(57)【要約】【課題】良好な断熱特性及び基材への良好な結合を有し、従って層組織全体の長い寿命を有するセラミック粉末、セラミック層及び層組織を提供する。【解決手段】ｘ≒２、ｙ≒２、ｚ≒７の経験式ＡxＢyＯzを有するパイロクロア相及びｒ＞０、ｓ＞０の二次酸化物ＣrＯs、特に０．５重量％〜１０重量％の割合の二次酸化物を含有して成るセラミック粉末、特に少なくとも１つのパイロクロア相と少なくとも１つの二次酸化物とから成るセラミック粉末。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ≒２、ｙ≒２、ｚ≒７の経験式ＡxＢyＯzを有するパイロクロア相及びｒ＞０、ｓ＞０の二次酸化物ＣrＯs、特に０．５重量％〜１０重量％の割合の二次酸化物を含有して成るセラミック粉末、特に少なくとも１つのパイロクロア相と少なくとも１つの二次酸化物とから成るセラミック粉末。
【請求項２】
Ａがガドリニウム（Ｇｄ）である請求項１記載のセラミック粉末。
【請求項３】
Ｂがハフニウム（Ｈｆ）である請求項１又は２記載のセラミック粉末。
【請求項４】
Ｂがジルコニウム（Ｚｒ）である請求項１、２又は３記載のセラミック粉末。
【請求項５】
Ｃ≠Ｂである請求項１、２、３又は４記載のセラミック粉末。
【請求項６】
Ｃ＝Ｂである請求項１、２、３又は４記載のセラミック粉末。
【請求項７】
Ｃがハフニウム（Ｈｆ）である請求項１、２、３、４、５又は６記載のセラミック粉末。
【請求項８】
Ｃがジルコニウム（Ｚｒ）である請求項１、２、３、４、５又は６記載のセラミック粉末。
【請求項９】
最大３重量％、特に最大２重量％、全く特別には１．５重量％〜２．５重量％の二次酸化物を含有してなる請求項１、５、６、７又は８記載のセラミック粉末。
【請求項１０】
最大８重量％、特に最大６重量％、全く特別には５重量％〜７重量％の二次酸化物を含有してなる請求項１、５、６、７又は８記載のセラミック粉末。
【請求項１１】
二次酸化物が酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）である請求項１、７又は９記載のセラミック粉末。
【請求項１２】
二次酸化物が酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）である請求項１、８又は１０記載のセラミック粉末。
【請求項１３】
焼結助剤として、０．０５重量％以下の酸化ケイ素、０．１重量％以下の酸化カルシウム、０．１重量％以下の酸化マグネシウム、０．１重量％以下の酸化鉄、０．１重量％以下の酸化アルミニウム及び０．０８重量％以下の酸化チタンを含有してなる請求項１〜１２のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項１４】
少なくとも９２重量％、特に少なくとも９４重量％のパイロクロア相を含有してなる請求項１、２、３又は４記載のセラミック粉末。
【請求項１５】
ただ１つのパイロクロア相を含有してなる請求項１〜１４のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項１６】
ただ２つだけのパイロクロア相を含有してなる請求項１〜１４のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項１７】
混晶をパイロクロア相として含有してなる請求項１〜１６のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項１８】
ただ１つの二次酸化物ＣrＯsを含有してなる請求項１〜１７のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項１９】
ただ２つだけの二次酸化物ＣrＯs及びＣ'r'Ｏs'を含有してなる請求項１〜１８のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項２０】
単数又は複数の二次酸化物が、単に酸化物として、存在する請求項１〜１９のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項２１】
単数又は複数の二次酸化物が、完全に混晶として、存在する請求項１〜１９のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項２２】
単数又は複数の二次酸化物が、酸化物としても混晶としても、存在する請求項１〜１９のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項２３】
パイロクロア相Ａ2Ｂ2Ｏ7、酸化物、特に二次酸化物ＣrＯs、及び焼結助剤から成る請求項１〜２２のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項２４】
請求項１３記載の焼結助剤を含まず、パイロクロア相及び二次酸化物ＣrＯsから成る請求項１〜２２のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末から、特に請求項１〜２４のいずれか１つ又は複数に記載のセラミック粉末のみから、製造されたセラミック層（１３）。
【請求項２６】
基材（４）及び請求項２５記載のセラミック層（１３）、特に最外層（１３）を構成するセラミック層、を含有してなる層組織。
【請求項２７】
金属結合層（７）、特にＮｉＣｏＣｒＡｌＸ合金を含有してなる金属結合層（７）、特にそれからなる金属結合層（７）を、含有して成る請求項２６記載の層組織。
【請求項２８】
特に金属結合層（７）上の内側セラミック層（１０）、特に安定化酸化ジルコニウム層、特にイットリウム安定化酸化ジルコニウム層、を含有して成り、セラミック層（１３）が内側セラミック層（１０）上に存在する請求項２６又は２７記載の層組織。
【請求項２９】
内側層（１０）が、内側層（１０）及び外側層（１３）の合計層厚の１０％〜５０％、特に１０％〜４０％、の層厚を、有する請求項２８記載の層組織。
【請求項３０】
内側層（１０）が、内側層（１０）及び外側層（１３）の合計層厚の１０％〜３０％の層厚を、有する請求項２８記載の層組織。
【請求項３１】
内側層（１０）が、内側層（１０）及び外側層（１３）の合計層厚の２０％〜４０％の層厚を、有する請求項２８記載の層組織。
【請求項３２】
内側層（１０）が、内側層（１０）及び外側層（１３）の合計層厚の５０％〜９０％、特に６０％〜９０％、の層厚を、有する請求項２８記載の層組織。
【請求項３３】
内側層（１０）が、内側層（１０）及び外側層（１３）の合計層厚の７０％〜９０％の層厚を、有する請求項２８記載の層組織。
【請求項３４】
内側層（１０）が、内側層（１０）及び外側層（１３）の合計層厚の６０％〜８０％の層厚を、有する請求項２８記載の層組織。
【請求項３５】
内側層（１０）が、１００μｍ〜２００μｍ、特に１５０μｍ±５０μｍ、の層厚を、有する請求項２８〜３４のいずれか１つ又は複数に記載の層組織。
【請求項３６】
金属結合層（７）が、重量％表示で、１１％〜１３％のコバルト、２０％〜２２％のクロム、１０．５％〜１１．５％のアルミニウム、０．３％〜０．５％のイットリウム、１．５％〜２．５％のレニウム及び残部ニッケルの組成を有する、特にそれらから成る、請求項２７記載の層組織。
【請求項３７】
金属結合層（７）が、重量％表示で、２４％〜２６％のコバルト、１６％〜１８％のクロム、９．５％〜１１％のアルミニウム、０．３％〜０．５％のイットリウム、１％〜１．８％のレニウム及び残部ニッケルの組成を有する、特にそれらから成る、請求項２７記載の層組織。
【請求項３８】
イットリウム安定化酸化ジルコニウム層が６重量％〜８重量％のイットリウムを含有してなる請求項２８記載の層組織。
【請求項３９】
内側層（１０）及び外側層（１３）の合計層厚が少なくとも３００μｍ、特に３００μｍ、である請求項２８〜３５のいずれか１つ又は複数に記載の層組織。
【請求項４０】
内側層（１０）及び外側層（１３）の合計層厚が少なくとも４５０μｍ、特に４５０μｍ、である請求項２８〜３５のいずれか１つ又は複数に記載の層組織。
【請求項４１】
合計層厚が最大６００μｍ、特に最大８００μｍ、である請求項２８〜３５のいずれか１つ又は複数に記載の層組織。
【請求項４２】
基材（４）、金属層（７）、内側セラミック層（１０）及び外側セラミック層（１３）から成る請求項２６〜４１のいずれか１つ又は複数に記載の層組織。
【請求項４３】
基材（４）、金属層（７）、金属層（７）上の酸化物層、内側セラミック層（１０）及び外側セラミック層（１３）から成る請求項２６〜４２のいずれか１つ又は複数に記載の層組織。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロクロアと酸化物とを有するセラミック粉末、セラミック層及び層組織に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような層組織は、ニッケル基又はコバルト基の金属合金を含有してなる基材を有する。このような製品は、なかんずく、ガスタービンの部材として、特にガスタービン翼又は遮熱体として利用される。これらの部材は侵食性燃焼ガスの高温ガス流に曝されており、それゆえに大きな熱負荷に耐えることができなければならない。更に、これらの部材は耐酸化性及び耐食性であることが必要である。更に、なかんずく、可動部材、例えばガスタービン翼は、しかし静的部材も、機械的特性を満たさねばならない。高温ガスに曝され得る部材が使用されているガスタービンの出力と効率は、動作温度の上昇に伴って増大する。高い効率と高い出力とを達成するために、特に高温に曝されるガスタービン部材は、セラミック材料で被覆される。この材料は、高温ガス流と金属基材との間で断熱層として働く。
金属基体が被覆によって侵食性高温ガス流から保護される。この意味では、最近の部材は、大抵の場合、複数の被覆を有し、被覆はそれぞれ特殊な役目を果たす。こうして多層組織が設けられている。ガスタービンの出力及び効率が動作温度の上昇に伴って増大するので、被覆系の改良によってガスタービンの一層高い性能を達成することが再三再四試みられてきた。
【０００３】
特許文献１は、パイロクロアを断熱層として使用することを開示している。しかし、或る材料を断熱層として利用するには良好な断熱特性だけでなく、良好な機械的特性と基材への良好な結合も不可欠である。
【０００４】
特許文献２は、酸化ガドリニウムと酸化ジルコニウムとから成る断熱層組織を開示しているが、この断熱層組織は、パイロクロア構造を有していない。
【特許文献１】欧州特許第０９４４７４６号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０９９２６０３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、良好な断熱特性と基材への良好な結合とを有するセラミック粉末、セラミック層及び層組織、従って、層組織全体としての長寿命を可能にすることである。
【０００６】
本発明は、長寿命を達成するためには、全組織を全体として考慮せねばならず、個々の層又はいくつかの層を別々に考慮して最適化してはならないという知見に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、ｘ≒２、ｙ≒２、ｚ≒７の経験式ＡxＢyＯzを有するパイロクロア相及びｒ＞０、ｓ＞０の二次酸化物ＣrＯs、特に０．５重量％〜１０重量％の割合の二次酸化物を含有して成るセラミック粉末、特に少なくとも１つのパイロクロア相と少なくとも１つの二次酸化物とから成るセラミック粉末（請求項１）、本発明のセラミック粉末から製造されたセラミック層（１３）（請求項２５）、並びに、基材（４）及び請求項２５記載のセラミック層（１３）、特に最外層（１３）を構成するセラミック層、を含有してなる層組織（請求項２６）によって解決される。
【０００８】
その他の有利な諸方法は、これらは任意のやり方で有利に組合せることができるが、従属請求項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る一般式Ａ2Ｂ2Ｏ7のセラミックパイロクロア粉末は、更なる成分として、金属の酸化物ＣrＯsを有する（Ｏ＝酸素；Ｂ＝Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ；Ａ＝Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｙ）。二次酸化物の金属成分が、ここではＣで表される。セラミック粉末の組成は、セラミック層１３（図１）の組成に基づいても、例示的に説明される。
一般に言えば、一般的なパイロクロア構造Ａ2Ｂ2Ｏ7の化学量論組成からの逸脱は、常に起こり得ることである。
【００１０】
Ａ＝ガドリニウムであるパイロクロア構造が好ましく使用される。というのも、その場合に、良好な乃至極めて良好な断熱特性が達成されるからである。用途に応じて、ハフニウム酸塩又はジルコン酸塩が、Ｂ＝ハフニウム又はジルコニウムとなるように使用される。
【００１１】
従って、好ましくは、ハフニウム酸ガドリニウム又はジルコン酸ガドリニウムが使用される。
【００１２】
粉末としてのハフニウム酸ガドリニウムは、４３重量％〜５０重量％、好ましくは４４．７重量％〜４７．７重量％の酸化ガドリニウムを含有して成り、残部は、酸化ハフニウム、及び場合により、二次酸化物、好ましくは酸化ジルコニウムのみ、及び焼結助剤を含有してなる。
【００１３】
粉末としてのジルコン酸ガドリニウムは、５６重量％〜６３重量％、好ましくは５８重量％〜６１重量％の酸化ガドリニウムを含有して成り、残部は、酸化ジルコニウム、及び場合により、二次酸化物、好ましくは酸化ハフニウムのみ、及び焼結助剤を含有してなる。
【００１４】
セラミック層１３（図１）又はセラミック粉末は、ｘ≒２、ｙ≒２、ｚ≒７の一般的経験式ＡxＢyＣzのパイロクロア相及びｒ＞０、ｓ＞０の二次酸化物ＣrＯsを含有してなる。
二次酸化物ＣrＯsは、この場合、意図的に粉末に添加され、従って、二次酸化物の測定技術的検出限界よりもかなり上であり、即ち、二次酸化物の検出限界の少なくとも２倍の値を有する。
【００１５】
二次酸化物は、特に０．５重量％〜１０重量％の割合、全く特別には１重量％〜１０重量％の割合を有する。
二次酸化物の最大割合は、好ましくは８重量％、特に最大６重量％、全く特別には５重量％〜７重量％である。
同様に、二次酸化物の最大割合は好ましくは３重量％、特に最大２重量％、全く特別には１．５重量％〜２．５重量％である。
特に、セラミック粉末は少なくとも１つのパイロクロア相と少なくとも１つの二次酸化物とから成る。
【００１６】
二次酸化物としては、Ｂの酸化物が使用される（Ｃ＝Ｂ）か、又は、使用されない（Ｃ≠Ｂ）。Ｃ＝Ｂであると、パイロクロア相の高い相安定性が保証される。しかし、Ｂ≠Ｃであると、機械的強度の増大が達成される。
【００１７】
それ故に、酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムが好ましく使用される。というのも、これらは特別に高温で安定であり、拡散、従ってパイロクロア構造の相変化を生じないからである。
【００１８】
セラミック層１３又はセラミック粉末は、ただ１つのパイロクロア相のみを有することが好ましく、そうすると、強く変化する温度のもとで利用するとき、異なる相の間に熱応力が発生しない。
【００１９】
同様に、ただ２つのパイロクロア相から成る混合物、つまり、例えばＧｄ2Ｚｒ2Ｏ7とＧｄ2Ｈｆ2Ｏ7とから成る粉末混合物、を使用すると、一方のパイロクロア相の改良された断熱特性と他方のパイロクロア相のより良い熱膨張率とを結合することができる。これは、特にジルコン酸ガドリニウム及びハフニウム酸ガドリニウムの場合に当てはまる。
【００２０】
同様に好ましくは、パイロクロア相は混晶として存在することができる。このとき、良好な混合が既に起きており、又は相安定性が与えられている。これは、特にｘ＋ｙ≒２のＧｄ2（ＨｆxＺｒy）Ｏ7の場合に当てはまる。
【００２１】
好ましくは、セラミック層１３又はセラミック粉末は、ただ１つの二次酸化物を有してなる。
この二次酸化物は酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムを構成することができる。
ハフニウム酸塩がパイロクロア相として使用される場合、好ましくは酸化ジルコニウムが使用される。
ハフニウム酸塩がパイロクロア相に使用される場合、好ましくは酸化ジルコニウムが使用される。
【００２２】
同様に、機械的特性が更に改善されるように、２つの二次酸化物、特に酸化ハフニウムと酸化ジルコニウムを使用することができる。
【００２３】
二次酸化物は、この場合、酸化物としてのみ存在することができ、従って、機械的強化をもたらす二次相がここでは存在し、或いは、二次酸化物は相互に混晶として存在し又はパイロクロア相を有して存在し、これにより、格子内に生じる応力によって熱伝導率は、更に低減され得る。
【００２４】
二次酸化物の両方の存在形式から諸利点を引き出すために、単数又は複数の二次酸化物は、パイロクロア相内に、酸化物としても混晶としても存在することができる。
【００２５】
好ましくはＢ≠Ｃである。ジルコン酸ガドリニウムから成るパイロクロア粉末、特にＧｄ2Ｚｒ2Ｏ7は、酸化ハフニウムを特に１．５重量％〜２．５重量％、特に２重量％、の割合で含有して成る。
ハフニウム酸ガドリニウム、特にＧｄ2Ｈｆ2Ｏ7は、好ましくは、酸化ジルコニウムを特に５重量％〜７重量％、特に６重量％以下、の割合で含有して成る。
【００２６】
好ましくは、単数又は複数のパイロクロアは、下記の任意成分を焼結助剤として有する：
０．０５重量％以下の酸化ケイ素、０．１重量％以下の酸化カルシウム、０．１重量％以下の酸化マグネシウム、０．１重量％以下の酸化鉄、０．１重量％以下の酸化アルミニウム、及び０．０８重量％以下の酸化チタン。
被覆時、又は、その後に高温のもとで使用されるとき、これらの焼結助剤は、密な安定した層をもたらす。その他の焼結助剤は使用しないことが好ましい。
【００２７】
図１は、本発明に係る層組織１を示す。
【００２８】
層組織１は、金属基材４を含有して成る。金属基材４は、特に高温用部材の場合、ニッケル基又はコバルト基の超合金（図２）からなる。
好ましくは、特にＮｉＣｏＣｒＡｌＸ型の金属結合層７が、直接基材４上に存在し、この結合層は、好ましくは、１１〜１３重量％のコバルト、２０〜２２重量％のクロム、１０．５〜１１．５重量％のアルミニウム、０．３〜０．５重量％のイットリウム、１．５〜２．５重量％のレニウム、及び残部ニッケルを含有してなるか、又は、好ましくは、２４〜２６重量％のコバルト、１６〜１８重量％のクロム、９．５〜１１重量％のアルミニウム、０．３〜０．５重量％のイットリウム、１〜１．８重量％のレニウム、及び残部ニッケルを含有してなる、特に、これらからなる、のいずれかである。
【００２９】
この金属結合層７上に、好ましくは他のセラミック層を被着するよりも前に既に酸化アルミニウム層が生成しているか、又は動作中にそのような酸化アルミニウム層（ＴＧＯ）が生成する。
【００３０】
好ましくは、金属結合層７上に、又は（図示しない）酸化アルミニウム層上に、又は基材４上に、内側セラミック層１０、好ましくは完全に又は部分的に安定化された酸化ジルコニウム層が存在する。好ましくはイットリウム安定化酸化ジルコニウム、好ましくは６重量％〜８重量％のイットリウムを有するもの、が使用される。同様に、酸化ジルコニウムを安定させるために、酸化カルシウム、酸化セリウム及び／又は酸化ハフニウムを使用することができる。
酸化ジルコニウムは、好ましくはプラズマ溶射層として被着され、好ましくは柱状構造として電子ビーム蒸着（ＥＢＰＶＤ）によって被着することもできる。
【００３１】
安定化酸化ジルコニウム層１０上に、又は金属結合層７上に、又は基材上に、セラミック粉末から成る外側セラミック層１３が被着されている。
層１３は、好ましくは、高温ガスに直接曝される最外層となる。
層１３は、主としてパイロクロア相から成っている。即ち、層１３は、少なくとも９０重量％の、好ましくはＧｄ2Ｈｆ2Ｏ7又はＧｄ2Ｚｒ2Ｏ7のいずれかから成る、パイロクロア相から成っている。
【００３２】
二次酸化物は、層１３内に分布し、好ましくは均一に分布している。
【００３３】
内側層１０の層厚は、好ましくは、内側層１０及び外側層１３の合計層厚の１０％〜５０％、特に１０％〜４０％、である。内側セラミック層１０は、好ましくは、厚さが１００μｍ〜２００μｍ、特に１５０μｍ±１０％の厚さを有する。
内側層１０及び外側層１３の合計層厚は、好ましくは３００μｍ、又は好ましくは４５０μｍである。最大合計層厚は、有利には最大６００μｍであり、好ましくは最大８００μｍである。
【００３４】
内側層１０の層厚は、好ましくは、合計層厚の１０％〜４０％又は１０％〜３０％である。
同様に、内側層１０の層厚が合計層厚の１０％〜２０％であると有利である。
同様に、内側層１０の層厚が合計層厚の２０％〜５０％又は２０％〜４０％であると有利である。
合計層厚に占める内側層１０の割合が２０％〜３０％であるとき、同様に有利な結果が達成される。
内側層１０の層厚は、好ましくは、合計層厚の３０％〜５０％である。
同様に、内側層１０の層厚が合計層厚の３０％〜４０％であると有利である。
同様に、内側層１０の層厚が合計層厚の４０％〜５０％であることが好ましい。
【００３５】
層組織が、高温で短時間利用される場合には、好ましくは、外側層１３を内側層１０よりも薄く形成することができる。即ち、外側層１３の層厚は、内側層１０及び外側層１３の合計層厚の最大４０％である。
【００３６】
層組織は、好ましくは、基材４、金属層７、内側セラミック層１０、外側セラミック層１３及び、場合によりＴＧＯ、からなる。
【００３７】
図３は、縦軸線１２１に沿って延びた流体機械の動翼１２０又は静翼１３０を斜視図で示す。
【００３８】
流体機械は、電気を生成するための発電所の若しくは飛行機のガスタービン、蒸気タービン又は圧縮機であり得る。
【００３９】
翼１２０、１３０は長手軸線１２１に沿って、順に、取付部４００、これに隣接する翼プラットホーム４０３、そして翼板４０６を有する。
翼１３０は、静翼１３０として、その翼端４１５に他のプラットホーム（図示せず）を有することができる。
【００４０】
動翼１２０、１３０を軸又はディスク（図示せず）に取付けるのに使用される翼付根１８３は、取付部４００に形成される。
翼付根１８３は、例えばハンマ頭部形に形成されている。他に、クリスマスツリー形又はダブテール形付根としての形成が可能である。
翼１２０、１３０は、翼板４０６を通流する媒体用に前縁４０９と後縁４１２とを有する。
【００４１】
従来の翼１２０、１３０では、翼１２０、１３０のすべての部分４００、４０３、４０６において、例えば中実金属材料、特に超合金が使用されている。
そのような超合金は、例えば欧州特許第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号パンフレット又は国際公開第００／４４９４９号パンフレットにより公知である。
その場合、翼１２０、１３０は鋳造法によって、方向性凝固によって、鍛造法によって、フライス加工法によって、又はそれらの組合せによって作製することができる。
【００４２】
単数又は複数の単結晶構造を有する工作物は、動作時に高い機械的、熱的及び／又は化学的負荷に曝される機械用の部材として利用される。
このような単結晶工作物の作製は、溶融体から、例えば方向性凝固によって行われる。これらは、液状金属合金が凝固されて、単結晶構造を形成する、即ち、単結晶工作物を形成する、つまり方向性を持って凝固される鋳造法である。
この場合、樹枝状結晶が熱流束に沿って整列し、柱状結晶質粒状構造（柱状。即ち、工作物の全長にわたって延びる粒子。ここでは、一般的用語法により、方向性凝固されたという。）又は単結晶構造のいずれかを形成する。即ち、工作物全体が単一の結晶から成る。この方法では、球状（多結晶）凝固への移行を避けねばならない。というのも、非方向性成長によって不可避的に横方向及び縦方向粒界が生じ、これが、方向性凝固部材又は単結晶部材の良好な特性を無にするからである。
一般に方向性凝固組織というとき、それは、粒界を有しないか又はせいぜい小角粒界を有する単結晶と、縦方向に延びる粒界を有するが横方向粒界を持たない柱状結晶構造も意味している。後者の結晶構造は方向性凝固組織（directionally solidified structures）とも称される。
このような方法は、米国特許第６０２４７９２号明細書、欧州特許出願公開第０８９２０９０号明細書により公知である。
【００４３】
同様に、翼１２０、１３０は腐食又は酸化に備えた被覆、例えば、ＭＣｒＡｌＸ（Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群から選ばれる少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）及び／又はケイ素及び／又は少なくとも１つの希土類元素、或いはハフニウム（Ｈｆ）である）、を有することができる。このような合金は欧州特許第０４８６４８９号明細書、欧州特許第０７８６０１７号明細書、欧州特許第０４１２３９７号明細書又は欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書により公知である。
【００４４】
ＭＣｒＡｌＸ層上には、更に、本発明に係るセラミック断熱層１３が存在してもよい。
好適な被覆法、例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ‐ＰＶＤ）、によって、断熱層内に柱状粒子が生成される。
【００４５】
再処理（磨き直し）とは、場合によっては、部材１２０、１３０から、それらの使用後に、保護層を（例えばサンドブラストによって）取り除かねばならないことを意味する。その後、腐食層及び／又は酸化層ないし腐食生成物及び／又は酸化生成物の除去が行われる。場合によっては、タービン翼１２０、１３０の亀裂も、また、修理される。その後、タービン翼１２０、１３０の再被覆と、タービン翼１２０、１３０の再利用が行われる。
【００４６】
翼１２０、１３０は中空又は中実に設計しておくことができる。翼１２０、１３０が冷却されねばならない場合、翼は中空であり、場合によっては、膜冷却孔４１８（破線で示す）を有していてもよい。
【００４７】
図４はガスタービン１００（図５）の燃焼室１１０を示す。
燃焼室１１０は、例えば所謂環状燃焼室として形成されており、そこでは、回転軸線１０２を中心として円周方向に配置された、火炎１５６を発生する複数のバーナ１０７が、共通燃焼室空間１５４に開口している。このために、燃焼室１１０は、全体として、回転軸線１０２の周りに配置された環状構造体として設計されている。
【００４８】
比較的高い効率を達成するために、燃焼室１１０は、作動媒体Ｍの比較的高い温度、即ち、約１０００℃〜１６００℃の温度用に設計されている。材料にとって不都合なこれらの動作パラメータのもとでも比較的長い動作時間を可能とするために、燃焼室壁１５３は、作動媒体Ｍに向き合う側に、遮熱要素１５５で形成される内張りを備えている。
【００４９】
合金製の各遮熱要素１５５は、作動媒体側に特別耐熱性の保護層（ＭＣｒＡｌＸ層及び／又はセラミック被覆）を備えているか、又は耐火材料（中実セラミック煉瓦）から作製されている。
これらの保護層はタービン翼と類似させることができる、つまり、例えばＭＣｒＡｌＸを意味する：Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群から選ばれる少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）及び／又はケイ素及び／又は少なくとも１つの希土類元素、或いはハフニウム（Ｈｆ）である。このような合金は、欧州特許第０４８６４８９号明細書、欧州特許第０７８６０１７号明細書、欧州特許第０４１２３９７号明細書又は欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書により公知である。
【００５０】
再処理（磨き直し）とは、場合によっては、遮熱要素１５５から、その利用後に、保護層を（例えばサンドブラストによって）取り除かねばならないことを意味する。その後、腐食層及び／又は酸化層もしくは腐食生成物及び／又は酸化生成物の除去が行われる。場合によっては、遮熱要素１５５の亀裂も、また、修理される。その後、遮熱要素１５５の再被覆が行なわれ、遮熱要素１５５の再利用が行われる。
【００５１】
燃焼室１１０の内部の高い温度のゆえに、遮熱要素１５５用又はその保持要素用に、冷却システムを設けておくことができる。その場合、遮熱要素１５５は、例えば中空であり、場合によっては、燃焼室空間１５４に開口する膜冷却孔（図示せず）を有していてもよい。
【００５２】
図５は例示的にガスタービン１００を縦部分断面図で示す。
ガスタービン１００は、内部に、軸１０１を備えて回転軸線１０２の周りで回転可能に支承されるロータ１０３を有し、このロータはタービンロータとも称される。
ロータ１０３に沿って、順に、吸込ケーシング１０４、圧縮機１０５、同軸に配置される複数のバーナ１０７を備えた例えば円環体状の燃焼室１１０、特に環状燃焼室、タービン１０８、そして排気ケーシング１０９が続く。
環状燃焼室１１０は、例えば環状の高温ガス通路１１１と連通している。そこでは、例えば、直列接続された４つのタービン段１１２がタービン１０８を形成する。各タービン段１１２は、例えば２つの翼輪で形成されている。作動媒体１１３の流れ方向に見て、高温ガス通路１１１内で、静翼列１１５に動翼１２０で形成される列１２５が続く。
【００５３】
静翼１３０がステータ１４３の内部ケーシング１３８に固定されており、一方、翼列１２５の動翼１２０は、例えばタービンディスク１３３によってロータ１０３に取付けられている。ロータ１０３に発電機又は作業機械（図示せず）が連結されている。
【００５４】
ガスタービン１００の動作中、空気１３５が、圧縮機１０５によって吸込ケーシング１０４を通して吸い込まれ、圧縮される。圧縮機１０５のタービン側末端で供給される圧縮空気は、バーナ１０７へと送られ、そこで燃料と混合される。次に混合気は、燃焼室１１０内で燃焼させられて作動媒体１１３を形成する。そこから、作動媒体１１３は、高温ガス通路１１１に沿って静翼１３０及び動翼１２０を通流する。動翼１２０で作動媒体１１３が膨張して運動量を伝達し、動翼１２０がロータ１０３及びロータに連結された作業機械を駆動する。
【００５５】
ガスタービン１００の動作中、高温作動媒体１１３に曝される部材は、熱負荷を受ける。作動媒体１１３の流れ方向に見て最初のタービン段１１２の静翼１３０及び動翼１２０は、環状燃焼室１１０に内張りされる遮熱要素とともに、最大の熱負荷を受ける。
そこでの温度に耐えるために、それらは、冷却材によって冷却することができる。
同様に、部材の基材は配向構造を有することができる。即ち、基材は単結晶（ＳＸ構造）であるか、又は縦配向粒子（ＤＳ構造）のみから成る。
部材用、特にタービン翼１２０、１３０及び燃焼室１１０の部材用、の材料として、例えば鉄基、ニッケル基又はコバルト基超合金が使用される。
そのような超合金は、例えば欧州特許第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号パンフレット又は国際公開第００／４４９４９号パンフレットにより公知である。
【００５６】
静翼１３０はタービン１０８の内部ケーシング１３８に向き合う静翼付根（ここには図示せず）と静翼付根とは反対側の静翼端とを有する。静翼端はロータ１０３に向き合い、ステータ１４３の固着輪１４０に固定されている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る層組織を示す。
【図２】超合金の一覧表である。
【図３】タービン翼の斜視図である。
【図４】燃焼室の斜視図である。
【図５】ガスタービンを示す。
【符号の説明】
【００５８】
１  層組織
４  基材
７  結合層
１０  内側セラミック層
１３  外側セラミック層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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