CN109952281B - 含硼的硅基材料 - Google Patents

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Abstract

提供一种陶瓷组件，其包括包含含硅材料的硅基层(例如，硅金属和/或硅化物)和掺杂硼的耐火化合物，例如，按体积计约0.001％至约85％的掺杂硼的耐火化合物(例如，按体积计约1％至约60％的掺杂硼的耐火化合物)。还提供一种涂覆的组件，其包括：限定表面的CMC组件；直接在CMC组件表面上的粘合涂层，粘合涂层包括含硅材料和掺杂硼的耐火化合物(例如，约0.1％至约25％的掺杂硼的耐火化合物)；粘合涂层上的热生长氧化物层；以及热生长氧化物层上的环境障涂层。

Description

含硼的硅基材料
技术领域
本发明总体涉及在硅组合物中包含硼(B)化合物。在特定实施方案中，一般性地提供包含含硼化合物的硅基涂层(例如，硅粘合涂层)用于陶瓷组件的环境障涂层。
背景技术
为了提高燃气涡轮发动机的效率，不断寻求更高的燃气涡轮发动机工作温度。然而，随着工作温度的增加，发动机部件的高温耐久性必须相应地增加。通过形成铁、镍和钴基超合金，已经实现了高温性能的显著进步。尽管如此，由于许多热气路径部件由超合金构成，热障涂层(TBC)可用于使部件绝缘，并且可以在承载合金与涂层表面之间维持明显的温差，因此限制了结构部件的热暴露。
虽然已经发现超合金被广泛用于在燃气涡轮发动机整体中使用的部件，特别是在高温部分中使用的部件，但已经提出了替代的轻质基底材料，例如陶瓷基质复合物(CMC)材料。CMC和单片陶瓷组件可涂覆环境障涂层(EBC)，以保护它们免受高温发动机部分恶劣环境的影响。EBC可以在热燃烧环境中提供致密的气密密封以抵抗腐蚀性气体。
碳化硅和氮化硅陶瓷在干燥的高温环境中会氧化。这种氧化在材料表面上产生钝化的硅氧化皮。在含有水蒸气的潮湿的高温环境中，例如，涡轮发动机，由于形成钝化的硅氧化皮以及随后的氧化硅到气态氢氧化硅的转化而发生氧化和凹陷(recession)。为了防止在潮湿的高温环境中的凹陷，将环境障涂层(EBC)沉积在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。这些材料杜绝(seal out)水蒸气，防止水蒸气到达碳化硅或氮化硅表面上的硅氧化皮，从而防止凹陷。然而，这种材料不能防止氧渗透，这导致下面的基底的氧化。基底的氧化产生钝化的硅氧化皮，伴随碳氧化物或氮氧化物气体的释放。碳氧化物(即CO、CO2)或氮氧化物(即NO、NO2等)气体不能通过致密的EBC逸出，因此起泡。迄今为止，使用硅粘合涂层是这种起泡问题的解决方案。硅粘合涂层提供了氧化时(在EBC下方形成钝化的氧化硅层)不释放气态副产物的层。
然而，硅粘合涂层的存在限制了EBC的工作温度的上限，因为硅金属的熔点相对较低。在使用中，在多层EBC系统的硅金属粘合涂层的顶面上形成氧化硅的热生长氧化物(TGO)层。该硅氧化皮在1200℃以下的温度下保持非晶态，有时甚至在1315℃以下的温度下保持非晶态，尽管该性质还取决于粘合涂层暴露在该温度下的时间。在较高温度下，或当少量蒸汽渗透EBC到达粘合涂层时，硅氧化皮结晶(例如，成为方石英)，其经历相变，伴随着冷却时的大量体积变化。体积变化导致EBC涂层剥落。
因此，希望改善EBC中硅粘合涂层的性质，以实现更高的EBC的工作温度极限。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过实施本发明来掌握。
一般性地提供一种陶瓷组件，其包括包含含硅材料的硅基层(例如，硅金属和/或硅化物)和掺杂硼的耐火化合物，例如，按体积计约0.001％至约85％的掺杂硼的耐火化合物(例如，按体积计约1％至约60％的掺杂硼的耐火化合物)。
还一般性地提供涂覆的组件，其包括：定义表面的CMC组件；直接在CMC组件表面上的粘合涂层，粘合涂层包括含硅材料和掺杂硼的耐火化合物(例如，约0.1％至约25％的掺杂硼的耐火化合物)；粘合涂层上的热生长氧化物层；以及热生长氧化物层上的环境障涂层。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中结合附图对本领域普通技术人员就包括最佳实施方式在内的本发明作了充分且可实施的公开，其中：
图1是包括硅基层的示例性陶瓷组件的横截面侧视图；
图2是图1的在硅基层上包括热生长氧化物层的示例性陶瓷组件的横截面侧视图；
图3是包括硅基层的另一示例性陶瓷组件的横截面侧视图；
图4是图3的在硅基层上包括热生长氧化物层的示例性陶瓷组件的横截面侧视图；以及
图5是根据本主题的各种实施方式的示例性燃气涡轮发动机的示意性剖视图。
在本说明书和附图中重复使用的参考字符旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施方式，其中一个或多个实施例在附图中示出。提供每个实施例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施方式一起使用，以产生又一个实施方式。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个组件与另一个组件区分开，并且不旨在表示各个组件的位置或重要性。
在本公开中使用它们的常见化学缩写来讨论化学元素，例如通常在元素周期表中找到的化学缩写。例如，氢以其常用的化学缩写H表示；氦以其常用的化学缩写He表示；等等。如本文所用，“Ln”是指稀土元素或稀土元素的混合物。更具体地，“Ln”是指稀土元素：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)，或它们的混合物。
如本文所用，术语“基本上不含”是指不超过微不足道的痕量存在，并且包括完全不含(例如，0摩尔％至0.01摩尔％)。
在本公开中，当一层被描述为在另一层或基底的“上”或“上方”时，应理解，除非有明确相反表示，这些层可以彼此直接接触或者在层之间具有另一层或特征。因此，这些术语仅仅描述了层彼此的相对位置，并不一定意味着“在...之上”，因为上方或下方的相对位置取决于装置相对于观察者的方向。
总体上提供一种组合物，其包括含硅材料(例如，硅金属)和掺杂硼的耐火化合物。通常，该组合物包含按体积计约0.001％至约85％(例如，按体积计约1％至约60％)的掺杂硼的耐火化合物。
在一个实施方案中，含硅材料和掺杂硼的耐火化合物是彼此交错(intertwined)的连续相。例如，含硅材料和掺杂硼的耐火化合物是交错的连续相，其具有按体积计约0.001％至约85％的掺杂硼的耐火化合物，例如，按体积计约1％至约60％(例如，按体积计约40％至约60％的掺杂硼的耐火化合物)。例如，该组合物可包括按体积计约15％至约85％的掺杂硼的耐火化合物相，余量为含硅化合物。
在另一个实施方案中，掺杂硼的耐火化合物形成分散在含硅材料内的多个离散相(例如，在含硅材料的连续相内)。在这样的实施方案中，该组合物包含按体积计约0.001％至约40％的掺杂硼的耐火化合物，例如按体积计约1％至约25％(例如，按体积计约1％至约10％的掺杂硼的耐火化合物)。
在特定的实施方案中，掺杂硼的耐火化合物是金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物的形式。例如，掺杂硼的耐火化合物可以是掺杂有氧化硼(B2O3)的金属氧化物，例如掺杂有约0.1摩尔％至约10摩尔％的B2O3的金属氧化物。在某些实施方案中，金属氧化物是氧化锆(ZrO2)、氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钽(例如，Ta2O5、TaO2或它们的混合物)、氧化铌(例如，NbO、NbO2、Nb2O5或它们的混合物)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、稀土氧化物、氧化镍或它们的混合物。
在一个具体实施方案中，掺杂硼的耐火化合物是稀土金属氧化物，其中硼在耐火化合物的至少一个位置取代。
例如，掺杂硼的耐火化合物可包括具有下式的化合物：
Ln2-xBxO3
其中Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；x为0至约1(例如，x至多约0.25，例如约0.001至约0.1)。
例如，掺杂硼的耐火化合物可包括具有下式的化合物：
Ln2-xBxSi2O5
其中Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；x为0至约1(例如，x至多约0.25，例如约0.001至约0.1)。
例如，掺杂硼的耐火化合物可包括具有下式的化合物：
Ln2-xBxSi2O7
其中Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；x为0至约1(例如，x至多约0.25，例如约0.001至约0.1)。
例如，掺杂硼的耐火化合物可包括具有下式的化合物：
Ln3-xBxM5-yByO12
其中Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；x为0至约1.5(例如，x至多约0.5，例如约0.01至约0.5)；M包含Ga、In、Al、Fe或它们的组合；y为0至约2.5(例如，y至多约2，例如约0.01至约2，约0.01至约1，或约0.01至约0.05)；并且x+y大于0。在一个实施方式中，x和y都大于0。
在一个实施方案中，x为0且y大于0，这表明硼掺杂到耐火化合物的金属位点上。例如，在一个实施方案中，掺杂硼的耐火化合物可具有下式的化学式：
Ln3M5-yByO12
其中Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；M包括Ga、In、Al、Fe或它们的组合；y为大于0至约2.5(例如，约0.01≤y≤约2)。例如，y可为约0.01至约1，例如约0.01≤y≤约0.5。
在另一个实施方案中，掺杂硼的耐火化合物可包括具有下式的化合物：
Ln4-x-zBxDzM2-n-yAnByO9
其中Ln包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物；x为0至约2(例如，至多约0.5，例如约0.01至约0.5)；D是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物，D不同于Ln(即D是与Ln不同的元素或元素组合)；M包含Ga、Al或它们的组合；A包含Fe、In或它们的组合；n为0至约1；y为0到约1；并且x+y大于0。如果D是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物(即，具有Sm的原子半径或更大)，则z为0至小于4(例如，0<z<4，例如0<z≤约2)。然而，如果D是Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物(即，具有小于Sm的原子半径)，则z为0至约2(例如，0<z<2，例如0<z≤约1)。
在一个实施方案中，x为0且y大于0，这表明硼掺杂到耐火化合物的金属位点上。例如，在一个实施方案中，掺杂硼的耐火化合物可具有下式的化学式：
Ln4-zDzM2-n-yAnByO9
其中Ln包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物；D是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物，D不同于Ln(即D是与Ln不同的元素或元素组合)；M包含Ga、Al或它们的组合；A包含Fe、In或它们的组合；n为0至约1；y为大于0到约1。如果D是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物(即，具有Sm的原子半径或更大)，则z为0至小于4(例如，0<z<4，例如0<z≤约2)。然而，如果D是Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物(即，具有小于Sm的原子半径)，则z为0至约2(例如，0<z<2，例如0<z≤约1)。
在一个特定实施方式中，z也是0。在这样的实施方案中，掺杂硼的耐火化合物可具有下式的化学式：
Ln4M2-n-yAnByO9
其中Ln包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物；M包含Ga、Al或它们的组合；A包含Fe、In或它们的组合；n为0至约1；y为大于0到大约1。
在另一个实施方案中，硼掺杂在任何耐火化合物例如上述的那些(有或没有硼)中的空隙。
例如，含有如上所述的掺杂硼的耐火化合物的组合物可用于硅基涂层。因此，通常提供包含掺杂硼的耐火化合物的硅基涂层，与环境障涂层一起用于陶瓷组件，以及它们的形成方法。在特定实施方案中，通常提供用于环境障涂层(EBC)的硅基粘合涂层用于高温陶瓷组件，以及它们的形成和使用方法。特别地，硅基粘合涂层包括含有掺杂硼的耐火化合物的组分，用于防止EBC中的硅基粘合涂层上的热生长氧化物(“TGO”)结晶，这进而防止了由TGO的这种结晶引起的涂层剥落。也就是说，在硅基粘合涂层中引入硼(B)使TGO(即SiO)保持在非晶相中。因此，可以提高硅基粘合涂层(以及因此TGO和EBC涂层)的工作温度。另外，包含B可以抑制和防止TGO的结晶，而不会大大加速TGO的生长速率。另外，掺杂硼的耐火化合物与氧化硅的反应和/或在氧化硅中的溶解度有限，这会限制氧化皮生长的速率。
图1-4分别示出了由基底102和硅基层104a(图1)、104b(图3)形成的陶瓷组件100的示例性实施方式。硅基层104a、104b中的每个都包括含硅材料和约0.1％至约85％的如上所述的掺杂硼的耐火化合物。
通常，掺杂硼的耐火化合物与硅基层104a的组合物(例如，硅金属)不反应。硅基层104a可以包括分散在整个硅基层104a中的掺杂硼的耐火化合物，例如在硅基层104a中以离散颗粒相的形式或作为连续晶界的形式。
在一个特定实施方式中，基底102由CMC材料(例如，基于硅的非氧化物陶瓷基质复合物)形成。如本文所用，“CMC”是指含硅材料或氧化物-氧化物、基质和增强材料。如本文所用，“单片陶瓷”是指没有纤维增强的材料(例如，仅具有基质材料)。此处，CMC和单片陶瓷统称为“陶瓷”。
可用于本文的CMC的一些实例包括但不限于具有基质和增强纤维的材料，包括非氧化硅基材料，例如碳化硅、氮化硅、碳氧化硅、氮氧化硅，以及它们的混合物。实例包括但不限于具有碳化硅基质和碳化硅纤维的CMC；具有氮化硅基质和碳化硅纤维的CMC；以及具有碳化硅/氮化硅基质混合物和碳化硅纤维的CMC。此外，CMC可具有基质和由氧化物陶瓷组成的增强纤维。具体地，氧化物-氧化物CMC可以由基质和包含氧化物基材料的增强纤维组成，所述氧化物基材料例如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、硅铝酸盐，以及它们的混合物。硅铝酸盐可包括结晶材料，例如莫来石(3Al2O3 2SiO2)，以及玻璃状硅铝酸盐。
在图1的实施方式中，基底102限定了表面103，表面103上形成有涂层106。涂层106包括硅基层104a和环境障涂层108。在一个特定实施方式中，硅基层104a是粘合涂层，其中含硅材料是硅金属、硅化物(例如，稀土硅化物，如硅化钼或硅化铼，或它们的混合物)或它们的混合物。在一个实施方案中，通常提供包含硅金属和掺杂硼的耐火化合物(例如，以上述相对含量存在)的组合物。在一个替代实施方案中，通常提供一种组合物，其包含硅化物(例如，稀土硅化物、硅化钼、硅化铼或它们的混合物)和掺杂硼的耐火化合物(例如，以上述相对含量存在(例如，按体积计约0.01％至约85％))。
在使用过程中，在粘合涂层的表面上会形成热生长氧化物(“TGO”)层。例如，在硅金属和/或硅化物的粘合涂层上形成氧化硅层(有时称为“硅氧化皮”或“二氧化硅皮”)。参见图2，热生长氧化物层105(例如，氧化硅)会在其随着组件100暴露于氧的过程中(例如，制造和/或使用过程中)形成而直接出现在硅基层104a(例如，含有含硅材料(硅金属和/或硅化物)的粘合涂层)上。。由于在硅基层104a内的掺杂硼的耐火化合物中存在硼，热生长氧化物层105在其工作温度下基本上保持非晶态，其中“工作温度”指的是热生长氧化物层105的温度。例如，对于硅金属粘合涂层，TGO层可以在约1415℃以下(例如，约1200℃至约1410℃)的工作温度下保持非晶态，其略低于硅基粘合涂层的熔点(Si金属的熔点约为1414℃)。在另一个例子中，对于硅化物粘合涂层，TGO层可以在约1485℃以下(例如，约1200℃至约1480℃)的工作温度下保持非晶态，其略低于CMC的最高使用温度。不希望受任何特定理论的束缚，据认为，硅基层104a中的硼迁移到热生长氧化物层105中并且抑制热生长氧化物层(例如，氧化硅)的结晶，否则的话热生长氧化物层(例如，氧化硅)在这些温度下将发生结晶。
在图1和2中所示的实施方式中，硅基层104a直接在表面103上，其间没有任何层。然而，在其他实施方式中，硅基层104a和表面103之间可以有一层以上。
图3示出了陶瓷组件100的另一个实施方式，该陶瓷组件100具有基底102，其中基底102具有外层104b，所述外层104b限定基底102的表面103。也就是说，外层104b与基底102构成整体。在该实施方式中，外层104b是硅基层，并且涂层106在表面105上。涂层106可包括环境障涂层108和/或其他层(例如，粘合涂层等)。在一个实施方式中，外层104b可以是含硅的单片陶瓷层。例如，外层104b可包括碳化硅。在一个实施方式中，基底102可以包括在形成基底的剩余部分的多个CMC层上的外层104b(例如，包含碳化硅作为单片陶瓷层)。
图4示出了直接在硅基层104b(例如，含有含硅材料(硅金属)的粘合涂层)上的热生长氧化物层105(例如，氧化硅)，其在组件100暴露于氧气期间(例如，在制造和/或使用期间)形成。由于在硅基层104b内存在硼，热生长氧化物层105在热生长氧化物层105的工作温度下基本上保持非晶态。不希望受任何特定理论的束缚，据认为，硅基层104b中的硼迁移到热生长氧化物层105中并且抑制热生长氧化物层(例如，氧化硅)的结晶，否则的话热生长氧化物层(例如，氧化硅)在这些温度下将发生结晶。
如上所述，无论陶瓷组件100中硅基层104的特定位置如何，掺杂硼的耐火化合物都包括在硅基层104a、104b内。
图1-4的环境障涂层108可包括由选自典型EBC或TBC层化学物质的材料形成的一层或多层的任何组合，典型EBC或TBC层化学物质包括但不限于稀土硅酸盐(单硅酸盐和二硅酸盐)、莫来石、钡锶铝硅酸盐(BSAS)、氧化铪、氧化锆、稳定的氧化铪、稳定氧化锆、稀土铪酸盐、稀土锆酸盐、稀土镓酸盐等。
图1-4的陶瓷组件100特别适合用作在高温环境中发现的部件，例如存在于燃气涡轮发动机中的那些部件，例如燃烧器部件，涡轮叶片(turbine blades)，护罩，喷嘴，隔热罩和叶片(vanes)。特别地，涡轮机部件可以是位于燃气涡轮机的热气体流动路径内的CMC部件，使得涂层在部件上形成环境障涂层，以在暴露于热气体流动路径时保护燃气涡轮机内的部件。
图5是根据本公开的示例性实施方式的燃气涡轮发动机的示意性剖视图。更具体地，对于图5的实施方式，燃气涡轮发动机是高旁路涡扇喷气发动机10(a high-bypassturbofan jet engine)，在此称为“涡扇发动机10”。如图5所示，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于为参考提供的纵向中心线12延伸)和径向方向R。通常，涡扇10包括风扇部分14和设置在风扇部分14的下游的核心涡轮发动机16。尽管下面参考涡扇发动机10进行描述，但是本公开适用于一般涡轮机，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。
所描述的示例性核心涡轮发动机16通常包括基本上管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18以连续流关系包围压缩机部分，该压缩机部分包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧部分26；涡轮部分，包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴部分32。高压(HP)轴或线轴(spool)34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。
对于所示的实施方式，风扇部分14包括可变节距风扇38，所述可变节距风扇38具有以间隔开的方式连接到盘42的多个风扇叶片40。如所示地，风扇叶片40总体上沿径向方向R从盘42向外延伸。每个风扇叶片40借助于风扇叶片40可操作地连接到合适的致动构件44而相对于盘42绕俯仰轴P可旋转，所述致动构件44构造成一致地共同改变风扇叶片40的间距。风扇叶片40、盘42和致动构件44一起可通过LP轴36在可选的动力齿轮箱46上绕纵向轴线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于将LP轴36的旋转速度降低到更有效的风扇旋转速度。
仍然参考图5的示例性实施方式，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，该前机舱48具有空气动力学的轮廓以促进通过多个风扇叶片40的气流。另外，示例性风扇部分14包括环形风扇壳体或外机舱50，壳体或外机舱50周向地围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应理解，机舱50可以构造成通过多个周向间隔开的出口导向叶片52而相对于核心涡轮发动机16支撑。此外，机舱50的下游部分54可以在核心涡轮发动机16的外部上延伸，以在其间限定旁路气流通道56。
在涡扇发动机10运行期间，一定体积的空气58通过机舱50和/或风扇部分14的相关入口60进入涡扇10。当该体积的空气58通过风扇叶片40时，空气58的第一部分如箭头62所示被引导或导向到旁路气流通道56中，并且空气58的第二部分如箭头64所示被引导或导向到LP压缩机22中。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比率通常称为涵道比(abypass ratio)。然后，第二部分空气64的压力在其通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧部分26时增加，第二部分空气64在燃烧部分26中与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导向通过HP涡轮机28，其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能通过顺序级(sequential stages)的HP涡轮定子叶片68提取，所述HP涡轮定子叶片68连接到外壳18和HP涡轮转子叶片70，所述HP涡轮转子叶片70连接到HP轴或线轴34，从而使HP轴或线轴34旋转，从而支持HP压缩机24的运行。燃烧气体66接着被导向通过LP涡轮机30，其中通过顺序级的LP涡轮定子叶片72来提取燃烧气体66的第二部分热能和动能，所述LP涡轮定子叶片72连接到外壳18和LP涡轮转子叶片74，所述LP涡轮转子叶片74连接到LP轴或线轴36，从而使LP轴或线轴36旋转，从而支持LP压缩机22的运行和/或风扇38的旋转。
随后，燃烧气体66被导向通过核心涡轮发动机16的喷射排气喷嘴部分32，以提供推进推力。同时，在第一部分空气62从涡扇10的风扇喷嘴排气部分76排出之前，在第一部分空气62被导向通过旁路气流通道56时，第一部分空气62的压力实质上增加，也提供了推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴部分32至少部分地限定用于将燃烧气体66引导通过核心涡轮发动机16的热气路径78。
还一般性地提供用于涂覆陶瓷组件的方法。在一个实施方案中，该方法包括将粘合涂层直接施加在陶瓷组件的表面上，其中粘合涂层包含含硅材料(例如，硅金属和/或硅化物)和掺杂硼的耐火化合物，例如如上所述。
本说明书使用实施例来公开本发明，包括其最佳实施方式，并且还旨在使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用装置或系统，以及实施其中所包含的方法。本发明的由专利保护的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员会想到的其他实施例。如果这些其他实施例包含与权利要求的文字表述没有区别的结构要素，或者包含与权利要求的文字表述无实质差别的等效的结构要素，则这些其他实施例应认为是在权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种陶瓷组件，包括：硅基层，所述硅基层包含含硅材料和掺杂硼的耐火化合物；
所述掺杂硼的耐火化合物按体积计占硅基层的0.001％至85％；
所述掺杂硼的耐火化合物包含掺杂有0.1摩尔％至10摩尔％的B2O3的金属氧化物，所述金属氧化物包括氧化锆、氧化铪、氧化铝、氧化钽、氧化铌、氧化镓、氧化铟、氧化镍，或它们的混合物；或者
所述掺杂硼的耐火化合物包括：
（a）具有下式的化合物：
Ln2-xBxO3
式中，
Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；
x为大于0至1；或
（b）具有下式的化合物：
Ln2-xBxSi2O5
式中，
Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；
x为大于0至1；或
（c）具有下式的化合物：
Ln2-xBxSi2O7
式中，
Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；
x为大于0至1；或
（d）具有下式的化合物：
Ln3-xBxM5-yByO12
式中，
Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；
x为0至1.5；
M包括Ga、In、Al、Fe或它们的组合；
y为0至2.5；
x + y大于0；或
（e）具有下式的化合物：
Ln4-x-zBxDzM2-n-yAnByO9
式中，
Ln包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物；
x为0至2；
D是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物，且
D不同于Ln；
如果D是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物，则z为0至小于4；
如果D是Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物，则z为0至2；
M包括Ga、Al或它们的组合；
A包括Fe、In或它们的组合；
n为0至1；
y为0至1；
x + y大于0。
2.根据权利要求1所述的陶瓷组件，其中，所述掺杂硼的耐火化合物按体积计占硅基层的1％至60％。
3.根据权利要求1所述的陶瓷组件，其中，所述含硅材料是硅金属。
4.根据权利要求3所述的陶瓷组件，其中，热生长氧化物在硅基层上，且热生长氧化物层在1415℃以下的工作温度处保持非晶态。
5.根据权利要求1所述的陶瓷组件，其中，所述含硅材料包括硅化物。
6.根据权利要求5所述的陶瓷组件，其中，热生长氧化物在硅基层上，且热生长氧化物层在1485℃以下的工作温度处保持非晶态。
7.根据权利要求1所述的陶瓷组件，其中，所述陶瓷组件包括：
基底，其中，所述硅基层是定义基底表面的外层；和
基底表面上的环境障涂层。
8.根据权利要求7所述的陶瓷组件，其中，所述基底包括在多个CMC层上的外层，所述外层包含碳化硅。
9.根据权利要求1所述的陶瓷组件，其中，所述掺杂硼的耐火化合物和含硅材料形成交错的连续相。
10.根据权利要求1所述的陶瓷组件，其中，所述掺杂硼的耐火化合物在所述含硅材料内形成离散的颗粒相。
11.一种涂覆的组件，包括：
定义表面的CMC组件；
直接在CMC组件表面上的粘合涂层，所述粘合涂层包含含硅材料和掺杂硼的耐火化合物，所述粘合涂层包含按体积计0.1％至25％的所述掺杂硼的耐火化合物；
粘合涂层上的热生长氧化物层；和
热生长氧化物层上的环境障涂层；
其中，所述掺杂硼的耐火化合物包含掺杂有0.1摩尔％至10摩尔％的B2O3的金属氧化物，所述金属氧化物包括氧化锆、氧化铪、氧化铝、氧化钽、氧化铌、氧化镓、氧化铟、氧化镍，或它们的混合物；或者
所述掺杂硼的耐火化合物包括：
（a）具有下式的化合物：
Ln2-xBxO3
式中，
Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；
x为大于0至1；或
（b）具有下式的化合物：
Ln2-xBxSi2O5
式中，
Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；
x为大于0至1；或
（c）具有下式的化合物：
Ln2-xBxSi2O7
式中，
Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；
x为大于0至1；或
（d）具有下式的化合物：
Ln3-xBxM5-yByO12
式中，
Ln包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物；
x为0至1.5；
M包括Ga、In、Al、Fe或它们的组合；
y为0至2.5；
x + y大于0；或
（e）具有下式的化合物：
Ln4-x-zBxDzM2-n-yAnByO9
式中，
Ln包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物；
x为0至2；
D是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物，且
D不同于Ln；
如果D是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或它们的混合物，则z为0至小于4；
如果D是Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的混合物，则z为0至2；
M包括Ga、Al或它们的组合；
A包括Fe、In或它们的组合；
n为0至1；
y为0至1；
x + y大于0。
12.根据权利要求11所述的涂覆的组件，其中，所述含硅材料是硅金属，且热生长氧化物层在1415℃以下的工作温度处保持非晶态。
13.根据权利要求11所述的涂覆的组件，其中，所述含硅材料是硅化物，且热生长氧化物层在1485℃以下的工作温度处保持非晶态，所述硅化物包括硅化钼、硅化铼或它们的混合物。
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