環境耐受修補物以及輸送系統的制作方法
【專利說明】環境耐受修補物以及輸送系統
[0001]關于聯邦資助的研發的聲明
本發明部分利用根據由能源部授予的政府合同N0.DE-FC26-05NT42643做出。政府對本發明具有一定權利。
技術領域
[0002]本文中的公開的本主題涉及修補物修復，且更具體地，涉及用于填充在包含硅的構件，諸如基于碳化硅(SiC)的陶瓷基體復合物(CMC)中的空隙的環境耐受修補物。
【背景技術】
[0003]環境屏障覆層(EBC)保護由包含硅的基質制作的燃氣渦輪構件，使其在使用中免于暴露到潛在地有害的化學環境。包含硅的基質的示例包括基于SiC的CMC、基于SiC或氮化硅(Si3N4)的單片陶瓷以及金屬硅化物，諸如基于MO-S1-B和Nb-Si的復合物。EBC的示例包括堿土鋁硅酸鹽(例如，鋇-鍶鋁硅酸鹽，或BSAS)、具有一般成分RE2S15的稀土(RE)單硅酸鹽，以及具有一般成分RE2Si2O7的RE 二硅酸鹽。RE元素可包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和/或Lu，以及類稀土元素Y和/或Sc。EBC通常選定為使得其熱膨脹系數(CTE)與包含硅的基質材料的熱膨脹系數具有良好的匹配。
[0004]一些EBC材料使用等離子體噴涂工藝沉積在構件上。等離子體噴涂工藝提供靈活性以在沒有主要工藝修改的情況下沉積寬覆層厚度范圍(從大約0.001英寸到大約0.080英寸)內的多種材料。
[0005]此外，如果EBC經歷局部碎裂或針孔缺陷，則在下方的CMC可在使用期間經受由水蒸汽引發的揮發所導致的腔以及隨后的表面衰退。如果被允許不加緩和地生長，則這種腔可減少構件的載荷承載能力，擾亂氣流或甚至發展到全厚度孔，其導致燃燒氣體的吸收或者高壓冷卻空氣的泄漏，從而負面地影響機器的操作效率以及耐久性。
[0006]因此，在本領域中可歡迎用于填充在渦輪構件中的表面連接的空隙的材料和方法。
【發明內容】
[0007]在一個實施例中，公開了環境耐受修補物。環境耐受修補物包括一種或多種稀土硅酸鹽，其中，一旦固化，環境耐受修補物的無機成分包括，從大約80摩爾百分比到大約100摩爾百分比的稀土單硅酸鹽和/或稀土二硅酸鹽，以及從大約O摩爾百分比到大約20摩爾百分比的無機附加物，以及其中，一旦固化，環境耐受修補物具有，至少大約3 MPa的粘合強度，以及從大約3.5X 10_6/°C到大約7.5X 10_6/°C的熱膨脹系數。
[0008]在另一實施例中，公開了一種渦輪發動機構件。渦輪發動機構件包括基質材料、抗衰退外側層以及至少部分填充延伸通過抗衰退外側層的空隙的環境耐受修補物。環境耐受修補物包括一種或多種稀土硅酸鹽，其中，一旦固化，環境耐受修補物的無機成分包括，從大約80摩爾百分比到大約100摩爾百分比的稀土單硅酸鹽和/或稀土二硅酸鹽，以及從大約O摩爾百分比到大約20摩爾百分比的無機附加物，以及其中，一旦固化，環境耐受修補物具有，至少大約3 MPa的粘合強度，以及從大約3.5X 10_6/°C到大約7.5X 10_6/°C的熱膨脹系數。
[0009]在又一實施例中，公開了環境耐受修補物輸送系統。環境耐受修補物輸送系統包括鉸接支承件和由鉸接支承件支承的可促動分配工具。可促動分配工具包括容納未固化的環境耐受修補物的儲存器以及用于通過布置在可促動分配工具的端處的分配器分配未固化的環境耐受修補物的促動器。
[0010]方案1:一種環境耐受修補物，包括:
一種或多種稀土硅酸鹽；
其中，一旦固化，環境耐受修補物的無機成分包括，從大約80摩爾百分比到大約100摩爾百分比的稀土單硅酸鹽和/或稀土二硅酸鹽，以及從大約O摩爾百分比到大約20摩爾百分比的無機附加物；以及
其中，一旦固化，環境耐受修補物具有，至少大約3 MPa的粘合強度和從大約3.5X 10_6/°C到大約7.5X 10_6/°C的熱膨脹系數。
[0011]方案2:根據方案I的環境耐受修補物，其中，一種或多種稀土硅酸鹽包括稀土單硅酸鹽和稀土二硅酸鹽中的至少一種，且其中，稀土包括鐿和釔中的至少一種。
[0012]方案3:根據方案I的環境耐受修補物，其中，無機附加物包括氧化鐵、氧化鋁、氧化硅和玻璃中的至少一種。
[0013]方案4:根據方案I的環境耐受修補物，其中，無機附加物包括元素硅。
[0014]方案5:根據方案I的環境耐受修補物，其中，未固化的環境耐受修補物包括從大約30體積百分比到大約80體積百分比的無機成分，以及從大約70體積百分比到大約20體積百分比的溶劑。
[0015]方案6:根據方案5的環境耐受修補物，其中，未固化的環境耐受修補物還包括從大約零體積百分比到大約10體積百分比的一種或多種有機附加物。
[0016]方案7:根據方案I的環境耐受修補物，其中，未固化的無機微粒具有在10 nm和100 ym之間的大小，且帶有大于30體積百分比的封裝密度。
[0017]方案8:根據方案I的環境耐受修補物，其中，環境耐受修補物在固化之前包括無機微粒，無機微粒包括在10 nm和100 μm之間的雙峰大小分布，且具有大于40體積百分比的封裝密度。
[0018]方案9:根據方案I的環境耐受修補物，其中，環境耐受修補物在固化之前包括無機微粒，無機微粒包括在10 nm和100 μ m之間的三峰大小分布，且具有大于50體積百分比的封裝密度。
[0019]方案10:根據方案I的環境耐受修補物，其中，環境耐受修補物在固化之前包括，在無機固體體積基礎上，從大約百分之40到大約百分之75的具有從大約10 μπι到大約100 μπι大小的粗粒大小的微粒，從大約百分之10到大約百分之35的具有從大約I μπι到大約10 μ m大小的中等大小的微粒，以及從大約百分之I到大約百分之30的具有從大約1nm到大約I μπι大小的精細大小微粒。
[0020]方案11:根據方案I的環境耐受修補物，其中，無機附加物包括具有從大約3.5Χ 1(T6/°C到大約 6Χ 1(T6/°C 的 CTE 的玻璃。
[0021]方案12:根據方案11的環境耐受修補物，其中，無機附加物包括從大約I質量百分比到大約10質量百分比的玻璃。
[0022]方案13:根據方案I的環境耐受修補物，其中，環境耐受修補物在固化之前具有從大約I Pa.s到大約2000 Pa.s的粘性。
[0023]方案14:根據方案I的環境耐受修補物，其中，環境耐受修補物在其固化之后包括連通孔隙。
[0024]方案15:根據方案I的環境耐受修補物，其中，環境耐受修補物在渦輪發動機構件的空隙中提供。
[0025]方案16:根據方案15的環境耐受修補物，其中，渦輪發動機構件包括CMC基質，且其中，環境耐受修補物至少部分延伸到CMC基質內。
[0026]方案17:—種渦輪發動機構件，包括:
基質材料；
抗衰退外側層；以及，
環境耐受修補物，其至少部分填充延伸通過抗衰退外側層的空隙，其中，環境耐受修補物包括一種或多種稀土硅酸鹽，其中，一旦固化，環境耐受修補物的無機成分包括，從大約80摩爾百分比到大約100摩爾百分比的稀土單硅酸鹽和/或稀土二硅酸鹽成分，以及從大約O摩爾百分比到大約20摩爾百分比的無機附加物；以及，
其中，一旦固化，環境耐受修補物具有，至少大約3 MPa的粘合強度和從大約3.5X 10_6/°C到大約7.5X 10_6/°C的熱膨脹系數。
[0027]方案18:根據方案17的渦輪發動機構件，其中，基質包括CMC基質。
[0028]方案19: 一種環境耐受修補物輸送系統，包括:
鉸接支承件；以及，
可促動分配工具，其由鉸接支承件支承，可促動分配工具包括:
儲存器，其容納未固化的環境耐受修補物；以及，