背景技術：

本發(fā)明總體上涉及環(huán)境阻擋涂層，且更具體地涉及其制備方法。

硅基陶瓷材料目前用于燃氣渦輪發(fā)動機的高溫部件，例如翼型件（例如，動葉和靜葉）、燃燒器襯里和護罩。例如，硅基陶瓷基質(zhì)復合材料（cmc）可以包括增強陶瓷基質(zhì)相的纖維。例如，與更常規(guī)的材料，例如鐵、鎳和/或鈷基超級合金相比，cmc可以提供高溫機械、物理和/或化學性質(zhì)的期望組合。

盡管硅基陶瓷材料表現(xiàn)出期望的高溫特性，但是這樣的材料可能遭受在暴露于諸如水蒸氣的反應性物類時由于揮發(fā)而在燃燒環(huán)境中快速衰退。在這種情況下，保護涂層（本文中通常稱為環(huán)境阻擋涂層（ebc））用于保護硅基陶瓷材料免于揮發(fā)過程。此外，ebc可以用作燃燒氣體和下面的基材之間的熱阻擋。含有包含在液體載體中的ebc組合物的顆粒的漿料沉積涂層已用于沉積ebc。然而，標準的基于漿料的涂覆方法可能需要多個沉積和燒結(jié)步驟以實現(xiàn)所需的ebc厚度而沒有開裂，這可能導致較低的生產(chǎn)率和較長的循環(huán)時間。

因此，需要一種用于制備厚的、氣密的ebc的簡單且成本有效的方法。

簡述

本發(fā)明的實施方案涉及在基材上形成環(huán)境阻擋涂層的方法。

在一個實施方案中，公開了形成環(huán)境阻擋涂層的方法。所述方法包括在基材上布置基于粉末的涂層，在大于800℃且小于1200℃的溫度下熱處理所述涂層，以形成包含表面連接的孔的多孔涂層，用滲透劑材料滲透多孔涂層的至少一些表面連接的孔以形成滲透涂層，以及在大于1200℃且小于1500℃的溫度下燒結(jié)所述滲透涂層，以在基材上形成環(huán)境阻擋涂層。

在一個實施方案中，公開了形成環(huán)境阻擋涂層的方法。所述方法包括在基材上布置基于粉末的涂層，在大于1050℃且小于1200℃的溫度下熱處理基于粉末的涂層，以形成包含表面連接的孔的多孔涂層，和用第二材料滲透第一材料的至少一些表面連接的孔以形成滲透涂層。所述方法還包括在大于1200℃且小于1400℃的溫度下燒結(jié)所述滲透涂層。由此形成的環(huán)境阻擋涂層基本上是氣密的，并且環(huán)境阻擋涂層的厚度大于100微米。

本發(fā)明包括以下方面：

方面1.一種形成環(huán)境阻擋涂層（20）的方法，其包括：

在基材（12）上布置基于粉末的涂層；

在大于800℃且小于1200℃的溫度下熱處理所述基于粉末的涂層，以形成包含表面連接的孔的多孔涂層；

用滲透劑材料滲透所述多孔涂層的至少一些表面連接的孔以形成滲透涂層；和

在大于1200℃且小于1500℃的溫度下燒結(jié)所述滲透涂層，以在基材（12）上形成環(huán)境阻擋涂層（20）。

方面2.方面1的方法，其中所述基于粉末的涂層包括以具有多峰分布的多個顆粒的形式存在的第一材料。

方面3.方面2的方法，其中所述多個顆粒包括具有大于約10微米的粒度的多個大顆粒、具有在約5微米至約10微米范圍內(nèi)的粒度的多個中顆粒，和具有小于約5微米的粒度的多個小顆粒。

方面4.方面3的方法，其中所述第一材料中的大顆粒的量在所述第一材料的總體積的約40至約60體積%范圍內(nèi)；所述第一材料中的中顆粒的量在所述第一材料的總體積的約15至約30體積%范圍內(nèi)；和所述第一材料中的小顆粒的量在所述第一材料的總體積的約15至約30體積%范圍內(nèi)。

方面5.方面2的方法，其中所述第一材料包括稀土元素的硅酸鹽，包括稀土單硅酸鹽（re2sio5）、稀土二硅酸鹽（re2si2o7）或其組合。

方面6.方面2的方法，其中在所述基材上布置所述基于粉末的涂層的步驟包括使所述基材與所述第一材料、粘合劑和燒結(jié)助劑接觸。

方面7.方面6的方法，其中布置所述基于粉末的涂層包括使所述制品與包含第一材料、第一流體載體、粘合劑和燒結(jié)助劑的第一漿料接觸，其中所述第一材料以所述第一漿料的約30至約65體積%范圍內(nèi)的量存在于所述第一漿料。

方面8.方面1的方法，其包括在大于1050℃且小于1200℃的溫度下熱處理所述基于粉末的涂層歷時約2小時至約8小時的持續(xù)時間，以形成所述多孔涂層。

方面9.方面1的方法，其中所述多孔涂層具有在約20至約50體積%范圍內(nèi)的孔隙率。

方面10.方面1的方法，其中所述滲透劑材料包括第二漿料，所述第二漿料包含第二材料的多個細顆粒、包含第二材料的前體的前體溶液或其組合。

方面11.方面10的方法，其中所述多個細顆粒具有小于約500nm的粒度。

方面12.方面10的方法，其中所述第二材料以約5至約35體積%的量存在于所述第二漿料中。

方面13.方面10的方法，其中所述第二材料包含硅。

方面14.方面13的方法，其中所述第二材料包含二氧化硅。

方面15.一種形成環(huán)境阻擋涂層（20）的方法，包括：

通過使所述制品與第一漿料接觸在基材上布置基于粉末的涂層；

在大于1050℃且小于1200℃的溫度下熱處理所述基于粉末的涂層，以形成包含表面連接的孔的多孔涂層；

用第二漿料滲透所述多孔涂層的至少一些表面連接的孔以形成滲透涂層；和

在大于1200℃且小于1400℃的溫度下燒結(jié)所述滲透涂層，以在基材上形成環(huán)境阻擋涂層，其中

所述環(huán)境阻擋涂層（20）的厚度大于100微米；和

所述環(huán)境阻擋涂層（20）基本上是氣密的。

本發(fā)明還包括以下方面：

方面1#.一種形成環(huán)境阻擋涂層的方法，其包括：

在基材上布置基于粉末的涂層；

在大于800℃且小于1200℃的溫度下熱處理所述基于粉末的涂層，以形成包含表面連接的孔的多孔涂層；

用滲透劑材料滲透所述多孔涂層的至少一些表面連接的孔以形成滲透涂層；和

在大于1200℃且小于1500℃的溫度下燒結(jié)所述滲透涂層，以在基材上形成環(huán)境阻擋涂層。

方面2#.方面1#的方法，其中所述基于粉末的涂層包括以具有多峰分布的多個顆粒的形式存在的第一材料。

方面3#.方面2#的方法，其中所述多個顆粒包括具有大于約10微米的粒度的多個大顆粒、具有在約5微米至約10微米范圍內(nèi)的粒度的多個中顆粒，和具有小于約5微米的粒度的多個小顆粒。

方面4#.方面3#的方法，其中所述第一材料中的大顆粒的量在所述第一材料的總體積的約40至約60體積%范圍內(nèi)；所述第一材料中的中顆粒的量在所述第一材料的總體積的約15至約30體積%范圍內(nèi)；和所述第一材料中的小顆粒的量在所述第一材料的總體積的約15至約30體積%范圍內(nèi)。

方面5#.方面2#的方法，其中所述第一材料包括稀土元素的硅酸鹽，包括稀土單硅酸鹽（re2sio5）、稀土二硅酸鹽（re2si2o7）或其組合。

方面6#.方面5#的方法，其中所述稀土元素包括鐿、釔或其組合。

方面7#.方面2#的方法，其中在所述基材上布置所述基于粉末的涂層的步驟包括使所述基材與所述第一材料、粘合劑和燒結(jié)助劑接觸。

方面8#.方面7#的方法，其中所述基于粉末的涂層包括在所述第一材料的約2重量%至約15重量%范圍內(nèi)的量的粘合劑，和在所述第一材料的約0.2重量%至約8重量%范圍內(nèi)的量的燒結(jié)助劑。

方面9#.方面7#的方法，其中布置所述基于粉末的涂層包括使所述制品與包含第一材料、第一流體載體、粘合劑和燒結(jié)助劑的第一漿料接觸，其中所述第一材料以所述第一漿料的約30至約65體積%范圍內(nèi)的量存在于所述第一漿料。

方面10#.方面1#的方法，其包括在大于1050℃且小于1200℃的溫度下熱處理所述基于粉末的涂層歷時約2小時至約8小時的持續(xù)時間，以形成所述多孔涂層。

方面11#.方面1#的方法，其中所述多孔涂層具有在約20至約50體積%范圍內(nèi)的孔隙率。

方面12#.方面1#的方法，其中所述滲透劑材料包括第二漿料，所述第二漿料包含第二材料的多個細顆粒、包含第二材料的前體的前體溶液或其組合。

方面13#.方面12#的方法，其中所述多個細顆粒具有小于約500nm的粒度。

方面14#.方面12#的方法，其中所述第二材料以約5至約35體積%的量存在于所述第二漿料中。

方面15#.方面12#的方法，其中所述第二材料包含硅。

方面16#.方面15#的方法，其中所述第二材料包含二氧化硅。

方面17#.方面12#的方法，其中所述第二材料與所述多孔涂層的第一材料基本上相同。

方面18#.方面1#的方法，其中所述環(huán)境阻擋涂層的厚度大于100微米，并且具有小于10體積%的孔隙率。

方面19#.一種渦輪發(fā)動機部件，其包括通過方面1#的方法形成的環(huán)境阻擋涂層。

方面20#.方面19#的渦輪發(fā)動機部件，其中所述環(huán)境阻擋涂層具有大于100微米的厚度和小于10體積%的孔隙率。

方面21#.一種形成環(huán)境阻擋涂層的方法，包括：

通過使所述制品與第一漿料接觸在基材上布置基于粉末的涂層；

在大于1050℃且小于1200℃的溫度下熱處理所述基于粉末的涂層，以形成包含表面連接的孔的多孔涂層；

用第二漿料滲透所述多孔涂層的至少一些表面連接的孔以形成滲透涂層；和

在大于1200℃且小于1400℃的溫度下燒結(jié)所述滲透涂層，以在基材上形成環(huán)境阻擋涂層，其中

所述環(huán)境阻擋涂層的厚度大于100微米；和

所述環(huán)境阻擋涂層基本上是氣密的。

附圖說明

從結(jié)合附圖提供的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的以下詳細描述，將更容易理解這些和其它優(yōu)點和特征。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的包括在基材上形成的環(huán)境阻擋涂層（ebc）的制品的示意性橫截面圖，

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的沉積ebc的方法的過程圖。

詳述

在下面的說明書和隨后的權利要求中，除非上下文另有明確規(guī)定，否則單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”包括復數(shù)對象。

如通篇說明書和權利要求書所使用的近似語言可以被應用于修飾可以允許變化而不導致與其相關的基本功能改變的任何定量表示。因此，由一個或多個術語例如“約”或“基本上”修飾的值可以不限于所規(guī)定的精確值，并且可以包括與規(guī)定值不同的值。在至少一些情況下，近似語言可以對應于用于測量值的儀器的精度。

使用漿料的厚ebc沉積的一些已知方法包括以逐層方式構建ebc并在每層沉積之后燒結(jié)部件。因此，ebc層可能經(jīng)歷多個沉積和燒結(jié)步驟，從而增加用于ebc制備的工藝復雜性。本發(fā)明的一些實施方案涉及在兩步法中在基材上制造厚的、氣密的環(huán)境阻擋涂層（ebc）。

在一些實施方案中，公開了在基材上形成ebc的方法。所述方法包括在基材上布置基于粉末的涂層，并在大于800℃且小于1200℃的溫度下熱處理基于粉末的涂層，以形成包含表面連接的孔的多孔涂層。所述方法還包括用滲透劑材料滲透多孔涂層的至少一些表面連接的孔，從而形成滲透涂層。由此形成的滲透涂層在大于1200℃且小于1500℃的溫度下燒結(jié)，以在基材上形成ebc。

圖1是根據(jù)本公開的一個或多個方面的例如與高溫部件（例如燃氣渦輪發(fā)動機）一起使用的制品10的橫截面圖。在所示實例中，提供了可以包括含硅基底14的基材12。例如，可以針對其高溫機械、物理和/或化學性質(zhì)選擇的含硅基底14可以包括任何含硅材料例如含硅陶瓷（例如，碳化硅（sic）、氮化硅（si3n4）、氮氧化硅、氮氧化硅鋁）、包括sic或si3n4基質(zhì)的復合材料、含硅金屬合金或含硅金屬間化物（例如鉬硅合金、鈮硅合金）。在一個實例中，含硅基底14可包括陶瓷基質(zhì)復合材料（cmc），其包括用碳化硅纖維增強的陶瓷基質(zhì)。在另一實例中，含硅基底14還可以是整體陶瓷材料，例如，包括sic、si3n4或其組合。在一些實施方案中，含硅基底14可以由能夠經(jīng)受大于2100℉（1149℃）操作溫度的燃燒環(huán)境超過20,000小時的持續(xù)時間的材料制成。

繼續(xù)參考圖1，ebc可以提供在基材12上。如本文所用的，術語“ebc”是指沉積在基材12上的涂層，用于保護制品10免受高溫發(fā)動機部分的惡劣環(huán)境。ebc可以提供熱阻擋以及對熱燃燒環(huán)境中的腐蝕性氣體的氣密密封，并且因此保護下面的基材12免于過熱或熱化學侵蝕。例如，如上所述，提供在基材12的含硅基底14上的保護涂層有利地促進在燃氣渦輪發(fā)動機的熱燃燒環(huán)境中抑制cmc材料在暴露于反應性物類例如水蒸氣時經(jīng)由氧化和揮發(fā)的衰退。在一個實例中，基材12可包括包含例如粘結(jié)涂層16的一個或多個層或可由其制造。粘結(jié)涂層16可使用各種材料和各種制造技術形成，例如溶膠-凝膠化學、等離子體噴涂、燃燒熱噴涂、電泳沉積、漿料浸漬、漿料噴涂、漿料涂漆、化學氣相沉積（cvd）。

在一些實施方案中，粘結(jié)涂層16可用于例如抑制含硅基底14和ebc20之間的化學反應或促進ebc20的粘附。在另一個實施方案中，粘結(jié)涂層16也可以用作氧阻擋，以便在使用中抑制或防止含硅基底14暴露于氧。在一個實例中，粘結(jié)涂層16可包括元素硅、金屬硅化物或其組合，并且可具有在約10μm至約250μm范圍內(nèi)的厚度。在一些實施方案中，二氧化硅層18可以任選地提供在粘結(jié)涂層16上。在一些實施方案中，二氧化硅層18可以具有初始（加工完成時的）厚度，其可以由于在使用中下面的粘結(jié)涂層16的氧化而進一步增加。

在一些實施方案中，ebc20可以具有在約60μm至2mm范圍內(nèi)的厚度。在一些實施方案中，ebc20可以包括稀土（re）元素的硅酸鹽。如本文所用，“稀土元素的硅酸鹽”是指一種或多種稀土元素的硅酸鹽。在一些實施方案中，稀土元素的硅酸鹽可包括例如稀土單硅酸鹽（re2sio5）、稀土二硅酸鹽（re2si2o7）或其組合。在一些實施方案中，稀土元素可以選自釔、鈧和鑭系元素。例如，re元素可以包括元素例如鈧、釔、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥或其組合。

ebc20可以包括一個或多個層。任選地，一個或多個額外層可以位于ebc層20上方或下方。這種額外層可以為制品10提供額外功能，例如熱阻擋保護、抗衰退性、耐磨損密封、對腐蝕的熱化學抵抗力、耐侵蝕性、抗沖擊損傷性和/或?qū)ο噜弻又g的相互擴散的抵抗力。例如，抗衰退性表面層22可以用于提供額外保護以防反應性物類（例如水蒸氣）。在一些實施方案中，抗衰退性表面層22可包括稀土硅酸鹽，例如稀土單硅酸鹽（re2sio5）。在一些實施方案中，一個或多個涂層20和22可具有基本上接近含硅基底14的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。

如前所述，所述方法包括首先在基材12上布置基于粉末的涂層。本文使用的術語“基于粉末的涂層”是指使用多個顆粒形成的涂層。在一些實施方案中，在基材12上布置基于粉末的涂層的步驟可以包括使基材12與第一材料和粘合劑的混合物接觸。在一些實施方案中，在基材12上布置基于粉末的涂層的步驟可包括使基材12與第一材料、粘合劑和燒結(jié)助劑的混合物接觸。用于在基材12上布置基于粉末的涂層的方法的非限制性實例可以包括浸涂、噴涂、旋涂、滑動流延、帶流延和層壓以及凝膠鑄造。在一些實施方案中，可以干燥基于粉末的涂層以形成干燥的基于粉末的涂層?；诜勰┑耐繉拥母稍锟梢宰鳛閱为毜牟襟E或在基于粉末的涂層的任何進一步熱處理期間進行。

干燥的基于粉末的涂層的強度和密度可以取決于所使用的粉末的相對量、粉末的粒度和用于布置基于粉末的涂層的加工方法以及許多其它方面中的一個或多個。在一些實施方案中，第一材料以具有多峰分布的多個顆粒的形式存在。

用于布置基于粉末的涂層的多個顆粒的粒度分布在確定所布置的涂層的機械完整性、孔隙率和可加工性方面可能是重要的。例如，使用主要大尺寸的顆粒可能導致不均勻的涂層表面，以及多孔和機械不穩(wěn)定的涂層結(jié)構。另一方面，使用主要細小尺寸的顆粒布置的涂層可能導致過度的燒結(jié)收縮和隨后的開裂。在一些實施方案中，顆粒的多峰分布可以允許在熱處理后控制涂層孔隙率。顆粒的多峰分布通過用較細顆粒填充由較大顆粒產(chǎn)生的空隙來改進填充密度。較大的顆粒為涂層提供抗收縮的骨架，而較細的顆粒促進燒結(jié)和與基材的粘合。由于這些原因，顆粒在涂層中的多峰分布可使收縮（在干燥和/或進一步熱處理期間）最小化，從而減少厚涂層致密化期間的裂紋形成和分層。

在一些實施方案中，用于形成基于粉末的涂層的第一材料包括顆粒的三峰分布，其包括多個大顆粒、中顆粒和小顆粒的分布。適當選擇和控制第一材料的大顆粒、中顆粒和小顆粒的尺寸和體積分數(shù)可有助于為ebc提供所需的性能。顆粒不需要是等軸的。如本文所用的，術語顆粒的“尺寸”是指顆粒中兩點之間的最長的歐氏距離。

在一些實施方案中，多個大顆粒可以具有大于約10微米的尺寸。在一些實施方案中，多個大顆粒可以具有在約10微米至約80微米范圍內(nèi)的尺寸。在一些實施方案中，多個中顆?？梢跃哂性诩s5微米至約10微米范圍內(nèi)的尺寸。在一些實施方案中，多個小顆粒可以具有小于約5微米的尺寸。在一些實施方案中，多個小顆?？梢跃哂性诩s0.2微米至約5微米范圍內(nèi)的尺寸。如本文所用的，多個顆粒的“尺寸”是指多個顆粒的平均尺寸。

在一些實施方案中，用于形成基于粉末的涂層的第一材料中的大顆粒的量在第一材料總體積的約40體積%至約60體積%范圍內(nèi)。在某些實施方案中，第一材料中的大顆粒的量在第一材料的總體積的約45體積%至約55體積%范圍內(nèi)。在一些實施方案中，第一材料中的中顆粒的量在第一材料的總體積的約15體積%至約30體積%范圍內(nèi)。在某些實施方案中，第一材料中的中顆粒的量在第一材料的總體積的約25體積%至約30體積%范圍內(nèi)。在某些實施方案中，第一材料中的小顆粒的量在第一材料的總體積的約15體積%至約30體積%范圍內(nèi)。在某些實施方案中，第一材料中的小顆粒的量在第一材料的總體積的約20體積%至約25體積%范圍內(nèi)。

在一些實施方案中，第一材料以干燥的基于粉末的涂層的約50體積%至約80體積%的量存在于基于粉末的涂層中，其中剩余體積可以被孔、粘合劑和任選的燒結(jié)助劑占據(jù)。在一些實施方案中，第一材料以干燥的基于粉末的涂層的約60體積%至約80體積%的量存在于基于粉末的涂層中。

在一些實施方案中，第一材料可包括一種或多種稀土（re）元素和硅。在一些實施方案中，re元素與硅的摩爾比可以在約0.9至約2.5范圍內(nèi)。在一些實施方案中，re元素與硅的摩爾比在約0.95至約1.25范圍內(nèi)。在一些實施方案中，第一材料可以包括稀土單硅酸鹽（re2sio5）、稀土二硅酸鹽（re2si2o7）或其組合。在一些實施方案中，第一材料包括單硅酸鐿、二硅酸鐿、單硅酸釔、二硅酸釔或其組合。

如前所述，在一些實施方案中，基于粉末的涂層包括粘合劑。粘合劑的添加可以促進基于粉末的涂層粘附到基材上并且改進基于粉末的涂層的生坯強度(greenstrength)。粘合劑可以是無機粘合劑或有機粘合劑。在某些實施方案中，粘合劑是有機粘合劑。有機粘合劑主要由在加工期間揮發(fā)的元素構成，使得它們不存在于最終的ebc中。粘合劑的非限制性實例包括單乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、甘油、聚乙二醇（peg）、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯、鄰苯二甲酸二（正丁基）酯、鄰苯二甲酸丁酯芐酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、鄰苯二甲酸二正辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二正己酯、二苯甲酸二（丙二醇）酯、二苯甲酸二（乙二醇）酯、二苯甲酸三（乙二醇）酯、聚乙烯基吡咯烷酮（pvp）或其任何組合。在某些實施方案中，粘合劑包括聚乙烯基吡咯烷酮。

此外，基于粉末的涂層的粘合劑可以包括硅基樹脂材料，例如交聯(lián)的聚有機硅氧烷樹脂。在一些實施方案中，交聯(lián)的聚有機硅氧烷樹脂可以是但不限于有機硅樹脂。例如，有機硅樹脂可以是dowcorning?249薄片樹脂，其包括苯基和甲基倍半硅氧烷和甲基硅氧烷。

如前所述，在一些實施方案中，基于粉末的涂層可以進一步包括燒結(jié)助劑的添加劑。在本上下文中使用的術語“燒結(jié)助劑”是指在特定燒結(jié)溫度下降低涂層的燒結(jié)溫度或增強涂層的燒結(jié)的材料。可在本文中使用的燒結(jié)助劑的各種組成和量在美國專利號9,005,717中被描述為“漿料燒結(jié)助劑”，其通過引用并入本文。在一些實施方案中，燒結(jié)助劑可以包括金屬氧化物。金屬氧化物燒結(jié)助劑的非限制性實例包括氧化鐵、氧化鎵、氧化鋁、氧化鎳、氧化鈦、氧化硼和堿土氧化物。在一些實施方案中，燒結(jié)助劑可包括金屬。金屬燒結(jié)助劑的非限制性實例包括鐵、鋁、硼和鎳。在一些實施方案中，燒結(jié)助劑可以包括上述金屬元素的氫氧化物、碳酸鹽、草酸鹽或任何其它鹽。在一些實施方案中，本文使用的燒結(jié)助劑的平均粒度小于100納米。

在一些實施方案中，干燥的基于粉末的涂層可包括占第一材料的約2重量%至約15重量%的量的粘合劑。在某些實施方案中，干燥的基于粉末的涂層中粘合劑的量在約4重量%至約8重量%范圍內(nèi)。在一些實施方案中，燒結(jié)助劑可以以第一材料的約0.2重量%至約8重量%，并且在一些實施方案中以第一材料的約0.5重量%至約3重量%的量存在于基于粉末的涂層中。

在某些實施方案中，布置基于粉末的涂層的步驟包括使基材12與第一漿料接觸。本文使用的術語“漿料”是指至少一種固體和至少一種液體的混合物，且“第一漿料”是指包括第一材料的漿料。使用第一漿料制備基于粉末的涂層的一般方法包括通過在第一流體載體中混合第一材料、粘合劑和任選的燒結(jié)助劑來制備漿料，以及將第一漿料布置在基材12上以獲得基于粉末的涂層。可以通過保持在環(huán)境溫度和大氣下使基于粉末的涂層干燥。如前所述，在一些實施方案中，基于粉末的涂層可以任選地烘箱干燥或真空干燥以獲得干燥的基于粉末的涂層。

可以改變第一漿料中的第一材料、粘合劑和燒結(jié)助劑的量，以控制一種或多種特性，例如干燥的基于粉末的涂層的收縮率和孔隙率。在一些實施方案中，第一材料以第一漿料的約30體積%至約65體積%的量存在于第一漿料中。在一些實施方案中，第一材料以第一漿料的約40體積%至約55體積%的量存在于第一漿料中。

如前所述，在某些實施方案中，第一漿料包括第一流體載體。在一些實施方案中，第一流體載體可部分或完全溶解粘合劑、任選的燒結(jié)助劑或其組合，并且可替代地稱為第一溶劑。第一溶劑可以是有機溶劑或水性溶劑。有機溶劑的非限制性實例可包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十二烷醇、二乙酰醇、丙酮、甲基異丁基酮（mibk）、甲基乙基酮（mek）、甲苯、庚烷、二甲苯、醚或其組合。此外，第一溶劑可以包括有機溶劑，在一些實施方案中，有機溶劑促進硅基粘合劑（如果存在）的溶解。在一個具體實例中，有機溶劑（例如丁醇）溶解硅基粘合劑以形成在25℃下具有在約5至150pa.s范圍內(nèi)的粘度的液體混合物。在某些實施方案中，第一溶劑包括二乙酰醇。在一些實施方案中，第一溶劑包括水。在一些實施方案中，第一漿料可以包括約40體積%至約70體積%的第一溶劑。

可以使用本領域技術人員已知的常規(guī)混合技術，例如搖動、球磨、碎磨或機械混合來形成第一漿料。超聲能量可以與上述混合方法同時使用以幫助破碎可能存在于第一漿料中的任何團聚顆粒。

可以使用本領域技術人員已知的任何常規(guī)漿料沉積方法將第一漿料布置在基材12上以形成基于粉末的涂層，包括但不限于將組分浸入漿料浴中，涂漆、輥壓、沖壓、噴涂或傾倒?jié){料到基材12的表面上。第一漿料可以任選地在通過本領域技術人員已知的任何方法布置在基材12上之前機械攪拌，以便影響第一材料、粘合劑和燒結(jié)助劑在干燥或任何其它進一步熱處理之后形成的基于粉末的涂層中的充分分散。

如上所述，取決于含硅基底14材料和其中使用制品10的應用，基材12可以包括或可以不包括粘結(jié)涂層16或二氧化硅層18。如果存在粘結(jié)涂層16，則第一漿料可以布置在粘結(jié)涂層16上，并且如果存在二氧化硅層18，則第一漿料布置在二氧化硅層18上。形成的基于粉末的涂層的厚度可以在沉積第一漿料的步驟期間控制，或通過在沉積之后和干燥之前去除過量的漿料材料控制。在一些實施方案中，干燥的基于粉末的涂層的厚度可以在約100μm至約3mm范圍內(nèi)。在一些實施方案中，干燥的基于粉末的涂層的厚度可以在約200微米至約1mm范圍內(nèi)。

可以在大于800℃且小于1200℃的溫度下熱處理基于粉末的涂層，以形成多孔涂層。在某些實施方案中，所述方法包括在大于1050℃且小于1200℃的溫度下熱處理所述基于粉末的涂層，持續(xù)時間為約2小時至約8小時，以形成多孔涂層。在一些實施方案中，本文所用的熱處理部分地燒結(jié)基于粉末的涂層以形成多孔涂層。在一些實施方案中，熱處理可以在低于用于形成ebc的最終燒結(jié)溫度約200℃至約300℃的溫度范圍下進行。此外，在一些實施方案中，可在上述熱處理步驟之前對基于粉末的涂層進行任選的干燥或粘合劑去除步驟。干燥或粘合劑去除可以通過在諸如空氣的氣氛中緩慢加熱或逐步加熱至小于800℃的溫度來進行。基于粉末的涂層的緩慢或逐步加熱有助于解離任何結(jié)合水并燒掉粘合劑。

多孔涂層可以主要包含表面連接的孔。如本文所用，術語“表面連接的孔”是指連接到暴露于操作環(huán)境的表面的孔。在一些實施方案中，表面連接的孔可以包括彼此連接的多個孔，從而為存在于多孔涂層的內(nèi)部部分中的孔提供到表面的連續(xù)路徑。在一些實施方案中，多孔涂層可以包括在多孔涂層總積的約20體積%至約50體積%范圍內(nèi)的孔隙率。本文使用的術語“孔隙率”是指總孔隙率，包含表面連接的孔隙率和任何封閉的孔隙率。在一些實施方案中，多孔涂層包括在多孔涂層的總體積的至多約45體積%范圍內(nèi)的表面連接的孔隙率。在某些實施方案中，多孔涂層包括在多孔涂層的總體積的約10體積%至約40體積%范圍內(nèi)的表面連接的孔隙率。

所述方法還包括用滲透劑材料滲透多孔涂層的至少一些表面連接的孔以形成滲透涂層。在一些實施方案中，滲透劑材料包括第二材料。在一些實施方案中，第二材料包括硅。在一些實施方案中，第二材料可以包括一種或多種re元素。在一些實施方案中，第二材料可以包括一種或多種re元素和硅。在一些實施方案中，第二材料可包括稀土單硅酸鹽（re2sio5）、稀土二硅酸鹽（re2si2o7）或其組合。在某些實施方案中，第二材料包括單硅酸鐿、二硅酸鐿、單硅酸釔、二硅酸釔或其組合。

在一些實施方案中，第二材料基本上與多孔涂層的材料相同。因此，在一些實施方案中，第二材料具有與第一材料基本上相同的化學組成。在一些實施方案中，第二材料可具有與第一材料不同的化學組成。例如，在一些實施方案中，如果第一材料基本上是稀土二硅酸鹽，且因此多孔涂層包括稀土二硅酸鹽，則第二材料可基本上包括稀土單硅酸鹽。

在一些實施方案中，第二材料包括二氧化硅。在一些實施方案中，多孔涂層中稀土元素（re）的量可以大于形成稀土硅酸鹽所需的化學計量的量。例如，在一些實施方案中，如果ebc基本上由式re2si2o7的稀土二硅酸鹽構成，則多孔涂層可以包括過量的re。因此，在這些實施方案中，多孔涂層中re與硅的原子比可以大于1。在這些實施方案中，二氧化硅可以用作滲透涂層的第二材料，并且可以在滲透涂層的燒結(jié)步驟期間與多孔涂層的過量re反應，從而產(chǎn)生基本上由稀土二硅酸鹽構成的ebc。

在一些實施方案中，滲透劑材料包括含有第二材料的多個細顆粒的第二漿料、包含第二材料的前體的前體溶液或其組合。

在某些實施方案中，滲透劑材料包括第二漿料。如本文所用的，術語“第二漿料”是指包括第二材料的漿料。在一些實施方案中，多個細顆粒可以具有小于500納米（nm）的粒度。在某些實施方案中，所述多個細顆?？梢跃哂行∮?00nm的粒度。在一些實施方案中，第二漿料中的第二材料的量可以在第二漿料的約5體積%至約35體積%范圍內(nèi)。在一些實施方案中，第二漿料中的第二材料的量可以在第二漿料的約20體積%至約30體積%范圍內(nèi)。第二漿料可以包括第二流體載體。在一些實施方案中，第二流體載體可以是第二溶劑，例如水性或有機溶劑。

在一些實施方案中，滲透劑材料包括含有第二材料的前體的前體溶液。如本文所用的，術語第二材料的“前體”是指當在合適的溫度下熱處理時分解以提供作為分解產(chǎn)物之一的第二材料的材料。在一些實施方案中，前體可以包括二氧化硅的前體或稀土硅酸鹽的前體，例如稀土單硅酸鹽的前體或稀土二硅酸鹽的前體。前體溶液可以是水性、無機或有機溶液。在一些實施方案中，前體溶液可以在滲透到多孔涂層中之后轉(zhuǎn)化為凝膠形式。

在一些實施方案中，第二漿料和前體溶液可以進一步包括一種或多種粘合劑、燒結(jié)助劑或其組合。任選用于第二漿料和前體溶液中的粘合劑和燒結(jié)助劑可以與用于第一漿料的那些類似或不同。

滲透多孔涂層可導致多孔涂層的致密化。各種方法可以用于滲透步驟。例如，在一些實施方案中，可以通過浸漬與任選的真空滲透步驟，將第二漿料或前體溶液滲透到多孔涂層中。在該實施方案中，其上布置有多孔涂層的基材可以在容器中浸入第二漿料或前體溶液內(nèi)部，并且可以將容器抽空，直到多孔涂層的所有孔填充有第二漿料或前體溶液。然后可以將滲透涂層干燥以除去溶劑。此外，在一些實施方案中，滲透涂層可以進行任選的粘合劑去除、脫水或前體分解步驟。這些步驟可以通過在空氣或類似的氧化氣氛中緩慢加熱或逐步加熱至小于800℃的溫度來進行。滲透和干燥步驟可以重復多次，以增加滲透涂層中第二材料或第二材料前體的含量。

在一些實施方案中，滲透涂層進一步經(jīng)歷燒結(jié)步驟。在一些實施方案中，滲透涂層在大于1200℃且小于1500℃的溫度下燒結(jié)，以在基材上形成環(huán)境阻擋涂層。在一些實施方案中，滲透涂層在大于1250℃且小于1400℃的溫度下燒結(jié)。在一些實施方案中，如前所述，滲透涂層的燒結(jié)溫度可比用于形成多孔涂層的熱處理溫度高至少200℃。在高于熱處理溫度的溫度下燒結(jié)便于在滲透之后除去剩余的孔。在該溫度范圍內(nèi)燒結(jié)滲透涂層可有助于降低相互連接的孔隙率，從而形成基本上氣密的ebc20。如本文所用，術語“氣密的ebc”是指在制品10的操作條件中不向來自操作氣氛的水蒸氣提供到基材12的連續(xù)路徑的涂層。

熱處理和燒結(jié)步驟可以使用常規(guī)爐或通過使用諸如微波燒結(jié)、激光燒結(jié)、紅外燒結(jié)等的方法來實現(xiàn)。

在一些實施方案中，可通過以約1℃/min至約15℃/min的速率將滲透涂層加熱至大于1200℃至小于1500℃范圍內(nèi)的溫度來完成燒結(jié)，并在該溫度下保持涂層至多約24小時。在另一個實施方案中，可以通過以約5℃/min至約10℃/min的速率將滲透涂層加熱至大于1300℃至小于1375℃范圍內(nèi)的溫度來實現(xiàn)燒結(jié)，且在該溫度下保持涂層至多約24小時。在一些其它實施方案中，可以通過將滲透涂層放置在預熱至大于1200℃至小于1500℃范圍內(nèi)的溫度的爐中來快速實現(xiàn)燒結(jié)。

燒結(jié)步驟可以在環(huán)境空氣或氣態(tài)氣氛中進行，其中氣態(tài)氣氛的氣體可以選自氫氣、氮氣、稀有氣體如氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或其混合物。在一些實施方案中，惰性氣體氣氛可以與第一漿料或第二漿料或前體的燒結(jié)助劑結(jié)合使用，以便在熔融之前不將金屬燒結(jié)助劑轉(zhuǎn)化為氧化物，從而促進多孔涂層與滲透材料的液相燒結(jié)和反應。

圖2示出了根據(jù)某些實施方案的在基材12上形成ebc20的方法的過程圖。所述方法包括在基材12上布置基于粉末的涂層，干燥基于粉末的涂層以形成干燥的基于粉末的涂層，使干燥的基于粉末的涂層經(jīng)歷粘合劑燒盡過程，進一步熱處理以形成包含表面連接的孔的多孔涂層，滲透多孔涂層的至少一些表面連接的孔以形成滲透涂層，干燥滲透涂層以形成干燥的滲透涂層，使干燥的滲透涂層經(jīng)歷粘合劑燒盡過程，且燒結(jié)以形成ebc20。滲透、干燥、粘合劑燒盡和燒結(jié)的步驟可以任選地重復多次，以形成基本上氣密的ebc20。

在一些實施方案中，在基材12上形成ebc20的方法包括：通過將第一漿料布置在基材12上在基材12上布置基于粉末的涂層，在大于1050℃且低于1200℃的溫度下熱處理基于粉末的涂層，以形成包含表面連接的孔的多孔涂層，用第二漿料滲透所述多孔涂層的至少一些表面連接的孔，以形成滲透涂層，以及在大于1200℃且低于1400℃的溫度下燒結(jié)所述滲透涂層。由此形成的ebc20具有大于100微米的厚度并且基本上是氣密的。

在一些實施方案中，ebc20具有在約60μm到約2mm范圍內(nèi)的厚度。在一些實施方案中，ebc20具有在約100μm至約600μm范圍內(nèi)的厚度。在一些實施方案中，ebc20具有小于10體積%的總孔隙率。如前所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法提供了厚的、氣密的ebc，同時避免用于ebc的常規(guī)漿料基沉積的多個沉積和燒結(jié)步驟。在一些實施方案中，可使用粉末涂層沉積、熱處理、滲透和燒結(jié)的單個序列來實現(xiàn)大于400μm的厚度。

如上所述，在一些實施方案中，包括ebc20的制品可以是渦輪發(fā)動機部件，例如動葉、靜葉、燃燒器襯里或護罩，其經(jīng)受高氣體溫度。此外，這些部件可以結(jié)合到系統(tǒng)中，包括但不限于在操作期間經(jīng)受極端熱和/或化學條件的其它部件。在一些實施方案中，本公開提出了一種渦輪發(fā)動機部件，其包括通過上述方法形成的ebc20。

實施例

以下實施例示出根據(jù)具體實施方案的方法、材料和結(jié)果，并且因此不應被解釋為對權利要求施加限制。所有組分均可從常見化學品供應商處購得。

將平均粒度為約30微米（大顆粒）、約2微米（小顆粒）和約8微米（中顆粒）的二硅酸鐿粉末以約50體積%的大顆粒、約25體積%的中顆粒和約25體積%的小顆粒的比率混合，以形成基本上100%的第一材料。用約15克（g）二硅酸鐿、約0.85g二乙酰醇、約0.81g二乙二醇、約0.6gpvp、約0.1g納米尺寸氧化鐵和納米尺寸氧化鋁粉末的混合物制備第一漿料。

使用行星式混合器將二硅酸鐿顆粒、溶劑、粘合劑和燒結(jié)助劑混合并攪拌以形成第一漿料。具有硅粘結(jié)涂層的cmc基材通過浸入第一漿料中而被涂覆。將涂覆的部件在烘箱中在約150℃的溫度下干燥過夜。獲得的干燥的基于粉末的涂層的厚度為約400微米。涂覆的基材在箱式爐中以1℃/分鐘的加熱速率和每次在350℃和500℃下保持約1小時的條件下進一步經(jīng)受粘合劑燒盡。將涂覆的基材在空氣中在約1100℃的溫度下進一步熱處理約2小時。將具有多孔涂層的所得制品在爐中冷卻。發(fā)現(xiàn)多孔涂層具有約350微米的厚度，約65體積%的相對密度和對基材的良好粘附性。

在水中具有約20體積%的二氧化硅并含有約250ppm的總殺生物劑的第二漿料ludox40^tm購自sigma-aldrich。使用真空滲透技術將該漿料滲透到多孔涂層中，并在110℃下干燥。滲透和干燥過程重復一次。將所得的滲透制品在空氣中在約1344℃的溫度下燒結(jié)約8小時。

發(fā)現(xiàn)所得的ebc為約350微米厚，并且具有大于95體積%的相對密度。當將制品暴露到1315℃蒸汽中約250個循環(huán)歷時500小時的總持續(xù)時間后，觀察到厚涂層保持附著在基材12上，并且在基材和ebc的界面處形成的熱生長氧化物（tgo）的厚度與在氣密ebc標準品中觀察到的ebc相當。

根據(jù)本文所述的實施方案的方法可提供比起當前制造過程的各種益處。具體地，如前所述，具有細顆粒的第二漿料滲透到多孔涂層中有助于在單程中形成厚的氣密ebc層。

雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實施方案詳細描述了本發(fā)明，但是應當容易理解，本發(fā)明不限于這些公開的實施方案。相反，可以修改本發(fā)明以并入此前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、更改、替換或等效布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施方案，但是應當理解，本發(fā)明的方面可以僅包括所描述的實施方案中的一些。因此，本發(fā)明不應視為受前述描述的限制，而是僅由隨附權利要求的范圍限制。