環境バリアコーティングおよびＣＭＡＳ緩和能力を有するセラミック構成部品を作製する方法
構成部品を用意するステップと、前記構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであって、前記環境バリアコーティングが、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石、およびそれらの組合せからなる群から選択されるカルシウムマグネシウムアルミノシリケート（ＣＭＡＳ）緩和組成を含む、別個のＣＭＡＳ緩和層を有するステップとを含む、ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態は一般に、環境バリアコーティングおよびＣＭＡＳ緩和能力を有するセラミック構成部品を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンに対するより高い動作温度が、それらの効率を改善するために継続して追及されている。しかし、動作温度が増加するとき、エンジン構成部品の高温耐久力はそれに応じて増加させなければならない。高温性能における重要な進歩が鉄、ニッケル、およびコバルトベースの超合金の配合を介して達成されてきた。超合金はガスタービンエンジンの全てにわたり、特により高い温度区画に使用される構成部品向けに広範な用途を見出してきたが、その一方で代替のより軽量の基板材料が提案されてきた。
【０００３】
セラミック母組織複合材料（ＣＭＣ）は、セラミック母組織相によって取り囲まれる強化材料からなる材料の種類の１つである。そのような材料は、特定のモノリシックセラミック（すなわち強化材料なしのセラミック材料）と共に、現在より高い温度用途のために使用されている。これらのセラミック材料を使用することによって、タービン構成部品の重量を減少させることができ、それにも関わらず強度および耐久力を維持することができる。さらに、そのようなセラミック材料は金属より高い温度性能を有することができるので、かなりの冷却空気の節約を実現することができ、これがタービンエンジンの効率を増加させる。したがってそのような材料は、これらの材料が提供することができるより軽い重量およびより高い温度性能から利益を得るであろう、エーロフォイル（例えばタービン、およびベーン）、燃焼器、シュラウド、および他の同様な構成部品などの、ガスタービンエンジンのより高い温度区画に使用される多くのガスタービン構成部品について現在検討されている。
【０００４】
ＣＭＣおよびモノリシックセラミック構成部品は、高温エンジン区画の厳しい環境からそれらを守るために環境バリアコーティング（ＥＢＣ）でコーティングすることができる。ＥＢＣは、高温燃焼環境内の腐食性ガスに対する厚い、密封シールを与えることができる。ドライの、高温環境状態では、ケイ素ベースの（非酸化物）ＣＭＣおよびモノリシックセラミックは、保護的な酸化ケイ素スケールを形成するように酸化を受ける。しかし、この酸化ケイ素は、ガスタービンエンジン内に存在するものなどの高温の蒸気と急速に反応し、揮発性のケイ素種を形成する。この酸化／揮発工程は結果として、エンジン構成部品の寿命にわたる顕著な材料損失、またはリセッションになる可能性がある。このリセッションは、酸化アルミニウムが同様に揮発性のアルミニウム種を形成するように高温蒸気と反応するので、酸化アルミニウムを含むＣＭＣおよびモノリシックセラミック構成部品内でも起きる。
【０００５】
最近、ＣＭＣおよびモノリシックセラミック構成部品に使用されるほとんどのＥＢＣは、一般に接合コーティング層と、この接合コーティング層に付着された少なくとも１つの移行層と、この移行層に付着された任意選択の外層を含む３層のコーティングシステムから構成される。任意選択で、シリカ層を接合コーティング層と隣接する移行層の間に存在させることができる。これらの層は一緒に、ＣＭＣまたはモノリシックセラミック構成部品のための環境保護を与えることができる。
【０００６】
より具体的には、この接合コーティング層はケイ素を含むことができ、一般に約１２．７μｍ（０．５ミル）から約１５２．４μｍ（６ミル）の厚さを有することができる。ケイ素ベースの非酸化物ＣＭＣおよびモノリシックセラミックについては、この接合コーティング層は、基板の酸化を防止するための酸化バリアとしての役目を果たす。このシリカ層は接合コーティング層に付着させることができ、または別法として、接合コーティング層上に自然に、または意図的に形成させることができる。移行層は通常、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、希土類ジシリケート（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｄｉｓｉｌｉｃａｔｅ）、およびそれらの様々な組合せを備えることができ、一方任意選択の外層は、ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｍｏｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せを備えることができる。各層が約２５．４μｍ（０．１ミル）から約１５２．４μｍ（６ミル）の厚さを有する、１層から３層の移行層が存在することができ、任意選択の外層は、約２５．４μｍ（０．１ミル）から約１０１６μｍ（４０ミル）の厚さを有することができる。
【０００７】
移行層および外層の各々は、異なる空隙率を有することができる。約１０％以下の空隙率のところでは、燃焼環境内の高温ガスに対する密封シールを形成することができる。約１０％から約４０％の空隙率では、この層は機械的な完全性を提示することができるが、高温ガスはこのコーティング層を貫通し、下にあるＥＢＣを損傷させる可能性がある。移行層または外層のうちの少なくとも１つが密封性であることが必要であるが、コーティング材料と基板の間の任意の熱膨張不整合によって誘起される機械的な応力を緩和するために、より高い空隙率範囲のいくつかの層を有することが有益である可能性がある。
【０００８】
残念ながら、ＣＭＡＳの堆積がガスタービンエンジンのより高い温度区画内に配置される、特に燃焼器およびタービン区画内に配置される、構成部品上に形成されるのが観察されてきた。これらのＣＭＡＳ堆積は、遮熱コーティングの寿命に対して有害な影響を有することが示されてきており、ＢＳＡＳとＣＭＡＳは高温で、すなわちＣＭＡＳの溶融点（ほぼ１１５０℃から１６５０℃）より上で化学的に相互作用することが知られている。ＢＳＡＳとＣＭＡＳの相互作用によって形成されるこの反応副生成物は、ＥＢＣに対して有害であり、ならびに高温の蒸気の存在中で揮発しやすい可能性があることも知られている。そのような揮発は結果として、コーティング材料およびその下にある構成部品の保護の喪失になる可能性がある。したがって、存在するＣＭＡＳがＥＢＣと相互作用し、それによって構成部品の性能ならびに構成部品の寿命を損なうことが予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第２００６／２８０９５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、環境バリアコーティングおよびＣＭＡＳ緩和能力を有するセラミック構成部品を作製する方法が依然として求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書での実施形態は一般に、構成部品を用意するステップと、この構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであって、この環境バリアコーティングが亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石、およびそれらの組合せからなる群から選択されるＣＭＡＳ緩和組成を含む、別個のＣＭＡＳ緩和層を備えるステップとを含む、ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法に関する。
【００１２】
本明細書での実施形態は一般に、構成部品を用意するステップと、この構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであって、この環境バリアコーティングが一体化したＣＭＡＳ緩和層を備え、この一体化したＣＭＡＳ緩和層が、ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つの外層材料と、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類没食子酸塩、希土類ホスフェート、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート、希土類アルミネート、およびそれらの組合せからなる群から選択されるＣＭＡＳ緩和組成とを含むステップとを含む、ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法にも関する。
【００１３】
本明細書での実施形態は一般に、構成部品を用意するステップと、この構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであって、この環境バリアコーティングが、ケイ素を含む接合コーティング層と、任意選択のシリカ層と、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、およびそれらの組合せからなる群から選択される組成を含む、少なくとも１つの移行層と、ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される外層材料を含む任意選択の外層と、ＣＭＡＳ緩和組成とを含むステップとを含む、ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法であって、このＣＭＡＳ緩和組成が別個のＣＭＡＳ緩和層として含まれるとき、このＣＭＡＳ緩和組成が、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石およびそれらの組合せからなる群から選択され、このＣＭＡＳ緩和組成が少なくとも１つの外層材料をさらに含む一体化したＣＭＡＳ緩和層として含まれるとき、このＣＭＡＳ緩和組成が、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類没食子酸塩、希土類ホスフェート、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート、希土類アルミネート、およびそれらの組合せからなる群から選択される方法にも関する。
【００１４】
これらのおよび他の特徴、態様および利点は、当業者に以下の開示から明らかになるであろう。
【００１５】
本明細書は、本発明を特に指摘し、はっきりと特許請求する特許請求の範囲によって完結するが、本明細書に記載される実施形態は、同様な参照番号が同様な要素を特定する、添付の図面を参照する以下の説明からより良く理解されると思われる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本明細書の記載による、環境バリアコーティングの一実施形態の概略横断面図である。
【図２】本明細書の記載による、別個のＣＭＡＳ緩和層を有する環境バリアコーティングの一実施形態の概略横断面図である。
【図３】本明細書の記載による、一体化したＣＭＡＳ緩和層を有する環境バリアコーティングの一実施形態の概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に記載される実施形態は一般に、環境バリアコーティングおよびＣＭＡＳ緩和能力を有するセラミック構成部品を作製する方法に関する。本明細書に記載されるＣＭＡＳ緩和組成は、ＣＭＣを備える基板用のＥＢＣ、およびモノリシックセラミックと共に使用するのに適していることができる。
【００１８】
本明細書で使用されるとき、「ＣＭＣ」はケイ素含有の、または酸化物−酸化物の母組織および強化材料を意味する。本明細書で使用するのに受け入れ可能なＣＭＣのうちのいくつかの実例としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、およびそれらの混合物などの非酸化物ケイ素ベースの材料を含む母組織および強化繊維を有する材料を含むことができるが、これらに限定されるべきではない。実例としては、炭化ケイ素母組織および炭化ケイ素繊維と、窒化ケイ素母組織および炭化ケイ素繊維と、炭化ケイ素／窒化ケイ素母組織混合物および炭化ケイ素繊維とを有するＣＭＣが含まれるが、これらに限定されない。さらに、ＣＭＣは酸化物セラミックからなる母組織および強化繊維を有することができる。
【００１９】
具体的には、酸化物−酸化物ＣＭＣは、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、アルミノシリケート、およびそれらの混合物などの酸化物ベースの材料を含む母組織および強化繊維から構成することができる。アルミノシリケートは、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2）などの結晶質材料、ならびにガラス質のアルミノシリケートを含むことができる。
【００２０】
本明細書で使用されるとき、「モノリシックセラミック」は、炭化ケイ素のみ、窒化ケイ素のみ、アルミナのみ、シリカのみ、またはムライトのみを含む材料を意味する。本明細書では、ＣＭＣおよびモノリシックセラミックは集合的に「セラミック」と呼ばれる。
【００２１】
本明細書で使用されるとき、用語「（複数の）バリアコーティング」は、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）を意味する。本明細書ではこのバリアコーティングは、ガスタービンエンジン内に存在するものなどの、高温環境内にあるセラミック基板構成部品１０の上に使用するのに適していることができる。「基板構成部品」または単に「構成部品」は、本明細書で定義されるような「セラミック」から作られる構成部品を意味する。
【００２２】
より具体的にはＥＢＣ１２は、図１に全体的に示すように、一般にケイ素接合コーティング層１４と、接合コーティング層１４に隣接する任意選択のシリカ層１５と、接合コーティング層１４（または存在する場合シリカ層１５）に隣接する少なくとも１つの移行層１６と、移行層１６に隣接する任意選択の外層１８と、移行層１６（または存在する場合外層１８）に隣接する任意選択の磨耗性の層２２とを備える、任意の既存の環境バリアコーティングシステムを一般に備えることができる。前に本明細書で定義したように、「移行層」１６は、ムライト、ＢＳＡＳ、希土類ジシリケート、およびそれらの様々な組合せのうちの任意のものを意味し、一方「外層」１８は、他に特段の指摘がない限り、（本明細書で集合的に「希土類シリケート」と呼ばれる）ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せの「外層材料」のうちの任意のものを意味する。
【００２３】
接合コーティング層１４、任意選択のシリカ層１５、移行層１６、任意選択の外層１８、および任意選択の磨耗性の層２２は、当業者に知られている従来方法を使用して作ることができ、本明細書で以下に説明するように付着させることができる。
【００２４】
既存のＥＢＣと異なりかつ前に記載した層に加えて、本実施形態は、高温エンジン環境内でのＣＭＡＳとの反応に起因する劣化からＥＢＣを保護するのに役立つＣＭＡＳ緩和組成も含む。そのようなＣＭＡＳ緩和組成は、本明細書で以下に定義するように、既存のＥＢＣシステムの頂部上の別個のＣＭＡＳ緩和層として、または一体化したＣＭＡＳ緩和層として存在することができる。
【００２５】
図２に示すように、ＣＭＡＳ緩和層が既存のシステムの頂部の別個のＣＭＡＳ緩和層２０としてＥＢＣ内に含まれるとき、「別個のＣＭＡＳ緩和層」２０は、亜鉛アルミネートスピネル（ＺｎＡｌ2Ｏ4）、アルカリ土類ジルコネート（ＡｅＺｒＯ3）、アルカリ土類ハフネート（ＡｅＨｆＯ3）、希土類アルミネート（Ｌｎ3Ａｌ5Ｏ12、Ｌｎ4Ａｌ2Ｏ9）、希土類没食子酸塩（Ｌｎ3Ｇａ5Ｏ12、Ｌｎａ4Ｇａ2Ｏ9）、緑柱石、およびそれらの組合せから選択される組成を意味する。
【００２６】
本明細書で使用されるとき、「Ａｅ」はマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、およびそれらの混合物のアルカリ土類元素を示す。それに加えて本明細書にわたり使用されるとき、「Ｌｎ」はスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびそれらの混合物の希土類元素を意味し、一方「Ｌｎａ」は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、およびそれらの混合物の希土類元素を意味する。一実施形態では、ＣＭＡＳ緩和層２０は約４０％までの空隙率を有することができ、別の実施形態では約１０％より少ない空隙率を有することができる。
【００２７】
限定ではなく例示として、別個のＣＭＡＳ緩和層２０を含むとき、ＥＢＣは以下のアーキテクチャ、すなわちケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト−ＢＳＡＳ移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、および任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、ＢＳＡＳ移行層１６と、希土類ジシリケート移行層１６と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、ＢＳＡＳ移行層１６と、希土類ジシリケート移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、ＢＳＡＳ移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャのうちの１つを備えることができる。
【００２８】
前述の実例では、任意選択の磨耗性の層２２は、別個のＣＭＡＳ緩和層２０、希土類ジシリケート（Ｌｎ2Ｓｉ2Ｏ7）、またはＢＳＡＳ内に存在するのと同じ材料を含むことができる。この磨耗性の層は、約５０％までの空隙率を備える高度に多孔性の層であることができ、または（約１０％未満の空隙率の）密な、または（約５０％までの空隙率の）多孔性のパターン化したリッジから構成することができる。磨耗性の層２２は、隣接する、回転するエンジン構成部品からの衝突に際して磨耗することができる。エネルギーが磨耗性のコーティング内に吸収されることが、隣接する、回転するエンジン構成部品が損傷を被るのを防止する助けとなり得る。例えば一実施形態では、このＥＢＣ足す磨耗性の層は、ＣＭＣシュラウド上に存在することができる。シュラウドとの狭い隙間を有する隣接する回転ブレードは、結果として衝突事象を引き起こす可能性がある。磨耗性の層２２が存在することによって、回転ブレードに対する損傷を防止する助けとなり得る。
【００２９】
図３に示すようにかつ前に説明したように、代替でＣＭＡＳ緩和層を一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０として含むことができる。この場合には、「一体化したＣＭＡＳ緩和層」１２０は、外層材料のうちの任意のものと組み合わされたＣＭＡＳ緩和組成を備える層を意味する。より具体的には、このＣＭＡＳ緩和組成を、外層材料内の不連続に分散した難溶性粒子として、または外層材料内の粒界相としてのいずれかで含むことができる。前に定義したように、この「外層材料」は、ＢＳＡＳ、希土類シリケート、またはそれらの組合せのうちの任意のものを含むことができる。
【００３０】
本明細書で使用されるとき、「一体化したＣＭＡＳ緩和層」１２０は、亜鉛アルミネートスピネル（ＺｎＡｌ2Ｏ4）、アルカリ土類ジルコネート（ＡｅＺｒＯ3）、アルカリ土類ハフネート（ＡｅＨｆＯ3）、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類アルミネート（Ｌｎ3Ａｌ5Ｏ12、Ｌｎ4Ａｌ2Ｏ9）、希土類没食子酸塩（Ｌｎ3Ｇａ5Ｏ12、Ｌｎａ4Ｇａ2Ｏ9）、希土類ホスフェート（ＬｎＰＯ4）、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート（ＡｅＡｌ12Ｏ19、ＡｅＡｌ4Ｏ9）、希土類アルミネート（Ｌｎ3Ａｌ5Ｏ12およびＬｎ4Ａｌ2Ｏ9）、およびそれらの組合せから選択されるＣＭＡＳ緩和組成の添加を有する外層材料のうちの任意のものを含むことができる。
【００３１】
限定ではなく例示として、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０を有するＥＢＣは、以下のアーキテクチャ、すなわちケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト−ＢＳＡＳ移行層１６と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト移行層１６と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト−ＢＳＡＳ移行層１６と、ＢＳＡＳ外層１８と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト移行層１６と、ＢＳＡＳ外層１８と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、ＢＳＡＳ外層１８と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャのうちの１つを備えることができる。
【００３２】
ＣＭＡＳ緩和層を有するＥＢＣの特別なアーキテクチャに関わらず、この構成部品は全ての所望の層を作り出すために当業者に知られた従来方法を使用してコーティングし、（複数の）ＣＭＡＳ緩和組成を別個の層、粒界相、または不連続の、分散した難溶性粒子のいずれかとして選択的に配置することができる。そのような従来方法は一般に、プラズマ溶射、高速プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、液相プラズマ溶射、懸濁液プラズマ溶射、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、電子ビーム物理的気相成長法（ＥＢＰＶＤ）、浸漬、溶射、テープキャスティング、圧延、および塗装などのゾル−ゲル、スパッタリング、スラリー方法、およびこれらの方法の組合せを含むことができるが、これらに限定されるべきではない。コーティングされた後、この基板構成部品は乾燥し、従来方法またはマイクロ波焼結、レーザー焼結または赤外線焼結などのこれまでにない方法のいずれかを使用して焼結させることができる。磨耗性の層が存在しない場合は、別個であろうがまたは一体化したものであろうが、このＣＭＡＳ緩和層はＥＢＣの最外層であることができる。
【００３３】
より具体的には、難溶性粒子の外層内への分散は、バリアコーティングを堆積させるために選ばれる方法に応じて様々な方法によって行うことができる。プラズマ溶射方法については、任意の外層材料の粒子をコーティング堆積前にＣＭＡＳ緩和難溶性粒子と混合させることができる。混合は、外層材料と難溶性粒子を液体なしで混ぜ合わせる、または外層材料と難溶性粒子のスラリーを混合させることからなることができる。次いでドライ粒子またはスラリーは、ローラーミル、プラネタリーミル、ブレンダー、パドルミキサー、超音波ホーン、または当業者に知られている任意の他の方法を使用して機械的にかき混ぜることができる。スラリー方法については、スラリー内に分散した難溶性粒子は、スラリーの堆積された層の乾燥および焼結後、コーティング内の分散した粒子になるであろう。
【００３４】
微細構造内に不連続の、難溶性粒子を維持するために、スラリー内のＣＭＡＳ緩和難溶性粒子の平均粒子サイズは約２０ｎｍより大きくすることができ、一実施形態ではサイズで約２００ｎｍから約１０μｍである。この難溶性粒子は、層の容積で約１％から約６０％を含み、残りは外層材料、または外層材料と空隙であることができる。
【００３５】
ＣＭＡＳ緩和粒界相は、粒子コーティング方法およびスラリー方法を含む、様々な方法で作り出すことができる。一実例ではこのＣＭＡＳ粒界相は、当業者に知られている従来方法を使用してセラミック基板上に外層材料が堆積させられる前に、（複数の）所望のＣＭＡＳ緩和組成で外層材料の粒子をコーティングすることによって実現することができる。ＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子のコーティングは、流動床反応器内で粒子上への化学的気相成長によって、あるいはＣＭＡＳ緩和組成の前駆体が液相から外層材料粒子の上に堆積され、ＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子の表面上に所望のＣＭＡＳ緩和組成が形成するようにＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子の熱処理が後に続く、溶液（ゾル−ゲル）型式の方法によって行うことができる。ＣＭＡＳ緩和組成を有するＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子が得られた後、当業者に知られた、前に説明した方法のうちの任意のものを使用して、この基板構成部品をコーティングし、乾燥し、焼結することができる。最終的に、ＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子上のＣＭＡＳ緩和組成の表面層は、コーティング内の粒界相になる。これらの場合には、粒界相を形成させるために、難溶性粒子は約１００ｎｍ未満の平均サイズを有することができる。粒界粒子が約１００ｎｍより大きい場合は、それらは粒界相を形成せずに前に説明したように外層内に分散するであろう。粒界粒子が約１００ｎｍより大きい場合は、それらは粒界相として役立たずに、前に説明したように外層内に分散するであろう。
【００３６】
一実施形態では、このゾル−ゲル溶液は可溶性塩からなる水性溶液であることができ、一方別の実施形態では、このゾル−ゲル溶液は、有機塩を含有する有機溶媒溶液であることができる。本明細書で使用されるとき、「可溶性塩」は、アルカリ土類ニトレート（ａｌｋａｌｉｎｅ ｅａｒｔｈ ｎｉｔｒａｔｅ）、アルカリ土類アセテート（ａｌｋａｌｉｎｅ ｅａｒｔｈ ａｃｅｔａｔｅ）、アルカリ土類塩化物（ａｌｋａｌｉｎｅ ｅａｒｔｈ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、希土類ニトレート、希土類アセテート、希土類塩化物、硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、アンモニウムホスフェート（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、リン酸、ポリビニルリン酸（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、ガリウムニトレート（ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ）、ガリウムアセテート（ｇａｌｌｉｕｍ ａｃｅｔａｔｅ）、塩化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛、塩化亜鉛、オキシ塩化ジルコニウム（ｚｉｒｃｏｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ジルコニウムニトレート（ｚｉｒｃｏｎｙｌ ｎｉｔｒａｔｅ）、アンモニウムタンタルシュウ酸塩（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｔａｎｔａｌｕｍ ｏｘａｌａｔｅ）、アンモニウムニオビウムシュウ酸塩（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｎｉｏｂｉｕｍ ｏｘａｌａｔｅ）、ベリリウムニトレート、ベリリウムアセテート、塩化ベリリウム、塩化ハフニウム、オキシ塩化ハフニウム水和物（ｈａｆｎｉｕｍ ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ ｈｙｄｒａｔｅ）、およびそれらの組合せを含むことができるが、これらに限定されない。
【００３７】
本明細書で使用されるとき「有機溶媒」は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、アセトン、メチルイソブチルケトン（ｍｅｔｈｙｌ ｉｓｏｂｕｔｙｌ ｋｅｔｏｎｅ）（ＭＩＢＫ）、メチルエチルケトン（ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｙｌ ｋｅｔｏｎｅ）（ＭＥＫ）、トルエン、ヘプタン（ｈｅｐｔａｎｅ）、キシレン（ｘｙｌｅｎｅ）、またはそれらの組合せを含むことができる。本明細書で使用されるとき「有機塩」は、アルミニウムブトキシド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、アルミニウムジ−ｓ−ブトキシドエチルアセトアセテート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｄｉ−ｓ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ ｅｔｈｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ）、アルミニウムジイソプロプオキサイドエチルアセトアセテート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｄｉｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ ｅｔｈｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ）、アルミニウムエトキシド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、アルミニウムエトキシエトキシエトキシド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、アルミニウム３、５ヘプタンジオネート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、アルミニウムイソプロプオキサイド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、アルミニウム９−オクタデセニルアセトアセテートジイソプロプオキサイド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ９−ｏｃｔａｄｅｃｅｎｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ ｄｉｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、アルミニウム２、４ペンタンジオネート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、アルミニウムペンタンジオネートビス（エチルアセトアセテート）（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ ｂｉｓ（ｅｔｈｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ））、アルミニウム２、２、６、６−テトラメチル３、５−ヘプタンジオネート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙ３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、およびアルミニウムフェノール塩（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｈｅｎｏｘｉｄｅ）、ガリウム８−ハイドロキシキノリネート（ｇａｌｌｉｕｍ ８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｅ）、ガリウム２、４−ペンタンジオネート（ｇａｌｌｉｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ガリウムエトキシド（ｇａｌｌｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、ガリウムイソプロプオキサイド（ｇａｌｌｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、およびガリウム２、２、６、６−テトラメチルヘプタンジオネート（ｇａｌｌｉｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、カルシウムイソプロプオキサイド（ｃａｌｃｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、カルシウムメトキシエトキシド（ｃａｌｃｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、カルシウムメトキシド（ｃａｌｃｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｉｄｅ）、カルシウムエトキシド（ｃａｌｃｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、ストロンチウム イソプロプオキサイド（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ストロンチウムメトキシプロプオキサイド（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ストロンチウム２、４−ペンタンジオネート（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ストロンチウム２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンジオネート（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、マグネシウムエトキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、マグネシウムメトキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｉｄｅ）、マグネシウムメトオキシエトキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、マグネシウム２、４−ペンタンジオネート（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、マグネシウムｎ−プロプオキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｎ−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、バリウムイソプロプオキサイド（ｂａｒｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、バリウムメトオキシプロプオキシド（ｂａｒｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、バリウム２、４−ペンタンジオネート（ｂａｒｉｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、バリウム２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンジオネート（ｂａｒｉｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３、５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、希土類メトオキシエトキシド（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、希土類イソプロプオキサイド（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、希土類２、４−ペンタンジオネート（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、亜鉛Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエトキシド（ｚｉｎｃ Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｅｔｈｏｘｉｄｅ）、亜鉛８−ヒドロキシキノリネート（ｚｉｎｃ ８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｅ）、亜鉛メトキシエトキシド（ｚｉｎｃ ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、亜鉛２、４−ペンタンジアネート（ｚｉｎｃ ２，４−ｐｅｎｔａｅｄｉａｎｏｔｅ）、亜鉛２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンジアネート（ｚｉｎｃ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉａｎａｔｅ）、ジルコニウムブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムジブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムジイソプロプオキサイド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムジメタクリレートジブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ ｄｉｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムエトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム２−エチルヘキソキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム３、５−ヘプタンジアネート（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ジルコニウムイソプロプオキサイド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムメタクリルオキシエチルアセトアセテートトリ−ｎ−ブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｘｙｅｔｈｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ ｔｒｉ−ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム２−メチル−２−ブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｂｕｔｏｘｉｅ）、ジルコニウム２−メトオキシメチルｌ−２−プロポキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２−ｍｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム２、４−ペンタンジオネート（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２、４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ジルコニウムｎ−プロポキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｎ−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム２、２、６、６−テトラメチル−３、５−へプタンジアネート（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ハフニウムｎ−ブトキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ハフニウムｔ−ブトキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ｔ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ハフニウムジ−ｎ−ブトキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ｄｉ−ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ハフニウムエトキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、ハフニウム２−エチルヘキソキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｉｄｅ）、ハフニウム２−メトキシメチル−２−プロポキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ２−ｍｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ハフニウム２、４−ペンタンジオネート（ｈａｆｎｉｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ハフニウムテトラメチルヘプタンジオネート（ｈａｆｎｉｕｍ ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ニオブＶｎ−ブトキシド（ｎｉｏｂｉｕｍ Ｖ ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ニオブＶエトキシド（ｎｉｏｂｉｕｍ Ｖ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、タンタルＶｎ−ブトキシド（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、タンタルＶエトキシド（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、タンタルＶイソプロプオキサイド（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、タンタルＶメトキシド（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｍｅｔｈｏｘｉｄｅ）、タンタルテトラエトキシドジメチルアミノエトキシド（ｔａｎｔａｌｕｍ ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｉｄｅ ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｅｔｈｏｘｉｄｅ）、タンタルＶテトラエトキシドペンタンジオネート（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｉｄｅ ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ポリビニルホスホン酸（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、およびそれらの組合せを含むことができる。
【００３８】
ＣＭＡＳ緩和組成が既存のＥＢＣシステムの頂部に別個の緩和層として存在するか、または一体化した緩和層（例えば不連続の分散した難溶性粒子、または粒界相）として存在するかに関わらず、この利益は同じである。すなわちＣＭＡＳ緩和組成は、高温エンジン環境内でＣＭＡＳとの反応に起因する劣化からＥＢＣを保護するのに役立つ。より具体的には、ＣＭＡＳ緩和組成は、蒸気内で急速に揮発する２次層を形成する可能性のある、ＣＭＡＳのバリアコーティングとの反応を阻止するまたは減速させるのを助けることができる。それに加えＣＭＡＳ緩和組成は、バリアコーティングを貫通する粒界に沿った、非酸化物の、ケイ素ベースの基板内へのＣＭＡＳの浸透を防止するまたは減速させるのを助けることができる。窒化ケイ素および炭化ケイ素などの基板とのＣＭＡＳの反応は、それぞれ窒素含有ガスおよび炭素質のガスを発生させる。このガス発生による圧力は結果として、ＥＢＣコーティング内の膨れ形成になる。これらの膨れは容易に、先ず第一にＥＢＣによって形成される水蒸気に対する密封シールを破り、破壊する。
【００３９】
ＣＭＡＳ緩和組成の存在は、ＥＢＣへの溶融シリケートの攻撃を阻止または減速させるのを助けることができ、それによってＥＢＣが高温蒸気内でＣＭＣを腐食性の攻撃からシールするその機能を実行するのが可能になる。さらにＣＭＡＳ緩和組成は、ＣＭＡＳが蒸気と反応する場合、蒸気−揮発性の２次層を形成するように、蒸気リセッションを受けやすい可能性のあるＣＭＣおよびＥＢＣの任意の層ものリセッションを阻止する助けとなることができる。蒸気リセッションに起因するセラミック構成部品の寸法変化は、タービンエンジン用途での構成部品の寿命および／または機能性を制限する可能性がある。したがってＣＭＡＳ緩和層は、バリアコーティングがその機能性を実行するのを可能にするために重要であり、それによってＣＭＣ構成部品は、適切に、その意図された時間範囲で機能するのが可能になる。
【００４０】
本明細書は、最良の形態を含めた実施例を使用して、本発明を開示し、かつ任意の当業者が本発明を製造し、使用することができるようにしている。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い浮かぶ他の実例も含むことができる。そのような他の実例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的に相違のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１０ セラミック基板構成部品
１２ ＥＢＣ
１４ ケイ素接合コーティング層
１５ シリカ層
１６ 移行層
１８ 外層
２０ ＣＭＡＳ緩和層
２２ 磨耗性の層
１２０ 一体化したＣＭＡＳ緩和層
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態は一般に、環境バリアコーティングおよびＣＭＡＳ緩和能力を有するセラミック構成部品を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンに対するより高い動作温度が、それらの効率を改善するために継続して追及されている。しかし、動作温度が増加するとき、エンジン構成部品の高温耐久力はそれに応じて増加させなければならない。高温性能における重要な進歩が鉄、ニッケル、およびコバルトベースの超合金の配合を介して達成されてきた。超合金はガスタービンエンジンの全てにわたり、特により高い温度区画に使用される構成部品向けに広範な用途を見出してきたが、その一方で代替のより軽量の基板材料が提案されてきた。
【０００３】
セラミック母組織複合材料（ＣＭＣ）は、セラミック母組織相によって取り囲まれる強化材料からなる材料の種類の１つである。そのような材料は、特定のモノリシックセラミック（すなわち強化材料なしのセラミック材料）と共に、現在より高い温度用途のために使用されている。これらのセラミック材料を使用することによって、タービン構成部品の重量を減少させることができ、それにも関わらず強度および耐久力を維持することができる。さらに、そのようなセラミック材料は金属より高い温度性能を有することができるので、かなりの冷却空気の節約を実現することができ、これがタービンエンジンの効率を増加させる。したがってそのような材料は、これらの材料が提供することができるより軽い重量およびより高い温度性能から利益を得るであろう、エーロフォイル（例えばタービン、およびベーン）、燃焼器、シュラウド、および他の同様な構成部品などの、ガスタービンエンジンのより高い温度区画に使用される多くのガスタービン構成部品について現在検討されている。
【０００４】
ＣＭＣおよびモノリシックセラミック構成部品は、高温エンジン区画の厳しい環境からそれらを守るために環境バリアコーティング（ＥＢＣ）でコーティングすることができる。ＥＢＣは、高温燃焼環境内の腐食性ガスに対する厚い、密封シールを与えることができる。ドライの、高温環境状態では、ケイ素ベースの（非酸化物）ＣＭＣおよびモノリシックセラミックは、保護的な酸化ケイ素スケールを形成するように酸化を受ける。しかし、この酸化ケイ素は、ガスタービンエンジン内に存在するものなどの高温の蒸気と急速に反応し、揮発性のケイ素種を形成する。この酸化／揮発工程は結果として、エンジン構成部品の寿命にわたる顕著な材料損失、またはリセッションになる可能性がある。このリセッションは、酸化アルミニウムが同様に揮発性のアルミニウム種を形成するように高温蒸気と反応するので、酸化アルミニウムを含むＣＭＣおよびモノリシックセラミック構成部品内でも起きる。
【０００５】
最近、ＣＭＣおよびモノリシックセラミック構成部品に使用されるほとんどのＥＢＣは、一般に接合コーティング層と、この接合コーティング層に付着された少なくとも１つの移行層と、この移行層に付着された任意選択の外層を含む３層のコーティングシステムから構成される。任意選択で、シリカ層を接合コーティング層と隣接する移行層の間に存在させることができる。これらの層は一緒に、ＣＭＣまたはモノリシックセラミック構成部品のための環境保護を与えることができる。
【０００６】
より具体的には、この接合コーティング層はケイ素を含むことができ、一般に約１２．７μｍ（０．５ミル）から約１５２．４μｍ（６ミル）の厚さを有することができる。ケイ素ベースの非酸化物ＣＭＣおよびモノリシックセラミックについては、この接合コーティング層は、基板の酸化を防止するための酸化バリアとしての役目を果たす。このシリカ層は接合コーティング層に付着させることができ、または別法として、接合コーティング層上に自然に、または意図的に形成させることができる。移行層は通常、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、希土類ジシリケート（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｄｉｓｉｌｉｃａｔｅ）、およびそれらの様々な組合せを備えることができ、一方任意選択の外層は、ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｍｏｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せを備えることができる。各層が約２５．４μｍ（０．１ミル）から約１５２．４μｍ（６ミル）の厚さを有する、１層から３層の移行層が存在することができ、任意選択の外層は、約２５．４μｍ（０．１ミル）から約１０１６μｍ（４０ミル）の厚さを有することができる。
【０００７】
移行層および外層の各々は、異なる空隙率を有することができる。約１０％以下の空隙率のところでは、燃焼環境内の高温ガスに対する密封シールを形成することができる。約１０％から約４０％の空隙率では、この層は機械的な完全性を提示することができるが、高温ガスはこのコーティング層を貫通し、下にあるＥＢＣを損傷させる可能性がある。移行層または外層のうちの少なくとも１つが密封性であることが必要であるが、コーティング材料と基板の間の任意の熱膨張不整合によって誘起される機械的な応力を緩和するために、より高い空隙率範囲のいくつかの層を有することが有益である可能性がある。
【０００８】
残念ながら、ＣＭＡＳの堆積がガスタービンエンジンのより高い温度区画内に配置される、特に燃焼器およびタービン区画内に配置される、構成部品上に形成されるのが観察されてきた。これらのＣＭＡＳ堆積は、遮熱コーティングの寿命に対して有害な影響を有することが示されてきており、ＢＳＡＳとＣＭＡＳは高温で、すなわちＣＭＡＳの溶融点（ほぼ１１５０℃から１６５０℃）より上で化学的に相互作用することが知られている。ＢＳＡＳとＣＭＡＳの相互作用によって形成されるこの反応副生成物は、ＥＢＣに対して有害であり、ならびに高温の蒸気の存在中で揮発しやすい可能性があることも知られている。そのような揮発は結果として、コーティング材料およびその下にある構成部品の保護の喪失になる可能性がある。したがって、存在するＣＭＡＳがＥＢＣと相互作用し、それによって構成部品の性能ならびに構成部品の寿命を損なうことが予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第２００６／２８０９５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、環境バリアコーティングおよびＣＭＡＳ緩和能力を有するセラミック構成部品を作製する方法が依然として求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書での実施形態は一般に、構成部品を用意するステップと、この構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであって、この環境バリアコーティングが亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石、およびそれらの組合せからなる群から選択されるＣＭＡＳ緩和組成を含む、別個のＣＭＡＳ緩和層を備えるステップとを含む、ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法に関する。
【００１２】
本明細書での実施形態は一般に、構成部品を用意するステップと、この構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであって、この環境バリアコーティングが一体化したＣＭＡＳ緩和層を備え、この一体化したＣＭＡＳ緩和層が、ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つの外層材料と、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類没食子酸塩、希土類ホスフェート、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート、希土類アルミネート、およびそれらの組合せからなる群から選択されるＣＭＡＳ緩和組成とを含むステップとを含む、ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法にも関する。
【００１３】
本明細書での実施形態は一般に、構成部品を用意するステップと、この構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであって、この環境バリアコーティングが、ケイ素を含む接合コーティング層と、任意選択のシリカ層と、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、およびそれらの組合せからなる群から選択される組成を含む、少なくとも１つの移行層と、ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される外層材料を含む任意選択の外層と、ＣＭＡＳ緩和組成とを含むステップとを含む、ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法であって、このＣＭＡＳ緩和組成が別個のＣＭＡＳ緩和層として含まれるとき、このＣＭＡＳ緩和組成が、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石およびそれらの組合せからなる群から選択され、このＣＭＡＳ緩和組成が少なくとも１つの外層材料をさらに含む一体化したＣＭＡＳ緩和層として含まれるとき、このＣＭＡＳ緩和組成が、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類没食子酸塩、希土類ホスフェート、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート、希土類アルミネート、およびそれらの組合せからなる群から選択される方法にも関する。
【００１４】
これらのおよび他の特徴、態様および利点は、当業者に以下の開示から明らかになるであろう。
【００１５】
本明細書は、本発明を特に指摘し、はっきりと特許請求する特許請求の範囲によって完結するが、本明細書に記載される実施形態は、同様な参照番号が同様な要素を特定する、添付の図面を参照する以下の説明からより良く理解されると思われる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本明細書の記載による、環境バリアコーティングの一実施形態の概略横断面図である。
【図２】本明細書の記載による、別個のＣＭＡＳ緩和層を有する環境バリアコーティングの一実施形態の概略横断面図である。
【図３】本明細書の記載による、一体化したＣＭＡＳ緩和層を有する環境バリアコーティングの一実施形態の概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に記載される実施形態は一般に、環境バリアコーティングおよびＣＭＡＳ緩和能力を有するセラミック構成部品を作製する方法に関する。本明細書に記載されるＣＭＡＳ緩和組成は、ＣＭＣを備える基板用のＥＢＣ、およびモノリシックセラミックと共に使用するのに適していることができる。
【００１８】
本明細書で使用されるとき、「ＣＭＣ」はケイ素含有の、または酸化物−酸化物の母組織および強化材料を意味する。本明細書で使用するのに受け入れ可能なＣＭＣのうちのいくつかの実例としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、およびそれらの混合物などの非酸化物ケイ素ベースの材料を含む母組織および強化繊維を有する材料を含むことができるが、これらに限定されるべきではない。実例としては、炭化ケイ素母組織および炭化ケイ素繊維と、窒化ケイ素母組織および炭化ケイ素繊維と、炭化ケイ素／窒化ケイ素母組織混合物および炭化ケイ素繊維とを有するＣＭＣが含まれるが、これらに限定されない。さらに、ＣＭＣは酸化物セラミックからなる母組織および強化繊維を有することができる。
【００１９】
具体的には、酸化物−酸化物ＣＭＣは、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、アルミノシリケート、およびそれらの混合物などの酸化物ベースの材料を含む母組織および強化繊維から構成することができる。アルミノシリケートは、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2）などの結晶質材料、ならびにガラス質のアルミノシリケートを含むことができる。
【００２０】
本明細書で使用されるとき、「モノリシックセラミック」は、炭化ケイ素のみ、窒化ケイ素のみ、アルミナのみ、シリカのみ、またはムライトのみを含む材料を意味する。本明細書では、ＣＭＣおよびモノリシックセラミックは集合的に「セラミック」と呼ばれる。
【００２１】
本明細書で使用されるとき、用語「（複数の）バリアコーティング」は、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）を意味する。本明細書ではこのバリアコーティングは、ガスタービンエンジン内に存在するものなどの、高温環境内にあるセラミック基板構成部品１０の上に使用するのに適していることができる。「基板構成部品」または単に「構成部品」は、本明細書で定義されるような「セラミック」から作られる構成部品を意味する。
【００２２】
より具体的にはＥＢＣ１２は、図１に全体的に示すように、一般にケイ素接合コーティング層１４と、接合コーティング層１４に隣接する任意選択のシリカ層１５と、接合コーティング層１４（または存在する場合シリカ層１５）に隣接する少なくとも１つの移行層１６と、移行層１６に隣接する任意選択の外層１８と、移行層１６（または存在する場合外層１８）に隣接する任意選択の磨耗性の層２２とを備える、任意の既存の環境バリアコーティングシステムを一般に備えることができる。前に本明細書で定義したように、「移行層」１６は、ムライト、ＢＳＡＳ、希土類ジシリケート、およびそれらの様々な組合せのうちの任意のものを意味し、一方「外層」１８は、他に特段の指摘がない限り、（本明細書で集合的に「希土類シリケート」と呼ばれる）ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せの「外層材料」のうちの任意のものを意味する。
【００２３】
接合コーティング層１４、任意選択のシリカ層１５、移行層１６、任意選択の外層１８、および任意選択の磨耗性の層２２は、当業者に知られている従来方法を使用して作ることができ、本明細書で以下に説明するように付着させることができる。
【００２４】
既存のＥＢＣと異なりかつ前に記載した層に加えて、本実施形態は、高温エンジン環境内でのＣＭＡＳとの反応に起因する劣化からＥＢＣを保護するのに役立つＣＭＡＳ緩和組成も含む。そのようなＣＭＡＳ緩和組成は、本明細書で以下に定義するように、既存のＥＢＣシステムの頂部上の別個のＣＭＡＳ緩和層として、または一体化したＣＭＡＳ緩和層として存在することができる。
【００２５】
図２に示すように、ＣＭＡＳ緩和層が既存のシステムの頂部の別個のＣＭＡＳ緩和層２０としてＥＢＣ内に含まれるとき、「別個のＣＭＡＳ緩和層」２０は、亜鉛アルミネートスピネル（ＺｎＡｌ2Ｏ4）、アルカリ土類ジルコネート（ＡｅＺｒＯ3）、アルカリ土類ハフネート（ＡｅＨｆＯ3）、希土類アルミネート（Ｌｎ3Ａｌ5Ｏ12、Ｌｎ4Ａｌ2Ｏ9）、希土類没食子酸塩（Ｌｎ3Ｇａ5Ｏ12、Ｌｎａ4Ｇａ2Ｏ9）、緑柱石、およびそれらの組合せから選択される組成を意味する。
【００２６】
本明細書で使用されるとき、「Ａｅ」はマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、およびそれらの混合物のアルカリ土類元素を示す。それに加えて本明細書にわたり使用されるとき、「Ｌｎ」はスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびそれらの混合物の希土類元素を意味し、一方「Ｌｎａ」は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、およびそれらの混合物の希土類元素を意味する。一実施形態では、ＣＭＡＳ緩和層２０は約４０％までの空隙率を有することができ、別の実施形態では約１０％より少ない空隙率を有することができる。
【００２７】
限定ではなく例示として、別個のＣＭＡＳ緩和層２０を含むとき、ＥＢＣは以下のアーキテクチャ、すなわちケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト−ＢＳＡＳ移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、および任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、ＢＳＡＳ移行層１６と、希土類ジシリケート移行層１６と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、ＢＳＡＳ移行層１６と、希土類ジシリケート移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、ＢＳＡＳ移行層１６と、外層１８と、別個のＣＭＡＳ緩和層２０と、任意選択で磨耗性の層２２とのアーキテクチャのうちの１つを備えることができる。
【００２８】
前述の実例では、任意選択の磨耗性の層２２は、別個のＣＭＡＳ緩和層２０、希土類ジシリケート（Ｌｎ2Ｓｉ2Ｏ7）、またはＢＳＡＳ内に存在するのと同じ材料を含むことができる。この磨耗性の層は、約５０％までの空隙率を備える高度に多孔性の層であることができ、または（約１０％未満の空隙率の）密な、または（約５０％までの空隙率の）多孔性のパターン化したリッジから構成することができる。磨耗性の層２２は、隣接する、回転するエンジン構成部品からの衝突に際して磨耗することができる。エネルギーが磨耗性のコーティング内に吸収されることが、隣接する、回転するエンジン構成部品が損傷を被るのを防止する助けとなり得る。例えば一実施形態では、このＥＢＣ足す磨耗性の層は、ＣＭＣシュラウド上に存在することができる。シュラウドとの狭い隙間を有する隣接する回転ブレードは、結果として衝突事象を引き起こす可能性がある。磨耗性の層２２が存在することによって、回転ブレードに対する損傷を防止する助けとなり得る。
【００２９】
図３に示すようにかつ前に説明したように、代替でＣＭＡＳ緩和層を一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０として含むことができる。この場合には、「一体化したＣＭＡＳ緩和層」１２０は、外層材料のうちの任意のものと組み合わされたＣＭＡＳ緩和組成を備える層を意味する。より具体的には、このＣＭＡＳ緩和組成を、外層材料内の不連続に分散した難溶性粒子として、または外層材料内の粒界相としてのいずれかで含むことができる。前に定義したように、この「外層材料」は、ＢＳＡＳ、希土類シリケート、またはそれらの組合せのうちの任意のものを含むことができる。
【００３０】
本明細書で使用されるとき、「一体化したＣＭＡＳ緩和層」１２０は、亜鉛アルミネートスピネル（ＺｎＡｌ2Ｏ4）、アルカリ土類ジルコネート（ＡｅＺｒＯ3）、アルカリ土類ハフネート（ＡｅＨｆＯ3）、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類アルミネート（Ｌｎ3Ａｌ5Ｏ12、Ｌｎ4Ａｌ2Ｏ9）、希土類没食子酸塩（Ｌｎ3Ｇａ5Ｏ12、Ｌｎａ4Ｇａ2Ｏ9）、希土類ホスフェート（ＬｎＰＯ4）、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート（ＡｅＡｌ12Ｏ19、ＡｅＡｌ4Ｏ9）、希土類アルミネート（Ｌｎ3Ａｌ5Ｏ12およびＬｎ4Ａｌ2Ｏ9）、およびそれらの組合せから選択されるＣＭＡＳ緩和組成の添加を有する外層材料のうちの任意のものを含むことができる。
【００３１】
限定ではなく例示として、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０を有するＥＢＣは、以下のアーキテクチャ、すなわちケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト−ＢＳＡＳ移行層１６と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト移行層１６と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト−ＢＳＡＳ移行層１６と、ＢＳＡＳ外層１８と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、ムライト移行層１６と、ＢＳＡＳ外層１８と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャ、ケイ素接合コーティング層１４と、任意選択のシリカ層１５と、希土類ジシリケート移行層１６と、ＢＳＡＳ外層１８と、一体化したＣＭＡＳ緩和層１２０とのアーキテクチャのうちの１つを備えることができる。
【００３２】
ＣＭＡＳ緩和層を有するＥＢＣの特別なアーキテクチャに関わらず、この構成部品は全ての所望の層を作り出すために当業者に知られた従来方法を使用してコーティングし、（複数の）ＣＭＡＳ緩和組成を別個の層、粒界相、または不連続の、分散した難溶性粒子のいずれかとして選択的に配置することができる。そのような従来方法は一般に、プラズマ溶射、高速プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、液相プラズマ溶射、懸濁液プラズマ溶射、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、電子ビーム物理的気相成長法（ＥＢＰＶＤ）、浸漬、溶射、テープキャスティング、圧延、および塗装などのゾル−ゲル、スパッタリング、スラリー方法、およびこれらの方法の組合せを含むことができるが、これらに限定されるべきではない。コーティングされた後、この基板構成部品は乾燥し、従来方法またはマイクロ波焼結、レーザー焼結または赤外線焼結などのこれまでにない方法のいずれかを使用して焼結させることができる。磨耗性の層が存在しない場合は、別個であろうがまたは一体化したものであろうが、このＣＭＡＳ緩和層はＥＢＣの最外層であることができる。
【００３３】
より具体的には、難溶性粒子の外層内への分散は、バリアコーティングを堆積させるために選ばれる方法に応じて様々な方法によって行うことができる。プラズマ溶射方法については、任意の外層材料の粒子をコーティング堆積前にＣＭＡＳ緩和難溶性粒子と混合させることができる。混合は、外層材料と難溶性粒子を液体なしで混ぜ合わせる、または外層材料と難溶性粒子のスラリーを混合させることからなることができる。次いでドライ粒子またはスラリーは、ローラーミル、プラネタリーミル、ブレンダー、パドルミキサー、超音波ホーン、または当業者に知られている任意の他の方法を使用して機械的にかき混ぜることができる。スラリー方法については、スラリー内に分散した難溶性粒子は、スラリーの堆積された層の乾燥および焼結後、コーティング内の分散した粒子になるであろう。
【００３４】
微細構造内に不連続の、難溶性粒子を維持するために、スラリー内のＣＭＡＳ緩和難溶性粒子の平均粒子サイズは約２０ｎｍより大きくすることができ、一実施形態ではサイズで約２００ｎｍから約１０μｍである。この難溶性粒子は、層の容積で約１％から約６０％を含み、残りは外層材料、または外層材料と空隙であることができる。
【００３５】
ＣＭＡＳ緩和粒界相は、粒子コーティング方法およびスラリー方法を含む、様々な方法で作り出すことができる。一実例ではこのＣＭＡＳ粒界相は、当業者に知られている従来方法を使用してセラミック基板上に外層材料が堆積させられる前に、（複数の）所望のＣＭＡＳ緩和組成で外層材料の粒子をコーティングすることによって実現することができる。ＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子のコーティングは、流動床反応器内で粒子上への化学的気相成長によって、あるいはＣＭＡＳ緩和組成の前駆体が液相から外層材料粒子の上に堆積され、ＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子の表面上に所望のＣＭＡＳ緩和組成が形成するようにＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子の熱処理が後に続く、溶液（ゾル−ゲル）型式の方法によって行うことができる。ＣＭＡＳ緩和組成を有するＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子が得られた後、当業者に知られた、前に説明した方法のうちの任意のものを使用して、この基板構成部品をコーティングし、乾燥し、焼結することができる。最終的に、ＢＳＡＳまたは希土類シリケート粒子上のＣＭＡＳ緩和組成の表面層は、コーティング内の粒界相になる。これらの場合には、粒界相を形成させるために、難溶性粒子は約１００ｎｍ未満の平均サイズを有することができる。粒界粒子が約１００ｎｍより大きい場合は、それらは粒界相を形成せずに前に説明したように外層内に分散するであろう。粒界粒子が約１００ｎｍより大きい場合は、それらは粒界相として役立たずに、前に説明したように外層内に分散するであろう。
【００３６】
一実施形態では、このゾル−ゲル溶液は可溶性塩からなる水性溶液であることができ、一方別の実施形態では、このゾル−ゲル溶液は、有機塩を含有する有機溶媒溶液であることができる。本明細書で使用されるとき、「可溶性塩」は、アルカリ土類ニトレート（ａｌｋａｌｉｎｅ ｅａｒｔｈ ｎｉｔｒａｔｅ）、アルカリ土類アセテート（ａｌｋａｌｉｎｅ ｅａｒｔｈ ａｃｅｔａｔｅ）、アルカリ土類塩化物（ａｌｋａｌｉｎｅ ｅａｒｔｈ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、希土類ニトレート、希土類アセテート、希土類塩化物、硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、アンモニウムホスフェート（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、リン酸、ポリビニルリン酸（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、ガリウムニトレート（ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ）、ガリウムアセテート（ｇａｌｌｉｕｍ ａｃｅｔａｔｅ）、塩化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛、塩化亜鉛、オキシ塩化ジルコニウム（ｚｉｒｃｏｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ジルコニウムニトレート（ｚｉｒｃｏｎｙｌ ｎｉｔｒａｔｅ）、アンモニウムタンタルシュウ酸塩（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｔａｎｔａｌｕｍ ｏｘａｌａｔｅ）、アンモニウムニオビウムシュウ酸塩（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｎｉｏｂｉｕｍ ｏｘａｌａｔｅ）、ベリリウムニトレート、ベリリウムアセテート、塩化ベリリウム、塩化ハフニウム、オキシ塩化ハフニウム水和物（ｈａｆｎｉｕｍ ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ ｈｙｄｒａｔｅ）、およびそれらの組合せを含むことができるが、これらに限定されない。
【００３７】
本明細書で使用されるとき「有機溶媒」は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、アセトン、メチルイソブチルケトン（ｍｅｔｈｙｌ ｉｓｏｂｕｔｙｌ ｋｅｔｏｎｅ）（ＭＩＢＫ）、メチルエチルケトン（ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｙｌ ｋｅｔｏｎｅ）（ＭＥＫ）、トルエン、ヘプタン（ｈｅｐｔａｎｅ）、キシレン（ｘｙｌｅｎｅ）、またはそれらの組合せを含むことができる。本明細書で使用されるとき「有機塩」は、アルミニウムブトキシド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、アルミニウムジ−ｓ−ブトキシドエチルアセトアセテート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｄｉ−ｓ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ ｅｔｈｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ）、アルミニウムジイソプロプオキサイドエチルアセトアセテート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｄｉｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ ｅｔｈｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ）、アルミニウムエトキシド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、アルミニウムエトキシエトキシエトキシド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、アルミニウム３、５ヘプタンジオネート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、アルミニウムイソプロプオキサイド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、アルミニウム９−オクタデセニルアセトアセテートジイソプロプオキサイド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ９−ｏｃｔａｄｅｃｅｎｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ ｄｉｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、アルミニウム２、４ペンタンジオネート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、アルミニウムペンタンジオネートビス（エチルアセトアセテート）（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ ｂｉｓ（ｅｔｈｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ））、アルミニウム２、２、６、６−テトラメチル３、５−ヘプタンジオネート（ａｌｕｍｉｎｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙ３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、およびアルミニウムフェノール塩（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｈｅｎｏｘｉｄｅ）、ガリウム８−ハイドロキシキノリネート（ｇａｌｌｉｕｍ ８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｅ）、ガリウム２、４−ペンタンジオネート（ｇａｌｌｉｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ガリウムエトキシド（ｇａｌｌｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、ガリウムイソプロプオキサイド（ｇａｌｌｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、およびガリウム２、２、６、６−テトラメチルヘプタンジオネート（ｇａｌｌｉｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、カルシウムイソプロプオキサイド（ｃａｌｃｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、カルシウムメトキシエトキシド（ｃａｌｃｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、カルシウムメトキシド（ｃａｌｃｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｉｄｅ）、カルシウムエトキシド（ｃａｌｃｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、ストロンチウム イソプロプオキサイド（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ストロンチウムメトキシプロプオキサイド（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ストロンチウム２、４−ペンタンジオネート（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ストロンチウム２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンジオネート（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、マグネシウムエトキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、マグネシウムメトキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｉｄｅ）、マグネシウムメトオキシエトキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、マグネシウム２、４−ペンタンジオネート（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、マグネシウムｎ−プロプオキシド（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｎ−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、バリウムイソプロプオキサイド（ｂａｒｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、バリウムメトオキシプロプオキシド（ｂａｒｉｕｍ ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、バリウム２、４−ペンタンジオネート（ｂａｒｉｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、バリウム２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンジオネート（ｂａｒｉｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３、５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、希土類メトオキシエトキシド（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、希土類イソプロプオキサイド（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、希土類２、４−ペンタンジオネート（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、亜鉛Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエトキシド（ｚｉｎｃ Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｅｔｈｏｘｉｄｅ）、亜鉛８−ヒドロキシキノリネート（ｚｉｎｃ ８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｅ）、亜鉛メトキシエトキシド（ｚｉｎｃ ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）、亜鉛２、４−ペンタンジアネート（ｚｉｎｃ ２，４−ｐｅｎｔａｅｄｉａｎｏｔｅ）、亜鉛２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンジアネート（ｚｉｎｃ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉａｎａｔｅ）、ジルコニウムブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムジブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムジイソプロプオキサイド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムジメタクリレートジブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ ｄｉｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムエトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム２−エチルヘキソキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム３、５−ヘプタンジアネート（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ジルコニウムイソプロプオキサイド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ジルコニウムメタクリルオキシエチルアセトアセテートトリ−ｎ−ブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｘｙｅｔｈｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ ｔｒｉ−ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム２−メチル−２−ブトキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｂｕｔｏｘｉｅ）、ジルコニウム２−メトオキシメチルｌ−２−プロポキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２−ｍｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム２、４−ペンタンジオネート（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２、４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ジルコニウムｎ−プロポキシド（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｎ−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ジルコニウム２、２、６、６−テトラメチル−３、５−へプタンジアネート（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ハフニウムｎ−ブトキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ハフニウムｔ−ブトキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ｔ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ハフニウムジ−ｎ−ブトキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ｄｉ−ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ハフニウムエトキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、ハフニウム２−エチルヘキソキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｉｄｅ）、ハフニウム２−メトキシメチル−２−プロポキシド（ｈａｆｎｉｕｍ ２−ｍｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、ハフニウム２、４−ペンタンジオネート（ｈａｆｎｉｕｍ ２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ハフニウムテトラメチルヘプタンジオネート（ｈａｆｎｉｕｍ ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ニオブＶｎ−ブトキシド（ｎｉｏｂｉｕｍ Ｖ ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、ニオブＶエトキシド（ｎｉｏｂｉｕｍ Ｖ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、タンタルＶｎ−ブトキシド（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｎ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ）、タンタルＶエトキシド（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｅｔｈｏｘｉｄｅ）、タンタルＶイソプロプオキサイド（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）、タンタルＶメトキシド（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｍｅｔｈｏｘｉｄｅ）、タンタルテトラエトキシドジメチルアミノエトキシド（ｔａｎｔａｌｕｍ ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｉｄｅ ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｅｔｈｏｘｉｄｅ）、タンタルＶテトラエトキシドペンタンジオネート（ｔａｎｔａｌｕｍ Ｖ ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｉｄｅ ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）、ポリビニルホスホン酸（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、およびそれらの組合せを含むことができる。
【００３８】
ＣＭＡＳ緩和組成が既存のＥＢＣシステムの頂部に別個の緩和層として存在するか、または一体化した緩和層（例えば不連続の分散した難溶性粒子、または粒界相）として存在するかに関わらず、この利益は同じである。すなわちＣＭＡＳ緩和組成は、高温エンジン環境内でＣＭＡＳとの反応に起因する劣化からＥＢＣを保護するのに役立つ。より具体的には、ＣＭＡＳ緩和組成は、蒸気内で急速に揮発する２次層を形成する可能性のある、ＣＭＡＳのバリアコーティングとの反応を阻止するまたは減速させるのを助けることができる。それに加えＣＭＡＳ緩和組成は、バリアコーティングを貫通する粒界に沿った、非酸化物の、ケイ素ベースの基板内へのＣＭＡＳの浸透を防止するまたは減速させるのを助けることができる。窒化ケイ素および炭化ケイ素などの基板とのＣＭＡＳの反応は、それぞれ窒素含有ガスおよび炭素質のガスを発生させる。このガス発生による圧力は結果として、ＥＢＣコーティング内の膨れ形成になる。これらの膨れは容易に、先ず第一にＥＢＣによって形成される水蒸気に対する密封シールを破り、破壊する。
【００３９】
ＣＭＡＳ緩和組成の存在は、ＥＢＣへの溶融シリケートの攻撃を阻止または減速させるのを助けることができ、それによってＥＢＣが高温蒸気内でＣＭＣを腐食性の攻撃からシールするその機能を実行するのが可能になる。さらにＣＭＡＳ緩和組成は、ＣＭＡＳが蒸気と反応する場合、蒸気−揮発性の２次層を形成するように、蒸気リセッションを受けやすい可能性のあるＣＭＣおよびＥＢＣの任意の層ものリセッションを阻止する助けとなることができる。蒸気リセッションに起因するセラミック構成部品の寸法変化は、タービンエンジン用途での構成部品の寿命および／または機能性を制限する可能性がある。したがってＣＭＡＳ緩和層は、バリアコーティングがその機能性を実行するのを可能にするために重要であり、それによってＣＭＣ構成部品は、適切に、その意図された時間範囲で機能するのが可能になる。
【００４０】
本明細書は、最良の形態を含めた実施例を使用して、本発明を開示し、かつ任意の当業者が本発明を製造し、使用することができるようにしている。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い浮かぶ他の実例も含むことができる。そのような他の実例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的に相違のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１０ セラミック基板構成部品
１２ ＥＢＣ
１４ ケイ素接合コーティング層
１５ シリカ層
１６ 移行層
１８ 外層
２０ ＣＭＡＳ緩和層
２２ 磨耗性の層
１２０ 一体化したＣＭＡＳ緩和層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法であって、
構成部品を用意するステップと、
前記構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであり、前記環境バリアコーティングが亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石、およびそれらの組合せからなる群から選択されるカルシウムマグネシウムアルミノシリケート（ＣＭＡＳ）緩和組成を含む、別個のＣＭＡＳ緩和層を備えるステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記環境バリアコーティングがさらに、
ケイ素を含む接合コーティング層と、
任意選択のシリカ層と、
ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される組成を含む、少なくとも１つの移行層と、
ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される外層材料を含む、任意選択の外層とを備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記別個のＣＭＡＳ緩和層に磨耗性の層を付着させるステップをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
プラズマ溶射、高速プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、液相プラズマ溶射、懸濁液プラズマ溶射、化学的気相成長法、電子ビーム物理的気相成長法、ゾル‐ゲル、スパッタリング、スラリー浸漬、スラリー溶射、スラリー塗装、スラリー圧延、テープキャスティング、およびこれらの組合せからなる群から選択される方法を使用して前記環境バリアコーティングを付着させるステップを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記構成部品がセラミック母組織複合材料またはモノリシックセラミックを備える、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記構成部品が燃焼器構成部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールドおよびベーンからなる群から選択されるタービンエンジン構成部品である、請求項５記載の方法。
【請求項７】
ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法であって、
構成部品を用意するステップと、
前記構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであり、前記環境バリアコーティングが一体化したＣＭＡＳ緩和層を備え、前記一体化したＣＭＡＳ緩和層が、
ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つの外層材料と、
亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類没食子酸塩、希土類ホスフェート、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート、希土類アルミネート、およびそれらの組合せからなる群から選択されるＣＭＡＳ緩和組成とを含むステップとを含む、方法。
【請求項８】
前記環境バリアコーティングがさらに、
ケイ素を含む接合コーティング層と、
任意選択のシリカ層と、
ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される組成を含む、少なくとも１つの移行層と、
前記外層材料のうちの少なくとも１つを含む任意選択の外層とを備える、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記一体化したＣＭＡＳ緩和層が、前記外層材料上の粒界相として、または前記外層材料内の分散した難溶性粒子としての前記ＣＭＡＳ緩和組成を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記構成部品がセラミック母組織複合材料またはモノリシックセラミックを備える、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記構成部品が燃焼器構成部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールドおよびベーンからなる群から選択されるタービンエンジン構成部品である、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記一体化したＣＭＡＳ緩和層に磨耗性の層を付着させるステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
プラズマ溶射、高速プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、液相プラズマ溶射、懸濁液プラズマ溶射、化学的気相成長法、電子ビーム物理的気相成長法、ゾル‐ゲル、スパッタリング、スラリー浸漬、スラリー溶射、スラリー塗装、スラリー圧延、テープキャスティング、およびこれらの組合せからなる群から選択される方法を使用して前記環境バリアコーティングを付着させるステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法であって、
構成部品を用意するステップと、
前記構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであり、前記環境バリアコーティングが、
ケイ素を含む接合コーティング層と、
任意選択のシリカ層と、
ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、およびそれらの組合せからなる群から選択される組成を含む、少なくとも１つの移行層と、
ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される外層材料を含む任意選択の外層と、
ＣＭＡＳ緩和組成とを含むステップとを含み、
前記ＣＭＡＳ緩和組成が別個のＣＭＡＳ緩和層として含まれるとき、前記ＣＭＡＳ緩和組成が、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石およびそれらの組合せからなる群から選択され、
前記ＣＭＡＳ緩和組成が少なくとも１つの外層材料をさらに含む一体化したＣＭＡＳ緩和層として含まれるとき、前記ＣＭＡＳ緩和組成が、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類没食子酸塩、希土類ホスフェート、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート、希土類アルミネート、およびそれらの組合せからなる群から選択される、方法。
【請求項１５】
前記構成部品がセラミック母組織複合材料またはモノリシックセラミックを備える、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記構成部品が燃焼器構成部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールドおよびベーンからなる群から選択されるタービンエンジン構成部品である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
プラズマ溶射、高速プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、液相プラズマ溶射、懸濁液プラズマ溶射、化学的気相成長法、電子ビーム物理的気相成長法、ゾル‐ゲル、スパッタリング、スラリー浸漬、スラリー溶射、スラリー塗装、スラリー圧延、テープキャスティング、およびこれらの組合せからなる群から選択される方法を使用して前記環境バリアコーティングを付着させるステップを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記一体化したＣＭＡＳ緩和層が、前記外層材料上の粒界相として、または前記外層材料内の分散した難溶性粒子としての前記ＣＭＡＳ緩和組成を含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記別個のＣＭＡＳ緩和層に磨耗性の層を付着させるステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１】
ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法であって、
構成部品を用意するステップと、
前記構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであり、前記環境バリアコーティングが亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石、およびそれらの組合せからなる群から選択されるカルシウムマグネシウムアルミノシリケート（ＣＭＡＳ）緩和組成を含む、別個のＣＭＡＳ緩和層を備えるステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記環境バリアコーティングがさらに、
ケイ素を含む接合コーティング層と、
任意選択のシリカ層と、
ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される組成を含む、少なくとも１つの移行層と、
ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される外層材料を含む、任意選択の外層とを備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記別個のＣＭＡＳ緩和層に磨耗性の層を付着させるステップをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
プラズマ溶射、高速プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、液相プラズマ溶射、懸濁液プラズマ溶射、化学的気相成長法、電子ビーム物理的気相成長法、ゾル‐ゲル、スパッタリング、スラリー浸漬、スラリー溶射、スラリー塗装、スラリー圧延、テープキャスティング、およびこれらの組合せからなる群から選択される方法を使用して前記環境バリアコーティングを付着させるステップを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記構成部品がセラミック母組織複合材料またはモノリシックセラミックを備える、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記構成部品が燃焼器構成部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールドおよびベーンからなる群から選択されるタービンエンジン構成部品である、請求項５記載の方法。
【請求項７】
ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法であって、
構成部品を用意するステップと、
前記構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであり、前記環境バリアコーティングが一体化したＣＭＡＳ緩和層を備え、前記一体化したＣＭＡＳ緩和層が、
ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つの外層材料と、
亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類没食子酸塩、希土類ホスフェート、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート、希土類アルミネート、およびそれらの組合せからなる群から選択されるＣＭＡＳ緩和組成とを含むステップとを含む、方法。
【請求項８】
前記環境バリアコーティングがさらに、
ケイ素を含む接合コーティング層と、
任意選択のシリカ層と、
ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される組成を含む、少なくとも１つの移行層と、
前記外層材料のうちの少なくとも１つを含む任意選択の外層とを備える、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記一体化したＣＭＡＳ緩和層が、前記外層材料上の粒界相として、または前記外層材料内の分散した難溶性粒子としての前記ＣＭＡＳ緩和組成を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記構成部品がセラミック母組織複合材料またはモノリシックセラミックを備える、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記構成部品が燃焼器構成部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールドおよびベーンからなる群から選択されるタービンエンジン構成部品である、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記一体化したＣＭＡＳ緩和層に磨耗性の層を付着させるステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
プラズマ溶射、高速プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、液相プラズマ溶射、懸濁液プラズマ溶射、化学的気相成長法、電子ビーム物理的気相成長法、ゾル‐ゲル、スパッタリング、スラリー浸漬、スラリー溶射、スラリー塗装、スラリー圧延、テープキャスティング、およびこれらの組合せからなる群から選択される方法を使用して前記環境バリアコーティングを付着させるステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ＣＭＡＳ緩和能力を有する構成部品を作製する方法であって、
構成部品を用意するステップと、
前記構成部品に環境バリアコーティングを付着させるステップであり、前記環境バリアコーティングが、
ケイ素を含む接合コーティング層と、
任意選択のシリカ層と、
ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）、およびそれらの組合せからなる群から選択される組成を含む、少なくとも１つの移行層と、
ＢＳＡＳ、希土類モノシリケート、希土類ジシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される外層材料を含む任意選択の外層と、
ＣＭＡＳ緩和組成とを含むステップとを含み、
前記ＣＭＡＳ緩和組成が別個のＣＭＡＳ緩和層として含まれるとき、前記ＣＭＡＳ緩和組成が、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、希土類没食子酸塩、緑柱石およびそれらの組合せからなる群から選択され、
前記ＣＭＡＳ緩和組成が少なくとも１つの外層材料をさらに含む一体化したＣＭＡＳ緩和層として含まれるとき、前記ＣＭＡＳ緩和組成が、亜鉛アルミネートスピネル、アルカリ土類ジルコネート、アルカリ土類ハフネート、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、希土類没食子酸塩、希土類ホスフェート、酸化タンタル、緑柱石、アルカリ土類アルミネート、希土類アルミネート、およびそれらの組合せからなる群から選択される、方法。
【請求項１５】
前記構成部品がセラミック母組織複合材料またはモノリシックセラミックを備える、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記構成部品が燃焼器構成部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールドおよびベーンからなる群から選択されるタービンエンジン構成部品である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
プラズマ溶射、高速プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、液相プラズマ溶射、懸濁液プラズマ溶射、化学的気相成長法、電子ビーム物理的気相成長法、ゾル‐ゲル、スパッタリング、スラリー浸漬、スラリー溶射、スラリー塗装、スラリー圧延、テープキャスティング、およびこれらの組合せからなる群から選択される方法を使用して前記環境バリアコーティングを付着させるステップを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記一体化したＣＭＡＳ緩和層が、前記外層材料上の粒界相として、または前記外層材料内の分散した難溶性粒子としての前記ＣＭＡＳ緩和組成を含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記別個のＣＭＡＳ緩和層に磨耗性の層を付着させるステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１２−５１２９６６（Ｐ２０１２−５１２９６６Ａ）
【公表日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４２２１０（Ｐ２０１１−５４２２１０）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６６２９７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８０２４１
【国際公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６６２９７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８０２４１
【国際公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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