CN115215674A - 陶瓷复合材料的高温界面 - Google Patents

Abstract

本发明题为陶瓷复合材料的高温界面。本发明公开了一种用于高温环境的制品，该制品包括第一陶瓷复合材料基底、第二陶瓷复合材料基底，以及第一陶瓷复合材料基底的第一表面与第二陶瓷复合材料基底的第二表面之间的高温界面。该高温界面包括至少一个高温界面层，该至少一个高温界面层包括陶瓷基体和通过陶瓷基体分布的多个纤维。

Description

陶瓷复合材料的高温界面

技术领域

本公开涉及复合材料的高温涂层和界面。

背景技术

碳-碳(C-C)复合材料可被用于高温应用中。例如，航空航天工业采用C-C复合材料部件作为商用和军用飞行器的摩擦材料，诸如制动器摩擦材料。在高温应用中，C-C复合材料可能易受氧或层离的影响，这可能导致物理机械特性的恶化。

发明内容

本公开描述了用于陶瓷复合材料基底的高温涂层，该高温涂层进行保护以免受在高温下和将基底粘结在一起的陶瓷复合材料基底的高温界面处的氧化，以及用于使用焦耳加热制造其的技术。

在一个示例中，一种方法包括形成制品，该制品包括第一陶瓷复合材料基底、第二陶瓷复合材料基底，以及第一陶瓷复合材料基底与第二陶瓷复合材料基底之间的预烧结陶瓷界面。预烧结陶瓷界面包括多个陶瓷颗粒和多个纤维。方法还包括通过使用焦耳加热将预烧结陶瓷界面的至少一部分加热到陶瓷界面的烧结温度来烧结预烧结陶瓷界面的部分以接合第一基底和第二基底。烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

在另一个示例中，制品包括第一陶瓷复合材料基底、第二陶瓷复合材料基底，以及第一陶瓷复合材料基底的第一表面与第二陶瓷复合材料基底的第二表面之间的高温界面。该高温界面包括至少一个高温界面层，该至少一个高温界面层包括陶瓷基体和通过陶瓷基体分布的多个纤维。

在另一个示例中，用于形成高温陶瓷界面的系统包括封闭室和一个或多个接触电元件。封闭室被构造成容纳制品并且在封闭室中维持惰性或真空气氛。该制品包括第一陶瓷复合材料基底、第二陶瓷复合材料基底，以及第一陶瓷基底与第二陶瓷基底之间的预烧结陶瓷界面。预烧结陶瓷界面包括多个陶瓷颗粒和多个纤维。一个或多个接触电元件被构造成接触制品的一部分，诸如第一和/或第二基底，并且将电流递送到制品以将预烧结陶瓷界面的一部分加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度以烧结预烧结陶瓷界面的该部分。烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

本公开的一个或多个示例的细节在以下附图和说明书中阐述。本公开的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。

附图说明

图1是示出包括根据本公开的技术形成的复合材料制动盘的示例性飞行器制动器组件的示意图，复合材料制动盘包括高温涂层。

图2是根据本公开的技术形成的包括高温涂层的示例性制品的示意性侧视图。

图3是根据本公开的技术形成的包括高温接合部的示例性制品的示意性侧视图。

图4A是示出根据本公开的技术的用于使用接触加热元件来形成高温涂层的示例性系统的概念侧视图。

图4B是示出根据本公开的技术的用于使用接触电元件来形成高温涂层的另一个示例性系统的概念侧视图。

图4C是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件来形成高温涂层的示例性技术的流程图。

图5A是示出根据本公开的技术的用于使用非接触辐射加热元件来形成高温涂层的示例性系统的概念侧视图。

图5B是示出根据本公开的技术的图5A的示例性系统的概念侧视图。

图5C是示出根据本公开的技术的用于使用非接触辐射加热元件来形成高温涂层的示例性技术的流程图。

图6A是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件和负载来形成高温涂层的示例性系统的概念图。

图6B是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件和负载来形成高温涂层的示例性系统的概念图。

图6C是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件和负载来形成高温涂层的示例性技术的流程图。

图7A是示出根据本公开的技术的用于形成高温接合部的示例性系统的概念图。

图7B是示出根据本公开的技术的用于形成高温接合部的示例性技术的流程图。

图8A是在碳化硅/碳化硅(SiC/SiC)复合材料基底上的预烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。

图8B是在SiC/SiC复合材料基底上的部分烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。

图8C是在SiC/SiC复合材料基底上的烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。

图8D是在SiC/SiC复合材料基底上的熔融高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。

图9是在SiC/SiC复合材料基底上的包括SiC纤维的烧结高温陶瓷界面的横截面视图的显微照片。

具体实施方式

本公开描述了用于高温(例如，大于1000摄氏度(℃))和/或超高温(例如，大于1500℃)应用的陶瓷复合材料制品的高温涂层和接合界面。陶瓷复合材料部件可以提供良好的机械特性，并且相对于其他材料(诸如金属合金)具有低质量密度。然而，在高温下，陶瓷复合材料部件可能易受氧化、环境侵蚀和物理机械特性降解的影响。

基于陶瓷的抗氧化剂涂层可以改善在航空航天应用中经历的高温下(诸如飞行器制动器(例如，高达1600℃的温度或甚至更高的温度))对氧化和/或环境侵蚀的抗性。为了形成这些抗氧化剂涂层，可将施加到高温基于陶瓷复合材料的基底的表面，诸如在浆料中，并且在高温下烧结陶瓷颗粒以使陶瓷颗粒在陶瓷颗粒的熔点下熔合。这种高温加热可加热涂层和基底两者，并且对于大部件，可能需要大型炉。

在一些示例中，制品包括陶瓷复合材料基底和基底上的高温涂层。为了在基底上形成高温涂层，可将包括陶瓷颗粒的混合物施加到基底的表面并且预处理以形成预烧结(例如，“绿色”或“棕色”)陶瓷涂层。为了烧结预烧结陶瓷涂层，可将陶瓷颗粒加热到烧结温度并且维持在烧结温度持续一段时间，直到陶瓷颗粒的陶瓷材料跨颗粒迁移以将陶瓷颗粒熔合在一起。用于使陶瓷材料移动的烧结温度可相对较高，并且如果维持在烧结温度持续长时间段，则涂层下面的基底可能被损坏。例如，用于烧结陶瓷涂层的基底和陶瓷涂层的整体加热可在周围气氛达到烧结温度的同时使基底暴露于高温持续长时间段。在一些情况下，整体加热炉甚至可能甚至无法实现烧结超高温陶瓷材料所需的温度或无法容纳大陶瓷复合材料基底。

根据本公开的各种实施例，可使用快速、局部焦耳加热来烧结本文所述的高温涂层。焦耳加热可从流过一个或多个导体的电流中产生传导热或辐射热。与整体加热不同(其可通过将环境维持在整体温度而对涂层进行对流加热)，焦耳加热可定位至预烧结陶瓷涂层的一个或多个部分。这种局部加热可快速烧结相对较薄的陶瓷涂层，诸如在几秒或几分钟内，使得与整体加热方法相比，下面的基底可接收减小的热量。局部热量也可离散地并且在没有大加热环境的情况下施加，使得可使用相对少量的能量将大基底涂覆有高温烧结涂层。另外，此类局部加热可以能够实现非常高的温度(例如，高达2500℃)，该温度可能无法使用常规炉获得。

在一些情况下，可使用一个或多个接触加热元件来烧结本文所述的高温涂层。接触加热元件可接触预烧结陶瓷涂层的一部分并且在接触加热元件中生成焦耳热以传导加热预烧结陶瓷涂层的接触部分。接触加热元件可使用相对少量的能量来快速加热到烧结温度。因此，可仅将表面附近的下面基底的一小部分加热到烧结温度。

在一些情况下，可使用一个或多个接触电元件来烧结本文所述的高温涂层。接触电元件可直接或间接地(例如，通过涂层)接触下面的基底的一部分并且在下面基底中生成焦耳热以加热预烧结陶瓷涂层的部分。来自焦耳加热的基底中的高温可集中在基底的表面附近。因此，基底的其他部分可保持在相对较低的温度。

在一些情况下，可使用一个或多个非接触辐射加热元件来烧结本文所述的高温涂层。非接触辐射加热元件可定位在陶瓷涂层的一部分附近并且生成焦耳热以使用辐射来加热相邻涂层。由非接触辐射加热元件产生的热区可被与非接触辐射加热元件附近的体积相距的距离相对约束。非接触辐射加热元件可包括辐射表面，该辐射表面可不依赖于特定轮廓与辐射表面的轮廓匹配，使得可有效地烧结非平面或难以到达的涂层表面。

在一些情况下，可在被压缩时使用一个或多个接触加热元件来烧结本文所述的高温涂层。接触加热元件可加热预烧结陶瓷涂层并且向预烧结陶瓷涂层施加压力。例如，在加热期间，预烧结陶瓷涂层可经历各向同性收缩，这可导致涂层中的缺陷。作为另一个示例，预烧结陶瓷涂层可为相对多孔的，使得陶瓷颗粒可能不会强烈地与相邻陶瓷颗粒结合。为了抵消这种各向同性收缩和/或进一步使预烧结陶瓷涂层致密，接触加热元件可向预烧结陶瓷涂层施加压力，由此在下面基底中通过减小的温度产生相对极端的温度和压力状况。

在一些示例中，制品包括两个或更多个陶瓷复合材料基底以及两个或更多个基底之间的高温界面。为了在基底之间形成高温界面，可将陶瓷颗粒和纤维的混合物施加到一个或两个基底的表面以形成预烧结(“绿色”或“棕色”)陶瓷界面。为了烧结陶瓷界面，可将陶瓷颗粒加热到烧结温度并且维持在烧结温度持续一段时间，直到陶瓷颗粒的陶瓷材料跨颗粒迁移以将陶瓷颗粒熔合在一起。陶瓷界面可能相对难以使用局部加热方法来加热。然而，用于使陶瓷材料移动的烧结温度可相对较高，并且如果维持在烧结温度持续长时间段，则涂层下面的基底可能被损坏。例如，使用外部热源(诸如整体加热或接触加热源)的对基底和陶瓷界面的加热可在陶瓷界面到达烧结温度的同时将基底暴露于高温持续长时间段。

根据本公开的各种实施例，可使用快速、局部焦耳热(其使用一个或多个接触电元件)来烧结本文所述的高温界面。接触电元件可接触界面或下面基底的一部分并且在界面或下面基底中生成焦耳热以加热预烧结陶瓷涂层的部分。与界面的整体加热(其可加热整个基底以加热基底之间的界面)不同，由下面基底生成并传递的焦耳热可定位至预烧结陶瓷涂层的一个或多个部分。这种局部加热可快速烧结相对较薄的陶瓷涂层，使得与整体加热方法相比，下面的基底可接收减小的热量，因为来自焦耳加热的基底中的高温可集中在基底的表面附近。局部热量也可离散地并且在没有大加热环境的情况下施加，使得可使用相对少量的能量将大基底与高温界面接合。

本文所述的高温涂层和界面可使用局部、廉价的加热过程来形成，该加热过程可在下面部件的减小加热的情况下烧结高温陶瓷。如下文将解释的，这些局部加热过程可用于在各种基底(包括大基底和具有不规则表面的基底)上形成涂层或在其间形成界面。作为一个示例，本文所述的高温抗氧化剂涂层可以用于飞行器制动器中。飞行器制动器可在氧化气氛中经受相对较高的温度，并且可包括粘结在一起的部件或特征。图1是示出包括根据本公开的技术形成的复合材料制动盘的示例性飞行器制动器组件的示意图，复合材料制动盘包括高温涂层。为了便于描述，将主要关于飞行器制动器组件来描述本公开的示例。然而，本公开的制品可用于形成除飞行器制动盘之外的制动器部件。例如，制动器部件可用作其他类型的制动应用和车辆中的摩擦材料。另外，本公开的示例性制品可用于形成包括根据本公开的技术形成的高温界面的部件。例如，复合材料制动盘的两个部分(诸如两个部分磨损的制动盘)可使用高温界面来粘结在一起。在其他示例中，本公开的制品可用于形成用于高超音速或其他高温结构应用的高温接合部或涂层。

在图1的示例中，车轮和制动器组件10包括车轮12、致动器组件14、制动器堆叠16和轴18。车轮12包括轮毂20、车轮支腿凸缘22、胎圈密封件24A和24B、凸耳螺栓26和凸耳螺母28。致动器组件14包括致动器壳体30、致动器壳体螺栓32和柱塞34。制动器堆叠16包括交替的转子制动盘36和定子制动盘38；转子制动盘36被构造成相对于定子制动盘38移动。转子制动盘36通过梁键40安装在车轮12上，并且特别是轮毂20上。定子制动盘38通过键齿44安装到轴18，并且特别是扭矩管42。车轮和制动器组件10可支撑任何种类的私人、商用或军用飞行器或其他类型的车辆。

车轮和制动器组件10包括车轮12，在图1的示例中，车轮12由轮毂20和车轮支腿凸缘22限定。车轮支腿凸缘22可通过凸耳螺栓26和凸耳螺母28机械地附连到轮毂20。车轮12限定胎圈密封件24A和24B。在组装期间，可充气轮胎(未示出)可放置在轮毂20上方并通过车轮支腿凸缘22固定在相对侧上。此后，可将凸耳螺母28紧固在凸耳螺栓26上，并且可充气轮胎可用胎圈密封件24A和24B充气，从而为可充气轮胎提供气密密封。

车轮和制动器组件10可经由扭矩管42和轴18安装到车辆。在图1的示例中，扭矩管42通过多个螺栓46附连到轴18。扭矩管42支撑致动器组件14和定子制动盘38。轴18可安装在起落架(未示出)的撑杆或车辆的其他合适的部件上，以将车轮和制动器组件10连接到该车辆。

在车辆运行期间，可能需要不时地进行制动，诸如在飞行器的着陆和滑行过程期间。车轮和制动器组件10被构造成经由致动器组件14和制动器堆叠16向车辆提供制动功能。致动器组件14包括致动器壳体30和柱塞34。致动器组件14可包括不同类型的致动器，诸如例如电气-机械致动器、液压致动器、气动致动器等中的一者或多者。在操作期间，柱塞34可延伸远离致动器壳体30，以轴向压缩制动器堆叠16抵靠压缩点进行制动。

制动器堆叠16包括交替的转子制动盘36和定子制动盘38。转子制动盘36安装在轮毂20上，以便通过梁键40进行共同旋转。定子制动盘38通过键齿44安装到扭矩管42。在图1的示例中，制动器堆叠16包括四个转子和五个定子。然而，在其他示例中，制动器堆叠16中可包括不同数量的转子和/或定子。

在一些示例中，转子制动盘36和定子制动盘38可分别通过梁键40和键齿44安装在车轮和制动器组件10中。在一些示例中，梁键40可围绕轮毂20的内部部分周向地间隔开。例如，梁键40可成形为具有相对的端部(例如，矩形的相对侧)，并且可具有机械地附连到轮毂20的内部部分的一个端部和机械地附连到轮毂20的外部部分的相对端部。梁键40可与轮毂20一体形成，或者可与轮毂20分离并机械地附连到轮毂，例如，以在转子制动盘36与轮毂20之间提供热障。为此，在不同的示例中，车轮和制动器组件10可包括隔热罩(未示出)，其径向向外延伸并向外围绕制动器堆叠16，例如，以限制在制动器堆叠16与车轮12之间的热转移。

在一些示例中，键齿44可围绕扭矩管42的外部部分周向地间隔开。照此，定子制动盘38可包括沿着制动盘的内径的多个径向向内设置的凸耳槽，该凸耳槽被构造成与键齿44接合。类似地，转子制动盘36可包括沿着制动盘的外径的多个径向向内设置的凸耳槽，该凸耳槽被构造成与梁键40接合。照此转子制动盘36将随着车轮的运动而旋转，而定子制动盘38保持静止，允许相邻的定子制动盘38和转子制动盘36的摩擦表面彼此接合，从而使车轮12的旋转减速。

转子制动盘36和定子制动盘38可提供用于制动飞行器的相对摩擦表面。随着移动的飞机的动能在制动器堆叠16中转换成热能，制动器堆叠16中的温度可能快速升高。照此，形成制动器堆叠16的转子制动盘36和定子制动盘38可包括能够在非常高的温度下操作并阻挡各种氧化物质的涂层。

在一些示例中，如上所述的制品或部件(诸如图1的制动盘36和/或38)可包括高温涂层以保护下面的基底免受氧化，诸如制动盘的非摩擦表面。图2是根据本公开的技术形成的包括高温涂层的示例性制品50的示意性侧视图。制品50包括陶瓷复合材料基底52。基底52可包括陶瓷增强纤维和至少部分地围绕基于陶瓷的增强纤维的陶瓷基体材料。可用于基底52的陶瓷复合材料的示例可包括但不限于碳/碳复合材料、碳/碳化硅复合材料、碳化硅/碳化硅复合材料等。在一些示例中，基底52可由包括陶瓷纤维或陶瓷前体纤维的多孔预成型件形成。可用于产生基底52的多孔预成型件的示例包括但不限于：纤维预成型件诸如织造纤维预成型件、非织造纤维预成型件、短切纤维和粘结剂预成型件、粘结剂处理的无规纤维预成型件、碳纤维预成型件、或陶瓷纤维预成型件；泡沫预成型件；多孔碳主体预成型件；或多孔陶瓷主体预成型件。

在一些示例中，用于产生基底52的多孔预成型件包括多个机械结合层，其可为例如多个纤维层，诸如多个织造或非织造织物层，其连接在一起，例如通过粘结剂(诸如树脂粘结剂)或者经由多个层的针刺结合。在一些示例中，层包括一个或多个丝束层、一个或多个幅材层或它们的组合。丝束层可包括一个或多个纤维丝束。纤维丝束可以任何合适的布置被布置，包括例如线性的、径向的、弦状的等。幅材层可包括幅材纤维，该幅材纤维可包括纤维的相对短的、短切的和缠结的纤维。在其他示例中，多孔预成型件可不包括预定义层，而是可由例如一束经由针刺机械地结合在一起的纤维形成。在其他示例中，可使用前述类型的多孔预成型件中的任一种的组合。

基底52也可包括至少部分地包封陶瓷纤维的基体材料。可使用多种技术中的一种或多种技术将基体材料引入多孔预成型件中，所述多种技术包括例如化学气相沉积/化学蒸气渗透(CVD/CVI)、树脂传递模塑(RTM)、真空/压力渗透(VPI)、高压浸渍/碳化(PIC)等。

在一些示例中，基底52可以是传导的。例如，基底52可包括增强纤维，该增强纤维也可电传导电流并且响应于电流而产生焦耳热。如下文将进一步描述，此焦耳加热可使得基底52能够在相对短的时间段内将上覆涂层(诸如涂层54)加热到高温。在一些示例中，基底52可以是非传导的。例如，基底52可包含陶瓷基体和增强纤维，其不能电传导电流。

基底52可在操作期间经受高温。作为一个示例，碳-碳复合材料制动盘可在制动事件期间经受高达约3,000华氏度(℉)(约1,649℃)的温度。作为另一示例，碳-碳复合材料火箭喷管延伸部可在火箭发动机操作期间经受高达约4,500℉(约2,482℃)的温度。为了保护基底52免于氧化，制品50在基底52的一个或多个表面上包括高温涂层54。例如，高温涂层54可存在于基底52的一个或多个非摩擦或非接触表面上，诸如制动盘的非摩擦表面和/或火箭喷管的非摩擦表面。

高温涂层54在大于约1000℃的温度(诸如大于约2000℃的温度)下可以是稳定的。在该语境中，“稳定”可意指高温涂层54不降解成其组成元素、不与碳反应以及/或者不与其中使用涂层54的环境中存在的其他元素或化合物反应(包括但不限于氧化)。高温涂层54可具有任何合适的厚度。在一些示例中，高温涂层54的厚度可以在约0.0254毫米(mm)与约10mm之间。在一些示例中，高温涂层54的厚度可以对应于制品50的应用或预期服务年限，使得较长服务年限可以对应于较高厚度的高温涂层54。

在一些示例中，高温涂层54可包括在基底52的表面上的底涂层56(例如，直接处于基底52上或通过一个或多个中间层而间接处于基底52上)。底涂层56可包括一个或多个金属碳化物层。在一些示例中，底涂层56可包括以下中的至少一个：碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化锆(ZrC)、它们的组合、或者使用美国专利6,555,173和/或美国专利4,837,073中所述的示例性工艺原则而形成的任何碳化物层，该专利全文整体以引用方式并入本文。

底涂层56可被构造成减少高温涂层54的层离、层裂和/或裂化。底涂层56可能经历高温，这可能加剧由底涂层56与基底52和/或外涂层58的相邻涂层之间的热膨胀系数的差异引起的剪切力。为了将这些力维持相对较低，底涂层56可具有如下热膨胀系数，该热膨胀系数相对类似于基底52、外涂层58或这两者的热膨胀系数。例如，底涂层56可具有在约4份每百万份每摄氏度(ppm/℃)与约4.5ppm/℃之间的范围内的热膨胀系数。在一些示例中，底涂层56可以与基底52、外涂层58或这两者化学相容。例如，底涂层56可以相对于基底52、外涂层58或这两者具有选定的可润湿性。

在一些示例中，底涂层56可被构造成增加高温涂层54与基底52之间的粘附性。例如，底涂层56可以由涉及反应性碳与化学计量过量的金属之间反应的原位工艺形成。过量的金属可以形成金属氧化物，该金属氧化物可以迁移到基底52、底涂层56和/或外涂层58的微裂缝中以提供自我愈合功能。金属氧化物可以更强烈地粘附到外涂层58的陶瓷基体，并且/或者可以至少部分地浸渍到基底52的开放孔中。另外或另选地，底涂层56可具有相对较低的厚度(诸如小于约20微米)和/或一致的厚度(诸如在约10微米内)，其受基底52上存在的反应性碳的量控制。

制品50包括在基底52和/或底涂层56的表面上的外涂层58(例如，直接处于底涂层56上或通过一个或多个中间层而间接处于底涂层56上)。外涂层58可被构造成减少或防止反应性氧化物质在高温下迁移到基底52中。外涂层58包括陶瓷基体。陶瓷基体可包括任何高温耐火陶瓷材料。高温耐火陶瓷材料可包括在高于约1000℃的温度下维持热和化学稳定性的任何陶瓷材料。可以针对各种特性(包括但不限于陶瓷材料的熔点、陶瓷材料的热膨胀系数、陶瓷材料的热导率等)来选择陶瓷基体的组合物。例如，在制品50的操作期间，外涂层58中的陶瓷基体的熔点可以高于在对应外涂层58处遇到的预期温度。

在一些示例中，外涂层58可包括具有相对较低的热膨胀系数(CTE)的陶瓷材料。例如，基底52和/或底涂层56的CTE可相对较低。为了减小基底52和/或底涂层56之间的层间力，外涂层58可具有与基底52和/或底涂层56的CTE相对类似的CTE。在一些示例中，外涂层58可包括具有相对较高操作温度(诸如与基底52相比)的陶瓷材料。具有相对较高操作温度的陶瓷材料可具有相对较高的熔融温度和/或热降解温度，使得制品50可在本来可引起基底52的热降解的其他环境中操作。在一些示例中，外涂层58可包括具有高抗氧化性的陶瓷材料。具有高抗氧化性的陶瓷材料可具有相对较高的密度和/或低孔隙率，使得氧化物质可能较不容易迁移通过外涂层58。

虽然被描述为顶部涂层，但在一些示例中，外涂层58可以是中间层，其中一个或多个附加涂层处于外涂层58上。例如，高温涂层54可包括附加的可磨耗涂层、环境屏障涂层(EBC)、热屏障涂层(TBC)或外涂层58上的其他涂层。作为一个示例，如果基底52包括SiC/SiC基底，则外涂层58可包括复合氧化物以保护基底52，其中外涂层58上的附加涂层提供热保护(例如，更多孔的涂层)。

在一些示例中，外涂层58可包括复合氧化物陶瓷。复合氧化物陶瓷可具有相对较低的热膨胀系数、相对较高的操作温度、高抗氧化性，以及在高温下对蒸汽侵蚀的相对较高抗性。例如，复合氧化物陶瓷可具有小于约10×10^-6/℃的CTE以及大于约1500℃的熔融温度。复合氧化物陶瓷还可包括具有多种不同特性的大类材料，这些特性可通过改变组合物来定制。示例性复合氧化物陶瓷材料可包括但不限于稀土氧化物，诸如耐火金属硅酸盐；稀土单硅酸盐，诸如单硅酸镱或单硅酸钇；稀土二硅酸盐，诸如二硅酸钡、二硅酸铒、二硅酸钪、二硅酸钼、二硅酸镱、二硅酸钇；钛酸铝；莫来石；等。

在一些示例中，外涂层58包括碳化物、硼化物或氮化物陶瓷。碳化物、硼化物或氮化物陶瓷可具有相对较高的操作温度(与复合氧化物陶瓷相比)，可具有相对较低的热膨胀系数和高抗氧化性，并且可具有相对较高的抗氧化性(例如，与碳相比)。例如，碳化物、硼化物和/或氮化物陶瓷可具有小于约10×10^-6/℃的CTE以及大于约2500℃的熔融温度。示例性碳化物、硼化物和氮化物陶瓷材料可包括但不限于碳化铪(HfC)、氮化铪(HfN)、二硼化铪(HfB₂)、碳化钽(TaC)、二硼化钽(TB₂)、氮化钽(TaN)、碳化铌(NbC)、氮化铌(NbN)、二硼化铌(NbB₂)、碳化锆(ZrC)、氮化锆(ZnN)、二硼化锆(ZrB₂)、碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)、二硼化钛(TiB₂)、碳化硅(SiC)、二硼化锆和碳化硅(ZrB₂-20％SiC)、二硼化铪和碳化硅(HfB₂-20％SiC)、碳化钨(WC)、碳化铼(ReC)、碳化钒(VC)、氮化钒(VN)、它们的组合和其他耐火陶瓷材料。

如下文将进一步描述，外涂层58可通过以下方式来形成：将陶瓷混合物作为预烧结陶瓷涂层施加到基底52，以及通过将预烧结陶瓷涂层的部分加热到预烧结陶瓷涂层中的陶瓷颗粒的烧结温度(诸如大于约1000℃)来烧结预烧结陶瓷涂层的至少一部分。这种加热可使用接触或非接触焦耳加热而不是整体加热来局部地执行。在一些情况下，这些局部焦耳加热方法可允许在相对较大的基底52上形成高温陶瓷涂层54，因为此类局部加热方法可能不需要像在整体加热方法中那样在炉中放置和加热。

在一些示例中，如上所述的制品或部件(诸如图1的制动盘36和/或38)可包括高温界面以粘结两个或更多个基底。作为一个示例，相对较大或具有相对较复杂形状的复合材料可被制造为较小和/或较简单的形状并且粘结在一起。作为另一个示例，部分磨损的复合材料(诸如部分磨损的制动盘)可被粘结在一起以再循环和/或重新制造复合材料。图3是根据本公开的技术形成的包括高温界面64的示例性制品60的示意性侧视图。制品60包括第一陶瓷复合材料基底62A和第二陶瓷复合材料基底62B(单独地称为“基底62”和统称为“基底62”)。除非另有说明，否则每个基底62可在功能上和/或组合物方面类似于图2的基底52。

一个或两个基底62可在操作期间经受高温。为了将基底62A和基底62B粘结在一起，制品60包括在基底62A和基底62B的一个或多个表面之间的高温界面64。界面64可具有任何合适的厚度。界面64的厚度可与基底62的一个或多个表面的粗糙度、基底62的材料(例如，基体和/或纤维)的类型，以及可能影响基底62的接触区域和/或粘附性的其他特性有关。在一些示例中，界面64的厚度可在约0.0254毫米(mm)与约5mm之间。在一些示例中，界面64的厚度可对应于基底62的表面粗糙度或公差，使得较高表面粗糙度可对应于较高厚度的界面64。

在一些示例中，界面64可包括在基底62A的界面表面(即，旨在与另一个部件交接的表面)上的底涂层66A，和/或在基底62B的界面表面上的底涂层66B(例如，直接在基底62上或通过一个或多个中间层间接在基底62上)(单独地称为“底涂层66”和统称为“底涂层66”)。除非另有说明，否则每个底涂层66可在功能上和/或组合物方面类似于图2的底涂层56。

界面64可包括基底62A和62B的界面表面和/或底涂层66A和66B之间的界面层68。界面层68可被构造成将基底62粘结在一起以在相对较高的温度下的操作期间改善粘附性。界面层68包括高温陶瓷基体。陶瓷基体可包括与基底62相容的任何高温耐火陶瓷材料。高温耐火陶瓷材料可包括在高于约1000℃的温度下维持热和化学稳定性的任何陶瓷材料。可以针对各种特性(包括但不限于陶瓷材料的熔点、陶瓷材料的热膨胀系数、陶瓷材料的热导率等)来选择陶瓷基体的组合物。例如，在制品60的操作期间，界面层68中的陶瓷基体的熔点可以高于在界面层68处遇到的预期温度。

在一些示例中，底涂层66可被构造成增加高温界面64与基底62之间的粘附性。例如，一个或两个底涂层66可以由涉及反应性碳与化学计量过量的金属之间反应的原位工艺形成。过量的金属可以形成金属氧化物，金属氧化物可以迁移到基底62、底涂层66和/或界面层68的微裂缝中。金属氧化物可强烈地粘附到界面层68的陶瓷基体，并且/或者可至少部分地浸渍到基底62的开放孔中。因此，界面64可在基底62之间形成强粘结。

在一些示例中，界面层68可包括具有相对较低的热膨胀系数(CTE)的陶瓷材料。例如，基底62和/或底涂层66的CTE可相对较低。为了减小基底62和/或底涂层66之间的层间力，界面层68可具有与基底62和/或底涂层66的CTE相对类似的CTE。在一些示例中，界面层68可包括陶瓷基体，该陶瓷基体包括复合氧化物陶瓷，诸如上文针对外涂层58描述的那些复合氧化物陶瓷。例如，如上文相对于图2的外涂层58所解释的，复合氧化物陶瓷可具有相对较低的热膨胀系数、相对较高的操作温度和高抗氧化性。例如，复合氧化物陶瓷可具有小于约10×10^-6/℃的CTE以及大于约1500℃的熔融温度。示例性复合氧化物陶瓷材料可包括但不限于稀土氧化物，诸如耐火金属硅酸盐；稀土单硅酸盐，诸如单硅酸镱或单硅酸钇；稀土二硅酸盐，诸如二硅酸钡、二硅酸铒、二硅酸钪、二硅酸钼、二硅酸镱、二硅酸钇；钛酸铝；莫来石；等。

界面层68可包括分布在整个陶瓷基体中的增强纤维以向界面层68提供机械强度。可根据电导率、热导率、机械特性、与基体材料的机械/化学相容性等来选择纤维。示例性纤维可包括但不限于碳/碳纤维、碳化硅纤维等。在一些示例中，纤维可以是导电和/或导热纤维。例如，如下文将进一步解释的，导电和/或导热纤维可被构造成在预烧结陶瓷界面的烧结期间响应于电流而生成焦耳热和/或将热量传导通过界面层68以形成界面层68。因此，传导纤维可具有足以生成焦耳热和/或将焦耳热传导通过界面层68的尺寸、形状、组合物和/或浓度，以加热最终形成界面层68的陶瓷基体的多个陶瓷颗粒。传导纤维可以相对均匀的分布和高于渗滤阈值的浓度存在，使得传导纤维可将电力传导通过界面层68的整体。

在一些示例中，界面层68的传导纤维可被构造成响应于接收电流而生成热量。例如，如下文将进一步描述的，界面层68可通过以下方式来形成：将包括传导纤维和多个陶瓷颗粒的陶瓷混合物作为预烧结陶瓷界面施加到基底62A和/或62B中的至少一者，将基底62与两个基底62之间的陶瓷混合物一起定位，以及通过将陶瓷混合物的部分加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度(诸如大于约1000℃)来烧结陶瓷混合物的至少一部分。可通过向陶瓷混合物的部分施加电流来局部执行此加热。响应于电流，所施加的混合物中的传导纤维可加热并将热量的至少一部分传递到周围陶瓷混合物，从而达到烧结温度以接合基底62。

在一些示例中，除了或代替通过焦耳加热生成热量，传导纤维可被构造成传导从一个或两个基底62A和62B接收的热量(例如，响应于基底62A和/或62B接收电流)。例如，如下文将进一步描述，可通过向一个或两个基底62施加电流以在一个或两个基底62中生成焦耳热来形成界面层68。这种生成的热量的至少一部分可传递到基底62之间的预烧结陶瓷界面的一部分(例如，如上所述)以将预烧结陶瓷界面的部分加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度(诸如大于约1000℃)，由此烧结预烧结陶瓷涂层的部分。在一些情况下，传导纤维可通过预烧结陶瓷界面的多个陶瓷颗粒传导和分配这种生成的热量，以在相对较短的时间内烧结预烧结陶瓷涂层的部分。

在一些示例中，传导纤维可向界面层68提供其他特性。例如，传导纤维可具有改善界面层68的强度或导致界面层68的特定热膨胀系数的尺寸、形状、组合物和/或浓度，诸如通过界面层68的传导纤维和陶瓷基体的特性的组合。

本文所述的高温涂层可由预烧结陶瓷涂层形成，该预烧结陶瓷涂层使用快速、局部焦耳加热来烧结。图4A-C、图5A-5C和图6A-6C描述了用于形成高温涂层(诸如图2的外涂层58)的各种系统和技术。虽然单独描述，但这些系统和技术可组合使用，诸如并行地(例如，接触和非接触、加热接触和电接触、传导和辐射等)或顺序地(例如，一个加热机构的第一阶段和另一个加热机构的第二阶段)使用。

在一些示例中，本文所述的高温涂层可形成为预烧结陶瓷涂层并且通过一个或多个外部加热源来烧结，该外部加热源可在预烧结陶瓷涂层的特定部分处局部集中热量，并且与整体加热方法相比将下面的基底暴露于相对较低的热负载。图4A是示出根据本公开的技术的用于使用接触加热元件来在基底上形成高温涂层的示例性系统70的概念图。制品80包括基底82和基底82的表面上的预烧结陶瓷涂层84。基底82可以是陶瓷复合材料基底，并且除非另有说明，否则可在功能上和/或组合物方面类似于图2的基底52。基底82可包括底涂层(未示出)，诸如图2的底涂层56。预烧结陶瓷涂层84可表示高温涂层的小于完全烧结的预成型件，并且可被烧结以形成高温涂层，诸如图2的外涂层58。

在图4A的示例中，预烧结陶瓷涂层84可形成在基底82的表面上。例如，如下文将进一步解释的，可将包括多个陶瓷颗粒的陶瓷混合物施加到基底82的表面并且使其干燥以形成预烧结陶瓷涂层84。虽然称为“预烧结”，但预烧结陶瓷涂层84可被部分烧结，使得“预烧结”可表示在基本上烧结之前的中间状态。例如，预烧结陶瓷涂层84可包括某种颗粒颈缩，但可小于完全致密的。在一些情况下，预烧结陶瓷涂层84可具有小于约90％的相对密度，而完全烧结的陶瓷涂层可具有大于约90％的相对密度。

预烧结陶瓷涂层84可包括被构造成承受在制品80的操作期间经历的高温的多个陶瓷颗粒。多个陶瓷颗粒可具有对应于高温涂层(诸如图2的外涂层58)的期望组合物的组合物。例如，多个陶瓷颗粒可包括图2中描述的外涂层58的陶瓷材料中的任一者，包括复合氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷和/或氮化物陶瓷。这些陶瓷颗粒可作为相对离散的未粘结或部分粘结的颗粒存在。涂层84可具有对应于抗氧化剂涂层(诸如图2的高温涂层54)的任何厚度，其足以保护基底82免受氧化。在一些示例中，涂层84具有约0.05毫米(mm)至约20mm的厚度。在一些示例中，预烧结陶瓷涂层84具有对应于约0.0254mm至约10mm的烧结涂层厚度的厚度。

系统70可被构造成烧结预烧结陶瓷涂层84的一个或多个部分。系统70包括一个或多个接触加热元件72。虽然接触加热元件72被示为单个接触加热元件，但可使用任何数量的接触加热元件。接触加热元件72可包括能够接触预烧结陶瓷涂层84的表面，并且将预烧结陶瓷涂层84的一部分加热到预烧结陶瓷涂层84内的多个陶瓷颗粒的烧结温度的任何加热元件。预烧结陶瓷涂层84的部分可以是小于预烧结陶瓷涂层84的整个表面的离散部分，使得在整个预烧结陶瓷涂层84可被最终烧结时，烧结可通过在部分基础上在一部分上加热预烧结陶瓷涂层84来完成，而不是如在整体加热过程中的一次全部加热。

接触加热元件72可包括被构造成接触预烧结陶瓷涂层84的表面的一个或多个接触表面。虽然接触加热元件72被示出为平坦元件，但接触加热元件72可包括具有任何轮廓的一个或多个加热表面。作为一个示例，为了离散地接触预烧结陶瓷涂层84的一个或多个表面部分，接触加热元件72可包括与基底82(例如，平坦表面)的至少一部分的轮廓匹配的模头。作为另一个示例，为了连续地接触预烧结陶瓷涂层84的一个或多个表面部分，接触加热元件72可包括被构造成在基底82上滚动(诸如通过致动系统74)的辊。

接触加热元件72可被构造成将预烧结陶瓷涂层84的多个陶瓷颗粒加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度。例如，接触加热元件72可被构造成接触预烧结陶瓷涂层84持续足以达到和维持预烧结陶瓷涂层84内的烧结温度的特定时间量，使得预烧结陶瓷涂层84的接近涂层84的接触部分的体积中的基本上全部的多个陶瓷颗粒被烧结。烧结温度可大于约1000℃，诸如对于复合氧化物，或大于约2000℃，诸如对于碳化物、氮化物和/或硼化物。

接触加热元件72可以是被构造成使用间接焦耳加热来加热预烧结陶瓷涂层84的一部分的焦耳加热元件。接触加热元件72可包括一个或多个导体，该一个或多个导体被构造成接收来自电源76的电流并从电流生成电阻热，诸如通过一个或多个导体的固有电阻率。接触加热元件72可被构造成通过传导将这种生成的焦耳热的至少一部分传递到陶瓷混合物中的多个陶瓷颗粒，以在烧结温度下或高于烧结温度下加热多个陶瓷颗粒。虽然所生成的热量的一部分可进一步传递到基底82，但所生成的热量的该部分可相对约束至基底82的表面。

接触加热元件72可电耦接到电源76。电源76可被构造成向接触加热元件72供应电力以从接触加热元件72生成焦耳热。电源76可以可通信地耦接到控制器78。电源76可被构造成从控制器78接收控制信号，并且基于控制信号将电流递送到接触加热元件72。

系统70可包括围绕系统70的部件的封闭室71。封闭室71可被构造成容纳制品80并在封闭室71的体积中维持惰性或真空气氛。例如，在高温下，基底82可被空气中的反应物氧化。

系统70可包括被构造成生成接触加热元件72与制品80之间的相对移动的致动系统74。作为一个示例，接触加热元件72可耦接到致动系统74并且被构造成相对于静止制品80移动。作为另一个示例，接触加热元件72可以是固定的，并且制品80可定位在被构造成移动制品80的输送机或其他部件上。致动系统74可以可通信地耦接到控制器78。例如，致动系统74可包括一个或多个致动器，该一个或多个致动器被构造成接收来自控制器78的控制信号，并且根据各种参数移动接触加热元件72和/或制品80中的一者或两者，参数诸如相对移动的速度、针对平面基底82的制品80上的x/y轴位置或针对非平面基底82的制品80上的x/y/z轴位置、或者基于接触加热元件72和/或制品80之间的相对移动的其他参数，其可基于热处理的时间或制品80的部分。

系统70包括控制器78。控制器78可被构造成控制系统70的部件的操作以烧结预烧结陶瓷涂层84的一个或多个部分。控制器78可包括宽泛范围的装置中的任一者，包括处理器(其包括处理电路)(例如，一个或多个微处理器、一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)等)、一个或多个服务器、一个或多个台式计算机、一个或多个笔记本(即，膝上型)计算机、一个或多个云计算集群等。

在一些示例中，控制器78可被构造成控制电源76。例如，控制器78可被构造成将控制信号发送到电源76以对于功率接触加热元件72控制电源76，诸如至特定功率水平或温度。在一些示例中，控制器78可被构造成控制接触加热元件72与制品80之间的相对移动。例如，控制器78可被构造成将控制信号发送到致动系统74以控制接触加热元件72的相对位置，从而加热预烧结陶瓷涂层84的不同部分和/或加热预烧结陶瓷涂层84的一部分持续特定时间量。

在一些示例中，本文所述的高温涂层可形成为预烧结陶瓷涂层并且通过相邻基底来烧结，该相邻基底可在预烧结陶瓷涂层附近的基底的表面处局部集中热量，并且与整体加热方法相比使基底的其他部分处于相对较低的温度。图4B是示出根据本公开的技术的用于使用接触电元件来形成高温涂层的示例性系统90的概念图。图4B将相对于上面图4A的制品80描述，包括基底82和涂层84。系统90包括封闭室91、致动系统94、电源96和控制器98，除非另有说明，否则其可在功能上和/或组合物方面类似于图4A的封闭室71、致动系统74、电源76和控制器78。

系统90可被构造成使用在基底82中生成的焦耳热来烧结预烧结陶瓷涂层84的一个或多个部分。系统90包括一个或多个接触电元件92A和92B(单独地称为“接触电元件92”并且统称为“接触电元件92”)。虽然接触电元件92被示出为两个接触电元件，但可使用任何数量的接触电元件。接触电元件92可包括能够直接接触基底82并且加热基底82的表面部分以将覆盖的预烧结陶瓷涂层84加热到涂层84的多个陶瓷颗粒的烧结温度的任何电元件。接触电元件92可包括被构造成接触基底82的表面，诸如直接在基底82的表面上。虽然接触电元件92被示出为平坦元件，但接触电元件92可包括具有任何轮廓的电接触表面。

接触电元件92可被构造成将电流直接递送到基底82以加热基底82的表面部分，并且相应地将预烧结陶瓷涂层84的多个陶瓷颗粒加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度。烧结温度可大于约1000℃，诸如对于复合氧化物，或大于约2000℃，诸如对于碳化物、氮化物和/或硼化物。

接触电元件92可电耦接到电源96。电源96可被构造成向接触电元件92供应电力或从其接收电力，从而用于递送到基底82以从基底82生成热量。电源96可以可通信地耦接到控制器98并且被构造成从控制器98接收控制信号，并且基于控制信号将电流递送到接触电元件92。

接触电元件92可包括被构造成将电流递送到基底82的一部分的一个或多个电触点。例如，一个或多个电触点可被构造成接触基底82，接收来自电源96的电流，并且将电流递送到基底82的一部分。基底82可包括陶瓷材料(诸如陶瓷纤维和/或陶瓷基体)，其可从电流生成电阻热，诸如通过陶瓷材料的固有电阻率。此电流和对应的加热可靠近涂层84附近的基底82的表面集中，使得基底82可被构造成通过传导将这种生成的热量的至少一部分传递到涂层中以在烧结温度下或高于烧结温度下加热多个陶瓷颗粒。虽然所生成的热量的一部分可进一步传递到基底82的其他部分，但所生成的热量的该部分可相对较低并且被约束至基底82的表面附近。

在一些示例中，致动系统94可被构造成控制接触电元件92A和92B之间的相对移动。接触电元件92A和92B之间的相对距离可与被加热的预烧结陶瓷涂层84的一部分的加热速率和/或表面积有关。致动系统94可包括一个或多个致动器，该一个或多个致动器被构造成接收来自控制器98的控制信号，并且根据各种参数移动接触电元件92和/或制品80中的一者或两者，参数诸如相对移动的速度、针对平面基底82的制品80上的x/y轴位置或针对非平面基底82的制品80上的x/y/z轴位置、接触电元件92之间的距离、或者基于接触加电元件92和/或制品80之间的相对移动的其他参数，其可基于热处理的时间或制品80的部分。

在一些示例中，控制器98可被构造成控制电源96。例如，控制器98可被构造成将控制信号发送到电源96以控制电源96，从而将电流递送到基底82，诸如至特定温度。在一些示例中，控制器98可被构造成控制接触电元件92与制品80之间的相对移动，使得控制器98可控制接触电元件92的相对位置以加热预烧结陶瓷涂层84的不同部分。在一些示例中，控制器98可被构造成控制接触电元件92之间的距离。例如，焦耳加热的速率可与接触电元件92之间的距离成反比，而焦耳加热所加热的部分的尺寸可与接触电元件92之间的距离成正比。因此，控制器98可被构造成控制焦耳加热速率和/或基于接触电元件92之间的距离加热的预烧结陶瓷涂层84的部分的尺寸，以及影响焦耳加热速率和/或预烧结陶瓷涂层84的部分的大小的其他因素，诸如来自电源96的电力的量和/或接触电元件92与制品80之间的相对移动的速率。

图4C是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件(诸如图4A的接触加热元件72或图4B的接触电元件92)以使用焦耳热来烧结预烧结陶瓷涂层从而形成高温涂层的示例性技术的流程图。将相对于图4A的系统70和图4B的系统90来描述图4C；然而，其他系统可用于实现图4C的示例，诸如实现另一类型的加热以局部加热陶瓷复合材料基底上的预烧结陶瓷涂层的系统。

在一些示例中，图4C的方法可包括在陶瓷复合材料基底82的表面上形成任选的底涂层，诸如图2的结晶金属碳化物底涂层56(100)。在一些示例中，可以使用一种或多种碳涂层和一种或多种金属涂层的富金属的组合来原位形成底涂层。形成底涂层可包括清洁基底82的表面，在基底82的表面上施加反应性碳涂层(诸如通过刷涂)，以及使碳涂层干燥。形成底涂层还可包括在碳涂层上施加金属涂层以及使金属涂层干燥。金属涂层可以富金属、化学计量过量施加。形成底涂层还可包括将碳涂层和金属涂层加热到热处理温度。所述热处理温度可以足够高以使金属涂层的金属移动，诸如通过熔化，并且使金属与碳涂层的碳反应以形成结晶金属碳化物。可以进一步加热金属碳化物以进一步改变金属碳化物的微结构、相组成、或其他特性或特征。来自金属涂层的过量金属可以迁移到基底82的孔中。所得的底涂层可包括在基底82的表面上的金属碳化物部分和延伸到基底82中的金属部分。

图4C的方法可包括在基底82(或覆盖基底82的其他层，诸如底涂层)上形成高温涂层，诸如图2的高温涂层54(102)。图4C的方法可包括在陶瓷复合材料基底82的表面上形成预烧结陶瓷涂层84(104)。在一些示例中，形成预烧结陶瓷涂层84可包括将陶瓷混合物施加到基底82的表面。陶瓷混合物可包括多个陶瓷颗粒和分布介质，使得陶瓷混合物可作为糊剂、浆料或其他流体混合物施加。可在烧结之前预处理陶瓷混合物以形成预烧结陶瓷涂层84。例如，可使陶瓷混合物干燥以移除分布介质并且在相对较低的温度下预烘焙以烧掉挥发物并形成预烧结(或部分烧结)陶瓷涂层84。在一些情况下，陶瓷混合物可被部分烧结以形成绿色或棕色预成型件作为预烧结陶瓷涂层84。

图4C的方法可包括通过使用焦耳加热将预烧结陶瓷涂层84的部分加热到预烧结陶瓷涂层84的烧结温度来烧结预烧结陶瓷涂层84的至少一部分(106)。例如，与整体加热(其中炉中的周围气体可使用对流来加热制品)相比，焦耳加热可在导体中产生相对集中的热量。可控制这种相对集中的热量，使得预烧结陶瓷涂层84的多个陶瓷颗粒可在相对短的时间量内达到烧结温度，而不与涂层84相邻的基底82的部分可在涂层84被烧结时保持在较低温度。在一些示例中，预烧结陶瓷涂层可在少于约一分钟内被烧结。在一些示例中，烧结温度可大于约1000℃。在一些示例中，在烧结期间，基底82的平均整体温度可比涂层84的平均整体温度低至少约100℃。

为了烧结预烧结陶瓷涂层84，多个陶瓷颗粒可被加热至烧结温度并维持在烧结温度，使得烧结可通过任何各种过程来进行，包括但不限于固态烧结、液相烧结、反应粘结、或任何其他类型的烧结机制或烧结机制的组合。因此，烧结预烧结陶瓷涂层84可通过操作状况来进行控制，该操作状况诸如接触加热元件72或接触电元件92的温度或递送到其的电力、预烧结陶瓷涂层84的温度(例如，通过温度传感器测量或基于其他因素确定)、接触加热元件72或接触电元件92之间的接触时间的量，以及与到预烧结陶瓷涂层84的热递送的量和速率有关的其他因素。

在一些示例中，烧结预烧结陶瓷涂层84的部分可包括使用一个或多个外部加热源(诸如接触加热元件72)来加热预烧结陶瓷涂层84，该外部加热源可在预烧结陶瓷涂层84处局部集中热量并且与整体加热方法相比使下面的基底82处于相对较低的温度。还参考图4A，图4C的方法可包括使预烧结陶瓷涂层84的一部分与焦耳加热元件(诸如接触加热元件72)接触(106)。例如，控制器78可向致动系统74发出控制信号以控制接触加热元件72与制品80之间的相对移动，使得接触加热元件72接触预烧结陶瓷涂层84的特定部分。图4C的方法可包括为接触加热元件72供电以将预烧结陶瓷涂层的部分加热到烧结温度或高于烧结温度(108)。例如，控制器78可将控制信号发送到电源76以便以特定功率电平对接触加热元件72供电，使其达到特定温度，和/或持续特定的时间量，从而在涂层84中实现烧结温度以基本上烧结涂层84的多个陶瓷颗粒。

在一些示例中，烧结预烧结陶瓷涂层84的部分可包括使用相邻基底82来加热预烧结陶瓷涂层84，该相邻基底可在涂层84附近的基底82的表面处局部集中热量，并且与整体加热方法相比使基底82的其他部分处于相对较低的温度。还参考图4B，图4C的方法可包括使预烧结陶瓷涂层84的一部分与接触元件(诸如接触电元件92)接触(106)。例如，控制器98可向致动系统94发出控制信号以控制接触电元件92与制品80之间的相对移动，使得接触电元件92接触对应于预烧结陶瓷涂层84的期望部分的基底82的特定部分。图4C的方法可包括将电流施加到基底82以将预烧结陶瓷涂层的部分加热到烧结温度或高于烧结温度(108)。例如，控制器98可将控制信号发送到电源96以将电流递送到接触电元件92以便实现基底82的特定温度和/或持续特定的时间，从而在涂层84中实现烧结温度以基本上烧结涂层84的多个陶瓷颗粒。

在一些示例中，加热预烧结陶瓷涂层84可包括两个或更多个加热阶段。例如，预烧结陶瓷涂层84可在第一整体加热阶段中加热到相对较低的温度(诸如介于约500℃与约1000℃之间)，使得基底82可能不会接收热损坏。预烧结陶瓷涂层84可在第二局部加热阶段中加热到相对较高的烧结温度。第一整体加热阶段可使得预烧结陶瓷涂层84能够达到高烧结温度(诸如大于约2000℃)，这可是本来使用整体加热或局部加热而无法实现的。

在一些示例中，图4C的方法可包括烧结预烧结陶瓷涂层84的一个或多个其他部分。例如，控制器78和/或98可控制相应的致动系统74或94以控制相应的接触加热元件72或接触电元件92以便接触涂层84和/或基底82的不同部分，并且将涂层84的一个或多个其他部分加热到陶瓷颗粒的烧结温度。

在一些示例中，预烧结陶瓷涂层84可在离散部分中被烧结。例如，可加热由接触加热元件72或接触电元件92限定的特定表面区域，然后是相对于制品80重新定位接触加热元件72或接触电元件92以加热涂层84的不同部分，使得可将涂层84的特定部分加热持续对应于接触加热元件72或接触电元件92与制品80之间的接触时间量的特定时间量。

在一些示例中，预烧结陶瓷涂层84可被连续烧结。例如，由接触电元件92限定的特定表面区域可跨涂层84的表面连续移动，使得可将涂层84的特定部分加热持续对应于接触电元件92与制品80之间的相对移动速率的特定时间量。

在一些示例中，本文所述的高温涂层可形成为预烧结陶瓷涂层并且使用一个或多个外部非接触辐射加热源来烧结，该一个或多个外部非接触辐射加热源可在涂层处局部集中热量并且与整体加热方法相比以相对较低的温度和/或与接触加热方法相比以相对较小的接触应力维持下面的基底(包括具有波状表面的基底)。图5A是示出根据本公开的技术的用于使用非接触辐射加热元件来形成高温涂层的示例性系统110的概念侧视图，而图5B是示出根据本公开的技术的图5A的示例性系统110的概念前视图。图5A和图5B将相对于上面图4A的制品80描述，包括基底82和涂层84。系统110包括封闭室111、致动系统114、电源116和控制器118，除非另有说明，否则其可在功能上和/或组合物方面类似于图4A的封闭室71、致动系统74、电源76和控制器78。

在一些示例中，预烧结陶瓷涂层84可包括限制接触加热方法(诸如图4A-4C中描述的那些)充分烧结预烧结陶瓷涂层的能力的一个或多个特征。作为一个示例，预烧结陶瓷涂层84可具有对应于下面的基底82的表面的相对复杂的形状和/或相对复杂的表面，使得接触加热方法可能无法加热基底上的预烧结陶瓷涂层或对于此不是经济的。作为另一个示例，陶瓷涂层84可相对易碎，使得接触加热方法可损坏涂层84。

系统110可被构造成使用来自焦耳热源的辐射并且在不接触预烧结陶瓷涂层84的表面的情况下烧结预烧结陶瓷涂层84的一个或多个部分。系统110包括一个或多个非接触辐射加热元件112。虽然非接触辐射加热元件112被示出为单个非接触辐射加热元件，但可使用任何数量的接触电元件。非接触辐射加热元件112可包括能够将预烧结陶瓷涂层84加热到涂层84的多个陶瓷颗粒的烧结温度的任何辐射元件。

在图5A和图5B的示例中，非接触辐射加热元件112包括通过由非接触辐射加热元件112限定的体积的移动轴线113。移动轴线113可限定制品80的通过或经过非接触辐射加热元件112的整体移动路径，但制品80的垂直于移动轴线113的移动可调谐预烧结陶瓷涂层84与非接触辐射加热元件112的一个或多个辐射表面115之间的距离。

非接触辐射加热元件112可被构造成将预烧结陶瓷涂层84的多个陶瓷颗粒加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度。烧结温度可大于约1000℃，诸如对于复合氧化物陶瓷，或大于约2000℃，诸如对于碳化物、氮化物和/或硼化物陶瓷。非接触辐射加热元件112可电耦接到电源116，该电源被构造成向非接触辐射加热元件112供应电力以从非接触辐射加热元件112生成热量。

在一些示例中，非接触辐射加热元件112可包括径向向内(例如，到移动轴线113)取向并且被构造成在预烧结陶瓷涂层84的一个或多个表面处发射和/或反射辐射的一个或多个辐射表面115。例如，一个或多个辐射表面115可分布在移动轴线113周围或旁边。虽然非接触辐射加热元件112被示出为管状元件，但非接触辐射加热元件112可包括具有任何轮廓或位置的一个或多个辐射表面115。例如，非接触辐射加热元件112可包括仅在非接触辐射加热元件112的部分(诸如被构造成当制品80沿移动轴线113移动时接近预烧结陶瓷涂层84的部分)上的一个或多个辐射表面115。

非接触辐射加热元件112可包括被构造成使用由焦耳加热产生的辐射来加热预烧结陶瓷涂层84的一部分的一个或多个红外加热元件。例如，非接触辐射加热元件112可包括一个或多个电阻器，该一个或多个电阻器被构造成接收来自电源116的电流并且从电流生成辐射热，诸如通过从一个或多个电阻器发射或从反射表面反射的固有辐射。非接触辐射加热元件112可被构造成将这种辐射的至少一部分传递到陶瓷混合物中的多个陶瓷颗粒，以在烧结温度下或高于烧结温度下加热多个陶瓷颗粒。虽然所生成的热量的一部分可进一步传递到基底82，但所生成的热量的该部分由于用于烧结预烧结陶瓷涂层84的短时间量或基底82与非接触辐射加热元件112的辐射表面115相距的距离而可相对较低，并且可相对约束至基底82的表面。

在一些示例中，非接触辐射加热元件112可被构造成沿着、跨越和/或围绕非接触辐射加热元件112的轴线产生可变温度曲线。例如，非接触辐射加热元件112可被构造成在非接触辐射加热元件112附近产生相对较热区117。非接触辐射加热元件112可被构造成控制相对较热区117的温度以沿移动轴线113或围绕移动轴线113(例如，非接触辐射加热元件112的圆周)中的至少一者改变。

在一些示例中，非接触辐射加热元件112可被构造成通过非接触辐射加热元件112改变沿制品80的移动轴线113的相对较热区117的温度。当制品沿轴线113移动进出时，该可变温度可允许对温度或加热分布的控制。作为一个示例，烧结可包括加热通过可导致制品80中的缺陷(诸如裂化、鼓泡或其他缺陷)的各种温度范围。为了避免形成这些缺陷，这些温度范围可以较慢的速率进行。对应地，热区117可具有较低温度以便通过这些温度范围以较慢速率加热制品80，诸如在非接触辐射加热元件112的入口区处。作为另一个示例，烧结可包括各种后处理过程，诸如退火。对应地，在经过热区117的中间之后，热区117可具有较低的温度以产生例如较慢退火步骤。

例如，控制器118可被构造成控制电源116以在沿移动轴线113的第一轴向位置(诸如近侧端部)处发射第一量的辐射，以及在沿移动轴线113的第二轴向位置(诸如远侧端部)处发射第二不同量的辐射。近侧端部处的第一量的辐射可较高，使得相对较冷的预烧结陶瓷涂层84可更快速地达到烧结温度，而远侧端部处的第二量的辐射可较低，使得现在加热的预烧结陶瓷涂层84可维持在或高于烧结温度。

在一些示例中，非接触辐射加热元件112可被构造成通过(例如，管状)或通过(例如，平面)非接触辐射加热元件112改变围绕或跨越制品80的移动轴线113的相对较热区117的温度，使得非接触辐射加热元件112可在跨轴线113的单个平面中改变温度。由于涂层84的相对较高的烧结温度，可能难以在不至少部分地加热下面的基底82的情况下将涂层84带到烧结温度，因为来自涂层84的热量的热传导可能比辐射到涂层84的施加更快。因此，非接触辐射加热元件112可被构造成通过将制品80的不同部分加热到不同的温度来产生通过制品80的加热梯度。例如，为了将涂层84加热到约2000℃的烧结温度，制品80的底侧可被加热到约1300℃，而具有涂层84的制品80的顶侧可被加热到约2000℃。

例如，控制器118可被构造成控制电源116以在围绕移动轴线113的第一径向位置(诸如顶部)处发射第一量的辐射，以及在围绕移动轴线113的第二轴向位置(诸如底部)处发射第二不同量的辐射。在涂层84附近的顶部处的第一量的辐射可较高，使得涂层84可接收相对较高量的辐射，而基底82附近的底部处的第二量的辐射可较低或不存在，使得基底82可接收相对较低量的辐射。

系统110可包括致动系统114，该致动系统被构造成允许非接触辐射加热元件112与制品80之间的相对移动，诸如通过非接触辐射加热元件112轴向地或在非接触辐射加热元件112中径向地。在一些示例中，致动系统114可被构造成将预烧结陶瓷涂层84的特定部分定位在非接触辐射加热元件112的辐射表面115附近，诸如通过使制品80沿移动轴线113相对于非接触辐射加热元件112移动以烧结预烧结陶瓷涂层84的另一个部分。作为一个示例，非接触辐射加热元件112可耦接到致动系统114并且被构造成相对于静止制品80移动，诸如沿移动轴线113移动以加热涂层84的不同轴向部分，或垂直于移动轴线113移动以增加或减少涂层84与非接触辐射加热元件112相距的距离。作为另一个示例，非接触辐射加热元件112可以是固定的并且制品80可定位在输送机或框架上，该输送机或框架被构造成使制品80沿移动轴线113移动通过非接触辐射加热元件112。致动系统114可包括一个或多个致动器，该一个或多个致动器被构造成接收来自控制器118的控制信号并且根据各种参数移动非接触辐射加热元件112和/或制品80，参数诸如相对移动的速度、制品80上的轴向位置、非接触辐射加热元件112与涂层84之间的距离、或者基于非接触辐射加热元件112和/或制品80之间的相对移动的其他参数，其可基于热处理的时间或制品80的部分。

图5C是示出根据本公开的技术的用于使用非接触辐射加热元件(诸如图5C的非接触辐射加热元件112)来形成高温涂层的示例性技术的流程图。将相对于图5A和图5B的系统110来描述图5C。然而，其他系统可用于实现图5C的示例，诸如实现另一类型的非接触辐射加热以局部加热陶瓷复合材料基底上的预烧结陶瓷涂层的系统。在一些示例中，图5C的方法可包括在陶瓷复合材料基底82的表面上形成底涂层，诸如图2的结晶金属碳化物底涂层56(120)，诸如图4C的步骤100中所述。

图5C的方法可包括在基底82上形成高温涂层，诸如图2的高温涂层54(122)。图5C的方法可包括将预烧结陶瓷涂层84施加到陶瓷复合材料基底82的表面(124)，诸如图4C的步骤104中所述。在一些示例中，基底82的表面可以是波状的或难以直接接近，使得接触加热方法可能不足以或能够接触预烧结陶瓷涂层84的表面。

图5C的方法可包括通过使用由焦耳加热产生的辐射将预烧结陶瓷涂层84的部分加热到预烧结陶瓷涂层84的烧结温度来烧结预烧结陶瓷涂层84的至少一部分。例如，与整体加热(其中炉中的周围气体可使用对流来加热制品)相比，辐射加热可产生相对集中的热量。这种相对集中的热量可使用制品80与非接触辐射加热元件112的距离和/或非接触辐射加热元件112的功率/温度的一者/两者来进行空间控制，使得预烧结陶瓷涂层84的接近辐射表面115的多个陶瓷颗粒可在相对短的时间量内到达烧结温度，而基底82的不接近辐射表面115的部分可在涂层84被烧结时保持在较低温度，或者可在相对于整体加热暴露于高温持续短时间量。同时，在不加热周围气氛(诸如在整体加热方法期间)的情况下，仍然可烧结相对难以接近或接触的预烧结陶瓷涂层84的表面。在一些示例中，烧结温度可大于约1000℃。在一些示例中，在烧结期间，基底82的平均整体温度可比涂层84的平均整体温度低至少约100℃。

在一些示例中，烧结预烧结陶瓷涂层84的部分可包括使用一个或多个非接触辐射加热元件112来加热预烧结陶瓷涂层84。图5C的方法可包括将陶瓷涂层84的一部分定位在非接触辐射加热元件112附近(126)。例如，控制器118可向致动系统114发出控制信号以控制非接触辐射加热元件112与制品80之间的相对移动，使得非接触辐射加热元件112将预烧结陶瓷涂层84的特定部分定位在沿着非接触辐射加热元件112的移动轴线113的轴向位置处。图5C的方法可包括为非接触辐射加热元件112供电以将预烧结陶瓷涂层的部分加热到烧结温度或高于烧结温度(128)。例如，控制器118可将控制信号发送到电源116以便以特定功率电平对非接触辐射加热元件112供电，使其达到非接触辐射加热元件112的特定温度，达到由非接触辐射加热元件112产生的热区117的特定温度，和/或持续特定的时间量，从而在涂层84中实现烧结温度以基本上烧结涂层84的多个陶瓷颗粒。

为了烧结预烧结陶瓷涂层84，可将多个陶瓷颗粒加热到烧结温度并且维持在烧结温度持续一段时间，直到陶瓷颗粒的陶瓷材料跨颗粒迁移以将陶瓷颗粒熔合在一起。因此，烧结预烧结陶瓷涂层84可通过操作状况来控制，该操作状况诸如非接触辐射加热元件112的温度或递送到其的电力、预烧结陶瓷涂层84与非接触辐射加热元件112之间的距离、预烧结陶瓷涂层84的温度(例如，通过温度传感器测量或基于其他因素测定)、预烧结陶瓷涂层84和非接触辐射加热元件112的暴露时间的量，以及与到预烧结陶瓷涂层84的热递送的量和速率有关的其他因素。

在一些示例中，图5C的方法可包括烧结预烧结陶瓷涂层84的另一个部分。例如，控制器118可控制致动系统114以控制非接触辐射加热元件112来定位成靠近涂层84和/或基底82的不同部分，并且将涂层84的另一部分加热到烧结温度。在一些示例中，预烧结陶瓷涂层84可被成批地烧结。例如，整个制品80可定位在非接触辐射加热元件112内并且加热持续特定的时间量。在一些示例中，随着制品80沿着移动轴线113行进通过非接触辐射加热元件112，预烧结陶瓷涂层84可被连续烧结。例如，由非接触辐射加热元件112限定的特定辐射表面区域可跨涂层84的表面连续移动，使得当制品80沿移动轴线113从入口进行到出口时，可将涂层84的特定部分加热持续对应于非接触辐射加热元件112与制品80之间的相对移动速率的特定时间量。

在一些示例中，图5C的方法可包括通过非接触辐射加热元件112改变沿制品80的移动轴线113的相对较热区117的温度。例如，控制器118可控制电源116以在沿移动轴线113的第一轴向位置(诸如近侧端部)处发射第一量的辐射，以及在沿移动轴线113的第二轴向位置(诸如远侧端部)处发射第二不同量的辐射。近侧端部处的第一量的辐射可较高，使得相对较冷的预烧结陶瓷涂层84可更快速地达到烧结温度，而远侧端部处的第二量的辐射可较低，使得现在加热的预烧结陶瓷涂层84可维持在或高于烧结温度。

在一些示例中，图5C的方法可包括通过(例如，管状)或通过(例如，平面)非接触辐射加热元件112改变围绕或跨越制品80的移动轴线113的相对较热区117的温度。例如，控制器118可控制电源116以在围绕移动轴线113的第一径向位置(诸如顶部)处发射第一量的辐射，以及在围绕移动轴线113的第二轴向位置(诸如底部)处发射第二不同量的辐射。在涂层84附近的顶部处的第一量的辐射可较高，使得涂层84可接收相对较高量的辐射，而基底82附近的底部处的第二量的辐射可较低或不存在，使得基底82可接收相对较低量的辐射。

在一些示例中，本文所述的高温涂层可形成为预烧结陶瓷涂层并且通过一个或多个外部接触加热源来烧结，该外部接触加热源可在涂层处局部施加热和压力以快速且高效地烧结预烧结陶瓷涂层并使其致密，并且可由此避免或减小下面的基底对于极端温度和压力状况的暴露。例如，不是在极端操作状况下在大型炉中烧结陶瓷涂层并且经受大的热损失，热量和压力的局部施加可烧结具有广泛范围的尺寸、形状和组合物的基底上的涂层，包括相对较大或非传导基底上的涂层。图6A是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件和施加的负载来形成高温涂层的示例性系统130的概念图。图6A将相对于上面图4A的制品80描述，包括基底82和预烧结陶瓷涂层84。系统130包括封闭室131、致动系统134、电源136和控制器138，除非另有说明，否则其可在功能上和/或组合物方面类似于图4A的封闭室71、致动系统74、电源76和控制器78。

系统130可被构造成烧结预烧结陶瓷涂层84的一个或多个部分。系统130包括一个或多个接触加热元件132。虽然接触加热元件132被示为单个接触加热元件，但可使用任何数量的接触加热元件。接触加热元件132可包括能够接触预烧结陶瓷涂层84并且将预烧结陶瓷涂层84加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度的任何加热元件。接触加热元件132可包括被构造成接触预烧结陶瓷涂层84的表面。在图6A的示例中，接触加热元件132具有对应于涂层84和基底82的平面表面的基本上平面的表面，使得施加到涂层84的力可在预烧结陶瓷涂层84的平面表面上相对均匀。

接触加热元件132可被构造成抵抗在陶瓷颗粒的烧结期间经历的相对较高温度以及从负载经历的相对较高力。接触加热元件132可以是被构造成使用间接焦耳加热来加热陶瓷涂层的一部分的焦耳加热元件。接触加热元件132可包括一个或多个导电高温电极(诸如石墨、钨、铼、钼或钽电极)，其被构造成接收来自电源136的电流并从电流生成焦耳热(诸如通过一个或多个导电高温电极的固有电阻率)，并且在施加负载期间抵抗压缩力。例如，石墨电极可具有高熔点(例如，约3500℃)、高可移除性(例如，低粘附电位)、高热导率、低电阻以及对热和冲击的高抗性。接触加热元件132可被构造成通过传导将这种生成的热量的至少一部分传递到陶瓷混合物中的多个陶瓷颗粒，以在烧结温度下或高于烧结温度下加热多个陶瓷颗粒。虽然所生成的热量的一部分可进一步传递到基底82，但所生成的热量的该部分可相对约束至基底82的表面。

接触加热元件132可被构造成将陶瓷混合物的多个陶瓷颗粒加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度。例如，接触加热元件132可被构造成接触预烧结陶瓷涂层84持续足以达到和维持烧结温度的特定时间量，使得涂层84中的基本上所有的多个陶瓷颗粒都被烧结。烧结温度可大于约1000℃，诸如对于复合氧化物，或大于约2000℃，诸如对于碳化物、氮化物和/或硼化物。

接触加热元件132可电耦接到电源136。电源136可被构造成向接触加热元件132供应电力以从接触加热元件132生成热量。电源136可以可通信地耦接到控制器138。控制器138可被构造成控制电源136。例如，控制器138可被构造成将控制信号发送到电源136以对于功率接触加热元件132控制电源136，诸如至特定功率水平或温度。

在烧结之前或期间，预烧结陶瓷涂层84可经受可减少所得高温涂层的抗氧化性或结构完整性的一个或多个物理或化学过程。例如，在烧结期间，预烧结陶瓷涂层84可经历致密化，诸如约50％至大于约99％的相对密度。这种致密化导致收缩，这通常是各向同性的并且在所有方向上。平面内(例如，x-y方向)收缩可能是特别有问题的，因为裂缝和其他缺陷可能形成，使得可优选垂直平面(例如z方向)收缩。可烧结相对较薄的涂层，使得收缩是各向异性的并且由于表面和界面相互作用、润湿、液相和/或其他机制而自然地仅在z方向上。然而，在其他涂层系统中，尤其是较厚的涂层，收缩可能不是各向异性的，并且可发生平面内收缩。平面内收缩可导致各种缺陷，诸如泥浆裂缝、微裂缝、空隙等，其对于制品80的保护以及涂层84的均匀性和质量可能不是理想的。系统130可被构造成在z方向上施加压力，其迫使收缩基本上是各向异性的并且在z方向上以及减小和/或防止平面内收缩缺陷的形成。在一些陶瓷系统，尤其是超高温陶瓷(UHTC)(诸如碳化物和硼化物)中，单独的温度可能不足以完全致密化，使得施加的压力可增强致密化，这在没有压力的情况下可不是有可能的。

系统130可包括顶部致动系统部件134A和底部致动系统部件134B(统称为“致动系统134”)或被构造成将压力局部施加到预烧结陶瓷涂层84的其他部件或部件组。在图6A的示例中，接触加热元件132可耦接到顶部致动系统部件134A，而制品80可定位在底部致动系统部件134B上。顶部致动系统部件134A和/或底部致动系统部件134B可被构造成向制品80施加压力以压缩预烧结陶瓷涂层84，同时烧结预烧结陶瓷涂层84。致动系统134可以可通信地耦接到控制器138。致动系统134可包括一个或多个负载致动器，该一个或多个负载致动器被构造成接收来自控制器138的控制信号并且根据各种参数将压力施加到制品80，参数诸如力/面积、制品80上的x/y轴位置、期望的应变速率或其他参数。

控制器138可被构造成控制由致动系统134施加到制品80的负载，使得控制器138可控制施加在陶瓷涂层84上的压力的量。例如，控制器138可被构造成将控制信号发送到致动系统134以控制一个或多个负载致动器，从而将负载施加到制品80，诸如以特定力/面积、以特定应变速率和/或持续特定时间量。当施加该负载时，多个陶瓷颗粒可在多个陶瓷颗粒被烧结时被压实，从而使陶瓷材料致密以形成高温、致密的陶瓷涂层。在一些示例中，所得陶瓷层的孔隙率小于约5体积％的孔隙率。相对于图4A至图4C(其描述了接触预烧结陶瓷涂层84)，此类接触可相对较低并且旨在与预烧结陶瓷涂层84的部分进行热接触或电接触。相反，相对于图6A至图6C描述的接触可被构造成进一步增强致密化和/或增加z方向收缩，伴随平面内收缩的对应减少。在一些示例中，负载可高达约500MPa。

在一些示例中，本文所述的高温涂层可形成为预烧结陶瓷涂层并且通过一个或多个外部加热源来烧结，该外部加热源可在预烧结陶瓷涂层处局部施加热和压力以在可连续烧结和压缩预烧结陶瓷涂层的部分的过程中烧结涂层和使其致密。图6B是示出根据本公开的技术的用于使用接触加热元件和负载来形成高温涂层的示例性系统140的概念图。系统140包括封闭室141、致动系统144、电源146和控制器148，除非另有说明，否则其可在功能上和/或组合物方面类似于图6A的封闭室131、致动系统134、电源136和控制器138。

系统140可被构造成连续烧结预烧结陶瓷涂层84的一个或多个部分。系统140包括顶部接触加热元件142A和底部接触加热元件142B(统称为“接触加热元件142”)。虽然接触加热元件142被示出为两个接触加热元件，但可使用任何数量的接触加热元件。例如，可不存在底部接触加热元件142B，使得仅顶部接触加热元件142A可被构造成加热制品80的顶部部分。接触加热元件142可包括能够接触预烧结陶瓷涂层84并且将预烧结陶瓷涂层84加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度的任何加热元件。接触加热元件142可包括弯曲表面，该弯曲表面被构造成接触预烧结陶瓷涂层84的第一部分并且进展到预烧结陶瓷涂层84的第二部分而不提升接触加热元件142。在图6B的示例中，接触加热元件142可以是被构造成前进以烧结预烧结陶瓷涂层84的另一个部分的辊，使得施加到涂层84的力可沿着预烧结陶瓷涂层84的表面递增地施加。例如，预烧结陶瓷涂层84可沿轴线具有曲率，使得平面表面可能不会充分地压缩涂层84的各个部分。相反，具有弯曲表面的接触加热元件142可以能够符合弯曲表面。

接触加热元件142可被构造成抵抗在陶瓷颗粒的烧结期间经历的相对较高温度以及从负载经历的相对较高力。接触加热元件142可以是被构造成使用间接焦耳加热来加热预烧结陶瓷涂层84的一部分的焦耳加热元件。在一些示例中，接触加热元件142可包括一个或多个石墨电极，该一个或多个石墨电极被构造成接收来自电源146的电流并从电流生成焦耳热，诸如通过一个或多个石墨电极的固有电阻率，并且在施加负载期间抵抗压缩力。

接触加热元件142可被构造成将陶瓷混合物的多个陶瓷颗粒加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度。例如，接触加热元件142可被构造成接触预烧结陶瓷涂层84持续足以达到和维持烧结温度的特定时间量，使得涂层84中的基本上所有的多个陶瓷颗粒都被烧结。接触加热元件142可电耦接到电源136。电源146可被构造成向接触加热元件142供应电力以从接触加热元件142生成热量。电源146可以可通信地耦接到控制器148。电源146可被构造成从控制器148接收控制信号，并且将电力递送到接触加热元件142以在接触加热元件142中生成焦耳热，诸如在期望的功率电平和/或期望的温度。

系统130可包括顶部致动系统部件144A和底部致动系统部件144B(统称为“致动系统144”)或被构造成将压力局部施加到预烧结陶瓷涂层84的其他部件或部件组。在图6A的示例中，接触加热元件142A可耦接到顶部致动系统部件144A，接触加热元件142B可耦接到底部致动系统部件144B，并且制品80可介于顶部致动系统部件144A与底部致动系统部件144B之间。顶部致动系统部件144A和/或底部致动系统部件144B可被构造成向制品80施加压力以压缩预烧结陶瓷涂层84，同时烧结预烧结陶瓷涂层84。致动系统144可以可通信地耦接到控制器148。致动系统144可包括一个或多个负载致动器，该一个或多个负载致动器被构造成接收来自控制器148的控制信号并且根据各种参数将压力施加到制品80，参数诸如力/面积、针对平面基底82的制品80上的x/y轴位置或针对非平面基底82的制品80上的x/y/z轴位置、或其他参数。

除了由控制器138执行的各种功能之外，控制器148可被控制为控制致动系统144，从而将接触加热元件142推进到预烧结陶瓷涂层84的不同部分。例如，控制器148可被构造成将控制信号发送到致动系统144以控制接触加热元件142和制品80之间的相对移动速率，从而将预烧结陶瓷涂层84加热到特定温度或以特定功率电平(例如，对应于温度或热通量)进行加热，以特定压力或负载(包括动态或静态压力或负载)压缩预烧结陶瓷涂层84，和/或生成制品80与接触加热元件142之间的相对移动以烧结和压缩预烧结陶瓷涂层84的不同部分。以此方式，系统140可被构造成连续且均匀地施加烧结并使预烧结陶瓷涂层84致密以形成致密的高温陶瓷涂层。

图6C是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件和负载(诸如图6A的接触加热元件132和致动系统134或图6B的接触加热元件142和致动系统144)来形成高温涂层的示例性技术的流程图。将相对于图6A的系统130和图6B的系统140来描述图6C；然而，其他系统可用于实现图6C的示例，诸如实现另一类型的加热或负载以在陶瓷复合材料基底上局部加热和压缩预烧结陶瓷涂层的系统。在一些示例中，图6C的方法可包括在陶瓷复合材料基底82的表面上形成底涂层，诸如图2的结晶金属碳化物底涂层56(150)，诸如图4C的步骤100中所述。

图6C的方法可包括在基底82上形成高温涂层，诸如图2的高温涂层54(152)。图6C的方法可包括在陶瓷复合材料基底82的表面上形成预烧结陶瓷涂层84(154)，诸如图4C的步骤104中所述。图6C的方法可包括使预烧结陶瓷涂层84的一部分与接触元件(诸如接触加热元件132或接触加热元件142)接触(156)。例如，控制器138或控制器148可向致动系统134或144发出控制信号以控制接触加热元件132或142与制品80之间的相对移动，使得接触加热元件132或142可接触预烧结陶瓷涂层84的特定部分。

为了形成致密的高温陶瓷涂层，图6C的方法可包括通过使用焦耳加热将预烧结陶瓷涂层84的部分加热到预烧结陶瓷涂层84的烧结温度来烧结预烧结陶瓷涂层84的至少一部分(158)，同时压缩预烧结陶瓷涂层84的部分(159)。在一些示例中，烧结温度可大于约1000℃。在一些示例中，在烧结期间，基底82的平均整体温度可比涂层84的平均整体温度低至少约100℃。

在一些示例中，烧结预烧结陶瓷涂层84的部分可包括使用一个或多个外部加热源来加热预烧结陶瓷涂层84，该外部加热源可在预烧结陶瓷涂层84处局部集中热量并且与整体加热方法相比使下面的基底82处于相对较低的温度。还参考图6A，图6C的方法可包括使预烧结陶瓷涂层84的一部分与焦耳加热元件(诸如接触加热元件132或接触加热元件142)接触。例如，控制器138或148可向致动系统134或144发出控制信号以控制接触加热元件132或接触加热元件142与制品80之间的相对平面移动(例如，垂直于致动系统134或致动系统144的施加负载)，使得接触加热元件132或接触加热元件142接触预烧结陶瓷涂层84的特定部分。图6C的方法可包括为接触加热元件132供电以将预烧结陶瓷涂层的部分加热到烧结温度或高于烧结温度(156)。例如，控制器78可将控制信号发送到电源76以便以特定功率电平对接触加热元件72供电，使其达到特定温度，和/或持续特定的时间量，从而在涂层84中实现烧结温度以基本上烧结涂层84的多个陶瓷颗粒。

在一些示例中，压缩预烧结陶瓷涂层84的部分可包括使用致动系统134或144将负载施加到预烧结陶瓷涂层84，同时在预烧结陶瓷涂层84的部分处局部集中热量。参考图6A，图6C的方法可包括使用致动系统134将特定负载施加到预烧结陶瓷涂层84，以在烧结温度下压缩预烧结陶瓷涂层84的部分持续特定的压缩时间量。例如，特定的负载和/或特定的压缩时间可对应于可压缩和致密化预烧结陶瓷涂层84而不损坏预烧结陶瓷涂层84和/或下面的基底82的力。在一些示例中，压缩负载可高达约500MPa，而压缩时间可介于约五秒至约五分钟之间。

在一些示例中，图6C的方法可包括烧结预烧结陶瓷涂层84的另一个部分。例如，控制器138和/或148可控制相应的致动系统134或144以控制相应的接触加热元件132或142以便接触涂层84和/或基底82的不同部分，并且将涂层84的其他部分加热到烧结温度。在图6A的示例中，预烧结陶瓷涂层84可在离散部分中被烧结。例如，可加热和压缩由接触加热元件132限定的特定表面区域，然后是相对于制品80重新定位接触加热元件132以加热涂层84的不同部分，使得可加热和压缩涂层84的特定部分持续接触加热元件132与制品80之间的特定接触时间。在图6B的示例中，预烧结陶瓷涂层84可被连续烧结。例如，由接触加热元件142限定的特定表面区域可跨涂层84的表面连续移动，使得可将涂层84的特定部分加热持续对应于接触加热元件142与制品80之间的相对移动速率的特定时间量。

本文所述的高温界面可由预烧结陶瓷涂层形成，该预烧结陶瓷界面使用快速、局部焦耳加热来烧结。图7A和图7B描述了用于形成高温界面(诸如图3的界面层68)的各种系统和技术。虽然单独描述，但这些系统和技术可组合使用，诸如并行地(例如，两个基底和界面的电接触)或顺序地(例如，一个加热机构的第一阶段和另一个加热机构的第二阶段)使用。

在一些示例中，本文所述的高温界面可形成为在两个或更多个相邻基底之间的预烧结陶瓷界面并且被烧结以便以强粘结来接合两个或更多个相邻基底，该强粘结减小基底对于高温的暴露。图7A是示出根据本公开的技术的用于形成高温界面的示例性系统160的概念图。制品170包括第一基底172A和第二基底172B(单独地成为“基底172”和统称为“基底172”)以及基底172之间的预烧结陶瓷界面174。每个基底172可以是陶瓷复合材料基底，并且可类似于图3的基底62。基底172可包括底涂层(未示出)，诸如图3的底涂层66。系统160包括封闭室161、致动系统164、电源166和控制器168，除非另有说明，否则其可在功能上和/或组合物方面类似于图6A的封闭室131、致动系统134、电源136和控制器138。

在图7A的示例中，预烧结陶瓷界面174可定位在基底172的表面之间。例如，如下文将进一步解释的，可将包括多个陶瓷颗粒的混合物施加到基底172A和/或172B的表面并且使其干燥以形成预烧结陶瓷界面174。虽然称为“预烧结”，但界面174可被部分烧结，使得“预烧结”可表示在基本上烧结之前的中间状态。

预烧结陶瓷界面174可包括多个陶瓷颗粒。多个陶瓷颗粒可具有对应于高温界面(诸如图3的界面层68)的期望组合物的组合物。例如，多个陶瓷颗粒可包括图3中描述的界面层68的陶瓷材料中的任一者，包括复合氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷和/或氮化物陶瓷。这些陶瓷颗粒可作为相对离散的未粘结或部分粘结的颗粒存在。除了多个陶瓷颗粒之外，预烧结陶瓷界面174可包括多个纤维，诸如图3的界面层68中描述的多个纤维。界面层68包括分布在整个陶瓷基体中以向界面174提供增强的机械特性的纤维，并且在一些情况下，可以是导电的和/或导热的以增强界面174的烧结。预烧结陶瓷界面174可具有对应于界面(诸如图3的高温界面64)的任何厚度，其足以将基底172粘结在一起。在一些示例中，预烧结陶瓷界面174具有约10微米至约五毫米的厚度。

系统160可被构造成使用在预烧结陶瓷界面174和/或一个或两个基底172中生成的焦耳加热来烧结预烧结陶瓷界面174的一个或多个部分。系统160包括一个或多个接触电元件162A和162B(单独地称为“接触电元件162”并且统称为“接触电元件162”)。除非另有说明，否则接触电元件162可在功能上和组合物方面类似于图4B的接触电元件92。接触电元件162可包括能够接触预烧结陶瓷界面174和/或基底172以直接(例如，通过预烧结陶瓷界面174中的焦耳热)和/或间接(例如，通过一个或两个基底172A和172B中的焦耳热)将夹置的预烧结陶瓷界面174加热到界面174的多个陶瓷颗粒的烧结温度的任何电元件。

接触电元件162可被构造成将电流递送到预烧结陶瓷界面174和/或一个或两个基底172，以将预烧结陶瓷界面174的多个陶瓷颗粒加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度。烧结温度可大于约1000℃，诸如对于复合氧化物，或大于约2000℃，诸如对于碳化物、氮化物和/或硼化物。在一些示例中，接触电元件162可包括一个或多个电触点，该一个或多个电触点被构造成将电流递送到预烧结陶瓷界面174的一部分和/或基底172A和/或172B的一部分。

接触电元件92可包括一个或多个电触点，该一个或多个电触点被构造成接收来自电源166的电流并且将电流递送到预烧结陶瓷界面174和/或一个或两个基底174的部分。作为一个示例，预烧结陶瓷界面174可包括传导纤维，该传导纤维可从电流生成电阻热并且将热量的至少一部分传递到周围陶瓷混合物以将多个陶瓷颗粒加热到烧结温度并接合基底172。作为另一个示例，基底172可包括陶瓷材料(诸如陶瓷纤维和/或陶瓷基体)，其可从电流生成电阻热量并且通过传导将这种生成的热量的至少一部分传递到预烧结陶瓷界面174中的多个陶瓷颗粒以在烧结温度下或高于烧结温度下加热多个陶瓷颗粒。

接触电元件162可电耦接到电源166。电源166可被构造成向接触电元件162供应电力或从其接收电力，从而用于递送到基底172以从基底172生成热量。电源166可以可通信地耦接到控制器168。电源166可被构造成从控制器168接收控制信号，并且基于控制信号将电流递送到接触电元件162。

致动系统164可被构造成诸如通过压缩基底172来维持基底172的位置。系统160可包括顶部致动系统部件164A和底部致动系统部件164B(统称为“致动系统164”)或被构造成将预烧结陶瓷界面174定位在基底172之间并且将压力局部施加到预烧结陶瓷界面174的其他部件或部件组。除非另有说明，否则致动系统164可在功能上和组合物方面类似于图6A的致动系统134。

系统160包括控制器168。控制器168可被构造成控制系统160的部件的操作以烧结预烧结陶瓷界面174的一个或多个部分。控制器168可类似于例如图4A的控制器168。在一些示例中，控制器168可被构造成控制电源166。例如，控制器168可被构造成将控制信号发送到电源166以控制电源166，从而将电流递送到基底172，诸如至特定温度。在一些示例中，控制器168可被构造成控制接触电元件162与制品170之间的相对移动，使得控制器168可控制接触电元件162的相对位置以加热预烧结陶瓷界面174的不同部分。在一些示例中，控制器168可被构造成控制由致动系统164施加到制品170的负载，使得控制器168可控制施加在预烧结陶瓷界面174上的压力的量。例如，控制器158可被构造成将控制信号发送到致动系统164以控制一个或多个负载致动器，从而将负载施加到制品170，诸如以特定力/面积、以特定应变速率和/或持续特定时间量。

图7B是示出根据本公开的技术的用于使用一个或多个接触电元件(诸如图7A的接触电元件162)以使用焦耳热来烧结预烧结陶瓷界面从而形成高温界面的示例性技术的流程图。将相对于图7A的系统160来描述图7B；然而，其他系统可用于实现图7B的示例，诸如实现另一类型的加热以局部加热陶瓷复合材料基底之间的预烧结陶瓷界面的系统。在一些示例中，图7B的方法可包括在陶瓷复合材料基底172A和/或172B中的任一个或两个的表面上形成底涂层，诸如图3的结晶金属碳化物底涂层66(180)，诸如图4C的步骤100中所述。

图7B的方法可包括在基底172(或覆盖基底172的其他层，诸如底涂层)之间形成高温界面，诸如图3的高温界面64(182)。图7B的方法可包括在陶瓷复合材料基底172A和172B的表面之间形成预烧结陶瓷界面174(184)。在一些示例中，形成预烧结陶瓷界面174可包括首先将多个纤维(诸如传导纤维)施加到基底172A和172B中的任一者或两者的表面，然后是将陶瓷混合物施加到基底172A和172B中的任一者或两者的表面。陶瓷混合物可包括多个陶瓷颗粒和分布介质，使得陶瓷混合物可作为糊剂、浆料或其他流体混合物施加。可在烧结之前预处理陶瓷混合物以形成预烧结陶瓷界面174。例如，可使陶瓷混合物干燥以移除分布介质并且在相对较低的温度下预烘焙以烧掉挥发物并形成预烧结(或部分烧结)陶瓷界面174。图7B的方法可包括将第二基底(诸如基底172B)定位在基底172A的表面上的预烧结陶瓷界面174上。

虽然图7B的方法已经被描述为在第一基底172A上形成预烧结陶瓷界面174并且将第二基底172A定位在预烧结陶瓷基底上，但在其他示例中，可在形成预烧结陶瓷界面174之前将第二基底172B定位在第一基底172A上方。例如，陶瓷混合物可施加到基底172A和/或基底172B的任一个或两个表面，并且基底172B可定位在基底172A上，使得陶瓷混合物定位在基底172之间。在定位基底172之后，可预处理陶瓷混合物，诸如在低温下干燥或预烘焙以在基底172之间形成预烧结陶瓷界面174。以此方式，预烧结陶瓷界面174可更容易地粘附到基底172的表面，而基底172可仅暴露于预烧结或其他预处理技术中涉及的相对较低温以形成预烧结陶瓷界面174。

图7B的方法可包括通过接触电元件162接触制品170，诸如预烧结陶瓷界面174的一部分或基底172的一个或多个部分(186)。例如，控制器168可向致动系统164发出控制信号以控制接触电元件162与制品170之间的相对移动，使得接触电元件162可接触预烧结陶瓷界面174的特定部分。

图7B的方法可包括通过使用焦耳加热将预烧结陶瓷界面174的部分加热到预烧结陶瓷界面174的烧结温度来烧结预烧结陶瓷涂层174的至少一部分(188)。例如，与其中炉中的周围气体可通过加热相邻基底来加热粘合层的整体加热相比，预烧结陶瓷界面174内或基底172内的焦耳加热可产生相对集中的热量，可控制该相对集中的热量以使得预烧结陶瓷界面174的多个陶瓷颗粒可在相对短的时间量内达到烧结温度，而基底172的不与预烧结陶瓷界面174相邻的部分可在预烧结陶瓷界面174被烧结时保持在较低的温度。在一些示例中，预烧结陶瓷界面174可在少于约一分钟内被烧结。在一些示例中，烧结温度可大于约1000℃。在一些示例中，在烧结期间，基底172的平均整体温度可比预烧结陶瓷界面174的平均整体温度低至少约100℃。

在一些示例中，烧结预烧结陶瓷界面174的部分可包括在与整体加热方法相比相对较低的温度下，使用在预烧结陶瓷界面174和基底172内生成的焦耳热来加热预烧结陶瓷界面174。还参考图7A，图7B的方法可包括使一个或两个基底172与接触元件(诸如接触电元件162)接触。例如，控制器98可向致动系统164发出控制信号以控制接触电元件162与制品170之间的相对移动，使得接触电元件162接触预烧结陶瓷界面174的特定部分。图7B的方法可包括将电流施加到预烧结陶瓷界面174以在预烧结陶瓷界面172中生成焦耳热。例如，预烧结陶瓷界面174中的传导纤维可响应于电流而加热。这种热可通过传导传递以将预烧结陶瓷界面174的一个或多个部分中的陶瓷颗粒加热到烧结温度或高于烧结温度。例如，控制器178可将控制信号发送到电源176以将电流递送到接触电元件162以便实现预烧结陶瓷界面174的特定温度和/或持续特定的时间，从而在预烧结陶瓷界面174中实现烧结温度以基本上烧结预烧结陶瓷界面174的多个陶瓷颗粒。

在图7A中未示出的一些示例中，烧结预烧结陶瓷界面174的部分可包括使用一个或多个相邻基底172来加热预烧结陶瓷界面174，该相邻基底可在预烧结陶瓷界面174附近的基底172的表面处局部集中热量，并且与整体加热方法相比使基底172的其他部分处于相对较低的温度。还参考图7A，图7B的方法可包括使一个或两个基底172与接触元件(诸如接触电元件162)接触。例如，控制器98可向致动系统164发出控制信号以控制接触电元件162与制品170之间的相对移动，使得接触电元件162接触对应于预烧结陶瓷界面174的期望部分的基底172的一个或多个特定部分。图7B的方法可包括将电流施加到基底172以在基底172中生成焦耳热。这种热可通过传导来传递到预烧结陶瓷界面174的一个或多个部分以将预烧结陶瓷界面174的一个或多个部分中的陶瓷颗粒加热到烧结温度或高于烧结温度。例如，控制器168可将控制信号发送到电源166以将电流递送到接触电元件162以便实现基底172的特定温度和/或持续特定的时间，从而在预烧结陶瓷界面174中实现烧结温度以基本上烧结涂层84的多个陶瓷颗粒。在一些示例中，预烧结陶瓷界面174中的传导纤维可有助于通过预烧结陶瓷界面174从基底172传导此热量以快速和/或均匀烧结预烧结陶瓷界面174的陶瓷颗粒。

在一些示例中，图7B的方法可包括烧结预烧结陶瓷界面174的另一个部分。例如，控制器168可控制致动系统164以控制接触电元件162以便接触预烧结陶瓷界面174和/或基底172的不同部分，并且将预烧结陶瓷界面174的不同部分加热到烧结温度。在一些示例中，预烧结陶瓷界面174可在离散部分中被烧结。例如，可加热由接触电元件162限定的特定表面区域，然后是相对于制品170重新定位接触电元件162以加热预烧结陶瓷界面174的不同部分，使得可将预烧结陶瓷界面174的特定部分加热持续对应于接触电元件162与制品170之间的接触时间量的特定时间量。在一些示例中，预烧结陶瓷涂层84可被连续烧结。例如，由接触电元件162限定的特定表面区域可跨基底172和/或预烧结陶瓷界面174的表面连续移动，使得可将预烧结陶瓷界面174的特定部分加热持续对应于接触电元件162与制品170之间的相对移动速率的特定时间量。

实验方法

图8A至图8D是在不同程度的热处理下的高温陶瓷涂层样本的显微照片。在碳化硅/碳化硅(SiC/SiC)复合材料基底上形成涂层样本。涂层样本各自使用接触加热(诸如图4A至图4C中所述)以及非接触加热(诸如图5A至图5C中所述)来制造，并且如下文将进一步描述。

将复合氧化物浆料施加到SiC/SiC复合材料基底的表面并且使其干燥。将复合氧化物浆料在空气中暴露于600℃以烧掉浆料中的有机物。将样本放置在真空室内部的移动平台上并且使其在碳加热元件下移动，使用电流将该碳加热元件加热至约2000℃。将样本暴露于加热元件持续约5至约10秒的暴露。

取决于对应样本的涂层与加热元件的接近度和加热元件的温度梯度，展示了在短时段内的不同水平的烧结和致密化。图8A是在SiC/SiC复合材料基底上的预烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片；图8B是在SiC/SiC复合材料基底上的部分烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片；图8C是在SiC/SiC复合材料基底上的烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片；并且图8D是在SiC/SiC复合材料基底上的熔融高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。图8A和图8B的涂层可由相对较低密度和高体积分数的孔表征。图8D的涂层可由孔、气泡和可能由过量加热引起的其他缺陷表征，该过量加热导致涂层熔化。相比之下，图8C的涂层可由致密、均匀的涂层表征。

尽管系统未针对温度均匀性、控制和/或自动化进行优化，但图8A至图8D的涂层样本的制造表明涂层在非常短的时间段(例如，5-10秒)内的烧结。整体加热中存在的不期望的反应由于其较慢动力学和短烘焙时间而不存在，并且陶瓷涂层的接近熔融或熔融温度可在基底没有经历这些极端温度的情况下在表面上局部地实现。如图8A至图8D所示，涂层的烧结可通过温度、加热时间以及与加热源的接近度来控制，使得可通过选择对应的时间和温度来实现非常致密且均匀的涂层。此外，可使用移动热区来以非接触线性方式实现此类烧结，该移动热区可以烧结前方式烧结涂层。涂层表现出对SiC/SiC基底的强粘附性。

图9是在SiC/SiC复合材料基底上的烧结高温陶瓷界面的横截面视图的显微照片。将SiC纤维放置在SiC/SiC基底的表面上。将复合氧化物浆料施加到SiC/SiC基底的表面并且使其干燥。使用焦耳加热来加热SiC纤维和复合氧化物浆料，使得复合氧化物达到接近熔融温度并且合并SiC纤维，同时粘附到SiC/SiC基底。因此，陶瓷界面包括碳基体中的轴向对准的碳化硅纤维。陶瓷界面接触碳基底上的碳化硅底涂层。因此，在几秒的短时间内将纤维合并到陶瓷界面中并且增强陶瓷界面的机械特性。

实施例

实施例1：一种方法，包括在陶瓷复合材料基底上形成预烧结陶瓷涂层，其中所述预烧结陶瓷涂层包括多个陶瓷颗粒；以及通过使用焦耳加热将所述预烧结陶瓷涂层的至少一部分加热到所述多个陶瓷颗粒的烧结温度来烧结所述预烧结陶瓷涂层的所述部分，其中所述烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

实施例2：根据实施例1所述的方法，还包括使所述预烧结陶瓷涂层的所述部分与一个或多个接触加热元件接触；以及为所述一个或多个接触加热元件供电以加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。

实施例3：根据实施例2所述的方法，其中所述一个或多个接触加热元件包括一个或多个高温电极加热元件。

实施例4：根据实施例2和3中任一项所述的方法，还包括使所述预烧结陶瓷涂层相对于所述一个或多个接触加热元件移动，以致使所述一个或多个接触加热元件接触所述预烧结陶瓷涂层的不同部分。

实施例5：根据实施例2至4中任一项所述的方法，还包括在加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分时压缩所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。

实施例6：根据实施例5所述的方法，其中压缩所述预烧结陶瓷涂层的所述部分包括使用辊来压缩所述预烧结陶瓷的所述部分，其中所述方法还包括推进所述辊以加热所述预烧结陶瓷涂层的另一个部分。

实施例7：根据实施例1至6中任一项所述的方法，还包括使所述预烧结陶瓷涂层的所述部分与一个或多个接触电元件接触；以及将电流通过所述一个或多个接触电元件递送到所述基底以加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。

实施例8：根据实施例1至7中任一项所述的方法，其中所述多个陶瓷颗粒包括碳化物陶瓷、硼化物陶瓷或氮化物陶瓷中的至少一者。

实施例9：根据实施例1至8中任一项所述的方法，其中所述多个陶瓷颗粒包括稀土二硅酸盐陶瓷。

实施例10：根据实施例1至9中任一者所述的方法，还包括在所述陶瓷复合材料基底的表面上形成结晶金属碳化物底涂层。

实施例11：根据实施例1至10中任一项所述的方法，其中形成所述预烧结陶瓷涂层还包括在所述基底的表面上施加陶瓷混合物，其中所述陶瓷混合物包括所述多个陶瓷颗粒。

实施例12：一种用于形成高温陶瓷涂层的系统，包括封闭室，所述封闭室被构造成：容纳制品，所述制品包括在陶瓷复合材料基底上的预烧结陶瓷涂层，其中所述预烧结陶瓷涂层包括多个陶瓷颗粒；以及在所述封闭室中维持惰性或真空气氛；和一个或多个接触元件，所述一个或多个接触元件被构造成：接触所述制品的一部分；以及生成焦耳热以将所述预烧结陶瓷涂层的一部分加热到所述多个陶瓷颗粒的烧结温度以烧结所述预烧结陶瓷涂层的所述部分，其中所述烧结温度大于约1000℃。

实施例13：根据实施例12所述的系统，其中所述一个或多个接触元件包括一个或多个接触加热元件，所述一个或多个接触加热元件被构造成响应于电流而在一个或多个接触加热元件中生成焦耳热，并且其中所述系统还包括电源，所述电源被构造成将电流递送到所述焦耳加热元件以加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。

实施例14：根据实施例13所述的系统，其中所述一个或多个接触加热元件包括一个或多个石墨电极加热元件。

实施例15：根据实施例12至14中任一项所述的系统，其中所述一个或多个接触元件包括一个或多个接触电元件，所述一个或多个接触电元件被构造成将电流递送到所述基底以响应于所述电流而在所述基底中生成所述焦耳热，并且其中所述系统还包括电源，所述电源被构造成将所述电流传递到所述一个或多个接触电元件以经由所述基底加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。

实施例16：根据实施例12至15中任一项所述的系统，还包括致动系统，所述致动系统耦接到所述一个或多个接触元件并且被构造成在所述一个或多个接触元件加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分的同时压缩所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。

实施例17：根据实施例16所述的系统，其中所述一个或多个接触元件包括一个或多个辊，所述一个或多个辊被构造成推进所述制品以加热所述预烧结陶瓷涂层的另一个部分。

实施例18：根据实施例12至17中任一项所述的系统，还包括致动系统，所述致动系统被构造成生成所述制品与所述一个或多个接触元件之间的相对移动以致使所述一个或多个接触元件接触所述制品的不同部分。

实施例19：根据实施例12至18中任一项所述的系统，其中所述多个陶瓷颗粒包括碳化物陶瓷、硼化物陶瓷或氮化物陶瓷中的至少一者。

实施例20：根据实施例12至19中任一项所述的系统，其中所述多个陶瓷颗粒包括稀土二硅酸盐陶瓷。

实施例21：一种方法，包括在陶瓷复合材料基底上形成预烧结陶瓷涂层，其中所述预烧结陶瓷涂层包括多个陶瓷颗粒；以及通过使用一个或多个非接触辐射加热元件将所述预烧结陶瓷涂层的至少一部分加热到所述预烧结陶瓷涂层的烧结温度来烧结所述预烧结陶瓷涂层的所述部分，其中所述烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

实施例22：根据实施例21所述的方法，还包括将所述预烧结陶瓷涂层的所述部分定位成靠近所述一个或多个非接触辐射加热元件；以及加热所述一个或多个非接触辐射加热元件以烧结所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。

实施例23：根据实施例21和22中任一项所述的方法，还包括使所述预烧结陶瓷涂层相对于所述一个或多个非接触辐射加热元件移动，以致使所述一个或多个非接触辐射加热元件烧结所述预烧结陶瓷涂层的不同部分。

实施例24：根据实施例21至23中任一项所述的方法，还包括使所述基底沿着移动轴线相对于所述一个或多个非接触辐射加热元件移动以烧结所述预烧结陶瓷涂层的另一个部分。

实施例25：根据实施例24所述的方法，其中所述一个或多个非接触辐射加热元件被构造成靠近所述一个或多个非接触辐射加热元件产生相对较热区，并且其中所述相对较热区的温度沿所述移动轴线或围绕所述移动轴线变化。

实施例26：根据实施例24和25中任一项所述的方法，其中所述一个或多个非接触辐射加热元件被构造成靠近所述一个或多个非接触辐射加热元件产生相对较热区，并且其中所述相对较热区的温度围绕所述移动轴线变化。

实施例27：根据实施例21至26中任一项所述的方法，其中所述一个或多个非接触辐射加热元件包括红外加热元件。

实施例28：根据实施例21至27中任一项所述的方法，其中所述多个陶瓷颗粒包括碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷或稀土二硅酸盐陶瓷中的至少一者。

实施例29：根据实施例21至28中任一者所述的方法，还包括在所述陶瓷复合材料基底的表面上形成结晶金属碳化物底涂层。

实施例30：根据实施例21至29中任一项所述的方法，其中形成所述预烧结陶瓷涂层还包括在所述基底的表面上施加陶瓷混合物，其中所述陶瓷混合物包括所述多个陶瓷颗粒。

实施例31：一种用于形成高温陶瓷涂层的系统，包括封闭室，所述封闭室被构造成：容纳制品，所述制品包括在陶瓷复合材料基底上的预烧结陶瓷涂层；以及在所述室中维持惰性或真空气氛；和一个或多个非接触辐射加热元件，所述一个或多个非接触辐射加热元件被构造成生成焦耳热以将所述预烧结陶瓷涂层的一部分加热到所述预烧结陶瓷涂层的烧结温度，其中所述烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

实施例32：根据实施例31所述的系统，其中所述一个或多个非接触辐射加热元件包括焦耳加热元件，所述焦耳加热元件被构造成响应于电流而在所述焦耳加热元件中生成所述焦耳热，并且其中所述系统还包括电源，所述电源被构造成将电流递送到所述焦耳加热元件以加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。

实施例33：根据实施例31和32中任一项所述的系统，还包括致动系统，所述致动系统被构造成将所述预烧结陶瓷涂层的所述部分定位成靠近所述一个或多个非接触辐射加热元件。

实施例34：根据实施例33所述的系统，其中所述致动系统被构造成使所述预烧结陶瓷涂层相对于所述一个或多个非接触辐射加热元件移动，以致使所述一个或多个非接触辐射加热元件烧结所述预烧结陶瓷涂层的不同部分。

实施例35：根据实施例33和34中任一项所述的系统，其中所述致动系统被构造成使所述基底沿着移动轴线相对于所述一个或多个非接触辐射加热元件移动以烧结所述预烧结陶瓷涂层的另一个部分。

实施例36：根据实施例35所述的系统，其中所述一个或多个非接触辐射加热元件被构造成靠近所述一个或多个非接触辐射加热元件产生相对较热区，并且其中所述相对较热区的温度沿所述移动轴线或围绕所述移动轴线中的至少一者变化。

实施例37：根据实施例35和36中任一项所述的系统，其中所述一个或多个辐射加热元件包括一个或多个辐射表面，所述一个或多个辐射表面朝向所述移动轴线径向向内取向并且被构造成在所述预烧结陶瓷涂层的一个或多个表面处发射辐射。

实施例38：根据实施例31至37中任一项所述的系统，其中所述一个或多个非接触辐射加热元件包括一个或多个红外加热元件。

实施例39：根据实施例31至38中任一项所述的系统，其中所述预烧结陶瓷涂层包括碳化物陶瓷、硼化物陶瓷或氮化物陶瓷中的至少一者。

实施例40：根据实施例31至39中任一项所述的系统，其中所述预烧结陶瓷涂层包括稀土二硅酸盐陶瓷。

实施例41：一种方法，包括形成包括第一陶瓷复合材料基底、第二陶瓷复合材料基底，以及所述第一陶瓷复合材料基底与所述第二陶瓷复合材料基底之间的预烧结陶瓷界面的制品，其中所述预烧结陶瓷界面包括多个陶瓷颗粒和多个纤维；以及通过使用焦耳加热将所述预烧结陶瓷界面的至少一部分加热到所述陶瓷界面的烧结温度来烧结所述预烧结陶瓷界面的所述部分以接合所述第一基底和所述第二基底，其中所述烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

实施例42：根据实施例41所述的方法，其中加热所述预烧结陶瓷界面的所述部分还包括：使所述制品与一个或多个接触电元件接触；以及将电流递送到所述制品以加热所述预烧结陶瓷界面的所述部分。

实施例43：根据实施例42所述的方法，其中接触所述制品包括使所述第一基底或所述第二基底中的至少一者与所述一个或多个接触电元件接触，并且其中将所述电流递送到所述制品包括将所述电流递送到所述第一基底或所述第二基底中的所述至少一者，以在所述第一基底或所述第二基底中的所述至少一者中生成焦耳热。

实施例44：根据实施例42和43中任一项所述的方法，其中接触所述制品包括使所述预烧结陶瓷界面与所述一个或多个接触电元件接触；并且其中将所述电流递送到所述制品包括将所述电流递送到所述预烧结陶瓷界面以在所述预烧结陶瓷界面的所述多个纤维中生成焦耳加热。

实施例45：根据实施例41至44中任一项所述的方法，还包括在加热所述预烧结陶瓷界面的所述部分时压缩所述预烧结陶瓷界面的所述部分。

实施例46：根据实施例42至45中任一项所述的方法，还包括移动所述制品和所述一个或多个接触电元件以致使所述一个或多个接触电元件接触所述制品的不同部分。

实施例47：根据实施例41至46中任一项所述的方法，还包括在所述第一陶瓷复合材料基底的表面上形成所述预烧结陶瓷界面；以及与所述第一陶瓷复合材料基底的所述表面相对地将所述第二陶瓷复合材料基底定位在所述预烧结陶瓷界面上。

实施例48：根据实施例47所述的方法，其中形成所述预烧结陶瓷界面包括将陶瓷混合物施加到所述第一陶瓷复合材料基底的所述表面，并且其中所述陶瓷混合物包括所述多个陶瓷颗粒和所述多个纤维。

实施例49：根据实施例41至48中任一项所述的方法，其中所述多个陶瓷颗粒包括稀土二硅酸盐陶瓷。

实施例50：根据实施例41至49中任一项所述的方法，还包括在所述第一基底或所述第二基底中的至少一者的表面上形成结晶金属碳化物底涂层。

实施例51：根据实施例41至50中任一项所述的方法，其中所述多个纤维是导电的。

实施例52：一种制品，包括：第一陶瓷复合材料基底；第二陶瓷复合材料基底；和所述第一陶瓷复合材料基底的第一表面与所述第二陶瓷复合材料基底的第二表面之间的高温界面，其中所述高温界面包括至少一个高温界面层，所述至少一个高温界面层包括陶瓷基体和通过所述陶瓷基体分布的多个纤维。

实施例53：根据实施例52所述的制品，其中所述高温界面还包括：在所述第一陶瓷复合材料基底的所述第一表面上的第一结晶金属碳化物底涂层；和在所述第二陶瓷复合材料基底的所述第二表面上的第二结晶金属碳化物底涂层，其中所述高温界面层定位在所述第一金属碳化物底涂层和所述第二金属碳化物底涂层之间。

实施例54：根据实施例53所述的制品，其中所述陶瓷基体包括稀土二硅酸盐陶瓷。

实施例55：根据实施例52至54中任一项所述的制品，其中所述制品是制动器组件的部件。

实施例56：根据实施例52至55中任一项所述的制品，其中所述多个纤维是导电的。

实施例57：一种用于形成高温陶瓷界面的系统，包括封闭室，所述封闭室被构造成：容纳包括第一陶瓷复合材料基底、第二陶瓷复合材料基底，以及所述第一陶瓷基底与所述第二陶瓷基底之间的预烧结陶瓷界面的制品，其中所述预烧结陶瓷界面包括多个陶瓷颗粒和多个纤维；以及在所述封闭室中维持惰性或真空气氛；和一个或多个接触电元件，所述一个或多个接触电元件被构造成：接触所述制品的一部分；以及将电流递送到所述制品以将所述预烧结陶瓷界面的一部分加热到所述多个陶瓷颗粒的烧结温度以便烧结所述预烧结陶瓷界面的所述部分，其中所述烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

实施例58：根据实施例57所述的系统，其中所述一个或多个接触电元件被构造成接触所述第一基底或所述第二基底中的至少一者，并且将所述电流递送到所述第一基底或所述第二基底中的所述至少一者以响应于所述电流而在所述第一基底或所述第二基底中的所述至少一者中生成焦耳热，并且其中所述系统还包括电源，所述电源被构造成将所述电流传递到所述一个或多个接触电元件以经由所述第一基底或所述第二基底中的所述至少一者加热所述预烧结陶瓷界面的所述部分。

实施例59：根据实施例57至58中任一项所述的系统，还包括致动系统，所述致动系统被构造成生成所述制品与所述一个或多个接触电元件之间的相对移动以致使所述一个或多个接触电元件接触所述制品的不同部分。

实施例60：根据实施例57至59中任一项所述的系统，其中所述多个陶瓷颗粒包括稀土二硅酸盐陶瓷。

已经描述了各种示例。这些示例和其他示例在以下权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种方法，包括：

形成包括第一陶瓷复合材料基底、第二陶瓷复合材料基底，以及所述第一陶瓷复合材料基底与所述第二陶瓷复合材料基底之间的预烧结陶瓷界面的制品，其中所述预烧结陶瓷界面包括多个陶瓷颗粒和多个纤维；以及

通过使用焦耳加热将所述预烧结陶瓷界面的至少一部分加热到所述陶瓷界面的烧结温度来烧结所述预烧结陶瓷界面的所述部分以接合所述第一基底和所述第二基底，其中所述烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中加热所述预烧结陶瓷界面的所述部分还包括：

使所述制品与一个或多个接触电元件接触；以及

将电流递送到所述制品以加热所述预烧结陶瓷界面的所述部分。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中接触所述制品包括使所述第一基底或所述第二基底中的至少一者与所述一个或多个接触电元件接触，并且

其中将所述电流递送到所述制品包括将所述电流递送到所述第一基底或所述第二基底中的所述至少一者，以在所述第一基底或所述第二基底中的所述至少一者中生成焦耳热。

4.根据权利要求2所述的方法，

其中接触所述制品包括使所述预烧结陶瓷界面与所述一个或多个接触电元件接触；并且

其中将所述电流递送到所述制品包括将所述电流递送到所述预烧结陶瓷界面以在所述预烧结陶瓷界面的所述多个纤维中生成焦耳加热。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，

其中所述多个陶瓷颗粒包括稀土二硅酸盐陶瓷，并且

其中所述多个纤维是导电的。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括在所述第一基底或所述第二基底中的至少一者的表面上形成结晶金属碳化物底涂层。

7.一种制品，包括：

第一陶瓷复合材料基底；

第二陶瓷复合材料基底；和

高温界面，所述高温界面在所述第一陶瓷复合材料基底的第一表面与所述第二陶瓷复合材料基底的第二表面之间，其中所述高温界面包括至少一个高温界面层，所述至少一个高温界面层包括陶瓷基体和通过所述陶瓷基体分布的多个纤维。

8.根据权利要求7所述的制品，其中所述高温界面还包括：

第一结晶金属碳化物底涂层，所述第一结晶金属碳化物底涂层在所述第一陶瓷复合材料基底的所述第一表面上；和

第二结晶金属碳化物底涂层，所述第二结晶金属碳化物底涂层在所述第二陶瓷复合材料基底的所述第二表面上，

其中所述高温界面层定位在所述第一金属碳化物底涂层和所述第二金属碳化物底涂层之间。

9.根据权利要求7或8所述的制品，

其中所述陶瓷基体包括稀土二硅酸盐陶瓷，并且

其中所述多个纤维是导电的。

10.一种用于形成高温陶瓷界面的系统，包括：

封闭室，所述封闭室被构造成：

容纳包括第一陶瓷复合材料基底、第二陶瓷复合材料基底，以及所述第一陶瓷基底与所述第二陶瓷基底之间的预烧结陶瓷界面的制品，其中所述预烧结陶瓷界面包括多个陶瓷颗粒和多个纤维；以及

在所述封闭室中维持惰性或真空气氛；和

一个或多个接触电元件，所述一个或多个接触电元件被构造成：

接触所述制品的一部分；以及

将电流递送到所述制品以将所述预烧结陶瓷界面的一部分加热到所述多个陶瓷颗粒的烧结温度以便烧结所述预烧结陶瓷界面的所述部分，其中所述烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。

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