[发明专利]在由包含SiC的陶瓷基质复合材料制成的基材上形成平滑釉质涂层的方法，和由设置有所述涂层的陶瓷基质复合材料制成的部件

说明书

技术领域

本发明涉及在包含碳化硅（SiC）的陶瓷基质复合体（CMC）材料的基材上形成具有釉质外观的平滑外表面的涂层。

本发明特别适用于用在涡轮发动机中的部件，更特别适用于在使用时经受高温的部件，例如：发动机叶片或翼片或航空涡轮发动机的后体元件。

背景技术

针对更高的效率和更低的污染排放的研究已经导致对于涡轮发动机设想不断升高的操作温度。因此已建议使用CMC材料代替金属合金从而制成涡轮发动机的受热部件。CMC材料的卓越之处在于其机械性质（所述机械性质使其适合形成结构部件）及其在高温下保持这些性质的能力。此外，相比于金属合金，CMC材料具有更低的密度并且因此实现重量的节约。

CMC材料由纤维增强件组成，所述纤维增强件由通过陶瓷基质致密化的耐火纤维（碳纤维或陶瓷纤维）制成。本文中所涉及的CMC材料为具有包含SiC的陶瓷基质的那些，特别是陶瓷基质主要由SiC制成的那些。这些CMC材料的典型实例为C-SiC材料（由碳纤维制成的增强件和由SiC制成的基质）、SiC-SiC材料，和基质混合或依次排列的材料，例如具有混合的C/SiC基质的材料或具有由SiC相与热解碳（PyC）相或碳化硼（B₄C）相或三元Si-B-C体系相交替而制成的基质的材料。

然而，CMC材料具有波纹状和相对粗糙的表面外观，并且可以发现所述表面外观与涡轮发动机部件所需的空气动力学性能不相容。表面中的波纹是由于通常编织的纤维增强件，而粗糙性与获得基质的方式有关，基质通常通过化学气相渗透（CVI）形成。

因此已提出为这种CMC部件设置平滑涂层从而赋予部件平滑的表面外观。文献WO2010/112768描述了以玻璃的形式形成这种平滑涂层，所述玻璃基本上由二氧化硅（SiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）、重晶石（BaO）和石灰（CaO）组成，具有大于或等于1300℃的熔融温度。

在包含SiC的材料上形成保护性玻璃状涂层描述于其他文献中。

因此，M.Ferraris等人的论文“Glass coating for SiCf/SiC composites for high-temperature application”（Acta Mater，48(2000)，第4721-4724页）描述了在SiC/SiC复合体基材上形成基本上为硼硅酸盐类型（70.4重量%的SiO₂、2.1重量%的Al₂O₃、17.5重量%的B₂O₃、10重量%的BaO）的玻璃涂层。为了避免在玻璃状涂层中存在气泡，熔融玻璃在基材上上釉的温度升高至约1300℃，在该温度下玻璃的粘度足够低从而便于脱气。

F.Qian-Gang等人的论文“Oxidation protective glass coating for SiC coated carbon/carbon composites for application at1773K”（Mat.Lett.60(2006)，第431-434页）研究了由基本上硼硅酸盐类型（72重量%-82重量%的SiO₂、2重量%-5重量%的Al₂O₃、8重量%-15重量%的B₂O₃、1重量%-3重量%的Li₂O、2重量%-5重量%的Y₂O₃）的玻璃制成的抗氧化保护性涂层。扫描电镜图像显示了具有孔的涂层表面。

Cheng等人的论文“Effect of glass sealing on the oxidation behavior of three-dimensional C/SiC composites in air”（Carbon39(2001)，第1127-1133页）描述了使用硼硅酸盐玻璃（55摩尔%-60摩尔%的SiO₂和40摩尔%-45摩尔%的B₂O₃）从而在C-SiC复合体上形成自修复保护性涂层。自修复温度在700℃至900℃的范围内，即玻璃的软化能够填充涂层中存在的裂缝的温度。

需要一种方法，所述方法使得有可能在包含SiC的CMC材料上形成涂层，所述涂层具有平滑并且有利地为釉质外观的表面，没有例如存在气泡或孔的缺陷。除了上述热力学性质之外，这种涂层具有的优点在于易于检测甚至是最小量的源自冲击的损伤。