[发明专利]组合物和将厚环境阻挡涂层附接在CMC部件上的方法

说明书

提供了在CMC基材(24)上的涂层系统(20)，以及其带式沉积到基材(24)上的方法。涂层系统(20)可以包括：CMC基材(24)的表面上的粘合涂层(26)；粘合涂层(26)上的第一稀土硅酸盐涂层(28a)；至少一个稀土硅酸盐层上的第一增强稀土硅酸盐基质的第一牺牲涂层(30a)；牺牲涂层上的第二稀土硅酸盐涂层(28b)；第二稀土硅酸盐涂层(28b)上的第二增强稀土硅酸盐基质的第二牺牲涂层(30b)；第二牺牲涂层(30b)上的第三稀土硅酸盐涂层(28c)；以及第三稀土硅酸盐涂层(28c)上的外层(32)。第一牺牲涂层(30a)和第二牺牲涂层(30b)独立地具有约4密耳至约40密耳的厚度。

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮发动机涡轮。更具体而言，本发明的实施方案大体上涉及CMC部件(诸如CMC叶尖)上的厚环境阻挡涂层。

背景技术

燃气涡轮发动机的涡轮段包括转轴和一个或更多个涡轮级，各个涡轮级具有安装或以其他方式由轴带动的涡轮盘(或转子)和安装到且从盘的外围径向延伸的涡轮动叶(blade)。涡轮组件通常通过使由燃料燃烧产生的热压缩气体膨胀产生转轴功率。燃气涡轮叶片(bucket)或动叶一般具有设计成将流动通道气体的热能和动能转化成转子的机械旋转的翼型件形状。

可以通过减小旋转动叶的尖端和固定护罩之间的空间以限制空气在动叶的顶部上方或周围流动来提高涡轮性能和效率，否则空气将绕过动叶。例如，动叶可以构造成在发动机操作期间其尖端紧密地与护罩匹配。因此，出于效率的目的，特别需要产生并保持有效的尖端间隙。

尽管涡轮动叶可以由许多超合金(例如镍基超合金)制备，陶瓷基质复合材料(ceramic matrix composite，CMC)为用于涡轮应用的镍基超合金的有吸引力的替代物，原因是其高温能力和轻重量。然而，在涡轮发动机环境中必须用环境阻挡涂层(environmental barrier coating, EBC)保护CMC部件以避免在高温蒸汽的存在下剧烈氧化和衰退。

因此，在某些部件中，EBC的区域可能易于磨损，这是因为与相邻部件的摩擦事件。例如，对于CMC动叶，叶尖处的EBC易于与金属护罩部件摩擦。如果EBC涂层被磨损掉，那么CMC动叶将暴露到来自高温蒸汽的衰退袭击，高温蒸汽将打开CMC叶尖和金属护罩之间的间隙，由此降低发动机的效率。

因此，在本领域中提供降低由涡轮操作期间的摩擦事件引起的CMC叶尖上的EBC磨损的材料和方法是合乎需要的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明书中部分描述，或可以从说明书显而易见，或可以通过实践本发明来得知。

大体上提供了在CMC基材上的涂层系统，以及其带式沉积到基材上的方法。在一个实施方案中，涂层系统包括：基材上的第一稀土硅酸盐涂层(例如，带有定位在其间的粘合涂层)；至少一个稀土硅酸盐层上的第一增强稀土硅酸盐基质的第一牺牲涂层；牺牲涂层上的第二稀土硅酸盐涂层；第二稀土硅酸盐涂层上的第二增强稀土硅酸盐基质的第二牺牲涂层；第二牺牲涂层上的第三稀土硅酸盐涂层；以及第三稀土硅酸盐涂层上的外层。第一稀土硅酸盐涂层、第二稀土硅酸盐涂层、以及第三稀土硅酸盐涂层独立地具有约4密耳至约40密耳的厚度。

还大体上提供了一种动叶(例如，涡轮动叶)，其包括具有CMC基材并限定叶尖的翼型件；其中至少翼型件的叶尖包括这样的涂层系统。

在一个实施方案中，一种将牺牲涂层带式沉积在CMC基材上的方法包括：将第一基质材料施加到第一膜的表面上；将第一基质材料干燥以除去溶剂，从而形成具有膜侧和基质侧的第一带；将第一带施加到CMC基材上，其中基质侧面向CMC基材；将第二基质材料施加到第二膜的表面上；将第二带施加到CMC基材上，其中基质侧面向CMC基材；以及烧结第一带和第二带以经由第一粘合层将第一基质材料粘合至CMC基材以及经由第二粘合层将第二基质材料粘合至第一基质材料。一般地，第一基质材料和第二基质材料独立地包含稀土硅酸盐粉末、烧结助剂和溶剂的混合物。