環境障壁コーティングに加わる熱又は機械的応力を軽減するための特徴体
物品は、マトリックス材及び強化材を含む基材、その基材上に形成された層、その層上に形成された特徴体の配列、並びにその層及び特徴体のその配列上に形成されたコーティングを備えることができる。この物品は、層上に形成された特徴体の配列を備えていない物品と比較して熱及び／又は機械的応力耐性を改善していると思われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、環境障壁コーティングでコーティングされた物品が受ける熱応力を軽減するための技術を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガス・タービン・エンジンなどの、高温になる機械システムのコンポーネントは、過酷な環境において動作しなければならない。例えば、商用航空機エンジン内の高温ガスに曝される燃焼器ライナは、典型的には、最大約１１５０℃から約１４００℃までのコーティング表面温度の効果を受ける。
【０００３】
高温になる機械システムのいくつかのコンポーネントは、セラミック若しくはセラミック・マトリックス複合材料（ＣＭＣ）ベースの基材を含む。基材は、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）でコーティングされ、これにより、水蒸気又は酸素などの環境化学種への基材の表面の曝露を低減することができる。環境障壁コーティングは、セラミック・トップコートを含むことができ、下に配置する金属若しくはセラミック・ボンド・コートによって基材に固着させることができる。
【０００４】
コンポーネントは、動作中、また動作が停止されたときに、さまざまな異なる温度に曝される可能性がある。これらのさまざまな異なる温度は、ＥＢＣに著しい熱応力を及ぼし、最後には、基材からのＥＢＣの破砕に至ることが考えられる。応力は、例えば、異なる熱膨張率を有する基材／ボンド・コート（ｂｏｎｄ ｃｏａｔ）及びＥＢＣ、又は温度勾配により異なる温度の効果を受ける基材／ボンド・コート及びＥＢＣにより、生じうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、本開示は、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）でコーティングされたセラミック又はセラミック・マトリックス複合材料（ＣＭＣ）を含む物品内の熱及び／又は機械的応力を軽減するための技術を対象とする。熱及び／又は機械的応力を軽減することで、ＥＢＣの耐用寿命（例えば、ＥＢＣでコーティングされた物品が退役させられるか、又はＥＢＣを修理するために修復されるまでのＥＢＣの寿命）を延ばすことができる。いくつかの実施例では、ＥＢＣは、ボンド・コートによって基材に固着される。他の実施例では、ＥＢＣは、基材上に直接形成されうる。いくつかの場合において、基材／ボンド・コート及びＥＢＣは、異なる熱膨張率を有し、そのため、物品の温度が変化したときに異なる量の熱膨張及び／又は収縮を被る可能性がある。それに加えて、ＥＢＣはある異種の断熱性を基材にもたらすため、基材及びＥＢＣは異なる温度の効果を受ける可能性があり、これは基材及びＥＢＣが受ける相対的な量の膨張及び／又は収縮に影響を及ぼしうる。これは、ボンド・コート／ＥＢＣの界面のところ、又はそれより上のところに熱応力を引き起こし、これは時間の経過とともにＥＢＣ内に亀裂を形成し、亀裂を成長させることにつながりうる。ＥＢＣによる例えば破片の影響から生じる外部負荷は、機械的応力を引き起こし、結果としてＥＢＣ内に亀裂を形成しうる。最終的に、亀裂が十分なサイズにまで成長すると、ＥＢＣは基材から剥離する可能性がある。
【０００６】
亀裂の原因に関係なく、基材からのＥＢＣの剥離により、基材又はボンド・コートにとって有害でありうる、水蒸気若しくは酸素などの環境化学種に曝露される基材又はボンド・コートの領域が残されうる。本開示は、亀裂の伝播及び基材又はボンド・コートからＥＢＣの剥離を軽減するための技術を提示する。
【０００７】
一態様では、本開示は、マトリックス材及び強化材を含む基材、その基材上に形成された層、その層上に形成された特徴体の配列、並びにその層及び特徴体のその配列上に形成された環境障壁コーティングを備える物品を対象とする。
【０００８】
他の態様では、本開示は、マトリックス材及び強化材を含む基材を備える物品を対象とする。物品は、基材上に形成された層、その層上の第１の位置に形成された特徴体の第１の配列、及びその層上の第２の位置に形成された特徴体の第２の配列も備える。本開示のこの態様によれば、第１の配列は、第１のパターンを備え、第２の配列は、第１のパターンと異なる第２のパターンを備える。物品は、基材、特徴体の第１の配列、及び特徴体の第２の配列上に形成された環境障壁コーティングも備える。
【０００９】
さらなる態様では、本開示は、基材上に層を形成すること、層の表面上に特徴体の配列を形成すること、並びに層及び特徴体のその配列上に環境障壁コーティングを形成することを含む方法を対象とする。本開示のこの態様によれば、基材は、マトリックス材及び強化材を備える。
【００１０】
さらなる態様では、本開示は、基材上に層を形成することを含む方法を対象とする。基材は、マトリックス材と強化材とを含むものとしてよい。本開示のこの態様では、方法は、層の表面上の第１の位置に特徴体の第１の配列を形成することと、層の表面上の第２の位置に特徴体の第２の配列を形成することとをさらに含む。特徴体の第１の配列は、第１のパターンを備えることができ、特徴体の第２の配列は、第１のパターンと異なる第２のパターンを備えることができる。本開示のこの態様によれば、方法は、層、特徴体の第１の配列、及び特徴体の第２の配列上に環境障壁コーティングを形成することをさらに含む。
【００１１】
１つ又は複数の実例の詳細は、添付図面及び以下の説明で述べられる。他の特徴、目的、及び利点は、説明と図面、さらには特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガス・タービン・エンジンのタービン動翼の一実例の断面図である。
【図２】中に特徴体が形成され、上に環境障壁コーティングが形成された、層でコーティングされた基材の一実例を示す断面図である。
【図３】中に特徴体が形成され、上にボンド・コートが形成された、上張層でコーティングされた基材及びボンド・コート上に形成された環境障壁コーティングの一実例を示す断面図である。
【図４】基材、その基材上に形成され中に形成された特徴体を含む層、その層上に形成された環境障壁コーティング、その環境障壁コーティング上に形成された熱障壁コーティング、及びその熱障壁コーティング上に形成されたカルシア・マグネシア・アルミニウム・シリカ耐性層を備える物品の一実例を示す断面図である。
【図５Ａ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｂ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｃ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｄ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｅ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｆ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｇ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｈ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図６Ａ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｂ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｃ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｄ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｅ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｆ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｇ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図７】基材、その基材上に形成された上張層、上張層内に形成された特徴体の配列、並びにその上張層及び特徴体のその配列上に形成されたボード・コート及び環境障壁コーティングを備える物品を形成するための例示的な技術の流れ図である。
【図８】基材、その基材上に形成されたボンド・コート、そのボンド・コート内に形成された特徴体の配列、並びにそのボンド・コート及び特徴体のその配列上に形成された環境障壁コーティングを備える物品を形成するための例示的な技術の流れ図である。
【図９Ａ】特徴体の第１の配列及び第２の配列がそれぞれ基材の第１の位置及び第２の位置に形成されている例示的な層の概念図である。
【図９Ｂ】特徴体の第１の配列及び第２の配列がそれぞれ基材の第１の位置及び第２の位置に形成されている例示的な層の概念図である。
【図９Ｃ】特徴体の第１の配列及び第２の配列がそれぞれ基材の第１の位置及び第２の位置に形成されている例示的な層の概念図である。
【図９Ｄ】特徴体の第１の配列及び第２の配列がそれぞれ基材の第１の位置及び第２の位置に形成されている例示的な層の概念図である。
【図１０】第１の位置に特徴体の第１の配列と第２の位置に特徴体の第２の配列とを備える物品を形成する例示的な技術の流れ図である。
【図１１】基材、その基材上に形成された特徴体の配列を含む層、及び特徴体の配列を含む層の上に形成された摩耗性コーティング（ａｂｒａｄａｂｌｅ ｃｏａｔｉｎｇ）を備える例示的な物品の断面図である。
【図１２】基材、その基材上に形成された特徴体の配列を含む層、及び特徴体の配列を含む層の上に形成された摩耗性コーティングを備える例示的な物品の断面図である。
【図１３】基材、その基材上に形成された特徴体の配列を含む層、特徴体の配列を含む層上に形成されたボンド・コート、ボンド・コート上に形成された環境障壁コーティング、その環境障壁コーティング上に形成された熱障壁コーティング、その熱障壁コーティング上に形成されたＣＭＡＳ耐性層、及びそのＣＭＡＳ耐性層上に形成された摩耗性コーティングを備える例示的な物品の断面図である。
【図１４】基材の上に配設される多層摩耗性コーティング及び特徴体の配列を含む層を備える物品の一実例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
一般に、本開示は、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）でコーティングされた物品内の熱及び／又は機械的応力を軽減するための技術を対象とする。いくつかの実施例では、本明細書で説明されている技術は、ＥＢＣの寿命を延ばすことができる。上で説明されているように、ガス・タービン・エンジンの動翼などの物品は、使用時に大きく変化する温度の効果を受けうる。これらの温度変化は、異なる熱膨張率を有する２つの層及び／又は温度勾配により異なる温度の効果を受ける２つの層の間の界面において熱応力を引き起こしうる。例えば、物品は、基材上に形成されるボンド・コート及びそのボンド・コート上に形成されるＥＢＣでコーティングされうる。いくつかの実施例において、基材／ボンド・コート及びＥＢＣは、異なる熱膨張率を有し、そのため、物品の温度が変化したときに異なる量の熱膨張及び／又は収縮を被る可能性がある。それに加えて、又は代替えとして、ＥＢＣは、基材／ボンド・コートにある種の断熱効果をもたらし、その結果、ＥＢＣ及び基材／ボンド・コートは異なる温度の効果を受ける可能性がある。これは、ボンド・コート及びＥＢＣ又は基材及びＥＢＣの界面のところ、又はそれより上のところに熱応力を引き起こし、これは時間の経過とともにＥＢＣ内に亀裂を形成し、亀裂を成長させることにつながりうる。最終的に、亀裂が十分なサイズにまで成長すると、ＥＢＣの一部が基材／ボンド・コートから剥離する可能性がある。これは、基材又はボンド・コートにとって有害な作用を及ぼしうる、水蒸気などの、環境化学種に曝される基材若しくはボンド・コートの領域を残しうる。いくつかの実施例では、ＥＢＣは、ＥＢＣを損傷し、ＥＢＣにおける亀裂の原因となりうる、破片の影響を受ける可能性がある。これは、基材／ボンド・コートからのＥＢＣの層剥離、及び水蒸気などの、環境化学種への基材／ボンド・コートの曝露も引き起こしうる。
【００１４】
本明細書で開示されるのは、ＥＢＣにおける亀裂の成長の効果を低減するか、最小にするための技術である。これらの技術は、オーバーレイ又はボンド・コートなどの、基材上に形成される層の表面内に特徴体を形成することを含む。これらの特徴体は、表面の相対的平面性を乱し、亀裂成長若しくは亀裂伝播を遅らせる。特に、亀裂がＥＢＣ内に形成され、基材の表面に実質的に平行な平面内で伝播し始めるときに、特徴体は亀裂が成長する必要のある２つの材料間の界面、例えば、ＥＢＣとボンド・コート又はボンド・コートと基材との間の界面を与えることによってさらなる亀裂成長を妨げるものとして機能する。実質的に、これらの特徴体は、基材及びＥＢＣを複数のより小さな領域に分離する。亀裂成長は、個別の領域内に発生しうるが、これらの特徴体は、隣接する領域の間の亀裂成長を隠す。
【００１５】
いくつかの実施例では、これらの特徴体は、第１の配列の第１の位置に、第２の配列の第２の位置に形成されうる。第１の配列のパターン、第２の配列のパターン、第１の位置、及び第２の位置は、それぞれ第１の位置及び第２の位置で基材が受ける熱若しくは機械的応力の予測値に基づき選択されうる。例えば、基材は、より高い温度、より激しい温度変化の効果を受け、及び／又は第２の位置に比べて第１の位置において破片の影響を受ける可能性がより高い。これに基づき、特徴体の第１の配列のパターンは、特徴体の第２の配列のパターンと異なるように選択されうる。例えば、特徴体の第１の配列は、より密集して相隔てて並ぶ特徴体を備えるか、異なる形状を有するか、又は特徴体の第２の配列に比べて優れた、機械的応力及び／又は熱応力の軽減をもたらす別の特性を備えることができる。
【００１６】
図１は、本開示の技術によりコーティングが配設されうるタービン動翼１０の例示的な翼１２の断面を示す図である。タービン動翼１０は、一般的に、柄（図示せず）に取り付けられた翼１２を備える。翼１２は、前縁１６、後縁１８、圧力側壁２０、及び吸引側壁１４を備える。圧力側壁２０は、後縁１８及び前縁１６のところで吸引側壁１４に接続される。
【００１７】
本開示ではタービン動翼の表面内に形成された特徴体についてもっぱら説明しているけれども、本開示の技術は、ガス・タービン・エンジンなどの、高温になる機械システムの他のコンポーネントにも応用することができる。例えば、本明細書で説明されている技術は、ガス・タービン・エンジン動翼、静翼、動翼トラック（ｂｌａｄｅ ｔｒａｃｋｓ）、又は燃焼器ライナに応用することができる。
【００１８】
図１に示されている実施例において、タービン動翼１０は、第１の空洞２２ａ、第２の空洞２２ｂ、第３の空洞２２ｃ、及び第４の空洞２ｄ（「空洞２２」と総称する）も備える。空洞２２は、比較的冷たい空気を動翼１０の内部に通して循環させることによって動翼１０の動作中にタービン動翼１０を冷却するのを補助することができる。いくつかの実施例では、動翼１０が備える空洞２２は４つより多くも、４つより少なくてもよい。
【００１９】
タービン動翼１０、及びより具体的には翼１２は、複数の後縁出口スロット２４も備えることができる。後縁出口スロット２４のうちの少なくとも１つは、第４の空洞２２ｄに流体的に接続される。後縁出口スロット２４は、第４の空洞２２ｄを貫流する比較的冷たい空気のための出口を構成する。
【００２０】
翼１２は、複数のフィルム冷却孔２６をさらに備える。第１のフィルム冷却孔２６ａは、第１の空洞２２ａと流体的に連通しているが、第２のフィルム冷却孔２６ｂ及び第３のフィルム冷却孔２６ｃは、それぞれ、第２の空洞２２ｂ及び第３の空洞２２ｃと流体的に連通している。いくつかの実施例では、複数のフィルム冷却孔２６は、動翼１０の先端部に最も近い位置に配置されうる。他の実施例では、複数のフィルム冷却孔２６は、翼１２の長さ部分の少なくとも一部を通して配列されうる。いくつかの実施例では、翼１２は、３つよりも多いフィルム冷却孔２６を備えることができる。
【００２１】
上で簡単に説明したように、タービン動翼１０は、ガス・タービン・エンジンなどの、高温になる機械システムの一コンポーネントであるものとしてよい。高温になる機械システムで使用される場合、動翼１０は、高温の効果を受け、及び／又は水蒸気攻撃により陥凹する傾向を有する場合がある。したがって、タービン動翼１０は、水蒸気攻撃又は他の環境化学種による攻撃の動翼１０に対する効果を低減するか、又は実質的になくす保護コーティングを備えることができる。例えば、前縁１６、後縁１８、圧力側壁２０、及び吸引側壁１４は、環境保護対策となる、また適宜、動翼１０の外面に対する断熱効果をもたらすセラミックコーティングである、ＥＢＣでコーティングすることができる。
【００２２】
ＥＢＣは、翼１２の外面を画成し、そのため、ガス・タービン・エンジンを通るガスに曝されうる。ガスは、ときには、破片を含むこともあり、これは、ガスがガス・タービン・エンジンの中を通り、翼１２を通り過ぎるときにＥＢＣに影響を及ぼしうる。破片は、ＥＢＣに影響を及ぼし、ＥＢＣに対して亀裂又は他の損傷を誘発しうる。いくつかの実施例では、ＥＢＣに対する亀裂又は損傷は、最終的に、ＥＢＣの一部の層剥離をもたらし、下にあるボンド・コート又は基材の一部が露出することがある。ＥＢＣを保護しないと、下にあるボンド・コート又は基材の露出部分が、ガス・タービン・エンジンの中を通るガス中に存在する環境化学種の有害な作用を受ける可能性がある。例えば、水蒸気は、ボンド・コート又は基材の陥凹を引き起こしうる。
【００２３】
上で説明されているように、翼１２は、ＥＢＣ上に、又はＥＢＣと下にある基材若しくはボンド・コートとの界面のところに熱応力を及ぼす温度変化を受ける可能性がある。これらの熱応力は、ＥＢＣと基材又はボンド・コートとの界面のところ、又はそれより上のところに亀裂の形成及び成長も引き起こしうる。
【００２４】
本開示の態様によれば、翼１２は、基材上に形成された層を含みうる。層は、中に形成された３次元の特徴体を備えるものとしてよく、これは層及びＥＢＣを複数のより小さな領域内に分離する機能を持つ。いくつかの実施例では、層は、ボンド・コートを含みうるが、他の実施例では、層は、セラミック・マトリックス複合材料（ＣＭＣ）のマトリックス材などの、基材内に封じ込められた材料を含みうる。これらの特徴体は、例えば、溝、凹部、隆起部、突起部、又は同様のものを含みうる。
【００２５】
図２は、図１に示されているガス・タービン動翼１０などのガス・タービン動翼の一実例の一部の断面図である。タービン動翼１０は、基材３２、基材３２上に形成された層３４、及び層３４上に形成されたＥＢＣ３６を備える。
【００２６】
基材３２は、セラミック又はセラミック・マトリックス複合材料（ＣＭＣ）を含みうる。基材３２がセラミックを含む実施例では、セラミックは実質的に均質であってよく、また実質的に単一の相の材料を含みうる。いくつかの実施例では、セラミックを含む基材３２は、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、アルミノケイ酸塩、又は同様のものなどのシリコン含有セラミックを含むことができる。他の実施例では、基材３２は、モリブデン・シリコン合金（例えば、ＭｏＳｉ２）又はニオブ・シリコン合金（例えば、ＮｂＳｉ２）などの、シリコンを含む金属合金を含みうる。
【００２７】
基材３２がＣＭＣを含む実施例では、基材３２は、マトリックス材３８及び強化材４０を含みうる。マトリックス材３８は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、シリカ、又は同様の物質を含む、セラミック材料を含みうる。ＣＭＣは、所望の強化材４０をさらに含むことができ、強化材４０は、連続強化材又は不連続強化材を含みうる。例えば、強化材４０は、不連続のホイスカ、プレートレット、又は微粒子を含むことができる。他の実例として、強化材４０は、連続単繊維又は多繊維織物を含むことができる。
【００２８】
強化材４０の組成、形状、サイズ、及び同様のものは、基材３２に望ましい特性を付与するように選択されうる。例えば、強化材４０は、脆いマトリックス材３８の強靭性を高めるように選択されうる。強化材４０は、基材３２の熱伝導率、電気伝導率、熱膨張率、堅さ、又は同様の特性を変更するようにも選択されうる。
【００２９】
いくつかの実施例では、強化材４０の組成は、マトリックス材３８の組成と同じであってもよい。例えば、炭化ケイ素を含むマトリックス材３８が、炭化ケイ素ホイスカを含む強化材４０を囲むものとしてよい。他の実施例では、強化材４０は、アルミナマトリックス中のアルミノケイ酸塩繊維、又は同様のものなどの、マトリックス材３８の組成と異なる組成を備えるものとしてよい。基材３２の一組成として、炭化ケイ素を含むマトリックス材３８中に埋め込まれた炭化ケイ素連続繊維を含む強化材４０が挙げられる。
【００３０】
基材３２に使用することができるいくつかの例示的なＣＭＣとして、マトリックス材３８アルミナ又はアルミノケイ酸塩及びＮＥＸＴＥＬ（商標）Ｃｅｒａｍｉｃ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｂｅｒ ７２０（３Ｍ Ｃｏ．（ミネソタ州セントポール所在）から入手可能）を含む強化材４０などの、ＳｉＣ又はＳｉ３Ｎ４及び酸窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素アルミニウム、及び酸化物−酸化物セラミックスの組成物が挙げられる。
【００３１】
いくつかの実施例では、強化材４０は、基材３２の表面のところで確実に露出されないことが望ましい場合がある。そのような実施例では、層３４は、基材３２の表面４２上に形成されうる。層３４があれば、強化材４０の実質的にどれもが、特徴体４６が形成される表面４４のところで露出されない可能性が高まりうる。
【００３２】
いくつかの実施例では、層３４は、基材３２のマトリックス材３８と同じ材料を含みうる。層３４は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、又は同様の物質を含みうる。このようにして、層３４は、基材３２の厚さを増やす働きをし、また基材３２内の強化材４０の上にマトリックス材３８の一種の緩衝層を形成することができる。いくつかの実施例では、層３４は、基材３２の形成時に基材３２の表面４２上に形成されうる。他の実施例では、層３４は、別の製造工程において基材３２の表面４２上に形成されうる。
【００３３】
他の実例では、層３４は、基材３２のマトリックス材３８と異なる材料を含みうる。例えば、層３４は、ボンド・コートであってよく、これは基材３２とＥＢＣ３６との間の接着力を向上させる働きをする。ボンド・コートを含む場合、層３４は、セラミック、又は基材３２と親和性のある他の材料を含むものとしてよい。例えば、層３４は、ムライト（ケイ酸アルミニウム、Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、又は同様のものを含むことができる。層３４は、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｙ（イットリウム）、及びＳｃ（スカンジウム）のケイ酸塩を含む希土類ケイ酸塩などの、他のセラミックスをさらに含むことができる。ボンド・コートとして機能する層３４のいくつかの好ましい組成は、シリコン、ムライト、及びケイ酸イッテルビウムを含む。層３４の特定の組成は、基材３２及びＥＢＣ３６の化学組成及び相組成を含む、多くの考慮事項に基づくものとしてよい。
【００３４】
ＥＢＣ３６は、層３４及び基材３２を環境劣化から保護する材料を含みうる。例えば、ＥＢＣ３６は、酸化又は水蒸気攻撃に耐性のある材料を備え、及び／又は水蒸気安定性、化学安定性、及び環境耐久性の少なくとも１つを基材３２に付与することができる。ＥＢＣ３６として、例えば、アルミナ・ケイ酸バリウム・ストロンチウム（ＢａＯｘ−ＳｒＯ１−ｘ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＢＳＡＳ）、アルミナ・ケイ酸バリウム（ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＢＡＳ）、アルミナ・ケイ酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＣＡＳ）、アルミナ・ケイ酸ストロンチウム（ＳｒＯ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＳＡＳ）、アルミナ・ケイ酸リチウム（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＬＡＳ）、及びアルミナ・ケイ酸マグネシウム（２ＭｇＯ−２Ａｌ２Ｏ３−５ＳｉＯ２、ＭＡＳ）、希土類ケイ酸塩、又は同様のものなどの、ガラス・セラミックスが挙げられる。ＥＢＣ３６は、プラズマ溶射、電子ビーム物理気相成長（ＥＢ−ＰＶＤ）、及び指向性蒸着（ＤＶＤ）を含む物理気相成長（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、陰極アーク蒸着、スラリー・ディッピング、ゾル・ゲル・コーティング、電気泳動析出、及び同様のものなどの、さまざまな技術によって施され、ＥＢＣ３６の少なくとも一部は、実質的に非多孔性の構造として蒸着されるものとしてよく、これにより、水蒸気若しくは他のガスが基材３２に接触する可能性が低減されるか、又は実質的に防止される。いくつかの実施例では、ＥＢＣ３６は、約０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）までの範囲の厚さを備えることができる。いくつかの好ましい実施例では、ＥＢＣ３６は、約０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）から約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）までの範囲の厚さを備えることができる。
【００３５】
図２に示されている実施例では、層３４の表面４４に、５つの特徴体４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、及び４６ｅ（「特徴体４６」と総称する）が形成される。特徴体４６は、表面４４内に形成された溝、隆起部、凹部、又は突起部を備えることができ、これは、例えば、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、レーザー・クラッディング、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。図２に示されている実例では、特徴体４６は、層３４の表面４４上に形成された隆起部若しくは突起部を備えることができる。
【００３６】
特徴体４６のそれぞれは、表面４４の相対的平面性を乱す、例えば、特徴体４６のそれぞれは、表面４４内に不連続部を形成する。特徴体４６は、表面４４に対して平行な平面内でのＥＢＣ３６内の亀裂成長を妨げることができる。特定の理論によって拘束されるものではないが、特徴体４６は、結果として、層３４とＥＢＣ３６との間の界面を形成し、この界面上で亀裂は伝播し表面４４のプラトー部分の上に配置されたＥＢＣ３６の一部から層３４内に形成された特徴体４６のうちの１つまで成長する必要がある。異種材料間の、例えば、層３４とＥＢＣ３６との間の遷移は、これら２つの材料の界面上の亀裂成長を妨げることができ、単一の領域、例えば、層３４のプラトー部の上に配置されているＥＢＣ３６の一部又は特徴体４６のうちの１つの上に配置されているＥＢＣ３６の一部への亀裂成長を含むことができる。したがって、ＥＢＣ３６の一部が基材３２からの層剥離を起こす程度にまで亀裂が成長した場合、層剥離するＥＢＣ３６の部分は、特徴体４６のうちの１つの上の部分又は表面４４のプラトー部の上の部分に限定されうる。
【００３７】
いくつかの実施例では、ガス・タービン動翼１０などの、物品は、図２に示されていない少なくとも１つの追加の層を含みうる。例えば、図３に示されているように、ガス・タービン動翼５０は、基材３２、基材３２の表面４２上に形成された上張層５２、上張層５２の表面５６上に形成されたボンド・コート５４、及びボンド・コート５４上に形成されたＥＢＣ３６を備えることができる。
【００３８】
図２に関して上で説明されているように、基材３２は、いくつかの実施例において、マトリックス材３８及び強化材４０を含むＣＭＣを備えることができる。マトリックス材３８は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、シリカ、又は同様の物質を含む、セラミック材料を含みうる。いくつかの実施例では、強化材４０の組成は、マトリックス材３８の組成と同じであってもよい。例えば、炭化ケイ素を含むマトリックス材３８が、炭化ケイ素ホイスカを含む強化材４０を囲むものとしてよい。他の実施例では、強化材４０は、アルミナマトリックス中のアルミノケイ酸塩繊維、又は同様のものなどの、マトリックス材３８の組成と異なる組成を備えるものとしてよい。基材３２の一組成として、炭化ケイ素を含むマトリックス材３８中に埋め込まれた炭化ケイ素連続繊維を含む強化材４０が挙げられる。
【００３９】
上張層５２は、基材３２のマトリックス材３８と同じ組成を備えることができる。例えば、上張層５２は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、シリカ、又は同様の物質を含みうる。このようにして、上張層５２は、基材３２の厚さを増やす働きをし、また基材３２内の強化材４０の上にマトリックス材３８の一種の緩衝層を形成することができる。いくつかの実施例では、上張層５２は、基材３２の形成時に基材３２の表面４２上に形成されうる。他の実施例では、上張層５２は、別の製造工程において基材３２の表面４２上に形成されうる。
【００４０】
ボンド・コート５４は、上張層５２とＥＢＣ３６との間の接着力を改善する材料を備えることができる。ボンド・コート５４は、セラミック、又は上張層５２と親和性のある他の材料を含むものとしてよい。例えば、ボンド・コート５４は、ムライト、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、又は同様のものを含むことができる。ボンド・コート５４は、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、及びＳｃのケイ酸塩を含む希土類ケイ酸塩などの、他のセラミックスをさらに含むことができる。ボンド・コート５４のいくつかの好ましい組成物として、シリコン、ムライト、及びケイ酸イッテルビウムが挙げられる。ボンド・コート５４の特定の組成は、上張層５２及びＥＢＣ３６の化学組成及び相組成を含む、多くの考慮事項に基づくものとしてよい。
【００４１】
図３に示されている実例では、特徴体５８ａ、５８ｂ、５８ｃ（「特徴体５８」と総称する）は、上張層５２の表面５６内に形成された凹部若しくは溝を備える。特徴体５８は、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、レーザー・クラッディング、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。
【００４２】
図４は、ＥＢＣ３６の上に形成される追加の層を含む、ガス・タービン・タービン動翼６０の別の実例の断面図である。ガス・タービン動翼６０は、基材３２、基材３２の表面４２上に形成された層３４、層３４の表面４４上に形成されたＥＢＣ３６、ＥＢＣ３６上に形成された熱障壁コーティング（ＴＢＣ）６２、及びＴＢＣ６２上に形成されたカルシア・マグネシア・アルミナ・ケイ酸塩（ＣＭＡＳ）耐性層６４を備える。ＴＢＣ６２及びＣＭＡＳ耐性層６４が一緒に利用されているように示されているが、いくつかの実施例は、ＴＢＣ６２を含むが、ＣＭＡＳ耐性層６４を含まないか、又はＣＭＡＳ耐性層６４を含むが、ＴＢＣ６２を含まないものとしてよい。
【００４３】
ＴＢＣ６２は、比較的低い熱伝導率を有するさまざまな材料のうちの少なくとも１つを含むことができ、ＴＢＣ６２の熱伝導率をさらに下げ、断熱性を基材３２に付与するために多孔性構造又は柱状構造として形成することができる。いくつかの実施例では、ＴＢＣ６２は、例えば、イットリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ハフニア、希土類酸化物安定化ジルコニア、希土類酸化物安定化ハフニア、希土類ケイ酸塩、ジルコン酸塩、ハフニウム酸塩、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００４４】
イットリア安定化ジルコニアは、わずかの量の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を混ぜたジルコニア（ＺｒＯ２）を含む。例えば、一イットリア安定化ジルコニア組成物は、約７質量％から約８質量％の酸化イットリウムによって安定化されたジルコニアを含む。いくつかの実施例では、イットリア安定化ジルコニアは、別の希土類酸化物をさらに含みうる。
【００４５】
ＴＢＣ６２で使用される希土類酸化物としては、例えば、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｃ、及びこれらの組み合わせの酸化物が挙げられる。同じ希土類元素も、希土類ケイ酸塩、希土類酸化物安定化ジルコニア、希土類酸化物安定化ハフニア、希土類ハフニウム酸塩、又は希土類ジルコン酸塩として存在する場合に有益であると思われる。ＴＢＣ６２は、例えば、プラズマ溶射、ＤＶＤ又はＥＢ−ＰＶＤなどのＰＶＤ、ＣＶＤ、及び同様のものを含む、有用な技術によって施されうる。
【００４６】
コーティングがＴＢＣ６２を含むかどうかに関係なく、ＣＭＡＳ耐性層６４をＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６に隣接して、又はその上に載るように構成し、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６を、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６の微細孔内へのＣＭＡＳの浸透から保護することができる。ＣＭＡＳ耐性層６４は、コーティング上に存在するＣＭＡＳと反応し、反応層（図示せず）を形成しうる。ＣＭＡＳ耐性層６４と反応層は、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６の微細孔内へのＣＭＡＳの浸透を低減するか、又は防ぐための障壁を形成することができる。ＣＭＡＳ耐性層６４は、例えば、プラズマ溶射、物理気相成長、化学気相成長、及び同様のものを含む有用な方法を使用してＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６に施すことができる。
【００４７】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＣＭＡＳと反応して固体の、又は非常に粘稠な反応生成物（つまり、ガス・タービン・エンジン６０が曝される温度で固体であるか、又は非常に粘稠である反応生成物）を形成する元素を含むものとしてよい。反応生成物は、ＣＭＡＳに比べて著しく高い（例えば、約１２００〜１２５０℃より高い）溶融温度を有するものとしてよい。固体の、又は非常に粘稠の反応生成物が望ましいのは、ＣＭＡＳ耐性層６４がＣＭＡＳと反応して反応層を形成するにつれ消費されるからである。例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４とＣＭＡＳとの反応生成物が比較的粘性の低い液体であった場合、その比較的粘性の低い液体は、ＣＭＡＳ耐性層６４が反応によって消費された後、ＥＢＣ３６及び／又はＴＢＣ６２の微細孔に浸透する可能性がある。
【００４８】
しかし、反応生成物が固体であるか、又は非常に粘稠である場合、反応層がＣＭＡＳ耐性層６４の表面上に形成され、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性層６４との反応速度が低下することになる。つまり、固体の、又は非常に粘稠の反応層がＣＭＡＳ耐性層６４の表面上に形成された後、ＣＭＡＳ耐性層６４とＣＭＡＳとの間の反応が遅くなるが、それは、さらなる反応が生じるのに、ＣＭＡＳが反応層を通って拡散してＣＭＡＳ耐性層６４に遭遇するか、又はＣＭＡＳ耐性層６４の成分が反応層を通って拡散しＣＭＡＳと遭遇する必要があるからである。いずれの場合も、ＣＭＡＳ又はＣＭＡＳ耐性層６４の成分のいずれかが拡散することは、拡散が最も遅いプロセスであるため固体反応層がＣＭＡＳ耐性層６４の表面上に形成された後の反応における制限工程となることが予想される。
【００４９】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、少なくとも１つの希土類酸化物を含む。有用な希土類酸化物は、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、及びこれらの組み合わせを含む、希土類元素の酸化物が挙げられる。いくつかの実施例では、ＣＭＡＳ耐性層６４は、ジルコニア及びハフニアを本質的に含まない。つまり、これらの実施例では、コーティングは、例えば、市販の希土類酸化物中に存在する量など、せいぜい微量のジルコニア及びハフニアを含むだけである。
【００５０】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、少なくとも１つの希土類酸化物に加えて、アルミナ及び／又はシリカも含みうる。例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４は、アルミナと少なくとも１つの希土類酸化物、シリカと少なくとも１つの希土類酸化物、又はアルミナ、シリカ、及び少なくとも１つの希土類酸化物を含みうる。アルミナ及び／又はシリカをＣＭＡＳ耐性層６４に添加して、例えば、層６４とＣＭＡＳとの化学反応性、反応生成物の粘性、熱膨張率、層６４とＥＢＣ３６又はＴＣＢ ６２との化学的適合性、並びに同様の特性などの、ＣＭＡＳ耐性層６４の１つ又は複数の特性を調整することができる。
【００５１】
さらに、いくつかの実施例では、ＣＭＡＳ耐性層６４は、適宜、例えば、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、又はこれらの混合物などの、他の添加剤成分を含むことができる。添加剤成分をＣＭＡＳ耐性層６４に添加して、層６４の１つ又は複数の望ましい特性を変えることができる。例えば、添加剤成分は、ＣＭＡＳ耐性層６４とＣＭＡＳとの反応速度を加減することができ、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性層６４との反応からの反応生成物の粘性を変えることができ、ＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６へのＣＭＡＳ耐性層６４の接着力を高めることができ、ＣＭＡＳ耐性層６４の化学的安定性を高めたり、低くしたりすることができ、又は同様のことを行うことができる。
【００５２】
図２〜４は、基材３２上に形成された層の異なる組み合わせを含む実例を示しているが、図示されている層の組み合わせが唯一であるわけではない。例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＴＢＣ６２の代わりにＥＢＣ３６上に形成されうるか、又は物品は、上張層５２、ボンド・コート５４、ＥＢＣ３６、及びＴＢＣ６２を備えうる。層の他の組み合わせも企図され、本開示の対象となっている。
【００５３】
図２〜４は、一般的に矩形の断面形状を有する特徴体４６、５８を示している。他の実施例では、特徴体４６、５８は、他の断面形状を備えることもできる。特徴体４６、５８の他の断面形状のいくつかの実例は、図５Ａ〜５Ｈに示されている。例えば、図５Ａ及び５Ｂは、一般的に湾曲した断面形状を備える、凹部又は溝７２と突起部又は隆起部７４をそれぞれ示している（例えば、円の一部分の断面を有する溝若しくは隆起部、又は球形の一部分の形状を有する凹部若しくは突起部）。図５Ｃ及び５Ｄは、三角形の断面形状を備える、凹部又は溝７６及び突起部又は隆起部７８をそれぞれ示している。例えば、凹部７６又は突起部７８は、円錐形又はピラミッド形の形状を備えることができる。図５Ｅ及び５Ｆは、一般的に矩形の断面形状を有する、凹部又は溝８０及び突起部又は隆起部８２をそれぞれ示している。最後に、図５Ｇ及び５Ｈは、一般的に正方形の断面形状を有する、凹部又は溝８４及び突起部又は隆起部８６をそれぞれ示している。そのような断面形状は単なる実例にすぎず、他の断面形状も可能であり、これは当業者には明らかなことであろう。一般に、特徴体７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６は、２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満、又は２．５４ｍｍ（０．１インチ）に実質的に等しい幅、及びＥＢＣ３６の厚さより小さい、又はＥＢＣ３６の厚さに実質的に等しい深さ若しくは高さを備えるものとしてよい。（例えば、図２を参照）
【００５４】
特徴体４６、５８、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６（「特徴体４６」と総称する）は、複数の特徴体４６を備える配列内の層３４に形成されうる。図６Ａ〜６Ｆは、多数の例示的な特徴体４６及び特徴体４６の配列を示している。例えば、図６Ａは、複数の溝若しくは隆起部９４を備える特徴体９２の配列が層３４内に形成されていることを示している。溝若しくは隆起部９４は、実質的に互いに平行に配向されている。このような配置構成では、層３４（及び層３４上に形成されたＥＢＣ３６）を複数の領域に分離し、それぞれの領域は隣接する溝９４と溝との間に配置されうる。上で説明されているように、これにより、層３４上に形成されたＥＢＣ３６の熱若しくは機械的応力への抵抗性を改善することができる。
【００５５】
いくつかの実施例では、溝９４は、図６Ａに示されているように、ほぼ同じ幅Ｗであるものとしてよい。他の実施例では、１つ又は複数の溝９４は、溝９４のうちの別の溝と異なる幅Ｗを有するものとしてよい。いくつかの実施例では、溝９４のうちのそれぞれの溝の幅Ｗは、２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｍｍ（０．１インチ）に等しいものとしてよい。他の実施例では、溝９４のうちのそれぞれの溝の幅Ｗは、約０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）から約１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）までの範囲内としてよい。
【００５６】
隣接する溝９４は、実質的に均等な間隔で並べられるか、又は異なる距離で相隔てて並ぶものとしてよい。隣接する溝９４の間の距離Ｄは、ピッチと称することができ、いくつかの実施例では、約２５．４０ｍｍ（１インチ）程度であってよい。いくつかの実施例では、ピッチは、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）から約６．３５ ｍｍ（０．２５インチ）までの範囲内である。いくつかの実施例では、ピッチは、単調増加若しくは単調減少するものとしてよい。他の実施例では、ピッチは増加し次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。さらに他の実施例では、図６Ａに示されているように、ピッチはほぼ一定であってよい。
【００５７】
溝若しくは隆起部９４は、図２〜４及び５Ａ〜５Ｈに例示されているように、例えば、アーチ形（つまり、円の一部）、矩形、又は三角形の断面を含む、さまざまな断面形状を有することができる。溝９４のそれぞれは、同じ断面形状を有するか、又は溝９４のうちの少なくとも１つは、溝９４のうちの別の１つの溝と異なる断面形状を有することができる。溝９４のうちのそれぞれの溝の深さは、ＥＢＣ３６の厚さと同じ程度であってよい（例えば、図２を参照）。いくつかの実施例では、溝９４のうちのそれぞれの溝の深さは、ＥＢＣ３６の厚さの約２０％から約８０％までの範囲内としてよい。絶対寸法に関して、いくつかの実施例では、溝のそれぞれの深さは、約０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）までの範囲内としてよい。他の実施例では、溝は、約０．０１５２ｍｍ（０．０００６インチ）から約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）までの範囲内とすることができる。幅Ｗと同様に、溝９４のうちのそれぞれの溝の深さは、おおよそ同じであるか、又は溝９４のうちの少なくとも１つの溝の深さは、溝９４のうちの少なくとも１つの他の溝と異なっていてもよい。いくつかの実施例では、溝９４の深さは、単調増加若しくは単調減少するか、増加して次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。
【００５８】
図６Ｂは、互いに実質的に平行になるように形成された第１の複数の溝若しくは隆起部及び互いに実質的に平行になるように、且つ第１の複数の溝若しくは隆起部に実質的に垂直になるように形成された第２の複数の溝若しくは隆起部によって形成されたグリッド９８を備える特徴体９６の配列を示している。グリッド９８が溝を含む場合、グリッド９８は、層３４内に凹部を形成し、層３４内に複数のプラトー部１００を画成する。或いは、グリッド９８が隆起部を含む場合、グリッド９８は、層３４内に突起部を形成し、層３４内に複数のプラトー部１００を画成する。このようにして、グリッド９８は、層３４（及び層３４上に形成されたＥＢＣ３６）を複数の領域に分離し、亀裂が一方の領域から隣接する領域へと成長するのを阻止する。
【００５９】
他の実施例では、図６Ｃに例示されているように、特徴体１０２の配列は、正弦波状の溝若しくは隆起部１０４のグリッドを備えることができる。グリッド１０２は、層内に凹部又は突起部を形成し、層３４内に複数のプラトー部１０６を画成する。このようにして、グリッド１０４は、層３４（及びＥＢＣ３６）を複数の領域に分離し、亀裂が一方の領域から隣接する領域へと成長するのを阻止する。
【００６０】
いくつかの実施例では、図６Ｂ及び６Ｃにおいて実質的に水平方向に配向されている溝若しくは隆起部のそれぞれは、第１の幅Ｗ１を有することができ、図６Ｂ及び６Ｃにおいて実質的に垂直方向に配向されている溝若しくは隆起部のそれぞれは、第２の幅Ｗ２を有することができる。いくつかの実施例では、第１の幅Ｗ１は、第２の幅Ｗ２と同じであってもよいが、他の実施例では、第１の幅Ｗ１は、第２の幅Ｗ２と異なっていてもよい。それに加えて、いくつかの実施例では、グリッド９８又は１０４内の少なくとも１つの垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の幅は、グリッド９８又は１０４内の別の垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の幅と異なっていてもよい。同様に、グリッド９８内の少なくとも１つの水平方向に配向された溝若しくは隆起部の幅は、グリッド９８又は１０４内の別の水平方向に配向された溝若しくは隆起部の幅と異なっていてもよい。いくつかの実施例では、グリッド９８内の水平方向若しくは垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の幅は、単調増加若しくは単調減少するが、他の実施例では、グリッド９８又は１０４内の水平方向若しくは垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の幅は、増加し次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のうちのそれぞれの幅（Ｗ１又はＷ２）は、２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｍｍ（０．１インチ）に等しいものとしてよい。他の実施例では、グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のうちのそれぞれの幅（Ｗ１又はＷ２）は、約０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）から約１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）までの範囲内であるものとしてよい。
【００６１】
グリッド９８又は１０４内の隣接する平行な溝若しくは隆起部は、ほぼ均等な間隔で相隔てて並ぶか、又は異なる距離で相隔てて並ぶものとしてよい。いくつかの実施例では、グリッド９８又は１０４内の隣接する溝若しくは隆起部の間の距離Ｄ１又はＤ２（ピッチと称する）は、２．５４ｃｍ（１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｃｍ（１インチ）に等しいものとしてよい。いくつかの実施例では、距離Ｄ１又はＤ２は、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）から約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）までの範囲内とすることができる。いくつかの実施例では、ピッチは、単調増加若しくは単調減少するものとしてよい。他の実施例では、ピッチは増加し次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。さらに他の実施例では、図６Ｂ及び６Ｃに示されているように、ピッチはほぼ一定であってよい。それに加えて、いくつかの実施例では、第１の方向の隣接する溝若しくは隆起部の間の距離Ｄ１は、第２の方向の隣接する溝若しくは隆起部の間の距離Ｄ２と異なっていてもよい。いくつかの実例では、一方の方向におけるピッチは、グリッド９８内で増加又は減少しうるが、第２の方向におけるピッチは、ほぼ一定であるものとしてよい。
【００６２】
グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のそれぞれは、図２〜４及び５Ａ〜５Ｈに例示されているように、例えば、アーチ形、矩形、又は三角形の断面を含む、さまざまな断面形状を有することができる。グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のそれぞれは、同じ断面形状を有するか、又はグリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のうちの少なくとも１つは、グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のうちの別の１つと異なる断面形状を有することができる。溝若しくは隆起部のそれぞれの深さ又は高さは、それぞれ、ＥＢＣ３６の厚さより小さいか、又は実質的に等しいものとしてよい。いくつかの実施例では、溝若しくは隆起部のうちのそれぞれの深さ又は高さは、ＥＢＣ３６の厚さの約２０％から約８０％までの範囲内としてよい。絶対寸法に関して、いくつかの実施例では、溝のそれぞれの深さは、約０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）までの範囲内としてよい。他の実施例では、溝は、約０．０１５２ｍｍ（０．０００６インチ）から約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）までの範囲内とすることができる。幅Ｗと同様に、グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のそれぞれの溝の深さ又は高さは、おおよそ同じであるか、又は溝若しくは隆起部の少なくとも１つの溝の深さ又は高さは、溝若しくは隆起部のうちの他の少なくとも１つと異なっていてもよい。溝若しくは隆起部の深さ又は高さは、単調増加若しくは単調減少するか、又は増加して次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。いくつかの実例では、第１の方向、例えば図６Ｂ及び６Ｃにおいて実質的に垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の深さ又は高さは、第２の方向、例えば図６Ｂ及び６Ｃにおいて実質的に水平方向に配向された溝若しくは隆起部の深さ又は高さと異なっていてもよい。それに加えて、一方の方向に配向された溝若しくは隆起部の深さ又は高さは、グリッド５８内で変化しうるが、グリッド５８内で第２の方向に配向された溝若しくは隆起部の深さ又は高さは、ほぼ一定であってもよい。
【００６３】
いくつかの実施例では、層３４は、実質的に連続する特徴体の配列の代わりに離散する特徴体の配列を備えることができる。例えば、図６Ｄは、層３４内に形成された複数の円形の凹部若しくは突起部１１０を備える特徴体１０８の配列を示している。同様に、図６Ｅは、層３４内に形成された複数の六角形の凹部若しくは突起部１１４を備える特徴体１１２の配列を示しており、図６Ｆは、層３４内に形成された複数の楕円形の凹部若しくは突起部１１８を備える特徴体１１６の配列を示している。凹部又は突起部１１０、１１４、１１８（「凹部又は突起部１１０」と総称する）の例示されているパターン及び形状は、単なる実例にすぎず、凹部又は突起部１１０の他のパターン及び形状も本開示により企図されている。それに加えて、特徴体の配列は、円形、六角形、又は楕円形の形状（図９Ｄを参照）などの、異なる形状の凹部又は突起部１１０を備えることができる。
【００６４】
上で説明されているように、凹部又は突起部１１０のそれぞれは、直径若しくは幅Ｗを有することができる。いくつかの実施例では、図６Ｄ〜６Ｆに示されているように、凹部又は突起部１１０の直径若しくは幅Ｗは、実質的に一定であるものとしてよい。いくつかの実施例では、凹部又は突起部１１０の直径若しくは幅Ｗは、単調増加若しくは単調減少するものとしてよいが、他の実施例では、凹部又は突起部１１０の直径若しくは幅Ｗは、増加し次いで減少するか、又は減少し次いで増加するものとしてよい。凹部又は突起部１１０のうちのそれぞれの直径又は幅Ｗは、２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｍｍ（０．１インチ）に等しい範囲内であるものとしてよい。いくつかの実施例では、凹部又は突起部１１０のうちのそれぞれの直径若しくは幅Ｗは、約０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）から約１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）までの範囲内としてよい。
【００６５】
凹部又は突起部１１０は、ほぼ均等な間隔で相隔てて並ぶか、又は図６Ｂに示されているグリッド９８の溝若しくは隆起部と同様に、異なる距離で相隔てて並ぶものとしてよい。隣接する凹部又は突起部１１０の間の距離Ｄは、２．５４ｃｍ（１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｃｍ（１インチ）に等しいものとしてよい。いくつかの実施例では、隣接する凹部又は突起部１１０の間の距離Ｄは、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）から約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）までの範囲内とすることができる。ピッチは、単調増加若しくは単調減少するか、増加して次いで減少するか、減少して次いで増加するか、又はほぼ一定のままであるものとしてよい。それに加えて、第１の方向の隣接する凹部若しくは突起部１１０の間の距離Ｄは、第２の方向の隣接する凹部若しくは突起部１１０の間の距離Ｄと異なっていてもよい。いくつかの実例では、一方の方向におけるピッチは、増加又は減少しうるが、第２の方向におけるピッチは、ほぼ一定であるものとしてよい。他の実例では、２つの実質的に垂直な方向のピッチは、それぞれ変化する、例えば、両方向に増加するか、両方向に減少するか、又は第１の方向に増加し、第２の方向に減少するものとしてよい。
【００６６】
凹部若しくは突起部１１０のそれぞれは、図２〜４及び５Ａ〜５Ｈに例示されているように、例えば、アーチ形、矩形、又は三角形の断面を含む、さまざまな断面形状のうちの１つを有することができる。凹部若しくは突起部１１０のそれぞれの断面形状は同じであるか、又は特徴体１０８、１１２、若しくは１１６の配列内で異なっていてもよい。凹部若しくは突起部１１０のそれぞれの深さは、ＥＢＣ３６の厚さより小さいか、又は実質的に等しいものとしてよい。いくつかの実施例では、凹部若しくは突起部１１０のそれぞれの深さは、ＥＢＣ３６の厚さの約２０％から約８０％までの範囲内としてよい。絶対寸法に関して、いくつかの実施例では、溝のそれぞれの深さは、約０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）までの範囲内としてよい。他の実施例では、溝は、約０．０１５２ｍｍ（０．０００６インチ）から約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）までの範囲内とすることができる。それに加えて、特徴体１０８、１１２、若しくは１１６の配列内の凹部若しくは突起部１１０の深さは、ほぼ同じであるか、又は凹部若しくは突起部１１０のうちの少なくとも１つの深さは、凹部若しくは突起部１１０のうちの他の少なくとも１つと異なっていてもよい。凹部若しくは突起部１１０の深さは、単調増加若しくは単調減少するか、増加して次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。いくつかの実施例では、凹部若しくは突起部１１０の深さは、特徴体１０８、１１２、若しくは１１６の配列内で一方向にそって変化しうるが、凹部若しくは突起部１１０の深さは、特徴体１０８、１１２、若しくは１１６の配列内で第２の実質的に垂直な方向にそって変化しても、変化しなくてもよい。
【００６７】
溝若しくは隆起部９４などの、実質的に連続する特徴体、及び円形の凹部若しくは突起部１１０などの離散的な特徴体は、別々に説明されているけれども、いくつかの実施例では、連続する特徴体及び離散的な特徴体は、一緒に使用することもできる。例えば、図６Ｇは、複数の溝若しくは隆起部９４及び複数の円形の凹部若しくは突起部１１０を備える特徴体１２０の配列を示している。溝若しくは隆起部９４は、互いに実質的に平行に配向され、凹部若しくは突起部１１０の柱状部の間の層３４内に形成される。このような配置構成では、層３４を複数の領域に分離し、それぞれの領域は隣接する溝と溝との間に配置されうる。上で説明されているように、これにより、層３４上に形成されたＥＢＣ３６の熱若しくは機械的応力への抵抗性を改善することができる。
【００６８】
凹部若しくは突起部１１０及び溝若しくは隆起部９４は、上で説明されているのと同様の、深さ若しくは高さ、ピッチ、幅、及び／又は断面形状を含む、特性を有することができる。いくつかの実例では、凹部及び隆起部若しくは溝及び突起部は、層３４内に一緒に形成することができる。凹部、突起部、溝、及び隆起部の他の組み合わせも本開示により企図されている。
【００６９】
図６Ａ〜６Ｇに示されている特徴体の配列は、実質的に均一なものであるとして図示され、説明されているけれども、いくつかの実施例では、特徴体の配列は、不均一であるか、又はランダムであってもよい。例えば、配列内の特徴体の１つ又は複数の特性が、その配列全体を通して実質的にランダムに変化してもよい。例えば、形状、断面形状、サイズ、ピッチ、深さ、又は同様の特性のうちの少なくとも１つが、その配列全体を通して実質的にランダムに変化してもよい。
【００７０】
図７は、中に形成された複数の特徴体を有する上張層を基材上に形成することを含む物品を形成する例示的な技術の流れ図である。わかりやすくするため、図７の技術は、図３に示されているガス・タービン動翼５０を参照しつつ説明されるが、図７の技術は、例えば、タービン動翼トラック、タービン・シール・セグメント、翼、又は同様のものなどの、高温になる機械システムの別のコンポーネント上で利用することができることは理解されるであろう。
【００７１】
最初に、上張層５２が、基材３２上に形成される（１２２）。上張層５２は、基材３２のマトリックス材３８と同じ材料を備える。上張層５２は、基材３２の形成時に基材３２上に形成されうるか、又はその後の蒸着工程において基材３２上に形成されうる。基材３２の形成時に基材３２上に形成される場合、上張層５２は、例えば、化学蒸気浸透法、化学気相成長法、溶解浸透法、ポリマー前駆物質プロセス、又は同様の方法によって蒸着されうる。上張層５２の形成は、強化材４０の実質的に完全なカプセル封入が確実になされるように強化材４０が覆われた後、追加量のマトリックス材３８を蒸着することを含みうる。
【００７２】
基材３２の形成後に基材３２上に形成される場合、上張層５２は、例えば、ＣＶＤ、ポリマー前駆物質プロセス、ゾル・ゲル・プロセス、スラリー・プロセス、プラズマ溶射、ＰＶＤ、又は同様の方法によって蒸着されうる。上で説明されているように、上張層５２は、上張層５２内に形成された特徴体５８の深さ又は高さより大きい厚さを備えるように形成され、これにより、特徴体が上張層５２内に形成されたときに強化材４０が露出しない可能性を高めるか、又は確実に露出しないようにすることができる。
【００７３】
上張層５２が、基材３２上に形成された（１２２）後、特徴体５８の配列が上張層５２内に形成される（１２４）。配列は、例えば、直線的な溝若しくは隆起部、正弦波状の溝若しくは隆起部、直線的な、若しくは正弦波状の溝若しくは隆起部によって形成されたグリッド、円形の凹部若しくは突起部、六角形の凹部若しくは突起部、楕円形の凹部若しくは突起部、矩形の凹部若しくは突起部、又はこれらの特徴体５８の組み合わせなどの複数の特徴体５８を備えることができる。特徴体５８が凹部又は溝を備える場合、特徴体５８は、例えば、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。化学エッチング及びフォトリソグラフィでは、上張層５２の一部分が、上張層５２と反応する化学薬品に曝され、上張層５２から材料が取り除かれる。化学薬品によってエッチングされる場所及び上張層５２が化学薬品に曝される時間の長さを制御することによって、特徴体５８の深さ及び形状を制御することができる。エッチングされる場所は、化学エッチング液に関して不活性である材料の層で、エッチングされるべきでない上張層５２の部分を被覆することによって制御されうる。
【００７４】
レーザー加工では、エキシマー・レーザーなどの電磁エネルギーの発生源を使用して、上張層５２によって吸収される波長の一連の電磁パルスを発生する。パルスは、エネルギーを吸収する上張層５２の部分を蒸発させるのに十分な強さのものである。上張層５２の異なる部分の順序曝露を使用して、上張層５２の一部又はいくつかの部分を蒸発させて、特徴体５８を形成することができる。
【００７５】
特徴体５８を形成する他の方法として、例えば、加圧水流、研磨剤、研磨剤を混ぜた水、又は上張層５２を変形するか、若しくは上張層５２から材料を取り除くのに十分に硬いツールによって、上張層５２のいくつかの部分を機械的に取り除く方法が挙げられる。
【００７６】
特徴体５８が隆起部若しくは突起部を備える実施例では、特徴体５８は、例えば、レーザー・クラッディングによって形成されうる。レーザー・クラッディングでは、レーザー又は他の電磁エネルギー源が上張層５２上に蒸着された材料の領域上に合焦され、これにより、材料を溶融するか、又は焼結し、特徴体５８を形成する。上張層５２に相対的なレーザー及び追加された材料の位置及び移動を制御することによって、上張層５２上に特徴体５８の所望の形状を形成するためにレーザー・クラッディングが使用されうる。
【００７７】
特徴体５８の配列が上張層５２内に形成された（１２４）後、ボンド・コート５４は、適宜、特徴体５８の配列を含む、層５２上に蒸着されうる（１２６）。上で説明されているように、ボンド・コート５４は、上張層５２とＥＢＣ３６との間の接着力を改善する材料を備えることができる。ボンド・コート５４は、セラミック、又は上張層５２と親和性のある他の材料を含むものとしてよい。例えば、ボンド・コート５４は、ムライト、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、希土類ケイ酸塩、又は同様のものを含むことができる。ボンド・コート５４は、例えば、プラズマ溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スラリー・ディッピング、又は同様のものによって層５２上に形成されうる。ボンド・コート５４は、特徴体５８を含む、層５２の幾何学的形状を実質的に再現することができる。
【００７８】
ボンド・コート５４のオプションの蒸着の後、ＥＢＣ３６がボンド・コート５４上（又はボンド・コート５４が存在していない場合には、層５２上）に形成されうる（１２８）。ＥＢＣ３６は、層５２及び基材３２を環境劣化から保護する材料を含みうる。例えば、ＥＢＣ３６は、酸化又は水蒸気攻撃に耐性のある材料を備え、及び／又は水蒸気安定性、化学安定性、及び環境耐久性の少なくとも１つを基材３２に付与することができる。ＥＢＣ３６は、例えば、ＢＳＡＳ、ＢＡＳ、ＣＡＳ、ＳＡＳ、ＬＡＳ、ＭＡＳなどのガラス・セラミックス、希土類ケイ酸塩、又は同様のものを含みうる。ＥＢＣ３６は、プラズマ溶射、ＥＢ−ＰＶＤ又はＤＶＤなどのＰＶＤ、ＣＶＤ、陰極アーク蒸着、スラリー・ディッピング、ゾル・ゲル・コーティング、電気泳動析出、及び同様のものなどの、さまざまな技術によって施され、コーティングの少なくとも一部に対して実質的に非多孔性の構造として蒸着されるものとしてよく、これにより、水蒸気若しくは他のガスが基材３２に接触する可能性が低減されるか、又は実質的に防止される。ＥＢＣ３６は、特徴体５８を実質的に再現する。
【００７９】
いくつかの実施例では、上張層５２を基材３２上に形成し、特徴体５８を上張層５２内に形成する代わりに、ボンド・コート５４を基材３２上に直接形成することができ、特徴体４６をボンド・コート５４内に形成することができる（図２及び付随する説明を参照）。図８は、そのような物品を形成するための例示的な技術の流れ図である。
【００８０】
最初に、ボンド・コート５４が、基材３２上に形成される（１３２）。ボンド・コート５４は、例えば、金属又はセラミックなどの、基材３２とＥＢＣ３６との間の接着力を改善する材料を備えることができる。例えば、ボンド・コート５４は、ムライト、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、希土類ケイ酸塩、又は同様のものを含むことができる。ボンド・コート５４は、例えば、プラズマ溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又は同様のものによって層３２上に形成されうる。
【００８１】
ボンド・コート５４が、基材３２上に形成された（１３２）後、特徴体４６の配列がボンド・コート５４内に形成される（１３４）。配列は、例えば、直線的な溝若しくは隆起部、正弦波状の溝若しくは隆起部、直線的な、若しくは正弦波状の溝若しくは隆起部によって形成されたグリッド、円形の凹部若しくは突起部、六角形の凹部若しくは突起部、楕円形の凹部若しくは突起部、矩形の凹部若しくは突起部、又はこれらの特徴体４６の組み合わせなどの複数の特徴体４６を備えることができる。特徴体４６が凹部又は溝を備える場合、特徴体４６は、例えば、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。特徴体４６が隆起部若しくは突起部を備える場合、特徴体４６は、例えば、レーザー・クラッディングによって形成されうる。
【００８２】
特徴体４６の配列が、ボンド・コート５４内に形成された（１３４）後、ＥＢＣ３６は、ボンド・コート５４上に、且つ特徴体の配列の上に形成される（１２８）。ＥＢＣ３６は、例えば、ＢＳＡＳ、ＢＡＳ、ＣＡＳ、ＳＡＳ、ＬＡＳ、ＭＡＳなどのガラス・セラミックス、希土類ケイ酸塩、又は同様のものなどの、ボンド・コート５４及び基材３２を環境劣化から保護する材料を含みうる。ＥＢＣ３６は、プラズマ溶射、ＥＢ−ＰＶＤ又はＤＶＤなどのＰＶＤ、ＣＶＤ、陰極アーク蒸着、スラリー・ディッピング、ゾル・ゲル・コーティング、電気泳動析出、及び同様のものなどの、さまざまな技術によって施され、コーティングの少なくとも一部に対して実質的に非多孔性の構造として蒸着されるものとしてよく、これにより、水蒸気若しくは他のガスが基材３２に接触する可能性が低減されるか、又は実質的に防止される。ＥＢＣ３６は、ボンド・コート５４内に形成された特徴体４６を実質的に再現する。このようにして、複数の領域が、ＥＢＣ３６内に形成され、ＥＢＣ３６内の亀裂伝播を防ぎ、ＥＢＣ３６の機械的及び／又は熱応力耐性を改善する働きをする。
【００８３】
いくつかの実施例では、ＴＢＣ６２（図４）は、適宜、ＥＢＣ３６上に形成されうる（１３６）。上で説明されているように、ＴＢＣ６２は、比較的低い熱伝導率を有するさまざまな材料のうちの少なくとも１つを含むことができ、歪み耐性を高め、及び／又はＴＢＣ６２の熱伝導率をさらに下げ、断熱性を基材３２に付与するために多孔性構造又は柱状構造として形成することができる。いくつかの実施例では、ＴＢＣ６２は、例えば、イットリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ハフニア、希土類酸化物安定化ジルコニア、希土類酸化物安定化ハフニア、希土類ケイ酸塩、希土類ジルコン酸塩、希土類ハフニウム酸塩、又はこれらの組み合わせを含むことができる。ＴＢＣ６２は、例えば、プラズマ溶射、ＤＶＤ又はＥＢ−ＰＶＤなどのＰＶＤ、ＣＶＤ、及び同様のものを含む、有用な技術によってＥＢＣ３６上に蒸着されうる。
【００８４】
いくつかの実施例では、ＴＢＣ６２がＥＢＣ３６上に形成されたかどうかに関係なく、ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＥＢＣ３６の上に蒸着されうる（１３８）（つまり、ＴＢＣ６２が存在していなければＥＢＣ３６上に直接、又は存在していればＴＢＣ６２上に）。ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６に隣接して、又はその上に載るように構成され、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６を、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６の微細孔内へのＣＭＡＳの浸透から保護することができる。
【００８５】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＣＭＡＳと反応して固体の、又は非常に粘稠な反応生成物（つまり、ガス・タービン・エンジン６０が曝される温度で固体であるか、又は非常に粘稠である反応生成物）を形成する元素を含むものとしてよい。反応生成物は、ＣＭＡＳに比べて著しく高い（例えば、約１２００〜１２５０℃より高い）溶融温度を有するものとしてよい。例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４は、少なくとも１つの希土類酸化物を含む。有用な希土類酸化物は、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、及びこれらの組み合わせを含む、希土類元素の酸化物が挙げられる。いくつかの実施例では、ＣＭＡＳ耐性層６４は、ジルコニア及びハフニアを本質的に含まない。つまり、これらの実施例では、コーティングは、例えば、市販の希土類酸化物中に存在する量など、せいぜい微量のジルコニア及びハフニアを含むだけである。いくつかの実施例では、ＣＭＡＳ耐性層６４は、適宜、アルミナ、シリカ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、及び／又はアルカリ土類酸化物を含みうる。
【００８６】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、例えば、プラズマ溶射、物理気相成長、化学気相成長、及び同様のものを含む有用な方法を使用してＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６に施すことができる。
【００８７】
前記の説明は、ＣＭＣ基材上の層内に特徴体の単一の配列を形成することをもっぱら目的としているが、他の技術も、物品の熱及び／又は機械的応力への抵抗性を改善するために使用されうる。例えば、物品は、基材の第１の位置に形成された特徴体の第１の配列と基材の第２の位置に形成された特徴体の第２の配列とを備えることができる。第１及び第２の位置のそれぞれは、第１及び第２の位置が使用中に受けることが予測される熱及び／又は機械的応力に基づき選択されうる。予測される熱及び／又は機械的応力は、実験データ、例えば、以前に使用された、若しくは試験されたコンポーネントから集められたデータに基づき決定されうるか、又はコンポーネント上の熱応力の理論的モデリング（例えば、有限要素解析）によって予測されうる。
【００８８】
例えば、図９Ａ〜９Ｄは、物品の第１及び第２の位置で受ける予測された熱及び／又は機械的応力に基づき物品の層３４内に形成された特徴体の第１及び第２の配列のさまざまな実例を示す概念図である。図９Ａは、層３４の第１の位置１４２に形成された特徴体１１４の第１の配列１４６と層３４の第２の位置に形成された特徴体１１４の第２の配列１４８とを有する層３４を示している。図９Ａに示されている実施例では、特徴体１１４のそれぞれは六角形の凹部を備える。他の実施例では、特徴体１１４のそれぞれは、別の形状の凹部、任意の形状の突起部、直線状若しくは正弦波状の溝、及び／又は直線状若しくは正弦波状の隆起部を備えることができる。
【００８９】
いくつかの実施例では、第１の位置１４２における予測される熱及び／又は機械的応力は、第２の位置１４４における予測される熱及び／又は機械的応力よりも大きいものとしてよい。第１の位置１４２及び第２の位置１４４で受ける熱及び／又は機械的応力は、それぞれ、層３４及び層３４上に形成されたＥＢＣ（図９Ａに示されていない）の熱膨張及び／又は収縮を引き起こす温度変化によるものであるか、又はＥＢＣによる破片の物理的衝撃によるものとすることができる。第１の位置１４２は、例えば、高温になる機械システム内の第１の位置１４２の位置により、より大きな熱及び／又は機械的応力を受けうるが、第２の位置１４４は、高温になる機械システム内のその位置のせいでより低い熱応力を受けうる。
【００９０】
したがって、第１の位置１４２では、第２の位置１４４に形成された特徴体１１４の第２の配列１４８に比べて大きい熱及び／又は機械的応力の軽減をもたらしうる、特徴体１１４の第１の配列１４６を中に形成していてもよい。例えば、図９Ａに示されている実施例において、第１の配列１４６内の特徴体１１４は、第２の配列内の特徴体１１４に比べて密集したパターンで形成される。このようなパターンは、層３４をより小さな領域に分割し、第２の配列１４８内の特徴体１１４のより広い間隔に比べて熱及び／又は機械的応力のよりよい軽減をもたらしうる。第２の配列１４８は、それでも、層３４の第２の位置１４４に対して熱及び／又は機械的応力の軽減をもたらしうる。
【００９１】
図９Ａの特徴体１１４は、サイズ及び形状が均一であるものとして示されているけれども、いくつかの実施例では、単一の配列１４６又は１４８は、複数の形状、サイズ、及び／又は深さを含む特徴体１１４のパターンを含みうる。異なる形状を備える配列の一実例は、図９Ｄに示されている。いくつかの実施例では、特徴体１１４のサイズ、形状、及び／又は深さは、配列１４６若しくは１４８内の１つ又は２つの垂直方向の次元で単調増加しうるか、又は配列１４６若しくは１４８内の１つ又は２つの垂直方向の次元で増加し次いで減少しうる。それに加えて、いくつかの実施例では、配列１４６及び／又は１４８は、配列１４６及び／又は１４８内で特徴体１１４の不均一な、又はランダムな分布を含みうる。
【００９２】
図９Ｂに示されているように、いくつかの実施例では、層３４は、特徴体１１４の遷移配列１６０を含む遷移領域１５４を備えることができる。遷移領域１５４は、特徴体１１４の第１の配列１５８を備える、第１の位置１５２と特徴体１１４の第２の配列１６２を備える、第２の位置１５６との間に配置される。遷移配列１６０内では、隣接する特徴体１１４の間の間隔、つまりピッチは、第１の配列１５８内の特徴体１１４の間隔から第２の配列１６２内の特徴体１１４の間隔まで実質的に連続して変化しうる。
【００９３】
例えば、第１の配列１５８から第２の配列１６２に遷移するために、遷移配列内のそれぞれのその後の行は、より少ない特徴体１１４、及びその行内の隣接する特徴体１１４の間の増加した間隔を含む。このようにして、遷移配列は、第１の配列１５８から第２の配列１６２への遷移を円滑にすることができる。遷移配列１６０は、第１の配列１５８と第２の配列１６２との中間にある熱及び／又は機械的応力の軽減をもたらし、遷移配列１６０内の特徴体１１４若しくは特徴体１１４の間隔が変化すると変化する。例えば、遷移配列１６０によってもたらされる熱応力の軽減は、第２の配列１６２に近い位置にある遷移配列１６０によってもたらされる熱応力の軽減に比べて第１の配列１５８に近い位置ではより大きいものとしてよい。
【００９４】
図９Ｂは、遷移配列１６０内で変化する特徴体１１４のピッチのみを示しているけれども、他の実施例では、特徴体１１４のサイズ、深さ、又は形状は、第１の配列１５８内の特徴体１１４に類似していることから第２の配列１６２内の特徴体１１４に類似していることに変わりうる。いくつかの実施例では、特徴体１１４の２つ若しくはそれ以上の特性、例えば、サイズ、形状、深さ、又はピッチは、遷移配列１６０内で変化しうる。
【００９５】
図９Ｃは、層３４の第１の位置１７２のところに形成された層３４内の平行な溝若しくは隆起部９４を備える特徴体の第１の配列１７８を備える層３４を示している。層３４は、層３４の第２の位置１７６のところに形成された溝若しくは隆起部９４の第２の配列１８２、及び層３４の遷移領域１７４内に形成された溝若しくは隆起部９４の遷移配列１８０も備える。第１の配列１７８は、隣接する溝若しくは隆起部９４の間の第１の間隔を備え、第２の配列１８２は、隣接する溝若しくは隆起部９４の間の第２の間隔を備える。遷移配列１８０は、第１の配列１７８内の溝若しくは隆起部９４の間の間隔に類似していることから第２の配列１８２内の溝若しくは隆起部９４の間の間隔に類似していることに変わる隣接する溝若しくは隆起部９４の間の間隔を備える。このようにして、遷移配列１８０は、第１の配列１７８内の溝若しくは隆起部９４のパターンから第２の配列１８２内の溝若しくは隆起部９４のパターンへの実質的に連続する遷移をもたらす。
【００９６】
図９Ａ〜９Ｃは、類似の特徴体４６を含む特徴体４６の第１及び第２の配列を示しているが、いくつかの実施例では、第１及び第２の配列は、図９Ｄに示されているように、異なる特徴体４６を含んでいてもよい。図９Ｄにおいて、層３４は、層３４の第１の位置１９２のところに形成された六角形の凹部若しくは突起部１１４及び楕円形の凹部若しくは突起部１１８を備える第１の配列１９６及び層３４の第２の位置１９４のところに形成された円形の凹部若しくは突起部１１０の第２の配列１９８を具備する。
【００９７】
第１の配列１９６は、六角形の凹部若しくは突起部１１４及び楕円形の凹部若しくは突起部１１８を備える。他の実施例では、特徴体の他の組み合わせを、単一の配列、例えば、第１の配列１９６内で使用することができ、また２つより多い特徴体を単一の配列内で使用することができる。六角形の凹部若しくは突起部１１４及び楕円形の凹部若しくは突起部１１８は、図９Ｄでは、特徴体の１つの組み合わせの一実例としてのみ示されている。それに加えて、第１の配列１９６内の隣接する特徴体１１４、１１８の間のピッチは、実質的に均一であるとして示されているが、他の実施例では、ピッチは、第１の配列１９６内で変化しうる。
【００９８】
特徴体のピッチ及び形状は、両方とも、第１の配列１９６と第２の配列１９８との間で変わる。ここでもう一度、円形の凹部若しくは突起部１１０は、例示的なものにすぎず、第２の配列１９８内では特徴体の任意の形状が使用されうる。
【００９９】
いくつかの実施例では、特徴体の形状及び／又はピッチが第１の配列１９６と第２の配列１９８との間で変わる代わりに、特徴体の形状及び／又はピッチは変わらず、特徴体のサイズ及び／又は深さが第１の配列１９６と第２の配列１９８との間で変わりうる。実際、特徴体の特性の任意の組み合わせ、例えば、サイズ、形状、ピッチ、深さ、断面形状、又は同様のものは、第１の配列１９６と１９８との間で変わることも変わらないこともある。
【０１００】
図９Ａ〜９Ｄには示されていないけれども、いくつかの実施例では、特徴体の第１の配列は、実質的に連続する特徴体（例えば、図６Ａの溝９４）を含むことができるが、特徴体の第２の配列は、離散的な特徴体（例えば、図６Ｄの円形の凹部若しくは突起部１１０）を含む。特徴体及び特徴体の配列の他の組み合わせは、当業者には明らかであろう。
【０１０１】
それに加えて、また適宜、いくつかの実施例では、基材３２の上に形成された層の構造は、第１の位置（例えば、第１の位置１９２）と第２の位置（例えば、第２の位置１９４）とで異なっていてもよい。例えば、より低い熱応力を受けることが予測される物品の位置では、ＴＢＣは利用されず、物品は、上張層５２、ボンド・コート５４、及びＥＢＣ３６を含むコーティングを備えることができる。その一方で、より大きな熱応力を受けることが予測される物品の位置では、ＴＢＣは、上張層５２、ボンド・コート５４、及びＥＢＣ３６に加えて使用されうる。もちろん、本開示全体を通して説明されているように、層の他の組み合わせも使用することができる。いくつかの実施例では、２つより多い層構造を単一の物品内で使用することもできる。層の構造は、単一の物品の異なる位置における変更された熱及び／又は機械的応力の軽減をもたらすように特徴体の配列と組み合わせて選択されうる。
【０１０２】
図１０は、物品の第１の位置に特徴体の第１の配列と物品の第２の位置に特徴体の第２の配列とを備える物品を形成するための例示的な技術の流れ図である。図１０に示されている技術は、便宜のため図９Ａを参照しつつ説明されるが、層内に形成された特徴体の第１の配列及び第２の配列を含む他の実施例にも適用可能であると理解されるであろう。
【０１０３】
最初に、特徴体の第１の配列１４６は、層３４上の第１の位置１４２に形成される（１７２）。特徴体は、図９Ａに例示されているように、六角形の凹部若しくは突起部１１４を備えることができるか、又は、例えば、直線的な溝若しくは隆起部、正弦波状の溝若しくは隆起部、直線的な、若しくは正弦波状の溝若しくは隆起部によって形成されたグリッド、円形の凹部若しくは突起部、楕円形の凹部若しくは突起部、又はこれらの特徴体の組み合わせを含みうる。これらの特徴体は、例えば、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、レーザー・クラッディング、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。
【０１０４】
上で説明されているように、第１の位置１４２は、層３４を備える物品が使用中に受ける熱及び／又は機械的応力の予測に基づき選択若しくは決定されうる。熱及び／又は機械的応力の予測は、層３４（及び基材３２）が受ける作用と似た状態の下で類似の層を使用しているときに収集されたデータなどの、実験的証拠若しくは実験データに基づき行うことができる。いくつかの実施例では、熱及び／又は機械的応力の予測は、基材３２、層３４、ボンド・コート５４（もし存在すれば、図３を参照）、及び／又はＥＢＣ３６（図２を参照）の材料特性に基づく応力理論計算結果に基づき行うことができる（例えば、有限要素解析）。
【０１０５】
第１の配列１４６が層３４内に形成された（１７２）後、特徴体（例えば、六角形の凹部若しくは突起部１１４）の第２の配列１４８が、層３４の第２の位置１４４に形成されうる（１７４）。第１の配列１４６を形成するために使用されるものと似たプロセスが、第２の配列１４８を形成するために使用されうる。いくつかの実施例では、第２の配列１４８は、第１の配列１４６と実質的に同時に形成されうる。他の実施例では、第２の配列１４８は、第１の配列１４６の後に形成されうる。
【０１０６】
第１の位置１４２と同様に、第２の位置１４４は、層３４を備える物品が使用中に受ける熱及び／又は機械的応力の予測に基づき選択若しくは決定されうる。熱応力の予測は、層３４（及び基材３２）が受ける作用と似た状態の下で類似の層を使用しているときに収集されたデータなどの、実験的証拠若しくは実験データに基づき行うことができる。いくつかの実施例では、熱及び／又は機械的応力の予測は、基材３２、層３４、ボンド・コート５４（もし存在すれば、図３を参照）、及び／又はＥＢＣ３６（図２を参照）の材料特性に基づく応力理論計算結果に基づき行うことができる（例えば、有限要素解析）。
【０１０７】
上で説明されているように、第１の配列１４６及び第２の配列１４８は、それぞれ、特徴体の第１のパターン及び第２のパターンを備えることができる。これらのパターンは、特徴体の形状、サイズ、深さ、ピッチ、又は断面形状によって画成されうる。いくつかの実施例では、これらの特性のうちの１つのみが、第１の配列１４６と第２の配列１４８との間で変わりうるが、他の実施例では、これらの特性のうちの２つ又はそれ以上が、第１の配列１４６と第２の配列１４８との間で変わりうる。それに加えて、又は代替えとして、いくつかの実施例では、第１の配列１４６及び第２の配列１４８のうちの少なくとも１つは、特徴体の不均一な、又はランダムな分布を含みうる。
【０１０８】
図１０には示されていないけれども、いくつかの実施例では、この技術は、適宜、層３４内の遷移配列（例えば、遷移配列１６０、図９Ｂ）を形成することを含むことができる。上で説明されているように、遷移配列は、第１の配列１４６に近い第１の配列１４６内のパターンに類似していること及び第２の配列１４８に近い第２の配列１４８に類似していることから遷移するパターンを含みうる。遷移配列は、第１の配列１４６及び／又は第２の配列１４８を形成するために使用されるプロセスのどれかによって形成されうる。いくつかの実施例では、遷移配列は、第１の配列１４６及び／又は第２の配列１４８と実質的に同時に形成されうる。他の実施例では、遷移配列は、第１の配列１４６及び／又は第２の配列１４８と順次的に形成されうる。
【０１０９】
第１の配列１４６、第２の配列１４８、及び適宜、遷移配列が層３４内に形成された後、第１の配列１４６及び第２の配列１４８内の特徴体を含めて、ＥＢＣ３６（図２）を層３４上に形成することができる（１７６）。上で説明されているように、ＥＢＣ３６は、層３４及び基材３２を環境劣化から保護する材料を含みうる。例えば、ＥＢＣ３６は、ＢＳＡＳ、ＢＡＳ、ＣＡＳ、ＳＡＳ、ＬＡＳ、ＭＡＳなどのガラス・セラミックス、希土類ケイ酸塩、又は同様のものを含みうる。ＥＢＣ３６は、プラズマ溶射、ＥＢ−ＰＶＤ及びＤＶＤを含むＰＶＤ、ＣＶＤ、陰極アーク蒸着、スラリー・ディッピング、ゾル・ゲル・コーティング、電気泳動析出、及び同様のものなどの、さまざまな技術によって施され、コーティングの少なくとも一部に対して実質的に非多孔性の構造として蒸着されうる。
【０１１０】
前記の実例は、主にガス・タービン動翼に関して説明されているけれども、他の実例では、本明細書で説明されている技術は、高温になる機械システムの他のコンポーネントに応用することができる。例えば、ガス・タービン・エンジンの動翼トラック又はガス・タービン・エンジンの動翼シュラウドは、ＣＭＣ基材、その基材の上に形成された層、及びその層内に形成された特徴体の配列を備えることができる。同様に、前記の実例は特徴体の配列を含む層の上に形成されたＥＢＣに関して主に説明されているが（単独で、又は他の層と組み合わせて）、いくつかの実例では、摩耗性コーティングが、特徴体の配列を含む層の上に形成されうる。
【０１１１】
摩耗性コーティングとして、例えば、ガス・タービン動翼などの、第２のコンポーネントによって摩耗するように構成されているコーティングが挙げられる。いくつかの実例において、摩耗性コーティングが少なくとも１つの多孔性層とともに形成され、それらの微細孔は、例えば第２のコンポーネントとの接触などからの十分な機械的力にコーティングが曝されたときに摩耗性コーティングが比較的小さな断片に分かれる傾向を高めることができる。
【０１１２】
いくつかの実例では、摩耗性コーティングは、ガス・タービン・エンジンの動翼トラック又はガス・タービン・エンジンの動翼シュラウドとガス・タービン動翼との間にシールを形成することができる。例えば、ガス・タービン・エンジンの動翼トラック若しくはガス・タービン・エンジンの動翼シュラウド及びガス・タービン動翼の相対的サイズは、動翼が摩耗性コーティングの少なくとも一部と意図的に接触し、摩耗させるように選択されうる。いくつかの実例では、動翼とシュラウド又はトラックとの間の接触の結果、タービン動翼の経路に対応する摩耗性コーティング内の溝を形成しうる。摩耗性コーティングの摩耗性により、タービン動翼を比較的自由に回転させながらもタービン動翼と摩耗性コーティングとの間の接触を可能にすることができる。それに加えて、摩耗性コーティングは、ゴム若しくは他のポリマー・シールが劣化する可能性のある高温になるシステムにおいてシールとして有用な場合がある。
【０１１３】
特徴体の配列を備える層の上に形成された摩耗性コーティングを具備する物品の一実例は、図１１に示されている。図１１に示されている実例では、物品１８０は、基材３２、基材３２上に形成された層３４、及び層３４上に形成された摩耗性コーティング１８２を備える。それに加えて、層３４は、その上に形成された特徴体４６の配列を備えることができる。
【０１１４】
上で説明されているように、基材３２は、セラミック若しくはＣＭＣを含みうる。いくつかの実施例では、セラミックを含む基材３２は、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、アルミノケイ酸塩、又は同様のものなどのシリコン含有セラミックを含むことができる。他の実施例では、基材３２は、モリブデン・シリコン合金（例えば、ＭｏＳｉ２）又はニオブ・シリコン合金（例えば、ＮｂＳｉ２）などの、シリコンを含む金属合金を含みうる。
【０１１５】
基材３２がＣＭＣを含む実施例では、基材３２は、マトリックス材３８及び強化材４０を含みうる。マトリックス材３８は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、シリカ、又は同様の物質を含む、セラミック材料を含みうる。ＣＭＣは、所望の強化材４０をさらに含むことができ、強化材４０は、連続強化材又は不連続強化材を含みうる。例えば、強化材４０は、不連続のホイスカ、プレートレット、又は微粒子を含むことができる。他の実例として、強化材４０は、連続単繊維又は多繊維織物を含むことができる。
【０１１６】
いくつかの実施例では、強化材４０の組成は、マトリックス材３８の組成と同じであってもよい。他の実施例では、強化材４０は、アルミナマトリックス中のアルミノケイ酸塩繊維、又は同様のものなどの、マトリックス材３８の組成と異なる組成を備えるものとしてよい。
【０１１７】
いくつかの実施例では、強化材４０は、基材３２の表面のところで確実に露出されないことが望ましい場合がある。そのような実施例では、層３４は、基材３２の表面４２上に形成されうる。層３４があれば、強化材４０の実質的にどれもが、特徴体４６が形成される表面４４のところで露出されない可能性が高まりうる。
【０１１８】
いくつかの実施例では、層３４は、基材３２のマトリックス材３８と同じ材料を含みうる。他の実例では、層３４は、基材３２のマトリックス材３８と異なる材料を含みうる。例えば、層３４は、ボンド・コートであってよく、これは基材３２と摩耗性コーティング１８２との間の接着力を向上させる働きをする。ボンド・コートを含む場合、層３４は、セラミック、又は基材３２と親和性のある他の材料を含むものとしてよい。例えば、層３４は、ムライト、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、又は同様のものを含むことができる。層３４は、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、又はＳｃのケイ酸塩を含む希土類ケイ酸塩などの、他のセラミックスをさらに含むことができる。
【０１１９】
層３４は、層３４の表面４４内に形成される特徴体４６を備える。特徴体４６は、表面４４内に形成された溝、隆起部、凹部、又は突起部を備えることができ、これは、例えば、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、レーザー・クラッディング、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、又は同様のものによって形成されうる。図１１に示されている実例では、特徴体４６は、層３４の表面４４上に形成された隆起部若しくは突起部を備えることができる。表面４４内に形成されうる特徴体の他の実例は、図３〜６及び９Ａ〜９Ｄに示されている。それに加えて、特徴体４６に対するサイズ、深さ、ピッチ、及び同様のものの範囲の実例は、上記の図３〜６及び９Ａ〜９Ｄに関して説明されている。
【０１２０】
物品１８０は、層３４と特徴体４６の上に形成された摩耗性コーティング１８２をさらに備えることができる。摩耗性コーティング１８２は、耐浸食性、摩耗性、耐食性、耐熱衝撃性、製造性、及び高温性能のうちの少なくとも１つを有する材料を含みうる。例えば、摩耗性は、十分な物理的力に曝されたときに比較的小さな断片に分かれる傾向を含むものとしてよい。摩耗性は、破壊靱性及び破壊メカニズム（例えば、脆性破壊）、さらには摩耗性コーティング１８２の多孔性などの、摩耗性コーティング１８２の材料特性の影響を受ける可能性がある。いくつかの実例では、耐熱衝撃性及び高温能力は、摩耗性コーティング１８２が、高い動作温度からガス・タービン・エンジンが動作していないときの低い環境温度まで広い温度変動に曝されるガス・タービン・エンジン内で使用するうえで重要である場合がある。いくつかの実例では、摩耗性コーティング１８２は、例えば、約３０体積％から約４５体積％までの範囲など、最大約５０体積パーセント（体積％）までの多孔性を備えるものとしてよい。
【０１２１】
いくつかの実例では、摩耗性コーティング１８２は、少なくとも１つの希土類ケイ酸塩を含みうる。希土類ケイ酸塩は、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、又はＳｃのうちの少なくとも１つのケイ酸塩を含むものとしてよい。希土類ケイ酸塩は、化学式がＲＥ２Ｏ３−ＳｉＯ２、若しくは同等のものであるＲＥ２ＳｉＯ５であり、ＲＥは希土類元素である、希土類一ケイ酸塩を含むか、又は化学式がＲＥ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、若しくは同等のものであるＲＥ２Ｓｉ２Ｏ７であり、ＲＥは希土類元素である、希土類二ケイ酸塩を含むか、又は希土類一ケイ酸塩及び希土類二ケイ酸塩の両方の混合物を含みうる。希土類一ケイ酸塩は、シリカ１分子と希土類酸化物１分子との間の化学反応によって形成され、希土類二ケイ酸塩は、シリカ２分子と希土類酸化物１分子との間の化学反応によって形成されうる。
【０１２２】
いくつかの実施例では、摩耗性コーティング１８２は、希土類一ケイ酸塩と希土類二ケイ酸塩の混合物を含みうる。例えば、摩耗性コーティング１８２は、希土類酸化物及びシリカが約１：１のモル比で存在している場合に希土類一ケイ酸塩を主に含みうるが、それでも、いくつかの希土類二ケイ酸塩を含みうる。同様に、摩耗性コーティング１８２は、希土類酸化物及びシリカが約１：２のモル比で存在している場合に希土類二ケイ酸塩を主に含みうるが、それでも、いくつかの希土類一ケイ酸塩を含みうる。
【０１２３】
それに加えて、摩耗性コーティング１８２は、希土類酸化物分子に付随しないシリカ（ＳｉＯ２）分子、シリカ分子に付随しない希土類酸化物分子、又はその両方をさらに含むことができる。
【０１２４】
いくつかの実例において、摩耗性コーティング１８２は、希土類二ケイ酸塩を含むか、又は本質的に希土類二ケイ酸塩からなる（例えば、希土類一ケイ酸塩を実質的にいっさい含みえない）第１の副層と、希土類一ケイ酸塩を含むか、又は本質的に希土類一ケイ酸塩からなる（例えば、希土類二ケイ酸塩を実質的にいっさい含みえない）第２の副層とを備えることができる。いくつかの実例では、第２の副層は、第１の副層上に形成されうる。いくつかの実例では、摩耗性コーティング１８２は、第１の副層と第２の副層との間に組成的に傾斜した遷移層をさらに含みうる（例えば、第１の副層との界面のところで二ケイ酸塩対一ケイ酸塩の比が高く、第２の副層との界面のところで二ケイ酸塩対一ケイ酸塩の比が低い希土類二ケイ酸塩と希土類一ケイ酸塩との混合物）。
【０１２５】
摩耗性コーティング１８２は、他の、オプションの、添加剤要素若しくは化合物をさらに含むことができる。添加剤要素又は化合物は、例えば、摩耗性コーティングの熱膨張率、又は摩耗性コーティング１８２と層３４などの、隣接する層との化学的又は機械的親和性などの、摩耗性コーティング１８２の機械的及び／又は化学的特性を変えることができる。添加剤要素としては、例えば、アルミナ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、又はこれらの混合物が挙げられる。
【０１２６】
いくつかの実例では、図１１に示されているように、摩耗性層１８２は、層３４内に形成された特徴体４６の形状を実質的に再現することができる。上で説明されているように、特徴体４６は、摩耗性層１８２を複数のより小さな領域に分離することができる。亀裂成長は、個別の領域内に発生しうるが、特徴体４６は、隣接する領域の間の亀裂成長を隠す。
【０１２７】
他の実例では、図１２に示されているように、物品１９０は、層３４内に形成された特徴体４６の形状を実質的には再現しない摩耗性層１８２を備えることができる。いくつかの実装では、これは、摩耗性層１８２の比較的滑らかな表面１８４が摩耗性層１８２とガス・タービン動翼の先端部との間の封止を円滑にすることができるか、又は摩耗性層１８２の空力的特性を改善することができるか、又は同様のことにより、好ましいと思われる。いくつかの実装において、滑らかな表面は、研磨によって形成することができる。
【０１２８】
いくつかの実例では、物品は、摩耗性層１８２と組み合わせた他の層を備えることができる。例えば、図１３に示されているように、物品２００は、基材３２、層３４、及び摩耗性層１８２を備えることができる。それに加えて、物品２００は、適宜、ボンド・コート５４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、及び／又はＣＭＡＳ耐性層６４のうちの少なくとも１つを備えることができる。ボンド・コート５４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、及びＣＭＡＳ耐性層６４は、本明細書で説明されている組成を有することができ、好適な技術を使用して蒸着することができ、好適な厚さになるように形成することができる。それに加えて、ボンド・コート５４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、及びＣＭＡＳ耐性層６４は、基材３２の上に任意の順序で形成されうる。例えば、ＥＢＣ３６がＴＢＣ６２の上に形成されうるか、又はＴＢＣ６２がＥＢＣ３６の上に形成されうる。他の実例も企図され、本開示の範囲の対象となっている。
【０１２９】
いくつかの実例では、図１３に示されているように、摩耗性層１８２は、物品１９０の一番外側の層である。他の実例では、別の層が、例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４などの、物品２００の一番外側の層を形成することができる。
【０１３０】
図１２に関して上で説明されているように、いくつかの実例では、摩耗性層１８２は、特徴体４６の形状を実質的に再現することはありえず、その代わりに、比較的滑らかな外面１８４を画成することができる。
【０１３１】
摩耗性層１８２は、例えば、熱溶射技術、例えば、プラズマ溶射などを使用して、基材３２、層３４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、又はＣＭＡＳ耐性層６４の上に、蒸着するか、又は直接蒸着することができる。摩耗性層１８２の多孔性は、コーティング材料の添加剤及び／又は処理技術を使用して所望の多孔性を生じさせることによって制御することができる。いくつかの実施例では、実質的に密閉された微細孔が望ましいことがある。
【０１３２】
例えば、コンポーネントの使用温度で溶融するか、若しくは焼けるコーティング材料の添加剤を、摩耗性層１８２を形成するコーティング材料中に組み込むことができる。コーティング材料の添加剤としては、例えば、グラファイト、六方晶窒化ホウ素、又はポリエステルなどのポリマーが挙げられ、これは、摩耗性層１８２を形成するために層３４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、ＣＭＡＳ耐性層６４の上にコーティング材料を蒸着する前にコーティング材料中に組み込むことができる。いくつかの実施例では、コーティング材料のスプレー・パウダー処理のときに添加剤をコーティング材料中に組み込むことができる。次いで、コーティング材料の添加剤が、蒸着後熱処理において、若しくはガス・タービン・エンジンの運転中に溶融するか、又は燃焼して、摩耗性層１８２内に微細孔を形成することができる。蒸着後熱処理は、ＣＭＣ若しくは他のセラミックを含む基材３２を有するコンポーネントに対して最高約１５００℃までの温度で実行することができる。
【０１３３】
コーティング材料の添加剤にさまざまな処理技術を施し、熱溶射後に摩耗性層１８２内に取り込まれたまま残る添加剤の量を改善することができる。いくつかの実施例では、コーティング材料及びコーティング材料の添加剤に対してボールミル破砕を実行し、コーティング材料の添加剤の粒子をコーティング材料の粒子に付着させることができる。他の実施例では、コーティング材料の添加剤を、例えば、ナトリウム又は炭素も含有しうる、セルラー炭酸メチル（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）などの、有機結合剤でコーティング材料に付着させることができる。熱溶射の後に摩耗性層１８２内に取り込まれたまま残る添加剤の量を改善するための使用若しくは処理技術は、摩耗性層１８２における多孔性の程度及び多孔性の均一さのうちの少なくとも一方を改善することができる。
【０１３４】
摩耗性層１８２の多孔性は、２つの放射状粉末供給注入ポートでプラズマ流にコーティング材料及びコーティング材料の添加剤を供給する共噴霧プロセス技術（ｃｏ−ｓｐｒａｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用してコーティング材料にプラズマ溶射を行うことによって形成され、及び／又は制御されうる。コーティング材料及びコーティング材料の添加剤の供給圧力及び流量は、直接的な９０度の角度の注入を使用してプラズマプルームの外縁上に材料を注入するように調整されうる。これは、コーティング材料の粒子を柔らかくするが、完全に溶融させることはせず、またコーティング材料の添加剤を燃焼させず、むしろ、摩耗性層１８２に接着する十分な柔らかさにすることができる。
【０１３５】
いくつかの実施例では、摩耗性層１８２の多孔性は、摩耗性層１８２の少なくとも一部を通して変化するように制御されうる。例えば、摩耗性層の多孔性は、層３４の表面４４に隣接する位置に比べて外面１８４に隣接する位置でより高くなるように制御されうる。
【０１３６】
上で簡単に説明されているように、摩耗性層１８２は、さまざまな考慮事項に応じた厚さの範囲に合わせて蒸着することができる。考慮すべき一点は、タービン・エンジンが最高動作温度で動作していないときに１つ又は複数の低い動作温度でコンポーネント（例えば、タービン動翼及びタービン・シュラウド又はトラック）の予測されるサイズ変化とすることができる。例えば、タービン動翼が熱膨張すると、タービン動翼の先端部と基材３２との間の距離が短くなることが予想されうる。この実例では、摩耗性層１８２の厚さは、低い動作温度及び高い動作温度において動翼先端部と基材３２との間の距離の予測される差に実質的に等しいか、又はそれ以上になるように選択されうる。これにより、実質的にすべての動作温度において動翼先端部と動翼トラック又は動翼シュラウドとを接触させ、それらの間にシールを形成することができ、その動作温度範囲全体にわたってガス・タービン・エンジンの効率を改善することができる。
【０１３７】
いくつかの実施例では、摩耗性層１８２は、最大約２．５ｍｍ（０．１インチ）までの厚さに蒸着することができる。他の実施例では、摩耗性層１８２は、約０．７６ｍｍ（約０．０３０インチ）から約１．５ｍｍ（約０．０６０インチ）までの範囲の厚さに蒸着することができる。いくつかの実施例では、摩耗性層１８２は、所望の最終の厚さにおおよそ等しいか、又はそれ以上である厚さに蒸着することができ、また所望の最終の厚さに合わせて機械加工することができる。
【０１３８】
いくつかの実例では、物品は、単層摩耗性コーティングの代わりに多層摩耗性コーティングを備えることができる。図１４は、基材３２及び層３４の上に蒸着された多層摩耗性コーティング２１２を備える物品２１０の実例を示している。図１４にされている実施例では、多層摩耗性コーティング２１２は、層３４の上に蒸着された第１の層２１４及び第１の層２１４の上に蒸着された第２の層２１６を備える。第１の層２１４は、第１の材料を含むものとしてよく、第２の層２１６は、第１の材料と異なる第２の材料を含むものとしてよい。
【０１３９】
他の実施例では、多層摩耗性コーティング２１２は、例えば、第１の層２１４と第２の層２１６との複数の対などの、２つより多い層２１４及び２１６を備えることができる。例えば、多層摩耗性コーティング２１２は、交互配置された層内に配列された第１の層２１４と第２の層２１６の２つの対を備えることができる（例えば、第１の層２１４、第２の層２１６、第１の層２１４、第２の層２１６）。多層摩耗性コーティング２１２は、第１の層２１４と第２の層２１６との多数の対を備えることができる。
【０１４０】
第１の層２１４は、摩耗性層１８２を参照しつつ上で説明されているものと同様に、希土類ケイ酸塩を含むか、又は本質的に希土類ケイ酸塩からなるものとしてよい。第１の層２１４は、例えば、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｃ、及び同様のもののうちの少なくとも１つの一ケイ酸塩、二ケイ酸塩、又はその両方を含むものとしてよい。いくつかの実施例では、第１の層２１４は、希土類ケイ酸塩に加えて存在しうる、シリカ又は希土類酸化物のうちの少なくとも１つも含みうる。第１の層２１４は、アルミナ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、及びアルカリ土類酸化物のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０１４１】
第２の層２１６は、安定化ジルコニア若しくは安定化ハフニアを含むか、又は本質的に安定化ジルコニア若しくは安定化ハフニアからなるものとしてよい。安定化ジルコニア及び安定化ハフニアのそれぞれは、１つ又は複数の添加剤要素若しくは化合物を含めることによって安定化されたベース酸化物（例えば、ジルコニア若しくはハフニア）を含む。例えば、安定化ジルコニア又は安定化ハフニアは、ジルコニア又はハフニアに組み込まれている希土類酸化物を含みうる。希土類酸化物は、ハフニア若しくはジルコニアの相安定性、熱伝導率、若しくは別の特性を変えるか、又は改善することができる。
【０１４２】
図１４は、第１の層２１４の上に蒸着されるように第２の層２１６を示しているが、他の実施例では、第２の層２１６（例えば、層は安定化ジルコニア又は安定化ハフニアを含む）は、層３４の上に蒸着されるか、又は層３４上に直接蒸着されうる。第１の層２１４（例えば、層は希土類ケイ酸塩を含む）は、第２の層２１６の上に蒸着されるか、又は第２の層２１６上に直接蒸着されうる。ここでもう一度、摩耗性コーティング２１２は、第１の層２１４と第２の層２１６との複数の層の対を備えることができる。
【０１４３】
基材の表面内に形成されたさまざまな特徴体及び特徴体の配列は異なる実施例において説明されているが、例示されている実施例は、基材３２の上に形成された特徴体及び配列又は層の組み合わせ及び構成を制限するものではないと理解されるであろう。例えば、異なる断面形状が主に図５Ａ〜５Ｈに関して説明されているが、本明細書で説明されている特徴体又は配列はどれも、任意の断面形状を備えうることは理解されるであろう。本明細書で説明されている特徴体、配列、及び層の他の組み合わせは、当業者には明らかであり、以下の請求項の範囲内に収まる。
【０１４４】
さまざまな実施例が説明されている。これら及び他の実施例は、以下の特許請求の範囲の範囲内に収まる。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、環境障壁コーティングでコーティングされた物品が受ける熱応力を軽減するための技術を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガス・タービン・エンジンなどの、高温になる機械システムのコンポーネントは、過酷な環境において動作しなければならない。例えば、商用航空機エンジン内の高温ガスに曝される燃焼器ライナは、典型的には、最大約１１５０℃から約１４００℃までのコーティング表面温度の効果を受ける。
【０００３】
高温になる機械システムのいくつかのコンポーネントは、セラミック若しくはセラミック・マトリックス複合材料（ＣＭＣ）ベースの基材を含む。基材は、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）でコーティングされ、これにより、水蒸気又は酸素などの環境化学種への基材の表面の曝露を低減することができる。環境障壁コーティングは、セラミック・トップコートを含むことができ、下に配置する金属若しくはセラミック・ボンド・コートによって基材に固着させることができる。
【０００４】
コンポーネントは、動作中、また動作が停止されたときに、さまざまな異なる温度に曝される可能性がある。これらのさまざまな異なる温度は、ＥＢＣに著しい熱応力を及ぼし、最後には、基材からのＥＢＣの破砕に至ることが考えられる。応力は、例えば、異なる熱膨張率を有する基材／ボンド・コート（ｂｏｎｄ ｃｏａｔ）及びＥＢＣ、又は温度勾配により異なる温度の効果を受ける基材／ボンド・コート及びＥＢＣにより、生じうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、本開示は、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）でコーティングされたセラミック又はセラミック・マトリックス複合材料（ＣＭＣ）を含む物品内の熱及び／又は機械的応力を軽減するための技術を対象とする。熱及び／又は機械的応力を軽減することで、ＥＢＣの耐用寿命（例えば、ＥＢＣでコーティングされた物品が退役させられるか、又はＥＢＣを修理するために修復されるまでのＥＢＣの寿命）を延ばすことができる。いくつかの実施例では、ＥＢＣは、ボンド・コートによって基材に固着される。他の実施例では、ＥＢＣは、基材上に直接形成されうる。いくつかの場合において、基材／ボンド・コート及びＥＢＣは、異なる熱膨張率を有し、そのため、物品の温度が変化したときに異なる量の熱膨張及び／又は収縮を被る可能性がある。それに加えて、ＥＢＣはある異種の断熱性を基材にもたらすため、基材及びＥＢＣは異なる温度の効果を受ける可能性があり、これは基材及びＥＢＣが受ける相対的な量の膨張及び／又は収縮に影響を及ぼしうる。これは、ボンド・コート／ＥＢＣの界面のところ、又はそれより上のところに熱応力を引き起こし、これは時間の経過とともにＥＢＣ内に亀裂を形成し、亀裂を成長させることにつながりうる。ＥＢＣによる例えば破片の影響から生じる外部負荷は、機械的応力を引き起こし、結果としてＥＢＣ内に亀裂を形成しうる。最終的に、亀裂が十分なサイズにまで成長すると、ＥＢＣは基材から剥離する可能性がある。
【０００６】
亀裂の原因に関係なく、基材からのＥＢＣの剥離により、基材又はボンド・コートにとって有害でありうる、水蒸気若しくは酸素などの環境化学種に曝露される基材又はボンド・コートの領域が残されうる。本開示は、亀裂の伝播及び基材又はボンド・コートからＥＢＣの剥離を軽減するための技術を提示する。
【０００７】
一態様では、本開示は、マトリックス材及び強化材を含む基材、その基材上に形成された層、その層上に形成された特徴体の配列、並びにその層及び特徴体のその配列上に形成された環境障壁コーティングを備える物品を対象とする。
【０００８】
他の態様では、本開示は、マトリックス材及び強化材を含む基材を備える物品を対象とする。物品は、基材上に形成された層、その層上の第１の位置に形成された特徴体の第１の配列、及びその層上の第２の位置に形成された特徴体の第２の配列も備える。本開示のこの態様によれば、第１の配列は、第１のパターンを備え、第２の配列は、第１のパターンと異なる第２のパターンを備える。物品は、基材、特徴体の第１の配列、及び特徴体の第２の配列上に形成された環境障壁コーティングも備える。
【０００９】
さらなる態様では、本開示は、基材上に層を形成すること、層の表面上に特徴体の配列を形成すること、並びに層及び特徴体のその配列上に環境障壁コーティングを形成することを含む方法を対象とする。本開示のこの態様によれば、基材は、マトリックス材及び強化材を備える。
【００１０】
さらなる態様では、本開示は、基材上に層を形成することを含む方法を対象とする。基材は、マトリックス材と強化材とを含むものとしてよい。本開示のこの態様では、方法は、層の表面上の第１の位置に特徴体の第１の配列を形成することと、層の表面上の第２の位置に特徴体の第２の配列を形成することとをさらに含む。特徴体の第１の配列は、第１のパターンを備えることができ、特徴体の第２の配列は、第１のパターンと異なる第２のパターンを備えることができる。本開示のこの態様によれば、方法は、層、特徴体の第１の配列、及び特徴体の第２の配列上に環境障壁コーティングを形成することをさらに含む。
【００１１】
１つ又は複数の実例の詳細は、添付図面及び以下の説明で述べられる。他の特徴、目的、及び利点は、説明と図面、さらには特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガス・タービン・エンジンのタービン動翼の一実例の断面図である。
【図２】中に特徴体が形成され、上に環境障壁コーティングが形成された、層でコーティングされた基材の一実例を示す断面図である。
【図３】中に特徴体が形成され、上にボンド・コートが形成された、上張層でコーティングされた基材及びボンド・コート上に形成された環境障壁コーティングの一実例を示す断面図である。
【図４】基材、その基材上に形成され中に形成された特徴体を含む層、その層上に形成された環境障壁コーティング、その環境障壁コーティング上に形成された熱障壁コーティング、及びその熱障壁コーティング上に形成されたカルシア・マグネシア・アルミニウム・シリカ耐性層を備える物品の一実例を示す断面図である。
【図５Ａ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｂ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｃ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｄ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｅ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｆ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｇ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図５Ｈ】層内に形成された特徴体の実例を示す断面図である。
【図６Ａ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｂ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｃ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｄ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｅ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｆ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図６Ｇ】特徴体が層内に形成される層の実例を示す概念図である。
【図７】基材、その基材上に形成された上張層、上張層内に形成された特徴体の配列、並びにその上張層及び特徴体のその配列上に形成されたボード・コート及び環境障壁コーティングを備える物品を形成するための例示的な技術の流れ図である。
【図８】基材、その基材上に形成されたボンド・コート、そのボンド・コート内に形成された特徴体の配列、並びにそのボンド・コート及び特徴体のその配列上に形成された環境障壁コーティングを備える物品を形成するための例示的な技術の流れ図である。
【図９Ａ】特徴体の第１の配列及び第２の配列がそれぞれ基材の第１の位置及び第２の位置に形成されている例示的な層の概念図である。
【図９Ｂ】特徴体の第１の配列及び第２の配列がそれぞれ基材の第１の位置及び第２の位置に形成されている例示的な層の概念図である。
【図９Ｃ】特徴体の第１の配列及び第２の配列がそれぞれ基材の第１の位置及び第２の位置に形成されている例示的な層の概念図である。
【図９Ｄ】特徴体の第１の配列及び第２の配列がそれぞれ基材の第１の位置及び第２の位置に形成されている例示的な層の概念図である。
【図１０】第１の位置に特徴体の第１の配列と第２の位置に特徴体の第２の配列とを備える物品を形成する例示的な技術の流れ図である。
【図１１】基材、その基材上に形成された特徴体の配列を含む層、及び特徴体の配列を含む層の上に形成された摩耗性コーティング（ａｂｒａｄａｂｌｅ ｃｏａｔｉｎｇ）を備える例示的な物品の断面図である。
【図１２】基材、その基材上に形成された特徴体の配列を含む層、及び特徴体の配列を含む層の上に形成された摩耗性コーティングを備える例示的な物品の断面図である。
【図１３】基材、その基材上に形成された特徴体の配列を含む層、特徴体の配列を含む層上に形成されたボンド・コート、ボンド・コート上に形成された環境障壁コーティング、その環境障壁コーティング上に形成された熱障壁コーティング、その熱障壁コーティング上に形成されたＣＭＡＳ耐性層、及びそのＣＭＡＳ耐性層上に形成された摩耗性コーティングを備える例示的な物品の断面図である。
【図１４】基材の上に配設される多層摩耗性コーティング及び特徴体の配列を含む層を備える物品の一実例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
一般に、本開示は、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）でコーティングされた物品内の熱及び／又は機械的応力を軽減するための技術を対象とする。いくつかの実施例では、本明細書で説明されている技術は、ＥＢＣの寿命を延ばすことができる。上で説明されているように、ガス・タービン・エンジンの動翼などの物品は、使用時に大きく変化する温度の効果を受けうる。これらの温度変化は、異なる熱膨張率を有する２つの層及び／又は温度勾配により異なる温度の効果を受ける２つの層の間の界面において熱応力を引き起こしうる。例えば、物品は、基材上に形成されるボンド・コート及びそのボンド・コート上に形成されるＥＢＣでコーティングされうる。いくつかの実施例において、基材／ボンド・コート及びＥＢＣは、異なる熱膨張率を有し、そのため、物品の温度が変化したときに異なる量の熱膨張及び／又は収縮を被る可能性がある。それに加えて、又は代替えとして、ＥＢＣは、基材／ボンド・コートにある種の断熱効果をもたらし、その結果、ＥＢＣ及び基材／ボンド・コートは異なる温度の効果を受ける可能性がある。これは、ボンド・コート及びＥＢＣ又は基材及びＥＢＣの界面のところ、又はそれより上のところに熱応力を引き起こし、これは時間の経過とともにＥＢＣ内に亀裂を形成し、亀裂を成長させることにつながりうる。最終的に、亀裂が十分なサイズにまで成長すると、ＥＢＣの一部が基材／ボンド・コートから剥離する可能性がある。これは、基材又はボンド・コートにとって有害な作用を及ぼしうる、水蒸気などの、環境化学種に曝される基材若しくはボンド・コートの領域を残しうる。いくつかの実施例では、ＥＢＣは、ＥＢＣを損傷し、ＥＢＣにおける亀裂の原因となりうる、破片の影響を受ける可能性がある。これは、基材／ボンド・コートからのＥＢＣの層剥離、及び水蒸気などの、環境化学種への基材／ボンド・コートの曝露も引き起こしうる。
【００１４】
本明細書で開示されるのは、ＥＢＣにおける亀裂の成長の効果を低減するか、最小にするための技術である。これらの技術は、オーバーレイ又はボンド・コートなどの、基材上に形成される層の表面内に特徴体を形成することを含む。これらの特徴体は、表面の相対的平面性を乱し、亀裂成長若しくは亀裂伝播を遅らせる。特に、亀裂がＥＢＣ内に形成され、基材の表面に実質的に平行な平面内で伝播し始めるときに、特徴体は亀裂が成長する必要のある２つの材料間の界面、例えば、ＥＢＣとボンド・コート又はボンド・コートと基材との間の界面を与えることによってさらなる亀裂成長を妨げるものとして機能する。実質的に、これらの特徴体は、基材及びＥＢＣを複数のより小さな領域に分離する。亀裂成長は、個別の領域内に発生しうるが、これらの特徴体は、隣接する領域の間の亀裂成長を隠す。
【００１５】
いくつかの実施例では、これらの特徴体は、第１の配列の第１の位置に、第２の配列の第２の位置に形成されうる。第１の配列のパターン、第２の配列のパターン、第１の位置、及び第２の位置は、それぞれ第１の位置及び第２の位置で基材が受ける熱若しくは機械的応力の予測値に基づき選択されうる。例えば、基材は、より高い温度、より激しい温度変化の効果を受け、及び／又は第２の位置に比べて第１の位置において破片の影響を受ける可能性がより高い。これに基づき、特徴体の第１の配列のパターンは、特徴体の第２の配列のパターンと異なるように選択されうる。例えば、特徴体の第１の配列は、より密集して相隔てて並ぶ特徴体を備えるか、異なる形状を有するか、又は特徴体の第２の配列に比べて優れた、機械的応力及び／又は熱応力の軽減をもたらす別の特性を備えることができる。
【００１６】
図１は、本開示の技術によりコーティングが配設されうるタービン動翼１０の例示的な翼１２の断面を示す図である。タービン動翼１０は、一般的に、柄（図示せず）に取り付けられた翼１２を備える。翼１２は、前縁１６、後縁１８、圧力側壁２０、及び吸引側壁１４を備える。圧力側壁２０は、後縁１８及び前縁１６のところで吸引側壁１４に接続される。
【００１７】
本開示ではタービン動翼の表面内に形成された特徴体についてもっぱら説明しているけれども、本開示の技術は、ガス・タービン・エンジンなどの、高温になる機械システムの他のコンポーネントにも応用することができる。例えば、本明細書で説明されている技術は、ガス・タービン・エンジン動翼、静翼、動翼トラック（ｂｌａｄｅ ｔｒａｃｋｓ）、又は燃焼器ライナに応用することができる。
【００１８】
図１に示されている実施例において、タービン動翼１０は、第１の空洞２２ａ、第２の空洞２２ｂ、第３の空洞２２ｃ、及び第４の空洞２ｄ（「空洞２２」と総称する）も備える。空洞２２は、比較的冷たい空気を動翼１０の内部に通して循環させることによって動翼１０の動作中にタービン動翼１０を冷却するのを補助することができる。いくつかの実施例では、動翼１０が備える空洞２２は４つより多くも、４つより少なくてもよい。
【００１９】
タービン動翼１０、及びより具体的には翼１２は、複数の後縁出口スロット２４も備えることができる。後縁出口スロット２４のうちの少なくとも１つは、第４の空洞２２ｄに流体的に接続される。後縁出口スロット２４は、第４の空洞２２ｄを貫流する比較的冷たい空気のための出口を構成する。
【００２０】
翼１２は、複数のフィルム冷却孔２６をさらに備える。第１のフィルム冷却孔２６ａは、第１の空洞２２ａと流体的に連通しているが、第２のフィルム冷却孔２６ｂ及び第３のフィルム冷却孔２６ｃは、それぞれ、第２の空洞２２ｂ及び第３の空洞２２ｃと流体的に連通している。いくつかの実施例では、複数のフィルム冷却孔２６は、動翼１０の先端部に最も近い位置に配置されうる。他の実施例では、複数のフィルム冷却孔２６は、翼１２の長さ部分の少なくとも一部を通して配列されうる。いくつかの実施例では、翼１２は、３つよりも多いフィルム冷却孔２６を備えることができる。
【００２１】
上で簡単に説明したように、タービン動翼１０は、ガス・タービン・エンジンなどの、高温になる機械システムの一コンポーネントであるものとしてよい。高温になる機械システムで使用される場合、動翼１０は、高温の効果を受け、及び／又は水蒸気攻撃により陥凹する傾向を有する場合がある。したがって、タービン動翼１０は、水蒸気攻撃又は他の環境化学種による攻撃の動翼１０に対する効果を低減するか、又は実質的になくす保護コーティングを備えることができる。例えば、前縁１６、後縁１８、圧力側壁２０、及び吸引側壁１４は、環境保護対策となる、また適宜、動翼１０の外面に対する断熱効果をもたらすセラミックコーティングである、ＥＢＣでコーティングすることができる。
【００２２】
ＥＢＣは、翼１２の外面を画成し、そのため、ガス・タービン・エンジンを通るガスに曝されうる。ガスは、ときには、破片を含むこともあり、これは、ガスがガス・タービン・エンジンの中を通り、翼１２を通り過ぎるときにＥＢＣに影響を及ぼしうる。破片は、ＥＢＣに影響を及ぼし、ＥＢＣに対して亀裂又は他の損傷を誘発しうる。いくつかの実施例では、ＥＢＣに対する亀裂又は損傷は、最終的に、ＥＢＣの一部の層剥離をもたらし、下にあるボンド・コート又は基材の一部が露出することがある。ＥＢＣを保護しないと、下にあるボンド・コート又は基材の露出部分が、ガス・タービン・エンジンの中を通るガス中に存在する環境化学種の有害な作用を受ける可能性がある。例えば、水蒸気は、ボンド・コート又は基材の陥凹を引き起こしうる。
【００２３】
上で説明されているように、翼１２は、ＥＢＣ上に、又はＥＢＣと下にある基材若しくはボンド・コートとの界面のところに熱応力を及ぼす温度変化を受ける可能性がある。これらの熱応力は、ＥＢＣと基材又はボンド・コートとの界面のところ、又はそれより上のところに亀裂の形成及び成長も引き起こしうる。
【００２４】
本開示の態様によれば、翼１２は、基材上に形成された層を含みうる。層は、中に形成された３次元の特徴体を備えるものとしてよく、これは層及びＥＢＣを複数のより小さな領域内に分離する機能を持つ。いくつかの実施例では、層は、ボンド・コートを含みうるが、他の実施例では、層は、セラミック・マトリックス複合材料（ＣＭＣ）のマトリックス材などの、基材内に封じ込められた材料を含みうる。これらの特徴体は、例えば、溝、凹部、隆起部、突起部、又は同様のものを含みうる。
【００２５】
図２は、図１に示されているガス・タービン動翼１０などのガス・タービン動翼の一実例の一部の断面図である。タービン動翼１０は、基材３２、基材３２上に形成された層３４、及び層３４上に形成されたＥＢＣ３６を備える。
【００２６】
基材３２は、セラミック又はセラミック・マトリックス複合材料（ＣＭＣ）を含みうる。基材３２がセラミックを含む実施例では、セラミックは実質的に均質であってよく、また実質的に単一の相の材料を含みうる。いくつかの実施例では、セラミックを含む基材３２は、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、アルミノケイ酸塩、又は同様のものなどのシリコン含有セラミックを含むことができる。他の実施例では、基材３２は、モリブデン・シリコン合金（例えば、ＭｏＳｉ２）又はニオブ・シリコン合金（例えば、ＮｂＳｉ２）などの、シリコンを含む金属合金を含みうる。
【００２７】
基材３２がＣＭＣを含む実施例では、基材３２は、マトリックス材３８及び強化材４０を含みうる。マトリックス材３８は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、シリカ、又は同様の物質を含む、セラミック材料を含みうる。ＣＭＣは、所望の強化材４０をさらに含むことができ、強化材４０は、連続強化材又は不連続強化材を含みうる。例えば、強化材４０は、不連続のホイスカ、プレートレット、又は微粒子を含むことができる。他の実例として、強化材４０は、連続単繊維又は多繊維織物を含むことができる。
【００２８】
強化材４０の組成、形状、サイズ、及び同様のものは、基材３２に望ましい特性を付与するように選択されうる。例えば、強化材４０は、脆いマトリックス材３８の強靭性を高めるように選択されうる。強化材４０は、基材３２の熱伝導率、電気伝導率、熱膨張率、堅さ、又は同様の特性を変更するようにも選択されうる。
【００２９】
いくつかの実施例では、強化材４０の組成は、マトリックス材３８の組成と同じであってもよい。例えば、炭化ケイ素を含むマトリックス材３８が、炭化ケイ素ホイスカを含む強化材４０を囲むものとしてよい。他の実施例では、強化材４０は、アルミナマトリックス中のアルミノケイ酸塩繊維、又は同様のものなどの、マトリックス材３８の組成と異なる組成を備えるものとしてよい。基材３２の一組成として、炭化ケイ素を含むマトリックス材３８中に埋め込まれた炭化ケイ素連続繊維を含む強化材４０が挙げられる。
【００３０】
基材３２に使用することができるいくつかの例示的なＣＭＣとして、マトリックス材３８アルミナ又はアルミノケイ酸塩及びＮＥＸＴＥＬ（商標）Ｃｅｒａｍｉｃ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｂｅｒ ７２０（３Ｍ Ｃｏ．（ミネソタ州セントポール所在）から入手可能）を含む強化材４０などの、ＳｉＣ又はＳｉ３Ｎ４及び酸窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素アルミニウム、及び酸化物−酸化物セラミックスの組成物が挙げられる。
【００３１】
いくつかの実施例では、強化材４０は、基材３２の表面のところで確実に露出されないことが望ましい場合がある。そのような実施例では、層３４は、基材３２の表面４２上に形成されうる。層３４があれば、強化材４０の実質的にどれもが、特徴体４６が形成される表面４４のところで露出されない可能性が高まりうる。
【００３２】
いくつかの実施例では、層３４は、基材３２のマトリックス材３８と同じ材料を含みうる。層３４は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、又は同様の物質を含みうる。このようにして、層３４は、基材３２の厚さを増やす働きをし、また基材３２内の強化材４０の上にマトリックス材３８の一種の緩衝層を形成することができる。いくつかの実施例では、層３４は、基材３２の形成時に基材３２の表面４２上に形成されうる。他の実施例では、層３４は、別の製造工程において基材３２の表面４２上に形成されうる。
【００３３】
他の実例では、層３４は、基材３２のマトリックス材３８と異なる材料を含みうる。例えば、層３４は、ボンド・コートであってよく、これは基材３２とＥＢＣ３６との間の接着力を向上させる働きをする。ボンド・コートを含む場合、層３４は、セラミック、又は基材３２と親和性のある他の材料を含むものとしてよい。例えば、層３４は、ムライト（ケイ酸アルミニウム、Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、又は同様のものを含むことができる。層３４は、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｙ（イットリウム）、及びＳｃ（スカンジウム）のケイ酸塩を含む希土類ケイ酸塩などの、他のセラミックスをさらに含むことができる。ボンド・コートとして機能する層３４のいくつかの好ましい組成は、シリコン、ムライト、及びケイ酸イッテルビウムを含む。層３４の特定の組成は、基材３２及びＥＢＣ３６の化学組成及び相組成を含む、多くの考慮事項に基づくものとしてよい。
【００３４】
ＥＢＣ３６は、層３４及び基材３２を環境劣化から保護する材料を含みうる。例えば、ＥＢＣ３６は、酸化又は水蒸気攻撃に耐性のある材料を備え、及び／又は水蒸気安定性、化学安定性、及び環境耐久性の少なくとも１つを基材３２に付与することができる。ＥＢＣ３６として、例えば、アルミナ・ケイ酸バリウム・ストロンチウム（ＢａＯｘ−ＳｒＯ１−ｘ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＢＳＡＳ）、アルミナ・ケイ酸バリウム（ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＢＡＳ）、アルミナ・ケイ酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＣＡＳ）、アルミナ・ケイ酸ストロンチウム（ＳｒＯ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＳＡＳ）、アルミナ・ケイ酸リチウム（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、ＬＡＳ）、及びアルミナ・ケイ酸マグネシウム（２ＭｇＯ−２Ａｌ２Ｏ３−５ＳｉＯ２、ＭＡＳ）、希土類ケイ酸塩、又は同様のものなどの、ガラス・セラミックスが挙げられる。ＥＢＣ３６は、プラズマ溶射、電子ビーム物理気相成長（ＥＢ−ＰＶＤ）、及び指向性蒸着（ＤＶＤ）を含む物理気相成長（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、陰極アーク蒸着、スラリー・ディッピング、ゾル・ゲル・コーティング、電気泳動析出、及び同様のものなどの、さまざまな技術によって施され、ＥＢＣ３６の少なくとも一部は、実質的に非多孔性の構造として蒸着されるものとしてよく、これにより、水蒸気若しくは他のガスが基材３２に接触する可能性が低減されるか、又は実質的に防止される。いくつかの実施例では、ＥＢＣ３６は、約０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）までの範囲の厚さを備えることができる。いくつかの好ましい実施例では、ＥＢＣ３６は、約０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）から約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）までの範囲の厚さを備えることができる。
【００３５】
図２に示されている実施例では、層３４の表面４４に、５つの特徴体４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、及び４６ｅ（「特徴体４６」と総称する）が形成される。特徴体４６は、表面４４内に形成された溝、隆起部、凹部、又は突起部を備えることができ、これは、例えば、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、レーザー・クラッディング、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。図２に示されている実例では、特徴体４６は、層３４の表面４４上に形成された隆起部若しくは突起部を備えることができる。
【００３６】
特徴体４６のそれぞれは、表面４４の相対的平面性を乱す、例えば、特徴体４６のそれぞれは、表面４４内に不連続部を形成する。特徴体４６は、表面４４に対して平行な平面内でのＥＢＣ３６内の亀裂成長を妨げることができる。特定の理論によって拘束されるものではないが、特徴体４６は、結果として、層３４とＥＢＣ３６との間の界面を形成し、この界面上で亀裂は伝播し表面４４のプラトー部分の上に配置されたＥＢＣ３６の一部から層３４内に形成された特徴体４６のうちの１つまで成長する必要がある。異種材料間の、例えば、層３４とＥＢＣ３６との間の遷移は、これら２つの材料の界面上の亀裂成長を妨げることができ、単一の領域、例えば、層３４のプラトー部の上に配置されているＥＢＣ３６の一部又は特徴体４６のうちの１つの上に配置されているＥＢＣ３６の一部への亀裂成長を含むことができる。したがって、ＥＢＣ３６の一部が基材３２からの層剥離を起こす程度にまで亀裂が成長した場合、層剥離するＥＢＣ３６の部分は、特徴体４６のうちの１つの上の部分又は表面４４のプラトー部の上の部分に限定されうる。
【００３７】
いくつかの実施例では、ガス・タービン動翼１０などの、物品は、図２に示されていない少なくとも１つの追加の層を含みうる。例えば、図３に示されているように、ガス・タービン動翼５０は、基材３２、基材３２の表面４２上に形成された上張層５２、上張層５２の表面５６上に形成されたボンド・コート５４、及びボンド・コート５４上に形成されたＥＢＣ３６を備えることができる。
【００３８】
図２に関して上で説明されているように、基材３２は、いくつかの実施例において、マトリックス材３８及び強化材４０を含むＣＭＣを備えることができる。マトリックス材３８は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、シリカ、又は同様の物質を含む、セラミック材料を含みうる。いくつかの実施例では、強化材４０の組成は、マトリックス材３８の組成と同じであってもよい。例えば、炭化ケイ素を含むマトリックス材３８が、炭化ケイ素ホイスカを含む強化材４０を囲むものとしてよい。他の実施例では、強化材４０は、アルミナマトリックス中のアルミノケイ酸塩繊維、又は同様のものなどの、マトリックス材３８の組成と異なる組成を備えるものとしてよい。基材３２の一組成として、炭化ケイ素を含むマトリックス材３８中に埋め込まれた炭化ケイ素連続繊維を含む強化材４０が挙げられる。
【００３９】
上張層５２は、基材３２のマトリックス材３８と同じ組成を備えることができる。例えば、上張層５２は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、シリカ、又は同様の物質を含みうる。このようにして、上張層５２は、基材３２の厚さを増やす働きをし、また基材３２内の強化材４０の上にマトリックス材３８の一種の緩衝層を形成することができる。いくつかの実施例では、上張層５２は、基材３２の形成時に基材３２の表面４２上に形成されうる。他の実施例では、上張層５２は、別の製造工程において基材３２の表面４２上に形成されうる。
【００４０】
ボンド・コート５４は、上張層５２とＥＢＣ３６との間の接着力を改善する材料を備えることができる。ボンド・コート５４は、セラミック、又は上張層５２と親和性のある他の材料を含むものとしてよい。例えば、ボンド・コート５４は、ムライト、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、又は同様のものを含むことができる。ボンド・コート５４は、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、及びＳｃのケイ酸塩を含む希土類ケイ酸塩などの、他のセラミックスをさらに含むことができる。ボンド・コート５４のいくつかの好ましい組成物として、シリコン、ムライト、及びケイ酸イッテルビウムが挙げられる。ボンド・コート５４の特定の組成は、上張層５２及びＥＢＣ３６の化学組成及び相組成を含む、多くの考慮事項に基づくものとしてよい。
【００４１】
図３に示されている実例では、特徴体５８ａ、５８ｂ、５８ｃ（「特徴体５８」と総称する）は、上張層５２の表面５６内に形成された凹部若しくは溝を備える。特徴体５８は、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、レーザー・クラッディング、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。
【００４２】
図４は、ＥＢＣ３６の上に形成される追加の層を含む、ガス・タービン・タービン動翼６０の別の実例の断面図である。ガス・タービン動翼６０は、基材３２、基材３２の表面４２上に形成された層３４、層３４の表面４４上に形成されたＥＢＣ３６、ＥＢＣ３６上に形成された熱障壁コーティング（ＴＢＣ）６２、及びＴＢＣ６２上に形成されたカルシア・マグネシア・アルミナ・ケイ酸塩（ＣＭＡＳ）耐性層６４を備える。ＴＢＣ６２及びＣＭＡＳ耐性層６４が一緒に利用されているように示されているが、いくつかの実施例は、ＴＢＣ６２を含むが、ＣＭＡＳ耐性層６４を含まないか、又はＣＭＡＳ耐性層６４を含むが、ＴＢＣ６２を含まないものとしてよい。
【００４３】
ＴＢＣ６２は、比較的低い熱伝導率を有するさまざまな材料のうちの少なくとも１つを含むことができ、ＴＢＣ６２の熱伝導率をさらに下げ、断熱性を基材３２に付与するために多孔性構造又は柱状構造として形成することができる。いくつかの実施例では、ＴＢＣ６２は、例えば、イットリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ハフニア、希土類酸化物安定化ジルコニア、希土類酸化物安定化ハフニア、希土類ケイ酸塩、ジルコン酸塩、ハフニウム酸塩、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００４４】
イットリア安定化ジルコニアは、わずかの量の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を混ぜたジルコニア（ＺｒＯ２）を含む。例えば、一イットリア安定化ジルコニア組成物は、約７質量％から約８質量％の酸化イットリウムによって安定化されたジルコニアを含む。いくつかの実施例では、イットリア安定化ジルコニアは、別の希土類酸化物をさらに含みうる。
【００４５】
ＴＢＣ６２で使用される希土類酸化物としては、例えば、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｃ、及びこれらの組み合わせの酸化物が挙げられる。同じ希土類元素も、希土類ケイ酸塩、希土類酸化物安定化ジルコニア、希土類酸化物安定化ハフニア、希土類ハフニウム酸塩、又は希土類ジルコン酸塩として存在する場合に有益であると思われる。ＴＢＣ６２は、例えば、プラズマ溶射、ＤＶＤ又はＥＢ−ＰＶＤなどのＰＶＤ、ＣＶＤ、及び同様のものを含む、有用な技術によって施されうる。
【００４６】
コーティングがＴＢＣ６２を含むかどうかに関係なく、ＣＭＡＳ耐性層６４をＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６に隣接して、又はその上に載るように構成し、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６を、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６の微細孔内へのＣＭＡＳの浸透から保護することができる。ＣＭＡＳ耐性層６４は、コーティング上に存在するＣＭＡＳと反応し、反応層（図示せず）を形成しうる。ＣＭＡＳ耐性層６４と反応層は、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６の微細孔内へのＣＭＡＳの浸透を低減するか、又は防ぐための障壁を形成することができる。ＣＭＡＳ耐性層６４は、例えば、プラズマ溶射、物理気相成長、化学気相成長、及び同様のものを含む有用な方法を使用してＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６に施すことができる。
【００４７】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＣＭＡＳと反応して固体の、又は非常に粘稠な反応生成物（つまり、ガス・タービン・エンジン６０が曝される温度で固体であるか、又は非常に粘稠である反応生成物）を形成する元素を含むものとしてよい。反応生成物は、ＣＭＡＳに比べて著しく高い（例えば、約１２００〜１２５０℃より高い）溶融温度を有するものとしてよい。固体の、又は非常に粘稠の反応生成物が望ましいのは、ＣＭＡＳ耐性層６４がＣＭＡＳと反応して反応層を形成するにつれ消費されるからである。例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４とＣＭＡＳとの反応生成物が比較的粘性の低い液体であった場合、その比較的粘性の低い液体は、ＣＭＡＳ耐性層６４が反応によって消費された後、ＥＢＣ３６及び／又はＴＢＣ６２の微細孔に浸透する可能性がある。
【００４８】
しかし、反応生成物が固体であるか、又は非常に粘稠である場合、反応層がＣＭＡＳ耐性層６４の表面上に形成され、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性層６４との反応速度が低下することになる。つまり、固体の、又は非常に粘稠の反応層がＣＭＡＳ耐性層６４の表面上に形成された後、ＣＭＡＳ耐性層６４とＣＭＡＳとの間の反応が遅くなるが、それは、さらなる反応が生じるのに、ＣＭＡＳが反応層を通って拡散してＣＭＡＳ耐性層６４に遭遇するか、又はＣＭＡＳ耐性層６４の成分が反応層を通って拡散しＣＭＡＳと遭遇する必要があるからである。いずれの場合も、ＣＭＡＳ又はＣＭＡＳ耐性層６４の成分のいずれかが拡散することは、拡散が最も遅いプロセスであるため固体反応層がＣＭＡＳ耐性層６４の表面上に形成された後の反応における制限工程となることが予想される。
【００４９】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、少なくとも１つの希土類酸化物を含む。有用な希土類酸化物は、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、及びこれらの組み合わせを含む、希土類元素の酸化物が挙げられる。いくつかの実施例では、ＣＭＡＳ耐性層６４は、ジルコニア及びハフニアを本質的に含まない。つまり、これらの実施例では、コーティングは、例えば、市販の希土類酸化物中に存在する量など、せいぜい微量のジルコニア及びハフニアを含むだけである。
【００５０】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、少なくとも１つの希土類酸化物に加えて、アルミナ及び／又はシリカも含みうる。例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４は、アルミナと少なくとも１つの希土類酸化物、シリカと少なくとも１つの希土類酸化物、又はアルミナ、シリカ、及び少なくとも１つの希土類酸化物を含みうる。アルミナ及び／又はシリカをＣＭＡＳ耐性層６４に添加して、例えば、層６４とＣＭＡＳとの化学反応性、反応生成物の粘性、熱膨張率、層６４とＥＢＣ３６又はＴＣＢ ６２との化学的適合性、並びに同様の特性などの、ＣＭＡＳ耐性層６４の１つ又は複数の特性を調整することができる。
【００５１】
さらに、いくつかの実施例では、ＣＭＡＳ耐性層６４は、適宜、例えば、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、又はこれらの混合物などの、他の添加剤成分を含むことができる。添加剤成分をＣＭＡＳ耐性層６４に添加して、層６４の１つ又は複数の望ましい特性を変えることができる。例えば、添加剤成分は、ＣＭＡＳ耐性層６４とＣＭＡＳとの反応速度を加減することができ、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性層６４との反応からの反応生成物の粘性を変えることができ、ＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６へのＣＭＡＳ耐性層６４の接着力を高めることができ、ＣＭＡＳ耐性層６４の化学的安定性を高めたり、低くしたりすることができ、又は同様のことを行うことができる。
【００５２】
図２〜４は、基材３２上に形成された層の異なる組み合わせを含む実例を示しているが、図示されている層の組み合わせが唯一であるわけではない。例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＴＢＣ６２の代わりにＥＢＣ３６上に形成されうるか、又は物品は、上張層５２、ボンド・コート５４、ＥＢＣ３６、及びＴＢＣ６２を備えうる。層の他の組み合わせも企図され、本開示の対象となっている。
【００５３】
図２〜４は、一般的に矩形の断面形状を有する特徴体４６、５８を示している。他の実施例では、特徴体４６、５８は、他の断面形状を備えることもできる。特徴体４６、５８の他の断面形状のいくつかの実例は、図５Ａ〜５Ｈに示されている。例えば、図５Ａ及び５Ｂは、一般的に湾曲した断面形状を備える、凹部又は溝７２と突起部又は隆起部７４をそれぞれ示している（例えば、円の一部分の断面を有する溝若しくは隆起部、又は球形の一部分の形状を有する凹部若しくは突起部）。図５Ｃ及び５Ｄは、三角形の断面形状を備える、凹部又は溝７６及び突起部又は隆起部７８をそれぞれ示している。例えば、凹部７６又は突起部７８は、円錐形又はピラミッド形の形状を備えることができる。図５Ｅ及び５Ｆは、一般的に矩形の断面形状を有する、凹部又は溝８０及び突起部又は隆起部８２をそれぞれ示している。最後に、図５Ｇ及び５Ｈは、一般的に正方形の断面形状を有する、凹部又は溝８４及び突起部又は隆起部８６をそれぞれ示している。そのような断面形状は単なる実例にすぎず、他の断面形状も可能であり、これは当業者には明らかなことであろう。一般に、特徴体７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６は、２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満、又は２．５４ｍｍ（０．１インチ）に実質的に等しい幅、及びＥＢＣ３６の厚さより小さい、又はＥＢＣ３６の厚さに実質的に等しい深さ若しくは高さを備えるものとしてよい。（例えば、図２を参照）
【００５４】
特徴体４６、５８、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６（「特徴体４６」と総称する）は、複数の特徴体４６を備える配列内の層３４に形成されうる。図６Ａ〜６Ｆは、多数の例示的な特徴体４６及び特徴体４６の配列を示している。例えば、図６Ａは、複数の溝若しくは隆起部９４を備える特徴体９２の配列が層３４内に形成されていることを示している。溝若しくは隆起部９４は、実質的に互いに平行に配向されている。このような配置構成では、層３４（及び層３４上に形成されたＥＢＣ３６）を複数の領域に分離し、それぞれの領域は隣接する溝９４と溝との間に配置されうる。上で説明されているように、これにより、層３４上に形成されたＥＢＣ３６の熱若しくは機械的応力への抵抗性を改善することができる。
【００５５】
いくつかの実施例では、溝９４は、図６Ａに示されているように、ほぼ同じ幅Ｗであるものとしてよい。他の実施例では、１つ又は複数の溝９４は、溝９４のうちの別の溝と異なる幅Ｗを有するものとしてよい。いくつかの実施例では、溝９４のうちのそれぞれの溝の幅Ｗは、２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｍｍ（０．１インチ）に等しいものとしてよい。他の実施例では、溝９４のうちのそれぞれの溝の幅Ｗは、約０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）から約１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）までの範囲内としてよい。
【００５６】
隣接する溝９４は、実質的に均等な間隔で並べられるか、又は異なる距離で相隔てて並ぶものとしてよい。隣接する溝９４の間の距離Ｄは、ピッチと称することができ、いくつかの実施例では、約２５．４０ｍｍ（１インチ）程度であってよい。いくつかの実施例では、ピッチは、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）から約６．３５ ｍｍ（０．２５インチ）までの範囲内である。いくつかの実施例では、ピッチは、単調増加若しくは単調減少するものとしてよい。他の実施例では、ピッチは増加し次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。さらに他の実施例では、図６Ａに示されているように、ピッチはほぼ一定であってよい。
【００５７】
溝若しくは隆起部９４は、図２〜４及び５Ａ〜５Ｈに例示されているように、例えば、アーチ形（つまり、円の一部）、矩形、又は三角形の断面を含む、さまざまな断面形状を有することができる。溝９４のそれぞれは、同じ断面形状を有するか、又は溝９４のうちの少なくとも１つは、溝９４のうちの別の１つの溝と異なる断面形状を有することができる。溝９４のうちのそれぞれの溝の深さは、ＥＢＣ３６の厚さと同じ程度であってよい（例えば、図２を参照）。いくつかの実施例では、溝９４のうちのそれぞれの溝の深さは、ＥＢＣ３６の厚さの約２０％から約８０％までの範囲内としてよい。絶対寸法に関して、いくつかの実施例では、溝のそれぞれの深さは、約０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）までの範囲内としてよい。他の実施例では、溝は、約０．０１５２ｍｍ（０．０００６インチ）から約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）までの範囲内とすることができる。幅Ｗと同様に、溝９４のうちのそれぞれの溝の深さは、おおよそ同じであるか、又は溝９４のうちの少なくとも１つの溝の深さは、溝９４のうちの少なくとも１つの他の溝と異なっていてもよい。いくつかの実施例では、溝９４の深さは、単調増加若しくは単調減少するか、増加して次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。
【００５８】
図６Ｂは、互いに実質的に平行になるように形成された第１の複数の溝若しくは隆起部及び互いに実質的に平行になるように、且つ第１の複数の溝若しくは隆起部に実質的に垂直になるように形成された第２の複数の溝若しくは隆起部によって形成されたグリッド９８を備える特徴体９６の配列を示している。グリッド９８が溝を含む場合、グリッド９８は、層３４内に凹部を形成し、層３４内に複数のプラトー部１００を画成する。或いは、グリッド９８が隆起部を含む場合、グリッド９８は、層３４内に突起部を形成し、層３４内に複数のプラトー部１００を画成する。このようにして、グリッド９８は、層３４（及び層３４上に形成されたＥＢＣ３６）を複数の領域に分離し、亀裂が一方の領域から隣接する領域へと成長するのを阻止する。
【００５９】
他の実施例では、図６Ｃに例示されているように、特徴体１０２の配列は、正弦波状の溝若しくは隆起部１０４のグリッドを備えることができる。グリッド１０２は、層内に凹部又は突起部を形成し、層３４内に複数のプラトー部１０６を画成する。このようにして、グリッド１０４は、層３４（及びＥＢＣ３６）を複数の領域に分離し、亀裂が一方の領域から隣接する領域へと成長するのを阻止する。
【００６０】
いくつかの実施例では、図６Ｂ及び６Ｃにおいて実質的に水平方向に配向されている溝若しくは隆起部のそれぞれは、第１の幅Ｗ１を有することができ、図６Ｂ及び６Ｃにおいて実質的に垂直方向に配向されている溝若しくは隆起部のそれぞれは、第２の幅Ｗ２を有することができる。いくつかの実施例では、第１の幅Ｗ１は、第２の幅Ｗ２と同じであってもよいが、他の実施例では、第１の幅Ｗ１は、第２の幅Ｗ２と異なっていてもよい。それに加えて、いくつかの実施例では、グリッド９８又は１０４内の少なくとも１つの垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の幅は、グリッド９８又は１０４内の別の垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の幅と異なっていてもよい。同様に、グリッド９８内の少なくとも１つの水平方向に配向された溝若しくは隆起部の幅は、グリッド９８又は１０４内の別の水平方向に配向された溝若しくは隆起部の幅と異なっていてもよい。いくつかの実施例では、グリッド９８内の水平方向若しくは垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の幅は、単調増加若しくは単調減少するが、他の実施例では、グリッド９８又は１０４内の水平方向若しくは垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の幅は、増加し次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のうちのそれぞれの幅（Ｗ１又はＷ２）は、２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｍｍ（０．１インチ）に等しいものとしてよい。他の実施例では、グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のうちのそれぞれの幅（Ｗ１又はＷ２）は、約０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）から約１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）までの範囲内であるものとしてよい。
【００６１】
グリッド９８又は１０４内の隣接する平行な溝若しくは隆起部は、ほぼ均等な間隔で相隔てて並ぶか、又は異なる距離で相隔てて並ぶものとしてよい。いくつかの実施例では、グリッド９８又は１０４内の隣接する溝若しくは隆起部の間の距離Ｄ１又はＤ２（ピッチと称する）は、２．５４ｃｍ（１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｃｍ（１インチ）に等しいものとしてよい。いくつかの実施例では、距離Ｄ１又はＤ２は、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）から約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）までの範囲内とすることができる。いくつかの実施例では、ピッチは、単調増加若しくは単調減少するものとしてよい。他の実施例では、ピッチは増加し次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。さらに他の実施例では、図６Ｂ及び６Ｃに示されているように、ピッチはほぼ一定であってよい。それに加えて、いくつかの実施例では、第１の方向の隣接する溝若しくは隆起部の間の距離Ｄ１は、第２の方向の隣接する溝若しくは隆起部の間の距離Ｄ２と異なっていてもよい。いくつかの実例では、一方の方向におけるピッチは、グリッド９８内で増加又は減少しうるが、第２の方向におけるピッチは、ほぼ一定であるものとしてよい。
【００６２】
グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のそれぞれは、図２〜４及び５Ａ〜５Ｈに例示されているように、例えば、アーチ形、矩形、又は三角形の断面を含む、さまざまな断面形状を有することができる。グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のそれぞれは、同じ断面形状を有するか、又はグリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のうちの少なくとも１つは、グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のうちの別の１つと異なる断面形状を有することができる。溝若しくは隆起部のそれぞれの深さ又は高さは、それぞれ、ＥＢＣ３６の厚さより小さいか、又は実質的に等しいものとしてよい。いくつかの実施例では、溝若しくは隆起部のうちのそれぞれの深さ又は高さは、ＥＢＣ３６の厚さの約２０％から約８０％までの範囲内としてよい。絶対寸法に関して、いくつかの実施例では、溝のそれぞれの深さは、約０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）までの範囲内としてよい。他の実施例では、溝は、約０．０１５２ｍｍ（０．０００６インチ）から約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）までの範囲内とすることができる。幅Ｗと同様に、グリッド９８又は１０４内の溝若しくは隆起部のそれぞれの溝の深さ又は高さは、おおよそ同じであるか、又は溝若しくは隆起部の少なくとも１つの溝の深さ又は高さは、溝若しくは隆起部のうちの他の少なくとも１つと異なっていてもよい。溝若しくは隆起部の深さ又は高さは、単調増加若しくは単調減少するか、又は増加して次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。いくつかの実例では、第１の方向、例えば図６Ｂ及び６Ｃにおいて実質的に垂直方向に配向された溝若しくは隆起部の深さ又は高さは、第２の方向、例えば図６Ｂ及び６Ｃにおいて実質的に水平方向に配向された溝若しくは隆起部の深さ又は高さと異なっていてもよい。それに加えて、一方の方向に配向された溝若しくは隆起部の深さ又は高さは、グリッド５８内で変化しうるが、グリッド５８内で第２の方向に配向された溝若しくは隆起部の深さ又は高さは、ほぼ一定であってもよい。
【００６３】
いくつかの実施例では、層３４は、実質的に連続する特徴体の配列の代わりに離散する特徴体の配列を備えることができる。例えば、図６Ｄは、層３４内に形成された複数の円形の凹部若しくは突起部１１０を備える特徴体１０８の配列を示している。同様に、図６Ｅは、層３４内に形成された複数の六角形の凹部若しくは突起部１１４を備える特徴体１１２の配列を示しており、図６Ｆは、層３４内に形成された複数の楕円形の凹部若しくは突起部１１８を備える特徴体１１６の配列を示している。凹部又は突起部１１０、１１４、１１８（「凹部又は突起部１１０」と総称する）の例示されているパターン及び形状は、単なる実例にすぎず、凹部又は突起部１１０の他のパターン及び形状も本開示により企図されている。それに加えて、特徴体の配列は、円形、六角形、又は楕円形の形状（図９Ｄを参照）などの、異なる形状の凹部又は突起部１１０を備えることができる。
【００６４】
上で説明されているように、凹部又は突起部１１０のそれぞれは、直径若しくは幅Ｗを有することができる。いくつかの実施例では、図６Ｄ〜６Ｆに示されているように、凹部又は突起部１１０の直径若しくは幅Ｗは、実質的に一定であるものとしてよい。いくつかの実施例では、凹部又は突起部１１０の直径若しくは幅Ｗは、単調増加若しくは単調減少するものとしてよいが、他の実施例では、凹部又は突起部１１０の直径若しくは幅Ｗは、増加し次いで減少するか、又は減少し次いで増加するものとしてよい。凹部又は突起部１１０のうちのそれぞれの直径又は幅Ｗは、２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｍｍ（０．１インチ）に等しい範囲内であるものとしてよい。いくつかの実施例では、凹部又は突起部１１０のうちのそれぞれの直径若しくは幅Ｗは、約０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）から約１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）までの範囲内としてよい。
【００６５】
凹部又は突起部１１０は、ほぼ均等な間隔で相隔てて並ぶか、又は図６Ｂに示されているグリッド９８の溝若しくは隆起部と同様に、異なる距離で相隔てて並ぶものとしてよい。隣接する凹部又は突起部１１０の間の距離Ｄは、２．５４ｃｍ（１インチ）未満であるか、又は実質的に２．５４ｃｍ（１インチ）に等しいものとしてよい。いくつかの実施例では、隣接する凹部又は突起部１１０の間の距離Ｄは、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）から約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）までの範囲内とすることができる。ピッチは、単調増加若しくは単調減少するか、増加して次いで減少するか、減少して次いで増加するか、又はほぼ一定のままであるものとしてよい。それに加えて、第１の方向の隣接する凹部若しくは突起部１１０の間の距離Ｄは、第２の方向の隣接する凹部若しくは突起部１１０の間の距離Ｄと異なっていてもよい。いくつかの実例では、一方の方向におけるピッチは、増加又は減少しうるが、第２の方向におけるピッチは、ほぼ一定であるものとしてよい。他の実例では、２つの実質的に垂直な方向のピッチは、それぞれ変化する、例えば、両方向に増加するか、両方向に減少するか、又は第１の方向に増加し、第２の方向に減少するものとしてよい。
【００６６】
凹部若しくは突起部１１０のそれぞれは、図２〜４及び５Ａ〜５Ｈに例示されているように、例えば、アーチ形、矩形、又は三角形の断面を含む、さまざまな断面形状のうちの１つを有することができる。凹部若しくは突起部１１０のそれぞれの断面形状は同じであるか、又は特徴体１０８、１１２、若しくは１１６の配列内で異なっていてもよい。凹部若しくは突起部１１０のそれぞれの深さは、ＥＢＣ３６の厚さより小さいか、又は実質的に等しいものとしてよい。いくつかの実施例では、凹部若しくは突起部１１０のそれぞれの深さは、ＥＢＣ３６の厚さの約２０％から約８０％までの範囲内としてよい。絶対寸法に関して、いくつかの実施例では、溝のそれぞれの深さは、約０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）までの範囲内としてよい。他の実施例では、溝は、約０．０１５２ｍｍ（０．０００６インチ）から約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）までの範囲内とすることができる。それに加えて、特徴体１０８、１１２、若しくは１１６の配列内の凹部若しくは突起部１１０の深さは、ほぼ同じであるか、又は凹部若しくは突起部１１０のうちの少なくとも１つの深さは、凹部若しくは突起部１１０のうちの他の少なくとも１つと異なっていてもよい。凹部若しくは突起部１１０の深さは、単調増加若しくは単調減少するか、増加して次いで減少するか、又は減少し次いで増加しうる。いくつかの実施例では、凹部若しくは突起部１１０の深さは、特徴体１０８、１１２、若しくは１１６の配列内で一方向にそって変化しうるが、凹部若しくは突起部１１０の深さは、特徴体１０８、１１２、若しくは１１６の配列内で第２の実質的に垂直な方向にそって変化しても、変化しなくてもよい。
【００６７】
溝若しくは隆起部９４などの、実質的に連続する特徴体、及び円形の凹部若しくは突起部１１０などの離散的な特徴体は、別々に説明されているけれども、いくつかの実施例では、連続する特徴体及び離散的な特徴体は、一緒に使用することもできる。例えば、図６Ｇは、複数の溝若しくは隆起部９４及び複数の円形の凹部若しくは突起部１１０を備える特徴体１２０の配列を示している。溝若しくは隆起部９４は、互いに実質的に平行に配向され、凹部若しくは突起部１１０の柱状部の間の層３４内に形成される。このような配置構成では、層３４を複数の領域に分離し、それぞれの領域は隣接する溝と溝との間に配置されうる。上で説明されているように、これにより、層３４上に形成されたＥＢＣ３６の熱若しくは機械的応力への抵抗性を改善することができる。
【００６８】
凹部若しくは突起部１１０及び溝若しくは隆起部９４は、上で説明されているのと同様の、深さ若しくは高さ、ピッチ、幅、及び／又は断面形状を含む、特性を有することができる。いくつかの実例では、凹部及び隆起部若しくは溝及び突起部は、層３４内に一緒に形成することができる。凹部、突起部、溝、及び隆起部の他の組み合わせも本開示により企図されている。
【００６９】
図６Ａ〜６Ｇに示されている特徴体の配列は、実質的に均一なものであるとして図示され、説明されているけれども、いくつかの実施例では、特徴体の配列は、不均一であるか、又はランダムであってもよい。例えば、配列内の特徴体の１つ又は複数の特性が、その配列全体を通して実質的にランダムに変化してもよい。例えば、形状、断面形状、サイズ、ピッチ、深さ、又は同様の特性のうちの少なくとも１つが、その配列全体を通して実質的にランダムに変化してもよい。
【００７０】
図７は、中に形成された複数の特徴体を有する上張層を基材上に形成することを含む物品を形成する例示的な技術の流れ図である。わかりやすくするため、図７の技術は、図３に示されているガス・タービン動翼５０を参照しつつ説明されるが、図７の技術は、例えば、タービン動翼トラック、タービン・シール・セグメント、翼、又は同様のものなどの、高温になる機械システムの別のコンポーネント上で利用することができることは理解されるであろう。
【００７１】
最初に、上張層５２が、基材３２上に形成される（１２２）。上張層５２は、基材３２のマトリックス材３８と同じ材料を備える。上張層５２は、基材３２の形成時に基材３２上に形成されうるか、又はその後の蒸着工程において基材３２上に形成されうる。基材３２の形成時に基材３２上に形成される場合、上張層５２は、例えば、化学蒸気浸透法、化学気相成長法、溶解浸透法、ポリマー前駆物質プロセス、又は同様の方法によって蒸着されうる。上張層５２の形成は、強化材４０の実質的に完全なカプセル封入が確実になされるように強化材４０が覆われた後、追加量のマトリックス材３８を蒸着することを含みうる。
【００７２】
基材３２の形成後に基材３２上に形成される場合、上張層５２は、例えば、ＣＶＤ、ポリマー前駆物質プロセス、ゾル・ゲル・プロセス、スラリー・プロセス、プラズマ溶射、ＰＶＤ、又は同様の方法によって蒸着されうる。上で説明されているように、上張層５２は、上張層５２内に形成された特徴体５８の深さ又は高さより大きい厚さを備えるように形成され、これにより、特徴体が上張層５２内に形成されたときに強化材４０が露出しない可能性を高めるか、又は確実に露出しないようにすることができる。
【００７３】
上張層５２が、基材３２上に形成された（１２２）後、特徴体５８の配列が上張層５２内に形成される（１２４）。配列は、例えば、直線的な溝若しくは隆起部、正弦波状の溝若しくは隆起部、直線的な、若しくは正弦波状の溝若しくは隆起部によって形成されたグリッド、円形の凹部若しくは突起部、六角形の凹部若しくは突起部、楕円形の凹部若しくは突起部、矩形の凹部若しくは突起部、又はこれらの特徴体５８の組み合わせなどの複数の特徴体５８を備えることができる。特徴体５８が凹部又は溝を備える場合、特徴体５８は、例えば、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。化学エッチング及びフォトリソグラフィでは、上張層５２の一部分が、上張層５２と反応する化学薬品に曝され、上張層５２から材料が取り除かれる。化学薬品によってエッチングされる場所及び上張層５２が化学薬品に曝される時間の長さを制御することによって、特徴体５８の深さ及び形状を制御することができる。エッチングされる場所は、化学エッチング液に関して不活性である材料の層で、エッチングされるべきでない上張層５２の部分を被覆することによって制御されうる。
【００７４】
レーザー加工では、エキシマー・レーザーなどの電磁エネルギーの発生源を使用して、上張層５２によって吸収される波長の一連の電磁パルスを発生する。パルスは、エネルギーを吸収する上張層５２の部分を蒸発させるのに十分な強さのものである。上張層５２の異なる部分の順序曝露を使用して、上張層５２の一部又はいくつかの部分を蒸発させて、特徴体５８を形成することができる。
【００７５】
特徴体５８を形成する他の方法として、例えば、加圧水流、研磨剤、研磨剤を混ぜた水、又は上張層５２を変形するか、若しくは上張層５２から材料を取り除くのに十分に硬いツールによって、上張層５２のいくつかの部分を機械的に取り除く方法が挙げられる。
【００７６】
特徴体５８が隆起部若しくは突起部を備える実施例では、特徴体５８は、例えば、レーザー・クラッディングによって形成されうる。レーザー・クラッディングでは、レーザー又は他の電磁エネルギー源が上張層５２上に蒸着された材料の領域上に合焦され、これにより、材料を溶融するか、又は焼結し、特徴体５８を形成する。上張層５２に相対的なレーザー及び追加された材料の位置及び移動を制御することによって、上張層５２上に特徴体５８の所望の形状を形成するためにレーザー・クラッディングが使用されうる。
【００７７】
特徴体５８の配列が上張層５２内に形成された（１２４）後、ボンド・コート５４は、適宜、特徴体５８の配列を含む、層５２上に蒸着されうる（１２６）。上で説明されているように、ボンド・コート５４は、上張層５２とＥＢＣ３６との間の接着力を改善する材料を備えることができる。ボンド・コート５４は、セラミック、又は上張層５２と親和性のある他の材料を含むものとしてよい。例えば、ボンド・コート５４は、ムライト、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、希土類ケイ酸塩、又は同様のものを含むことができる。ボンド・コート５４は、例えば、プラズマ溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スラリー・ディッピング、又は同様のものによって層５２上に形成されうる。ボンド・コート５４は、特徴体５８を含む、層５２の幾何学的形状を実質的に再現することができる。
【００７８】
ボンド・コート５４のオプションの蒸着の後、ＥＢＣ３６がボンド・コート５４上（又はボンド・コート５４が存在していない場合には、層５２上）に形成されうる（１２８）。ＥＢＣ３６は、層５２及び基材３２を環境劣化から保護する材料を含みうる。例えば、ＥＢＣ３６は、酸化又は水蒸気攻撃に耐性のある材料を備え、及び／又は水蒸気安定性、化学安定性、及び環境耐久性の少なくとも１つを基材３２に付与することができる。ＥＢＣ３６は、例えば、ＢＳＡＳ、ＢＡＳ、ＣＡＳ、ＳＡＳ、ＬＡＳ、ＭＡＳなどのガラス・セラミックス、希土類ケイ酸塩、又は同様のものを含みうる。ＥＢＣ３６は、プラズマ溶射、ＥＢ−ＰＶＤ又はＤＶＤなどのＰＶＤ、ＣＶＤ、陰極アーク蒸着、スラリー・ディッピング、ゾル・ゲル・コーティング、電気泳動析出、及び同様のものなどの、さまざまな技術によって施され、コーティングの少なくとも一部に対して実質的に非多孔性の構造として蒸着されるものとしてよく、これにより、水蒸気若しくは他のガスが基材３２に接触する可能性が低減されるか、又は実質的に防止される。ＥＢＣ３６は、特徴体５８を実質的に再現する。
【００７９】
いくつかの実施例では、上張層５２を基材３２上に形成し、特徴体５８を上張層５２内に形成する代わりに、ボンド・コート５４を基材３２上に直接形成することができ、特徴体４６をボンド・コート５４内に形成することができる（図２及び付随する説明を参照）。図８は、そのような物品を形成するための例示的な技術の流れ図である。
【００８０】
最初に、ボンド・コート５４が、基材３２上に形成される（１３２）。ボンド・コート５４は、例えば、金属又はセラミックなどの、基材３２とＥＢＣ３６との間の接着力を改善する材料を備えることができる。例えば、ボンド・コート５４は、ムライト、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、希土類ケイ酸塩、又は同様のものを含むことができる。ボンド・コート５４は、例えば、プラズマ溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又は同様のものによって層３２上に形成されうる。
【００８１】
ボンド・コート５４が、基材３２上に形成された（１３２）後、特徴体４６の配列がボンド・コート５４内に形成される（１３４）。配列は、例えば、直線的な溝若しくは隆起部、正弦波状の溝若しくは隆起部、直線的な、若しくは正弦波状の溝若しくは隆起部によって形成されたグリッド、円形の凹部若しくは突起部、六角形の凹部若しくは突起部、楕円形の凹部若しくは突起部、矩形の凹部若しくは突起部、又はこれらの特徴体４６の組み合わせなどの複数の特徴体４６を備えることができる。特徴体４６が凹部又は溝を備える場合、特徴体４６は、例えば、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。特徴体４６が隆起部若しくは突起部を備える場合、特徴体４６は、例えば、レーザー・クラッディングによって形成されうる。
【００８２】
特徴体４６の配列が、ボンド・コート５４内に形成された（１３４）後、ＥＢＣ３６は、ボンド・コート５４上に、且つ特徴体の配列の上に形成される（１２８）。ＥＢＣ３６は、例えば、ＢＳＡＳ、ＢＡＳ、ＣＡＳ、ＳＡＳ、ＬＡＳ、ＭＡＳなどのガラス・セラミックス、希土類ケイ酸塩、又は同様のものなどの、ボンド・コート５４及び基材３２を環境劣化から保護する材料を含みうる。ＥＢＣ３６は、プラズマ溶射、ＥＢ−ＰＶＤ又はＤＶＤなどのＰＶＤ、ＣＶＤ、陰極アーク蒸着、スラリー・ディッピング、ゾル・ゲル・コーティング、電気泳動析出、及び同様のものなどの、さまざまな技術によって施され、コーティングの少なくとも一部に対して実質的に非多孔性の構造として蒸着されるものとしてよく、これにより、水蒸気若しくは他のガスが基材３２に接触する可能性が低減されるか、又は実質的に防止される。ＥＢＣ３６は、ボンド・コート５４内に形成された特徴体４６を実質的に再現する。このようにして、複数の領域が、ＥＢＣ３６内に形成され、ＥＢＣ３６内の亀裂伝播を防ぎ、ＥＢＣ３６の機械的及び／又は熱応力耐性を改善する働きをする。
【００８３】
いくつかの実施例では、ＴＢＣ６２（図４）は、適宜、ＥＢＣ３６上に形成されうる（１３６）。上で説明されているように、ＴＢＣ６２は、比較的低い熱伝導率を有するさまざまな材料のうちの少なくとも１つを含むことができ、歪み耐性を高め、及び／又はＴＢＣ６２の熱伝導率をさらに下げ、断熱性を基材３２に付与するために多孔性構造又は柱状構造として形成することができる。いくつかの実施例では、ＴＢＣ６２は、例えば、イットリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ハフニア、希土類酸化物安定化ジルコニア、希土類酸化物安定化ハフニア、希土類ケイ酸塩、希土類ジルコン酸塩、希土類ハフニウム酸塩、又はこれらの組み合わせを含むことができる。ＴＢＣ６２は、例えば、プラズマ溶射、ＤＶＤ又はＥＢ−ＰＶＤなどのＰＶＤ、ＣＶＤ、及び同様のものを含む、有用な技術によってＥＢＣ３６上に蒸着されうる。
【００８４】
いくつかの実施例では、ＴＢＣ６２がＥＢＣ３６上に形成されたかどうかに関係なく、ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＥＢＣ３６の上に蒸着されうる（１３８）（つまり、ＴＢＣ６２が存在していなければＥＢＣ３６上に直接、又は存在していればＴＢＣ６２上に）。ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６に隣接して、又はその上に載るように構成され、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６を、ＴＢＣ６２及び／又はＥＢＣ３６の微細孔内へのＣＭＡＳの浸透から保護することができる。
【００８５】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、ＣＭＡＳと反応して固体の、又は非常に粘稠な反応生成物（つまり、ガス・タービン・エンジン６０が曝される温度で固体であるか、又は非常に粘稠である反応生成物）を形成する元素を含むものとしてよい。反応生成物は、ＣＭＡＳに比べて著しく高い（例えば、約１２００〜１２５０℃より高い）溶融温度を有するものとしてよい。例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４は、少なくとも１つの希土類酸化物を含む。有用な希土類酸化物は、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、及びこれらの組み合わせを含む、希土類元素の酸化物が挙げられる。いくつかの実施例では、ＣＭＡＳ耐性層６４は、ジルコニア及びハフニアを本質的に含まない。つまり、これらの実施例では、コーティングは、例えば、市販の希土類酸化物中に存在する量など、せいぜい微量のジルコニア及びハフニアを含むだけである。いくつかの実施例では、ＣＭＡＳ耐性層６４は、適宜、アルミナ、シリカ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、及び／又はアルカリ土類酸化物を含みうる。
【００８６】
ＣＭＡＳ耐性層６４は、例えば、プラズマ溶射、物理気相成長、化学気相成長、及び同様のものを含む有用な方法を使用してＴＢＣ６２又はＥＢＣ３６に施すことができる。
【００８７】
前記の説明は、ＣＭＣ基材上の層内に特徴体の単一の配列を形成することをもっぱら目的としているが、他の技術も、物品の熱及び／又は機械的応力への抵抗性を改善するために使用されうる。例えば、物品は、基材の第１の位置に形成された特徴体の第１の配列と基材の第２の位置に形成された特徴体の第２の配列とを備えることができる。第１及び第２の位置のそれぞれは、第１及び第２の位置が使用中に受けることが予測される熱及び／又は機械的応力に基づき選択されうる。予測される熱及び／又は機械的応力は、実験データ、例えば、以前に使用された、若しくは試験されたコンポーネントから集められたデータに基づき決定されうるか、又はコンポーネント上の熱応力の理論的モデリング（例えば、有限要素解析）によって予測されうる。
【００８８】
例えば、図９Ａ〜９Ｄは、物品の第１及び第２の位置で受ける予測された熱及び／又は機械的応力に基づき物品の層３４内に形成された特徴体の第１及び第２の配列のさまざまな実例を示す概念図である。図９Ａは、層３４の第１の位置１４２に形成された特徴体１１４の第１の配列１４６と層３４の第２の位置に形成された特徴体１１４の第２の配列１４８とを有する層３４を示している。図９Ａに示されている実施例では、特徴体１１４のそれぞれは六角形の凹部を備える。他の実施例では、特徴体１１４のそれぞれは、別の形状の凹部、任意の形状の突起部、直線状若しくは正弦波状の溝、及び／又は直線状若しくは正弦波状の隆起部を備えることができる。
【００８９】
いくつかの実施例では、第１の位置１４２における予測される熱及び／又は機械的応力は、第２の位置１４４における予測される熱及び／又は機械的応力よりも大きいものとしてよい。第１の位置１４２及び第２の位置１４４で受ける熱及び／又は機械的応力は、それぞれ、層３４及び層３４上に形成されたＥＢＣ（図９Ａに示されていない）の熱膨張及び／又は収縮を引き起こす温度変化によるものであるか、又はＥＢＣによる破片の物理的衝撃によるものとすることができる。第１の位置１４２は、例えば、高温になる機械システム内の第１の位置１４２の位置により、より大きな熱及び／又は機械的応力を受けうるが、第２の位置１４４は、高温になる機械システム内のその位置のせいでより低い熱応力を受けうる。
【００９０】
したがって、第１の位置１４２では、第２の位置１４４に形成された特徴体１１４の第２の配列１４８に比べて大きい熱及び／又は機械的応力の軽減をもたらしうる、特徴体１１４の第１の配列１４６を中に形成していてもよい。例えば、図９Ａに示されている実施例において、第１の配列１４６内の特徴体１１４は、第２の配列内の特徴体１１４に比べて密集したパターンで形成される。このようなパターンは、層３４をより小さな領域に分割し、第２の配列１４８内の特徴体１１４のより広い間隔に比べて熱及び／又は機械的応力のよりよい軽減をもたらしうる。第２の配列１４８は、それでも、層３４の第２の位置１４４に対して熱及び／又は機械的応力の軽減をもたらしうる。
【００９１】
図９Ａの特徴体１１４は、サイズ及び形状が均一であるものとして示されているけれども、いくつかの実施例では、単一の配列１４６又は１４８は、複数の形状、サイズ、及び／又は深さを含む特徴体１１４のパターンを含みうる。異なる形状を備える配列の一実例は、図９Ｄに示されている。いくつかの実施例では、特徴体１１４のサイズ、形状、及び／又は深さは、配列１４６若しくは１４８内の１つ又は２つの垂直方向の次元で単調増加しうるか、又は配列１４６若しくは１４８内の１つ又は２つの垂直方向の次元で増加し次いで減少しうる。それに加えて、いくつかの実施例では、配列１４６及び／又は１４８は、配列１４６及び／又は１４８内で特徴体１１４の不均一な、又はランダムな分布を含みうる。
【００９２】
図９Ｂに示されているように、いくつかの実施例では、層３４は、特徴体１１４の遷移配列１６０を含む遷移領域１５４を備えることができる。遷移領域１５４は、特徴体１１４の第１の配列１５８を備える、第１の位置１５２と特徴体１１４の第２の配列１６２を備える、第２の位置１５６との間に配置される。遷移配列１６０内では、隣接する特徴体１１４の間の間隔、つまりピッチは、第１の配列１５８内の特徴体１１４の間隔から第２の配列１６２内の特徴体１１４の間隔まで実質的に連続して変化しうる。
【００９３】
例えば、第１の配列１５８から第２の配列１６２に遷移するために、遷移配列内のそれぞれのその後の行は、より少ない特徴体１１４、及びその行内の隣接する特徴体１１４の間の増加した間隔を含む。このようにして、遷移配列は、第１の配列１５８から第２の配列１６２への遷移を円滑にすることができる。遷移配列１６０は、第１の配列１５８と第２の配列１６２との中間にある熱及び／又は機械的応力の軽減をもたらし、遷移配列１６０内の特徴体１１４若しくは特徴体１１４の間隔が変化すると変化する。例えば、遷移配列１６０によってもたらされる熱応力の軽減は、第２の配列１６２に近い位置にある遷移配列１６０によってもたらされる熱応力の軽減に比べて第１の配列１５８に近い位置ではより大きいものとしてよい。
【００９４】
図９Ｂは、遷移配列１６０内で変化する特徴体１１４のピッチのみを示しているけれども、他の実施例では、特徴体１１４のサイズ、深さ、又は形状は、第１の配列１５８内の特徴体１１４に類似していることから第２の配列１６２内の特徴体１１４に類似していることに変わりうる。いくつかの実施例では、特徴体１１４の２つ若しくはそれ以上の特性、例えば、サイズ、形状、深さ、又はピッチは、遷移配列１６０内で変化しうる。
【００９５】
図９Ｃは、層３４の第１の位置１７２のところに形成された層３４内の平行な溝若しくは隆起部９４を備える特徴体の第１の配列１７８を備える層３４を示している。層３４は、層３４の第２の位置１７６のところに形成された溝若しくは隆起部９４の第２の配列１８２、及び層３４の遷移領域１７４内に形成された溝若しくは隆起部９４の遷移配列１８０も備える。第１の配列１７８は、隣接する溝若しくは隆起部９４の間の第１の間隔を備え、第２の配列１８２は、隣接する溝若しくは隆起部９４の間の第２の間隔を備える。遷移配列１８０は、第１の配列１７８内の溝若しくは隆起部９４の間の間隔に類似していることから第２の配列１８２内の溝若しくは隆起部９４の間の間隔に類似していることに変わる隣接する溝若しくは隆起部９４の間の間隔を備える。このようにして、遷移配列１８０は、第１の配列１７８内の溝若しくは隆起部９４のパターンから第２の配列１８２内の溝若しくは隆起部９４のパターンへの実質的に連続する遷移をもたらす。
【００９６】
図９Ａ〜９Ｃは、類似の特徴体４６を含む特徴体４６の第１及び第２の配列を示しているが、いくつかの実施例では、第１及び第２の配列は、図９Ｄに示されているように、異なる特徴体４６を含んでいてもよい。図９Ｄにおいて、層３４は、層３４の第１の位置１９２のところに形成された六角形の凹部若しくは突起部１１４及び楕円形の凹部若しくは突起部１１８を備える第１の配列１９６及び層３４の第２の位置１９４のところに形成された円形の凹部若しくは突起部１１０の第２の配列１９８を具備する。
【００９７】
第１の配列１９６は、六角形の凹部若しくは突起部１１４及び楕円形の凹部若しくは突起部１１８を備える。他の実施例では、特徴体の他の組み合わせを、単一の配列、例えば、第１の配列１９６内で使用することができ、また２つより多い特徴体を単一の配列内で使用することができる。六角形の凹部若しくは突起部１１４及び楕円形の凹部若しくは突起部１１８は、図９Ｄでは、特徴体の１つの組み合わせの一実例としてのみ示されている。それに加えて、第１の配列１９６内の隣接する特徴体１１４、１１８の間のピッチは、実質的に均一であるとして示されているが、他の実施例では、ピッチは、第１の配列１９６内で変化しうる。
【００９８】
特徴体のピッチ及び形状は、両方とも、第１の配列１９６と第２の配列１９８との間で変わる。ここでもう一度、円形の凹部若しくは突起部１１０は、例示的なものにすぎず、第２の配列１９８内では特徴体の任意の形状が使用されうる。
【００９９】
いくつかの実施例では、特徴体の形状及び／又はピッチが第１の配列１９６と第２の配列１９８との間で変わる代わりに、特徴体の形状及び／又はピッチは変わらず、特徴体のサイズ及び／又は深さが第１の配列１９６と第２の配列１９８との間で変わりうる。実際、特徴体の特性の任意の組み合わせ、例えば、サイズ、形状、ピッチ、深さ、断面形状、又は同様のものは、第１の配列１９６と１９８との間で変わることも変わらないこともある。
【０１００】
図９Ａ〜９Ｄには示されていないけれども、いくつかの実施例では、特徴体の第１の配列は、実質的に連続する特徴体（例えば、図６Ａの溝９４）を含むことができるが、特徴体の第２の配列は、離散的な特徴体（例えば、図６Ｄの円形の凹部若しくは突起部１１０）を含む。特徴体及び特徴体の配列の他の組み合わせは、当業者には明らかであろう。
【０１０１】
それに加えて、また適宜、いくつかの実施例では、基材３２の上に形成された層の構造は、第１の位置（例えば、第１の位置１９２）と第２の位置（例えば、第２の位置１９４）とで異なっていてもよい。例えば、より低い熱応力を受けることが予測される物品の位置では、ＴＢＣは利用されず、物品は、上張層５２、ボンド・コート５４、及びＥＢＣ３６を含むコーティングを備えることができる。その一方で、より大きな熱応力を受けることが予測される物品の位置では、ＴＢＣは、上張層５２、ボンド・コート５４、及びＥＢＣ３６に加えて使用されうる。もちろん、本開示全体を通して説明されているように、層の他の組み合わせも使用することができる。いくつかの実施例では、２つより多い層構造を単一の物品内で使用することもできる。層の構造は、単一の物品の異なる位置における変更された熱及び／又は機械的応力の軽減をもたらすように特徴体の配列と組み合わせて選択されうる。
【０１０２】
図１０は、物品の第１の位置に特徴体の第１の配列と物品の第２の位置に特徴体の第２の配列とを備える物品を形成するための例示的な技術の流れ図である。図１０に示されている技術は、便宜のため図９Ａを参照しつつ説明されるが、層内に形成された特徴体の第１の配列及び第２の配列を含む他の実施例にも適用可能であると理解されるであろう。
【０１０３】
最初に、特徴体の第１の配列１４６は、層３４上の第１の位置１４２に形成される（１７２）。特徴体は、図９Ａに例示されているように、六角形の凹部若しくは突起部１１４を備えることができるか、又は、例えば、直線的な溝若しくは隆起部、正弦波状の溝若しくは隆起部、直線的な、若しくは正弦波状の溝若しくは隆起部によって形成されたグリッド、円形の凹部若しくは突起部、楕円形の凹部若しくは突起部、又はこれらの特徴体の組み合わせを含みうる。これらの特徴体は、例えば、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、レーザー・クラッディング、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、又は同様のものによって形成されうる。
【０１０４】
上で説明されているように、第１の位置１４２は、層３４を備える物品が使用中に受ける熱及び／又は機械的応力の予測に基づき選択若しくは決定されうる。熱及び／又は機械的応力の予測は、層３４（及び基材３２）が受ける作用と似た状態の下で類似の層を使用しているときに収集されたデータなどの、実験的証拠若しくは実験データに基づき行うことができる。いくつかの実施例では、熱及び／又は機械的応力の予測は、基材３２、層３４、ボンド・コート５４（もし存在すれば、図３を参照）、及び／又はＥＢＣ３６（図２を参照）の材料特性に基づく応力理論計算結果に基づき行うことができる（例えば、有限要素解析）。
【０１０５】
第１の配列１４６が層３４内に形成された（１７２）後、特徴体（例えば、六角形の凹部若しくは突起部１１４）の第２の配列１４８が、層３４の第２の位置１４４に形成されうる（１７４）。第１の配列１４６を形成するために使用されるものと似たプロセスが、第２の配列１４８を形成するために使用されうる。いくつかの実施例では、第２の配列１４８は、第１の配列１４６と実質的に同時に形成されうる。他の実施例では、第２の配列１４８は、第１の配列１４６の後に形成されうる。
【０１０６】
第１の位置１４２と同様に、第２の位置１４４は、層３４を備える物品が使用中に受ける熱及び／又は機械的応力の予測に基づき選択若しくは決定されうる。熱応力の予測は、層３４（及び基材３２）が受ける作用と似た状態の下で類似の層を使用しているときに収集されたデータなどの、実験的証拠若しくは実験データに基づき行うことができる。いくつかの実施例では、熱及び／又は機械的応力の予測は、基材３２、層３４、ボンド・コート５４（もし存在すれば、図３を参照）、及び／又はＥＢＣ３６（図２を参照）の材料特性に基づく応力理論計算結果に基づき行うことができる（例えば、有限要素解析）。
【０１０７】
上で説明されているように、第１の配列１４６及び第２の配列１４８は、それぞれ、特徴体の第１のパターン及び第２のパターンを備えることができる。これらのパターンは、特徴体の形状、サイズ、深さ、ピッチ、又は断面形状によって画成されうる。いくつかの実施例では、これらの特性のうちの１つのみが、第１の配列１４６と第２の配列１４８との間で変わりうるが、他の実施例では、これらの特性のうちの２つ又はそれ以上が、第１の配列１４６と第２の配列１４８との間で変わりうる。それに加えて、又は代替えとして、いくつかの実施例では、第１の配列１４６及び第２の配列１４８のうちの少なくとも１つは、特徴体の不均一な、又はランダムな分布を含みうる。
【０１０８】
図１０には示されていないけれども、いくつかの実施例では、この技術は、適宜、層３４内の遷移配列（例えば、遷移配列１６０、図９Ｂ）を形成することを含むことができる。上で説明されているように、遷移配列は、第１の配列１４６に近い第１の配列１４６内のパターンに類似していること及び第２の配列１４８に近い第２の配列１４８に類似していることから遷移するパターンを含みうる。遷移配列は、第１の配列１４６及び／又は第２の配列１４８を形成するために使用されるプロセスのどれかによって形成されうる。いくつかの実施例では、遷移配列は、第１の配列１４６及び／又は第２の配列１４８と実質的に同時に形成されうる。他の実施例では、遷移配列は、第１の配列１４６及び／又は第２の配列１４８と順次的に形成されうる。
【０１０９】
第１の配列１４６、第２の配列１４８、及び適宜、遷移配列が層３４内に形成された後、第１の配列１４６及び第２の配列１４８内の特徴体を含めて、ＥＢＣ３６（図２）を層３４上に形成することができる（１７６）。上で説明されているように、ＥＢＣ３６は、層３４及び基材３２を環境劣化から保護する材料を含みうる。例えば、ＥＢＣ３６は、ＢＳＡＳ、ＢＡＳ、ＣＡＳ、ＳＡＳ、ＬＡＳ、ＭＡＳなどのガラス・セラミックス、希土類ケイ酸塩、又は同様のものを含みうる。ＥＢＣ３６は、プラズマ溶射、ＥＢ−ＰＶＤ及びＤＶＤを含むＰＶＤ、ＣＶＤ、陰極アーク蒸着、スラリー・ディッピング、ゾル・ゲル・コーティング、電気泳動析出、及び同様のものなどの、さまざまな技術によって施され、コーティングの少なくとも一部に対して実質的に非多孔性の構造として蒸着されうる。
【０１１０】
前記の実例は、主にガス・タービン動翼に関して説明されているけれども、他の実例では、本明細書で説明されている技術は、高温になる機械システムの他のコンポーネントに応用することができる。例えば、ガス・タービン・エンジンの動翼トラック又はガス・タービン・エンジンの動翼シュラウドは、ＣＭＣ基材、その基材の上に形成された層、及びその層内に形成された特徴体の配列を備えることができる。同様に、前記の実例は特徴体の配列を含む層の上に形成されたＥＢＣに関して主に説明されているが（単独で、又は他の層と組み合わせて）、いくつかの実例では、摩耗性コーティングが、特徴体の配列を含む層の上に形成されうる。
【０１１１】
摩耗性コーティングとして、例えば、ガス・タービン動翼などの、第２のコンポーネントによって摩耗するように構成されているコーティングが挙げられる。いくつかの実例において、摩耗性コーティングが少なくとも１つの多孔性層とともに形成され、それらの微細孔は、例えば第２のコンポーネントとの接触などからの十分な機械的力にコーティングが曝されたときに摩耗性コーティングが比較的小さな断片に分かれる傾向を高めることができる。
【０１１２】
いくつかの実例では、摩耗性コーティングは、ガス・タービン・エンジンの動翼トラック又はガス・タービン・エンジンの動翼シュラウドとガス・タービン動翼との間にシールを形成することができる。例えば、ガス・タービン・エンジンの動翼トラック若しくはガス・タービン・エンジンの動翼シュラウド及びガス・タービン動翼の相対的サイズは、動翼が摩耗性コーティングの少なくとも一部と意図的に接触し、摩耗させるように選択されうる。いくつかの実例では、動翼とシュラウド又はトラックとの間の接触の結果、タービン動翼の経路に対応する摩耗性コーティング内の溝を形成しうる。摩耗性コーティングの摩耗性により、タービン動翼を比較的自由に回転させながらもタービン動翼と摩耗性コーティングとの間の接触を可能にすることができる。それに加えて、摩耗性コーティングは、ゴム若しくは他のポリマー・シールが劣化する可能性のある高温になるシステムにおいてシールとして有用な場合がある。
【０１１３】
特徴体の配列を備える層の上に形成された摩耗性コーティングを具備する物品の一実例は、図１１に示されている。図１１に示されている実例では、物品１８０は、基材３２、基材３２上に形成された層３４、及び層３４上に形成された摩耗性コーティング１８２を備える。それに加えて、層３４は、その上に形成された特徴体４６の配列を備えることができる。
【０１１４】
上で説明されているように、基材３２は、セラミック若しくはＣＭＣを含みうる。いくつかの実施例では、セラミックを含む基材３２は、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、アルミノケイ酸塩、又は同様のものなどのシリコン含有セラミックを含むことができる。他の実施例では、基材３２は、モリブデン・シリコン合金（例えば、ＭｏＳｉ２）又はニオブ・シリコン合金（例えば、ＮｂＳｉ２）などの、シリコンを含む金属合金を含みうる。
【０１１５】
基材３２がＣＭＣを含む実施例では、基材３２は、マトリックス材３８及び強化材４０を含みうる。マトリックス材３８は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、シリカ、又は同様の物質を含む、セラミック材料を含みうる。ＣＭＣは、所望の強化材４０をさらに含むことができ、強化材４０は、連続強化材又は不連続強化材を含みうる。例えば、強化材４０は、不連続のホイスカ、プレートレット、又は微粒子を含むことができる。他の実例として、強化材４０は、連続単繊維又は多繊維織物を含むことができる。
【０１１６】
いくつかの実施例では、強化材４０の組成は、マトリックス材３８の組成と同じであってもよい。他の実施例では、強化材４０は、アルミナマトリックス中のアルミノケイ酸塩繊維、又は同様のものなどの、マトリックス材３８の組成と異なる組成を備えるものとしてよい。
【０１１７】
いくつかの実施例では、強化材４０は、基材３２の表面のところで確実に露出されないことが望ましい場合がある。そのような実施例では、層３４は、基材３２の表面４２上に形成されうる。層３４があれば、強化材４０の実質的にどれもが、特徴体４６が形成される表面４４のところで露出されない可能性が高まりうる。
【０１１８】
いくつかの実施例では、層３４は、基材３２のマトリックス材３８と同じ材料を含みうる。他の実例では、層３４は、基材３２のマトリックス材３８と異なる材料を含みうる。例えば、層３４は、ボンド・コートであってよく、これは基材３２と摩耗性コーティング１８２との間の接着力を向上させる働きをする。ボンド・コートを含む場合、層３４は、セラミック、又は基材３２と親和性のある他の材料を含むものとしてよい。例えば、層３４は、ムライト、シリカ、ケイ素化合物、シリコン、又は同様のものを含むことができる。層３４は、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、又はＳｃのケイ酸塩を含む希土類ケイ酸塩などの、他のセラミックスをさらに含むことができる。
【０１１９】
層３４は、層３４の表面４４内に形成される特徴体４６を備える。特徴体４６は、表面４４内に形成された溝、隆起部、凹部、又は突起部を備えることができ、これは、例えば、化学エッチング、フォトリソグラフィ、レーザー加工、レーザー・クラッディング、電解加工、放電加工、微細加工、バイブロピーニング、超音波加工、ウォーター・ジェット加工、機械的加工、又は同様のものによって形成されうる。図１１に示されている実例では、特徴体４６は、層３４の表面４４上に形成された隆起部若しくは突起部を備えることができる。表面４４内に形成されうる特徴体の他の実例は、図３〜６及び９Ａ〜９Ｄに示されている。それに加えて、特徴体４６に対するサイズ、深さ、ピッチ、及び同様のものの範囲の実例は、上記の図３〜６及び９Ａ〜９Ｄに関して説明されている。
【０１２０】
物品１８０は、層３４と特徴体４６の上に形成された摩耗性コーティング１８２をさらに備えることができる。摩耗性コーティング１８２は、耐浸食性、摩耗性、耐食性、耐熱衝撃性、製造性、及び高温性能のうちの少なくとも１つを有する材料を含みうる。例えば、摩耗性は、十分な物理的力に曝されたときに比較的小さな断片に分かれる傾向を含むものとしてよい。摩耗性は、破壊靱性及び破壊メカニズム（例えば、脆性破壊）、さらには摩耗性コーティング１８２の多孔性などの、摩耗性コーティング１８２の材料特性の影響を受ける可能性がある。いくつかの実例では、耐熱衝撃性及び高温能力は、摩耗性コーティング１８２が、高い動作温度からガス・タービン・エンジンが動作していないときの低い環境温度まで広い温度変動に曝されるガス・タービン・エンジン内で使用するうえで重要である場合がある。いくつかの実例では、摩耗性コーティング１８２は、例えば、約３０体積％から約４５体積％までの範囲など、最大約５０体積パーセント（体積％）までの多孔性を備えるものとしてよい。
【０１２１】
いくつかの実例では、摩耗性コーティング１８２は、少なくとも１つの希土類ケイ酸塩を含みうる。希土類ケイ酸塩は、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、又はＳｃのうちの少なくとも１つのケイ酸塩を含むものとしてよい。希土類ケイ酸塩は、化学式がＲＥ２Ｏ３−ＳｉＯ２、若しくは同等のものであるＲＥ２ＳｉＯ５であり、ＲＥは希土類元素である、希土類一ケイ酸塩を含むか、又は化学式がＲＥ２Ｏ３−２ＳｉＯ２、若しくは同等のものであるＲＥ２Ｓｉ２Ｏ７であり、ＲＥは希土類元素である、希土類二ケイ酸塩を含むか、又は希土類一ケイ酸塩及び希土類二ケイ酸塩の両方の混合物を含みうる。希土類一ケイ酸塩は、シリカ１分子と希土類酸化物１分子との間の化学反応によって形成され、希土類二ケイ酸塩は、シリカ２分子と希土類酸化物１分子との間の化学反応によって形成されうる。
【０１２２】
いくつかの実施例では、摩耗性コーティング１８２は、希土類一ケイ酸塩と希土類二ケイ酸塩の混合物を含みうる。例えば、摩耗性コーティング１８２は、希土類酸化物及びシリカが約１：１のモル比で存在している場合に希土類一ケイ酸塩を主に含みうるが、それでも、いくつかの希土類二ケイ酸塩を含みうる。同様に、摩耗性コーティング１８２は、希土類酸化物及びシリカが約１：２のモル比で存在している場合に希土類二ケイ酸塩を主に含みうるが、それでも、いくつかの希土類一ケイ酸塩を含みうる。
【０１２３】
それに加えて、摩耗性コーティング１８２は、希土類酸化物分子に付随しないシリカ（ＳｉＯ２）分子、シリカ分子に付随しない希土類酸化物分子、又はその両方をさらに含むことができる。
【０１２４】
いくつかの実例において、摩耗性コーティング１８２は、希土類二ケイ酸塩を含むか、又は本質的に希土類二ケイ酸塩からなる（例えば、希土類一ケイ酸塩を実質的にいっさい含みえない）第１の副層と、希土類一ケイ酸塩を含むか、又は本質的に希土類一ケイ酸塩からなる（例えば、希土類二ケイ酸塩を実質的にいっさい含みえない）第２の副層とを備えることができる。いくつかの実例では、第２の副層は、第１の副層上に形成されうる。いくつかの実例では、摩耗性コーティング１８２は、第１の副層と第２の副層との間に組成的に傾斜した遷移層をさらに含みうる（例えば、第１の副層との界面のところで二ケイ酸塩対一ケイ酸塩の比が高く、第２の副層との界面のところで二ケイ酸塩対一ケイ酸塩の比が低い希土類二ケイ酸塩と希土類一ケイ酸塩との混合物）。
【０１２５】
摩耗性コーティング１８２は、他の、オプションの、添加剤要素若しくは化合物をさらに含むことができる。添加剤要素又は化合物は、例えば、摩耗性コーティングの熱膨張率、又は摩耗性コーティング１８２と層３４などの、隣接する層との化学的又は機械的親和性などの、摩耗性コーティング１８２の機械的及び／又は化学的特性を変えることができる。添加剤要素としては、例えば、アルミナ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、又はこれらの混合物が挙げられる。
【０１２６】
いくつかの実例では、図１１に示されているように、摩耗性層１８２は、層３４内に形成された特徴体４６の形状を実質的に再現することができる。上で説明されているように、特徴体４６は、摩耗性層１８２を複数のより小さな領域に分離することができる。亀裂成長は、個別の領域内に発生しうるが、特徴体４６は、隣接する領域の間の亀裂成長を隠す。
【０１２７】
他の実例では、図１２に示されているように、物品１９０は、層３４内に形成された特徴体４６の形状を実質的には再現しない摩耗性層１８２を備えることができる。いくつかの実装では、これは、摩耗性層１８２の比較的滑らかな表面１８４が摩耗性層１８２とガス・タービン動翼の先端部との間の封止を円滑にすることができるか、又は摩耗性層１８２の空力的特性を改善することができるか、又は同様のことにより、好ましいと思われる。いくつかの実装において、滑らかな表面は、研磨によって形成することができる。
【０１２８】
いくつかの実例では、物品は、摩耗性層１８２と組み合わせた他の層を備えることができる。例えば、図１３に示されているように、物品２００は、基材３２、層３４、及び摩耗性層１８２を備えることができる。それに加えて、物品２００は、適宜、ボンド・コート５４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、及び／又はＣＭＡＳ耐性層６４のうちの少なくとも１つを備えることができる。ボンド・コート５４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、及びＣＭＡＳ耐性層６４は、本明細書で説明されている組成を有することができ、好適な技術を使用して蒸着することができ、好適な厚さになるように形成することができる。それに加えて、ボンド・コート５４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、及びＣＭＡＳ耐性層６４は、基材３２の上に任意の順序で形成されうる。例えば、ＥＢＣ３６がＴＢＣ６２の上に形成されうるか、又はＴＢＣ６２がＥＢＣ３６の上に形成されうる。他の実例も企図され、本開示の範囲の対象となっている。
【０１２９】
いくつかの実例では、図１３に示されているように、摩耗性層１８２は、物品１９０の一番外側の層である。他の実例では、別の層が、例えば、ＣＭＡＳ耐性層６４などの、物品２００の一番外側の層を形成することができる。
【０１３０】
図１２に関して上で説明されているように、いくつかの実例では、摩耗性層１８２は、特徴体４６の形状を実質的に再現することはありえず、その代わりに、比較的滑らかな外面１８４を画成することができる。
【０１３１】
摩耗性層１８２は、例えば、熱溶射技術、例えば、プラズマ溶射などを使用して、基材３２、層３４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、又はＣＭＡＳ耐性層６４の上に、蒸着するか、又は直接蒸着することができる。摩耗性層１８２の多孔性は、コーティング材料の添加剤及び／又は処理技術を使用して所望の多孔性を生じさせることによって制御することができる。いくつかの実施例では、実質的に密閉された微細孔が望ましいことがある。
【０１３２】
例えば、コンポーネントの使用温度で溶融するか、若しくは焼けるコーティング材料の添加剤を、摩耗性層１８２を形成するコーティング材料中に組み込むことができる。コーティング材料の添加剤としては、例えば、グラファイト、六方晶窒化ホウ素、又はポリエステルなどのポリマーが挙げられ、これは、摩耗性層１８２を形成するために層３４、ＥＢＣ３６、ＴＢＣ６２、ＣＭＡＳ耐性層６４の上にコーティング材料を蒸着する前にコーティング材料中に組み込むことができる。いくつかの実施例では、コーティング材料のスプレー・パウダー処理のときに添加剤をコーティング材料中に組み込むことができる。次いで、コーティング材料の添加剤が、蒸着後熱処理において、若しくはガス・タービン・エンジンの運転中に溶融するか、又は燃焼して、摩耗性層１８２内に微細孔を形成することができる。蒸着後熱処理は、ＣＭＣ若しくは他のセラミックを含む基材３２を有するコンポーネントに対して最高約１５００℃までの温度で実行することができる。
【０１３３】
コーティング材料の添加剤にさまざまな処理技術を施し、熱溶射後に摩耗性層１８２内に取り込まれたまま残る添加剤の量を改善することができる。いくつかの実施例では、コーティング材料及びコーティング材料の添加剤に対してボールミル破砕を実行し、コーティング材料の添加剤の粒子をコーティング材料の粒子に付着させることができる。他の実施例では、コーティング材料の添加剤を、例えば、ナトリウム又は炭素も含有しうる、セルラー炭酸メチル（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）などの、有機結合剤でコーティング材料に付着させることができる。熱溶射の後に摩耗性層１８２内に取り込まれたまま残る添加剤の量を改善するための使用若しくは処理技術は、摩耗性層１８２における多孔性の程度及び多孔性の均一さのうちの少なくとも一方を改善することができる。
【０１３４】
摩耗性層１８２の多孔性は、２つの放射状粉末供給注入ポートでプラズマ流にコーティング材料及びコーティング材料の添加剤を供給する共噴霧プロセス技術（ｃｏ−ｓｐｒａｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用してコーティング材料にプラズマ溶射を行うことによって形成され、及び／又は制御されうる。コーティング材料及びコーティング材料の添加剤の供給圧力及び流量は、直接的な９０度の角度の注入を使用してプラズマプルームの外縁上に材料を注入するように調整されうる。これは、コーティング材料の粒子を柔らかくするが、完全に溶融させることはせず、またコーティング材料の添加剤を燃焼させず、むしろ、摩耗性層１８２に接着する十分な柔らかさにすることができる。
【０１３５】
いくつかの実施例では、摩耗性層１８２の多孔性は、摩耗性層１８２の少なくとも一部を通して変化するように制御されうる。例えば、摩耗性層の多孔性は、層３４の表面４４に隣接する位置に比べて外面１８４に隣接する位置でより高くなるように制御されうる。
【０１３６】
上で簡単に説明されているように、摩耗性層１８２は、さまざまな考慮事項に応じた厚さの範囲に合わせて蒸着することができる。考慮すべき一点は、タービン・エンジンが最高動作温度で動作していないときに１つ又は複数の低い動作温度でコンポーネント（例えば、タービン動翼及びタービン・シュラウド又はトラック）の予測されるサイズ変化とすることができる。例えば、タービン動翼が熱膨張すると、タービン動翼の先端部と基材３２との間の距離が短くなることが予想されうる。この実例では、摩耗性層１８２の厚さは、低い動作温度及び高い動作温度において動翼先端部と基材３２との間の距離の予測される差に実質的に等しいか、又はそれ以上になるように選択されうる。これにより、実質的にすべての動作温度において動翼先端部と動翼トラック又は動翼シュラウドとを接触させ、それらの間にシールを形成することができ、その動作温度範囲全体にわたってガス・タービン・エンジンの効率を改善することができる。
【０１３７】
いくつかの実施例では、摩耗性層１８２は、最大約２．５ｍｍ（０．１インチ）までの厚さに蒸着することができる。他の実施例では、摩耗性層１８２は、約０．７６ｍｍ（約０．０３０インチ）から約１．５ｍｍ（約０．０６０インチ）までの範囲の厚さに蒸着することができる。いくつかの実施例では、摩耗性層１８２は、所望の最終の厚さにおおよそ等しいか、又はそれ以上である厚さに蒸着することができ、また所望の最終の厚さに合わせて機械加工することができる。
【０１３８】
いくつかの実例では、物品は、単層摩耗性コーティングの代わりに多層摩耗性コーティングを備えることができる。図１４は、基材３２及び層３４の上に蒸着された多層摩耗性コーティング２１２を備える物品２１０の実例を示している。図１４にされている実施例では、多層摩耗性コーティング２１２は、層３４の上に蒸着された第１の層２１４及び第１の層２１４の上に蒸着された第２の層２１６を備える。第１の層２１４は、第１の材料を含むものとしてよく、第２の層２１６は、第１の材料と異なる第２の材料を含むものとしてよい。
【０１３９】
他の実施例では、多層摩耗性コーティング２１２は、例えば、第１の層２１４と第２の層２１６との複数の対などの、２つより多い層２１４及び２１６を備えることができる。例えば、多層摩耗性コーティング２１２は、交互配置された層内に配列された第１の層２１４と第２の層２１６の２つの対を備えることができる（例えば、第１の層２１４、第２の層２１６、第１の層２１４、第２の層２１６）。多層摩耗性コーティング２１２は、第１の層２１４と第２の層２１６との多数の対を備えることができる。
【０１４０】
第１の層２１４は、摩耗性層１８２を参照しつつ上で説明されているものと同様に、希土類ケイ酸塩を含むか、又は本質的に希土類ケイ酸塩からなるものとしてよい。第１の層２１４は、例えば、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｃ、及び同様のもののうちの少なくとも１つの一ケイ酸塩、二ケイ酸塩、又はその両方を含むものとしてよい。いくつかの実施例では、第１の層２１４は、希土類ケイ酸塩に加えて存在しうる、シリカ又は希土類酸化物のうちの少なくとも１つも含みうる。第１の層２１４は、アルミナ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、及びアルカリ土類酸化物のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０１４１】
第２の層２１６は、安定化ジルコニア若しくは安定化ハフニアを含むか、又は本質的に安定化ジルコニア若しくは安定化ハフニアからなるものとしてよい。安定化ジルコニア及び安定化ハフニアのそれぞれは、１つ又は複数の添加剤要素若しくは化合物を含めることによって安定化されたベース酸化物（例えば、ジルコニア若しくはハフニア）を含む。例えば、安定化ジルコニア又は安定化ハフニアは、ジルコニア又はハフニアに組み込まれている希土類酸化物を含みうる。希土類酸化物は、ハフニア若しくはジルコニアの相安定性、熱伝導率、若しくは別の特性を変えるか、又は改善することができる。
【０１４２】
図１４は、第１の層２１４の上に蒸着されるように第２の層２１６を示しているが、他の実施例では、第２の層２１６（例えば、層は安定化ジルコニア又は安定化ハフニアを含む）は、層３４の上に蒸着されるか、又は層３４上に直接蒸着されうる。第１の層２１４（例えば、層は希土類ケイ酸塩を含む）は、第２の層２１６の上に蒸着されるか、又は第２の層２１６上に直接蒸着されうる。ここでもう一度、摩耗性コーティング２１２は、第１の層２１４と第２の層２１６との複数の層の対を備えることができる。
【０１４３】
基材の表面内に形成されたさまざまな特徴体及び特徴体の配列は異なる実施例において説明されているが、例示されている実施例は、基材３２の上に形成された特徴体及び配列又は層の組み合わせ及び構成を制限するものではないと理解されるであろう。例えば、異なる断面形状が主に図５Ａ〜５Ｈに関して説明されているが、本明細書で説明されている特徴体又は配列はどれも、任意の断面形状を備えうることは理解されるであろう。本明細書で説明されている特徴体、配列、及び層の他の組み合わせは、当業者には明らかであり、以下の請求項の範囲内に収まる。
【０１４４】
さまざまな実施例が説明されている。これら及び他の実施例は、以下の特許請求の範囲の範囲内に収まる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品であって、
マトリックス材と強化材とを含む基材と、
前記基材上に形成された層と、
前記層上に形成された特徴体の配列と、
前記層及び特徴体の前記配列上に形成されたコーティングとを備える物品。
【請求項２】
前記コーティングは、環境障壁コーティングを含む請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記コーティングは、摩耗性コーティングを含む請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記摩耗性コーティングは、最大約５０体積％までの多孔率を有する請求項３に記載の物品。
【請求項５】
前記コーティングは、前記層上に形成された環境障壁コーティング及び前記環境障壁コーティング上に形成された摩耗性コーティングを含む請求項１に記載の物品。
【請求項６】
前記層は、前記マトリックス材を備える上張層を含む請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記上張層及び特徴体の前記配列上に形成されたボンド・コートをさらに備え、前記コーティングは、前記ボンド・コート上に形成される請求項６に記載の物品。
【請求項８】
前記層は、ボンド・コートを含む請求項１に記載の物品。
【請求項９】
特徴体の前記配列は、溝、凹部、隆起部又は突起部のうちの少なくとも１つの配列を含む請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
特徴体の前記配列は、第１の特徴体及び第２の特徴体を含み、前記第１の特徴体と前記第２の特徴体との間の距離は、約２．５４ｃｍ（１インチ）未満である請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
特徴体の前記配列は、溝又は凹部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝若しくは前記凹部の深さは、前記コーティングの厚さより小さいか、又はおおよそ等しい請求項１に記載の物品。
【請求項１２】
特徴体の前記配列は、隆起部又は突起部のうちの少なくとも１つを含み、前記隆起部若しくは前記突起部の高さは、前記コーティングの厚さより小さいか、又はおおよそ等しい請求項１に記載の物品。
【請求項１３】
特徴体の前記配列は、溝、隆起部、凹部、又は突起部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝、前記隆起部、前記凹部、又は前記突起部の幅は、約２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満である請求項１に記載の物品。
【請求項１４】
前記コーティング上に形成された熱障壁コーティングをさらに備える請求項１に記載の物品。
【請求項１５】
前記コーティング上に形成されたカルシア・マグネシア・アルミナ・ケイ酸塩耐性コーティングをさらに備える請求項１に記載の物品。
【請求項１６】
特徴体の前記配列は、第１の特徴体及び第２の特徴体を含み、前記第１の特徴体は、第１の特性を備え、前記第２の特徴体は、前記第１の特性と異なる第２の特性を備える請求項１に記載の物品。
【請求項１７】
前記特性は、深さ、サイズ、又は形状のうちの少なくとも１つを含む請求項１６に記載の物品。
【請求項１８】
特徴体の前記配列は、第１の特徴体、第２の特徴体、第３の特徴体、及び第４の特徴体を含み、前記第１の特徴体と前記第２の特徴体との間の第１のピッチは、前記第３の特徴体と前記第４の特徴体との間の第２のピッチと異なる請求項１に記載の物品。
【請求項１９】
前記層上に形成された特徴体の前記配列は、
前記層上の第１の位置に形成された特徴体の第１の配列であって、第１のパターンを含む第１の配列と、
前記層の表面上の第２の位置に形成された特徴体の第２の配列であって、前記第１のパターンと異なる第２のパターンを含む前記第２の配列とを含む請求項１に記載の物品。
【請求項２０】
特徴体の前記第１の配列又は特徴体の前記第２の配列のうちの少なくとも１つは、第１の特徴体及び第２の特徴体を含み、前記第１の特徴体と前記第２の特徴体との間の距離は、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）から６．３５ｍｍ（０．２５インチ）までの範囲内である請求項１９に記載の物品。
【請求項２１】
特徴体の前記第１の配列又は特徴体の前記第２の配列のうちの少なくとも１つは、溝若しくは凹部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝若しくは前記凹部の深さは、前記コーティングの厚さの約２０パーセントから約８０パーセントまでの範囲内である請求項１９に記載の物品。
【請求項２２】
特徴体の前記第１の配列又は特徴体の前記第２の配列のうちの少なくとも１つは、隆起部若しくは突起部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝若しくは前記凹部の高さは、前記コーティングの厚さの約２０パーセントから約８０パーセントまでの範囲内である請求項１９に記載の物品。
【請求項２３】
特徴体の前記第１の配列又は特徴体の前記第２の配列のうちの少なくとも１つは、溝、隆起部、凹部、又は突起部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝、前記隆起部、前記凹部、又は前記突起部の幅は、約０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）から約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）までの範囲内である請求項１９に記載の物品。
【請求項２４】
前記第１のパターンは、前記特徴体の深さ、前記特徴体のサイズ、前記特徴体の間のピッチ、又は前記特徴体の形状のうちの少なくとも１つを含み、前記第２のパターンは、前記特徴体の深さ、前記特徴体のサイズ、前記特徴体の間のピッチ、又は前記特徴体の形状のうちの少なくとも１つを含む請求項１９に記載の物品。
【請求項２５】
マトリックス材及び強化材を含む基材上に層を形成することと、
前記層の表面上に特徴体の配列を形成することと、
前記層及び特徴体の前記配列上にコーティングを形成することとを含む方法。
【請求項２６】
前記コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することは、環境障壁コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することは、摩耗性コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記摩耗性コーティングは、最大約５０体積％までの多孔率を有する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することは、環境障壁コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することと、摩耗性コーティングを前記環境障壁コーティング上に形成することとを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記コーティング上にカルシア・マグネシア・アルミナ・ケイ酸塩耐性コーティングを形成することをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記層を前記基材上に形成することは、前記マトリックス材を備える上張層を前記基材上に形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記上張層及び特徴体の前記配列上にボンド・コートを形成することをさらに含み、前記コーティングを形成することは、前記ボンド・コート上に前記コーティングを形成することを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記層を前記基材上に形成することは、ボンド・コートを前記基材上に形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
特徴体の前記配列を形成することは、溝、凹部、隆起部、又は突起部のうちの少なくとも１つの配列を形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記コーティング上に熱障壁コーティングを形成することをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
特徴体の前記配列を前記層の表面上に形成することは、
前記層の表面上の第１の位置に、第１のパターンを含む特徴体の第１の配列を形成することと、
前記層の前記表面上の第２の位置に、前記第１のパターンと異なる第２のパターンを含む特徴体の第２の配列を形成することとを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
特徴体の前記第１の配列は、溝、凹部、隆起部、又は突起部のうちの少なくとも１つの配列を含み、特徴体の前記第２の配列は、溝、凹部、隆起部、又は突起部のうちの少なくとも１つの配列を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１のパターンは、前記特徴体の深さ、前記特徴体のサイズ、前記特徴体の間のピッチ、又は前記特徴体の形状のうちの少なくとも１つを含み、前記第２のパターンは、前記特徴体の深さ、前記特徴体のサイズ、前記特徴体の間のピッチ、又は前記特徴体の形状のうちの少なくとも１つを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項１】
物品であって、
マトリックス材と強化材とを含む基材と、
前記基材上に形成された層と、
前記層上に形成された特徴体の配列と、
前記層及び特徴体の前記配列上に形成されたコーティングとを備える物品。
【請求項２】
前記コーティングは、環境障壁コーティングを含む請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記コーティングは、摩耗性コーティングを含む請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記摩耗性コーティングは、最大約５０体積％までの多孔率を有する請求項３に記載の物品。
【請求項５】
前記コーティングは、前記層上に形成された環境障壁コーティング及び前記環境障壁コーティング上に形成された摩耗性コーティングを含む請求項１に記載の物品。
【請求項６】
前記層は、前記マトリックス材を備える上張層を含む請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記上張層及び特徴体の前記配列上に形成されたボンド・コートをさらに備え、前記コーティングは、前記ボンド・コート上に形成される請求項６に記載の物品。
【請求項８】
前記層は、ボンド・コートを含む請求項１に記載の物品。
【請求項９】
特徴体の前記配列は、溝、凹部、隆起部又は突起部のうちの少なくとも１つの配列を含む請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
特徴体の前記配列は、第１の特徴体及び第２の特徴体を含み、前記第１の特徴体と前記第２の特徴体との間の距離は、約２．５４ｃｍ（１インチ）未満である請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
特徴体の前記配列は、溝又は凹部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝若しくは前記凹部の深さは、前記コーティングの厚さより小さいか、又はおおよそ等しい請求項１に記載の物品。
【請求項１２】
特徴体の前記配列は、隆起部又は突起部のうちの少なくとも１つを含み、前記隆起部若しくは前記突起部の高さは、前記コーティングの厚さより小さいか、又はおおよそ等しい請求項１に記載の物品。
【請求項１３】
特徴体の前記配列は、溝、隆起部、凹部、又は突起部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝、前記隆起部、前記凹部、又は前記突起部の幅は、約２．５４ｍｍ（０．１インチ）未満である請求項１に記載の物品。
【請求項１４】
前記コーティング上に形成された熱障壁コーティングをさらに備える請求項１に記載の物品。
【請求項１５】
前記コーティング上に形成されたカルシア・マグネシア・アルミナ・ケイ酸塩耐性コーティングをさらに備える請求項１に記載の物品。
【請求項１６】
特徴体の前記配列は、第１の特徴体及び第２の特徴体を含み、前記第１の特徴体は、第１の特性を備え、前記第２の特徴体は、前記第１の特性と異なる第２の特性を備える請求項１に記載の物品。
【請求項１７】
前記特性は、深さ、サイズ、又は形状のうちの少なくとも１つを含む請求項１６に記載の物品。
【請求項１８】
特徴体の前記配列は、第１の特徴体、第２の特徴体、第３の特徴体、及び第４の特徴体を含み、前記第１の特徴体と前記第２の特徴体との間の第１のピッチは、前記第３の特徴体と前記第４の特徴体との間の第２のピッチと異なる請求項１に記載の物品。
【請求項１９】
前記層上に形成された特徴体の前記配列は、
前記層上の第１の位置に形成された特徴体の第１の配列であって、第１のパターンを含む第１の配列と、
前記層の表面上の第２の位置に形成された特徴体の第２の配列であって、前記第１のパターンと異なる第２のパターンを含む前記第２の配列とを含む請求項１に記載の物品。
【請求項２０】
特徴体の前記第１の配列又は特徴体の前記第２の配列のうちの少なくとも１つは、第１の特徴体及び第２の特徴体を含み、前記第１の特徴体と前記第２の特徴体との間の距離は、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）から６．３５ｍｍ（０．２５インチ）までの範囲内である請求項１９に記載の物品。
【請求項２１】
特徴体の前記第１の配列又は特徴体の前記第２の配列のうちの少なくとも１つは、溝若しくは凹部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝若しくは前記凹部の深さは、前記コーティングの厚さの約２０パーセントから約８０パーセントまでの範囲内である請求項１９に記載の物品。
【請求項２２】
特徴体の前記第１の配列又は特徴体の前記第２の配列のうちの少なくとも１つは、隆起部若しくは突起部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝若しくは前記凹部の高さは、前記コーティングの厚さの約２０パーセントから約８０パーセントまでの範囲内である請求項１９に記載の物品。
【請求項２３】
特徴体の前記第１の配列又は特徴体の前記第２の配列のうちの少なくとも１つは、溝、隆起部、凹部、又は突起部のうちの少なくとも１つを含み、前記溝、前記隆起部、前記凹部、又は前記突起部の幅は、約０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）から約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）までの範囲内である請求項１９に記載の物品。
【請求項２４】
前記第１のパターンは、前記特徴体の深さ、前記特徴体のサイズ、前記特徴体の間のピッチ、又は前記特徴体の形状のうちの少なくとも１つを含み、前記第２のパターンは、前記特徴体の深さ、前記特徴体のサイズ、前記特徴体の間のピッチ、又は前記特徴体の形状のうちの少なくとも１つを含む請求項１９に記載の物品。
【請求項２５】
マトリックス材及び強化材を含む基材上に層を形成することと、
前記層の表面上に特徴体の配列を形成することと、
前記層及び特徴体の前記配列上にコーティングを形成することとを含む方法。
【請求項２６】
前記コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することは、環境障壁コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することは、摩耗性コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記摩耗性コーティングは、最大約５０体積％までの多孔率を有する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することは、環境障壁コーティングを前記層及び特徴体の前記配列上に形成することと、摩耗性コーティングを前記環境障壁コーティング上に形成することとを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記コーティング上にカルシア・マグネシア・アルミナ・ケイ酸塩耐性コーティングを形成することをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記層を前記基材上に形成することは、前記マトリックス材を備える上張層を前記基材上に形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記上張層及び特徴体の前記配列上にボンド・コートを形成することをさらに含み、前記コーティングを形成することは、前記ボンド・コート上に前記コーティングを形成することを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記層を前記基材上に形成することは、ボンド・コートを前記基材上に形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
特徴体の前記配列を形成することは、溝、凹部、隆起部、又は突起部のうちの少なくとも１つの配列を形成することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記コーティング上に熱障壁コーティングを形成することをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
特徴体の前記配列を前記層の表面上に形成することは、
前記層の表面上の第１の位置に、第１のパターンを含む特徴体の第１の配列を形成することと、
前記層の前記表面上の第２の位置に、前記第１のパターンと異なる第２のパターンを含む特徴体の第２の配列を形成することとを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
特徴体の前記第１の配列は、溝、凹部、隆起部、又は突起部のうちの少なくとも１つの配列を含み、特徴体の前記第２の配列は、溝、凹部、隆起部、又は突起部のうちの少なくとも１つの配列を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１のパターンは、前記特徴体の深さ、前記特徴体のサイズ、前記特徴体の間のピッチ、又は前記特徴体の形状のうちの少なくとも１つを含み、前記第２のパターンは、前記特徴体の深さ、前記特徴体のサイズ、前記特徴体の間のピッチ、又は前記特徴体の形状のうちの少なくとも１つを含む請求項３６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１３−５１６５５２（Ｐ２０１３−５１６５５２Ａ）
【公表日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４９００２（Ｐ２０１２−５４９００２）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２０８４９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８５３７６
【国際公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（５１２１８２２６７）ロールス−ロイス コーポレイション (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２０８４９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８５３７６
【国際公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（５１２１８２２６７）ロールス−ロイス コーポレイション (1)
【Ｆターム（参考）】
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