用于高温应用的具有含碳汇材料的中间层的陶瓷复合材料制造技术

提供了涂布的部件及其形成方法。所述涂布的部件包括具有表面的陶瓷基材；在所述陶瓷基材的所述表面上的中间层；和在所述中间层上的环境阻挡涂层。所述中间层包括抑制来自含碳物类的游离碳在所述中间层、所述陶瓷基材或两者内累积的碳汇材料。内累积的碳汇材料。内累积的碳汇材料。

【技术实现步骤摘要】
用于高温应用的具有含碳汇材料的中间层的陶瓷复合材料


[0001]本专利技术总体上涉及在陶瓷部件上环境阻挡涂层的用途，以及其形成和使用方法。

技术介绍

[0002]为了改进其效率，一直在寻求燃气涡轮发动机的更高的操作温度。然而，随着操作温度的增加，发动机部件的高温耐久性必须相应地增加。通过铁、镍和钴基超合金的配方，已经实现了高温能力的显著进步。还有，对于由超合金构成的许多热气体路径部件，热阻挡涂层(TBC)可以用于使部件隔热，并且可以在承载合金与涂层表面之间维持明显的温差，因此限制结构部件的热暴露。
[0003]虽然已经发现超合金广泛用于整个燃气涡轮发动机中使用的部件，并且尤其是在较高温度区段中，但是已经提出了替代的较轻重量的基材材料，例如陶瓷基质复合(CMC)材料。CMC和整体陶瓷部件可以涂布有环境阻挡涂层(EBC)以保护它们免受高温发动机区段的恶劣环境。EBC可以提供保护以防止热燃烧环境中的腐蚀性气体。
[0004]碳化硅和氮化硅陶瓷在干燥的高温环境中经历氧化。该氧化在材料的表面上产生钝化的氧化硅皮。在含有水蒸气的潮湿的高温环境，例如涡轮发动机中，由于形成钝化的氧化硅皮和随后氧化硅转化为气态氢氧化硅，发生氧化和凹陷(recession)两者。为了防止在潮湿的高温环境中的凹陷，将环境阻挡涂层(EBC)沉积在碳化硅和氮化硅材料上，包括SiC纤维增强的SiC基质(SiC/SiC)复合材料。
[0005]目前，EBC材料由稀土硅酸盐化合物制成。这些材料阻隔水蒸气，防止其到达碳化硅或氮化硅表面上的氧化硅皮，从而防止凹陷。然而，这样的材料不能防止氧渗透，氧渗透导致下面的基材氧化。基材的氧化产生钝化的氧化硅皮，以及释放含碳的或含氮的氧化物气体。含碳的(即CO、CO2)或含氮的(即NO、NO2等)氧化物气体不能通过致密的EBC逸出，因此形成气泡。迄今为止，使用硅粘结涂层已经是该起泡问题的解决方案。硅粘结涂层提供氧化(在EBC下方形成钝化的氧化硅层)而不释放气态副产物的层。
[0006]然而，硅粘结涂层的存在限制EBC操作温度的上限，这是因为硅金属的熔点相对低。在使用中，硅粘结涂层在约1414℃的涂布温度下熔化，该温度是硅金属的熔点。在这些熔化温度之上，硅粘结涂层可能从下面的基材脱层，有效地去除粘结涂层和其上的EBC。因此，期望消除对EBC中的硅粘结涂层的需要以实现EBC的更高的操作温度极限。

技术实现思路

[0007]本专利技术的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本专利技术的实践而知道。
[0008]总体上提供了涂布的部件及其形成方法。在一个实施方案中，所述涂布的部件可以包括具有表面的陶瓷基材；在所述陶瓷基材的所述表面上的中间层；和在所述中间层上的环境阻挡涂层。例如，所述中间层可以包括抑制来自含碳物类的游离碳在所述中间层、所述陶瓷基材或两者内累积的碳汇材料。
[0009]在一个实施方案中，在陶瓷部件的外表面上涂布陶瓷部件的方法(其中所述陶瓷部件包含碳化硅)可以包括在所述陶瓷部件的所述外表面上形成中间层和在所述中间层上形成环境阻挡涂层。例如，所述中间层可以包括抑制来自含碳物类的游离碳在所述中间层、所述陶瓷基材或两者内累积的碳汇材料。
[0010]本专利技术包括以下实施方案：1. 一种涂布的部件，其包含：具有表面的陶瓷基材；在所述陶瓷基材的所述表面上的中间层，其中所述中间层包含抑制来自含碳物类的游离碳在所述中间层、所述陶瓷基材或两者内累积的碳汇材料；和在所述中间层上的环境阻挡涂层。
[0011]2. 根据实施方案1所述的涂布的部件，其中所述中间层直接在所述陶瓷基材的所述表面上。
[0012]3. 根据实施方案1所述的涂布的部件，其中所述陶瓷基材包含碳化硅。
[0013]4. 根据实施方案1所述的涂布的部件，其中所述陶瓷基材包含碳化硅基质和碳化硅纤维。
[0014]5. 根据实施方案1所述的涂布的部件，其中所述碳汇材料包含一种或多种碳化物，所述碳化物在反应温度下在暴露于游离碳时反应以形成具有较低的碳化元素与碳比率的另一种碳化物。
[0015]6. 根据实施方案5所述的涂布的部件，其中所述一种或多种碳化物包含碳化二钨、碳化二钼、碳化二铌、碳化二钽或其混合物，使得在与碳反应时，分别反应以形成碳化钨、碳化钼、碳化铌、碳化钽或其混合物。
[0016]7. 根据实施方案5所述的涂布的部件，其中所述中间层包含碳化硅，所述碳化硅中分散有一种或多种碳化物，所述碳化物反应以形成具有较低的碳化元素与碳比率的第二碳化物。
[0017]8. 根据实施方案1所述的涂布的部件，其中所述碳汇材料包含碳化物，所述碳化物的非化学计量允许所述碳化物在暴露于碳时转化为第二碳化物。
[0018]9. 根据实施方案1所述的涂布的部件，其中所述碳汇材料包含碳吸气剂。
[0019]10. 根据实施方案9所述的涂布的部件，其中所述中间层包含分散在碳化硅内的所述碳吸气剂。
[0020]11. 根据实施方案9所述的涂布的部件，其中所述碳吸气剂包含金属。
[0021]12. 根据实施方案11所述的涂布的部件，其中所述金属包含钼、钨、铌、钽、钛、锆、铪或其混合物。
[0022]13. 根据实施方案9所述的涂布的部件，其中所述吸气剂包含硅化物。
[0023]14. 根据实施方案13所述的涂布的部件，其中所述吸气剂形成多孔中间层。
[0024]15. 根据实施方案1所述的涂布的部件，其中所述中间层的厚度为约1 μm至约250 μm。
[0025]16. 一种在陶瓷部件的外表面上涂布陶瓷部件的方法，其中所述陶瓷部件包含碳化硅，所述方法包括：在所述陶瓷部件的所述外表面上形成中间层，其中所述中间层包含抑制来自含碳物类
的游离碳在所述中间层、所述陶瓷基材或两者内累积的碳汇材料；和在所述中间层上形成环境阻挡涂层。
[0026]17. 根据实施方案16所述的方法，其中所述碳汇材料包含碳化物，所述碳化物在反应温度下在暴露于游离碳时反应以形成具有较低的碳化元素与碳比率的另一种碳化物。
[0027]18. 根据实施方案16所述的方法，其中所述碳汇材料包含碳化物，所述碳化物的非化学计量允许所述碳化物在暴露于碳时转化为另一种碳化物。
[0028]19. 根据实施方案16所述的方法，其中所述中间层直接在所述陶瓷部件的所述外表面上形成。
[0029]20. 根据实施方案16所述的方法，其中所述中间层包含分散在碳化硅内的碳吸气剂。
[0030]参考以下描述和所附权利要求，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。被并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图说明了本专利技术的实施方案，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。
附图说明
[0031]在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本专利技术的完整和能够实现的公开，包括其最佳模式，说明书参考附图，其中：图1是示例性的具有陶瓷基材的涂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂布的部件，其包含：具有表面的陶瓷基材；在所述陶瓷基材的所述表面上的中间层，其中所述中间层包含抑制来自含碳物类的游离碳在所述中间层、所述陶瓷基材或两者内累积的碳汇材料；和在所述中间层上的环境阻挡涂层。2.根据权利要求1所述的涂布的部件，其中所述中间层直接在所述陶瓷基材的所述表面上。3.根据权利要求1所述的涂布的部件，其中所述陶瓷基材包含碳化硅。4.根据权利要求1所述的涂布的部件，其中所述陶瓷基材包含碳化硅基质和碳化硅纤维。5.根据权利要求1所述的涂布的部件，其中所述碳汇材料包含一种或多种碳化物，所述碳化物在反应温度下在暴露于游离碳时反应以形成具有较低的碳化元素与碳比率的另一种碳化物。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：