[发明专利]具有增强温度能力的制品

说明书

本公开提供包括基材(12)、环境阻挡涂层(EBC)(16)、粘结涂层(14)和硼源(20)的制品(10)。所述基材(12)可以包含含硅陶瓷材料。所述EBC(16)可以布置在所述基材(12)上，且所述粘结涂层(14)可以布置在所述基材(12)和所述EBC(16)之间。所述粘结涂层(14)可以包含硅。所述硼源(20)可以布置在制品(10)内以在将粘结涂层(14)暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物(18)。所述氧化物(18)可以为基本上失透抵抗的硼硅酸盐玻璃以避免EBC(16)剥落且由此增强制品(10)的温度能力。

背景技术

本公开一般涉及具有增强温度能力的环境阻挡涂层和粘结涂层的高温制品。更具体而言，本公开涉及具有环境阻挡涂层和粘结涂层的高温陶瓷基质复合材料制品及其形成方法，所述环境阻挡涂层和粘结涂层构造以形成和/或包括无定形的和失透抵抗的热生长氧化物区域。

高温材料，例如陶瓷、合金和金属间化物，提供了在经设计在例如燃气涡轮发动机、热交换器和内燃机的这些应用中的高温工作的结构中使用的有吸引力的性质。然而，这些应用的环境特征通常包括反应物类，例如水蒸气，其在高温下可能造成材料结构的显著劣化。例如，水蒸气已经表明在含硅材料中造成显著的表面衰退和质量损失。水蒸气与结构材料在高温下反应以形成挥发性含硅物类，通常造成不可接受的高衰退速率。

将环境阻挡涂层（EBC）施加到含硅材料和其它容易被反应物类，例如高温水蒸气侵蚀的材料上；EBC通过防止环境与含硅基材的表面之间的接触来提供保护。施加到含硅基材上的EBC例如被设计成在高温含水蒸气环境中相对化学稳定。如美国专利No. 6,410,148中所述的一个例示性常规EBC体系包括施加到含硅基材上的硅或二氧化硅粘结层（还在文中称为粘结涂层）；沉积在粘结层例如硅粘结层上的包含富铝红柱石或富铝红柱石-碱土铝硅酸盐混合物的中间层；和沉积在中间层上的包含碱土铝硅酸盐的顶层。在另一实例，美国专利No. 6,296,941中，顶层是硅酸钇层而非铝硅酸盐。

上述涂层体系可以在苛刻环境中为制品提供合适的热和环境保护，但还有机会改进涂层性能。

因此，在本领域中需要具有改进温度能力的制品的EBC体系，及相关制品和方法。类似地，需要包括增强温度能力的具有环境阻挡涂层和粘结涂层的陶瓷基质复合材料制品，和用于制备它们的相关方法。

发明内容

一方面，本公开提供一种制品，其包括包含含硅材料的基材、布置在所述基材上的环境阻挡涂层(EBC)和布置在所述基材和所述EBC之间的粘结涂层，所述粘结涂层包含硅。所述制品还包含布置以在将粘结涂层暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物的硼源。

在一些实施方案中，所述氧化物包含至少约0.5重量%硼。在一些实施方案中，所述氧化物包含不超过约10重量%硼。在一些实施方案中，所述氧化物为基本上无定形的和基本上失透抵抗的。在一些实施方案中，所述氧化物布置在所述粘结涂层和所述EBC之间。在一些实施方案中，所述粘结涂层包含硼源。在一些实施方案中，所述基材、所述EBC或这两者包含硼源。在一些实施方案中，所述硼源包含硅固溶体中的元素硼。在一些实施方案中，所述硼源包含含硼化合物。在一些实施方案中，所述EBC包括邻近所述粘结涂层的多孔层。

在一些实施方案中，所述EBC包括气密层。在一些这样的实施方案中，所述EBC包含硼源。在一些实施方案中，所述硼源的至少一部分插入在所述粘结涂层的至少一部分和所述EBC的至少一部分之间。在一些这样的实施方案中，所述硼源的至少另一部分布置在所述基材、所述EBC、所述粘结涂层或包括前述任一种的组合内。在一些实施方案中，所述制品还包括布置在所述EBC和所述粘结涂层之间的氧化物层、包含硅和至少约0.1重量%硼的氧化物层。在一些实施方案中，所述基材的含硅材料为陶瓷基质复合材料(CMC)。