[发明专利]含金属氧化物和吸氧剂的粘结涂层

说明书

提供了涂覆部件及其形成方法。涂覆部件包含陶瓷基体复合基质，所述陶瓷基体复合基质包含碳化硅并具有表面；在所述基质的表面上的粘结涂层；以及，在粘结涂层上的环境屏障涂层。粘结涂层包含分散在包含莫来石的基体相中的多个离散颗粒。所述多个离散颗粒包含吸氧剂和过渡金属氧化物。

技术领域

本发明总体上涉及与陶瓷部件(特别是硅基陶瓷基体部件)上的环境屏障涂层一起使用的粘结涂层，以及它们的形成和使用方法。

背景技术

为了提高燃气涡轮发动机的效率，一直在追求燃气涡轮发动机的更高工作温度。然而，随着工作温度的升高，发动机部件的高温耐久性必须相应地增加。通过铁、镍和钴基高温合金的配方已经实现了高温能力的显著进步。此外，对于由超级合金构成的许多热气路部件，热障涂层(TBC)可用于使部件绝缘，并可在承重合金和涂层表面之间维持可观的温差，从而限制结构部件的热暴露。

尽管已经发现超级合金广泛用于整个燃气涡轮发动机中使用的部件，特别是用于较高温度的部分，但是已经提出了替代的重量更轻的基质材料，例如陶瓷基体复合材料(CMC)材料，特别是碳化硅(SiC)纤维增强SiC和SiC-Si基体复合材料，所谓的SiC/SiC复合材料。CMC和单片陶瓷部件可以涂覆有环境屏障涂层(EBC)，以保护它们免受高温发动机部件的恶劣环境的影响。EBC可以提供针对高温燃烧环境中腐蚀性气体的致密、气密密封。

碳化硅和氮化硅陶瓷在干燥、高温环境中经历氧化。这种氧化在材料表面上产生钝化的氧化硅垢。在潮湿、高温的含有水蒸气的环境中，例如涡轮发动机，由于形成钝化的氧化硅氧化皮并且随后氧化硅转化成气态的氢氧化硅而发生氧化和凹陷。为了防止在潮湿、高温环境中的凹陷，在碳化硅和氮化硅材料上沉积环境屏障涂层(EBC)。

目前，EBC材料由稀土硅酸盐化合物制成。这些材料密封水蒸汽，防止其到达碳化硅或氮化硅表面上的氧化硅氧化皮，从而防止凹陷。然而，这种材料不能防止氧气渗透，这导致下面的基质的氧化。基质的氧化产生钝化的氧化硅氧化皮，伴随碳质氧化物或一氧化二氮气体的释放。碳质氧化物(即，CO、CO₂)或亚氮氧化物(即，NO、NO₂等)气体不能通过致密的EBC逸出，从而形成气泡，这可能引起EBC的剥落。迄今为止，硅粘结涂层的使用已经成为解决这种起泡问题的解决方案。硅粘结涂层提供了氧化(在EBC下形成钝化氧化硅层)而不释放气态副产物的层。

附图说明

在说明书中阐述了本发明的完整且能够实现的公开内容，包括针对本领域普通技术人员的最佳实施方案，该说明书参考附图，其中：

图1是包括粘结涂层和其上的EBC的示例性涂覆部件的横截面示意图；

图2是由基体形成的示例性粘结涂层的横截面侧视图，所述基体具有分散在其中的多个离散颗粒，包括第一离散颗粒和第二离散颗粒；

图3是根据本发明的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性剖视图；

图4是形成涂覆部件的示例性方法的流程图，所述涂覆部件具有由基体形成的粘结涂层，所述基体具有分散在其中的离散颗粒；

图5示出了根据下面更详细讨论的实施例形成的示例性粘结涂层的横截面图；

图6示出了根据下面更详细讨论的实施例形成的示例性粘结涂层的横截面图；

图7示出了根据以下更详细讨论的实施例形成的示例性粘结涂层的横截面图；

图8示出了根据下面更详细讨论的实施例形成的示例性粘结涂层的横截面图；

图9示出了根据下面更详细讨论的实施例形成的对比粘结涂层的横截面图；和

图10示出了形成的另一种对比粘结涂层的横截面图，下面将更详细地讨论。

在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。