交联一旦发生，则形成不可逆凝胶，其保持浆料在部件的表面上的形状。所述不可逆凝胶还将分散的主要材料锁定在适当位置，防止粗颗粒沉降并使粗颗粒与细颗粒最终分离。此外，所述不可逆凝胶进一步允许较厚层形成并干燥而没有开裂，因为不可逆凝胶是可支持在干燥期间引发的应力的坚固聚合物网络。

所述单体可包括但不限于以下化学物，包括羟基甲基丙烯酰基酰亚胺、乙氧基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲氧基聚(乙二醇)单甲基丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮、邻苯二甲酸二烯丙酯及其混合物。可选择单体化学物，使得其溶解于浆料的液相中，如本领域技术人员所显而易见。

引发剂是加到凝胶-流延浆料中以引发单体交联且临到流延才进行的化学物。所述引发剂可选自过硫酸铵、偶氮双(2-脒基丙烷)盐酸盐、偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]盐酸盐和过氧化二异丙苯。此外，所述引发剂可为光引发剂。

单体和引发剂一旦组合，则可使用热来加速交联过程，例如，至多50℃的温度。在单体与过硫酸铵引发剂组合的情形下，反应可通过进一步加入被称为四甲基乙二胺的化学催化剂来加速。在单体与光引发剂组合的情形下，一旦施加紫外辐射，交联反应就发生。使用光引发剂和紫外辐射的“凝胶-流延”方法还有助于逐层积聚和光致抗蚀掩模，因此涂层的一些区域可保持未固化并被洗掉。这一方法也可用以制造可磨耗的脊图案。

在“直接写入”方法中，通过带相反电荷的聚电解质的吸引形成的网络尽管足以产生该“可逆凝胶”的强烈剪切稀化行为特征，但是并不如在凝胶-流延方法中的交联的不可逆凝胶那样坚固以支持在干燥期间产生的应力。因此，使用连接料或“增稠剂”以为沉积的浆料赋予生坯强度并防止其在干燥时开裂。这样的连接料包括聚乙烯醇缩丁醛、聚乙酸乙烯酯、聚(甲基丙烯酸异丁酯)、聚[(甲基丙烯酸正丁酯-共-甲基丙烯酸异丁酯)]、甲基丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸乙酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚N-乙烯基吡咯烷酮、乙基纤维素、硝化纤维及其他溶剂可溶性纤维素衍生物及其组合。

表面活性剂可在“凝胶-流延”浆料或“直接-写入”浆料中使用以降低在浆料中的起泡。“表面活性剂”是指选自氟烃、二甲基硅氧烷和乙氧基化乙炔二醇化学物(例如，Surfynol®系列的市售表面活性剂，例如Surfynol® 420和502(Air Products and Chemicals, Inc.))及其组合。

经由凝胶-流延方法形成可磨耗层的浆料沉积循环通常可包括浆料形成、流延制剂、浆料施用、凝胶化、干燥、连接料烧除和烧结。本领域技术人员应理解，可使用变化组成的浆料来制造变化组成的EBC层且可使用多个浆料沉积循环以积聚特定层的总厚度。然而，凝胶-流延方法的一个优势在于可在单个沉积循环中制造厚的可磨耗层。

本文使用的“有机加工助剂”是指在浆料中存在的任何分散剂、交联聚合物、连接料和表面活性剂。这些有机助剂主要包含碳和在加工期间挥发的其他元素，使得它们不会存在于后烧结涂层中。

凝胶-流延浆料可通过在容器中组合稀土二硅酸盐主要材料与包括烧结助剂、溶剂、分散剂、单体和表面活性剂的任何或所有先前描述的浆料成分以及混合介质来形成。所述混合物可使用本领域技术人员已知的常规方法混合，例如在具有至多约1英寸(约25.4mm)直径的氧化铝或氧化锆混合介质的情况下振荡，使用约0.25英寸-约1英寸(约0.64cm-约2.54cm)直径的氧化铝或氧化锆混合介质球磨、使用约1mm-约5mm直径的氧化锆基混合介质搅拌球磨、使用约1mm-约5mm直径的氧化锆基介质行星式球磨或在同时施用超声波能量的情况下机械混合或搅拌。所述混合介质或超声波能量可使在浆料中的任何团聚的陶瓷颗粒分开。存在的任何混合介质随后可通过例如沥滤(straining)移除。

如果先前没有加入，如果需要，则可任选地将连接料加到浆料中且所得混合物可通过例如机械搅拌、轧辊、共混、振荡及其他类似方法的方法搅拌，直至增稠剂完全溶解，通常是在约5-约60分钟之后。

一旦混合了所有的浆料组分，浆料则可过滤经过不同网目的筛以移除例如在浆料初始混合之后或在使用浆料以沉积涂覆层之后可能存在的任何杂质。例如可使用325目筛以滤出具有约44微米或更大的平均粒度的杂质。

在混合且任选的过滤之后，浆料可通过缓慢轧辊、缓慢机械混合或其他类似方法长时间搅拌以免捕集气泡在浆料中。在一个实施方案中，浆料可通过加入另外的溶剂来更新以负责在加工期间蒸发的那些溶剂。或者，一旦混合，浆料则可静置一边至需要施用。本领域技术人员应理解先前的实施方案阐述了一种制造本文所述的浆料组合物的方法，且其他方法也是可以接受的，如在以下实施例中阐述。

在流延制剂期间，准备基材用于沉积凝胶-流延可磨耗浆料。环境阻挡涂层已经通过浆料或等离子体喷涂方法沉积。因此，在形成可磨耗层30的过程中，将用于所述层30的浆料施用到涂覆的发动机部件10、粘合涂层16、无定形二氧化硅层20或根据需要的另外层之一上。准备所述基材以使用本领域技术人员已知的常规方法通过施用模具和掩模来接收可磨耗浆料。使用模具以通过限定在基础CMC结构12和模具表面之间的凝胶-流延浆料将倾入其中的间隙形成可磨耗层的形状和厚度。所述掩模可包括但不限于带、工具和涂上的粘合剂，其防止浆料涂覆基材的选定区域。在一个实施方案中，所述模具为可磨耗层赋予光滑表面。在该情形下，光滑度由模具表面的光滑度决定。在另一实施方案中，模具可具有特殊设计以在可磨耗层的表面上赋予纹理，例如一系列可磨耗脊。

一旦准备好了基材，则准备可磨耗浆料以通过加入引发剂而流延。引发剂以至多液体重量的2%的量加入并有力地混合。由于有力混合而截留在浆料中的空气可通过在干燥器中施加真空来移除。一旦将可磨耗浆料与引发剂一起倾入模具中，则可让时间逝去，直至交联完成且浆料不可逆地凝胶化。等待时间可经由施加热(25℃-85℃)和有效地施加紫外光而减至最少。在凝胶化之后，涂层的生坯强度对于操作、掩模移除和模具移除是足够的。

任选地，一个或多个另外的浆料层可放置在第一凝胶化层上以形成另外凝胶化层。应理解施用的最后层为可磨耗层30，其可如先前所述模塑。

在一个供选的实施方案中，凝胶-流延浆料以多个空轧道次积聚，在此没有模具且浆料在沉积各薄层之后不可逆地凝胶化。在这种情形下，凝胶-流延浆料可通过将部件浸泡到浆料浴中、上漆、轧辊、冲压、喷涂或将浆料倾注到部件上而沉积。浆料施用可人工地进行或者其可自动进行。

浆料一旦施用到部件上，且在浆料仍然湿润的同时，可将其流平以除去过量的浆料材料。流平可使用常规方法进行，所述方法例如但不限于旋转、转动、悬吊部件、在有或没有施加的振动的情况下滴流或使用刮刀，以移除过量的浆料材料。类似于浆料施用，流平可人工地实施或者其可自动进行。

随后，将具有不可逆凝胶化的可磨耗层的涂覆的发动机部件10干燥。因为在凝胶-流延浆料方法中使用的溶剂为低蒸气压的，因此其并不在室温下干燥，干燥可在炉子或干燥箱中进行且以0.5-5℃/min的缓慢速率加热到85℃-285℃的低温(有或没有保持时间)，以蒸发液体。在另一实施方案中，干燥通过装入真空腔室中并抽真空以蒸发液体来进行。在又一实施方案中，液体通过将凝胶化可磨耗涂层放置成与提供这一驱动力的材料接触以通过扩散或渗透过程提取，从而从不可逆凝胶中提取液体。干燥可在模具移除之前或之后进行，尽管如果在模具移除之前，应该使用可经受住干燥环境的适当模具材料。

随后，有机加工助剂的烧除可通过将干燥的部件放置在高温环境中来进行，从而可使任何有机加工助剂热解。在一个实施方案中，有机加工助剂的烧除可通过以约1℃/min-约15℃/min的速率将干燥的部件加热到约275℃-约1000℃的温度并将所述部件保持在该温度下约0-约10小时来实现。在另一实施方案中，可将涂覆的部件以约2℃/min-约6℃/min的速率加热到约600℃-约800℃的温度并将所述部件保持在该温度下约0-约10小时。在另一实施方案中，保持时间可通过缓慢匀变到目标温度而不保持，随后以不同速率匀变上升或下降到另一温度来消除。在另一实施方案中，连接料烧除可通过将涂覆的部件放置到加热到约400℃-约1400℃的温度的炉子中迅速地发生。

随后可将烧除的涂覆的发动机部件10烧结以产生包括包含至少可磨耗层30的环境阻挡涂层14的部件。烧结可用以同时致密化、为涂层赋予强度且用烧结助剂“掺杂组分”掺杂主要材料。烧结可使用常规炉子或通过使用例如微波烧结、激光烧结、红外烧结等方法进行。

烧结可通过将烧除的部件以约1℃/min-约15℃/min的速率加热到约1100℃-约1375℃的温度并将所述部件保持在该温度下约0-约24小时来实现。在烧结之后，可磨耗层30具有大于约6密耳的厚度和约5%-约50%的孔隙度。

经由直接-写入方法形成可磨耗层的浆料沉积循环通常可包括浆料形成、流延制剂、浆料施用、干燥、连接料烧除和烧结。本领域技术人员应理解，可使用组成变化的浆料来制造组成变化的EBC层且可使用多个浆料沉积循环以积聚特定层的总厚度。然而，直接-写入方法的一个优势在于可在单个沉积循环中制造厚的可磨耗层。

图3实施方案的直接-写入浆料可通过在容器中组合稀土二硅酸盐主要材料与包括烧结助剂、溶剂、分散剂和表面活性剂的任何或所有先前描述的浆料成分及混合介质来形成。所述混合物可使用本领域技术人员已知的常规方法混合，例如在具有至多约1英寸(约25.4mm)直径的氧化铝或氧化锆混合介质的情况下振荡，使用约0.25英寸-约1英寸(约0.64cm-约2.54cm)直径的氧化铝或氧化锆混合介质球磨、使用约1mm-约5mm直径的氧化锆基混合介质搅拌球磨、使用约1mm-约5mm直径的氧化锆基介质行星式球磨或在同时施用超声波能量的情况下机械混合或搅拌。所述混合介质或超声波能量可使在浆料中的任何团聚的陶瓷颗粒分开。存在的任何混合介质随后可通过例如沥滤移除。

具有与第一分散剂(已经在浆料中)相反的电荷的辅助分散剂在浆料如上所述形成之后加入，辅助分散剂加入之后随后使用上述混合方法中的任一种有力地混合。在加入带相反电荷的分散剂并混合之后不久，浆料变成强烈剪切稀化的可逆凝胶。

所述可逆凝胶可通过将材料经孔挤出到部件上而施用。可选择孔的直径和形状以影响挤出条的尺寸和形状，使其最终变成可磨耗脊。可逆凝胶可以单道次以完全厚度沉积，或者可使用多道次来积聚材料。独特的“横跨”结构也可通过以90度、45度或彼此相对选择的某个角度的多道次覆盖一系列已图案化的可磨耗脊形成。可磨耗脊的间隔限定下个可逆凝胶浆料层必须横跨先前层的脊的长度。可逆凝胶的强烈剪切稀化流变学确保实现该横跨行为。

可逆凝胶可用手施用或更优选经由机器人沉积施用，因此材料可以完全受控的方式均匀地放置。机器人沉积也可自动进行到高水平，以减少操作员需要的接触时间。

可逆凝胶在施用之后可通过覆盖模具进一步成形以使材料符合某一厚度或表面纹理。

在沉积之后，可逆凝胶在室温或至多85℃-285℃的略高温度下干燥。

随后，有机加工助剂的烧除可通过将干燥的部件放置在高温环境中来进行，从而可使任何有机加工助剂热解。在一个实施方案中，有机加工助剂的烧除可通过将干燥的部件以约1℃/min-约15℃/min的速率加热到约275℃-约1000℃的温度并将所述部件在该温度下保持约0-约10小时来实现。在另一实施方案中，可将涂覆的部件以约2℃/min-约6℃/min的速率加热到约600℃-约800℃的温度并将所述部件保持在该温度下约0-约10小时。在另一实施方案中，保持时间可通过缓慢匀变到目标温度而不保持，随后以不同速率匀变上升或下降到另一温度来消除。在另一实施方案中，连接料烧除可通过将涂覆的部件放置到加热到约400℃-约1400℃的温度的炉子中迅速地发生。

用于凝胶-流延或直接写入方法的连接料烧除和烧结热处理可在周围空气气氛中或在其中气体选自氮气、氢气、惰性气体(例如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、其混合物或其与氧气的混合物)的气氛中进行。

在一个供选的实施方案中，包括可磨耗层30的EBC的一些或所有层都可在进行掩模移除、干燥、有机加工助剂烧除和烧结之前在彼此之上施用。本领域技术人员应理解，在施用各层之后，所述层应该在施用后续层之前凝胶化。

在另一实施方案中，所述烧结助剂不必直接加到浆料的过渡层或外层中来实现所要结果。所述烧结助剂可加到EBC浆料的一层中，且在烧结期间，烧结助剂可遍及EBC扩散，到达其余层。在另一实施方案中，没有烧结助剂的主要材料浆料可通过施用所述层、允许其干燥且随后反浸渗包含烧结助剂的溶胶-凝胶溶液来致密化，随后如下所解释热处理。

浸渗可允许EBC材料的较厚层一次性致密化。此外，如果涂层并不如所期望的那样致密，浸渗则是一种在烧结之后加入更多烧结助剂的方法。用于浸渗的溶胶-凝胶溶液可为有机溶剂和溶剂可溶性盐烧结助剂的溶液，或者为水和如先前限定的水溶性盐烧结助剂的溶液。

并不意欲受理论限制，本文的EBC实施方案包含烧结助剂，可增加主要材料的扩散速率，因此表面积减小(即，高表面积颗粒固结以形成致密涂层)可在比没有烧结助剂的情况低的温度下发生。如先前所述，在较低温度(即，约1344℃或更低)下烧结不仅产生非常致密的涂层，其可对来自发动机环境的热蒸汽的渗透不太敏感，而且可帮助防止可由长时间暴露于较高温度引起的下面部件的机械性质变劣。

烧结助剂可根据在EBC中包含的烧结助剂的量和涂层暴露于烧结温度的时间而以多种方式起作用。例如，在一个实施方案中，烧结助剂可完全溶解于主要材料中以“掺杂”所述材料。在另一实施方案中，如果超过可溶解于主要材料中的烧结助剂的量，则烧结助剂的剩余不溶性部分可与主要材料反应以形成辅助材料。在另一实施方案中，主要材料和辅助材料可如先前所述与残留的烧结助剂一起存在。在一些实施方案中，烧结助剂完全溶解，然而，还期望在烧结之后剩余不超过10%的辅助材料。

在这后两个实施方案中，当辅助材料在高温蒸汽中易挥发时，只要在EBC的中间层或顺应层(存在时)中的任一层中辅助材料的总体积加孔隙度(加残留烧结助剂(存在时))保持为约15体积%或更低，则可维持气密密封。或者，在这后两个实施方案中，当辅助材料对在高温蒸汽中挥发具有高度抵抗性时，例如当辅助材料包含例如但不限于稀土氧化物、稀土钛酸盐、稀土铁化合物、稀土没食子酸盐、稀土铝酸盐、稀土氧化铟和稀土硅铝酸盐的含稀土化合物时，在EBC的中间体或顺应层(存在时)中的任一层中的孔隙度需要保持为约15体积%或更低，以维持气密密封。密封度对于由Kirby等人描述的过渡层特别重要，但是对于在本文中描述的可磨耗层并非必须的，所述可磨耗层可具有至多50体积%的孔隙度。

应注意到，在低水平的烧结助剂下，致密的涂覆层最初未必包含任何可检测到的辅助材料。在一些实施方案中，辅助材料可能从未被检测到。然而，在其他实施方案中，在暴露于发动机环境中的高温蒸汽数小时后，辅助材料变得使用例如X-射线衍射、电子显微镜术、电子分散光谱学(EDS)等技术可检测到。

本文所述的EBC实施方案可提供优于当前EBC及其生产方法的多种益处。具体地讲，如先前所述，在本文的EBC实施方案中包含烧结助剂可容许在较低温度(即，约1350℃或更低)下烧结。这可产生高度致密的涂层，所述涂层可对来自发动机环境的热蒸汽的渗透不太敏感并且还可帮助防止可由长时间暴露于较高温度引起的下面部件的机械性质变劣。并且，本文阐述的实施方案可在花费比当前EBC少的情况下产生，这归因于使用浆料沉积过程，这可通过将烧结助剂加入各种层中而变得可能。此外，与例如等离子体喷涂的常规技术相比，即使在施用薄层(<2密耳)时，本发明的实施方案也可提供具有更均匀厚度的EBC。另外，所述浆料沉积过程可允许将EBC施用到内部部件通道以及能够产生光滑表面精整，而无需另外抛光步骤。

可能存在如下情形，EBC产生需要修复的小和/或窄的缺陷(例如，直径约10微米-约5mm；或宽度约10微米-约1mm)。以下修复方法适用于本文所述的EBC且可在相应EBC层烧结之后或在整个施用的EBC烧结之后进行，如下文所解释。

在一个实施方案中，修复可包括当正使用本文所述的方法施用EBC时修补在一个或多个相应中的缺陷。在该实施方案中，所述修复可通过施用包含与用以制造具有缺陷的层的浆料材料相同的修复浆料在烧结指定层之后进行。例如，如果过渡层在烧结之后产生缺陷，所述缺陷则可使用与包含在过渡层的原始施用中所使用的过渡层浆料材料相同的“过渡层修复浆料”修复。在一个实施方案中，所述修复浆料可包含比原始浆料层高的主要材料陶瓷颗粒固体装载量，因为这可降低在涂层的修复部分的干燥和烧结时的收缩。具体地讲，在修复浆料中主要材料陶瓷颗粒的固体装载量可大于约30体积%-约55体积%(与在原始浆料的一个实施方案中大于约10体积%和在用于制造该层的原始浆料的另一实施方案中约10体积%-约55体积%相对照)。所述修复浆料可使用包括先前所述的那些方法的任何常规方法以及本文所述的凝胶-流延和直接-写入方法施用。所得“修复的涂层”随后可在施用EBC的任何后续层之前如在本文中先前所述加工。

在一个供选的实施方案中，修复可包括在整个EBC施用和烧结之后修补缺陷。在该实施方案中，修复可使用包含与在先前限定的可磨耗层浆料中存在的材料相同的材料(即，主要材料、烧结助剂和任选的辅助材料)的层修复浆料对具有缺陷的EBC进行，不同之处在于主要过渡材料的粗粒分数。该特定修复浆料可渗入在EBC中存在的任何缺陷中并在烧结之后为修复的EBC涂层提供气密密封。再次，过渡层修复浆料的固体装载量可包含超过约30体积%-55体积%。

与剥去且再施用整个涂层相对照，这类修复方法可提供在涂层施用或寿命期间在不同点处修复局部缺陷的能力。这又可产生时间、劳动力和材料的节约。

实施例

实施例1：凝胶-流延方法

将甘油(低蒸气压液体)、N-(羟甲基)丙烯酰胺(单体)、聚丙烯酸-聚氧化乙烯共聚物(阴离子分散剂)、钇掺杂的二硅酸镱(主要材料)、Fe₃O₄铁氧化物品(烧结助剂)和Al₂O₃(烧结助剂)在塑料瓶中与直径0.25英寸的钇掺杂的二氧化锆研磨介质一起组合。将混合物在辊磨机轧辊至少12小时。

随后将10%(重量)过硫酸铵引发剂溶液配料到浆料中，随后用手有力地混合数分钟。

随后，将浆料在碳化硅试片之上流延，该碳化硅试片已经具有经由化学气相沉积方法沉积的金属硅粘合涂层和经由浆料沉积方法沉积的Fe掺杂的二硅酸镱过渡层(气密，具有5%孔隙度或更低)。浆料使用刮刀流平以去除过量的浆料并设置所要的厚度。

随后将浆料加热到50℃历时30分钟，以使浆料不可逆地凝胶化。

随后，凝胶化浆料通过以1.5℃/min的速率加热到150℃来干燥。

连接料烧除随后通过以3℃/min的速率加热到550℃来进行。

最后，烧结通过以10℃/min的速率加热到1344℃来进行(在1344℃下保持10小时)。

在冷却之后，将样品横切并安装在环氧树脂中以便扫描电子显微镜(SEM)评价且所得反向散射图像示于图4中。在该图中，EBC涂层的反向散射SEM横截面包括以下：(A) 经由化学气相沉积(CVD)方法沉积的硅粘合涂层，(B) 经由浆料沉积方法沉积的Fe掺杂的二硅酸镱过渡层，和(C) 经由凝胶-流延浆料方法沉积的Fe掺杂、钇掺杂的二硅酸镱可磨耗层，和(D) 经由浆料-沉积方法在最顶部沉积的Fe掺杂的单硅酸钇层。

实施例2：直接-写入方法

将1-己醇(高蒸气压液体)、二乙二醇单丁醚(低蒸气压液体)、钇掺杂的二硅酸镱粉末(粗平均粒度的主要材料)、钇掺杂的二硅酸镱(细平均粒度的主要材料)、Fe₃O₄铁氧化物(烧结助剂)、Al₂O₃氧化铝(烧结助剂)和聚N-乙烯基吡咯烷酮(阳离子分散剂，连接料)在塑料瓶中与直径0.25英寸的球形钇掺杂的氧化锆介质组合。将混合物在辊磨机轧辊至少12小时。随后，将50%的聚丙烯酸水溶液加到浆料中，随后用手迅速搅拌。在搅拌约1分钟之后，浆料变成适合直接写入沉积的强烈剪切稀化的可逆凝胶。

随后，将可逆凝胶“直接-写入”浆料经由注射器挤出在碳化硅试片之上，该碳化硅试片已经具有经由化学气相沉积方法沉积的金属硅粘合涂层和经由浆料沉积方法沉积的Fe掺杂的二硅酸镱过渡层(气密，具有5%孔隙度或更低)。

随后，浆料通过以1.5℃/min的速率加热到150℃来干燥。

连接料烧除随后通过以3℃/min的速率加热到550℃来进行。

在冷却之后，样品400经由立体显微镜表征，如在图5中所示，其表示使用可逆凝胶浆料直接写入的Fe掺杂、钇掺杂的二硅酸镱可磨耗脊的光学显微横截面。

结构和方法的以上描述是出于说明的目的而提供。并非想要穷举或限制所述结构和方法于所公开的精确形式和/或步骤，且根据以上教导，显而易见可能有许多修改和改变。本文所述的特点可以任何组合加以组合。本文所述的方法的步骤可以实际上可能的任何顺序执行。应理解虽然已经说明并描述了某些形式的复合结构，但是并不限于此，而且其将仅受在此所附的权利要求限制。

虽然在本文中已经描述并说明了多个本发明实施方案，但是本领域普通技术人员将容易地想到用于执行功能和/或获得本文所述的结果和/或一种或多种优势的多种其他方式和/或结构，且认为这类变化和/或修改各自在本文所述的实施方案的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易地了解本文所述的所有参数、尺寸、材料和构造都意欲为例示性的并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用本发明的教导的一种或多种特定应用。本领域技术人员仅仅使用常规实验便将认识到或能够确定本文所述的特定发明实施方案的许多等价物。因此，应理解以上实施方案仅通过举例而提供，并且在所附的权利要求和等价物的范围内，本发明实施方案可以与具体描述和要求保护所不同的方式实施。本公开的发明实施方案涉及本文所述的各个相应特点、系统、制品、材料、试剂盒和/或方法。另外，如果这样的特点、系统、制品、材料、试剂盒和/或方法没有相互不相容，则两种或更多种这样的特点、系统、制品、材料、试剂盒和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。

使用实施例来公开实施方案，包括最佳方式，以及使本领域任何技术人员都能够实践设备和/或方法，包括制作和使用任何装置或系统和实施任何结合的方法。这些实施例并非想要将本公开穷尽或限制于所公开的精确步骤和/或形式，且根据以上教导，可能有许多修改和改变。本文所述的特点可以任何组合来组合。本文所述的方法的步骤可以实际上可能的任何顺序执行。

应理解本文限定并使用的任何定义优先于词典定义、在通过引用结合到本文中的文献中的定义和/或所定义术语的普通含义。除非明确指出相反情况，否则如本文在说明书中和在权利要求中使用的不定冠词“一个/种”应理解为意谓“至少一个/种”。如本文在说明书中和在权利要求中使用的短语“和/或”应理解为意谓所结合的要素中的“任一种或两种”，即要素在一些情况下结合地存在，而在其他情况下分离地存在。

还应该理解，除非明确地指出相反情况，否则在包括多于一个步骤或动作的本文要求保护的任何方法中，所述方法的步骤或动作的顺序未必局限于所叙述的所述方法的步骤或动作的顺序。

Claims

1.在燃气涡轮发动机部件(10)上沉积可磨耗涂层的方法，其包括：

(a) 形成浆料混合物(200)，所述浆料混合物至少包含具有至多约70体积%的粗颗粒和至多约65体积%的细颗粒的双峰陶瓷颗粒和聚合物溶液，其中所述粗颗粒为Ln₂Si₂O₇、Ln₂SiO₅、二氧化硅、硅铝酸钡锶(BSAS)、单斜晶氧化铪、稀土镓石榴石(Ln₂Ga₂O₉)中的至少一种，其中Ln为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的至少一种，其中所述细颗粒包含Ln₂Si₂O₇或Ln₂SiO₅中的至少一种，其中Ln为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种；其中所述聚合物溶液基本上由以下各物组成：使得所述浆料变成可逆凝胶的一种阴离子分散剂和一种阳离子分散剂、低蒸气压有机溶剂和至少一种烧结助剂，所述烧结助剂选自铁、铝、钛、钴、镍、镓、铟、其任何化合物(例如，氧化物、乙酸盐、草酸盐、碳化物、氮化物、碳酸盐、乙酰丙酮酸盐、硝酸盐、硅化物、含有稀土元素的化合物、其混合物、或其化合物的混合物；

(b) 将所述可逆凝胶浆料直接写到所述燃气涡轮发动机部件(204)；

(c) 在室温或约30℃-80℃的第二温度之一下干燥所述可逆凝胶浆料以形成可逆凝胶基质(206)；和

(d) 在大于约1204℃且小于1357℃的温度下烧结在所述燃气涡轮发动机部件上的所述干燥的可逆凝胶基质(210)，形成具有大于约5密耳的厚度和约5%-约50%的孔隙度的所述可磨耗涂层的层，其中所述烧结层还包含掺杂的稀土二硅酸盐，其中所述至少一种烧结助剂为溶解到所述稀土二硅酸盐中且掺杂所述稀土二硅酸盐的掺杂组分。

2.权利要求1的方法，将所述燃气涡轮机部件和所述直接写入的凝胶放置在模具中。

3.权利要求1的方法，其中所述直接写入在所述燃气涡轮发动机部件上产生图案。

4.权利要求3的方法，其中所述图案为多个脊。

5.权利要求1的方法，其中所述直接写入过程使用机器人沉积自动操作。

6.权利要求1的方法，其中所述直接写入过程积聚多个层的一系列可磨耗脊，其中所述脊横跨那些先前层。

7.权利要求1的方法，其中所述燃气涡轮机部件为叶片和罩壳中的一种。

8.权利要求1的方法，其中所述燃气涡轮机部件由陶瓷基质复合材料(CMC)形成。

9.权利要求8的方法，其中所述燃气涡轮发动机部件包括环境阻挡涂层。

10.权利要求9的方法，其中所述可磨耗涂层布置在所述环境涂层上。

11.权利要求1的方法，其中所述可逆凝胶通过经由带相反电荷的聚电解质连接的所述吸附的聚电解质(吸附在颗粒表面上)形成。

12.在燃气涡轮发动机部件(10)上沉积可磨耗涂层的方法，其中在所述燃气涡轮发动机部件(10)的外表面上具有环境涂层(14)，所述方法包括：

(a) 形成浆料混合物(200)，所述浆料混合物至少包含具有至多约70体积%的粗颗粒和至多约65体积%的细颗粒的双峰陶瓷颗粒和聚合物溶液，其中所述粗颗粒为Ln₂Si₂O₇、Ln₂SiO₅、二氧化硅、硅铝酸钡锶(BSAS)、单斜晶氧化铪、稀土镓石榴石(Ln₂Ga₂O₉)中的至少一种，其中Ln为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的至少一种，其中所述细颗粒包含至少一种Ln₂Si₂O₇或Ln₂SiO₅，其中Ln为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种；其中所述聚合物溶液基本上由以下各物组成：使得所述浆料变成可逆凝胶的一种阴离子分散剂和一种阳离子分散剂、低蒸气压有机溶剂和至少一种烧结助剂，所述烧结助剂选自铁、铝、钛、钴、镍、镓、铟、其任何化合物(例如，氧化物、乙酸盐、草酸盐、碳化物、氮化物、碳酸盐、乙酰丙酮酸盐、硝酸盐、硅化物、含有稀土元素的化合物、其混合物、或其化合物的混合物；

(c) 在室温和约30℃-80℃的第二温度之一下干燥所述可逆凝胶浆料以形成可逆的凝胶基质(206)；和

13.权利要求12的方法，其中所述燃气涡轮发动机部件由陶瓷基质复合材料(CMC)形成。

14.权利要求12的方法，其还包括布置在所述燃气涡轮发动机部件和所述可磨耗层之间的环境涂层。