(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ又はＣｏをベースにした超合金基材と、該超合金基材の上に重なるカルシア−マグネシア−アルミナ−シリケート（ＣＭＡＳ）耐性遮熱コーティング（ＴＢＣ）層とを備える物品であって、
前記ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層が、５０ｗｔ％〜９０ｗｔ％のＴＢＣ組成物であって、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの少なくとも１つを含み、前記少なくとも３つの希土類酸化物が、イッテルビアと、サマリアと、ルテチア、スカンジア、セリア、ガドリニア、ネオジミア又はユーロピアの少なくとも１つとを含む前記ＴＢＣ組成物と、約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物であって、アルミナと、シリカと、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ又はＬｕの中の少なくとも１つの酸化物とを含む前記ＣＭＡＳ耐性組成物とを含む、前記物品。
【請求項２】
前記ＴＢＣ組成物が、２０モル％〜４０モル％のイッテルビアと、１０モル％〜２０モル％のサマリアと、１０モル％〜２０モル％の、ルテチア、スカンジア、セリア、ガドリニア、ネオジミア又はユーロピアの少なくとも１つとを含み、ジルコニア又はハフニアの残余を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記ＴＢＣ組成物が、４モル％〜１０モル％のイッテルビアと、１モル％〜５モル％のサマリアと、１モル％〜５モル％の、ルテチア、スカンジア、セリア、ガドリニア、ネオジミア又はユーロピアの少なくとも１つとを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記ＴＢＣ組成物が、２モル％〜５モル％のイッテルビアと、０．５モル％〜約３モル％のサマリアと、０．５モル％〜３モル％の、ルテチア、スカンジア、セリア又はネオジミアの少なくとも１つとを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項５】
Ｎｉ又はＣｏをベースにした超合金基材を覆うカルシア−マグネシア−アルミナ−シリケート（ＣＭＡＳ）耐性遮熱コーティング（ＴＢＣ）層を形成することを含む方法であって、
前記ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層が、５０ｗｔ％〜９０ｗｔ％のＴＢＣ組成物であって、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの少なくとも１つを含み、前記少なくとも３つの希土類酸化物が、イッテルビアと、サマリアと、ルテチア、スカンジア、セリア、ガドリニア、ネオジミア又はユーロピアの少なくとも１つとを含む前記ＴＢＣ組成物と、１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物であって、アルミナと、シリカと、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ又はＬｕの中の少なくとも１つの酸化物とを含む前記ＣＭＡＳ耐性組成物とを含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高温の機械システム用の遮熱コーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンエンジンなどの高温の機械システムの部品は、過酷な環境中で稼動しなければならない。例えば、市販航空エンジン中で高温気体に暴露される高圧タービンの動翼及び固定翼は、典型的には、約１０００℃の金属表面温度に、短期的ピークでは１１００℃もの高さになる。高温の機械システムの典型的な部品は、Ｎｉ又はＣｏをベースにした超合金基材を含む。基材が受ける温度を低下させるために、該基材を遮熱コーティング（ＴＢＣ）で被覆することができる。遮熱コーティングは、その下にある金属結合層によって基材に結合される断熱性セラミックのトップコートを含むことができる。ＴＢＣは、通常、エアープラズマ噴霧又は電子ビーム物理蒸着のいずれかによって塗布され、多くは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる厚さが約１００〜５００μｍの層である。ＹＳＺの特性としては、低い熱伝導率、高い酸素透過性、及び比較的大きな熱膨張係数が挙げられる。ＹＳＺのＴＢＣも、典型的には、多数の細孔及び／又は通路を含む構造を堆積させることによって、「歪み耐性」になり、且つ熱伝導性がさらに低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
経済的及び環境的関心、すなわち、効率の向上及び放出の低減に関する要望が、より高い入口温度を有する高度なガスタービンエンジン開発を推進させ続けている。タービン入口温度が上昇し続けているので、温度安定性の向上したＴＢＣが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般に、本開示は、少なくとも１種のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含む遮熱コーティング（ＴＢＣ）を対象とする。ＣＭＡＳは、ガスタービンエンジンの空気の取入れに付随する、シリカ系鉱物（塵、砂、火山灰、滑走路屑など）の吸込みに由来するカルシア−マグネシア−アルミナ−シリケートの堆積物である。
【０００５】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、ＣＭＡＳ耐性組成物と組み合わせたＴＢＣ組成物を含むことができる。一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、及び少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含むことができる。ＣＭＡＳ耐性組成物は、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むことができる。付加的に又は代わりに、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＳｉＯ４）、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、又はこれらの組合せを含むことができる。
【０００６】
一部の実施形態において、ＴＢＣは、単一のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を、単独で又は結合層と組み合わせて含むことができる。
【０００７】
他の実施形態において、ＴＢＣは、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層に加えて、ＴＢＣ組成物を含有する層などの少なくとも１つの他の層を含む。ＴＢＣ組成物を含有する層は、ＴＢＣに対してさらなるＣＭＡＳ耐性を提供しても、或いはしなくてもよい。一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含む。
【０００８】
一部の事例において、ＴＢＣは、ＴＢＣ組成物層とＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層とを互い違いにした交互層型構造を含むことができる。例えば、ＴＢＣは、第１のＴＢＣ組成物を含有する層、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層、及び第２のＴＢＣ組成物を含有する層を含むことができる。このような交互層構造は、任意の数の層まで拡張することができ、ＴＢＣの外側層は、ＴＢＣ組成物を含有する層、又はＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含むことができる。
【０００９】
一態様において、本開示は、超合金基材、及び該超合金基材の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含む物品を対象とする。本開示のこの態様によれば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、約５０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％のＴＢＣ組成物、及び約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含む。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、アルミナと、シリカと、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ又はＬｕの中の少なくとも１つの酸化物とを含む。
【００１０】
別の態様において、本開示は、超合金基材、及び該超合金基材の上に重なるＴＢＣを含む物品を対象とする。本開示のこの態様によれば、ＴＢＣは、基材の上に重なる第１のＴＢＣ組成物を含有する層、及び該第１のＴＢＣ組成物を含有する層の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含む。一部の実施形態において、第１のＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含む。本開示のこの態様によれば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、第２のＴＢＣ組成物及びＣＭＡＳ耐性組成物を含む。一部の実施形態において、第２のＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含む。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、アルミナと、シリカと、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ又はＬｕの中の少なくとも１つの酸化物とを含む。
【００１１】
さらなる態様において、本開示は、超合金基材、該超合金基材の上に重なる複数の第１のＴＢＣ組成物を含有する層、及び該超合金基材の上に重なる複数のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含む物品を対象とする。本開示のこの態様によれば、第１のＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含む。一部の実施形態において、複数のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、第２のＴＢＣ組成物及びＣＭＡＳ耐性組成物を含む。第２のＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含むことができる。ＣＭＡＳ耐性組成物は、アルミナと、シリカと、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ又はＬｕの中の少なくとも１つの酸化物とを含むことができる。さらに、本開示のこの態様によれば、複数のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層のそれぞれの１つは、複数のＴＢＣ組成物を含有する層のそれぞれの１つと互い違いになっている。
【００１２】
別の態様において、本開示は、超合金基材を覆うＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層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、ＣＭＡＳ耐性層は、約５０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％のＴＢＣ組成物、及び約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。一部の例において、ＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含む。一部の例において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、アルミナと、シリカと、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ又はＬｕの中の少なくとも１つの酸化物とを含む。
【００１３】
さらなる態様において、本開示は、超合金基材を覆う第１のＴＢＣ組成物を含有する層を形成し、そして、その第１のＴＢＣ組成物を含有する層を覆うＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層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、その第１のＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含む。さらに、本開示のこの態様によれば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、第２のＴＢＣ組成物及びＣＭＡＳ耐性組成物を含む。一部の実施形態において、第２のＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含む。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、アルミナと、シリカと、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ又はＬｕの中の少なくとも１つの酸化物とを含む。
【００１４】
１つ又は複数の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明中に示す。本開示のその他の特徴、目的及び利点は、該説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】基材、該基材の上に重なる結合層、及び該結合層の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を備える物品例を説明する断面概念図を示す図である。
【００１６】
【図２】基材、該基材の上に重なる結合層、該結合層の上に重なるＴＢＣ組成物を含有する層、及び該ＴＢＣ組成物を含有する層の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を備える物品例を説明する断面概念図を示す図である。
【００１７】
【図３】基材、該基材の上に重なる結合層、該結合層の上に重なる第１のＴＢＣ組成物を含有する層、該第１のＴＢＣ組成物を含有する層の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層、及び該ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層の上に重なる第２のＴＢＣ組成物を含有する層を備える物品例を説明する断面概念図を示す図である。
【００１８】
【図４】基材、該基材の上に重なる第１のＴＢＣ組成物を含有する層、該第１のＴＢＣ組成物を含有する層の上に重なる第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層、該第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層の上に重なる第２のＴＢＣ組成物を含有する層、及び該第２のＴＢＣ組成物を含有する層の上に重なる第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を備える物品例を説明する断面概念図を示す図である。
【００１９】
【図５】基材、該基材の上に重なる結合層、該結合層の上に重なる複数のＴＢＣ組成物を含有する層、及び該結合層の上に重なる複数のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を備える物品例を説明する断面概念図を示す図であり、ここで、複数のＴＢＣ組成物を含有する層のそれぞれの層は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層のそれぞれの層と互い違いになっている。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
一般に、本開示は、少なくとも１つのＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含む遮熱コーティング（ＴＢＣ）を対象とする。ＣＭＡＳは、ガスタービンエンジンの空気の取込みに付随する、シリカ系鉱物（塵、砂、火山灰、滑走路屑など）の吸込みに由来するカルシア−マグネシア−アルミナ−シリケートの堆積物である。
【００２１】
ガスタービンエンジンの運転費用を低減することを求めて、運転効率（例えば、燃料効率）を高めることが絶えず求められている。より高温でガスタービンエンジンを運転することは、該エンジンの運転効率を向上させるための１つの手法である。タービン入口温度は高くなり続けているので、ガスタービンエンジンの部品が暴露される温度に耐えることのできる新たな遮断コーティング、例えば、新たなＴＢＣが要求されている。ＴＢＣは、多孔性又は円柱状構造として堆積させることができ、それらの構造は、非多孔性ＴＢＣに比較して、ストレス耐性を増し、且つＴＢＣの熱伝導率を低減する。しかし、この多孔性ＴＢＣ構造は、損傷を受けやすい可能性がある。
【００２２】
より高いタービン入口温度は、ガスタービンエンジンの空気の取込みに付随するシリカ系鉱物（塵、砂、火山灰、滑走路屑など）の吸込みによりＣＭＡＳが形成される場合に、例えば、イットリア安定化ジルコニアを含む多孔性ＴＢＣの損傷につながる可能性がある。一部のＣＭＡＳ堆積物は、約１２００℃〜約１２５０℃（約２２００°Ｆ〜約２３００°Ｆ）の融点を有する。高度のガスタービンエンジンは、ＣＭＡＳの融点より高いＴＢＣ表面温度で作動し、それゆえ、ＴＢＣの表面でＣＭＡＳが溶融する可能性があり、このことは、ＣＭＡＳが多孔性ＴＢＣの細孔中に浸透することを可能にする。ＴＢＣで被覆された部品がＣＭＡＳの融点より低い温度に冷却されると、ＣＭＡＳは固化し、このことはＴＢＣに歪みをもたらし、ＴＢＣの有用寿命を短縮する可能性がある。ＴＢＣの細孔を溶融ＣＭＡＳで満たすことは、ＴＢＣの熱伝導率を増大させる可能性もあり、このことは、ＴＢＣの性能に対して有害であり、且つ部品の基材を高められた温度に暴露することになる可能性がある。
【００２３】
さらに、ＴＢＣがイットリア安定化ジルコニアを含む実施形態において、溶融されたＣＭＡＳは、イットリア安定化ジルコニアの粒界に沿ってＴＢＣを溶解する可能性があり、且つ溶融の化学現象に応じて、より低いイットリア含有量のジルコニアは、溶融された溶液から沈殿する可能性がある。このより低いイットリア含有量を有するジルコニアは、ジルコニア及びより高含有量のイットリアを含むＴＢＣと比較して、ＴＢＣの有効性を減少させる可能性がある。
【００２４】
本開示の実施形態によれば、ＴＢＣは、ＴＢＣ組成物をＣＭＡＳ耐性組成物と組み合わせて含むＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含むことができる。一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中の少なくとも１つを含むことができる。ＣＭＡＳ耐性組成物は、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むことができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、さらに、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＳｉＯ４）、アルカリ酸化物、又はアルカリ土類酸化物の中の少なくとも１つを含む。
【００２５】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、ＴＢＣにＣＭＡＳの有害効果に対する高められた耐性を提供することができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層中の少なくとも１つの成分は、ＣＭＡＳの成分と反応して、固体又は高粘性の反応生成物を形成し、この反応生成物が、溶融ＣＭＡＳによるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層の細孔又は亀裂への浸透を低減、又は実質的に排除する。一部の例において、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層中の成分との間の反応生成物は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層の表面上で反応層を形成することができ、該反応層は、溶融ＣＭＡＳによるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層中の細孔又は亀裂への浸透を遅延させるのに役立つ可能性がある。
【００２６】
付加的に又は代わりに、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を、下にある層、例えばＴＢＣ組成物を含有する層などの細孔又は亀裂にＣＭＡＳが浸透することを物理的に抑制又は防止する実質上非多孔性の層として形成することができる。
【００２７】
一部の実施形態において、ＴＢＣは、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層に加えて、別の層を含むことができる。例えば、ＴＢＣは、基材の上に重なるＴＢＣ組成物から形成された層、及び該ＴＢＣ組成物を含有する層の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含むことができる。別の例として、ＴＢＣは、複数のＴＢＣ組成物を含有する層と互い違いになっている複数のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含むことができる。一部の実施形態において、１つを超える層を含むＴＢＣは、ＴＢＣが堆積されている基材に対してＴＢＣが提供する断熱に寄与することができる。例えば、多数の層を含むＴＢＣは、２つの異なる材料（例えば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層及びＴＢＣ組成物を含有する層）間に界面を有することができ、これらの界面は、単一層のみを含むＴＢＣに比較して低減された熱伝導率に寄与することができる。
【００２８】
理論によって拘束されることを望むものではないが、２つの異なる層の間の界面は、層間の界面がフォノン散乱点を提供するので、コーティングの熱伝導率を低下させることができる。したがって、一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、ＣＭＡＳからの防護を提供し、さらに、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含まないコーティングに比較して、ＴＢＣの熱伝導率を低下させる。
【００２９】
図１は、高温機械システム中で使用される物品１０の例の断面図を示す。物品１０は、基材１２に塗布されたＴＢＣ１４を含む。ＴＢＣ１４は、基材１２の上に重ねた結合層１６、及び該結合層１６の上に重ねたＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を含む。
【００３０】
基材１２は、高温機械システム、例えば、ガスタービンエンジンなどの部品である。一部の実施形態において、基材１２は、超合金を含む。超合金から形成される基材１２は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｉ／Ｆｅなどをベースにした合金を含むことができる。超合金から形成される基材１２は、当技術分野で周知のように、靭性、硬度、温度安定性、腐食耐性、酸化耐性などのその機械的特性を変えるために、その他の添加剤成分を含むことができる。例えば、Ｍａｒｔｉｎ−Ｍａｒｉｅｔｔａ社（メリーランド州、Ｂｅｔｈｅｓｄａ）からＭＡＲ−Ｍ２４７の商品名で入手できるもの、Ｃａｎｎｏｎ−Ｍｕｓｋｅｇｏｎ社（ミシガン州、Ｍｕｓｋｅｇｏｎ）からＣＭＳＸ−４及びＣＭＳＸ−１０の商品名で入手できるものなどを含む、任意の有用な超合金を基材１２中で利用することができる。
【００３１】
図１に示すように、物品１０は、基材１２上に形成された結合層１６を含むことができる。図１には図示しないが、他の実施形態において、物品１０は、結合層１６を含まなくてもよい。結合層１６は、基材１２と結合層１６の上に重なる層（例えば、図１中のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層）との間の接着性を改善することができる。結合層１６は、基材１２と上に重なる層との間の接着性を改善する任意の有用な材料を含むことができる。
【００３２】
例えば、基材１２が超合金である場合、結合層１６は、ＭＣｒＡｌＹ合金（ここで、ＭはＮｉ、Ｃｏ又はＮｉＣｏである）、（未改質、又はＰｔ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｉ、及びこれらの組合せで改質された）β−ＮｉＡｌニッケルアルミニド合金、（未改質、又はＰｔ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｉ、及びこれらの組合せで改質された）γ−Ｎｉ＋γ’−Ｎｉ３Ａｌニッケルアルミニド合金などの合金を含むことができる。
【００３３】
結合層１６の組成及び生じる相構成は、基材１２及び結合層１６の上に重なる層（図１でＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８）の化学組成及び相構成を含むいくつかの考察に基づいて選択することができる。例えば、基材１２がγ−Ｎｉ＋γ’−Ｎｉ３Ａｌの相構成を有する超合金を含む場合、結合層１６は、超合金基材１２の熱膨張係数により良く一致させるためにγ−Ｎｉ＋γ’−Ｎｉ３Ａｌの相構成を含むことができる。これにより、結合層１６と基材１２との間の機械的安定性（接着性）を増大させることができる。
【００３４】
一部の実施形態において、物品１０は、結合層１６を含まない。例えば、一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、基材１２上に直接的に形成される。物品１０は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８及び基材１２が化学的及び／又は機械的に十分に適合性があるなら、結合層１６を含まなくてもよい。例えば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８と基材１２とが互いに十分強力に接着する実施形態において、物品１０は、結合層１６を含まなくてもよい。さらに、基材１２とＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８との熱膨張係数が十分に類似している実施形態において、物品１０は結合層１６を含まなくてもよい。このように、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を、結合層１６上に、又は基材１２上に形成することができる。本明細書中で使用する場合、用語「〜を覆って形成される」は、１番目の層が２番目の層の上に直接的に形成される実施形態、１番目の層が２番目の層の上に、１番目の層と２番目の層との間に１つ又は複数の中間層を伴って、形成される実施形態を包含する。例えば、用語「ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は基材１２を覆って形成される」は、次の実施形態：すなわち、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８が基材１２上に直接的に形成される実施形態；ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８が結合層１６の上に形成され、その結合層１６が基材１２上に形成される実施形態；及びＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８が、基材１２とＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８との間の別の中間層（結合層１６に付加した又はその代わりの）上に形成される実施形態を包含する。同様に、本明細書中で使用する場合、用語「上に重なる」は、「〜を覆って形成される」と同様であり、すなわち、２番目の層の上に重る１番目の層は、２番目の層の上に直接形成されていてもよく、或いは２番目の層の上に重なる別の層の上に形成されていてもよい。
【００３５】
ＴＢＣ１４は、さらに、結合層１６の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を含む。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、熱防護（すなわち、断熱）及びＣＭＡＳの攻撃に対する耐性の中の少なくとも１つを提供することができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、一般に、ＴＢＣ組成物及びＣＭＡＳ耐性組成物を含む。ＴＢＣ組成物は、例えば、基材１２に対して断熱を提供するように選択された少なくとも１つの材料を含むことができる。一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、イットリア及び／又はハフニアを単独で又は少なくとも１つの他の元素又は化合物と組み合わせて含む。例えば、ＴＢＣ組成物は、イットリア及び／又はハフニアを少なくとも１つの希土類酸化物と組み合わせて含むことができる。適切な希土類酸化物としては、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（ガドリウム）、Ｅｕ（ユーロピウム）、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）、又はＳｃ（スカンジウム）の酸化物が挙げられる。
【００３６】
一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、イットリア安定化ジルコニア及び／又はイットリア安定化ハフニアを含む。一部の事例において、イットリアで安定化されたジルコニア又はハフニアは、約７ｗｔ％〜約８ｗｔ％のイットリアを含むことができ、残りはジルコニア及び／又はハフニアである。
【００３７】
一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニア及び／又はジルコニアを含む。ＴＢＣ組成物は、任意の相対量の任意の組合せの希土類酸化物を含むことができる。
【００３８】
一部の例において、ＴＢＣ組成物は、ベース酸化物、主たるドーパント、第１のコドーパント、及び第２のコドーパントを含む。ベース酸化物は、ジルコニア及びハフニアの中の少なくとも１つを含むことができる。主たるドーパントは、第１のコドーパント又は第２のコドーパントのどちらよりもより多い量で存在し（しかし、第１のコドーパントと第２のコドーパントとの全量に比べてより多い量とは限らない）、イッテルビアを含むことができる。第１のコドーパントは、サマリア（ｓａｍａｒｉａ）を含むことができ、第２のコドーパントは、ルテチア（ｌｕｔｅｔｉａ）、スカンジア（ｓｃａｎｄｉａ）、セリア（ｃｅｒｉａ）、ガドリニア（ｇａｄｏｌｉｎｉａ）、ネオジミア（ｎｅｏｄｙｍｉａ）又はユーロピア（ｅｕｒｏｐｉａ）の中の少なくとも１つを含むことができる。
【００３９】
一部の実施形態において、ベース酸化物、主たるドーパント、第１のコドーパント及び第２のコドーパント（ｃｏ−ｄｏｐａｎｔ）を含むＴＢＣ組成物は、望ましくは低い熱伝導率を有することができる。理論によって拘束されることを望むものではないが、ドーパントは、ベース酸化物イオンと比べて、異なるイオン半径又は結晶格子構造を有することができる。このようなドーパントを含めることによって、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の結晶構造中に格子欠陥を導入できる。これを考察する目的で、格子欠陥を、２つの部類、点欠陥及びより大きな欠陥に大別することができる。置換型欠陥、格子間欠陥、ボイド欠陥などの点欠陥は、高振動数のフォノンを散乱することができ、一方、約１００ｎｍより小さな結晶の粒界などのより大きな欠陥は、より低周波数のフォノンを散乱することができる。どちらの場合も、フォノンの散乱は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の熱伝導率を低下させる。
【００４０】
付加的に又は代わりに、一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８中に特定の希土類元素又は希土類元素の組合せを含めることによって、所定の温度でのＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の焼結度合いを低下させることもできる。例えば、イットリウムよりも大きなイオン半径を有する希土類元素を組み込むことによって、イットリア安定化ジルコニアを含むＴＢＣ層に比較して、所定温度での焼結量を低下させることができる。理論によって拘束されることを望むものではないが、所定の温度において、イオン半径が大きいほど、より小さな（イオンの）拡散係数をもたらすことができる。焼結は、主として、拡散に関連する過程なので、所定の温度において、拡散係数が小さいほど、焼結量は低下する。
【００４１】
焼結を最小化する又は除去することによって、物品１０の使用寿命を超えて、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の熱伝導率の安定性を改善することできる。一部の例では、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の熱伝導率を、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を多孔性構造として堆積させることによって低下させることができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の孔隙は、伝熱面積を縮小することによって、及び細孔とＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を形成する材料との間の大きな屈折率の差異（これは、放射による熱移動を低下させることができる）を提供することによって、非多孔性ＴＢＣに比較して、熱伝導率を低下させる。焼結は、構造の孔隙を縮小し、かくして、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の熱伝導率を（放射及び伝導の両方を介して）増加させることが可能である。したがって、繰り返される熱サイクルにわたってＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の孔隙を保護すること（すなわち、焼結を低減すること）によって、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の熱伝導率を、はじめに塗布されたＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８のレベル又はその近傍に維持するのを助けることができる。
【００４２】
一部の実施形態において、ベース酸化物、主たるドーパント、第１のコドーパント、及び第２のコドーパントを含むＴＢＣ組成物は、準安定正方晶系（ｔ’）相構成、立方晶系（ｃ）相構成、ｔ’とｃとの相構成の混合、又は化合物の相構成を提供するように選択された組成物を含むことができる。
【００４３】
上記のように、主たるドーパントはイッテルビアを含むことができる。一部の例において、主たるドーパントは、イッテルビアから本質的になることができる。本明細書中で使用する場合、「〜から本質的になる」は、列挙された元素（単数又は複数）又は化合物（単数又は複数）からなることを意味するが、列挙された元素又は化合物の特性に実質的に影響を及ぼさないような少量で存在する不純物の包含は許容される。例えば、多くの希土類元素の精製は困難であり、それゆえ、ある名前の希土類元素は、少量の他の希土類元素を含む可能性がある。この混合物は、「〜から本質的になる」の文言に包含されると解釈される。一部の例において、ＴＢＣ組成物は、約２モル％〜約４０モル％のイッテルビアを含む。他の例において、ＴＢＣ組成物は、約２モル％〜約２０モル％のイッテルビア、又は約２モル％〜約１０モル％のイッテルビアを含む。
【００４４】
ＴＢＣ組成物は第１のコドーパントを含むこともでき、該第１のコドーパントは、サマリアを含むか、サマリアから本質的になる。一部の例において、ＴＢＣ組成物は、約０．１モル％〜約２０モル％のサマリアを含む。他の例において、ＴＢＣ組成物は、約０．５モル％〜約１０モル％のサマリア、又は約０．５モル％〜約５モル％のサマリアを含む。
【００４５】
ＴＢＣ組成物は第２のコドーパントを含むこともでき、該第２のコドーパントは、ルテチア、スカンジア、セリア、ガドリニア、ネオジミア、又はユーロピアの中の少なくとも１つを含むことができる。一部の例において、ＴＢＣ組成物は、約０．１モル％〜約２０モル％の第２のコドーパントを含む。他の例において、ＴＢＣ組成物は、約０．５モル％〜約１０モル％の第２のコドーパント、又は約０．５モル％〜約５モル％の第２のコドーパントを含む。
【００４６】
ＴＢＣ組成物の総合的構成は、所望の相構成を提供するように選択することができる。上述の通り、利用できる相構成としては、準安定な正方晶系、立方晶系、及びＲＥ２Ｏ３−ＺｒＯ２（及び／又はＨｆＯ２）化合物を含む化合物、例えばＲＥ２Ｚｒ２Ｏ７及びＲＥ２Ｈｆ２Ｏ７（ここで、ＲＥは希土類元素である）が挙げられる。
【００４７】
一部の実施形態において、ＲＥ２Ｏ３−ＺｒＯ２（及び／又はＨｆＯ２）化合物の相構成を達成するために、ＴＢＣ組成物は、約２０モル％〜約４０モル％の主たるドーパント、約１０モル％〜約２０モル％の第１のコドーパント、約１０モル％〜約２０モル％の第２のコドーパント、並びに残りのベース酸化物及び存在するなら任意の不純物を含むことができる。
【００４８】
一部の実施形態において、立方晶系相構成を達成するために、ＴＢＣ組成物は、約４モル％〜約１０モル％の主たるドーパント、約１モル％〜約５モル％の第１のコドーパント、約１モル％〜約５モル％の第２のコドーパント、並びに残りのベース酸化物及び存在するなら任意の不純物を含む。
【００４９】
一部の実施形態において、準安定正方晶系相構成を達成するために、ＴＢＣ組成物は、約２モル％〜約５モル％の主たるドーパント、約０．５モル％〜約３モル％の第１のコドーパント、約０．５モル％〜約３モル％の第２のコドーパント、並びに残りのベース酸化物及び存在するなら任意の不純物を含む。
【００５０】
上述した通り、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層は、さらに、ＣＭＡＳ耐性組成物を含む。ＣＭＡＳ耐性組成物は、例えば、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むことができる。少なくとも１つの希土類酸化物としては、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ又はＳｃの中の少なくとも１つの酸化物が挙げられる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物中に含められる少なくとも１つの希土類酸化物は、ＴＢＣ組成物中に含められる少なくとも１つの希土類酸化物と同一物でよい。他の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、ＣＭＡＳ耐性組成物中の少なくとも１つの希土類酸化物と異なる少なくとも１つの希土類酸化物を含む。
【００５１】
一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約１モル％〜約９９モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約１モル％〜約９９モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約１０モル％〜約９０モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約１０モル％〜約９０モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約２０モル％〜約８０モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約２０モル％〜約８０モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。
【００５２】
一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、任意選択で、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、及びアルカリ土類酸化物の中の少なくとも１つを含む。ＣＭＡＳ耐性組成物に付加的成分を添加して、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の１つ又は複数の所望される特性を修正することができる。例えば、付加的成分は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８のＣＭＡＳとの反応速度を増減することができ、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８との反応による反応生成物の粘度を修正することができ、隣接層、例えば結合層１６へのＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の接着性を増強することができ、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８などの化学的安定性を増減することができる。
【００５３】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、ＴＢＣ組成物とＣＭＡＳ耐性組成物との混合物又は合金を含むことができる。一般に、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％のＴＢＣ組成物、及び約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含むことができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、約５０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％のＴＢＣ組成物、及び約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、約５０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％のＴＢＣ組成物、及び約３０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。
【００５４】
さらに、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、実質的に密な微小構造、多孔性微小構造、又は柱状微小構造を含むことができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、例えば、プラズマ噴霧、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、又はスラリー堆積法によって堆積させることができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を堆積させるのに使用できるＰＶＤの１つが、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）である。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を堆積させるのに使用できるＥＢ−ＰＶＤの１つが、指向性蒸着（ＤＶＤ）である。ＤＶＤでは、エネルギー供給源が、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８中に堆積させるべき成分を含むターゲット材料の一部を気化させる電子ビームを作り出す。気化した材料は、次いで、遷音速のガス流を使用して基材１２に向けられる。このことが、ＥＢ−ＰＶＤに比べてより大きな堆積効率を可能にし、また、見通し外（ｎｏｎ−ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）堆積を可能にすることができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、柱状微小構造を含み、ＥＢ−ＰＶＤ又はＤＶＤを使用して堆積される。
【００５５】
一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、プラズマ堆積を使用して堆積させることができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８が多孔性微小構造を含む場合、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を形成する材料を、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の堆積後に除去されて細孔を形成する犠牲材料、例えばポリエステルと一緒に共堆積させることができる。
【００５６】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、一般には、任意の厚さを有することができる。一部の例において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、約０．５ミル〜約２０ミル（１ミルは０．００１インチに等しい）の厚さを含む。
【００５７】
上述の通り、一部の例において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８中の成分は、層１８と接触するＣＭＡＳと反応して、固体又は高粘性の反応生成物を形成することができる。該反応生成物は、ＣＭＡＳよりも著しく高い（例えば、約１２００〜１２５０℃よりも高い）溶融温度を有する可能性がある。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、それがＣＭＡＳと反応するにつれて消費されるので、固体又は高粘性の反応生成物が望ましい。もし、例えば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８とＣＭＡＳとの反応生成物が比較的低粘度の液体であるならば、その低粘度液体は、多孔性又は柱状のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の細孔又は亀裂内にさらに浸透することができ、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８は、まさにこの事態を防ぐように設計される。
【００５８】
しかし、反応生成物が固体又は高粘性であるなら、反応層は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の表面上又はその近傍（例えば、層１８の外表面に近いＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８中の細孔又は亀裂内）に生じる可能性があり、このことは、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８との反応速度を低下させる可能性がある。すなわち、いったん固体又は高粘性の反応層がＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の表面上又はその近傍に生じると、任意のさらなる反応は、ＣＭＡＳが反応層を通ってＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８に遭遇するための拡散、又はＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の成分が反応層を通ってＣＭＡＳに遭遇するための拡散を必要とするので、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８とＣＭＡＳとの反応は減速する可能性がある。いずれの場合においても、いったん固体又は高粘性の反応層がＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の表面上に形成されると、拡散は最も遅い過程であると予想されるので、ＣＭＡＳ又はＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８のどちらかの成分の拡散が、その反応における律速段階であると予想される。
【００５９】
図２は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含むＴＢＣで被覆された別の物品例を説明する断面図である。結合層１６の上に形成された単一のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８を含むＴＢＣ１４を示す図１とは対照的に、図２で説明される物品２０は、多層型ＴＢＣ２４を含む。多層型ＴＢＣ２４は、基材１２の上に重なる結合層１６、該結合層１６の上に重なるＴＢＣ組成物を含有する層２６、及び該ＴＢＣ組成物を含有する層２６の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８を含む。
【００６０】
基材１２及び結合層１６は、図１について前に説明したと同様の組成物を含むことができる。例えば、基材１２は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｉ／Ｆｅなどをベースにした超合金を含むことができ、結合層１６は、基材１２とＴＢＣ組成物を含有する層２６との接着性を改善する合金を含むことができる。例として、結合層１６は、ＭＣｒＡｌＹ合金（ここで、ＭはＮｉ、Ｃｏ又はＮｉＣｏである）、β−ＮｉＡｌニッケルアルミニド合金（未改質の、又はＰｔ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｉ、及びこれらの組合せで改質された）、γ−Ｎｉ＋γ’−Ｎｉ３Ａｌニッケルアルミニド合金（未改質の、又はＰｔ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｉ、及びこれらの組合せで改質された）などを含むことができる。
【００６１】
図２は、結合層１６を含むような多層型ＴＢＣ２４を図示するが、他の実施形態において、多層型ＴＢＣ２４は、結合層１６を含まなくてもよく、ＴＢＣ組成物を含有する層２６を基材１２上に直接的に形成することができる。多層型ＴＢＣ２４は、ＴＢＣ組成物を含有する層２６及び基材１２が化学的及び／又は機械的に十分適合性があるなら、結合層１６を含まなくてもよい。例えば、ＴＢＣ組成物を含有する層２６と基材１２とが互いに十分強く接着する実施形態において、多層型ＴＢＣ２４は、結合層１６を含まなくてもよい。さらに、基材１２とＴＢＣ組成物を含有する層２６との熱膨張係数が十分に類似している実施形態において、多層型ＴＢＣ２４は、ボンディングコート１６を含まなくてもよい。
【００６２】
多層型ＴＢＣ２４は、さらに、ＴＢＣ組成物を含有する層２６を含む。ＴＢＣ組成物を含有する層２６中のＴＢＣ組成物は、例えば、基材１２に対して断熱を提供するように選択される少なくとも１つの材料を含むことができる。一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、イットリア及び／又はハフニアを、単独で又は少なくとも１つの他の元素又は化合物と組み合わせて含む。例えば、ＴＢＣ組成物は、イットリア及び／又はハフニアを、少なくとも１つの希土類酸化物と組み合わせて含むことができる。適切な希土類酸化物としては、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｙ又はＳｃの酸化物が挙げられる。
【００６３】
一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、イットリア安定化ジルコニア及び／又はイットリア安定化ハフニアを含む。一部の事例において、イットリアで安定化されたジルコニア又はハフニアは、約７ｗｔ％〜約８ｗｔ％のイットリア、及び残りのジルコニア及び／又はハフニアを含むことができる。
【００６４】
一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニア及び／又はジルコニアを含む。ＴＢＣ組成物は、任意の相対量の任意の組合せの希土類酸化物を含むことができる。
【００６５】
一部の例において、ＴＢＣ組成物は、ベース酸化物、主たるドーパント、第１のコドーパント、及び第２のコドーパントを含む。ベース酸化物は、ジルコニア及びハフニアの中の少なくとも１つを含むことができる。主たるドーパントは、第１のコドーパント又は第２のコドーパントのどちらよりもより多い量で存在し（しかし、第１のコドーパントと第２のコドーパントとの全量に比べてより多い量とは限らない）、イッテルビアを含むことができる。第１のコドーパントは、サマリアを含むことができ、第２のコドーパントは、ルテチア、スカンジア、セリア、ガドリニア、ネオジミア又はユーロピアの中の少なくとも１つを含むことができる。
【００６６】
一部の実施形態において、ベース酸化物、主たるドーパント、第１のコドーパント、第２のコドーパントを含むＴＢＣ組成物は、望ましくは低い熱伝導率を有することができる。理論によって拘束されることを望むものではないが、ドーパントは、ベース酸化物イオンと異なるイオン半径又は結晶格子構造を有することができる。このようなドーパントを含めることによって、ＴＢＣ組成物を含有する層２６の結晶構造中に格子欠陥を導入することができる。これを考察する目的で、格子欠陥を、２つの部類、点欠陥及びより大きな欠陥に大別することができる。置換型欠陥、格子間欠陥、ボイド欠陥などの点欠陥は、高振動数のフォノンを散乱することができ、一方、約１００ｎｍより小さな結晶の粒界などのより大きな欠陥は、より低周波数のフォノンを散乱することができる。どちらの場合も、フォノンの散乱は、ＴＢＣ組成物を含有する層２６の熱伝導率を低下させる。
【００６７】
付加的に又は代わりに、一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物を含有する層２６中に特定の希土類元素又は希土類元素の組合せを含めることによって、所定の温度でのＴＢＣ組成物を含有する層２６の焼結度合いを低下させることができる。例えば、イットリウムより大きなイオン半径を有する希土類元素を組み込むことによって、所定の温度においてイットリア安定化ジルコニア含有ＴＢＣ層に比較して、焼結量を低下させることができる。いずれの理論によって拘束されることを望むものではないが、イオン半径が大きいほど、所定の温度でより低い（イオンの）拡散係数をもたらすことができる。焼結は、主として、拡散に関連する過程なので、拡散係数が小さいほど、所定温度での焼結量が低下する。
【００６８】
焼結を最小化又は除去することによって、物品１０の使用寿命を超えて、ＴＢＣ組成物を含有する層２６の熱伝導率の安定性を改善することができる。一部の例では、ＴＢＣ組成物を含有する層２６の熱伝導率を、ＴＢＣ組成物を含有する層２６を多孔性構造として堆積させることによって低下させることができる。ＴＢＣ組成物を含有する層２６の孔隙は、伝熱面積を縮小することによって、及び細孔とＴＢＣ組成物を含有する層２６を形成する材料との間の大きな屈折率の差異（これは、放射による熱移動を低下させることができる）を提供することによって、非多孔性ＴＢＣに比較して、熱伝導率を低下させる。焼結は、構造の孔隙を縮小し、かくして、ＴＢＣ組成物を含有する層２６の熱伝導率を（放射及び伝導の両方を介して）増加させる可能性がある。したがって、繰り返される熱サイクルにわたってＴＢＣ組成物を含有する層２６の孔隙を保護する（すなわち、焼結を低減すること）は、ＴＢＣ組成物を含有する層２６の熱伝導率を、はじめに塗布されたＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８のレベル又はその近傍に維持するのを助ける可能性がある。
【００６９】
一部の実施形態において、ベース酸化物、主たるドーパント、第１のコドーパント、及び第２のコドーパントを含むＴＢＣ組成物は、準安定正方晶系（ｔ’）相構成、立方晶系（ｃ）相構成、ｔ’とｃとの相構成の混合、又は化合物の相構成を提供するように選択された組成物を含むことができる。
【００７０】
上述した通り、主たるドーパントは、イッテルビアを含むことができる。一部の例において、主たるドーパントは、イッテルビアから本質的になることができる。本明細書中で使用する場合、「〜から本質的になる」は、列挙された元素（単数又は複数）又は化合物（単数又は複数）からなることを意味するが、列挙された元素又は化合物の特性に実質的に影響を及ぼさないような少量で存在する不純物の包含は許容される。例えば、多くの希土類元素の精製は困難であり、それゆえ、ある名前の希土類元素は、少量の他の希土類元素を含む可能性がある。この混合物は、「〜から本質的になる」の文言に包含されると解釈される。一部の例において、ＴＢＣ組成物は、約２モル％〜約４０モル％のイッテルビアを含む。他の例において、ＴＢＣ組成物は、約２モル％〜約２０モル％のイッテルビア、又は約２モル％〜約１０モル％のイッテルビアを含む。
【００７１】
ＴＢＣ組成物は、また、第１のコドーパントを含むことができ、該第１のコドーパントは、サマリアを含むか、本質的にはサマリアからなることができる。一部の例において、ＴＢＣ組成物は、約０．１モル％〜約２０モル％のサマリアを含む。他の例において、ＴＢＣ組成物は、約０．５モル％〜約１０モル％のサマリア、又は約０．５モル％〜約５モル％のサマリアを含む。
【００７２】
ＴＢＣ組成物は、また、第２のコドーパントを含むことができ、該第２のコドーパントは、ルテチア、スカンジア、セリア、ガドリニア、ネオジミア、又はユーロピアの中の少なくとも１つを含むことができる。一部の例において、ＴＢＣ組成物は、約０．１モル％〜約２０モル％の第２のコドーパントを含む。他の例において、ＴＢＣ組成物は、約０．５モル％〜約１０モル％の第２のコドーパント、又は約０．５モル％〜約５モル％の第２のコドーパントを含む。
【００７３】
ＴＢＣ組成物の総合的な構成は、所望の相構成を提供するように選択することができる。上述した通り、利用できる相構成としては、準安定な正方晶、立方晶系、及びＲＥ２Ｏ３−ＺｒＯ２（及び／又はＨｆＯ２）化合物を含む化合物、例えばＲＥ２Ｚｒ２Ｏ７及びＲＥ２Ｈｆ２Ｏ７（ここで、ＲＥは希土類元素である）が挙げられる。
【００７４】
一部の実施形態において、ＲＥ２Ｏ３−ＺｒＯ２（及び／又はＨｆＯ２）化合物の相構成を達成するために、ＴＢＣ組成物は、約２０モル％〜約４０モル％の主たるドーパント、約１０モル％〜約２０モル％の第１のコドーパント、約１０モル％〜約２０モル％の第２のコドーパント、並びに残りのベース酸化物及び存在するなら任意の不純物を含むことができる。
【００７５】
一部の実施形態において、立方晶系相構成を達成するために、ＴＢＣ組成物は、約４モル％〜約１０モル％の主たるドーパント、約１モル％〜約５モル％の第１のコドーパント、約１モル％〜約５モル％の第２のコドーパント、並びに残りのベース酸化物及び存在するなら任意の不純物を含む。
【００７６】
一部の実施形態において、準安定正方晶系相構成を達成するために、ＴＢＣ組成物は、約２モル％〜約５モル％の主たるドーパント、約０．５モル％〜約３モル％の第１のコドーパント、約０．５モル％〜約３モル％の第２のコドーパント、並びに残りのベース酸化物及び存在するなら任意の不純物を含む。
【００７７】
一部の実施形態において、多孔性層として堆積されることに代わって、ＴＢＣ組成物を含有する層２６を、実質的に非多孔性の層、又は柱状微小構造含有層として堆積させることができる。いずれの場合も、ＴＢＣ組成物を含有する層２６を、例えば、プラズマ噴霧、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又はスラリー堆積法によって堆積させることができる。ＴＢＣ組成物を含有する層２６を堆積させるのに使用できるＰＶＤの１つが、ＥＢ−ＰＶＤである。ＴＢＣ組成物を含有する層２６を堆積させるのに使用できるＥＢ−ＰＶＤの１つが、ＤＶＤである。ＤＶＤにおいて、エネルギー供給源は、ＴＢＣ組成物を含有する層２６中に堆積させるべき成分を含むターゲット材料の一部を気化させる電子ビームを作り出す。気化した材料は、次いで、遷速のガス流を使用して基材１２に向けられる。このことは、ＥＢ−ＰＶＤに比べてより大きな堆積効率を可能にし、且つ、非直視堆積も可能にできる。
【００７８】
一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物を含有する層２６は、プラズマ堆積を使用して堆積させることができる。ＴＢＣ組成物を含有する層２６が多孔性微小構造を含む場合、ＴＢＣ組成物を含有する層２６を形成する材料を、ＴＢＣ組成物を含有する層２６の堆積後に除去されて細孔を形成するポリエステルなどの犠牲材料と一緒に共堆積させることができる。
【００７９】
ＴＢＣ組成物を含有する層２６は、基材１２に対して予定量の防護を提供する任意の厚さに形成することができる。一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物を含有する層２６は、約０．５ミル〜約２０ミルの厚さを有することができる。
【００８０】
多層型ＴＢＣ２４は、図２に示す実施形態においてＴＢＣ組成物を含有する層２６の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８も含む。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、図１に示すＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８に関して説明した組成物及び微小構造のいずれかを含むことができる。例えば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、ＴＢＣ組成物とＣＭＡＳ耐性組成物との混合物又は合金を含むことができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８中のＴＢＣ組成物は、本明細書に記載のＴＢＣ組成物、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中のいずれかを含むことができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８中で使用するのに適したＴＢＣ組成物の例については、図１で前に説明した。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８中のＴＢＣ組成物は、ＴＢＣ組成物を含有する層２６中のＴＢＣ組成物と実質的に同様であってよい。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８中のＴＢＣ組成物は、ＴＢＣ組成物を含有する層２６中のＴＢＣ組成物と異なっていてもよい。
【００８１】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、また、ＣＭＡＳ耐性組成物を含む。図１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８に関して上述の通り、ＣＭＡＳ耐性組成物は、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むことができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約１モル％〜約９９モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約１モル％〜約９９モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約１０モル％〜約９０モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約１０モル％〜約９０モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約２０モル％〜約８０モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約２０モル％〜約８０モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。
【００８２】
任意選択で、ＣＭＡＳ耐性組成物は、さらに、添加物、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、又はアルカリ土類酸化物の中の少なくとも１つを含むことができる。一部の実施形態において、添加剤をＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８に添加して、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８の１つ又は複数の特性を修正することができる。
【００８３】
図１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８に関して上述の通り、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、ＴＢＣ組成物とＣＭＡＳ耐性組成物との混合物又は合金を含むことができる。例えば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含むことができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、約５０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、約５０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約３０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。
【００８４】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、実質的に密な微小構造、多孔性微小構造、又は柱状微小構造を含むことができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、例えば、プラズマ噴霧、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又はスラリー堆積法によって堆積させることができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８を堆積させるのに使用できるＰＶＤの１つが、ＥＢ−ＰＶＤである。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８を堆積させるのに使用できるＥＢ−ＰＶＤの１つが、ＤＶＤである。
【００８５】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、層２８が基材１２に対して予定の防護を提供する任意の適する厚さに形成することができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、約０．５ミル〜約２０ミルの厚さに形成することができる。
【００８６】
一部の実施形態において、多層型ＴＢＣ２４は、層２６と同様のＴＢＣ組成物の単一層に比べて基材１２に対してより大きな熱防護を提供することができる。例えば、多層型ＴＢＣ２４は、異なる組成物を含む２つの層（ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２６及びＴＢＣ組成物を含有する層２４）の間に界面を含む。理論によって拘束されることを望むものではないが、異なる組成を有する２つの層間の界面は、層間の界面がフォノンの散乱点を提供するので、多層型ＴＢＣ２０の熱伝導率を、同様の組成を有する単一層型ＴＢＣに比較して低下させることができる。フォノンの散乱点は、全体として考えて、多層型ＴＢＣ２０の有効熱伝導率を低下させる。
【００８７】
さらに、上述の通り、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８中の成分は、層２８と接触して固体又は高粘性の反応生成物を形成するＣＭＡＳと反応することができる。反応生成物は、ＣＭＡＳに比べて著しく高い融点（例えば、約１２００〜１２５０℃より高い）を有する可能性がある。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、それがＣＭＡＳと反応するにつれて消費されるので、固体又は高粘性の反応生成物が望ましい。例えば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８とＣＭＡＳとの反応生成物が、比較的低粘度の液体であるなら、該低粘度液体は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８が消費されるにつれて、多孔性又は柱状の層２６の細孔又は亀裂に浸透することができ、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、まさにこの事態を防ぐように設計される。
【００８８】
しかし、反応生成物が固体又は高粘性であるなら、反応層は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８の表面上又はその近傍（例えば、層２８の外表面に近いＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８中の細孔又は亀裂内）に生じる可能性があり、これは、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８との反応速度を低下させることができる。すなわち、いったん固体又は高粘性の反応層がＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８の表面上又はその近傍に生じると、任意のさらなる反応は、ＣＭＡＳが反応層を通ってＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８に遭遇するための拡散、又はＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８の成分が反応層を通ってＣＭＡＳに遭遇するための拡散を必要とするので、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８とＣＭＡＳとの反応は減速する可能性がある。いずれの場合においても、いったん固体又は高粘性の反応層がＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８の表面上に形成されると、拡散は最も遅い過程であると予想されるので、ＣＭＡＳ又はＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８のどちらかの成分の拡散が、反応における律速段階であると予想される。この方式で、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、多層型ＴＢＣ２４に対してＣＭＡＳ耐性を提供することができる。
【００８９】
図３、４及び５に示すように、一部の実施形態において、ＴＢＣは、さらなる層を含むことができる。例えば、図３は多層型ＴＢＣ３４で被覆された基材を含む物品３０を図示する。図３に示す実施形態において、多層型ＴＢＣ３４は、結合層１６、該結合層１６の上に重なる第１のＴＢＣ組成物を含有する層３６、該第１の層３６の上に重なるＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８、及び該ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８の上に重なる第２のＴＢＣ組成物を含有する層４０を含む。
【００９０】
基材１２及び結合層１６は、図１及び２に関して前に説明したと同様の組成物を含むことができる。さらに、一部の実施形態において、多層型ＴＢＣ３４は、結合層１６を含まなくてもよく、第１の層３６を、上述した通り、基材の上に直接的に形成することができる。
【００９１】
第１の層３６は、本明細書に記載の任意のＴＢＣ組成物を含むことができる。例えば、第１の層３６は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアを含むことができる。上述した通り、一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、ベース酸化物、主たるドーパント、第１のコドーパント、及び第２のコドーパントを含むことができる。
【００９２】
第１の層３６は、実質的に非多孔性の層として、多孔性層として、又は柱状層として形成することができる。一部の実施形態において、第１の層３６は、例えば、プラズマ噴霧、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又はスラリー堆積法によって堆積させることができる。ＴＢＣ組成物を含有する層２６を堆積させるのに使用できるＰＶＤの１つが、ＥＢ−ＰＶＤである。ＴＢＣ組成物を含有する層２６を堆積させるのに使用できるＥＢ−ＰＶＤの１つが、ＤＶＤである。第１の層３６は、約０．５ミル〜約２０ミルの厚さに形成することができる。
【００９３】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、第１の層３６の上に重なり、ＴＢＣ組成物及びＣＭＡＳ耐性組成物を含む。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８中のＴＢＣ組成物は、本明細書に記載のＴＢＣ組成物、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアのいずれかを含むことができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８中で使用するのに適したＴＢＣ組成物の例については、図１に関して前に説明している。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８中のＴＢＣ組成物は、第１のＴＢＣ組成物を含有する層３６中のＴＢＣ組成物及び第２のＴＢＣ組成物を含有する層４０中のＴＢＣ組成物の中の少なくとも１つと実質的に同様でよい。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８中のＴＢＣ組成物は、第１のＴＢＣ含有層３６及び第２のＴＢＣ組成物を含有する層４０中のＴＢＣ組成物と異なっていてもよい。
【００９４】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、また、ＣＭＡＳ耐性組成物を含む。図１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８に関して上述の通り、ＣＭＡＳ耐性組成物は、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むことができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約１モル％〜約９９モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約１モル％〜約９９モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約１０モル％〜約９０モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに１０モル％〜約９０モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約２０モル％〜約８０モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約２０モル％〜約８０モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。
【００９５】
任意選択で、ＣＭＡＳ耐性組成物は、さらに、添加剤、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、及びアルカリ土類酸化物の中の少なくとも１つを含むことができる。一部の実施形態では、上述した通り、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８に添加物を添加して、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８の１つ又は複数の特性を修正することができる。
【００９６】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、ＴＢＣ組成物とＣＭＡＳ耐性組成物との混合物又は合金を含むことができる。例えば、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８は、約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含むことができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、約５０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、約５０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約３０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。
【００９７】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、実質的に密な微小構造、多孔性微小構造又は柱状微小構造を含むことができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、例えば、プラズマ噴霧、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又はスラリー堆積法によって堆積させることができる。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８を堆積させるのに使用できるＰＶＤの１つが、ＥＢ−ＰＶＤである。ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８を堆積させるのに使用できるＥＢ−ＰＶＤの１つが、ＤＶＤである。
【００９８】
ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、該層３８が基材１２に対して予定の防護を提供するのに適した任意の厚さに形成することができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８は、約０．５ミル〜約２０ミルの厚さに形成することができる。
【００９９】
多層型ＥＢＣ３４は、さらに、第２のＴＢＣ組成物を含有する層４０を含む。該第２の層４０は、本明細書に記載の任意のＴＢＣ組成物を含むことができる。例えば、第２の層４０は、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアを含むことができる。上述の通り、一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物は、ベース酸化物、主たるドーパント、第１のコドーパント、及び第２のコドーパントを含むことができる。
【０１００】
一部の実施形態において、第２の層４０は、第１の層３６及びＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８の中の少なくとも１つと同様のＴＢＣ組成物を含む。他の実施形態において、第２の層４０は、第１の層３６及びＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８の中の少なくとも１つと異なるＴＢＣ組成物を含む。
【０１０１】
第２の層４０は、実質的に非多孔性の層として、多孔性層として、又は柱状層として形成することができる。一部の実施形態において、第２の層４０は、例えば、プラズマ噴霧、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又はスラリー堆積法によって堆積させることができる。第２のＴＢＣ組成物を含有する層４０を堆積させるのに使用できるＰＶＤの１つが、ＥＢ−ＰＶＤである。第２の層４０を堆積させるのに使用できるＥＢ−ＰＶＤの１つが、ＤＶＤである。
【０１０２】
第２の層４０は、任意の予定の厚さに形成することができる。一部の実施形態において、第２の層４０は、第１の層３６の厚さ未満である厚さを有することができる。他の実施形態において、第２の層４０は、第１の層３６の厚さと実質的に同一、又はそれを超える厚さを有することができる。一部の実施形態において、第２の層４０は、約０．５ミル〜約２０ミルの厚さを有することができる。
【０１０３】
一部の実施形態において、第２の層４０は、ＣＭＡＳがＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８と接触する速度を低下させることによって、ＣＭＡＳとＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８とが反応する速度を低下させることができる。第２の層４０は、（図２に関して説明した）ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層２８上に形成される固体又は高粘性の反応層と同様、ＣＭＡＳがＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８と接触するために通過しなければならない層として機能することができる。有効な反応速度のこの低下により、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８の寿命を延長し、第２のＴＢＣ組成物を含有する層４０を含まない物品３０に比較して、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８によって第１の層３６に付与される防護を増大させることができる。したがって、一部の実施形態において、第２の層４０の存在と、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８とＣＭＡＳとの反応からの固体又は高粘性の反応生成物の形成との組合せは、溶融されたＣＭＡＳの第１の層２６の細孔又は亀裂中への浸透を実質的に防止することができる。
【０１０４】
付加的に又は代わりに、多層型ＴＢＣ３４は、第１の層３６と同様の組成物からなる単一層型ＴＢＣに比べて、基材１２に対してより大きな熱防護を提供することができる。例えば、多層型ＴＢＣ３４は、異なる組成物を含む２つの層間（第１の層３６とＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８との間、及びＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８と第２の層４０との間）に２つの界面を含む。理論によって拘束されることを望むものではないが、異なる組成を有する２つの層の間の界面は、層間の界面がフォノンの散乱点を提供するので、同様の組成物を有する単一層型ＴＢＣに比較して、多層型ＴＢＣ３４の熱伝導率を低下させることができる。フォノンの散乱点は、全体的に考えると、多層型ＴＢＣ３４の有効熱伝導率を低下させる。
【０１０５】
図４に示すような一部の実施形態において、物品５０は、さらなる層を有する多層型ＴＢＣ５４で被覆された基材１２を含むことができる。図４に示す例において、多層型ＴＢＣ５４は、第１のＴＢＣ組成物を含有する層５６、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８、第２のＴＢＣ組成物を含有する層６０、及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２を含む。
【０１０６】
図４には示さないが、一部の実施形態において、多層型ＴＢＣ５４は、図１〜３に関して上述の通り、結合層１６を含むことができる。
【０１０７】
第１の層５６及び第２の層６０は、図２及び３に関して前に説明したと類似した構造（図２のＴＢＣ組成物を含有する層２６及び図３の第１の層３６と第２の層４０）と同様でよい。第１の層５６及び第２の層６０のそれぞれは、図２及び３中の同様の層に関して前に説明した任意の組合せの組成物及び厚さを含むことができる。例えば、第１の層５６及び第２の層６０は、それぞれ、遮熱コーティング組成物を含むことができる。第１の層５６及び第２の層６０の組成物は、独立に選択することができる。一部の実施形態において、第１の層５６は、第２の層６０と同様の組成物を有し、一方、他の実施形態において、第１の層５６は、第２の層６０と異なる組成物を有する。
【０１０８】
第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、それぞれ、図１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８に関して前に説明したものと同様の組成物を含むことができる。例えば、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方は、ＴＢＣ組成物及びＣＭＡＳ耐性組成物を含むことができる。
【０１０９】
第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方のＴＢＣ組成物は、本明細書に記載のＴＢＣ組成物、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、少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたジルコニア、又は少なくとも３つの希土類酸化物で安定化されたハフニアの中のいずれかを含むことができる。第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び／又は第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２中で使用するのに適したＴＢＣ組成物の例については、図１中のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８に関して前に説明している。
【０１１０】
第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２中のＴＢＣ組成物は、独立に選択することができる。一部の実施形態において、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方のＴＢＣ組成物は、第１のＴＢＣ組成物を含有する層５６中のＴＢＣ組成物、及び第２のＴＢＣ組成物を含有する層６０中のＴＢＣ組成物の中の少なくとも一方と実質的に同様でよい。他の実施形態において、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８又は第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方のＴＢＣ組成物は、第１のＴＢＣ組成物を含有する層３６及び第２のＴＢＣ組成物を含有する層４０中のＴＢＣ組成物と異なっていてもよい。
【０１１１】
第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、また、ＣＭＡＳ耐性組成物を含む。図１でＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層１８について上述の通り、ＣＭＡＳ耐性組成物は、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むことができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約１モル％〜約９９モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約１モル％〜約９９モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約１０モル％〜約９０モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約１０モル％〜約９０モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。他の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性組成物は、約２０モル％〜約８０モル％の少なくとも１つの希土類酸化物、並びに約２０モル％〜約８０モル％のアルミナ及びシリカを含むことができる。
【０１１２】
任意選択で、ＣＭＡＳ耐性組成物は、さらに、添加剤、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＳｉＯ４、アルカリ酸化物、及びアルカリ土類酸化物の中の少なくとも１つを含むことができる。一部の実施形態では、上述の通り、添加物を、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８又は第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方に添加して、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層３８の１つ又は複数の特性を修正することができる。さらに、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８又は第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、同一又は異なっていてもよい、独立に選択されるＣＭＡＳ組成物を含むことができる。
【０１１３】
第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、それぞれ、ＴＢＣ組成物とＣＭＡＳ耐性組成物との混合物又は合金を含むことができる。例えば第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含むことができる。一部の実施形態において、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方は、約５０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。他の実施形態において、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方は、約５０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％のＴＢＣ組成物及び約３０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のＣＭＡＳ耐性組成物を含む。
【０１１４】
第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、それぞれ、実質的に密な微小構造、多孔性微小構造、又は柱状微小構造を含むことができる。第１のＣＭＡＳ耐性層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の微小構造は、独立に選択することができ、同一又は異なっていてよい。第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、それぞれ、例えば、プラズマ噴霧、ＰＶＤ、ＣＶＤ、又はスラリー堆積法によって堆積させることができる。第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方を堆積させるのに使用できるＰＶＤの１つが、ＥＢ−ＰＶＤである。第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方を堆積させるのに使用できるＥＢ−ＰＶＤの１つが、ＤＶＤである。
【０１１５】
第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２のそれぞれは、層５８、６２が基材１２に対して予定の防護を提供するのに適した任意の厚さに形成することができる。一部の実施形態において、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の少なくとも一方は、約０．５ミル〜約２０ミルの厚さに形成することができる。
【０１１６】
一部の実施形態において、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８及び第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２を含む多層型ＴＢＣ５４は、単一のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層のみを含むコーティングに比較して、ＣＭＡＳに対するさらなる抵抗性を提供することができる。例えば、第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、ＣＭＡＳからの初期防護を提供することができる。一部の実施形態において、第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２は、第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の外表面上に存在するＣＭＡＳと反応して、反応層を形成することができる。該反応層は、ＣＭＡＳと第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２との反応速度を低下させることのできる、固体又は高粘性の材料を含むことができる。すなわち、いったん固体又は高粘性の反応層が第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の表面上に生じると、任意のさらなる反応は、ＣＭＡＳが反応層を通って第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２に遭遇するための拡散、又は第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の成分が反応層を通ってＣＭＡＳに遭遇するための拡散を必要とするので、第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２とＣＭＡＳとの反応は減速する可能性がある。いずれの場合においても、固体又は高粘性の反応層が第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の表面上に形成されると、ＣＭＡＳ、又は第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２中の成分のどちらかの拡散が、反応の律速段階であると予想される。
【０１１７】
たとえ、反応層が第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２の表面上に形成されず、且つ／又は十分なＣＭＡＳが第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２と反応することを可能にするのに十分な時間が経過し、結果として第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２が消費されるとしても、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８（及び、一部の実施形態では、第２の層６０）は、図３に関して上述の通り、第１の層５６に対してＣＭＡＳからの防護を提供することができる。この方式で、第２のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層６２、第１のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層５８、及び任意選択で第２の層６０は、第１の層５６及び基材１２に対してＣＭＡＳからの重層的防護を提供することができる。
【０１１８】
付加的に又は代わりに、一部の実施形態において、多層型ＴＢＣ５４は、同等の厚さの単一の層のみを含む遮熱コーティングに比べて、基材１２に対してより大きな熱防護を提供することができる。上述の通り、これは、それぞれの層の間の界面が、コーティング３２を通って熱エネルギーを伝えるフォノンに対して散乱点を提供するためと考えられる。
【０１１９】
一部の実施形態において、ＴＢＣ組成物を含有する層及びＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を互い違いにする概念は、２つのＴＢＣ組成物を含有する層及び２つのＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層の範囲を超えて拡張することができる。例えば、図５に示すように、物品７０は、４つのＴＢＣ組成物を含有する層７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ（まとめて「層７６」）、及び４つのＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ（まとめて「ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８」）を含む多層型ＴＢＣ７４を含むことができる。図５は、４つのＴＢＣ組成物を含有する層７６及び４つのＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８を含む物品を示すが、物品は、任意の数のＴＢＣ組成物を含有する層７６及び任意の数のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８を含むことができる。一部の実施形態において、物品は、同数のＴＢＣ組成物を含有する層７６及びＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８を含み、一方、他の実施形態で、物品は、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８とは異なる数のＴＢＣ組成物を含有する層７６を含むことができる。物品がＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８とは異なる数のＴＢＣ組成物を含有する層７６を含む実施形態において、物品は、より多くの数のＴＢＣ組成物を含有する層７６又はより少ない数のＴＢＣ組成物を含有する層７６を含むことができる。
【０１２０】
層７６のそれぞれは、独立に選択されたＴＢＣ組成物を含むことができる。ＴＢＣ組成物のそれぞれは、本明細書に開示のＴＢＣ組成物から選択することができる。
【０１２１】
さらに、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８のそれぞれは、独立に選択される組成物を含むことができる。一部の実施形態において、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８の少なくとも２つは同一の組成を有することができる。個々のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８中の組成物は、図１〜４に関して前に説明した組成物のいずれか、例えば、ＴＢＣ組成物とＣＭＡＳ耐性組成物との混合物又は合金を含むことができる。
【０１２２】
一部の実施形態において、多層型ＴＢＣ７４の最上層は、図５に示すように、ＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８ｄである。しかし、他の実施形態において、多層型ＴＢＣ７４の最上層は、ＴＢＣ組成物を含有する層７６でもよい。
【０１２３】
一部の実施形態において、複数のＴＢＣ組成物を含有する層７６と互い違いになった複数のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８を含む多層型ＴＢＣ７４は、利点を提供することができる。例えば、多層型ＴＢＣ７４は、多層型ＴＢＣ７４と同じ厚さの単一層を含むコーティングと比べて、より大きな熱防護（例えば、より小さな有効熱伝導率）を提供することができる。理論によって拘束されることを望むものではないが、上述の通り、異なる層の間の（例えば、層７６ａとＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８ａとの間の）界面は、異なる層の間の界面を有さないコーティングに比較して、多層型ＴＢＣ７４の熱伝導率を低下させることのできるフォノン散乱点を提供する。一部の実施形態において、交互層の数が多いほど、多層型ＴＢＣ７４の熱伝導率のより大きな低下を提供することができる。付加的に又は代わりに、多層型ＴＢＣ７４は、複数のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層７８が、層７６の細孔又は亀裂中へのＣＭＡＳの浸透に対して重層的防護を提供することができるので、単一のＣＭＡＳ耐性ＴＢＣ層を含むコーティングに比較して、基材１２に対して改善されたＣＭＡＳ耐性を提供することができる。
【０１２４】
本開示の種々の実施形態を説明してきたが、これらの及びその他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に包含される。
【図１】
0005620577.tif 000002
【図２】
0005620577.tif 000003
【図３】
0005620577.tif 000004
【図４】
0005620577.tif 000005
【図５】
0005620577.tif 000006