具有增强温度能力的制品的制作方法

背景技术：

本公开一般涉及具有增强温度能力的环境阻挡涂层和粘结涂层的高温制品。更具体而言，本公开涉及具有环境阻挡涂层和粘结涂层的高温陶瓷基质复合材料制品及其形成方法，所述环境阻挡涂层和粘结涂层构造以形成和/或包括无定形的和失透抵抗的热生长氧化物区域。

高温材料，例如陶瓷、合金和金属间化物，提供了在经设计在例如燃气涡轮发动机、热交换器和内燃机的这些应用中的高温工作的结构中使用的有吸引力的性质。然而，这些应用的环境特征通常包括反应物类，例如水蒸气，其在高温下可能造成材料结构的显著劣化。例如，水蒸气已经表明在含硅材料中造成显著的表面衰退和质量损失。水蒸气与结构材料在高温下反应以形成挥发性含硅物类，通常造成不可接受的高衰退速率。

将环境阻挡涂层（ebc）施加到含硅材料和其它容易被反应物类，例如高温水蒸气侵蚀的材料上；ebc通过防止环境与含硅基材的表面之间的接触来提供保护。施加到含硅基材上的ebc例如被设计成在高温含水蒸气环境中相对化学稳定。如美国专利no.6,410,148中所述的一个例示性常规ebc体系包括施加到含硅基材上的硅或二氧化硅粘结层（还在文中称为粘结涂层）；沉积在粘结层例如硅粘结层上的包含富铝红柱石或富铝红柱石-碱土铝硅酸盐混合物的中间层；和沉积在中间层上的包含碱土铝硅酸盐的顶层。在另一实例，美国专利no.6,296,941中，顶层是硅酸钇层而非铝硅酸盐。

上述涂层体系可以在苛刻环境中为制品提供合适的热和环境保护，但还有机会改进涂层性能。

因此，在本领域中需要具有改进温度能力的制品的ebc体系，及相关制品和方法。类似地，需要包括增强温度能力的具有环境阻挡涂层和粘结涂层的陶瓷基质复合材料制品，和用于制备它们的相关方法。

技术实现要素：

一方面，本公开提供一种制品，其包括包含含硅材料的基材、布置在所述基材上的环境阻挡涂层(ebc)和布置在所述基材和所述ebc之间的粘结涂层，所述粘结涂层包含硅。所述制品还包含布置以在将粘结涂层暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物的硼源。

在一些实施方案中，所述氧化物包含至少约0.5重量%硼。在一些实施方案中，所述氧化物包含不超过约10重量%硼。在一些实施方案中，所述氧化物为基本上无定形的和基本上失透抵抗的。在一些实施方案中，所述氧化物布置在所述粘结涂层和所述ebc之间。在一些实施方案中，所述粘结涂层包含硼源。在一些实施方案中，所述基材、所述ebc或这两者包含硼源。在一些实施方案中，所述硼源包含硅固溶体中的元素硼。在一些实施方案中，所述硼源包含含硼化合物。在一些实施方案中，所述ebc包括邻近所述粘结涂层的多孔层。

在一些实施方案中，所述ebc包括气密层。在一些这样的实施方案中，所述ebc包含硼源。在一些实施方案中，所述硼源的至少一部分插入在所述粘结涂层的至少一部分和所述ebc的至少一部分之间。在一些这样的实施方案中，所述硼源的至少另一部分布置在所述基材、所述ebc、所述粘结涂层或包括前述任一种的组合内。在一些实施方案中，所述制品还包括布置在所述ebc和所述粘结涂层之间的氧化物层、包含硅和至少约0.1重量%硼的氧化物层。在一些实施方案中，所述基材的含硅材料为陶瓷基质复合材料(cmc)。

另一方面，本公开提供一种制品，其包括包含含硅材料的基材、布置在所述基材上的环境阻挡涂层(ebc)、布置在所述基材和所述ebc之间的包含硅的粘结涂层和邻近所述粘结涂层的包含硅和至少0.1%硼的氧化物。

在一些实施方案中，所述氧化物还包含至少0.5重量%硼。在一些实施方案中，所述氧化物为基本上无定形的和失透抵抗的。在一些实施方案中，所述制品还包含布置以在将粘结涂层暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供硼到所述氧化物的硼源。在一些这样的实施方案中，所述粘结涂层包含硼源。在一些其他这样的实施方案中，所述基材、所述ebc或这两者包含硼源。

另一方面，本公开提供产生部件的方法。所述方法包括在含硅基材上布置包含硅的粘结涂层，和在粘结涂层上布置环境阻挡涂层(ebc)。所述方法还包括提供布置以在将粘结涂层暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物的硼源。

在一些实施方案中，所述方法还包括在氧化环境中加热所述粘结涂层以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物。在一些实施方案中，所述氧化物包含至少约0.5重量%硼。在一些实施方案中，所述氧化物包含不超过约10重量%硼。在一些实施方案中，所述氧化物为基本上无定形的和失透抵抗的。在一些实施方案中，所述粘结涂层包含硼源。在一些实施方案中，所述基材、所述ebc或这两者包含硼源。

在一些实施方案中，所述基材的含硅材料为陶瓷基质复合材料(cmc)。在一些实施方案中，所述硼源在氧化物形成期间形成气态副产物，且在所述粘结涂层上形成ebc包括邻近所述粘结涂层形成多孔层，允许气态副产物通过多孔层行进。

在一些实施方案中，在所述粘结涂层上形成ebc包括形成气密层，避免含硼气态副产物在其形成期间从所述氧化物迁移开。

在一些实施方案中，提供所述硼源包括在插入在所述粘结涂层的至少一部分和所述ebc的至少一部分之间的中间层内提供所述硼源的至少一部分。在一些这样的实施方案中，所述方法还包括在所述基材、所述ebc和所述粘结涂层中的至少一个内提供所述硼源的至少一部分。

结合附图从本公开的以下各种方面的详述，本公开的这些和其他方面、特点和优点将变得显而易见。

本发明还涉及以下方面：

1.一种制品(10)，其包括：

包含含硅材料的基材(12)；

布置在所述基材(12)上的环境阻挡涂层(ebc)(16)；

布置在所述基材(12)和所述ebc(16)之间的粘结涂层(14)，所述粘结涂层(14)包含硅；和

布置以在将粘结涂层(14)暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物(18)的硼源(20)。

2.第1项的制品(10)，其中所述氧化物(18)包含至少约0.5重量%硼。

3.第1项的制品(10)，其中所述氧化物(18)包含不超过约10重量%硼。

4.第1项的制品(10)，其中所述氧化物(18)为基本上无定形的和基本上失透抵抗的。

5.第1项的制品(10)，其中所述氧化物(18)布置在所述粘结涂层(14)和所述ebc(16)之间。

6.第1项的制品(10)，其中所述粘结涂层(14)包含硼源(20)。

7.第1项的制品(10)，其中所述基材(12)、所述ebc(16)或这两者包含硼源(20)。

8.第1项的制品(10)，其中所述硼源(20)包含硅固溶体中的元素硼。

9.第1项的制品(10)，其中所述硼源(20)包括含硼化合物。

10.第1项的制品(10)，其中所述ebc(16)包括至少一个邻近所述粘结涂层(14)的多孔层(14)和气密层(540)。

11.第10项的制品(10)，其中所述ebc(16)包含硼源(20)。

12.第1项的制品(10)，其中所述硼源(20)的至少一部分插入在所述粘结涂层(14)的至少一部分和所述ebc(16)的至少一部分之间。

13.第12项的制品(10)，其中所述硼源(20)的至少另一部分布置在所述基材(12)、所述ebc(16)、所述粘结涂层(14)或包括前述任一种的组合内。

14.第1项的制品(10)，其还包括布置在所述ebc(16)和所述粘结涂层(14)之间的氧化物(18)层，其中所述氧化物(18)层包含硅和至少约0.1重量%硼。

15.第1项的制品(10)，其中所述基材(12)的含硅材料为陶瓷基质复合材料(cmc)。

16.一种制品，其包括：

包含含硅材料的基材；

布置在所述基材上的环境阻挡涂层(ebc)；

布置在所述基材和所述ebc之间的粘结涂层，所述粘结涂层包含硅；和

布置以在将粘结涂层暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物的硼源。

17.第16项的制品，其中所述氧化物包含至少约0.5重量%硼。

18.第16项的制品，其中所述氧化物包含不超过约10重量%硼。

19.第16项的制品，其中所述氧化物为基本上无定形的和基本上失透抵抗的。

20.第16项的制品，其中所述氧化物布置在所述粘结涂层和所述ebc之间。

21.第16项的制品，其中所述粘结涂层包含硼源。

22.第16项的制品，其中所述基材、所述ebc或这两者包含硼源。

23.第16项的制品，其中所述硼源包含硅固溶体中的元素硼。

24.第16项的制品，其中所述硼源包括含硼化合物。

25.第16项的制品，其中所述ebc包括邻近所述粘结涂层的多孔层。

26.第16项的制品，其中所述ebc包括气密层。

27.第26项的制品，其中所述ebc包含硼源。

28.第16项的制品，其中所述硼源的至少一部分插入在所述粘结涂层的至少一部分和所述ebc的至少一部分之间。

29.第28项的制品，其中所述硼源的至少另一部分布置在所述基材、所述ebc、所述粘结涂层或包括前述任一种的组合内。

30.第16项的制品，其还包括布置在所述ebc和所述粘结涂层之间的氧化物层，其中所述氧化物层包含硅和至少约0.1重量%硼。

31.第16项的制品，其中所述基材的含硅材料为陶瓷基质复合材料(cmc)。

32.一种制品，其包括：

包含含硅材料的基材；

布置在所述基材上的环境阻挡涂层(ebc)；

布置在所述基材和所述ebc之间的粘结涂层，所述粘结涂层包含硅；和

邻近所述粘结涂层的包含硅和至少0.1%硼的氧化物。

33.第32项的制品，其中所述氧化物还包含至少0.5重量%硼。

34.第32项的制品，其中所述氧化物为基本上无定形的和失透抵抗的。

35.第32项的制品，其还包含布置以在将粘结涂层暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供硼到氧化物的硼源。

36.第35项的制品，其中所述粘结涂层包含硼源。

37.第35项的制品，其中所述基材、所述ebc或这两者包含硼源。

38.产生部件的方法，所述方法包括：

在含硅基材上布置包含硅的粘结涂层；

在粘结涂层上布置环境阻挡涂层(ebc)；和

提供布置以在将粘结涂层暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物的硼源。

39.第38项的方法，其中所述方法还包括在氧化环境中加热所述粘结涂层以形成包含硅和至少0.1重量%硼的氧化物。

40.第38项的方法，其中所述氧化物包含至少约0.5重量%硼。

41.第38项的方法，其中所述氧化物包含不超过约10重量%硼。

42.第38项的方法，其中所述氧化物为基本上无定形的和失透抵抗的。

43.第38项的方法，其中所述粘结涂层包含硼源。

44.第38项的方法，其中所述基材、所述ebc或这两者包含硼源。

45.第38项的方法，其中所述基材的含硅材料为陶瓷基质复合材料(cmc)。

46.第38项的方法，其中所述硼源在氧化物形成期间形成气态副产物，且其中在所述粘结涂层上形成ebc包括邻近所述粘结涂层形成多孔层，允许气态副产物通过多孔层行进。

47.第38项的方法，其中在所述粘结涂层上形成ebc包括形成气密层，其避免含硼气态副产物在其形成期间从所述氧化物迁移开。

48.第38项的方法，其中提供所述硼源包括在插入在所述粘结涂层的至少一部分和所述ebc的至少一部分之间的中间层内提供所述硼源的至少一部分。

49.第48项的方法，其还包括在所述基材、所述ebc和所述粘结涂层中的至少一个内提供所述硼源的至少一部分。

附图说明

在说明书的结尾的权利要求中具体指出且明确要求保护认为是本公开的主题。结合附图从以下详述来看，本公开的上述和其他特点、方面和优点将容易理解，其中：

图1为结晶熔融二氧化硅样品的一部分的图；

图2为具有约1%硼的硼硅酸盐玻璃的一部分的图；

图3描述根据本公开的制品的一部分的横截面；

图4描述根据本公开的另一个制品的一部分的横截面；

图5描述根据本公开的另一个制品的一部分的横截面；

图6描述根据本公开的另一个制品的一部分的横截面；

图7描述根据本公开的另一个制品的一部分的横截面；

图8描述根据本公开的另一个制品的一部分的横截面；和

图9描述根据本公开的另一个制品的一部分的横截面。

具体实施方式

在下文详细提及本公开的例示性实施方案，其实施例在附图中说明。有可能的话，在所有附图中使用的相同附图标记是指相同或类似部件。

具有基材例如包含硅的陶瓷基质复合材料(cmc)基材的一些制品可以包括环境阻挡涂层(ebc)，例如包含氧化物的ebc，以提供热阻挡保护以及避免基材经由挥发或腐蚀的衰退。如上讨论，粘结涂层可以在基材和ebc之间用于增强ebc对基材的粘合力，且潜在地充当牺牲氧化层。

本发明人认识到当在含硅基材(例如陶瓷基材)和ebc之间利用包含硅的粘结涂层时，粘结涂层可以在热暴露期间氧化以形成氧化物鳞，还称为二氧化硅的热生长氧化物(tgo)层。本发明人还确定当纯二氧化硅氧化物可以起初为无定形时，二氧化硅具有脱透的强趋势，例如在高温条件期间。例如，图1显示在约1482℃下暴露到空气约99小时熔融二氧化硅样品的图。如图1中所示，二氧化硅样品贯穿其厚度结晶。

本发明人还认识到结晶二氧化硅氧化物层(例如，tgo层)在冷却之后会由于有害的应力产生相变开裂。例如，具有基材、包含硅的粘结涂层、基本上结晶二氧化硅tgo层和ebc的制品从相对高温冷却可以导致结晶二氧化硅tgo层经受有害的应力产生相变，而在二氧化硅tgo层中产生多个裂纹。在这种二氧化硅tgo层中的裂纹损害ebc的机械完整性，且会促进在热循环环境中操作之后ebc的分层和最后剥落。本发明人由此确定基本上结晶二氧化硅tgo层会导致一些ebc分层和剥落，这降低这种涂覆制品的高温能力。

为了避免或抑制二氧化硅tgo层的失透(即，结晶)，且由此降低对应ebc的分层和剥落的可能性，本公开部分涉及在制品中提供足够量的硼，使得氧化物层供应有足够硼以使无定形结构基本上稳定化。当暴露到高温的氧化气氛时，相对于不包含硼的类似氧化物，加入硼的含二氧化硅的氧化物组合物对结晶更具抵抗力；因此包含足够量的硼以使无定形结构至少部分稳定化的含二氧化硅的氧化物在文中称为“基本上失透抵抗的”。本发明人确定硼掺杂氧化物层具有对失透的强抵抗力。例如，图2说明经受与上述和图1所示的熔融二氧化硅样品相同的条件的具有约1重量%硼的硼硅酸盐玻璃的样品的图。如图2中所示，与图1的熔融二氧化硅样品的整个体积的基本上完全失透相反，硼硅酸盐玻璃样品的暴露导致仅相对较少表面失透。

因此，本公开利用硼以形成与结晶氧化物相反的失透抵抗的氧化物(例如，tgo)。例如，如图3中所说明，本公开提供制品10，例如涡轮部件，其包括基材12(例如，含硅陶瓷材料)、布置在基材12上的ebc16和布置在所述基材12和所述ebc16之间的包含硅的粘结涂层14。制品10还可以包括邻近所述粘结涂层14的包含至少0.1重量%硼的氧化物18。

粘结涂层14可以通过与氧化剂反应氧化以形成氧化物18。在一些这样的实施方案中，制品10可以任选包含布置在制品10内的硼源20以提供有效量的硼到氧化物18，使其在将粘结涂层14暴露到大于900℃温度的氧化环境期间包含至少0.1重量%硼。由粘结涂层14至少部分形成的氧化物18可以在制品10的工作期间形成为常规tgo和/或例如通过制品10的热处理预先形成。硼源20的硼可以在固溶体中提供或作为第二相提供。这种硼掺杂tgo氧化物18可以形成为连续或不连续层。在一些其他实施方案中，而不是(或除了)包含在将粘结涂层14暴露到大于900℃温度的氧化环境期间掺杂tgo氧化物18的硼源20，制品10可以包含邻近所述粘结涂层14的预先沉积的氧化物或预先沉积的硼掺杂氧化物18。在这种方式中，例如，硼掺杂氧化物18可以或可以不为至少部分热生长氧化物，且可以或可以不包含硼源20。

注意到制品10可以用于任何应用，例如加热粘结涂层14到大于900℃温度的高温应用(例如，涡轮发动机)，或不加热粘结涂层14到大于900℃温度的相对低的温度应用。在这种方式中，在具体使用期间可以或可以不形成硼掺杂氧化物18。包含在制品10(不管其用途)内的硼源20，如果提供的话，可以具有足够硼以在大于900℃温度的氧化条件下掺杂氧化物18，从而形成具有至少0.1重量%硼的氧化物层18。换而言之，硼源20以这种方式布置，使得如果粘结涂层14暴露到大于900℃温度的氧化条件(例如，在使用制品10或其他方式期间)，硼源20促进具有至少0.1重量%硼的失透抵抗的硼掺杂氧化物18形成。硼源20可以由此避免脆弱结晶氧化物层的形成。例如，硼源20可以布置使得在将粘结涂层14暴露到大于900℃温度的氧化条件期间，足够量的硼通过固态扩散供应到氧化物层18以形成具有至少0.1重量%硼的硼掺杂氧化物18。在一些实施方案中，硼源20的硼可以由此移动使得其能够扩散到氧化物18。在一些实施方案中，硼掺杂氧化物18可以包含二氧化硅和氧化硼。在一些实施方案中，硼掺杂氧化物18可以为硼硅酸盐玻璃。

提供有效量的硼以形成硼掺杂氧化物18(例如，至少0.1重量%硼)所需要的硼源20的硼的量可以由于许多因素而不同。例如，形成硼掺杂氧化物18所需要的硼源20的硼的量可以至少部分取决于设计制品10在此操作的温度、粘结涂层14的组成、ebc16的组成、硼源20的组成和硼源20与氧化物18的相对距离。作为另一个实施例，硼源20可以随时间不断增多地掺杂生长氧化物18(即，硼源20可以逐渐供应硼到生长氧化物18且因此随时间耗尽)。因此，与具有不含硼的氧化物18的制品10相比或在粘结涂层14的氧化之前，具有部分掺杂的氧化物18的制品10(即，包含少于0.1重量%硼的氧化物18)将需要较少硼以掺杂氧化物18到至少0.1重量%硼。本领域普通技术人员之一将了解，可以设计具体制品10的硼源20的位置、组成和量以在具体条件下提供有效量的硼到粘结涂层14的氧化反应。

虽然硼源20可以布置以在将粘结涂层14暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的硼掺杂氧化物18，形成硼掺杂氧化物18的具体时间还可以取决于许多因素而变化。例如，硼掺杂氧化物18可以在允许硼源20的足够硼扩散到氧化物18的暴露时间之后形成。作为另一个实施例，硼源20可以邻近于经受氧化反应的粘结涂层14的部分提供，使得硼掺杂氧化物18在暴露时即刻形成。在其他实施方案中，氧化物可以在不具有硼(例如，基本上纯二氧化硅氧化物层)或少于最少0.1重量%硼的情况下起始形成，且需要进一步暴露(例如，大于900℃温度的氧化环境)以形成包含硅和至少0.1重量%硼的硼掺杂氧化物18。在这种方式中，在一些实施方案中，硼源20可以在一段时间内提供硼的供应到氧化物18。如下文进一步描述，在一些实施方案中，制品10可以包括插入在粘结涂层14的至少一部分和ebc16的至少一部分之间的潜在性不同的中间层。硼源20可以在中间层内至少部分提供。在一个实施例中，硼源20的全部可以在中间层内提供。因此，中间层可以为硼源20。在另一个实施例中，硼源20的一部分可以在中间层内提供且一部分可以在基材12、粘结涂层14和ebc16中的至少一个内提供。

在一些实施方案中，硼源20可以布置在制品10中以在将粘结涂层14暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成具有至少0.5重量%硼的氧化物层18。在一些实施方案中，硼源20可以布置在制品10中以在将粘结涂层14暴露到大于900℃温度的氧化环境期间提供有效量的硼以形成具有10重量%或更少硼（例如约0.1重量%-约10重量%或约0.5重量%-约10重量%或约0.5重量%-约6重量%范围内的重量百分数）的氧化物层18。

硼源20可以基本上包括元素硼、含硼化合物或其组合。在一些实施方案中，硼源20可以基本上包括硅固溶体中的元素硼或含硼化合物。例如，硼源20可以包括，而不限于，氮化硼、碳化硼、氧化硼、金属硼化物或其组合。在一些这样的实施方案中，硼源20可以包括过渡金属硼化物或稀土元素的硼化物，例如硼化铪、硼化钛、硼化钇、硼化钆或硼化镱。

可以选择硼源20使其包括制品10的部件的化学和热-机械相容性。例如，硼源20可以选择包括高于1300℃的熔点，可以允许制品10用于许多典型高温应用(例如，作为高温涡轮部件)。作为另一个实施例，硼源20可以选择包括相对低的硼化学活性，如果在包含硅的粘结涂层14内至少部分提供硼源20，这会有利的。在一些实施方案中，氧化物18可以避免或延缓氧与粘结涂层14或基材12相互作用。在这样的实施方案中，硼源20可以选择不过度降级氧化物18对氧扩散的抵抗力。例如，硼源20可以选择为金属富集硼化物(例如，稀土硼化物)，当结合到氧化物18中时，不有效降级氧化物18对氧扩散的抵抗力。

硼源20可以布置在制品10中的任何地方，只要其的硼能够扩散到或结合到氧化物中。硼源20可以布置在基材12内，布置在粘结涂层14内，布置在ebc16内，布置在制品10的另一部分内，形成制品10中的另外的层，或其组合。可以利用在制品10内包含硼源20的任何方法或构造。例如，硼源20可以与制品10的一部分形成，例如与ebc16或粘结涂层14层共沉积，或作为基材12制造方法的部分来引入。作为另一个实施例，包含硼源20的制品10的部分可以在其形成之后用硼源20改性。

如上所述，硼源20可以经一段时间从一层或部分内到另一层或部分扩散通过制品10，例如在热暴露期间。因此，尽管硼源20可以起始包含在制品10的具体部分内，在后来的时间(例如，在制品10加热之后)，所述硼源20的至少一部分可以迁移到制品10的不同部分(和，潜在地，还没参加掺杂氧化物18)。还如上所述，硼源20可以逐渐扩散通过制品10以不断增多地掺杂氧化物18，且因此随时间消耗。在一些实施方案中，在具有具体量的硼的硼掺杂氧化物18形成之后，硼源20可以消耗到一定水平使其可以不再包含有效量的硼以进一步掺杂氧化物18。因此，虽然图3显示硼掺杂氧化物18包含硅和至少0.1重量%硼且包括附图标记20来一般指示有效硼源20的存在，硼源20可以或可以不总是存在于该实施方案中。

如上讨论且如图3中所示，硼源20可以位于制品10中的任何地方以在暴露期间形成硼掺杂氧化物18。图4说明包含位于制品110的粘结涂层114内的硼源120的制品110。制品110基本上类似于上文所述的图3的制品10，且因此在“1”后的类似附图标记用于指示类似方面或功能，且涉及其方面或功能(及其备选实施方案)的以上描述同样用于制品110。硼源120可以起初位于粘结涂层114内，或硼源可以位于其他地方，例如在基材112内，且随后迁移(例如，扩散)到粘结涂层114中。注意到并不在图4中说明硼掺杂氧化物，由于其还可以不在制品110中形成。例如，粘结涂层114(或制品110本身)可以在氧化环境中不充分加热以形成硼掺杂氧化物。然而，如由图4的制品110中的箭头显示，粘结涂层114中的硼源120对在将粘结涂层114暴露到大于900℃温度的氧化环境期间扩散通过粘结涂层114到粘结涂层114的氧化反应和提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的硼掺杂氧化物有效。

如图4中所示，粘结涂层114可以覆盖基材112，且ebc116可以覆盖粘结涂层114。包含硅的粘结涂层114可以改进或提供抗氧化性到基材112和/或增强基材112和ebc116之间的结合。基材112和ebc116之间的粘结涂层114的厚度可以例如为约25-约350微米。

如上所述，在一些实施方案中，粘结涂层114包含硅(例如，例如当基材112包含含硅材料时)。例如在一些实施方案中，粘结涂层114为基本上元素硅(潜在地具有在固溶体中提供或作为其中第二相的硼源120)。在一些实施方案中，粘结涂层114可以基本上包括元素硅的一个或多个层。在其他实施方案中，粘结涂层114可以基本上包含碳化硅、氮化硅、金属硅化物、硅合金或其混合物，取代或除了硅之外。粘结涂层114可以包括氧化物相，例如二氧化硅、稀土硅酸盐、稀土铝硅酸盐和/或碱土铝硅酸盐(具有其间提供的硼源120)。包含硅的粘结涂层114可以通过与氧化剂反应氧化，且在一些情况下可以形成如下进一步解释的气态产物。

图5说明包含位于制品210的ebc216内的硼源220的制品210。制品210基本上类似于上述制品10和110，且因此在“2”后的类似附图标记用于指示类似方面或功能，且涉及其方面或功能(及其备选实施方案)的以上描述同样用于制品210。硼源220可以起初位于ebc216内，或硼源220可以位于其他地方，例如在ebc216上，且随后迁移到ebc216中。注意到并不在图5中说明硼掺杂氧化物，由于其还可以不在制品210中形成。然而，如由图5的制品210中的箭头显示，ebc216中的硼源220对在将粘结涂层214暴露到大于900℃温度的氧化环境期间扩散通过ebc216以提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的硼掺杂氧化物有效。

如图5中所示，所述ebc216可以布置在粘结涂层214上，使得ebc216直接或间接覆盖和连接到粘结涂层214。制品210的ebc216可以限定制品210的外表面。因此，ebc216可以与制品210周围的环境相互作用并保护基材212和/或粘结涂层214(和任何中间层)。ebc可以表现许多密封、反应阻挡、抗衰退性和/或热阻挡功能。

ebc216可以包括陶瓷材料，例如氧化物。在一些实施方案中，ebc216可以基于硅酸盐。在一个实施例中，ebc216可以覆盖包含硅和/或二氧化硅的粘结层214且施加到含硅基材212。ebc216本身可以为一个或多个层。在一些实施方案中，ebc216层可以包括一个或多个稀土硅酸盐，例如re2si2o7和/或re2sio5，其中re包括y、er、yb、sc和lu中的一个或多个。在一些实施方案中，ebc216可以包括碱土铝硅酸盐，例如铝硅酸钡或铝硅酸钡锶。

图6说明包含位于制品310的基材312内的硼源320的制品310。制品310基本上类似于上述制品10、110和210，且因此在“3”后的类似附图标记用于指示类似方面或功能，且涉及其方面或功能(及其备选实施方案)的以上描述同样用于制品310。硼源320可以起初位于基材312内，或硼源320可以位于其他地方并扩散到基材312中。注意到在图6中并不说明硼掺杂氧化物，由于其还可以不在制品310中形成。然而，如由图6的制品310中的箭头显示，基材312中的硼源320对在将粘结涂层314暴露到大于900℃温度的氧化环境期间扩散通过基材312和粘结涂层314到粘结涂层314的氧化反应且提供有效量的硼以形成包含硅和至少0.1重量%硼的硼掺杂氧化物有效。

在一些实施方案中，基材312可以包含硅。通过示例，基材312可以包含硅且选择高温机械、物理和/或化学性质。基材312可以能够经受大于约1100℃操作温度的燃烧环境历时超过10,000小时的持续时间。在一个实施例中，制品310的基材312可以包含陶瓷材料，例如陶瓷基质复合材料(cmc)材料，例如用陶瓷纤维增强的陶瓷基质。在这种cmc实施方案中，纤维和/或基质可以包含碳化硅。含硅cmc基材312的一些实例包括，但不限于，基质和/或纤维，包括碳化硅、氮化硅、碳氧化硅、氮氧化硅及其混合物。可以用于制品310的一些cmc基材312的实例包括，但不限于，具有碳化硅基质和碳化硅纤维(sic-sic)、氮化硅基质和碳化硅纤维(si3n4-sic)以及碳化硅/氮化硅基质混合物和碳化硅纤维(si3n4/sic-sic)的cmc基材312。

在一些实施方案中，硼源320可以在基材312经由硅熔融渗透(mi)方法形成期间在基材312内起初提供。例如，mi方法可以包括获得涂覆含硅纤维或其他增强纤维的预制品。还可以获得多孔基质组合物，例如包含sic和c颗粒的基质组合物，并引入到预制品中。mi方法还可以包括将si-b合金形式的液体si加到预制品中。加到预制品中的液体si-b合金可以与基质组合物中的c反应以形成另外的sic。当一些液体si-b合金可以在与c的反应中消耗时，其部分可以保持在cmc基材312中。这种未消耗si-b合金可以形成在基材312内提供的硼源320，其在将粘结涂层314暴露到大于900℃温度的氧化环境期间扩散通过基材312和粘结涂层314并参加氧化反应以形成包含硅和至少0.1重量%硼的硼掺杂氧化物。

在一些其他实施方案中，硼源320可以在基材312经由聚合物渗透和热解(pip)方法形成期间在基材312内起初提供。例如，这种pip方法可以包括获得增强纤维，例如sic纤维的预制品。低粘度前体可以渗透到预制品中(例如，引入到增强纤维的孔中和/或在增强纤维之间引入)。在一些实施方案中，基质前体可以包含硼源320。pip方法还可以包括在非氧化气氛中固化和/或热解(即，陶瓷化)预制品中的基质前体以在增强纤维周围形成陶瓷基质。渗透和热解方法可以重复多次以最后降低陶瓷基质的孔隙度到形成其中具有硼源320的陶瓷基材312的可接受水平。

如上讨论，在一些实施方案中，基质前体组合物可以包含硼源320。在这样的实施方案中，可以选择硼源320使其在热解(和结晶)之后保持在所形成的cmc基材312中。在这种方式中，在热解(和结晶)之后，硼源320在基材312内提供且在将粘结涂层314暴露到大于900℃温度的氧化环境期间能够扩散通过cmc基材312和粘结涂层314并参加粘结涂层314的氧化反应以形成包含硅和至少约0.1重量%硼的氧化物区域。在一些实施方案中，基质前体组合物可以包含含硼有机硅聚合物，例如具有含硼物类的聚碳硅烷(例如，与sic增强纤维一起使用)或具有包硼物类的聚硅氮烷(例如，与sicn或si3n4增强纤维一起使用)。在一些实施方案中，基质前体组合物可以包含具有或不具有额外硼物类的聚硼碳硅氮烷和/或聚硼碳硅烷。

在一些其他实施方案中，硼源320可以在基材312经由化学气相渗透(cvi)方法形成期间在基材312内起初提供。例如，这种cvi方法可以包括获得增强纤维，例如sic纤维的预制品。还可以获得气态基质前体组合物，并通过在预制品中进行的气相反应渗透到预制品中(例如，引入到增强纤维的孔中和/或在增强纤维之间引入)。例如，预制品可以在具有气态基质前体组合物的反应器中加热。当预制品与基质前体组合物渗透时，气体可以分解以在增强纤维的表面上形成陶瓷沉积物以形成陶瓷基质。渗透和致密化阶段可以重复直到预制品基本上闭合以形成cmc基材312。

这种cvi方法的气态基质前体组合物可以包含硼源320。在这样的实施方案中，气态基质前体组合物中的硼源320可以在基质中在形成cmc基材312的渗透、分解和致密化阶段之后保持为硼或含硼化合物，例如硼化硅。在这种方式中，在渗透、分解和致密化之后，硼源320在基材312内提供且还能够在将粘结涂层314暴露到大于900℃温度的氧化环境期间扩散通过cmc基材312和粘结涂层314并参加粘结涂层314的氧化反应以形成包含硅和至少约0.1重量%硼的氧化物区域。在一些实施方案中，气态基质前体组合物可以为含硼气体。在一些实施方案中，气态基质前体组合物可以包括si、c和硼物类。在一些这样的实施方案中，气态基质前体组合物可以包括硅烷、卤化物和/或烃和硼物类。在一些实施方案中，气态基质前体组合物可以为含硼气体，其在分解和/或致密化期间形成硼和sic溶体或离散sibx相(例如，取决于过程温度、气体浓度)。在一些实施方案中，含硼气体可以包括硼酸三异丙酯、三甲基硼、三乙基硼、三苯基硼烷、二硼烷、硼烷氨，硼吖嗪、三(五氟苯基)硼烷和卤化硼中的至少一种。

如上所述，特定硼源，例如氮化硼，可以形成气态副产物，由于其分解并参加粘结涂层的氧化反应以形成硼掺杂氧化物区域。图7说明包括这种粘结涂层414的制品410的实施方案，当其在氧化反应中分解时，形成气态副产物。制品410基本上类似于上述制品10、110、210和310，且因此在“4”后的类似附图标记用于指示类似方面或功能，且涉及其方面或功能(及其备选实施方案)的以上描述同样用于制品410。

如图7中所示，包括当其分解时形成气态副产物的这种粘结涂层414的制品410可以包括具有多孔层430的ebc416。ebc416的多孔层430可以位于相对于ebc416的其他部分邻近于粘结涂层414。多孔层430可以操作以允许在氧化粘结涂层414时形成的气态副产物从气体产生区域逸出以避免可能会使ebc416分层的相对高压的积累。例如，多孔层430可以包括足够高以允许气态副产物流动通过且由此远离气体产生区域的孔隙度水平。当粘结涂层414和/或基材412包含硼源420时，ebc416的多孔层430可能是有利的。

图8说明当其分解时形成含硼气态副产物的制品510。制品510基本上类似于上述制品10、110、210、310和410，且因此在“5”后的类似附图标记用于指示类似方面或功能，且涉及其方面或功能(及其备选实施方案)的以上描述同样用于制品510。制品510不同于制品410，由于ebc516包括气密层540，避免含硼气态副产物迁移出制品510并进入大气，因此保持或引导足够的硼供应以促进包含至少约0.1重量%硼的硼掺杂氧化物区域的形成。当ebc516包含硼源520时，ebc516的气密层540可能是有利的。在这样的实施方案中，包含硼源520的ebc516的部分至少可以位于气密层540和氧化反应的位点(例如，tgo层)之间。

图9说明根据本公开的另一个制品610的一部分。制品610基本上类似于上述制品10、110、210、310、410和510，且因此“6”后的类似附图标记用于指示类似方面或功能，且涉及其方面或功能(及其备选实施方案)的以上描述同样用于制品610。制品610包括位于邻近于正经受(或将经受)氧化反应的粘结涂层614的部分的中间层650。例如，中间层650可以插入在粘结涂层614的至少一部分和ebc616的至少一部分之间。因此，该中间层650可以位于紧邻在粘结涂层614上形成或另外位于粘结涂层614上的氧化物层，或位于其中将形成氧化物层的位置上。

所述硼源620的至少一部分可以在中间层650内提供。当中间层650中的硼源620邻近于氧化物时，中间层650内的硼源620可以在将粘结涂层614暴露到氧化条件之后即刻掺杂氧化物。在这种方式中，这种硼不需要经一段暴露时间扩散通过制品610以掺杂氧化物(例如，tgo)。中间层650内的硼源620可以经相对短的暴露时间用相对大量的硼掺杂氧化物。作为另一个实施例，中间层650包括连续或不连续硼硅酸盐层。预先沉积的硼硅酸盐中间层650可以由此为含硼氧化物层或含硼tgo，其在粘结涂层614的氧化之后变厚。在这个实施例中，可以或可以不包含硼源620。

在一些实施方案中，硼源620的全部在中间层650内提供。在其他实施方案中，所述硼源620的至少一部分在中间层650内提供且硼源的至少另一部分布置在制品610的另一部分，例如在基材612、粘结涂层614和/或ebc616内。中间层650内提供的硼源620的部分可以在将粘结涂层614暴露到氧化条件之后即刻掺杂氧化物层，且在制品610中的其他地方提供的硼源620的部分可以经后续的暴露时间掺杂氧化物。

文中所公开的制品可以至少部分形成用于高温应用的任何制品、部件或结构。例如，文中所公开的制品至少部分可以为涡轮叶片、燃烧器、覆盖物、喷嘴和/或防热罩。文中公开的制品的部分或层，例如其基材、粘结涂层和ebc，可以使用本领域技术人员已知的常规方法制造以产生这样的部分或层。例如，文中公开的制品的粘结涂层和ebc至少可以使用本领域技术人员已知的常规方法制造以产生这样的层或部分。这种常规方法可以一般包括，但不应当限于，等离子体喷射(例如，用干粉、悬浮液或溶液的常压或低压)、燃烧热喷射(例如，高速氧燃料(hvof)、高速空气燃料(hvaf))、化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(例如，电子束物理气相沉积(ebpvd)、溅射)、溶胶凝胶、浆料方法(例如，浸涂、喷射、电泳沉积、带流延、轧制和涂漆)及这些方法的组合。一旦起初形成文中公开的制品的部分或层，它们可以进一步处理(例如，干燥、热解、煅烧、烧结)，且可以任选甚至进一步处理，例如通过暴露到含硼前体。

应当理解以上描述旨在说明，而不限制。例如，上述实施方案(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不偏离其范围的情况下，可以进行许多修改以使具体情形或材料适用于本公开的教导。虽然文中所述的材料的尺寸和类型旨在限定本公开的参数，它们无论如何不限制且为例示性实施方案。本领域技术人员在回顾以上描述之后许多其他实施方案将显而易见。因此，本公开的范围应当参考随附权利要求连同这些权利要求所赋予的等价物的整个范围确定。

在随附说明书中，术语“包括”和“其中(inwhich)”用作相应术语“包含”和“其中(wherein)”的简明英语等价物。而且，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”等，如果有的话，只用作标记，且并不旨在对其宾语强加数字或位置要求。而且，以下权利要求的限制并不以方式加功能形式书写，且并不旨在基于35u.s.c.§112，第六章解释，除非且直到这些权利要求限制明确使用短语“用于……的方式”，后面缺少进一步结构的功能说明。

该书面描述使用实施例来公开本公开的多个实施方案，包括最佳模式，且还使本领域任何技术人员能够实施本公开的实施方案，包括制备和使用任何设备或系统且执行任何结合方法。本公开的专利范围通过权利要求限定，且可以包括本领域技术人员想到的其他实施例。这些其他实施例旨在权利要求的范围内，如果它们具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或它们包括与权利要求的字面语言不实质不同的等价结构要素。

如文中使用，以单数描述且在单词“一个/种”后的要素或步骤应当理解为不排除复数个所述要素或步骤，除非明确声明这种排除。而且，对本公开的“一个实施方案”的提及并不旨在视为排除还结合所述特点的其他实施方案的存在。而且，除非明确作出相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有具体性质的一个元素或多个元素的实施方案可以包括不具有该性质的另外的这些元素。

虽然只结合有限数目的实施方案详细描述本发明，应当容易理解本发明并不限于这些公开的实施方案。相反，本公开可以修改以结合到目前为止未描述但与本公开的精神和范围相当的任何数目的变化、改变、取代或等价配置。另外，当描述本发明的各种实施方案时，应当理解本公开的方面可以只包括所述实施方案的一些。因此，本公开并不视为受以上描述限制，而只受随附权利要求的范围限制。