CN109469516B - 经涂布的部件和涡轮部件、及其形成方法 - Google Patents

经涂布的部件和涡轮部件、及其形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了经涂布的部件及其形成方法。经涂布的部件可包括具有表面的基材、在基材的表面上的硅基粘结涂层和在硅基粘结涂层上的EBC。硅基粘结涂层可包括被包含在耐火相中的硅相。当熔融时，硅相被包含在耐火相中并位于基材的表面和环境屏障涂层的内表面之间。在特定实施例中，此类经涂布的部件可为涡轮部件。

Description

经涂布的部件和涡轮部件、及其形成方法
技术领域
本发明一般涉及与陶瓷部件上的环境屏障涂层一起使用的粘结涂层，连同它们的形成和使用方法。
背景技术
持续努力获得燃气涡轮发动机的较高操作温度以便改进其效率。然而，随着操作温度增加，发动机的部件的耐高温性必须相应地增加。已通过铁、镍和钴类超合金配制物达成高温能力的显著进步。但对于由超合金构成的多数热气体路径部件，可使用热屏障涂层(thermal barrier coating，TBC)来隔绝所述部件并且可维持载荷承载合金与涂层表面之间明显的温度差，因此限制结构部件的热暴露。
虽然已发现超合金广泛用于在整个燃气涡轮发动机中并且尤其是在较高温度部段中使用的部件，但已提出替代的较轻重量的基材材料，例如陶瓷基质复合物(ceramicmatrix composite，CMC)材料。CMC和单片陶瓷部件可涂布有环境屏障涂层(environmentalbarrier coating，EBC)以保护其免受高温发动机部段的苛刻环境。EBC可提供致密的气密密封件以免受热燃烧环境中的腐蚀性气体。
碳化硅和氮化硅陶瓷经历干燥高温环境中的氧化。此氧化在材料表面上产生钝态氧化硅垢。在例如涡轮发动机等含有水汽的潮湿高温环境中，归因于形成钝态氧化硅垢以及后续氧化硅转化成气态氢氧化硅而发生氧化和凹陷。为了防止在潮湿高温环境中凹陷，将环境屏障涂层(EBC)沉积到碳化硅和氮化硅材料上。
目前，EBC材料由稀土硅酸盐化合物制成。这些材料密封了水汽，从而防止其到达碳化硅或氮化硅表面上的氧化硅垢，进而防止凹陷。然而，此类材料无法防止氧气渗透，这将造成下方基材氧化。基材的氧化产生钝态氧化硅垢，连同含碳或一氧化二氮气体的释放。含碳(即CO、CO2)或含氮(即NO、NO2等)氧化物气体不能通过致密的EBC逸出，并且因此形成气泡。迄今为止，硅粘结涂层的使用已成为这种起泡问题的解决方案。硅粘结涂层提供氧化(在EBC下方形成钝态氧化硅层)而不释放气态副产物的层。
然而，硅粘结涂层的存在限制了EBC的操作的上限温度，因为金属硅的熔点相对较低。在使用中，硅粘结涂层在约1414℃(这是金属硅的熔点)的涂布温度下熔融。高于这些熔融温度，硅粘结涂层可从下面的基材分层，有效地去除其上的粘结层和EBC。因此，期望改善EBC中的硅粘结涂层的性质，以实现EBC的更高操作温度限制。
发明内容
本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实施而得知。
本发明一般提供了经涂布的部件，连同其形成方法。在一个实施例中，经涂布的部件包括具有表面的基材、在基材的表面上的硅基粘结涂层和在硅基粘结涂层上的EBC。硅基粘结涂层包括在耐火相中包含的硅相。当熔融时，硅相包含在耐火相中并在基材的表面和环境屏障涂层的内表面之间。在特定实施例中，此类经涂布的部件可为涡轮部件。
本发明一般提供了用于形成经涂布的部件的方法。在一个实施例中，该方法包括在基材的表面上形成硅基粘结涂层，并且在硅基粘结涂层上形成环境屏障涂层，使得硅相。硅基粘结涂层包括在耐火相中包含的硅相，并且当熔融时，包含在基材的表面和环境屏障涂层的内表面之间的耐火相中。
技术方案1.一种经涂布的部件，所述经涂布的部件包括：
具有表面的基材；
在所述基材的表面上的硅基粘结涂层，其中所述硅基粘结涂层包括被包含在耐火相中的硅相；和
在所述硅基粘结涂层上的环境屏障涂层，其中当熔融时，所述硅相被包含在所述耐火相内、且在所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面之间。
技术方案2.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述硅相包含金属硅、硅合金、熔点为约1500℃或更低的硅化物、或其混合物。
技术方案3.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述硅相包含按重量计约50％至100％的金属硅。
技术方案4.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述硅相在约1400℃或更高的温度下熔融。
技术方案5.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述硅相在约1450℃的温度下熔融。
技术方案6.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述硅相和所述耐火相形成交错的连续相。
技术方案7.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述耐火相是连续相，并且所述硅相在所述耐火相内形成多个离散的颗粒相。
技术方案8.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述耐火相形成3维网络，所述3维网络跨越所述硅基粘结涂层的厚度，并且粘结到所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面。
技术方案9.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述耐火相包含熔点大于所述硅相的熔点的材料。
技术方案10.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述耐火相包含熔点为约1500℃或更高的材料。
技术方案11.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述耐火相包含稀土硅酸盐、稀土氧化镓、氧化铪、氧化钽、氧化铌、熔点为约1500℃或更高的硅化物、氧化硅或其混合物。
技术方案12.根据技术方案11所述的经涂布的部件，其中所述耐火相掺杂有硼、镓、铝或其混合物。
技术方案13.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述硅基粘结涂层包括按体积计约25％至约75％的硅相和按体积计约25％至约75％的耐火相。
技术方案14.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述环境屏障涂层包括多个层，其中所述环境屏障涂层的至少一个层包括密封层，并且所述密封层与所述硅基粘结涂层相邻，使得所述密封层限定所述环境屏障涂层的内表面。
技术方案15.根据技术方案1所述的经涂布的部件，其中所述基材包含陶瓷基质复合物(CMC)，所述陶瓷基质复合物包含碳化硅、氮化硅或其组合，并且所述基材包括多个CMC层。
技术方案16.一种涡轮部件，所述涡轮部件包括：
包含陶瓷基质复合物的基材，其中所述基材具有表面；
在所述基材的表面上的硅基粘结涂层，其中所述硅基粘结涂层包括被包含在耐火相中的硅相；和
在所述硅基粘结涂层上的环境屏障涂层，其中当熔融时，所述硅相被包含在所述耐火相内、且在所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面之间。
技术方案17.一种形成经涂布的部件的方法，所述方法包括：
在基材的表面上形成硅基粘结涂层，其中所述硅基粘结涂层包括被包含在耐火相中的硅相；和
在所述硅基粘结涂层上形成环境屏障涂层，使得当熔融时，所述硅相被包含在所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面之间的耐火相内。
技术方案18.根据技术方案17所述的方法，其中在所述基材的表面上形成所述硅基粘结涂层包括：
用耐火材料的浆料渗透多孔材料；
将所述多孔牺牲材料施加到所述基材的表面上；
此后，加热所述用耐火材料的浆料渗透的多孔材料，以烧尽所述多孔材料，并且将所述耐火材料凝固为在其中限定有孔的耐火相；和
将硅渗透到所述耐火相内限定的孔内，以在所述基材的表面上形成所述硅基粘结涂层。
技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中所述多孔材料是海绵或泡沫，使得所述耐火相是所述硅基粘结涂层内的连续相。
技术方案20.根据技术方案17所述的方法，其中在所述基材的表面上形成所述硅基粘结涂层包括：
将耐火材料和金属硅粉末的混合物施加到所述基材的表面上；
将所述混合物加热到一定温度，使得所述耐火材料凝固为所述耐火相，并且所述金属硅熔融以填充所述耐火相内的孔；和
冷却所述混合物，使得所述金属硅在所述耐火相内限定的孔内形成硅相，以在所述基材的表面上形成所述硅基粘结涂层。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
针对所属领域的技术人员，本发明的完整且启发性公开内容，包括其最佳模式，在参考附图的说明书中被阐述，在所述附图中：
图1是包括硅基粘结涂层的示例性经涂布的部件的横截面侧视图。
图2是示例性经涂布的部件的另一个横截面侧视图，所述经涂布的部件包括其上具有热生长氧化物层的硅基粘结涂层；
图3是具有硅相和耐火相的交错连续相的示例性硅基粘结涂层的横截面侧视图。
图4是另一种示例性硅基粘结涂层的横截面侧视图，所述硅基粘结涂层具有连续耐火相，其中分散有离散硅相；
图5是根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；和
图6是形成粘结涂层的示例性方法的图解，所述粘结涂层具有包含在耐火相的连续相内的硅相。
在本说明书和图中重复使用的参考标号意图表示本发明的相同或相似特征或元件。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，在图中说明本发明的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本发明而提供，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。
如本文使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而并非意欲表示个别部件的位置或重要性。
在本公开内容中使用例如通常在元素周期表上发现的常见化学名称缩写来论述化学元素。举例来说，氢由其常见化学名称缩写H表示；氦由其常见化学名称缩写He表示；等等。如本文使用的，“Ln”是指稀土元素或稀土元素的混合物。更具体地，“Ln”指稀土元素钪(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)、或其混合物。
如本文使用的，术语“基本上不含”意指存在不超过微不足道的痕量，并且涵盖完全不含(例如，0摩尔％直到0.01摩尔％)。
在本公开内容中，当层描述为在另一层或基材“上”或“上面”时，应理解，除非明确说明相反情况，否则所述层可彼此直接接触或在所述层之间具有另一层或特征。因此，这些术语仅描述所述层彼此的相对位置，而不必意味着“在顶上”，这是因为上方或下方的相对位置取决于装置对观察者的取向。
本发明一般提供了经涂布的部件，其包括位于基材的表面和其上的环境屏障涂层(EBC)之间的硅基粘结涂层。一般地，硅基粘结涂层由包含在耐火相中的硅相形成。如下文更详细说明的，硅基粘结涂层的硅相可在经涂布的部件的操作期间熔融，同时保持被包含在耐火相中，并且同时保持硅基粘结涂层的功能。硅基粘结涂层的此类功能可包括但不限于将基材粘结到其上的EBC和吸除氧而不释放气体，以防止其下面的基材氧化，否则会导致气态副产物。因此，可在涂布部件的操作期间(例如，在燃气涡轮发动机内)利用在硅基粘结涂层内的液体硅相。因为硅基粘结涂层在高于硅相的熔点时继续起作用，所以经涂布的部件可在高于硅相熔点的温度下操作。
参考图1，显示了示例性的经涂布的部件100，其由具有表面103的基材102形成，所述表面103在其上具有涂层体系106。一般地，涂层体系106包括在基材的表面103上的硅基粘结涂层104，以及在硅基粘结涂层104上的EBC 108。在所示的实施例中，粘结涂层104直接在表面103上，其间没有任何层。然而，在其它实施例中，一个或多个层可位于硅基粘结涂层104和表面103之间。
硅基粘结涂层104包括包含在连续耐火相中的硅相。例如，图3显示了硅基粘结涂层104的实施例，例如用于图1或2的示例性经涂布的部件100中，具有硅相110和耐火相112的交错连续相。图4显示了硅基粘结涂层104的实施例，例如用于图1或2的示例性的经涂布的部件100中，具有连续耐火相112，其中分散有硅相110。
不管配置，当熔融时，硅相110被包含在耐火相112内，所述耐火相112在基材102的表面103和环境屏障涂层108的内表面107之间。即，耐火相112可形成3维网络，所述3维网络跨越硅基粘结涂层的厚度，并且粘结到基材102的表面103和环境屏障涂层108的内表面107。像这样，耐火相112与基材102的表面103和环境屏障涂层108(且特别是其中的密封层)合作，以在其中包含熔融的硅相，同时保持硅基粘结涂层104的完整性，而不从基材102的表面103分层。
在硅基粘结涂层104中包括耐火相112，其量在硅相110熔融时可对硅基粘结涂层104提供结构完整性。或者，在硅基粘结涂层104中包括硅相110，其量足以充当粘结剂以及吸除氧。例如，在某些实施例中，硅基粘结涂层104可包括按体积计约25％至约75％的硅相110、以及按体积计约25％至约75％的耐火相112(例如，按体积计约35％至约65％的硅相110、以及按体积计约35％至约65％的耐火相112)。
在一个特定实施例中，硅相110可由金属硅、硅合金(例如，硅共晶合金)、熔点为约1500℃或更低的硅化物、或其混合物形成。像这样，取决于硅相110的组成，硅相110可在约1400℃或更高的温度下熔融，以便变成熔融的。例如，硅相110可具有约1414℃至约1760℃(例如，约1414℃至约1485℃)的熔融温度。在特定实施例中，硅相110可由在1415℃、1425℃、1450℃、1475℃和/或1500℃的粘结涂层温度下熔融的硅材料形成。
在特定实施例中，例如，硅相110可包括按重量计约50％或更多的金属硅，例如按重量计约75％至100％的金属硅。纯金属硅具有约1414℃的熔点。
在某些实施例中，熔点为约1500℃或更低(例如，约1400℃至约1500℃)的硅化物也可在硅相110中。确定特定硅化物的熔点可使用Si相图容易地实现。特别合适的硅化物可包括稀土和硅，以便与耐火材料和/或EBC材料相容。例如，在一个特定实施例中，熔点为约1500℃或更低的硅化物可包括Si1-xYx，其中x大于0至约0.25。
在特定实施例中，耐火相112由耐火材料形成，所述耐火材料设置在3维网络中并且具有大于硅相110的熔融温度。在特定实施例中，耐火相的耐火材料112具有约1500℃或更高(例如，约1550℃至约2760℃，其约为氧化铪的熔点)的熔融温度。
耐火材料与硅相110的硅材料(例如，金属硅)不反应。耐火材料可包括任何合适的耐火材料，包括但不限于稀土硅酸盐(例如稀土二硅酸盐、稀土单硅酸盐或其混合物)、稀土氧化镓、氧化铪、氧化钽、氧化铌、熔点为约1500℃或更高的硅化物(例如Mo5Si3、MoSi2、ReSi2、ReSi、WSi2、W5Si3、CrSi2、稀土硅化物或其混合物)、氧化硅或其混合物。在特定实施例中，耐火材料可掺杂有硼、镓、铝或另一种掺杂剂。此类掺杂剂可控制涂层体系102的性质。例如，硼掺杂剂的包括可通过提高结晶温度而不极大加速TGO的增长速度，来抑制且防止硅基粘结涂层上的热生长氧化物(“TGO”)的结晶。即，在硅基粘结涂层中引入硼(B)使TGO(即SiO)保持在非晶相中。相应地，可增加硅基粘结涂层(以及因此TGO和EBC涂层)的操作温度。另外，硼掺杂的耐火化合物具有与氧化硅的有限反应和/或在氧化硅内的有限溶解度，这可限制氧化物垢生长的速率。在一个实施例中，硅相110和耐火相的材料彼此相容。例如，硅相110的硅材料可与耐火材料良好润湿(例如当耐火材料包括稀土硅酸盐或硅化物时)。
一般地，硅基粘结涂层104相对较薄。硅基粘结涂层104可具有约25微米(μm)至约275μm，例如约25μm至约150μm(例如约25μm至约100)的厚度。
图2显示了热生长氧化物(“TGO”)层105，其可在部件100暴露于氧期间(例如，在制造和/或使用期间)，在硅基粘结涂层104的表面上形成，例如氧化硅层(有时称为“氧化硅垢”或“二氧化硅垢”)。
参考图1和2，基材102可由陶瓷基质复合物(“CMC”)材料形成，例如硅基非氧化物陶瓷基质复合物。如本文使用的，“CMC”指含硅、或氧化物-氧化物、基质和增强材料。如本文使用的，“单片陶瓷”指没有纤维增强的材料(例如，仅具有基质材料)。在本说明书中，CMC和单片陶瓷统称为“陶瓷”。
对于本文使用可接受的CMC的一些例子可包括但不限于具有基质的材料和包含非氧化硅基材料的增强纤维，其中所述非氧化硅基材料可为例如碳化硅、氮化硅、碳氧化硅、氮氧化硅及其混合物。CMC的实例包括(但不限于)：具有碳化硅基质和碳化硅纤维的CMC；具有氮化硅基质和碳化硅纤维的CMC；以及具有碳化硅/氮化硅基质混合物和碳化硅纤维的CMC。此外，CMC可具有由氧化物陶瓷组成的基质和增强纤维。具体地，氧化物-氧化物CMC可由包括例如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、铝硅酸盐和其混合物的氧化物基材料的基质和增强纤维组成。铝硅酸盐可包括结晶材料例如莫来石(3Al2O32SiO2)以及玻璃状铝硅酸盐。
如上所述，与仅使用硅粘结涂层(不含耐火相)的情况相比，所述硅基粘结涂层104可与EBC 108结合使用，以形成操作温度增加了的经涂布的部件100。EBC 108可包括由选自典型EBC或热屏障涂层(“TBC”)层化学物质形成的一个或多个层的任何组合，包括但不限于稀土硅酸盐(例如单硅酸盐和二硅酸盐)、硅铝酸盐(例如莫来石、铝硅酸锶钡(BSAS)、稀土铝硅酸盐等)、氧化铪、氧化锆、稳定氧化铪、稳定氧化锆、稀土铪酸盐、稀土锆酸盐、稀土氧化镓等。
EBC 108可由多个单层114形成。在所示的实施例中，EBC 108包括直接位于硅基粘结涂层104上的密封层116，以便在熔融时在硅基粘结涂层104内包覆硅相。然而，在其它实施例中，密封层116可位于EBC 108内的其它地方。
经涂布的部件100特别适合用作在高温环境中使用的部件，例如存在于燃气涡轮发动机中的部件，例如燃烧器部件、涡轮叶片、护罩、喷嘴、隔热罩和轮叶。特别地，涡轮部件可为位于燃气涡轮机的热气体流动路径内的CMC部件，使得涂层体系106形成用于下面的基材102的环境屏障，以在暴露于热气体流动路径时保护燃气涡轮机内的部件100。
图5是根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更特别地，对于图5的实施例，燃气涡轮发动机是高旁路涡轮风扇喷气式发动机(high-bypass turbofan jet engine)10，在本文中称为“涡轮风扇发动机10”。如图5中所示，涡轮风扇发动机10限定了轴向A(平行于提供用于参考的纵向中心线12延伸)和径向R。一般而言，涡轮风扇10包括风扇部段14和设置在风扇部段14下游的核心涡轮发动机16。尽管下文参考涡轮风扇发动机10进行描述，但本公开内容适用于一般而言的涡轮机械，包括涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机，包括工业和船用燃气涡轮发动机和辅助动力单元。
所描绘的示例性核心涡轮发动机16通常包括限定了环形入口20的大体上为管状的外壳体18。外壳体18包覆了具有串联流关系的：压缩机部段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧部段26；涡轮部段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴部段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。
对于所描绘的实施例，风扇部段14包括可变桨距风扇38，所述可变桨距风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40大体上沿着径向R从盘42向外延伸。每个风扇叶片40能够围绕桨距轴线P相对于盘42旋转，原因是风扇叶片40可操作地联接到合适的致动构件44，所述致动构件44被构造成联合地共同改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和致动构件44可通过LP轴36跨越任选的动力齿轮箱46围绕纵向轴线12一起旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，以用于将LP轴36的旋转速度逐步降低到更高效的旋转风扇速度。
仍参考图5的示例性实施例，盘42由可旋转的前部机舱48覆盖，所述前部机舱48具有空气动力学轮廓以促使空气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇部段14包括环形风扇壳体或外部机舱50，其沿圆周包围风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应了解，机舱50可被构造成相对于核心涡轮发动机16由多个沿圆周隔开的出口导叶52支撑。此外，机舱50的下游部段54可在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过机舱50的相关联入口60和/或风扇部段14进入涡扇10。当所述体积的空气58横穿风扇叶片40时，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或传送到旁通气流通道56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或传送到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为旁路比。在空气的第二部分64被导引通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧部段26时，空气的第二部分64的压力接着增加，在燃烧部段26处，空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导引通过HP涡轮28，在HP涡轮28处经由连接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和连接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因此使HP轴或转轴34旋转，进而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着被导引通过LP涡轮30，在LP涡轮30处经由连接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和连接到LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和动能的第二部分，因此使LP轴或转轴36旋转，进而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导引通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴部段32以提供推进力。同时，当空气的第一部分62在从涡扇10的风扇喷嘴排气部段76排出之前被导引通过旁路气流通道56时，空气的第一部分62的压力显著增大，从而也提供推进力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴部段32至少部分地限定了热气体路径78，以用于将燃烧气体66导引通过核心涡轮发动机16。
本发明一般还提供用于涂布陶瓷部件的方法。例如，图6显示了在基材的表面上形成涂层体系的示例性方法600的图解。在602中，在基材的表面上形成硅基粘结涂层，该硅基粘结涂层包括包含在耐火相内的硅相，例如如上文关于硅基粘结涂层104所描述的。
在一个实施例中，使用多孔牺牲材料如泡沫或海绵形成硅基粘结涂层。如上所述的耐火材料的浆料可渗透到多孔牺牲材料的孔内(例如，使用含有耐火材料和任选的烧结剂的浆料)。在渗透之前或渗透之后，可将多孔牺牲材料放置在基材的表面上(例如，直接放置在图1和2中所示的基材102的表面103上)。此后，可加热所述用耐火材料的浆料渗透的多孔牺牲材料，以(1)烧尽多孔牺牲材料(例如，约400℃至约750℃下)和(2)将耐火材料凝固为在其中限定了孔的耐火相(例如，在约1000℃至约1500℃下)。最后，硅材料(例如，金属硅)可渗透到耐火相内限定的孔内，以在基材的表面上形成硅基粘结涂层。例如，经由使用金属硅的熔融渗透工艺和/或使用金属硅的化学气相渗透，硅材料可渗透到耐火相的孔内。
在一个替代实施例中，硅相材料(例如，金属硅)和耐火材料的浆料可以按所需比率混合在一起，然后施加到待涂布的表面上。然后，在烧结所施加的浆料时，可形成混合层。在特定实施例中，可在让其中硅相材料熔融的温度下(例如，在约1415℃或更高，例如约1415℃至约1700℃下)执行烧结，以确保硅相材料和耐火材料的混合。
在604中，在硅基粘结涂层上形成环境屏障涂层(EBC)。如上所述，当熔融时，硅相被包含在基材的表面和环境屏障涂层的内表面之间的耐火相内。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它示例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (18)

1.一种经涂布的部件，所述经涂布的部件包括：
具有表面的基材，其中所述基材包含陶瓷基质复合物；
在所述基材的表面上的硅基粘结涂层，其中所述硅基粘结涂层包括被包含在耐火相中的硅相，所述耐火相包含熔点大于所述硅相的熔点的材料；和
在所述硅基粘结涂层上的环境屏障涂层，其中所述经涂布的部件被构造成在使用中使得所述硅相熔融，并且熔融的所述硅相被包含在所述耐火相内、且在所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面之间；
其中所述耐火相形成3维网络，所述3维网络跨越所述硅基粘结涂层的厚度，并且粘结到所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面。
2.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述硅相包含金属硅、熔点为1500℃或更低的硅化物、或其混合物。
3.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述硅相包含按重量计50%至100%的金属硅。
4.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述硅相在1400℃或更高的温度下熔融。
5.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述硅相在1450℃的温度下熔融。
6.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述硅相和所述耐火相形成交错的连续相。
7.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述耐火相是连续相，并且所述硅相在所述耐火相内形成多个离散的颗粒相。
8.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述耐火相包含熔点为1500℃或更高的材料。
9.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述耐火相包含稀土硅酸盐、稀土氧化镓、氧化铪、氧化钽、氧化铌、熔点为1500℃或更高的硅化物、氧化硅或其混合物。
10.根据权利要求9所述的经涂布的部件，其中所述耐火相掺杂有硼、镓、铝或其混合物。
11.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述硅基粘结涂层包括按体积计25%至75%的硅相和按体积计25%至75%的耐火相。
12.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述环境屏障涂层包括多个层，其中所述环境屏障涂层的至少一个层包括密封层，并且所述密封层与所述硅基粘结涂层相邻，使得所述密封层限定所述环境屏障涂层的内表面。
13.根据权利要求1所述的经涂布的部件，其中所述基材包含陶瓷基质复合物（CMC），所述陶瓷基质复合物包含碳化硅、氮化硅或其组合，并且所述基材包括多个CMC层。
14.一种涡轮部件，所述涡轮部件包括：
包含陶瓷基质复合物的基材，其中所述基材具有表面；
在所述基材的表面上的硅基粘结涂层，其中所述硅基粘结涂层包括被包含在耐火相中的硅相，所述耐火相包含熔点大于所述硅相的熔点的材料；和
在所述硅基粘结涂层上的环境屏障涂层；
其中所述涡轮部件被构造成在使用中使得所述硅相熔融，并且熔融的所述硅相被包含在所述耐火相内、且在所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面之间；
其中所述耐火相形成3维网络，所述3维网络跨越所述硅基粘结涂层的厚度，并且粘结到所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面。
15.一种形成经涂布的部件的方法，所述方法包括：
在基材的表面上形成硅基粘结涂层，其中所述基材包含陶瓷基质复合物，所述硅基粘结涂层包括被包含在耐火相中的硅相，所述耐火相包含熔点大于所述硅相的熔点的材料；和
在所述硅基粘结涂层上形成环境屏障涂层；
其中所述经涂布的部件被构造成在使用中使得所述硅相熔融，并且熔融的所述硅相被包含在所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面之间的耐火相内；
其中所述耐火相形成3维网络，所述3维网络跨越所述硅基粘结涂层的厚度，并且粘结到所述基材的表面和所述环境屏障涂层的内表面。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述基材的表面上形成所述硅基粘结涂层包括：
用耐火材料的浆料渗透多孔牺牲材料；
将所述多孔牺牲材料施加到所述基材的表面上；
此后，加热所述用耐火材料的浆料渗透的所述多孔牺牲材料，以烧尽所述多孔牺牲材料，并且将所述耐火材料凝固为在其中限定有孔的耐火相；和
将硅渗透到所述耐火相内限定的孔内，以在所述基材的表面上形成所述硅基粘结涂层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述多孔牺牲材料是海绵或泡沫，使得所述耐火相是所述硅基粘结涂层内的连续相。
18.根据权利要求15所述的方法，其中在所述基材的表面上形成所述硅基粘结涂层包括：
将耐火材料和金属硅粉末的混合物施加到所述基材的表面上；
将所述混合物加热到一定温度，使得所述耐火材料凝固为所述耐火相，并且所述金属硅熔融以填充所述耐火相内的孔；和
冷却所述混合物，使得所述金属硅在所述耐火相内限定的孔内形成硅相，以在所述基材的表面上形成所述硅基粘结涂层。
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