[发明专利]包含基材和环境阻隔件的部件

说明书

本发明提供部件(1)，其包括基材(3)和形成在基材表面上的环境阻隔件(2)，邻近基材表面(S)的至少一部分基材由包含硅的材料制成，所述环境阻隔件至少包括第一层(7)，该第一层包含：‑摩尔含量在70％至99.9％范围内的式RE^a₂Si₂O₇的稀土二硅酸盐，其中RE^a是稀土元素；和‑摩尔含量在0.1％至30％范围内的至少一种式RE^b₂O₃的稀土氧化物，其中RE^b是不同于RE^a的稀土元素。

发明背景

本发明涉及通过在基材表面上形成环境阻隔件来对基材进行保护，其中，与基材表面相邻的至少一部分基材由含硅材料制成，并且基材在高温下在氧化介质中使用。

一个特定的应用领域是保护由陶瓷基质复合物(CMC)材料制成的部件，该部件在燃气轮机中形成热部件，例如燃烧室壁，或涡轮环，涡轮喷嘴，或涡轮叶片或叶轮，用于航空发动机或用于工业涡轮机。

对于这种燃气轮机，提高效率和减少污染排放的需要导致设想在燃烧室中使用更高的温度。

因此，已经提出用CMC材料代替金属材料的建议，特别是用于燃烧室壁或涡轮环。具体地，已知CMC材料具有良好的机械性能，使其能够用于结构元件，并且还具有在高温下保持这些性能的能力。CMC材料包括由耐火纤维制成的纤维增强材料，通常是碳纤维或陶瓷纤维制成的纤维增强材料，该增强材料通过陶瓷基质致密化，所述陶瓷基质例如是由SiC制成的陶瓷基质。

在航空涡轮机的运行条件下，即在氧化和湿润气氛中的高温下，CMC材料对腐蚀现象敏感。CMC的腐蚀是SiC氧化成二氧化硅的结果，二氧化硅在水蒸气存在下以氢氧化硅Si(OH)₄的形式蒸发。腐蚀现象导致CMC衰退，从而影响其寿命。为了限制这种运行中的降解，已经提出在CMC材料表面上形成环境阻隔涂层的建议。这种涂层可以包括硅的粘合层以及位于粘合层上的稀土硅酸盐层。粘合层首先用于改善稀土硅酸盐层的粘附性，其次用于形成对氧气具有低渗透性的二氧化硅保护层，其有助于保护CMC免受氧化。稀土硅酸盐层用于限制水蒸气扩散到通过硅的氧化形成的二氧化硅层，并因此限制其衰退。然而，稀土硅酸盐层本身可能对衰退现象敏感并且可能在运行中蒸发，从而不利地影响涂覆基材的寿命。而且，希望改善环境阻隔涂层对氧化物质的阻隔效应。

因此，需要具有新颖的环境阻隔件，其在运行中赋予下面的材料改善的寿命。

发明目的和概述

为此，在第一方面，本发明提供了一种包括基材和形成在基材表面上的环境阻隔件的部件，邻近基材表面的至少一部分基材由包含硅的材料制成，所述环境阻隔件至少包括第一层，所述第一层包含：

-摩尔含量在70％至99.9％范围内的式RE^a₂Si₂O₇的稀土二硅酸盐，其中RE^a是稀土元素；和

-摩尔含量在0.1％至30％范围内的至少一种式RE^b₂O₃的稀土氧化物，其中RE^b是不同于RE^a的稀土元素。