硅基部件的修复方法与流程

本公开内容一般涉及用于修复硅基部件的方法。更具体地，本公开内容涉及使用包括纳米颗粒的修补材料用于修复硅基部件的方法。

背景技术：

硅基材料用于燃气涡轮发动机的高温部件，例如翼型件(例如叶片、导叶)、燃烧器衬套和护罩。硅基材料可包括硅基单片陶瓷材料、金属间材料和复合材料。硅基陶瓷基质复合材料(cmc)可包括增强含硅基质相的含硅纤维。

尽管硅基材料显示出期望的高温特征，但这种材料在燃烧环境中经常具有快速凹陷的缺点。例如，硅基材料在高温暴露于活性物种如水蒸气时易于挥发。通过抑制水蒸气的进入和挥发性产物如氢氧化硅(例如si(oh)4)的后续形成，保护涂层例如环境屏障涂层(ebc)，经常用于防止腐蚀性含水环境中硅基材料的降解。因此，ebc增强了包含硅基材料的硅基基材的高温环境稳定性。ebc的其它所需性质包括与硅基基材的热膨胀相容性，氧化剂的低渗透性，低导热性和与热生长的硅基氧化物的化学相容性。

如果ebc经历局部剥落或针孔缺陷，则下面的基材可能经受过热并且由水蒸气引起的挥发导致材料损失，导致随后的表面凹陷。如果允许未缓和地增长，则这种过热和材料损失可降低部件的承载能力，破坏气流，或甚至进展为贯穿厚度的孔。这还可能导致燃烧气体的摄入或高压冷却空气的泄漏，并且可能不利地影响机器的操作效率和耐久性。目前修复受损ebc的方法需要发动机拆卸和基于车间的部件修理。因此需要局部修复ebc的方法。这包括例如翼上修理、模块内修理(例如，在机修车间)和局部部件修理(例如，在部件修理店)。

技术实现要素：

在一个方面，本发明公开了用于形成硅基部件的补片修复部分的方法。该方法包括将补片施加到硅基部件的受损区域上，干燥补片以形成经干燥的补片，以及烧结经干燥的补片，以形成硅基部件的补片修复部分。补片包括修补材料，所述修补材料包括中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒。多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种。

在另一个方面，本发明公开了用于形成硅基部件的补片修复部分的方法。该方法包括将浆料施加到设置在涡轮发动机组件中的硅基部件的受损区域上，干燥浆料以形成干燥的补片，以及烧结经干燥的补片原位以形成补片修复部分。该浆料包括修补材料，所述修补材料包括中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒，其中所述多个纳米颗粒包含硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种。技术方案1.一种方法，其包括：

(a)将包含修补材料的补片施加到硅基部件的受损区域上，其中所述修补材料包含中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒，并且所述多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种；

(b)干燥所述补片以形成经干燥的补片；和

(c)烧结所述经干燥的补片，以形成所述硅基部件的补片修复部分。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中所述多个纳米颗粒还包含稀土元素。

技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其中所述修补材料包含其量大于2体积％的所述多个纳米颗粒。

技术方案4.根据技术方案3所述的方法，其中所述修补材料包含其量在约3体积％至约20体积％范围内的所述多个纳米颗粒。

技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其中所述修补材料还包括中值粒径在0.7微米至小于5微米范围内的多个小颗粒；中值粒径在5微米至10微米范围内的多个中等颗粒；以及中值粒径大于10微米的多个大颗粒。

技术方案6.根据技术方案5所述的方法，其中所述多个小颗粒占所述修补材料的约15体积％至约35体积％范围内的量，所述多个中等颗粒占所述修补材料的约15体积％至约35体积％范围内的量，并且所述多个大颗粒占所述修补材料的约40体积％至约65体积％范围内的量。

技术方案7.根据技术方案5所述的方法，其中至少30体积％的所述修补材料为尺寸稳定颗粒的形式。

技术方案8.根据技术方案7所述的方法，其中所述多个大颗粒包含所述尺寸稳定颗粒的至少一部分。

技术方案9.根据技术方案7所述的方法，其中所述尺寸稳定颗粒包含熔融金属硅酸盐。

技术方案10.根据技术方案1所述的方法，其中施加所述补片包括施加包含所述修补材料和流体载体的浆料。

技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其中所述浆料包含其量在所述浆料的约30体积％至约70体积％范围内的所述修补材料。

技术方案12.根据技术方案10所述的方法，其中所述浆料包含具有在约0.1kpa至约60kpa范围内的蒸汽压的流体载体。

技术方案13.根据技术方案12所述的方法，其中所述流体载体包含4-羟基-4-甲基-2-戊酮。

技术方案14.根据技术方案1所述的方法，其中所述烧结包括将包含所述经干燥的补片的所述硅基部件的至少一部分加热到至少1000摄氏度的操作温度。

技术方案15.根据技术方案14所述的方法，其中将所述硅基部件的所述部分加热到所述操作温度的速率大于3000摄氏度/分钟。

技术方案16.根据技术方案1所述的方法，其中所述烧结在所述硅基部件的操作环境中原位进行。

技术方案17.根据技术方案1所述的方法，其中所述硅基部件设置在涡轮发动机组件中。

技术方案18.一种方法，其包括：

(a)将包含修补材料的浆料施加到设置在涡轮发动机组件中的硅基部件的受损区域上，其中所述修补材料包含中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒，并且所述多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种；

(b)干燥所述浆料以形成经干燥的补片；和

(c)原位烧结所述经干燥的补片，以形成所述硅基部件的补片修复部分。

技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中所述多个纳米颗粒还包含稀土元素。

技术方案20.根据技术方案18所述的方法，其中所述修补材料包含其量大于2体积％的所述多个纳米颗粒。

附图说明

当参考附图阅读下述详细描述时，将更好地理解本公开内容的各种特征、方面和优点，在所述附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部分。除非另有说明，否则本文提供的附图意欲仅示出本公开内容的关键特征。这些关键特征被认为适用于包括本发明的一个或多个实施例的广泛多样的系统。

图1是包括ebc的硅基部件的示意性横截面视图。

图2是根据本公开内容的一些实施例，在表面区域的一个或多个位置处受损的硅基部件的示意性横截面视图。

图3是根据本公开内容的一些实施例，具有补片修复部分的制品的示意性横截面视图。

具体实施方式

在下述说明书和随后的权利要求中，单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。本文在整个说明书以及权利要求书中使用的近似语言可以用于修饰任何定量表示，这些定量表示可以容许变化而不会导致其相关的基本功能改变。相应地，由术语“约”修饰的值可不限于指定的精确值，并且可包括与指定值不同的值。由术语“基本上”修饰的值可包括在维持预期功能的程度上不同的值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。

为了更清楚和简明地描述且指出主题，提供下述定义用于特定术语，所述特定术语在下述说明书和所附权利要求贯通使用，除非关于特定实施例另外特别指出。

如本文使用的，“硅基部件”是任何含硅的高温部件。硅基部件包括具有一个或多个任选保护涂层的硅基基材。术语“原位烧结”用于指在其正常操作环境中对操作部件进行的烧结。例如，涡轮叶片上的涂层可在涡轮机操作期间在涡轮机中原位烧结。“流体载体”是与修补材料混合以形成浆料的流体。“尺寸稳定颗粒”是防止在烧结以及后续在操作温度下使用期间补片过度收缩的颗粒。在一些实施例中，尺寸稳定颗粒本身耐烧结收缩，在1350摄氏度(℃)下10小时后经历小于5％的体积收缩。在其它实施例中，尺寸稳定颗粒在1350℃下加热10小时后将补片的线性收缩限制为小于2％。

本公开内容的一些实施例叙述了用于形成硅基部件的补片修复部分的方法。用于形成硅基部件的补片修复部分的方法包括将补片施加到硅基部件的受损区域，干燥补片以形成经干燥的补片，以及烧结经干燥的补片以形成硅基部件的补片修复部分。补片包括修补材料。修补材料包括中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒。多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种。因此，多个纳米颗粒可包括硅、硅合金、二氧化硅、金属硅酸盐或其任何组合。硅可以是其元素形式。在一些实施例中，硅合金包括硅硼合金。可以以多个纳米颗粒的形式包含在修补材料中的硅硼合金的例子是si-5b。金属硅酸盐可包括碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属或其任何组合。在一些实施例中，多个纳米颗粒包括硅、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种。多个纳米颗粒有助于在低于通常已知的硅基部件烧结温度的温度下开始烧结。

图1是根据本公开内容的一个或多个方面，在高温下使用的部件10的横截面视图。在一些实施例中，部件10可以是燃气涡轮发动机部件，例如叶片、导叶、燃烧器衬套或护罩。在所示的图中，提供了基材14。基材14是硅基基材，其可根据其高温机械、物理和/或化学性质来选择。硅基基材可包括任何含硅材料，例如，含硅陶瓷(例如，碳化硅(sic)、氮化硅(si3n4)、氮氧化硅、氮氧化硅铝)；包括基质的复合材料，所述基质包括含硅陶瓷，例如sic或si3n4；含硅金属合金；或含硅金属间化合物(例如，钼-硅合金、铌-硅合金)。在一些实施例中，硅基基材包括sic基陶瓷基质复合材料(cmc)，其包括用碳化硅纤维增强的含碳化硅的基质。在另一个例子中，硅基基材可以是硅基单片陶瓷材料，例如sic、si3n4、或sic和si3n4的组合。在一些实施例中，硅基基材可由能够在高于1150℃的工作温度下经受超过20,000小时的燃烧环境的材料制成。在图1中，在基材14上存在粘结涂层16，在粘结涂层16上存在二氧化硅层18，并且在二氧化硅层18上存在ebc20。

粘结涂层16是防止基材14氧化的化学屏障，通常通过在使用期间形成保护性热生长氧化硅18防止基材14氧化。在一些实施例中，粘结涂层16包括元素硅、硅合金、金属硅化物或其组合。粘结涂层可具有在约25微米至约150微米的范围内的厚度。在一些实施例中，二氧化硅层18可具有在约0.1微米至约10微米范围内的初始(形成时的)厚度。当部件投入发动机中使用时，由于下面的粘结涂层16的氧化，二氧化硅层18的厚度可进一步增加。

ebc20一般提供了热屏障，并且还充当针对热燃烧环境中的腐蚀性气体的气密密封，从而保护下面的二氧化硅层18、粘结涂层16和硅基基材14免于过热和/或遭受热化学攻击。因此，如上所述，硅基基材14上存在的保护涂层有利地促进在燃气涡轮发动机的热燃烧环境中抑制硅基基材材料的氧化、过热和/或挥发。

ebc20可包括一个或多个层。在一些实施例中，ebc20可具有在约25微米至约1000微米范围内的厚度。在一些实施例中，ebc20可包括一种或多种稀土(re)硅酸盐。如本文使用的“re硅酸盐”指一种或多种re元素的硅酸盐。在一些实施例中，re元素的硅酸盐可包括但不限于re单硅酸盐(re2sio5)、re二硅酸盐(re2si2o7)、或re2sio5和re2si2o7的组合。在一些实施例中，re硅酸盐中的re元素可选自钇、钪和镧系元素。例如，re元素可包括钇、镱或镥。

任选地，一个或多个另外的涂层可存在于ebc20的上方或下方，来为部件10提供额外的功能，例如进一步的热屏障保护、耐凹陷性、耐磨密封性、耐热化学腐蚀性、耐侵蚀性、耐冲击损坏性、对相邻层之间的相互扩散的抗性、或其任何组合。在一些实施例中，ebc20和任选的一个或多个涂层可具有的热膨胀系数基本上接近硅基基材14的热膨胀系数。通常，ebc和硅基基材之间的热膨胀系数不匹配在±3×10^-6每开氏度之内。

图2是示例性的受损硅基部件30的横截面视图，所述受损硅基部件30在其表面上具有一个或多个受损区域32、34、36。取决于对硅基部件30的损坏的严重程度，可存在ebc20的部分或完全损失。材料损失还可导致二氧化硅层18、粘结涂层16和硅基基材14中的一个或多个中的凹陷。如图2所示，局限于ebc20或ebc20与二氧化硅层18的组合的材料损失限定了受损区域32，ebc20和粘结涂层16中的材料损失限定了受损区域34，并且ebc20、粘结涂层16和硅基基材14中的材料损失限定了受损区域36。在本公开内容中通过ebc涂布部件的受损区域的原位补片修复的例子，描述了如上所述使用发动机操作条件来烧结修补材料的补片修复各种涂层的方法。

目前已知的使用修补材料修复受损区域的方法存在修补材料的内聚力和粘合强度差的缺点，这可能导致在补片修复后第一次发动机重启期间修补材料的损失。修补材料在较低温度下的强度一般由粘结剂赋予，而修补材料在较高温度下的强度一般是通过烧结的颗粒间粘结的结果。为了对受损区域进行原位修复，期望在暴露于中间温度范围期间维持补片强度，在所述中间温度范围下，粘结剂已经分解而氧化物颗粒尚未开始烧结。在低温、中温和高温下维持补片强度使补片能够承受住在发动机工作条件下的快速热瞬态和高质量燃烧气体流量。为了克服失去中间温度强度的缺点，目前已知的修复方法包括在发动机工作之前通过辅助加热方法将修补的部件热处理至烧结温度。然而，需要热处理修补的部件使得难以进行原位修复。

本文所述的方法克服了形成原位修复的已知挑战，而无需辅助加热方法。该方法包括使用含有多个纳米颗粒的修补材料，使用一种或多种方法来恢复/修复受损区域。用于将补片设置在受损区域32、34、36上的方法的非限制性例子可包括糊剂分配、喷涂、旋涂、注浆成型、流延成型和层压、以及凝胶成型。

在一些实施例中，使处理后的补片干燥以形成干燥补片。补片的干燥可在使补片经受发动机的高温操作条件之前在发动机环境中原位进行。例如，可通过允许补片材料的液体载体在环境条件下自然蒸发来进行干燥。可替代地，可使用热、对流气流或两者的组合来加速干燥。干燥补片的强度和密度可取决于修补材料中陶瓷粉末的相对量、粉末的粒度分布和用于处理补片的处理方法、以及其它方面中的一个或多个。修补材料包括质量中值直径小于100纳米的多个纳米颗粒。质量中值直径可使用各种方法，例如使用激光散射进行测量。在一些实施例中，纳米颗粒具有在1纳米至100纳米范围内的中值粒径。在某些实施例中，纳米颗粒的中值粒径在5纳米至50纳米的范围内。纳米尺寸的颗粒降低了烧结的起始温度，允许修补材料颗粒在接近或重叠干燥补片的粘结剂烧尽温度的温度下彼此粘结并粘结到基材上。在一些实施例中，粘结剂烧尽在300℃至700℃的范围内发生，并且烧结的起始温度在500℃至1000℃的范围内。陶瓷生坯在有粘结剂的存在下通常具有生坯强度，在粘结剂烧尽后变弱，并且在烧结时再次获得强度。将粘结剂烧尽温度与烧结温度连接或重叠确保了在加工温度范围自始至终的强粘结。在包括纳米尺寸颗粒的一些实施例中，烧结在低于700℃的温度下开始，并且甚至在粘结剂完全烧尽之前，为补片提供足够的强度。为了有效烧结干燥的修复补片，在一些实施例中，修补材料可包括其量大于2体积百分比(体积％)的多个纳米颗粒。在一些实施例中，修补材料可包括其量在约3体积％至约20体积％范围内的多种纳米颗粒。

修补材料的多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅、金属硅酸盐、或包括这些列出的材料中的一种或多种的任何组合。在一些实施例中，多个纳米颗粒中的一些纳米颗粒由与ebc材料相同的材料制成。ebc材料可以是用于构建ebc20的材料。在一些实施例中，多个纳米颗粒包括参与反应以形成ebc的元素、合金或化学化合物。反应可以是分解反应或与另一种元素、合金或化合物的反应。在一些实施例中，连同硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种一起，多个纳米颗粒还包括稀土金属元素。因此，在一些实施例中，多个纳米颗粒中的至少一些纳米颗粒是一种或多种稀土(re)金属元素或硅。在一些实施例中，多个纳米颗粒可包括一种或多种re金属元素和二氧化硅。在一些实施例中，re金属元素与硅或二氧化硅的摩尔比在约0.9至约2.5的范围内。在一些其它实施例中，re金属元素与硅或二氧化硅的摩尔比在约0.95至约1.25的范围内。在一些实施例中，多个纳米颗粒中的至少一些纳米颗粒具有稀土单硅酸盐(re2sio5)、稀土二硅酸盐(re2si2o7)或其组合的组成。在一些实施例中，多个纳米颗粒包括单硅酸镱、二硅酸镱、单硅酸钇、二硅酸钇、或包括这些中的一种或多种的组合。

除了存在纳米尺寸的颗粒之外，修补材料的总体粒度分布在确定所设置的补片的机械完整性、气密性程度和可加工性方面可能是重要的。在一些实施例中，修补材料包括具有多峰分布的多个颗粒。颗粒的多峰分布通过用较细颗粒填充由较粗颗粒产生的空隙来改进填充密度。较粗颗粒为补片提供耐收缩的主干，而较细颗粒除了增加修补材料的堆积密度之外，还促进烧结以及与相邻颗粒和基材的粘结。因此，修补材料中的颗粒的多峰分布有助于最小化收缩(在干燥和/或烧结期间)，从而减轻在厚补片的致密化期间的开裂和分层。

在一些实施例中，修补材料包括双峰分布的颗粒，其包含多个纳米颗粒和多个大颗粒。在一些实施例中，修补材料包括三峰分布的颗粒，其包括多个纳米颗粒、多个大颗粒、以及多个小颗粒和多个中间颗粒之一。在一些实施例中，连同尺寸小于100纳米的多个纳米颗粒的存在，修补材料还包括中值粒径在0.7微米至小于5微米范围内的多个小颗粒；中值粒径在5微米至10微米范围内的多个中等颗粒；以及中值粒径大于10微米的多个大颗粒。适当选择和控制大颗粒、中等颗粒、小颗粒和纳米颗粒的尺寸和体积分数有助于为补片修复部分提供特定应用所需的性质。

在一些实施例中，修补材料包括多个纳米颗粒、其量在修补材料的约15体积％至约35体积％范围内的多个小颗粒、其量在约15体积％至约35体积％范围内的多个中等颗粒、以及其量在约40体积％至约65体积％范围内的多个大颗粒。在一些实施例中，其中修补材料包括多个纳米颗粒和多个小颗粒，修补材料中的多个纳米颗粒和多个小颗粒的组合量小于修补材料的40体积％。在一些实施例中，修补材料中的多个纳米颗粒和多个小颗粒的组合量在修补材料的约15体积％至约35体积％的范围内。

除了修补材料中的颗粒的多峰分布之外，修补材料中存在的颗粒的反应性可在原位修复的形成中起重要作用。在一些实施例中，修补材料包括多个尺寸稳定颗粒。虽然发现修补材料中的高反应性纳米尺寸颗粒有利于烧结的早期发生，但发现通过限制收缩且从而防止补片从现有涂层或基材上开裂、分层或分离，修补材料中尺寸稳定颗粒的存在有益于对补片提供稳定的骨架。相应地，在一些实施例中，用于修复受损区域的修补材料包括一些尺寸稳定颗粒。在一些实施例中，尺寸稳定颗粒是熔融颗粒。熔融颗粒是预先经历过高于颗粒熔融温度的高温热处理的颗粒。在一些实施例中，至少30体积％的修补材料是尺寸稳定颗粒的形式。在一些实施例中，修补材料的多个大颗粒包括尺寸稳定颗粒。在一些实施例中，至少50体积％的大颗粒和中等颗粒的组合是尺寸稳定的颗粒。在一些实施例中，修补材料中至少50体积％的中等颗粒是尺寸稳定的颗粒。在一些实施例中，修补材料中存在的尺寸稳定颗粒包括熔融硅酸盐。在一些实施例中，尺寸稳定颗粒是稀土硅酸盐的熔融形式，其形成修复部件的ebc材料的一部分。

本文描述了修复受损硅基部件的方法的其它方面，其公开了修复硅基部件30的受损部分的示例性实施例。本文所述的方法通过改变浆料化学性质并小心地控制浆料沉积过程中的各种参数来增强烧结动力学。在一些实施例中，施加补片以修复受损的硅基部件30包括将浆料施加到受损区域32、34、36，或者32、34或36的任何组合。补片修复部分的强度、密度、氧化程度和气密性可取决于浆料特性和/或加工方法。例如，浆料特性可以通过改变修补材料和流体载体的相对量、修补材料的粒度分布、粘结剂的类型和量以及烧结助剂(如果存在的话)的量、或其任何组合来改变。这些性质还可取决于加工方法而变化，例如，用于施加浆料、干燥浆料以形成干燥的补片、和/或烧结干燥的补片的方法。

浆料中的修补材料和流体载体的相对量可影响浆料的稠度和粘度，以及干燥的补片和所得到的补片修复部分的孔隙率、粘附力和/或强度。在一些实施例中，浆料包括其量为浆料的约30体积％至约70体积％的修补材料，余量包含流体载体。在一些实施例中，浆料包括其量为浆料的约40体积％至约60体积％的修补材料。

例如，参考图2，浆料可直接施加到基材14(受损区域36)上，施加到粘结涂层16的剩余部分(受损区域34)上，施加到ebc20和/或二氧化硅层18的剩余部分(受损区域32)上或其组合，取决于硅基部件30中的受损程度。

在一些实施例中，修补材料可包括粘结剂或烧结助剂中的至少一种。修补材料中的粘结剂促进将浆料施加到受损区域，促进浆料粘附到受损区域和/或改进干燥后浆料的生坯强度。粘结剂可以是无机粘结剂或有机粘结剂。在一些实施例中，粘结剂可以是硅基树脂材料，例如交联的聚有机硅氧烷树脂。在一些实施例中，交联的聚有机硅氧烷树脂是有机硅树脂。例如，有机硅树脂可包括苯基和甲基倍半硅氧烷和甲基硅氧烷。

烧结助剂的各种组合物和量可用于促进补片的强化和/或致密化。在一些实施例中，烧结助剂包括金属氧化物。可用作烧结助剂的金属氧化物的非限制性例子包括氧化铁、氧化镓、氧化铝、氧化镍、氧化钛、氧化硼、碱土金属氧化物、或这些中的一种或多种的任何组合。金属氧化物烧结助剂的非限制性例子包括氧化铁和氧化铝。在一个示例性实施例中，使用氧化铁和氧化铝的混合物作为烧结助剂。在一些实施例中，烧结助剂包括金属。金属烧结助剂的非限制性例子包括铁、铝、硼、镍或其任何组合。在一些实施例中，金属烧结助剂可至少部分氧化，并且所得到的金属氧化物可充当金属氧化物烧结助剂。

用于制备浆料的一般方法包括将硅基粉末、粘结剂和烧结助剂(如果存在的话)与流体载体混合。浆料可使用本领域技术人员已知的常规混合技术形成，所述常规混合技术例如摇动、球磨、磨碎机研磨或机械混合。如果使用后面几种混合方式，则可使用分散剂来防止硅基粉末和/或烧结助剂颗粒的附聚。超声波能量可与上述混合方法一起使用，以帮助打散可能存在于浆料中的任何附聚颗粒。

在一些实施例中，修补材料包括其量为修补材料的约2.5重量百分比(重量％)至约8重量％的粘结剂。在某些实施例中，修补材料包括其量为修补材料的约4重量％至约6重量％的粘结剂。在一些实施例中，修补材料包括其量为修补材料的约10体积％至约30体积％的粘结剂。在一些实施例中，修补材料包括其量为修补材料的约0.5重量％至约4.5重量％的烧结助剂。在某些实施例中，修补材料包括其量为修补材料的约1重量％至约3重量％的烧结助剂。

在一些实施例中，流体载体可部分或完全溶解粘结剂、烧结助剂或其组合。流体载体可以是有机的或含水的。在某些实施例中，水用作流体载体。在一些实施例中，取决于浆料中的修补材料和/或其含量，可调整流体载体以使浆料具有合理稳定性。浆料的稳定性可通过维持浆料均匀性的时间范围来测量。可使用沉降法测量浆料的稳定性。取决于用于施加补片的浆料沉积方法，可调整浆料中的流体载体的蒸汽压。在一些实施例中，浆料包括流体载体，其具有在20℃下在约0.1kpa至约60kpa范围内的蒸汽压。选择流体载体使得其蒸汽压足够高以允许在环境条件下干燥，同时足够低以在施加过程期间保持载体。合适的流体载体的非限制性例子包括4-羟基-4-甲基-2-戊酮(双丙酮醇)、1-己醇、乙酰丙酮、水或其组合。在一些实施例中，流体载体包括4-羟基-4甲基-2-戊酮。

在一些实施例中，浆料可设置在受损硅基部件30的受损区域32、34、36上，以使用本领域技术人员已知的任何常规浆料沉积方法制造补片，所述常规浆料沉积方法包括但不限于将部件浸入浆液浴内、涂抹、滚涂、冲压、喷雾、注射器分配、挤出、填平、将预制带施加或将浆料倾倒到硅基基材的受损区域32、34、36上。在一些实施例中，可掩蔽ebc20或未涂布的基材14的未受损区域的一些部分，以防止浆料沉积到所述未受损区域上。

形成补片修复的硅基部件40的示例性方法包括将浆料施加到受损的硅基部件30的受损区域上，干燥浆料以形成干燥的补片，以及且原位烧结干燥的补片以形成补片修复过的硅基部件。浆料包括修补材料。修补材料包括中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒。多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种。

在一些实施例中，通过溶剂蒸发在环境条件下进行补片的干燥。在部件10的原位修复期间，补片的干燥和干燥补片的烧结两者均在原位实现。例如，所施加的补片可在部件10的高温操作之前或期间在环境温度下干燥，并且随后在部件10的高温操作期间进行烧结。例如，在涡轮机的操作期间，周围温度足够高以烧结干燥的补片。在一些实施例中，烧结包括将具有干燥补片的部件10的一部分加热到至少1000℃的操作温度。在一些实施例中，烧结包括通过涡轮机的操作在约1000℃至约1400℃的温度下，热处理干燥补片的至少一部分。通过发动机的操作对干燥的补片部分的加热速率可大于3000℃/分钟。在一些实施例中，烧结在含有空气的大气中进行。在一些实施例中，烧结期间的气氛包括燃烧气体。原位烧结形成补片修复的硅基部件40的补片修复部分42、44、46，如图3所示。通过在环境大气和基材14之间提供热屏障，并且通过减少氧化气氛(包括例如氧气、二氧化碳和/或水蒸气)和基材14之间的流体连通，补片修复部分42、44、46明显延迟了基材14的进一步使用中的退化，从而增加补片修复的硅基部件40的寿命。

实例

下述实例示出了根据具体实施例的方法、材料和结果，并且因此不应解释为对权利要求施加限制。所有组分均可从常见化学品供应商处商购获得。

镱钇二硅酸盐(ybyds)纳米粉末的制备：

使用氧化钇、氧化镱和原硅酸四乙酯(teos)作为试剂，通过共沉淀合成具有小于100纳米的中值粒径的ybyds粉末。将产生yb:y的比率为0.8:1.2的所需量的氧化钇和氧化镱在35％硝酸溶液中混合，并且在60℃下搅拌24小时，得到硝酸钇-镱的澄清溶液。将产生yb0.8y1.2si2o7(ybyds)的计算量的teos加入硝酸盐溶液中，而不形成沉淀物。在制备ybyds粉末的一种情况下，使用约3.278g的y2o3、约3.814g的yb2o3和约10.082g的teos。将20ml的15重量％氢氧化铵(nh4oh)溶液加入硝酸盐溶液中，以共沉淀稀土氢氧化物和氢氧化硅。所得到的沉淀物首先用水洗涤，随后用乙醇洗涤2次，然后在100℃的烘箱中干燥15小时。所得到的粉末在范围为400℃至1315℃的温度下煅烧，以研究产物的相形成。在扫描电子显微镜(sem)下的观察揭示，当粉末在400℃下煅烧5小时时，形成二氧化硅和re氧化物的纳米粉末。高于800℃，观察到硅酸盐形成。在1300℃下煅烧5小时后形成稀土二硅酸盐(y1.2yb0.8si2o7)。

使用ybyds纳米粉末制备浆料：

通过在400℃下煅烧上述共沉淀粉末5小时获得的纳米ybyds粉末用于制备修补浆料。粉末的其它组分是：(1)中值粒径(d50)为约26μm的(y,yb)2si2o7的熔融和破碎颗粒(大颗粒)，(2)研磨至d50为约8μm的(y,yb)2si2o7颗粒(中等颗粒)，和(3)具有d50为约1μm的yb2si2o7和y2sio5的混合物(小颗粒)。根据表1中所示对组成成分粉末进行称重，并在玛瑙研钵中轻轻混合。将构成总粉末重量的大约3重量％的有机硅树脂用作粘结剂，并且溶解于4-羟基-4-甲基-2-戊酮溶剂中。将硅酸盐粉末混合物加入到溶解的粘结剂溶液中，并且混合直至均化。将大约0.8g所得到的浆料施加到1英寸×1英寸的平坦的sic试样上。在100℃下烘箱干燥2小时后，通过引入预热至1315℃的炉子并将其在1315℃下保持6小时以进行烧结，对经修补的试样进行瞬时热处理。将经修补的试样在700℃-1000℃的不同温度下等温烧结1小时，并且在8巴的压力下，在定制的水射流侵蚀试验台中进行表征。与不含纳米颗粒的基线补片相比，当将纳米颗粒加入补片中时，如分别通过瞬态热处理和水射流侵蚀测试测量的，观察到经烧结的补片的粘附性和内聚强度这两者性质均被改进。

表1.浆料组分的含量和量

虽然已经结合仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但应该容易了解，本发明不限于这样公开的实施例。而是，可修改本发明以合并此前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替代或等效安排。另外，虽然已描述了本发明的各种实施例，但应理解，本发明的方面可包括所描述实施例中的仅一些。相应地，本发明不应视为受前述说明限制，而是受所附权利要求的范围限制。