專利名稱：硅基基材的粘結(jié)涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境阻擋涂層和尤其是應(yīng)用到含硅基材上的環(huán)境阻擋涂層。
背景技術(shù)：
硅基陶瓷在高溫、有水的環(huán)境例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器和渦輪部件中，表現(xiàn)出加速的氧化速度。為了減小在這種環(huán)境下用作陶瓷組分的硅基基材的氧化速度，向硅基基材提供環(huán)境阻擋涂層也就是隔離層以增加這種組件的使用壽命，已經(jīng)取得了顯著效果。
關(guān)于圖1a和1b，現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)境阻擋涂層形成一種復(fù)合物10，該復(fù)合物包括硅基基材12、如硅金屬的致密連續(xù)層的粘結(jié)涂層或粘結(jié)層14、比如基于鋇和鍶的堿土鋁硅酸鹽或是釔硅酸鹽的阻擋層16、和如高熔點(diǎn)氧化物和/或硅酸鹽層18或其它金屬氧化物例如氧化鋯的可選的頂層。另外，可以在粘結(jié)涂層14和阻擋16之間和/或阻擋層16和頂層18之間提供一個(gè)中間層20，這個(gè)中間層包括，例如阻擋層材料與附加氧化物如莫來(lái)石的混合物。這些現(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)境阻擋系統(tǒng)已被證明關(guān)于硅基基材氧化的許多硅基基材已得到保護(hù)，另外這些環(huán)境阻擋系統(tǒng)是粘連的。然而現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，一些含硅基材，尤其是CTE比硅低的基材和易碎的基材，例如氮化硅(silicon nitride)的某些機(jī)械性質(zhì)在室溫下的4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度明顯降低。
自然是非常希望能夠提供用于含硅基材，例如氮化硅的環(huán)境阻擋涂層，而該基材不會(huì)導(dǎo)致其機(jī)械性質(zhì)的明顯降低。
因此，本發(fā)明的主要目的是為硅基基材提供粘結(jié)涂層，該涂層對(duì)其機(jī)械性質(zhì)不會(huì)有顯著的負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
上述目的可以通過(guò)本發(fā)明提供的改進(jìn)的粘結(jié)層使用在硅基基材上來(lái)實(shí)現(xiàn)。該粘結(jié)層包括一種合金，這種合金包括一種難熔金屬二硅化物/硅共晶體。這種難熔金屬二硅化物選自由鉬、鉻、鉿、鈮、鉭、錸、鈦、鎢、鈾、釩、釔的二硅化物和其混合物構(gòu)成的組。這種難熔金屬二硅化物/硅共晶體的熔點(diǎn)高于1300℃。
與上述討論的硅金屬粘結(jié)層相比，通過(guò)本發(fā)明可獲得的顯著的優(yōu)點(diǎn)是室溫下的斷裂韌度增加。而且已發(fā)現(xiàn)，這種粘結(jié)涂層的斷裂韌度要比單相硅金屬粘結(jié)涂層的增加50％以上。這種斷裂韌度的增加歸因于本發(fā)明的兩相微觀結(jié)構(gòu)的機(jī)理，它能提供比在單相硅層觀察到的更好的防裂紋擴(kuò)展性。
更多的目的和優(yōu)點(diǎn)見(jiàn)下文。


圖1a和1b是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)復(fù)合物產(chǎn)品進(jìn)行圖示說(shuō)明。
詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及一種包括硅基基材和粘結(jié)涂層的產(chǎn)品。這個(gè)粘結(jié)涂層可以直接應(yīng)用到硅基基材上，或可選擇地在粘結(jié)層和硅基基材之間提供二氧化硅中間層或其它中間層。
含硅基材可以是硅陶瓷基材或含硅金屬合金。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，硅含基材是含硅陶瓷材料，例如金剛砂，金剛砂合成物，氮化硅，氮化硅合成物，氮氧化硅和氮氧化硅鋁。
根據(jù)本發(fā)明，粘結(jié)層包括一種合金，這種合金包括一種難熔金屬二硅化物/硅共晶體。粘結(jié)層可以包括100％的難熔金屬二硅化物/硅共晶體，或者粘結(jié)層可以僅包括難熔金屬二硅化物/硅共晶體的多相微觀結(jié)構(gòu)，或者是包括難熔金屬二硅化物/硅共晶體與硅或難熔金屬二硅化物的多相微觀結(jié)構(gòu)。無(wú)論怎樣，這種難熔金屬二硅化物/硅共晶體的熔點(diǎn)大于1300℃。粘結(jié)層的硅含量大于或等于66.7原子百分比的硅，優(yōu)選80原子百分比的硅，余量是難熔金屬。
本發(fā)明中用在粘結(jié)層的優(yōu)選的難熔金屬選自由鉬、鉻、鉿、鈮、鉭、錸、鈦、鎢、鈾、釩、釔和其混合物構(gòu)成的組。優(yōu)選的難熔金屬是鉬和鉻，最優(yōu)選的難熔金屬是鉬。本發(fā)明的產(chǎn)品比現(xiàn)有技術(shù)中硅金屬粘結(jié)層在斷裂韌度上表現(xiàn)出顯著的改善，其斷裂韌度大于1MPa·m1/2。
可以知道本發(fā)明并不局限于這里所描述和說(shuō)明的例子，這些例子僅被認(rèn)為是對(duì)完成本發(fā)明的最好方式的說(shuō)明，而且容許對(duì)部件的形式、尺寸、排列和操作細(xì)節(jié)作出改變。本發(fā)明旨在包括在權(quán)利要求所定義的精神和范圍之內(nèi)的所有這些改變。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)品，包含硅基基材和粘結(jié)層，該粘結(jié)層包括合金，這種合金包括難熔金屬二硅化物/硅共晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中難熔金屬二硅化物選自由鉬、鉻、鉿、鈮、錸、鉭、鈦、鎢、鈾、釩、釔的二硅化物和其混合物構(gòu)成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中難熔金屬二硅化物選自由鉬、鉻、鉿、鈮、錸、鉭、鈦、鎢、鈾、釩、釔、鉬、鉻的二硅化物和其混合物構(gòu)成的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中難熔金屬二硅化物/硅共晶體的熔點(diǎn)高于1300℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中粘結(jié)層包含難熔金屬二硅化物/硅共晶體和硅的多相微觀結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的產(chǎn)品，其中斷裂韌度大于1MPa·m1/2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中粘結(jié)層包含難熔金屬二硅化物/硅共晶體和難熔金屬二硅化物的多相微觀結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的產(chǎn)品，其中斷裂韌度大于1MPa·m1/2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中粘結(jié)層包含難熔金屬二硅化物/硅共晶體和硅與難熔金屬二硅化物之一的多相微觀結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的產(chǎn)品，其中斷裂韌度大于1MPa·m1/2。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中硅的含量大于或等于66.7原子百分比。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的產(chǎn)品，其中硅的含量大于或等于66.7原子百分比。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中硅的含量大于或等于80原子百分比。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的產(chǎn)品，其中硅的含量大于或等于80原子百分比。
15.一種產(chǎn)品，包括硅基材和粘結(jié)層，該粘結(jié)層包含多相合金，斷裂韌度大于1MPa·m1/2。
全文摘要
一種使用在硅基基材上的粘結(jié)層。這種粘結(jié)層包括合金，這種合金包含難熔金屬二硅化物/硅共晶體。這種難熔金屬二硅化物選自由鉬、鉻、鉿、鈮、鉭、錸、鈦、鎢、鈾、釩、釔的二硅化物和其混合物構(gòu)成的組。難熔金屬二硅化物/硅共晶體的熔點(diǎn)高于1300℃。
文檔編號(hào)C04B41/87GK1609060SQ20041005952
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月22日
發(fā)明者H·E·伊頓, E·Y·孫, S·欽 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司