(57)【要約】【課題】ケイ素含有材料で形成した構成部品（１２）から支持構造体（１４）内へのケイ素の拡散を抑止する方法及びその方法によって形成した組立体（１０）を提供する。【解決手段】構成部品（１２）は、それらの間に接触境界面を形成するように支持構造体（１４）によって支持されかつ該支持構造体（１４）と接触する。バリヤ皮膜（１８）は、接触境界面に配置されるように構成部品（１２）及び／又は支持構造体（１４）上に位置して、ケイ素含有材料と超合金基体との間の直接的な物理的接触を防止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その間に接触境界面を形成するように支持構造体（１４）に支持され接触された構成部品（１２）を有し、前記構成部品（１２）がケイ素含有材料で形成されかつ前記支持構造体（１４）が超合金基体を有する、組立体（１０）であって、
前記構成部品（１２）及び支持構造体（１４）の少なくとも一方の上にバリヤ皮膜（１８）を含み、
前記バリヤ皮膜（１８）は、本質的にシリカよりも熱的に安定した酸化物からなり、
前記バリヤ皮膜（１８）は、前記接触境界面に配置されることにより前記ケイ素含有材料と超合金基体との間の直接的な物理的接触を防止し、かつ該ケイ素含有材料から超合金基体内へのケイ素の拡散を抑止する、
ことを特徴とする組立体（１０）。
【請求項２】
前記バリヤ皮膜（１８）が、アルミナ、安定化ジルコニア、イットリア、ムライト、希土類ケイ酸塩、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類アルミノケイ酸塩、チタニア及びクロミアからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１記載の組立体（１０）。
【請求項３】
前記バリヤ皮膜（１８）が、前記支持構造体（１４）上に位置しかつ該支持構造体（１４）に付着しており、アルミナ、イットリア安定化ジルコニア又はイットリアで形成されていることを特徴とする、請求項１記載の組立体（１０）。
【請求項４】
前記バリヤ皮膜（１８）と前記超合金基体との間にＭＣｒＡｌＹ皮膜（２０）をさらに含むことを特徴とする、請求項３記載の組立体（１０）。
【請求項５】
前記バリヤ皮膜（１８）が、前記構成部品（１２）上に位置しかつ該構成部品（１２）に付着しており、ムライト、希土類ケイ酸塩、アルカリ土類ケイ酸塩又はアルカリ土類アルミノケイ酸塩で形成されていることを特徴とする、請求項１記載の組立体（１０）。
【請求項６】
前記ケイ素含有材料が、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン及び炭化ケイ素とケイ素とのマトリックス内の炭化ケイ素繊維からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１記載の組立体（１０）。
【請求項７】
前記超合金基体が、ニッケル基超合金で形成されていることを特徴とする、請求項１記載の組立体（１０）。
【請求項８】
ケイ素含有材料で形成した構成部品（１２）から支持構造体（１４）内へのケイ素の拡散を抑止する方法であって、
前記構成部品（１２）及び支持構造体（１４）の少なくとも一方の上に本質的にシリカよりも熱的に安定した酸化物からなるバリヤ皮膜（１８）を被着させる段階と、次に、
前記構成部品（１２）が該構成部品（１２）と前記支持構造体（１４）の超合金基体との間に接触境界面を形成するように前記支持構造体（１４）によって支持されかつ該支持構造体（１４）と接触し、前記バリヤ皮膜（１８）が前記接触境界面に配置されて前記ケイ素含有材料と超合金基体との間の直接的な物理的接触を防止するように、前記構成部品（１２）を前記支持構造体（１４）に取付ける段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記バリヤ皮膜（１８）が、アルミナ、安定化ジルコニア、イットリア、ムライト、希土類ケイ酸塩、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類アルミノケイ酸塩、チタニア及びクロミアからなる群から選択され、前記ケイ素含有材料が、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン及び炭化ケイ素とケイ素とのマトリックス内の炭化ケイ素繊維からなる群から選択されることを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記構成部品（１２）がガスタービン構成部品であり、前記構成部品（１２）を前記支持構造体（１４）に取付ける段階が、前記構成部品（１２）をガスタービン上に据付ける段階を含むことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンのタービンセクションにおける支持構造の構成部品のような構成部品間の化学反応を軽減するための方法及び皮膜に関する。より具体的には、本発明は、ケイ素含有構成部品から該ケイ素含有構成部品を支持する金属構成部品内へのケイ素の拡散を抑止するための方法及び皮膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケイ素含有（Ｓｉ含有）の一体型セラミックス及びセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は現在、産業用及び航空機用ガスタービンの燃焼器、シュラウド、ノズル（ベーン）及びその他の高温段構成部品のような耐熱構成部品用として開発中である。特に関心のある材料には、連続繊維セラミック複合材（ＣＦＣＣ）材料並びに一体型窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料が含まれる。ＣＦＣＣの注目すべき実例は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙによってＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）という名称で開発されたものであり、炭化ケイ素とケイ素とのマトリックス内に連続炭化ケイ素繊維を含む。検討中の使用法では、一体型セラミック及びＣＭＣ構成部品を支持するためには、一般的に背面超合金支持構造体を必要とすることになる。生じるセラミック−超合金境界面は、応力誘起振動を回避するためにセラミック構成部品とその超合金支持構造体との間の密接な接触を物理的に維持しながら、長期間にわたって最大１１００°Ｃまでの温度に耐えることができなければならない。
【０００３】
約１４００°Ｆ（約７６０°Ｃ）以上では、超合金材料とＳｉ含有セラミックス、特にＳｉＣ繊維強化ＳｉＣマトリックス複合材との化学的相容性が問題となる。高温（例えば、約９００°Ｃ〜１２００°Ｃ）においてＳｉ含有セラミックスと接触したとき、セラミック−超合金境界面におけるケイ素（及び、より少ない程度での炭素）の拡散の結果として、多くのニッケル基及びコバルト基超合金の物理的特性における劣化が観察されている。周知のハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）Ｘ超合金では、９００°Ｃの温度で５００時間にわたってＳｉ含有セラミックと接触することにより、超合金表面の下方約２０ミクロンの深さまでケイ素の拡散及び脆いケイ化物の形成が生じることを示した。拡散及びケイ化物の形成は、同一の合金を約１１５０°Ｃの温度に１２０時間にわたって曝露した場合には、４０ミル（約１ミリメータ）以上の深さまで増大することが観察された。幾つかの複雑な化学反応が、潜在的に超合金内部における脆いケイ化物（及び炭化物）相の析出に関与している。いずれにせよ、このような相は、超合金内の割れの発生開始及び伝播部位として作用するおそれがある。
【特許文献１】米国特許第５，９８５，４７０号
【特許文献２】米国特許第６，４４４，３３５号
【特許文献３】米国特許第６，５５８，８１４号
【特許文献４】米国特許第６，６９９，６０７号
【特許文献５】米国特許第６，７４０，３６４号
【特許文献６】米国特許第６，７８７，１９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記に鑑みて、Ｓｉ含有セラミック構成部品から該セラミック構成部品と接触する超合金構成部品内へのケイ素の拡散を防止するか又は少なくとも抑止して、Ｓｉ含有セラミックと超合金との間の化学反応を抑制することが望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ケイ素含有材料で形成した構成部品から金属支持構造体内へのケイ素の拡散を抑止する方法及びその方法によって形成した組立体を提供する。本発明は、具体的にはガスタービンの様々な組立体についての場合のように、長期間にわたって非常な高温を受けることになる構成部品−支持構造体組立体に関する。
【０００６】
本発明の組立体では、構成部品は、それらの間に接触境界面を形成するように、支持構造体によって支持されかつ該支持構造体と接触している。バリヤ皮膜は、接触境界面に配置されるように、構成部品及び／又は支持構造体上に位置してケイ素含有構成部品と支持構造体の金属基体との間の直接的な物理的接触を防止する。バリヤ皮膜は、本質的にシリカよりも熱的に安定した酸化物からなり、ケイ素含有材料から金属基体内へのケイ素の拡散を抑止する。
【０００７】
本発明の方法では、バリヤ皮膜は、構成部品及び支持構造体のいずれか又はその両方の上に被着させる。構成部品は次に、該構成部品が支持構造体によって支持されかつ該構成部品と接触して構成部品と支持構造体の金属基体との間に接触境界面を形成するように、支持構造体に取付けられる。組立の結果として、バリヤ皮膜は、接触境界面に配置されて、ケイ素含有材料と金属基体との間の直接的な物理的接触を防止する。
【０００８】
本発明の大きな利点は、バリヤ皮膜が、一体型セラミック又はＣＭＣのようなケイ素含有材料から該ケイ素含有材料が接触した超金属基体への最大少なくとも１２００°Ｃまでの温度でのケイ素の拡散を抑止しかつ実質的に防止するのに効果があることである。より具体的には、バリヤ皮膜は、超合金内での割れの発生開始及び伝播部位として作用するおそれがある脆いケイ化物の超合金表面領域内での形成を抑止する。従って、本発明は、産業用及び航空機用ガスタービンの燃焼器、シュラウド、ノズル（ベーン）及びその他の高温段構成部品のような、ガスタービンのタービンセクション内で使用するタイプの構成部品及び支持構造体に有用である。
【０００９】
本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細な説明から一層よく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、ピン１６を用いて支持構造体１４に取付けられたセラミック構成部品１２を含む組立体１０の断面図を示す。構成部品１２は、ガスタービンのタービンセクション内部で外側ブレード先端を囲む燃焼器ライナ又はシュラウドのようなガスタービンエンジンの構成部品とすることができる。特に関心のあるセラミック材料は、ケイ素含有一体型セラミックス並びに強化及び／又はマトリックス材料として炭化ケイ素を含むＣＭＣのような、ケイ素を含むセラミック材料であり、ＣＭＣの具体的な実例は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって開発され、炭化ケイ素とケイ素とのマトリックス内の連続炭化ケイ素繊維で構成されたＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）ＣＦＣＣである。しかしながら、窒化ケイ素並びにケイ酸ニオブ及びケイ酸モリブデンなどのケイ化物（金属間化合物）のような一体型セラミックスを含む他のケイ素含有材料もまた、本発明の技術的範囲内にある。好ましい実施形態では、支持構造体１４は、耐熱超合金、具体的にはクロムを含有するニッケル基又はコバルト基超合金で形成される。図１は、ピン１６を用いて互いに固定されたものとしてセラミック構成部品１２及び超合金支持構造体１４を示しているが、ピン１６又は他のタイプの固定具が、本発明の技術的範囲内のセラミック−超合金組立体の必須の構成部品であるわけではない。
【００１１】
約１４００°Ｆ（約７６０°Ｃ）又はそれ以上の温度に加熱されたとき、構成部品１２内の遊離ケイ素及び炭素は、構成部品１２から移動し、可能であれば支持構造体１４の超合金内に拡散する傾向があり、支持構造体１４の表面領域内に脆いケイ化物及び炭化物を形成する幾つかの潜在的な化学反応を生じる。例えば、クロムを含有したニッケル基超合金内へのケイ素の浸透により、ＮｉＳｉ、Ｎｉ２Ｓｉ及びＣｒ３Ｓｉのような安定したケイ化物が形成されることになり、これらの安定したケイ化物は、燃焼器及びタービン構成部品がその作動環境内で受ける温度よりも低い温度で溶融する可能性がある多数の共晶層を形成する。反応ゾーンにおいて、微少硬さの著しい増加が観察され、合金の表面脆化をもたらしている。多くの超合金内の少量のケイ素不純物でさえも、脆いラーベス（Ｌａｖｅｓ）相の析出を引き起こすおそれがある。超合金基体内への炭素の拡散もまた、有害なものであり、炭化物の形成をもたらし、合金内に脆いシグマ層の析出を引き起こす可能性がある過剰な炭素レベルを招くおそれがある。従って、セラミック構成部品１２から超合金支持構造体１４内へのケイ素及び炭素の拡散と構造体１４内での拡散したケイ素及び炭素のその後の化学反応とにより、重大な問題が生じるおそれがある。
【００１２】
上記の有害な化学反応を防止するために、本発明は、Ｓｉ含有材料からの遊離ケイ素（及び、幾らかの程度の炭素）の拡散を抑止することができるバリヤ層１８を使用するようにする。バリヤ層１８としての好適な材料は、構成部品１２又は構造体１４上に存在し、従ってバリヤ層１８が接触することになる酸化物と少なくとも同程度に熱的に安定した材料である。構成部品１２上に被着させた場合に、バリヤ層１８としての好適な材料の実例は、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）であり、このムライトは、構成部品１２のＳｉ含有材料の表面上に本来存在するシリカよりも熱的に安定している。バリヤ層１８としての他の好適な材料には、Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７、Ｙ２ＳｉＯ５、Ｌｕ２Ｓｉ２Ｏ７及びＬｕ２ＳｉＯ５のような希土類ケイ酸塩、ケイ酸カルシウム及びケイ酸バリウムのようなアルカリ土類ケイ酸塩並びにバリウム−ストロンチウムアルミノケイ酸塩のようなアルカリ土類アルミノケイ酸塩が含まれる。構成部品１２上に直接被着させたバリヤ層１８は、約２５〜約１５０ミクロンの厚さを有することができる。超合金支持構造体１４上に被着させた場合には、バリヤ層１８は、その各々が同様にシリカよりも熱的に安定しているアルミナ、安定化ジルコニア、イットリア、ムライト、チタニア又はクロミアとすることができる。支持構造体１４上にバリヤ層１８を被着させようとする場合には、最初にＭＣｒＡｌＹ（ここで、Ｍは鉄、コバルト及び／又はニッケル、またＸはイットリウム或いは他の希土類又は反応性元素である）のようなアルミナ成形金属皮膜２０を支持構造体１４上に約２５〜約２５０ミクロンの厚さに被着させて、酸化物バリヤ層１８と支持構造体１４の超合金との間の熱膨張の不一致を最小にするのが好ましい。このケースでは、バリヤ層１８としての好ましい材料は、約２５〜約２５０ミクロンの厚さに被着させたイットリア安定化ジルコニアである。
【００１３】
本発明の糸口としては、アルミナ又はイットリアの皮膜がＳｉ含有セラミックから該セラミックと接触する超合金内へのケイ素の拡散に対するバリヤとして働くことができることになることを提案した研究が、行われた。拡散バリヤとしてのそれらの有効性は注目されたが、皮膜は、熱的不一致のために熱サイクル時にセラミック材料に良好に付着せず、幾つかのケースでは、単一熱サイクルの後に皮膜の剥離及び破砕を生じることが判った。
【００１４】
その後の研究において、約９００°Ｃ〜約１２００°Ｃの範囲の温度に約５０〜約１６００時間の間曝したＳｉ含有セラミック対超合金の組合せ間でのケイ素の拡散を抑止する皮膜の能力を評価するために、様々な形式の酸化物皮膜を使用して多数の超合金材料を検討した。この研究の場合、超合金材料の試験片は、１インチ×１／２インチ×１／８インチ（約２５ｍｍ×１３ｍｍ×３ｍｍ）の概略的寸法を有するように形成した。試験片の表面は、６００粒度のＳｉＣ研磨紙を使用して研磨し、次にバフ研磨して鏡面仕上げにした。ケイ素溶融浸透によって形成した、ケイ素及び炭化ケイ素を含有するＳｉ含有セラミック複合材材料の同じ寸法の試験片もまた、準備しかつ研磨した。このようなセラミック材料もまた、文献において反応結合炭化ケイ素又はＳｉｌｃｏｍｐとして公知である。これらの材料は、溶融浸透によって作られたＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣマトリックス複合材（ＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標））のマトリックスの代表的なものである。合金試験片及びセラミック試験片は、一緒に圧縮成形しかつプラチナ−ロジウムワイヤを緊密に巻き付け、得られた試料組立体は、アルミナボート内に置き、空気中で選択した試験温度に加熱した。幾つかのケースでは、組立体は、流動ヘリウム内で加熱して２つの試験片間の接触ゾーン内への空気の拡散により生じる酸化の程度を減少させた。組立体は、様々な時間にわたって試験温度に曝し、その後、この組立体を切断し、その境界面反応ゾーンを標準的金属組織法によって検査した。
【００１５】
上述の試料組立体と本質的に同一の付加的な試料組立体もまた準備したが、超合金試験片上に酸化物皮膜を被着させる付加的段階を加えた後に試験片を組合せて試料組立体を形成した。皮膜は、低圧プラズ溶射（ＬＰＰＳ）によって約４〜５ミル（約１００〜１２５ミクロン）の厚さに施した、約８重量％のイットリア（Ｙ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、クロミア（Ｃｒ２Ｏ３）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で安定させたジルコニア（ＺｒＯ２）であった。酸化物皮膜を被着させる前に、超合金試験片表面上に直接約１〜２ミル（約２５〜５０ミクロン）の厚さにＮｉＣｒＡｌＹ合金のボンディングコートを被着させた。前述のように、ＮｉＣｒＡｌＹボンディングコートの意図した目的は、酸化物皮膜とその超合金基体との間の熱膨張不一致を最小にすることであった。
【００１６】
酸化物皮膜を形成していないこれらの試料では、反応ゾーンが高温曝露の終了時点で超合金試験片内に形成されることが判った。表１には、超合金とこれら超合金を評価した温度及び時間と、顕微鏡写真から視覚的に測定したケイ化物析出の概略的侵入深さを要約している。各ケースにおいて、超合金及びセラミック試験片の接触ゾーンの切断と検査とにより、セラミック試験片から超合金試験片内にケイ素が拡散し、セラミック材料のセラミックマトリックス内の空隙の形成及び超合金内の沈降物の形成が生じることが立証された。
【００１７】
【表１】
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この研究において生まれたもののような拡散制御方法の場合には、侵入深さ／（時間）１／２対温度の逆数のプロットは当然直線を示すことになり、この直線は中間温度での概略的ケイ素侵入深さを予測するために使用することができる。この研究の結果は、この一般法則に従っているようであり、約６２Ｋｃａｌ／ｍｏｌｅの拡散プロセスにおいて明白な活性化エネルギーを示した。評価した超合金内へのケイ素の観察された移動は本質的に、低サイクル及び高サイクル疲労寿命、破壊強度並びに延性のような超合金における機械的特性の低下をもたらす。この研究は、ケイ素拡散速度が合金組成の強力関数であることを示さなかったが、おそらく特性低下の広がりはあるであろう。例えば、ハステロイＸは、例えばＲｅｎｅ８０及びＩＮ７１８よりも延性のある超合金であり、従って特性の低下は、ハステロイＸにおいては対応してそれほど深刻なものではないと予測した。それにも拘わらず、ハステロイＸの場合でさえも、約１０ミル（約２５０ミクロン）程度の小さい深さを有する脆性ゾーンは、多くの構造用途には受け入れることができないことになると思われた。
【００１８】
セラミック材料と超合金基体との間の境界面での反応の詳細は、複雑な状態で特定の超合金の組成によって決まるようであった。例えば、Ｎｉ−５０Ｃｒ試験片における半球状反応ゾーンは、大きな空隙に特徴があり、同一の試験曝露を受けたＩＮ７１８試験片において観察された微細ケイ化物粒子及び針状シグマ層のより均一な侵食及び析出とは全く異なるようであった。Ｎｉ−Ｃｒ合金では、溶融ケイ化物相はおそらく試験中に形成されたが、Ｒｅｎｅ８０試験片では、１１５０°Ｃで僅か１２０時間の後に半球状反応ゾーンが形成され、試験の１０００時間後には微細ケイ化物粒子の網状組織が発生した。三元合金Ｎｉ−２０Ｃｒ−１０Ｔｉでは、おそらく溶融ケイ化物の形成の結果である超合金内部の空隙及び気孔の発生に特徴がある一層壊滅的な反応ゾーンが、１１７０°Ｃで１４０時間の後に発生するようであった。
【００１９】
上述のものと同じ条件の下で、酸化物皮膜を有する超合金試験片を用いて組立てた試料を試験した。具体的な試料の組合せは、ＩＮ７３８上にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）（約９００°Ｃで約１００４時間、また約１０００°Ｃで約６００時間）、Ｒｅｎｅ８０上にＹＳＺ（約１０００°Ｃで約５５２時間）、ハステロイＸ上にアルミナ（約１０００°Ｃで約６７２時間）、ハステロイＸ上にクロミア（約１０００°Ｃで約６７２時間）、ハステロイＸ上にチタニア（約１０００°Ｃで約６７２時間）及びハステロイＸ上にアルミナ（約１１００°Ｃで約５００時間）を含んでいた。試料の各々は、高温評価の終了時点において切断しかつ検査した。ＩＮ７３８及びＲｅｎｅ８０試料の検査により、これらＳｉ含有セラミック対超合金の組合せのいずれもそのＹＳＺ皮膜を貫通しかつその超合金基体内に浸透したケイ素侵入の何らの形跡も示さないことが立証された。とりわけ、ＹＳＺ皮膜は、下にあるＮｉＣｒＡｌＹボンディングコートによってその超合金基体に対して良好に付着していた。
【００２０】
ハステロイＸ試験片上に被着させたアルミナ、チタニア及びクロミア皮膜は、高温試験の間はそのままの状態であったが、金属組織的取付け及び切断時に分解した。それでもなお、３つの酸化物皮膜組成物の全てが、皮膜の下にケイ化物の形成が全くないことにより立証されるように、その下にある超合金基体内へのケイ素の拡散を防止する上で有効であることを証明した。約９００°Ｃに約１６２２時間にわたって曝したＴｉＯ２被覆及びＣｒＯ３被覆ハステロイＸ試料の境界面全体にわたるＥＤＳ（エネルギー分散分光分析法）元素スキャンにより、ケイ素はいずれの酸化物皮膜も貫通しなかったことが立証された。
【００２１】
上記に基づいて、セラミック対超合金の組合せの超合金構成部品上の酸化物皮膜に加えて又は該超合金構成部品上の酸化物皮膜の代わりに、セラミック構成部品上に直接被着させた酸化物皮膜もまた、ケイ素拡散を抑止するのに有効である可能性があると推測した。しかしながら、その大半が炭化ケイ素よりも高い熱膨張率を有し、従って熱サイクル時にＳｉ含有セラミックに対して付着した状態を保たないことになるので、限られた酸化物が、この目的のための候補となる。その熱膨張の挙動が炭化ケイ素と緊密に一致しているので、第２の研究用の拡散バリヤ皮膜材料として、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ３；２５〜１０００°Ｃでａ＝５．１〜５．４×１０−６／°Ｃ）を選択した。しかしながら、適切であると考えられる他の酸化物材料には、Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７、Ｙ２ＳｉＯ５、Ｌｕ２Ｓｉ２Ｏ７及びＬｕ２ＳｉＯ５のような希土類ケイ酸塩、ケイ酸カルシウム及びケイ酸バリウムのようなアルカリ土類ケイ酸塩並びにバリウム−ストロンチウムアルミノケイ酸塩のようなアルカリ土類アルミノケイ酸塩が含まれる。例えば、ケイ素含有セラミックスに類似した膨張率を有するこれらの族のうちには、化学量論バリウム−ストロンチウムアルミノケイ酸塩（（Ｂａ０．７５Ｓｒ０．２５）Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）のような幾つかの酸化物がある。
【００２２】
空気プラズマ溶射によって付加的なＳｉ含有セラミック複合材試験片の表面に対して、約１０ミル（約２５０ミクロン）の厚さを有するムライト皮膜を直接施した。セラミック試験片を試験のために取得したハステロイＸ試験片と組立てる前にムライト皮膜を研磨する試みは全く行わなかった。Ｓｉ含有セラミック試験片からの遊離ケイ素の拡散を低減する上でのこれらムライト皮膜の有効性は、組立体を約９００〜約１２００°Ｃの範囲で熱曝露に曝し、その後組立体の切断断面を金属組織検査及びＥＤＸＡ（エネルギー分割Ｘ線分析）分析することによって測定した。
【００２３】
約１１００°Ｃで約１００時間曝した第１の試料は、ハステロイＸ試験片の表面領域に対するクロムの拡散により生じたカーケンドール（Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌ）空隙のゾーンを示した。しかしながら、ＥＤＳ分析では、超合金内へのケイ素の侵入の形跡を全く示さなかった。セラミック試験片上のムライト皮膜は、試験後も依然としてそのままであった。約１２００°Ｃで約１００時間にわたって保持した第２の試料の表面の下のＥＤＳプロフィールは、試験片表面上に少量のケイ素が存在することを示したが、ハステロイＸ合金自体の内部にはケイ素は全く存在しなかった。
【００２４】
別の研究では、付加的な超合金試験片には、試験の前にアルミナイド皮膜を形成した。この試験片は、ニッケル基超合金インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）７１８、インコネル７３８、Ｒｅｎｅ８０、Ｕｄｉｍｅｔ５００及びＵｄｉｍｅｔ７００の研磨した長方形試験片であった。５．８％のアルミニウム、０．２％のＮＨ４Ｆ及び９４％のアルミナの概略的組成を有する粉末混合物内に超合金試験片を埋めることを必要とするパック浸透法を使用してアルミナイド皮膜を被着させた。試験片及び粉末混合物は、蓋付きレトルト内においてアルゴン雰囲気で約２時間にわたって約１０５０°Ｃまで加熱した。この処理の間に、緻密ニッケルアルミナイドβ−ＮｉＡｌの拡散皮膜が、試験片の全表面上に約１０〜約１００ミクロンの厚さに形成された。粉末混合物から取出した後に、この被覆した試験片は、軽く研磨してあらゆる付着アルミナ粒子を除去し、Ｓｉ含有Ｓｉｌｃｏｍｐ（Ｓｉ−ＳｉＣ）試験片と組立て、かつ約１２０時間にわたって約１１５０°Ｃに保持した。
【００２５】
試験の終わりの時点で、アルミナイド皮膜は、下にある超合金試験片内での脆いケイ化物相の形成を防止したことが判った。アルミナイド皮膜は、その表面上にアルミナの緻密密着層が成長するので、このアルミナ層は超合金−セラミック境界面におけるケイ素の移動を防止したと結論付けた。従って、被着アルミナ層に加えて、熱成長したアルミナ層が、本発明の目的のための酸化物バリヤ層として効果的に役立つことになると結論付けた。
【００２６】
上記から、Ｓｉ含有セラミック構成部品と組合わされかつ９００°Ｃ及びそれ以上の温度に加熱された超合金は、超合金−セラミック境界面全体にわたってケイ素拡散を受けて、その深さが主として温度及び時間により決まる状態で超合金内に脆いケイ化物の形成を生じることになると判断した。９００°Ｃで５００時間程度の少ない曝露では、ケイ素が２０ミクロン侵入する状態になり、このことは、特に産業用ガスタービン及び航空機用ガスタービンエンジンの高温段構成部品として使用する場合には超合金の特性に対して有害なものになると考えられる。ケイ素拡散は、超合金構成部品に対してＹＳＺ、アルミナ、クロミア及びチタニア拡散バリヤを及び／又はＳｉ含有セラミック構成部品に対してムライトを、これらの酸化物皮膜が超合金構成部品とセラミック構成部品との間に挿入されるように施工することによって、最大１２００°Ｃまでの温度において軽減された。
【００２７】
１つ又はそれ以上の特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者には他の形態を採用することができることは明らかであろう。従って、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明により超合金基体に固定されたＣＭＣ構成部品の断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１０  組立体
１２  セラミック構成部品
１４  支持構造体
１６  ピン
１８  バリヤ層
２０  ボンディングコート
【図１】
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