專利名稱：用于元件的環(huán)境隔離涂層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及環(huán)境隔離涂層，更具體地涉及用于由硅基基材制成的元件的環(huán)境隔離涂層。
具有RE2Si2O7的一般組成的稀土(RE)二硅酸鹽環(huán)境隔離涂層(EBCs)保護(hù)由含硅的陶瓷基質(zhì)復(fù)合(CMC)基材或氮化硅(Si3N4)基材制成的燃?xì)廨啓C(jī)元件，使其在使用中不會(huì)有害地暴露在化學(xué)環(huán)境中。RE＝La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，并包括類稀土元素Y和Sc。稀土二硅酸鹽具有與CMC基材的CTE充分匹配的熱膨脹系數(shù)(CTEs)。在使用中以及在該元件的熱循環(huán)期間，此類二硅酸鹽具有最小的開裂傾向。但是，由于與渦輪機(jī)燃燒氣氛中的水蒸汽的化學(xué)相互作用，二硅酸鹽容易遭受SiO2浸出以及凹陷。這種浸出在EBC中產(chǎn)生微孔性微結(jié)構(gòu)，并且，最初的致密EBC在低于所需設(shè)計(jì)壽命的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化成多孔層。因此，此類二硅酸鹽不具有該用途所需的耐久性。
具有RE2SiO5的一般組成的稀土(RE)單硅酸鹽已經(jīng)代替稀土二硅酸鹽用作EBCs。在含有水蒸氣的燃燒氣氛中，RE單硅酸鹽具有低揮發(fā)速率，因此具有低凹進(jìn)速率。但是，單硅酸鹽典型地具有與CMC基材的CTE不充分匹配的CTE。結(jié)果，單硅酸鹽面層在涂覆、熱處理和/或使用暴露過程中容易開裂，這會(huì)使水蒸汽滲透該面層，并導(dǎo)致表面下的化學(xué)反應(yīng)和/或過早的EBC散裂。這種開裂的程度直接取決于涂層厚度和涂層與基材之間的CTE差異。
用等離子噴涂法在組件上沉積許多傳統(tǒng)的EBC材料。等離子噴涂法提供了在寬的涂層厚度范圍內(nèi)(從約0.002英寸至約0.040英寸變化)沉積很多種材料而無需改變主要工藝的靈活性。但是，在噴涂過程中，由于快速驟冷，沉積的涂層材料常常固有地處于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)(例如非晶相、高溫相或一種或更多非平衡相)。當(dāng)暴露在高溫下并轉(zhuǎn)化為平衡態(tài)時(shí)，受約束的涂層可能經(jīng)受多種尺寸變化，在涂層中產(chǎn)生能夠?qū)е露喾N開裂性狀的應(yīng)力。涂層的開裂傾向趨向于與涂層厚度成正比。
對(duì)于通過等離子噴涂處理的RE2SiO5涂層，這被發(fā)現(xiàn)是特別成問題的，當(dāng)暴露在高溫下時(shí)導(dǎo)致毀滅性的全厚度開裂和涂層層離。在此情況下，對(duì)于SiC或SiC/SiC復(fù)合材料，涂層材料的全厚度開裂被認(rèn)為主要是由約6×10-6l/℃至約7×10-6l/℃的涂層材料CTE與約4.5×10-6l/℃至約5.0×10-6l/℃的基材CTE之間的失配引起的。主要在基材的非平面區(qū)域和/或幾何不連續(xù)點(diǎn)及表面微擾附近觀察到涂層層離。此外，層離可歸因于在達(dá)到工作溫度的第一熱循環(huán)過程中的尺寸變化。對(duì)于厚度低至大約0.002英寸的涂層，已觀察到開裂現(xiàn)象。此外，通過等離子噴涂法處理的涂層傾向于包含敞開孔隙和/或與其它封閉孔和空穴相交的細(xì)微裂紋網(wǎng)絡(luò)。對(duì)EBC應(yīng)用而言，涂層中的敞開孔隙可以是有害的。敞開孔隙為水蒸汽的快速滲透提供通道，并因此加速了容易發(fā)生以水蒸汽為媒介的氧化和揮發(fā)的下方材料的局部降解和/或劣化。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供用于含硅并具有第一熱膨脹系數(shù)的元件的環(huán)境隔離涂層。該環(huán)境隔離涂層包括粘接到該元件至少一部分外表面上的硅粘合涂層。至少一個(gè)中間層粘接到硅粘合涂層上，并具有與第一熱膨脹系數(shù)匹配的第二熱膨脹系數(shù)。該至少一個(gè)中間層具有RE2Si2O7的一般組成。保護(hù)層粘接到中間層上，并具有RE2SiO5的一般組成。表面層粘接到保護(hù)層上。該表面層含有RE并具有至少2∶3的RE對(duì)氧的比率。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的元件。該元件包括含硅并具有第一熱膨脹系數(shù)的基材。硅粘合涂層粘接到該基材的至少一部分外表面上。至少一個(gè)中間層粘接到硅粘合涂層上。該至少一個(gè)中間層具有與第一熱膨脹系數(shù)匹配的第二熱膨脹系數(shù)，并具有RE2Si2O7的一般組成。保護(hù)層粘接到該至少一個(gè)中間層上，并具有RE2SiO5的一般組成。表面層粘接到該保護(hù)層上并含有RE。該表層具有至少2∶3的RE對(duì)氧的比率。
另一方面，本發(fā)明提供了用于制造具有環(huán)境隔離涂層的元件的方法。該方法包括提供含硅的具有第一熱膨脹系數(shù)的元件。粘合涂層粘接到該元件的至少一部分外表面上。具有RE2Si2O7的一般組成的中間層粘接到所述粘合涂層上。該中間層具有與第一熱膨脹系數(shù)匹配的第二熱膨脹系數(shù)。具有RE2SiO5的一般組成的保護(hù)層粘接到該中間層上。表面層粘接到該保護(hù)層上。該表面層含有RE并具有至少2∶3的RE對(duì)氧的比率。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，涂有環(huán)境隔離涂層的元件的局部剖面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方案提供了用于硅基材料(包括例如陶瓷基質(zhì)復(fù)合基材或氮化硅基材)的環(huán)境隔離涂層。此外，本發(fā)明提供了用于制造具有環(huán)境隔離涂層的元件的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，該環(huán)境隔離涂層包括硅粘合涂層，具有與下方基材的熱膨脹系數(shù)匹配的熱膨脹系數(shù)的中間層，以及薄的、均勻的抗凹進(jìn)表面層，該表面層在使用期間是抗開裂的，并在下方元件的整個(gè)設(shè)計(jì)壽命中是耐用的。
下面，參照其與由陶瓷基質(zhì)復(fù)合基材、氮化硅基材、碳化硅基材和/或金屬硅化物基材制成的燃?xì)廨啓C(jī)用元件相關(guān)的應(yīng)用，描述本發(fā)明的實(shí)施方案。但是，對(duì)于受本文提供的教導(dǎo)指引的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明同樣適用于由硅基基材制成的任何適宜的元件。此外，此類元件可以結(jié)合到包括但不限于其它渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)中，其中該元件在系統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)受極端的熱和/或化學(xué)條件。在運(yùn)行條件期間，在可能超過2400的材料表面溫度下，這些元件經(jīng)受燃燒環(huán)境高達(dá)大約32,000小時(shí)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，各種燃?xì)廨啓C(jī)的元件由陶瓷材料或陶瓷基質(zhì)復(fù)合(CMC)材料制成。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，CMC材料是SiC/SiC CMC材料。該SiC/SiC CMC材料包括用硅滲透并用涂布的碳化硅纖維補(bǔ)強(qiáng)的碳化硅復(fù)合材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，該陶瓷材料是整體的(monolithic)陶瓷材料，如SiC。
參照?qǐng)D1，在一個(gè)實(shí)施方案中，將環(huán)境隔離涂層10涂布到硅基材料，例如由CMC基材20制成的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)元件15上?；蛘?，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)元件15由氮化硅(Si3N4)基材制成(未顯示)。對(duì)于受本文提供的教導(dǎo)指引的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)元件15可以由任何適宜的硅基材料制成。
環(huán)境隔離涂層10包括粘接到CMC基材20或沉積在CMC基材20上并粘接其上的至少一個(gè)中間層25。本文所用的術(shù)語(yǔ)“粘接”應(yīng)理解為包括直接粘接或通過例如粘合涂層或中間層之類的另一層間接粘接。在一個(gè)實(shí)施方案中，中間層25具有約3.0密耳至約10.0密耳的總厚度。中間層25具有與基材20的熱膨脹系數(shù)匹配的熱膨脹系數(shù)。本文所用的術(shù)語(yǔ)“匹配”在描述熱膨脹系數(shù)時(shí)應(yīng)理解為是指第一層例如中間層25的熱膨脹系數(shù)在第二層例如基材20的熱膨脹系數(shù)的大約+/-15％的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，中間層25具有類似于CMC基材20的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，中間層25具有基本等于CMC基材20的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。如圖1中所示，在一個(gè)實(shí)施方案中，環(huán)境隔離涂層10包括在將中間層25涂布或沉積到CMC基材20上之前涂布或沉積到CMC基材20上的硅粘合涂層30。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，粘合層30具有與基材20和/或中間層25匹配的熱膨脹系數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，中間層25包括具有RE2Si2O7的一般組成的至少一個(gè)層，其由包含但不限于Y、Dy、Ho、Er、Tm、Tb、Yb和/或Lu的至少一種稀上(RE)硅酸鹽形成。例如，第一中間層27包含RE2Si2O7。此外，如圖1所示，中間層25包括位于第一中間層27和外隔離層例如抗凹進(jìn)表面層35之間的第二或外中間層29。盡管在圖1中僅顯示了兩個(gè)中間層27、29，但對(duì)于受本文提供的教導(dǎo)指引的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，中間層25可以包括任何適宜的層數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述層的總厚度為大約3.0密耳至大約10.0密耳?；蛘?，除至少一種稀土硅酸鹽外，中間層25可以包括至少一個(gè)適宜的材料層，和/或每個(gè)中間層27、29可以包含至少一種適宜的材料。
將抗凹進(jìn)表面層35涂布或沉積到中間層25上。在一個(gè)實(shí)施方案中，采用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法將抗凹進(jìn)表面層35涂布或沉積到中間層25上。或者，通過用隨后在微孔中分解以產(chǎn)生所需氧化物或金屬的所需化合物的鹽的水溶液滲透，將抗凹進(jìn)表面層35涂布到中間層25上。可以采用受本文提供的教導(dǎo)指引的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適方法涂布抗凹進(jìn)表面層35和/或滲透層，所述方法包括但不限于溶膠凝膠技術(shù)、等離子噴涂、噴漿和/或噴漆法。
在一個(gè)實(shí)施方案中，將抗凹進(jìn)表層35均勻涂布或均勻沉積到外中間層29上。在此實(shí)施方案中，抗凹進(jìn)表層35具有約0.5密耳至約2.0密耳的厚度?？拱歼M(jìn)表層35具有適于預(yù)防或抵抗使用時(shí)的開裂、水蒸汽滲透和/或剝離的厚度。在備選實(shí)施方案中，抗凹進(jìn)表面層35具有預(yù)防或抵抗開裂、水蒸汽滲透和/或剝離的適宜厚度。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，抗凹進(jìn)層具有小于大約0.001英寸(25微米)的厚度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，抗凹進(jìn)保護(hù)層36包含具有RE2SiO5的一般組成的至少一種稀土(RE)硅酸鹽，其包括但不限于Y、Dy、Ho、Er、Tm、Tb、Yb和/或Lu?？拱歼M(jìn)保護(hù)層36與下方的中間層25化學(xué)相容并具有高抗凹進(jìn)性。例如，抗凹進(jìn)保護(hù)層36可以包含涂布或沉積到包括Y2Si2O7外表面的中間層25上的Y2SiO5。表面層38與下方的保護(hù)層36化學(xué)相容并具有高抗凹進(jìn)性。表面層38可以包含涂布或沉積到保護(hù)層36上的Y2O3。對(duì)于受本文提供的教導(dǎo)指引的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，抗凹進(jìn)保護(hù)層36和抗凹進(jìn)表面層38可以包括含有一種或更多稀土金屬的任何適宜的材料。
在一個(gè)實(shí)施方案中，抗凹進(jìn)表面層35包括粘接到中間層25上的保護(hù)層36。在此實(shí)施方案中，保護(hù)層36具有RE2SiO5的一般組成?？拱歼M(jìn)表面層35進(jìn)一步包括粘接到保護(hù)層36上的表面層38。表面層38包含至少一種稀土，即，Y、Dy、Ho、Er、Tm、Tb、Yb和/或Lu，并具有至少2∶3的RE對(duì)氧的比率。表面層38包含RE2O3、RE金屬、含RE的鹽和/或含RE的有機(jī)金屬材料。適宜的有機(jī)金屬材料包括但不限于包括RE在內(nèi)的金屬類的適宜醇鹽，例如，但不限于RE-異丙醇鹽(RE-[OCH(CH3)2]3)、RE-三正丁醇鹽(RE-(OC4H9)3)或RE-乙醇鹽(RE-(OC2H5)3)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，表面層38具有RE2O3的一般組成，或與氣相反應(yīng)形成RE2O3的一般組成。
在一個(gè)實(shí)施方案中，通過表面層38與中間層25的化學(xué)反應(yīng)形成保護(hù)層36。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，粘合涂層30與中間層25之間的界面，以及保護(hù)層36與表面層38之間的界面是基本連續(xù)的?；蛘?，在基本沒有層間化學(xué)反應(yīng)的情況下，將保護(hù)層36直接沉積到中間層25上，并將表面層38直接沉積到保護(hù)層36上，形成多層環(huán)境隔離涂層10。在此實(shí)施方案中，粘合涂層30與中間層25、中間層25與保護(hù)層36、以及保護(hù)層36與表面層38之間的界面也是基本連續(xù)的。
在一個(gè)實(shí)施方案中，中間層25包括用抗凹進(jìn)氧化物滲透的微孔表面區(qū)域，在形成微孔的表面區(qū)域上形成保護(hù)層36?？梢酝ㄟ^在足夠高的溫度下令表面層與水蒸汽反應(yīng)一段選定的持續(xù)時(shí)間以產(chǎn)生微孔微結(jié)構(gòu)，由此產(chǎn)生微孔表面區(qū)域或微結(jié)構(gòu)?；蛘撸梢酝ㄟ^等離子噴涂產(chǎn)生微孔或多孔微結(jié)構(gòu)。例如，通過在流動(dòng)的富含水蒸汽的氣氛中于約2400下暴露大約100小時(shí)至大約500小時(shí)，在含RE2Si2O7的中間層25上能夠產(chǎn)生微孔R(shí)E2SiO5層。然后用化學(xué)相容的抗水蒸汽氧化物滲透微孔，產(chǎn)生抗凹進(jìn)表面層35。例如，可以用RE2O3滲透在RE2Si2O7間層25上產(chǎn)生的微孔R(shí)E2SiO5，產(chǎn)生保護(hù)下方RE2Si2O7中間層25、硅粘合涂層30和CMC基材25免受水蒸汽破壞的抗凹進(jìn)表面層35(RE2O3+RE2SiO5)。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，中間層25包含Y2Si2O7，并且保護(hù)層36包括用Y2O3滲透的微孔Y2SiO5層，形成抗凹進(jìn)表面層35。盡管抗凹進(jìn)氧化物不具有與CMC基材20的CTE和/或中間層25的CTE充分匹配的CTE，但抗凹進(jìn)表面層35足夠薄以預(yù)防或抵抗開裂和水蒸汽滲透。建模(modeling)表明，涂布到CET為大約4.5×10-6l/C且彈性模量E＝280GPa的帶有Y2Si2O7中間層25的CMC基材上的、CTE為大約6.5×10-6l/C且彈性模量E＝30-40GPa的0.001英寸厚Y2SiO5抗凹進(jìn)表面層，應(yīng)低于以全厚度開裂的應(yīng)變能量釋放速率標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的開裂限度。
在一個(gè)備選實(shí)施方案中，抗凹進(jìn)表面層35包括用抗凹進(jìn)氧化物的金屬氧化物前體滲透的微孔表面區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方案中，如上所述，用選定濃度的金屬滲透該微孔表面區(qū)域，該金屬隨后被氧化以形成抗凹進(jìn)表面層35。滲透劑可以是可溶RE鹽的水或非水溶液、亞微米含RE粒子的懸浮液或在干燥時(shí)產(chǎn)生金屬RE的溶液。滲透的RE隨后反應(yīng)或氧化填充微孔，并在孔表面和/或外表面上生成具有RE2SiO5的一般組成的抗凹進(jìn)保護(hù)層35。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，中間層25包含Y2Si2O7，并且保護(hù)層36包括用Y滲透的微孔Y2SiO5層，形成包含Y2SiO5和Y2O3的致密抗凹進(jìn)表面層35。在此過程中，氧化時(shí)的體積增加促進(jìn)微孔的填充，形成致密的表面微結(jié)構(gòu)。粘接到較厚中間層25，例如Y2Si2O7上的致密抗凹進(jìn)表面層35產(chǎn)生高度耐水蒸汽滲透且太薄而不會(huì)由于與基材20的CTE失配而開裂的表面區(qū)域。此外，如果抗凹進(jìn)表面層35破裂，較厚的中間層25可以為基材20提供進(jìn)一步保護(hù)，以及便于表面修整的基材。
在含有水蒸汽的燃燒氣氛中，具有RE2Si2O7的一般組成的中間層25最初可能具有不充分的抗凹進(jìn)性。在一個(gè)實(shí)施方案中，在中間層25上涂布一般組成為RE2O3的薄層。該層暴露于高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，原位形成一般組成為RE2SiO5的薄致密保護(hù)層36，RE2SiO5與RE2Si2O7化學(xué)相容。保護(hù)層36和抗凹進(jìn)表層35具有高抗凹進(jìn)性和高抗開裂性。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠涂布、漿體涂布、等離子噴涂或噴漆法中的至少一種，在含有RE2Si2O7的中間層25上涂布抗凹進(jìn)氧化物，例如RE2O3的薄的均勻的表面層。RE2O3層與下方的RE2Si2O7層反應(yīng)以形成薄的RE2SiO5層。盡管該RE2SiO5層與下方的RE2Si2O7層的CTE未充分匹配，但由于該RE2SiO5層很薄，例如，小于約0.001英寸(25微米)，且反應(yīng)RE2O3+RE2Si2O7＝2RE2SiO5的體積變化僅為約1％，因此防止或限制了開裂。此外，RE2O3/RE2Si2O7反應(yīng)可以有利于消除或降低表面裂紋和孔隙，并制造微觀結(jié)構(gòu)良好的表面層。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在RE2O3層沉積之前或代替RE2O3層沉積，用含有至少一種RE的前體溶液，例如含有無機(jī)RE鹽的水溶液、含有RE-醇鹽的非水溶液或金屬RE的載體滲透起始RE2Si2O7層。含RE的前體滲入RE2Si2O7層中的開孔內(nèi)，當(dāng)暴露在高溫下時(shí)在孔壁上形成RE2SiO5。此類原位形成的RE2SiO5為多孔R(shí)E2Si2O7基材提供進(jìn)一步保護(hù)以避免暴露在水蒸汽下。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于制造具有環(huán)境隔離涂層10的元件，如燃?xì)廨啓C(jī)元件15的方法。燃?xì)廨啓C(jī)元件15包含硅，并具有第一熱膨脹系數(shù)。中間層25粘接到燃?xì)廨啓C(jī)元件15的外表面上。中間層25具有在燃?xì)廨啓C(jī)元件15的熱膨脹系數(shù)的大約+/-15％范圍內(nèi)的第二熱膨脹系數(shù)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，將第二中間層粘接到第一中間層上。在此實(shí)施方案中，第二中間層具有與第一中間層的熱膨脹系數(shù)類似或相等的熱膨脹系數(shù)?；蛘?，第二中間層具有與第一中間層的熱膨脹系數(shù)不同的熱膨脹系數(shù)。對(duì)于受本文提供的教導(dǎo)指引的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，環(huán)境隔離涂層10可以包括任何適宜數(shù)量的中間層。
將具有RE2SiO5的一般組成的保護(hù)層36粘接到外中間層上。在一個(gè)實(shí)施方案中，保護(hù)層36沉積在中間層25上。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過金屬氧化物前體材料與中間層25的反應(yīng)，保護(hù)層36粘接到中間層25上。例如，通過包含RE2O3的金屬氧化物前體材料與包含RE2Si2O7的中間層25的反應(yīng)，形成包含RE2SiO5的保護(hù)層36。在一個(gè)實(shí)施方案中，將表面層38粘接到保護(hù)層36上。表面層38包含至少一種RE，并具有至少2∶3的RE對(duì)氧的比率。
或者，在表面層38沉積在中間層25上之后，通過熱處理環(huán)境隔離涂層10，形成保護(hù)層36并將其粘接到中間層25上。在另一實(shí)施方案中，通過在環(huán)境隔離涂布的CMC元件的使用過程中原位形成保護(hù)層36，將保護(hù)層36粘接到中間層25上。
由于在基材與中間層之間的CTE相容性，并且致密的高抗凹進(jìn)表面層太薄而不會(huì)表現(xiàn)出有害的開裂，用于硅基元件，如SiC/SiC CMC或氮化硅材料元件的上述環(huán)境隔離涂層是抗開裂的?？拱歼M(jìn)表面層防止或限制下方的層暴露在燃燒氣氛中。該環(huán)境隔離涂層具有足夠的耐久性和抗凹進(jìn)性，滿足在大約2400的溫度下高達(dá)大約32,000運(yùn)行時(shí)數(shù)的設(shè)計(jì)壽命目標(biāo)。此外，如果抗凹進(jìn)表面層破裂，中間層可以為下方基材提供進(jìn)一步保護(hù)，以及便于表面修整的基材。
上文詳細(xì)描述了環(huán)境隔離涂層及用于制造包括該環(huán)境隔離涂層的元件的方法的示例性實(shí)施方案。環(huán)境隔離涂層和方法不限于本文所述的具體實(shí)施方案，而且環(huán)境隔離涂層的元件和/或該方法的步驟可以與本文所述的其它元件和/或步驟獨(dú)立并分離地使用。此外，所述元件和/或方法步驟也可以與其它涂層和/或方法結(jié)合說明或使用，并不限于僅用本文所述的環(huán)境隔離涂層和方法實(shí)施。
雖然已經(jīng)根據(jù)各種具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以在權(quán)利要求的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)改變實(shí)施本發(fā)明。
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權(quán)利要求
1.一種用于包含硅的具有第一熱膨脹系數(shù)的元件的環(huán)境隔離涂層(10)，所述環(huán)境隔離涂層包括粘接到所述元件的至少一部分外表面上的硅粘合涂層(30)；粘接到所述硅粘合涂層上并具有與所述第一熱膨脹系數(shù)匹配的第二熱膨脹系數(shù)的至少一個(gè)中間層(25，27，29)，所述中間層具有RE2Si2O7的一般組成；粘接到所述中間層上并具有RE2SiO5的一般組成的保護(hù)層(36)；和粘接到所述保護(hù)層上，包含RE并具有至少2∶3的RE對(duì)氧的比率的表層(38)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境隔離涂層(10)，其中通過所述表層(38)與所述至少一個(gè)中間層(25，27，29)的化學(xué)反應(yīng)形成所述保護(hù)層(36)，并且所述粘合層(30)、所述至少一個(gè)中間層、所述保護(hù)層和所述表層的每一種之間的界面是基本連續(xù)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境隔離涂層(10)，其中所述表層(38)具有RE2O3的一般組成，或與氣相反應(yīng)以形成RE2O3的一般組成，其中RE是Y、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境隔離涂層(10)，其中在基本沒有層間化學(xué)反應(yīng)的情況下，將所述保護(hù)層(36)直接沉積到所述至少一個(gè)中間層(25，27，29)上，并將所述表面層(38)直接沉積到所述保護(hù)層上，形成多層環(huán)境隔離涂層，而且在所述粘合層(30)、所述至少一個(gè)中間層、所述保護(hù)層和所述表層之間的界面是基本連續(xù)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境隔離涂層(10)，其中所述至少一個(gè)中間層(25)進(jìn)一步包括粘接到所述硅粘合涂層上的內(nèi)中間層(27)；和粘接到所述內(nèi)中間層上并形成大量微孔的外中間層(29)，用所述表面層(38)滲透所述外部中間層，在形成所述大量微孔的每一個(gè)微孔的表面上形成所述保護(hù)層(36)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境隔離涂層(10)，其中所述第二熱膨脹系數(shù)在所述第一熱膨脹系數(shù)的+/-15％范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境隔離涂層(10)，其中所述表面層(38)含有RE2O3、RE金屬、包含RE的鹽和包含RE的有機(jī)金屬材料中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境隔離涂層(10)，其中所述至少一個(gè)中間層(25，27，29)具有約3.0密耳至約10.0密耳的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境隔離涂層(10)，其中所述表層(38)具有約04密耳至約2.0密耳的厚度。
10.一種用于燃?xì)廨啓C(jī)(15)的元件，所述元件包括含硅的基材(20)，所述基材具有第一熱膨脹系數(shù)；粘接到所述基材的至少一部分外表面上的硅粘合涂層(30)；粘接到所述硅粘合涂層上并具有與所述第一熱膨脹系數(shù)匹配的第二熱膨脹系數(shù)的至少一個(gè)中間層(25，27，29)，該中間層具有RE2Si2O7的一般組成；粘接到所述中間層上并具有RE2SiO5的一般組成的保護(hù)層(36)；和粘接到所述保護(hù)層上的表面層(38)，其包含RE并具有至少2∶3的RE對(duì)氧的比率。
全文摘要
提供一種用于具有第一熱膨脹系數(shù)的含硅元件的環(huán)境隔離涂層(10)。該環(huán)境隔離涂層包括粘接到該元件的至少一部分外表面上的硅粘合涂層(30)。中間層(25，27，29)粘接到硅粘合涂層上，并具有與第一熱膨脹系數(shù)匹配的第二熱膨脹系數(shù)。該中間層具有RE
文檔編號(hào)F02C7/00GK101024324SQ20061006399
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者P·J·梅斯特, C·A·約翰遜, K·L·盧斯拉, R·薩拉菲-諾爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司