EP4426666A1 - Procede de depot d'une barriere environnementale sur une piece en materiau composite a matrice ceramique - Google Patents

Procede de depot d'une barriere environnementale sur une piece en materiau composite a matrice ceramique

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EP4426666A1
EP4426666A1 EP22813325.2A EP22813325A EP4426666A1 EP 4426666 A1 EP4426666 A1 EP 4426666A1 EP 22813325 A EP22813325 A EP 22813325A EP 4426666 A1 EP4426666 A1 EP 4426666A1
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EP
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mullite
layer
bonding layer
precursor
silicon
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EP22813325.2A
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Francis Rebillat
Lisa PIN
Marie SALLES
Eric Bouillon
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Safran Ceramics SA
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Safran Ceramics SA
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Publication date
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    • F05D2300/6033Ceramic matrix composites [CMC]

Definitions

  • This presentation relates to the protection of parts made of ceramic matrix composite material, for example fixed or moving blades of the high pressure turbine or the low pressure turbine of a turbomachine.
  • the present disclosure relates to a process for depositing an environmental barrier on a part made of composite material with a ceramic matrix comprising silicon carbide fibers.
  • CMC carbide-based ceramic matrix composite
  • the protective coating applied is then called environmental barrier (called EBC in accordance with the English acronym for “Environmental Barrier Coating”) and is composed of a bonding layer of silicon (also called “Bond-Coat” in English), as well only one layer ensuring the protection against corrosion of the ReSiO rare earth silicate system (also called “Top-Coat”).
  • EBC environmental barrier
  • the presence of the silicon layer limits the operating temperature of this type of EBC. Indeed, the melting point of silicon being 1415°C, the maximum operating temperature of such a system cannot exceed 1300-1350°C.
  • the temperature of the BC/TC interface must be able to withstand temperatures that can go up to 1450° C.
  • the present presentation aims to overcome these drawbacks at least in part.
  • this presentation relates to a process for depositing an environmental barrier on a part made of composite material with a ceramic matrix comprising silicon carbide fibers, the process comprising:
  • the bonding layer comprising mullite or a precursor of mullite
  • the protective layer comprising a rare earth disilicate.
  • Mullite (3AI 2 O3.2SiO2) is a refractory oxide, having low coefficients of thermal diffusivity and thermal expansion (4.5 is identical to CMC SiC / SiC). It also has a low coefficient of diffusion to humidity and oxygen, and good resistance to volatilization in a humid environment at high temperature. Furthermore, mullite does not exhibit any allotropic transformations in the temperature range of use, thus making it possible to limit the thermomechanical stresses generated at the bonding layer (BC)/protective layer (TC) interface, and therefore to have a better chipping resistance.
  • the binding layer (or Bond-Coat) is deposited on the surface of the part. Also, it is understood that the bonding layer comprising mullite or mullite precursors capable of forming mullite is directly deposited on the surface of the part.
  • the protective layer (or Top-Coat) is deposited on the bonding layer, so that the bonding layer is interposed between the part and the protective layer.
  • an oxide layer is formed at the interface of the bonding layer and the protective layer, the oxide layer being formed by oxidation of the mullite precursor of the bonding layer and the oxide layer comprising mullite.
  • TGO oxide
  • the mullite precursor may comprise a mixture of silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AIN).
  • SiC+AlN mixture makes it possible to generate the mullite layer by oxidation. More specifically, SiC and AlN form a continuous solid solution, leading to intimate mixing of the elements, promoting increased reactivity between the formed oxides SiCh and Al2O3, to form mullite and chemically bind the silica before it volatilizes.
  • the mullite precursor may include alumina.
  • the mullite precursor may comprise a mixture of silicon carbide and alumina or a mixture of silicon nitride and alumina.
  • the mullite precursor may comprise silicon boride or aluminum boride.
  • the mullite precursor may comprise a mixture of silicon boride and aluminum nitride, a mixture of silicon boride and alumina, a mixture of silicon carbide and aluminum boride or a mixture of silica and aluminum boride.
  • the mullite precursor may comprise an intermetallic compound of silicon and/or aluminum.
  • the mullite precursor may comprise an alloy based on aluminum and hafnium, an alloy based on aluminum and titanium, an alloy Si x M y where M is a metal or a rare earth.
  • the alumina/silicon atomic ratio of the mullite precursor may be 3:2.
  • the ideal quantities between these compounds are in the stoichiometric Al/Si ratio of mullite: 3AI/2SL
  • the bonding layer can be obtained by flash sintering.
  • the protective layer can be obtained by flash sintering.
  • the bonding layer can be obtained by chemical vapor deposition.
  • the rare earth disilicate may include yttrium disilicate.
  • the ceramic matrix may include silicon carbide.
  • the ceramic matrix can be silicon carbide or a mixture of silicon carbide and aluminum nitride.
  • Figure 1 is a schematic view in longitudinal section of a turbine engine.
  • Figure 2 is a flowchart representing the steps of a process for depositing an environmental barrier.
  • FIG. 3A-3B Figures 3A-3B are cross-sectional views in backscattered electrons of the bonding layer and the protective layer (A) before thermal aging and (B) after thermal aging for 500h at 1300°C in humid air (air/H 2 O: 50/50 kPa).
  • FIG. 1 shows, in section along a vertical plane passing through its main axis A, a turbofan engine 10.
  • the turbofan engine 10 comprises, from upstream to downstream according to the circulation of the air flow, a fan 12, a low pressure compressor 14, a high pressure compressor 16, a combustion chamber 18, a high pressure turbine 20, and a low pressure turbine 22.
  • the high pressure turbine 20 comprises a plurality of blades 20A rotating with the rotor and rectifiers 20B mounted on the stator.
  • the stator of the turbine 20 comprises a plurality of stator rings arranged opposite the moving blades 20A of the turbine 20.
  • the low pressure turbine 22 comprises a plurality of blades rotating with the rotor and rectifiers mounted on the stator.
  • the method 100 for depositing an environmental barrier on a part made of ceramic matrix composite material comprising silicon carbide fibers will be described.
  • the part made of composite material with a ceramic matrix comprising silicon carbide fibers can be a fixed or mobile SiC/SiC blade, for example for the low pressure turbine and/or for the turbine high pressure.
  • the bonding layer may comprise a mullite precursor comprising a mixture of silicon carbide and aluminum nitride, for example with an Al/Si atomic ratio equal to 3:2 .
  • the protective layer may comprise yttrium disilicate ( ⁇ 281207).
  • the bonding layer and the protective layer can for example be obtained by flash sintering, also called SPS in accordance with the English acronym for “Spark Plasma Sintering", or FAST in accordance with the English acronym for “Field Assisted Sintering Technique” or PECS in accordance with the English acronym for "Pulsed Electric Current Sintering” or by CVD in accordance with the English acronym for “Chemical Vapor Deposition” or by PVD in accordance with the English acronym for "Physical Vapor Deposition”.
  • flash sintering also called SPS in accordance with the English acronym for "Spark Plasma Sintering", or FAST in accordance with the English acronym for "Field Assisted Sintering Technique” or PECS in accordance with the English acronym for "Pulsed Electric Current Sintering” or by CVD in accordance with the English acronym for "Chemical Vapor Deposition” or by PVD in accordance with the English acronym for "Physical Vapor Deposition”.
  • FIG. 3A is a sectional view in backscattered electrons of the SiC-AIN bonding layer and of the Y 2 Si2O 7 (DSY) protective layer after obtaining the bonding layer (step 102) and obtaining of the protective layer (step 104).
  • DSY Y 2 Si2O 7
  • FIG. 3B After oxidation for 500 h at 1300° C. in humid air (air/H 2 O: 50/50 kPa), an oxide layer (TGO) is formed at the interface of the bonding layer and the layer protection, the oxide layer is formed by oxidation of the mullite precursor of the bonding layer and the oxide layer comprises mullite (FIG. 3B).
  • step 106 of oxidation of the bonding layer can be partially carried out before the use of the turbomachine and can be completed during the use of the turbomachine, that is to say in flight in the case of an aircraft turbojet.
  • an oxide layer (TGO) mainly of mullite is formed.
  • the amount of silica becomes extremely limited at the bonding layer/oxide layer and oxide layer/protective layer interfaces. Unreacted alumina remains occasionally present.
  • this mullite TGO does not show allotropic changes, limiting its volumetric variations, apart from those of growth. No crack is detected in this restricted zone, and the risks of delamination are thus greatly reduced close to these interfaces.

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Abstract

Procédé (100) de dépôt d'une barrière environnementale sur une pièce en matériau composite à matrice céramique comprenant des fibres de carbure de silicium. Le procédé (100) comprend le dépôt d'une couche de liaison (102) sur au moins une surface de la pièce, la couche de liaison comprenant de la mullite ou un précurseur de la mullite et le dépôt d'une couche de protection (104) sur la couche de liaison, la couche de protection comprenant un disilicate de terre rare.

Description

PROCEDE DE DEPOT D'UNE BARRIERE ENVIRONNEMENTALE SUR UNE PIECE EN MATERIAU COMPOSITE A MATRICE CERAMIQUE
Domaine technique
[0001] Le présent exposé concerne la protection de pièces en matériau composite à matrice céramique, par exemple des aubes fixes ou mobiles de la turbine haute pression ou de la turbine basse pression d'une turbomachine. En particulier, le présent exposé concerne un procédé de dépôt d'une barrière environnementale sur une pièce en matériau composite à matrice céramique comprenant des fibres de carbure de silicium.
Technique antérieure
[0002] Les pièces en matériau composite à matrice céramique (CMC) base carbure (généralement dénommés SiC/SiC) sont développées pour la réalisation de pièces de turbines haute pression et basse pression, dans le but de diminuer voire d'éliminer le débit de refroidissement classiquement utilisé dans le design de pièces métalliques en alliage à base de nickel et/ou de cobalt. Ce bénéfice est lié à la réfractérité intrinsèque des céramiques SiC, autorisant un accroissement des températures de fonctionnement des turbines tout en diminuant la Cs, c'est-à-dire la consommation spécifique en carburant d'une turbomachine (conséquence de la diminution de prélèvement d'air de refroidissement).
[0003] Cependant, dans l'environnement oxydant/corrosif d'une turbine, les CMC SiC/SiC sont soumis à un phénomène de corrosion/récession non passivante qui est la résultante de l'oxydation donnant lieu à la formation de SiÛ2, et la volatilisation de cet oxyde sous l'effet de H2O. Ainsi, pour des applications haute température en environnement O2/H2O, l'application d'un revêtement protecteur est nécessaire sur les CMCs SiC/SiC.
[0004] Le revêtement protecteur appliqué est alors nommé barrière environnementale (appelé EBC conformément au sigle anglais pour « Environmental Barrier Coating ») et est composé d'une couche de liaison en silicium (aussi appelée « Bond-Coat » en anglais), ainsi que d'une couche assurant la protection contre la corrosion du système en silicate de terre rare ReSiO (aussi appelée « Top-Coat » en anglais). Le revêtement doit répondre à un certain nombre de contraintes : un coefficient de dilatation compatible avec celui du substrat en CMC, une faible perméabilité aux espèces oxyda ntes/corrosives (qui comprend à la fois, la diffusion moléculaire liée directement au paramètre physique d'herméticité et la diffusion ionique des espèces O= et OH', caractéristiques intrinsèque des RESiO) et une stabilité thermomécanique aux températures de fonctionnement de la pièce.
[0005] Les EBCs actuellement développées sont composées d'une couche de silicium (Bond-Coat) « silico-formeur » qui permet d'assurer la protection contre l'oxydation du SiC/SiC, par formation d'une couche de silice passivante (appelée TGO conformément au sigle anglais pour « Thermal Growth Oxide »), se formant durant le traitement de stabilisation de l'EBC et pouvant donné lieu à une croissance continue en fonctionnement, en lien avec le niveau d'herméticité de l'EBC et d'une couche de disilicate de terre rare RezSizO? (généralement Re = Y (yttirum), Yb (Ytterbium) ou YYb) qui permet de faire barrière de diffusion aux espèces oxydantes et de protéger le CMC contre la corrosion à haute température.
[0006] Si le silico-formeur à un effet bénéfique de protection du SiC/SiC contre l'oxydation, la croissance de la TGO peut avoir des effets thermomécaniques induits : génération de contraintes à l'interface Bond- Coat/Top-Coat (BC/TC), liées à l'accroissement volumique Si - SiÛ2 (-v/v = 120%) et la transformation allotropique de la silice associée à un changement volumique (■ --> ■ à 250°C ; -v +4%). A partir d'une épaisseur critique de TGO, en fonctionnement, l'état de contraintes à l'interface BC/TC peut dépasser un critère de rupture, donnant lieu à de la fissuration et aboutissant, à terme, à l'écaillage partiel ou total du Top-Coat et donc à la perte de la fonction anticorrosion.
[0007] De plus, la présence de la couche de silicium limite la température d'utilisation de ce type d'EBC. En effet, la température de fusion du silicium étant de 1415°C, la température maximale d'utilisation de tel système ne peut dépasser 1300-1350°C.
[0008] Or pour certains CMC, la température de l'interface BC/TC doit être en mesure de supporter des températures pouvant aller jusqu'à 1450°C. [0009] Il est donc intéressant d'avoir une couche de liaison permettant des températures d'utilisation de l'EBC allant de 1000°C à 1450°C tout en améliorant la durée de vie du revêtement, en évitant la formation sur la couche d'accroche d'un oxyde ayant une transformation allotropique à des températures inférieures à 1450°C.
Exposé de l'invention
[0010] Le présent exposé vise à remédier au moins en partie à ces inconvénients.
[0011] A cet effet, le présent exposé concerne un procédé de dépôt d'une barrière environnementale sur une pièce en matériau composite à matrice céramique comprenant des fibres de carbure de silicium, le procédé comprenant :
- obtention d'une couche de liaison sur au moins une surface de la pièce, la couche de liaison comprenant de la mullite ou un précurseur de la mullite ;
- obtention d'une couche de protection sur la couche de liaison, la couche de protection comprenant un disilicate de terre rare.
[0012] La mullite (3AI2O3.2SiO2) est un oxyde réfractaire, présentant des faibles coefficients de diffusivité thermique et de dilatation thermique (4,5 soit identique au CMC SiC/SiC). Elle présente aussi un faible coefficient de diffusion à l'humidité et l'oxygène, et une bonne résistance à la volatilisation en milieu humide à haute température. Par ailleurs, la mullite ne présente pas de transformations allotropiques dans le domaine de température d'utilisation, permettant ainsi de limiter les contraintes thermomécaniques générées à l'interface couche de liaison (BC)/couche de protection (TC), et donc avoir une meilleure résistance à l'écaillage.
[0013] La couche de liaison (ou Bond-Coat) est déposée sur la surface de la pièce. Aussi, on comprend que la couche de liaison comprenant de la mullite ou des précurseurs de la mullite pouvant former de la mullite est directement déposée sur la surface de la pièce.
[0014] La couche de protection (ou Top-Coat) est déposée sur la couche de liaison, si bien que la couche de liaison est intercalée entre la pièce et la couche de protection. [0015] Dans certains modes de réalisation, lorsque la couche de liaison comprend le précurseur de la mullite, une couche d'oxyde est formée à l'interface de la couche de liaison et de la couche de protection, la couche d'oxyde étant formée par oxydation du précurseur de la mullite de la couche de liaison et la couche d'oxyde comprenant de la mullite.
[0016] Le choix du précurseur de la mullite pour la couche de liaison est aussi guidé par le besoin de former un oxyde (TGO) stable en vieillissement à l'interface BC/TC par réaction avec les espèces oxydantes de l'environnement.
[0017] Dans certains modes de réalisation, le précurseur de la mullite peut comprendre un mélange de carbure de silicium (SiC) et de nitrure d'aluminium (AIN).
[0018] Le mélange SiC + AIN permet de générer la couche de mullite par oxydation. Plus spécifiquement, SiC et AIN forment une solution solide continue, amenant à un mélange intime des éléments, favorisant une réactivité accrue entre les oxydes formés SiCh et AI2O3, pour former la mullite et lier chimiquement la silice avant qu'elle ne se volatilise.
[0019] Dans certains modes de réalisation, le précurseur de la mullite peut comprendre de l'alumine.
[0020] A titre d'exemples non limitatifs, le précurseur de la mullite peut comprendre un mélange de carbure de silicium et d'alumine ou un mélange de nitrure de silicium et d'alumine.
[0021] Dans certains modes de réalisation, le précurseur de la mullite peut comprendre du borure de silicium ou du borure d'aluminium.
[0022] A titre d'exemples non limitatifs, le précurseur de la mullite peut comprendre un mélange de borure de silicium et de nitrure d'aluminium, un mélange de borure de silicium et d'alumine, un mélange de carbure de silicium et de borure d'aluminium ou un mélange de silice et de borure d'aluminium.
[0023] Dans certains modes de réalisation, le précurseur de la mullite peut comprendre un composé intermétallique de silicium et/ou d'aluminium.
[0024] A titre d'exemples non limitatifs, le précurseur de la mullite peut comprendre un alliage à base d'aluminium et d'hafnium, un alliage à base d'aluminium et de titane, un alliage SixMy où M est un métal ou une terre rare.
[0025] Dans certains modes de réalisation, le ratio atomique aluminiur silicium du précurseur de la mullite peut être 3:2. [0026] Les quantités idéales entre ces composés sont dans le rapport stoechiométrique Al/Si de la mullite : 3AI/2SL
[0027] Dans certains modes de réalisation, la couche de liaison peut être obtenue par frittage flash.
[0028] Dans certains modes de réalisation, la couche de protection peut être obtenue par frittage flash.
[0029] Dans certains modes de réalisation, la couche de liaison peut être obtenue par dépôt chimique en phase vapeur.
[0030] Dans certains modes de réalisation, le disilicate de terre rare peut comprendre un disilicate d'yttrium.
[0031] Dans certains modes de réalisation, la matrice céramique peut comprendre du carbure de silicium.
[0032] A titre d'exemples non limitatifs, la matrice céramique peut être du carbure de silicium ou un mélange de carbure de silicium et de nitrure d'aluminium.
Brève description des dessins
[0033] D’autres caractéristiques et avantages de l’objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées.
[0034] [Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une turbomachine.
[0035] [Fig. 2] La figure 2 est un ordinogramme représentant les étapes d'un procédé de dépôt d'une barrière environnementale.
[0036] [Fig. 3A-3B] Les figures 3A-3B sont des vues en coupe en électrons rétrodiffusés de la couche de liaison et de la couche de protection (A) avant vieillissement thermique et (B) après vieillissement thermique de 500h à 1300°C sous air humide (air/H2O : 50/50 kPa).
[0037] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques.
Description détaillée [0038] La figure 1 représente, en coupe selon un plan vertical passant par son axe principal A, un turboréacteur à double flux 10. Le turboréacteur à double flux 10 comporte, d'amont en aval selon la circulation du flux d'air, une soufflante 12, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20, et une turbine basse pression 22.
[0039] La turbine haute pression 20 comprend une pluralité d'aubes mobiles 20A tournant avec le rotor et de redresseurs 20B montés sur le stator. Le stator de la turbine 20 comprend une pluralité d'anneaux de stator disposés en vis-à- vis des aubes mobiles 20A de la turbine 20.
[0040] De même, la turbine basse pression 22 comprend une pluralité d'aubes mobiles tournant avec le rotor et de redresseurs montés sur le stator.
[0041] Le procédé 100 de dépôt d'une barrière environnementale sur une pièce en matériau composite à matrice céramique comprenant des fibres de carbure de silicium va être décrit.
[0042] A titre d'exemple non limitatif, la pièce en matériau composite à matrice céramique comprenant des fibres de carbure de silicium peut être une aube fixe ou mobile SiC/SiC, par exemple pour la turbine basse pression et/ou pour la turbine haute pression.
[0043] A titre d'exemple non limitatif, la couche de liaison peut comprendre un précurseur de la mullite comprenant un mélange de carbure de silicium et de nitrure d'aluminium, par exemple avec un ratio atomique Al/Si égal à 3:2.
[0044] La couche de protection peut comprendre du disilicate d'yttrium (¥281207).
[0045] La couche de liaison et la couche de protection peuvent par exemple être obtenues par frittage flash, aussi appelé SPS conformément au sigle anglais pour « Spark Plasma Sintering », ou FAST conformément au sigle anglais pour « Field Assisted Sintering Technique » ou PECS conformément au sigle anglais pour « Pulsed Electric Current Sintering » ou par CVD conformément au sigle anglais pour « Chemical Vapor Deposition » ou par PVD conformément au sigle en anglais pour « Physical Vapor Deposition ».
[0046] La figure 3A est une vue en coupe en électrons rétrodiffusés de la couche de liaison en SiC-AIN et de la couche de protection en Y2Si2O7 (DSY) après obtention de la couche de liaison (étape 102) et obtention de la couche de protection (étape 104). [0047] Après oxydation pendant 500h à 1300°C sous air humide (air/H2O : 50/50 kPa), une couche d'oxyde (TGO) est formée à l'interface de la couche de liaison et de la couche de protection, la couche d'oxyde est formée par oxydation du précurseur de la mullite de la couche de liaison et la couche d'oxyde comprend de la mullite (figure 3B).
[0048] On comprend que l'étape 106 d'oxydation de la couche de liaison peut être partiellement réalisée avant l'utilisation de la turbomachine et peut être complété pendant l'utilisation de la turbomachine, c'est-à-dire en vol dans le cas d'un turboréacteur d'avion.
[0049] Après un vieillissement de 500h d'oxydation à 1300°C, sous air humide (air/H2O = 50/50 kPa), une couche d'oxyde (TGO) principalement de mullite est formée. La quantité de silice devient extrêmement limitée aux niveaux des interfaces couche de liaison/couche d'oxyde et couche d'oxyde/couche de protection. De l'alumine n'ayant pas réagi reste présente ponctuellement.
[0050] Ces interfaces sont continues et fortement liées. Contrairement à la couche de silice formée par oxydation de Si, cette TGO de mullite ne présente pas de changements allotropiques, limitant ses variations volumiques, outre celles de croissance. Aucune fissure n'est détectée dans cette zone restreinte, et les risques de délamination sont ainsi fortement réduits proche de ces interfaces.
[0051] Au lieu d'obtenir une couche de liaison comprenant un précurseur de la mullite et d'oxyder partiellement cette couche de liaison, on peut obtenir une couche de liaison comprenant de la mullite, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur.
[0052] Quoique le présent exposé ait été décrit en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

8 REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé (100) de dépôt d'une barrière environnementale sur une pièce en matériau composite à matrice céramique comprenant des fibres de carbure de silicium, le procédé comprenant :
- obtention d'une couche de liaison (102) sur au moins une surface de la pièce, la couche de liaison comprenant de la mullite ou un précurseur de la mullite ;
- obtention d'une couche de protection (104) sur la couche de liaison, la couche de protection comprenant un disilicate de terre rare.
[Revendication 2] Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel, lorsque la couche de liaison comprend le précurseur de la mullite, une couche d'oxyde est formée à l'interface de la couche de liaison et de la couche de protection, la couche d'oxyde étant formée par oxydation du précurseur de la mullite de la couche de liaison (106) et la couche d'oxyde comprenant de la mullite.
[Revendication 3] Procédé (100) selon la revendication 2, dans lequel le précurseur de la mullite comprend un mélange de carbure de silicium et de nitrure d'aluminium.
[Revendication 4] Procédé (100) selon la revendication 2, dans lequel le précurseur de la mullite comprend de l'alumine.
[Revendication 5] Procédé (100) selon la revendication 2, dans lequel le précurseur de la mullite comprend du borure de silicium ou du borure d'aluminium.
[Revendication 6] Procédé (100) selon la revendication 2, dans lequel le précurseur de la mullite comprend un composé intermétallique de silicium et/ou d'aluminium.
[Revendication 7] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le ratio atomique aluminium :silicium du précurseur de la mullite est 3:2.
[Revendication 8] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la couche de liaison est obtenue par frittage flash.
[Revendication 9] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la couche de protection est obtenue par frittage flash. 9
[Revendication 10] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la couche de liaison est obtenue par dépôt chimique en phase vapeur.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2966375B2 (ja) * 1997-06-19 1999-10-25 株式会社東芝 積層セラミックス及びその製造方法
US6485848B1 (en) * 1998-04-27 2002-11-26 General Electric Company Coated article and method of making
US9945036B2 (en) * 2011-03-22 2018-04-17 General Electric Company Hot corrosion-resistant coatings and components protected therewith
FR2996549B1 (fr) * 2012-10-04 2016-01-29 Herakles Procede de fabrication d'une piece aerodynamique par surmoulage d'une enveloppe ceramique sur une preforme composite
CN107001160B (zh) * 2014-08-25 2022-12-13 通用电气公司 用于高温工作的制品
EP3141631B1 (fr) * 2015-09-10 2018-03-14 Rolls-Royce High Temperature Composites Inc Application de couche de liaison contenant du silicium metal sur des substrats en ceramique ou en composite a matrice ceramique
US10927046B2 (en) * 2018-12-21 2021-02-23 General Electric Company EBC with mullite bondcoat having a non-oxide silicon ceramic
US11479515B2 (en) * 2018-12-21 2022-10-25 General Electric Company EBC with mullite bondcoat that includes an oxygen getter phase

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