环境耐受修补物以及输送系统的制作方法
【专利说明】环境耐受修补物以及输送系统
[0001]关于联邦资助的研发的声明
本发明部分利用根据由能源部授予的政府合同N0.DE-FC26-05NT42643做出。政府对本发明具有一定权利。
技术领域
[0002]本文中的公开的本主题涉及修补物修复，且更具体地，涉及用于填充在包含硅的构件，诸如基于碳化硅(SiC)的陶瓷基体复合物(CMC)中的空隙的环境耐受修补物。
【背景技术】
[0003]环境屏障覆层(EBC)保护由包含硅的基质制作的燃气涡轮构件，使其在使用中免于暴露到潜在地有害的化学环境。包含硅的基质的示例包括基于SiC的CMC、基于SiC或氮化硅(Si3N4)的单片陶瓷以及金属硅化物，诸如基于MO-S1-B和Nb-Si的复合物。EBC的示例包括碱土铝硅酸盐(例如，钡-锶铝硅酸盐，或BSAS)、具有一般成分RE2S15的稀土(RE)单硅酸盐，以及具有一般成分RE2Si2O7的RE 二硅酸盐。RE元素可包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和/或Lu，以及类稀土元素Y和/或Sc。EBC通常选定为使得其热膨胀系数(CTE)与包含硅的基质材料的热膨胀系数具有良好的匹配。
[0004]一些EBC材料使用等离子体喷涂工艺沉积在构件上。等离子体喷涂工艺提供灵活性以在没有主要工艺修改的情况下沉积宽覆层厚度范围(从大约0.001英寸到大约0.080英寸)内的多种材料。
[0005]此外，如果EBC经历局部碎裂或针孔缺陷，则在下方的CMC可在使用期间经受由水蒸汽引发的挥发所导致的腔以及随后的表面衰退。如果被允许不加缓和地生长，则这种腔可减少构件的载荷承载能力，扰乱气流或甚至发展到全厚度孔，其导致燃烧气体的吸收或者高压冷却空气的泄漏，从而负面地影响机器的操作效率以及耐久性。
[0006]因此，在本领域中可欢迎用于填充在涡轮构件中的表面连接的空隙的材料和方法。
【发明内容】
[0007]在一个实施例中，公开了环境耐受修补物。环境耐受修补物包括一种或多种稀土硅酸盐，其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐，以及从大约O摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物，以及其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度，以及从大约3.5X 10_6/°C到大约7.5X 10_6/°C的热膨胀系数。
[0008]在另一实施例中，公开了一种涡轮发动机构件。涡轮发动机构件包括基质材料、抗衰退外侧层以及至少部分填充延伸通过抗衰退外侧层的空隙的环境耐受修补物。环境耐受修补物包括一种或多种稀土硅酸盐，其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐，以及从大约O摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物，以及其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度，以及从大约3.5X 10_6/°C到大约7.5X 10_6/°C的热膨胀系数。
[0009]在又一实施例中，公开了环境耐受修补物输送系统。环境耐受修补物输送系统包括铰接支承件和由铰接支承件支承的可促动分配工具。可促动分配工具包括容纳未固化的环境耐受修补物的储存器以及用于通过布置在可促动分配工具的端处的分配器分配未固化的环境耐受修补物的促动器。
[0010]方案1:一种环境耐受修补物，包括:
一种或多种稀土硅酸盐；
其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐，以及从大约O摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物；以及
其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度和从大约3.5X 10_6/°C到大约7.5X 10_6/°C的热膨胀系数。
[0011]方案2:根据方案I的环境耐受修补物，其中，一种或多种稀土硅酸盐包括稀土单硅酸盐和稀土二硅酸盐中的至少一种，且其中，稀土包括镱和钇中的至少一种。
[0012]方案3:根据方案I的环境耐受修补物，其中，无机附加物包括氧化铁、氧化铝、氧化硅和玻璃中的至少一种。
[0013]方案4:根据方案I的环境耐受修补物，其中，无机附加物包括元素硅。
[0014]方案5:根据方案I的环境耐受修补物，其中，未固化的环境耐受修补物包括从大约30体积百分比到大约80体积百分比的无机成分，以及从大约70体积百分比到大约20体积百分比的溶剂。
[0015]方案6:根据方案5的环境耐受修补物，其中，未固化的环境耐受修补物还包括从大约零体积百分比到大约10体积百分比的一种或多种有机附加物。
[0016]方案7:根据方案I的环境耐受修补物，其中，未固化的无机微粒具有在10 nm和100 ym之间的大小，且带有大于30体积百分比的封装密度。
[0017]方案8:根据方案I的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在固化之前包括无机微粒，无机微粒包括在10 nm和100 μm之间的双峰大小分布，且具有大于40体积百分比的封装密度。
[0018]方案9:根据方案I的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在固化之前包括无机微粒，无机微粒包括在10 nm和100 μ m之间的三峰大小分布，且具有大于50体积百分比的封装密度。
[0019]方案10:根据方案I的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在固化之前包括，在无机固体体积基础上，从大约百分之40到大约百分之75的具有从大约10 μπι到大约100 μπι大小的粗粒大小的微粒，从大约百分之10到大约百分之35的具有从大约I μπι到大约10 μ m大小的中等大小的微粒，以及从大约百分之I到大约百分之30的具有从大约1nm到大约I μπι大小的精细大小微粒。
[0020]方案11:根据方案I的环境耐受修补物，其中，无机附加物包括具有从大约3.5Χ 1(T6/°C到大约 6Χ 1(T6/°C 的 CTE 的玻璃。
[0021]方案12:根据方案11的环境耐受修补物，其中，无机附加物包括从大约I质量百分比到大约10质量百分比的玻璃。
[0022]方案13:根据方案I的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在固化之前具有从大约I Pa.s到大约2000 Pa.s的粘性。
[0023]方案14:根据方案I的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在其固化之后包括连通孔隙。
[0024]方案15:根据方案I的环境耐受修补物，其中，环境耐受修补物在涡轮发动机构件的空隙中提供。
[0025]方案16:根据方案15的环境耐受修补物，其中，涡轮发动机构件包括CMC基质，且其中，环境耐受修补物至少部分延伸到CMC基质内。
[0026]方案17:—种涡轮发动机构件，包括:
基质材料；
抗衰退外侧层；以及，
环境耐受修补物，其至少部分填充延伸通过抗衰退外侧层的空隙，其中，环境耐受修补物包括一种或多种稀土硅酸盐，其中，一旦固化，环境耐受修补物的无机成分包括，从大约80摩尔百分比到大约100摩尔百分比的稀土单硅酸盐和/或稀土二硅酸盐成分，以及从大约O摩尔百分比到大约20摩尔百分比的无机附加物；以及，
其中，一旦固化，环境耐受修补物具有，至少大约3 MPa的粘合强度和从大约3.5X 10_6/°C到大约7.5X 10_6/°C的热膨胀系数。
[0027]方案18:根据方案17的涡轮发动机构件，其中，基质包括CMC基质。
[0028]方案19: 一种环境耐受修补物输送系统，包括:
铰接支承件；以及，
可促动分配工具，其由铰接支承件支承，可促动分配工具包括:
储存器，其容纳未固化的环境耐受修补物；以及，