[go: up one dir, main page]

FR3147274A1 - Coated part comprising a boron-doped bonding coating - Google Patents

Coated part comprising a boron-doped bonding coating Download PDF

Info

Publication number
FR3147274A1
FR3147274A1 FR2303149A FR2303149A FR3147274A1 FR 3147274 A1 FR3147274 A1 FR 3147274A1 FR 2303149 A FR2303149 A FR 2303149A FR 2303149 A FR2303149 A FR 2303149A FR 3147274 A1 FR3147274 A1 FR 3147274A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
bonding coating
coating
bonding
boron
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2303149A
Other languages
French (fr)
Inventor
Eric Bouillon
Benjamin COSSOU
Simon ARNAL
Axel LE DOZE
Georges Chollon
Guillaume COUEGNAT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Safran Ceramics SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Safran Ceramics SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Bordeaux, Safran Ceramics SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to FR2303149A priority Critical patent/FR3147274A1/en
Priority to PCT/FR2024/050394 priority patent/WO2024200966A1/en
Publication of FR3147274A1 publication Critical patent/FR3147274A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/89Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32Carbides
    • C23C16/325Silicon carbide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/007Preventing corrosion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284Selection of ceramic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288Protective coatings for blades
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00982Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as construction elements for space vehicles or aeroplanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/22Non-oxide ceramics
    • F05D2300/222Silicon
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/22Non-oxide ceramics
    • F05D2300/226Carbides
    • F05D2300/2261Carbides of silicon
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033Ceramic matrix composites [CMC]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Pièce revêtue comprenant un revêtement d’accrochage dopé au bore Pièce composite céramique revêtue présentant un substrat en carbure de silicium, un revêtement d’accrochage recouvrant le substrat, un revêtement barrière recouvrant le revêtement d’accrochage, dans laquelle le revêtement d’accrochage comprend du silicium dopé au bore. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Coated part comprising a boron-doped bonding coating A coated ceramic composite part having a silicon carbide substrate, a bonding coating covering the substrate, a barrier coating covering the bonding coating, wherein the bonding coating comprises boron-doped silicon. Abstract: Fig. 1.

Description

Pièce revêtue comprenant un revêtement d’accrochage dopé au boreCoated part comprising a boron-doped bonding coating

Cette divulgation concerne le domaine des revêtements et plus particulièrement celui des procédés pour former des revêtements par dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD, de l’anglais Chemical Vapor Deposition), notamment pour protéger d’environnements agressifs les substrats à base céramique.This disclosure relates to the field of coatings and more particularly to that of processes for forming coatings by chemical vapor deposition (or CVD), in particular for protecting ceramic-based substrates from aggressive environments.

Les matériaux composites à matrice céramique (CMC), et en particulier ceux à base carbure (généralement dénommés SiC/SiC) ont été proposés pour des nombreuses applications, et notamment pour la réalisation de pièces de turbines à gaz, telles que les aubes et les distributeurs. En effet, grâce à leurs propriétés de résistance à la chaleur, ces matériaux permettent de diminuer voire éliminer le refroidissement classiquement utilisé dans des pièces de turbine métalliques à base de nickel et/ou cobalt, tout en autorisant un accroissement des températures de fonctionnement.Ceramic matrix composites (CMCs), and in particular those based on carbide (generally called SiC/SiC) have been proposed for numerous applications, and in particular for the production of gas turbine parts, such as blades and nozzles. Indeed, thanks to their heat-resistant properties, these materials make it possible to reduce or even eliminate the cooling conventionally used in nickel and/or cobalt-based metal turbine parts, while allowing an increase in operating temperatures.

Cependant, dans l’environnement corrosif d’une turbine, les CMC SiC/SiC peuvent être soumis à oxydation donnant lieu à la formation d’oxyde de silicium, et la volatilisation de cet oxyde de silicium sous l’effet de la vapeur d’eau. Ainsi, pour des applications à des températures supérieures à 1000°C, dans un environnement riche en oxygène et vapeur d’eau, l’application d’un revêtement de protection est préconisé sur les pièces en composite à matrice céramique.However, in the corrosive environment of a turbine, SiC/SiC CMCs can be subject to oxidation resulting in the formation of silicon oxide, and the volatilization of this silicon oxide under the effect of water vapor. Thus, for applications at temperatures above 1000°C, in an environment rich in oxygen and water vapor, the application of a protective coating is recommended on ceramic matrix composite parts.

A cause de l’environnement thermomécanique et chimique particulièrement agressif auquel le revêtement de protection pourrait être soumis, celui-ci devrait présenter de préférence un coefficient de dilatation compatible avec celui du substrat, une faible perméabilité aux espèces corrosives (ce qui comprend à la fois une faible diffusion moléculaire liée directement au paramètre physique d’herméticité et une faible diffusion ionique des ions superoxyde et hydroxyde, caractéristiques intrinsèques des silicates de terres rares) et une stabilité thermomécanique à des températures supérieures à 800°C, comme par exemple celles régnant dans une turbine à gaz.Due to the particularly aggressive thermomechanical and chemical environment to which the protective coating could be subjected, it should preferably have an expansion coefficient compatible with that of the substrate, low permeability to corrosive species (which includes both low molecular diffusion directly linked to the physical parameter of hermeticity and low ionic diffusion of superoxide and hydroxide ions, intrinsic characteristics of rare earth silicates) and thermomechanical stability at temperatures above 800°C, such as those prevailing in a gas turbine.

Pour cela, le revêtement de protection peut comprendre typiquement un revêtement barrière ou revêtement barrière environnementale (en anglais : « Environmental Barrier Coating » ou EBC), par exemple à base de silicate de terre rare et, entre le substrat et le revêtement barrière, un revêtement d’accrochage (en anglais : « bond coating »), par exemple à base de silicium, pour assurer l’adhésion du revêtement barrière au substrat. L’oxydation du silicium du revêtement d’accrochage peut par ailleurs former une couche intermédiaire de silice, nommée oxyde de croissance thermique (en anglais : « Thermal Growth Oxide » ou TGO), entre le revêtement d’accrochage et le revêtement barrière.For this, the protective coating may typically comprise a barrier coating or environmental barrier coating (EBC), for example based on rare earth silicate and, between the substrate and the barrier coating, a bond coating, for example based on silicon, to ensure the adhesion of the barrier coating to the substrate. The oxidation of the silicon in the bond coating may also form an intermediate layer of silica, called thermal growth oxide (TGO), between the bond coating and the barrier coating.

En outre, quoique la formation de la couche intermédiaire d’oxyde de croissance thermique peut contribuer à protéger de la corrosion les substrats contenant du carbure de silicium, elle peut aussi avoir des effets thermomécaniques induits, comme par exemple la génération de contraintes mécaniques entre le revêtement d’accrochage et le revêtement barrière.Furthermore, although the formation of the thermally grown oxide interlayer may help protect silicon carbide-containing substrates from corrosion, it may also have induced thermomechanical effects, such as the generation of mechanical stresses between the bond coat and the barrier coat.

Ces contraintes peuvent apparaître selon plusieurs causes. A température moyenne (comprise entre 800°C et 1000°C), le silicium s’oxyde pour former de la silice. Cette transformation allotropique du silicium s’accompagne d’un accroissement volumique, la silice présentant un volume molaire environ 1,2 fois supérieur au volume molaire du silicium. En conséquence, en s’oxydant, le revêtement d’accrochage gagne en épaisseur et applique des contraintes sur le revêtement barrière. A partir d’une épaisseur critique, les contraintes mécaniques peuvent donner lieu à une fissuration en dôme (en anglais : « dome cracking »), aboutissant, à terme, à l’écaillage partiel ou total du revêtement barrière et donc à la perte de la fonction anti-corrosion.These constraints can appear for several reasons. At medium temperatures (between 800°C and 1000°C), silicon oxidizes to form silica. This allotropic transformation of silicon is accompanied by a volume increase, with silica having a molar volume approximately 1.2 times greater than the molar volume of silicon. Consequently, as it oxidizes, the bonding coating gains thickness and applies constraints to the barrier coating. From a critical thickness, mechanical constraints can give rise to dome cracking, ultimately leading to partial or total flaking of the barrier coating and therefore to the loss of the anti-corrosion function.

Par ailleurs, à haute températures (supérieures à 1000°C), l’EBC tend à fluer. Pour des pièces en rotation, les forces centrifuges peuvent induire des déformations très importantes de l’EBC ainsi fluée. On parle alors de centrifugation de l’EBC. Dans de telles circonstances, l’EBC peut perdre partiellement son revêtement, perdant ainsi sa fonction anti-corrosion.Furthermore, at high temperatures (above 1000°C), the EBC tends to creep. For rotating parts, centrifugal forces can induce very significant deformations of the EBC thus creeped. This is called centrifugation of the EBC. In such circumstances, the EBC can partially lose its coating, thus losing its anti-corrosion function.

Il existe donc un besoin d’amélioration des EBC, dépourvues, au moins en partie, des inconvénients précités.There is therefore a need for improvement of EBCs, free, at least in part, from the aforementioned drawbacks.

Le présent exposé concerne une pièce composite céramique revêtue présentant un substrat en carbure de silicium, un revêtement d’accrochage recouvrant le substrat, un revêtement barrière recouvrant le revêtement d’accrochage, dans laquelle le revêtement d’accrochage comprend du silicium dopé au bore.This disclosure relates to a coated ceramic composite part having a silicon carbide substrate, a bonding coating covering the substrate, a barrier coating covering the bonding coating, wherein the bonding coating comprises boron-doped silicon.

Le revêtement d’accrochage dopé au bore flue de manière plus importante à température moyenne (comprise entre 800°C et 1000°C), comparé aux revêtements d’accrochage connus. Par conséquent, le dopage au bore permet au revêtement d’accrochage de mieux relaxer des contraintes, notamment lorsque le silicium du revêtement d’accrochage s’oxyde pour former un oxyde de croissance thermique. Par conséquent, un tel revêtement d’accrochage est moins susceptible de se dégrader par un phénomène de type « dome cracking ». En d’autres termes, le présent revêtement permet la relaxation de contraintes locales qui peuvent apparaître à l’interface entre le revêtement barrière et le revêtement d’accrochage, par un fluage du revêtement d’accrochage.The boron-doped bonding coating creeps more significantly at medium temperatures (between 800°C and 1000°C), compared to known bonding coatings. Therefore, boron doping allows the bonding coating to better relax stresses, especially when the silicon in the bonding coating oxidizes to form a thermal growth oxide. Therefore, such a bonding coating is less likely to degrade by a “dome cracking” type phenomenon. In other words, the present coating allows the relaxation of local stresses that can appear at the interface between the barrier coating and the bonding coating, by creep of the bonding coating.

Par ailleurs, le revêtement d’accrochage dopé au bore flue de manière moins importante à haute température (supérieure à 1000°C), comparé aux revêtements d’accrochages connus. Par conséquent, un tel revêtement d’accrochage est moins susceptible de se dégrader par un phénomène de type « centrifigation ».Furthermore, the boron-doped bonding coating creeps less significantly at high temperatures (above 1000°C) compared to known bonding coatings. Therefore, such a bonding coating is less likely to degrade by a “centrifugation” type phenomenon.

On comprend que le revêtement d’accrochage dopé au bore est plus résistant aux modes de ruine que sont le « dome cracking » et la « centrifugation ». Ainsi, la pièce revêtue présente une meilleure robustesse que les pièces revêtues connues aux températures de fonctionnement d’une turbomachine. Dans ces circonstances, la durée de vie de la pièce revêtue est augmentée.It is understood that the boron-doped bonding coating is more resistant to the failure modes of dome cracking and centrifugation. Thus, the coated part has better robustness than known coated parts at the operating temperatures of a turbomachine. Under these circumstances, the service life of the coated part is increased.

Dans certains modes de réalisation, le taux de dopage du silicium dopé du revêtement d’accrochage est compris entre 0,05% et 0,5% atomique.In some embodiments, the doping rate of the doped silicon of the bonding coating is between 0.05% and 0.5 atomic%.

Dans certains modes de réalisation, le taux de dopage du silicium dopé du revêtement d’accrochage est compris entre 0,1% et 0,2% atomique.In some embodiments, the doping rate of the doped silicon of the bonding coating is between 0.1% and 0.2 atomic%.

Un dopage au bore prévu dans les plages ci-dessus permet d’obtenir de meilleures propriétés pour le revêtement d’accrochage. En particulier, ces plages préférentielles de dopages garantissent un bon compromis de propriétés pour le revêtement d’accrochage. En effet, le revêtement d’accrochage présente alors un fluage suffisant aux alentours de 800°C et un fluage faible au-delà de 1000°C.Boron doping within the above ranges provides better properties for the bonding coating. In particular, these preferred doping ranges ensure a good compromise of properties for the bonding coating. Indeed, the bonding coating then exhibits sufficient creep at around 800°C and low creep above 1000°C.

Dans certains modes de réalisation, le revêtement d’accrochage est déposé sur le substrat par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur.In some embodiments, the bonding coating is deposited on the substrate by a chemical vapor deposition method.

L’utilisation d’une méthode CVD facilite la maîtrise du dopage du revêtement d’accrochage. Par ailleurs, cette méthode est facilement industrialisable. En effet, cette méthode est adaptée aux géométries complexes et est donc plus favorable à l’industrialisation, particulièrement pour les pièces complexes qui ne peuvent pas être obtenues par des méthodes plus simples.The use of a CVD method facilitates the control of the doping of the bonding coating. Furthermore, this method is easily industrializable. Indeed, this method is suitable for complex geometries and is therefore more favorable to industrialization, particularly for complex parts that cannot be obtained by simpler methods.

Dans certains modes de réalisation, le revêtement barrière est déposé sur le revêtement d’accrochage par électrophorèse.In some embodiments, the barrier coating is deposited on the bonding coating by electrophoresis.

L’utilisation d’une telle méthode permet d’obtenir un bon compromis entre coût, facilité de mise en œuvre et propriétés du revêtement barrière formé. De plus, le procédé par électrophorèse permet d’obtenir des revêtements à forte hermiticité. D’autres méthodes peuvent être envisagées, comme par exemple la projection thermique ou le dépôt vapeur en phase physique.The use of such a method makes it possible to obtain a good compromise between cost, ease of implementation and properties of the barrier coating formed. In addition, the electrophoresis process makes it possible to obtain coatings with high hermiticity. Other methods can be considered, such as thermal projection or physical vapor deposition.

Dans certains modes de réalisation, le revêtement d’accrochage comprend une alternance de premières couches intermédiaires et de deuxièmes couches intermédiaires, les premières couches intermédiaires comprenant du silicium dopé au bore et les deuxièmes couches intermédiaires étant en silicium pur ou en carbure de silicium.In some embodiments, the bonding coating comprises alternating first intermediate layers and second intermediate layers, the first intermediate layers comprising boron-doped silicon and the second intermediate layers being pure silicon or silicon carbide.

Un tel revêtement d’accrochage multicouche permet de diminuer d’avantage le fluage du revêtement d’accrochage à haute température. Par conséquent, la résistance à la corrosion de la pièce revêtue est améliorée.Such a multi-layer bonding coating can further reduce the creep of the bonding coating at high temperature. Therefore, the corrosion resistance of the coated part is improved.

Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.The above-mentioned features and advantages, as well as others, will become apparent from the following detailed description of exemplary embodiments of the proposed device and method. This detailed description refers to the attached drawings.

Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé.The attached drawings are schematic and are intended primarily to illustrate the principles of the presentation.

La représente schématiquement une pièce composite revêtue selon un premier mode de réalisation de l’invention. There schematically represents a composite part coated according to a first embodiment of the invention.

La représente une comparaison des courbes de fluage à 800°C pour différentes pièces présentant différents revêtements d’accrochage. There represents a comparison of creep curves at 800°C for different parts with different bonding coatings.

La représente une comparaison des courbes de fluage à 1000°C pour différentes pièces présentant différents revêtements d’accrochage. There represents a comparison of creep curves at 1000°C for different parts with different bonding coatings.

La représente schématiquement une vue détaillée du revêtement d’accrochage d’une pièce composite revêtue selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. There schematically represents a detailed view of the bonding coating of a composite part coated according to a second embodiment of the invention.

Afin de rendre plus concret l’exposé, un exemple de dispositif est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.In order to make the disclosure more concrete, an example of a device is described in detail below, with reference to the attached drawings. It is recalled that the invention is not limited to these examples.

La représente schématiquement une pièce 10 composite revêtue selon un premier mode de réalisation de l’invention. La pièce 10 comprend un substrat 105, typiquement en carbure de silicium, un revêtement d’accrochage 103 recouvrant au moins en partie le substrat et un revêtement barrière 101 recouvrant au moins en partie le revêtement d’accrochage 103.There schematically represents a composite part 10 coated according to a first embodiment of the invention. The part 10 comprises a substrate 105, typically made of silicon carbide, a bonding coating 103 at least partially covering the substrate and a barrier coating 101 at least partially covering the bonding coating 103.

Selon un exemple de réalisation, le revêtement d’accrochage 103 est obtenu selon un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD, de l’anglais chemical vapor deposition).According to an exemplary embodiment, the bonding coating 103 is obtained using a chemical vapor deposition (CVD) process.

Le substrat 105 est introduit dans un réacteur approprié. Le dépôt chimique en phase vapeur est opéré par l’introduction d’un mélange de précurseurs dans le réacteur selon le tableau suivant.The substrate 105 is introduced into a suitable reactor. The chemical vapor deposition is carried out by introducing a mixture of precursors into the reactor according to the following table.

Espèce chimiqueChemical species H2 H 2 SiHCl3 SiHCl 3 BCl3 BCl 3 Débit (sccm)Flow rate (sccm) 330330 6666 11

Il est rappelé que l’unité sccm désigne un débit exprimé en « standard centimètre cube par minute », qui mesure un débit d’un fluide en centimètre cubes par minute, s’écoulant dans des conditions standards de températures et de pression.It is recalled that the sccm unit designates a flow rate expressed in “standard cubic centimeters per minute”, which measures a flow rate of a fluid in cubic centimeters per minute, flowing under standard temperature and pressure conditions.

Le dépôt sur le substrat s’effectue dans le réacteur à une pression de 5kPa et à une température de 1011°C.The deposition on the substrate is carried out in the reactor at a pressure of 5kPa and at a temperature of 1011°C.

Un revêtement d’accrochage 103 en silicium dopé au bore est ainsi obtenu. Dans les présentes conditions, le taux de dopage est de 0,14% atomique. Le débit de BCl3peut être ajusté pour modifier ce taux de dopage. Plus le débit de BCl3est grand, plus le taux de dopage du revêtement d’accrochage 103 est fort.A boron-doped silicon 103 bonding coating is thus obtained. Under the present conditions, the doping rate is 0.14 atomic %. The BCl 3 flow rate can be adjusted to modify this doping rate. The greater the BCl 3 flow rate, the higher the doping rate of the 103 bonding coating.

Ainsi, en faisant varier le débit de BCl3entre 0,5 et 3 sccm, il est possible de faire varier le taux de dopage du revêtement d’accrochage 103 entre 0,05% et 0,5% atomique.Thus, by varying the flow rate of BCl 3 between 0.5 and 3 sccm, it is possible to vary the doping rate of the 103 bonding coating between 0.05% and 0.5 atomic%.

L’épaisseur du revêtement d’accrochage 103 est comprise entre 2 µm et 30 µm, préférentiellement entre 2 µm et 10 µm.The thickness of the bonding coating 103 is between 2 µm and 30 µm, preferably between 2 µm and 10 µm.

Par ailleurs, sans vouloir se lier à une quelconque théorie, les inventeurs ont constaté que le taux de dopage avait une incidence sur la rugosité de surface du silicium ainsi dopé. En effet, plus le taux de dopage est grand, plus la rugosité de surface est importante.Furthermore, without wanting to be bound by any theory, the inventors found that the doping rate had an impact on the surface roughness of the silicon thus doped. Indeed, the higher the doping rate, the greater the surface roughness.

Le revêtement barrière 101 est un silicate de terre rare. Dans le présent exemple, le revêtement barrière est RE2Si2O7. Le revêtement barrière 101 peut être déposé sur le revêtement d’accroche 103 par projection thermique. D’autres méthodes de dépôt peuvent être envisagées, comme par exemple le dépôt physique en phase vapeur (PVD, de l’anglais physical vapor deposition) notamment le dépôt physique en phase vapeur par faisceau d’électron (de l’anglais eb-PVD), ou l’électrophorèse.The barrier coating 101 is a rare earth silicate. In the present example, the barrier coating is RE 2 Si 2 O 7 . The barrier coating 101 can be deposited on the bonding coating 103 by thermal spraying. Other deposition methods can be envisaged, such as for example physical vapor deposition (PVD), in particular electron beam physical vapor deposition (eb-PVD), or electrophoresis.

La représente une comparaison des courbes de fluage à 800°C pour différentes pièces présentant différents revêtements d’accrochage. La représente une comparaison des courbes de fluage à 1000°C pour différentes pièces présentant différents revêtements d’accrochage. Les références des courbes sont notées dans le tableau suivant.There represents a comparison of creep curves at 800°C for different parts with different bonding coatings. The represents a comparison of creep curves at 1000°C for different parts with different bonding coatings. The curve references are noted in the following table.

Revêtement d’accrochageBonding coating Dopage en Bore (%at)Boron Doping (%at) M1, M2, M3, M4M1, M2, M3, M4 00 M4_0,14%BM4_0.14%B 0,140.14 M4_0,21%BM4_0.21%B 0,210.21 VPSVPS 00

Les différentes appellations M1, M2, M3 et M4 désignent des revêtements d’accrochage test comprenant silicium pur présentant des microstructures différentes. Ces appellations sont consistantes avec les autres appellations : en d’autres termes, M4 et M4_0,14%B présentent la même microstructure pour le silicium. VPS désigne un revêtement d’accrochage selon l’art antérieur.The different designations M1, M2, M3 and M4 designate test bonding coatings comprising pure silicon having different microstructures. These designations are consistent with the other designations: in other words, M4 and M4_0.14%B have the same microstructure for silicon. VPS designates a bonding coating according to the prior art.

On constate sur la que, à 800°C, les revêtements d’accrochages contenant du bore fluent plus que la référence VPS. A l’inverse, on constate que ; à 1000°C, ces revêtements d’accrochage contenant du bore fluent moins que la référence VPS.We see on the that, at 800°C, the bonding coatings containing boron flow more than the VPS reference. Conversely, it is observed that; at 1000°C, these bonding coatings containing boron flow less than the VPS reference.

L’utilisation d’un revêtement d’accroche dopé au bore présente donc un double avantage par rapport au revêtement connu, puisque ses propriétés de fluage à 800°C permettent de limiter le phénomène de « dome cracking » tandis que ses propriétés de résistance au fluage à 1000°C permettent de limiter le phénomène de centrifugation.The use of a boron-doped bonding coating therefore presents a double advantage over the known coating, since its creep properties at 800°C make it possible to limit the phenomenon of “dome cracking” while its creep resistance properties at 1000°C make it possible to limit the phenomenon of centrifugation.

La représente schématiquement une vue détaillée du revêtement d’accrochage 103 d’une pièce composite revêtue selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.There schematically represents a detailed view of the bonding coating 103 of a composite part coated according to a second embodiment of the invention.

Dans ce mode de réalisation, le revêtement d’accrochage 103 comprend une alternance de premières couches intermédiaires 1031 et de deuxièmes couches intermédiaires 1032. Les premières couches intermédiaires 1031 comprennent du silicium dopé au bore. Les premières couches intermédiaires 1031 peuvent être obtenues par le procédé CVD décrit précédemment.In this embodiment, the bonding coating 103 comprises an alternation of first intermediate layers 1031 and second intermediate layers 1032. The first intermediate layers 1031 comprise boron-doped silicon. The first intermediate layers 1031 can be obtained by the CVD method described above.

Les deuxièmes couches intermédiaires 1032 sont en silicium pur ou en carbure de silicium, et peuvent être obtenues par un procédé CVD. Avantageusement, l’alternance des premières et deuxièmes couches intermédiaires 1031, 1032 peut être obtenue par un unique dépôt CVD.The second intermediate layers 1032 are made of pure silicon or silicon carbide, and can be obtained by a CVD process. Advantageously, the alternation of the first and second intermediate layers 1031, 1032 can be obtained by a single CVD deposition.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Although the present invention has been described with reference to specific exemplary embodiments, it is obvious that modifications and changes may be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In particular, individual features of the various illustrated/mentioned embodiments may be combined in additional embodiments. Therefore, the description and drawings are to be considered in an illustrative rather than restrictive sense.

Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.It is also obvious that all the characteristics described with reference to a method are transposable, alone or in combination, to a device, and conversely, all the characteristics described with reference to a device are transposable, alone or in combination, to a method.

Claims (6)

Pièce composite céramique revêtue présentant
un substrat en carbure de silicium,
un revêtement d’accrochage recouvrant le substrat,
un revêtement barrière recouvrant le revêtement d’accrochage,
dans laquelle le revêtement d’accrochage comprend du silicium dopé au bore.
Coated ceramic composite part featuring
a silicon carbide substrate,
a bonding coating covering the substrate,
a barrier coating covering the bonding coating,
wherein the bonding coating comprises boron-doped silicon.
Pièce selon la revendication 1, dans laquelle le taux de dopage du silicium dopé du revêtement d’accrochage est compris entre 0,05% et 0,5% atomique.Part according to claim 1, in which the doping rate of the doped silicon of the bonding coating is between 0.05% and 0.5 atomic%. Pièce selon la revendication 2, dans laquelle le taux de dopage du silicium dopé du revêtement d’accrochage est compris entre 0,1% et 0,2% atomique.Part according to claim 2, in which the doping rate of the doped silicon of the bonding coating is between 0.1% and 0.2 atomic%. Pièce selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le revêtement d’accrochage est déposé sur le substrat par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur.Part according to one of claims 1 to 3, in which the bonding coating is deposited on the substrate by a chemical vapor deposition method. Pièce selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le revêtement barrière est déposé sur le revêtement d’accrochage par électrophorèse.Part according to one of claims 1 to 4, in which the barrier coating is deposited on the bonding coating by electrophoresis. Pièce selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle le revêtement d’accrochage comprend une alternance de premières couches intermédiaires et de deuxièmes couches intermédiaires, les premières couches intermédiaires comprenant du silicium dopé au bore et les deuxièmes couches intermédiaires étant en silicium pur ou en carbure de silicium.Part according to one of claims 1 to 5, in which the bonding coating comprises an alternation of first intermediate layers and second intermediate layers, the first intermediate layers comprising boron-doped silicon and the second intermediate layers being made of pure silicon or silicon carbide.
FR2303149A 2023-03-31 2023-03-31 Coated part comprising a boron-doped bonding coating Pending FR3147274A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2303149A FR3147274A1 (en) 2023-03-31 2023-03-31 Coated part comprising a boron-doped bonding coating
PCT/FR2024/050394 WO2024200966A1 (en) 2023-03-31 2024-03-27 Coated part comprising a boron-doped tie coating

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2303149 2023-03-31
FR2303149A FR3147274A1 (en) 2023-03-31 2023-03-31 Coated part comprising a boron-doped bonding coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3147274A1 true FR3147274A1 (en) 2024-10-04

Family

ID=87800978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2303149A Pending FR3147274A1 (en) 2023-03-31 2023-03-31 Coated part comprising a boron-doped bonding coating

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3147274A1 (en)
WO (1) WO2024200966A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3153487A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-12 General Electric Company Articles with enhanced temperature capability

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3153487A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-12 General Electric Company Articles with enhanced temperature capability

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024200966A1 (en) 2024-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3692011B1 (en) Component protected by an environmental barrier
EP0486347B1 (en) Process for protecting carbon containing composite material from oxidation and material protected thereby
WO2008078024A2 (en) Composite material part with a silicon-containing ceramic matrix protected against corrosion
FR2899226A1 (en) Combustion chamber wall for aeronautical motors, includes composite material substrate with ceramic matrix, exterior layer for anti-corrosion protection, and silicon adhesion underlayer formed between the substrate and the protection layer
EP3565796B1 (en) Part comprising a substrate and an environmental barrier
US11046615B2 (en) Self-healing matrix for a ceramic composite
EP0427629B1 (en) Method of producing a composite material, protected against oxydation, and material obtained by this procedure
FR2671798A1 (en) PROCESS FOR THE ANTI-OXIDATION PROTECTION OF A MATERIAL WHICH, AT LEAST ON THE SURFACE, IS MADE OF A CERAMIC FORMED BY A COMPOUND OF SILICON, AND MATERIAL AS OBTAINED BY THE PROCESS.
EP1636399B1 (en) Coating for a mechanical part, comprising at least one hydrogenated amorphous carbon, and method of depositing one such coating
EP0596779B1 (en) Method and system for protecting an oxidizable material against oxidation
RU2770128C2 (en) Part containing protective coating with gradually changing composition
FR3147274A1 (en) Coated part comprising a boron-doped bonding coating
EP3962879A1 (en) Part made of silicon-based ceramic or cmc and method for producing such a part
FR2714049A1 (en) Improvements made to structural products.
WO2024200977A1 (en) Method for forming a coating by chemical vapour deposition
FR3129394A1 (en) Coating process
FR3128709A1 (en) METHOD FOR DEPOSITING AN ENVIRONMENTAL BARRIER ON A COMPOSITE MATERIAL PART WITH A CERAMIC MATRIX
WO2023237834A1 (en) Coating method
EP4367084A1 (en) Environmental barrier for a substrate comprising free silicon
FR3133853A1 (en) Part in CMC material with pre-cracked environmental barrier for thermomechanical accommodation
WO2023094752A1 (en) Method for electrophoretically coating a ceramic matrix composite part with an environmental barrier
FR2690151A1 (en) Carbon@ bodies resistant to oxidative attack at high temps.

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20241004

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3