[发明专利]用于高温工作的制品

说明书

本文提出了一种用于高温工作的制品。一个实施方案是包括具有含硅陶瓷基质复合材料的基材和布置在基材上的层的制品，其中所述层包括硅和掺杂剂，所述掺杂剂包含铝。在另一个实施方案中，所述制品包括陶瓷基质复合材料基材，其中所述复合材料包含含硅陶瓷和掺杂剂，所述掺杂剂包含铝；布置在基材上的粘结涂层，其中所述粘结涂层包含单质硅、硅合金、硅化物，或包含任何上述的组合；和布置在粘结涂层上的涂层，所述涂层包含硅酸盐(例如铝硅酸盐或稀土硅酸盐)、氧化钇稳定的氧化锆，或包含任何上述的组合。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2014年8月25日提交的美国临时申请号62/041,184的权益。

背景

本技术一般涉及高温机械部件，例如用于燃气涡轮组件的部件，并且涉及保护机械部件以免暴露于高温环境的方法。

含硅的陶瓷材料和含硅的金属合金已被提议用于高温应用的结构，例如，燃气涡轮发动机、热交换器、内燃机等。含有碳化硅的陶瓷基质复合材料(CMC)，例如包含碳化硅基质和碳化硅增强材料的复合材料，已被用于这些高温应用。然而，这些应用的环境特征通常含有反应性物质，例如水蒸气，其在高温下可能造成材料结构的重大退化。例如，水蒸气已表明会造成含硅材料的明显的表面衰退/厚度损失和质量损失。水蒸气与结构材料在高温下反应，形成挥发性含硅物质，往往导致不可接受的高衰退率。

环境阻挡涂层(EBC)体系被应用到含硅材料和其它易受反应性物质(例如高温水蒸气)攻击的材料。EBC体系通过阻止环境与材料表面之间的接触提供保护。施加到含硅材料的EBC体系，例如，被设计在高温、含水蒸气的环境下为相对化学稳定的。一种EBC体系，如在美国专利号6,410,148中所述的，包含施加到含硅基材的硅或含硅粘结层(在此也称为“粘结涂层”)；包含沉积在粘结层上的莫来石或莫来石-碱土铝硅酸盐混合物的中间层；和包含沉积在中间层上的碱土铝硅酸盐的顶层。在美国专利号6,296,941的另一个实施例中，顶层是硅酸钇层而非铝硅酸盐。

虽然包括如上所述的此类保护体系的涡轮部件和其它制品已提供良好的性能，对较苛刻的工作条件，包括例如为改进涡轮效率增加的操作温度的流行趋势，产生在工业上对具有甚至更高的温度性能的部件，以及制造这样的制品的方法的持续需求。

概述

提供本发明的实施方案以满足这个和其它需求。一个实施方案是一种制品，其包含：包含含硅陶瓷基质复合材料的基材；和布置在基材上的层，其中所述层包含硅和掺杂剂，所述掺杂剂包含铝。

另一个实施方案是一种制品，其包含：包含含硅陶瓷基质复合材料的基材；布置在基材上的粘结涂层，所述粘结涂层包含单质硅、硅合金、硅化物，或包含任何上述的组合，并且还包含使得粘结涂层中的铝原子与铝原子加硅原子的总和的比率[Al/(Al + Si)]在从0.01至0.15范围内的浓度的氧化铝；和布置在粘结涂层上的顶涂层，所述顶涂层包含硅酸盐(例如铝硅酸盐或稀土硅酸盐)、氧化钇稳定的氧化锆，或包含任何上述的组合。

另一个实施方案是一种制品，其包含：包含含硅陶瓷基质复合材料的基材；布置在基材上的粘结涂层，所述粘结涂层包含硅、硅合金、硅化物，或包含任何上述的组合，并且任选地还包含含氧化铝的掺杂剂；布置在粘结涂层上的外涂层，所述外涂层包含二氧化硅和包含氧化铝的掺杂剂；和布置在外涂层上的顶涂层，所述顶涂层包含硅酸盐(例如铝硅酸盐或稀土硅酸盐)、氧化钇稳定的氧化锆，或包含任何上述的组合。

另一个实施方案是一种制品，其包含：陶瓷基质复合材料基材，其中所述复合材料包含含硅陶瓷和掺杂剂，所述掺杂剂包含铝；布置在基材上的粘结涂层，其中所述粘结涂层包含单质硅、硅合金、硅化物，或包含任何上述的组合；和布置在粘结涂层上的涂层，所述涂层包含硅酸盐(例如铝硅酸盐或稀土硅酸盐)、氧化钇稳定的氧化锆，或包含任何上述的组合。

附图