[发明专利]由环境屏障保护的部件

说明书

本发明涉及一种部件(10)，所述部件(10)包括：‑基材(20)，与所述基材的表面(S)相邻的至少一部分由包含硅的材料制成；‑位于所述基材的表面(S)上且含有硅的结合亚层(30)；‑环境屏障(40)，其包括覆盖结合亚层(30)的由陶瓷制成的外层(42)，其特征在于，所述环境屏障(40)还包括：位于结合亚层(30)和外层(42)之间的自愈合内层(41)，所述内层(41)包括基质，硅形成颗粒分散于所述基质中，这些颗粒能够在氧的存在下在基质中产生裂纹愈合相。

发明背景

本发明涉及对由陶瓷基质复合物(CMC)材料制成的部件进行腐蚀保护的一般领域。

本发明应用的具体领域是保护由陶瓷基质复合物(CMC)材料制成的部件，所述陶瓷基质复合物(CMC)材料形成燃气轮机的热部件，例如燃烧室壁，或涡轮环，涡轮喷嘴，或涡轮叶片，用于航空发动机或用于工业涡轮机。

对于该燃气轮机，对于提高效率并减少污染物排放的关注导致考虑燃烧室中更高的温度。

因此，提出了用CMC材料代替金属材料，特别是对于燃烧室壁或涡轮环。实际上，已知CMC材料具有允许其用于构成结构元件的良好机械性能以及能够在高温下会保持这些性能的能力。CMC材料包括耐火纤维(通常是碳或陶瓷)的纤维增强材料，其由陶瓷基质例如SiC致密化。

在航空涡轮机的运行条件(即，在氧化和潮湿环境中，在高温下)，CMC材料对腐蚀现象敏感。CMC腐蚀由SiC氧化成二氧化硅导致，所述二氧化硅在水蒸气的存在下以硅的氢氧化物Si(OH)₄形式挥发。腐蚀现象导致CMC凹陷并且影响其使用寿命。

为了在运行期间限制该降解，认为在CMC材料表面上形成环境屏障涂层。这样的现有技术解决方案显示于图1中。

因此，如图1所示，陶瓷基质复合物(CMC)材料的基质1被硅结合层2覆盖，所述结合层2本身被环境屏障3覆盖，所述环境屏障3可以是稀土硅酸盐层。在燃气涡轮发动机的运行期间，二氧化硅保护层2a形成于硅结合层2和环境屏障3之间。

结合层2改进了环境屏障3的粘附性，并且形成了二氧化硅保护层2a，二氧化硅保护层2a的低氧渗透性帮助保护CMC基材1免受氧化。

环境屏障3则又限制水蒸气向由结合层2的硅氧化所形成的二氧化硅保护层2a扩散，并因此限制了后者的凹陷。

然而，该现有技术解决方案的问题在于，二氧化硅保护层2a对水蒸气和空气的可及性在局部上是非常易变的。

在可及性上的这些局部差异主要是因为环境屏障3密度的局部差异、负责优选氧途径的环境屏障3中的孔(porosity)和微裂纹网络的曲折性、以及环境屏障3的晶格或组成的局部不均匀性。

可及性的这些局部差异可能会在二氧化硅保护层2a中引起厚度的局部差异，可能导致由于层分离引起的应力累积和部件过早劣化。

因此，需要一种新颖的体系来保护CMC基材免受腐蚀，以提高CMC部件的使用寿命。

发明主题和概述

因此，本发明的主要目的是通过提供包括如下部分的部件来补偿这些缺点：

-基材，与所述基材表面相邻的至少一部分由包含硅的材料制成；

-位于基材表面上且含有硅的结合涂层；

-环境屏障，其包括覆盖结合涂层的陶瓷外层，

所述环境屏障还包括：位于结合涂层和外层之间的自愈合内层，所述内层包括基质，在所述基质中分散有硅形成颗粒，这些颗粒能够在氧的存在下产生基质裂纹愈合相。

环境屏障的该内层提供了如下优点：减少到达结合涂层的水和空气的量以及降低通过环境屏障的水和空气量的不均匀性。