(57)【要約】従来技術による断熱層システムは機械的な負荷にさらされており、特にセラミックの層が、脆性に基づいて亀裂形成又は破裂する傾向にある。本発明による断熱層システム（１９）は第２相（３４）を有しており、この第２相（３４）は、層（２５，２８）のマトリクス（３１）を機械的に補強する。
2005527704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱層システムであって、基板と、該基板に位置する少なくとも１つの層とから成っている形式のものにおいて、少なくとも１つの層（２５，２８）の少なくとも１つの機械的な特性が、層（２５，２８）のマトリクス材（３１）内に設けられた第２相（３４）の存在により、マトリクス材からのみ成る層に対して改良されていることを特徴とする、断熱システム。
【請求項２】
機械的な特性が、機械的な剛性である、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項３】
機械的な特性が、破断強度である、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項４】
第２相（３４）が、繊維である、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項５】
第２相（３４）が、微粒子により形成されており、これにより、層（２５，２８）の微粒子補強が生じる、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項６】
微粒子（３４）が、細長い形状を有している、請求項５記載の断熱層システム。
【請求項７】
少なくとも１つの層（２５，２８）が、セラミックの層である、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項８】
層（２５，２８）が、断熱層（２８）である、請求項１又は７記載の断熱層。
【請求項９】
層（２８）のマトリクス材（３１）が、系Ｌａ−Ａｌ−Ｏの組成を有している、請求項１又は７記載の断熱層システム。
【請求項１０】
層（２８）のマトリクス材（３１）が、系Ｇｄ−Ｌａ−Ａｌ−Ｏの組成を有している、請求項１又は７記載の断熱層システム。
【請求項１１】
層（２８）のマトリクス材（３１）が、系Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｒ−Ｏにより形成されている、請求項１又は７記載の断熱層システム。
【請求項１２】
第２相（３４）が、組成ＬａＡＬ１１Ｏ１８を有している、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項１３】
層（２５，２８）が、金属の層、特にＭＣｒＡｌＹ層（２５）である、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項１４】
マトリクス材、又は第２相の材料内のランタンが、別のランタニドにより代替されている、請求項９又は１０又は１２記載の断熱層システム。
【請求項１５】
断熱層システム（１６）が、タービン翼（１）である、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項１６】
断熱層が、少なくとも２層状になっている、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項１７】
断熱層の外側の層部分が、第２相を有している、請求項１６記載の断熱層システム。
【請求項１８】
断熱層の内側の層部分が、第２相を有している、請求項１６記載の断熱層システム。
【請求項１９】
第２相が、局部的にのみ存在している、請求項１記載の断熱層システム。
【請求項２０】
断熱層システムを製造するための方法において、層（２５，２８）のマトリクス材（３１）を、プラズマ溶射により、基板（２２）又は層（２５）に被覆し、第２相（３４）の材料を、副ノズル（４０）を介してマトリクス（３１）内に挿入する、断熱層システムを製造するための方法。
【請求項２１】
断熱層システムを製造するための方法において、層（２５，２８）のマトリクス材（３１）を、ＰＶＤ法により、基板（２２）又は層（２５）に被覆し、第２相（３４）の材料を、副ノズル（４０）を介してマトリクス（３１）内に挿入する、断熱層システムを製造するための方法。
【請求項２２】
断熱層システムを製造するための方法において、層（２５，２８）のマトリクス材（３１）を、ＣＶＤ法により、基板（２２）又は層（２５）に被覆し、第２相（３４）の材料を、副ノズル（４０）を介してマトリクス（３１）内に挿入する、断熱層システムを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱層システムであって、この断熱層システムが、基板と、この基板に位置する層とから成っている形式のもの、及びこれらの層を製造するための方法に関する。
【０００２】
欧州特許第１０２９１０１号明細書につき断熱層が公知である。この場合、セラミックの外側の層が、材料組成Ｌａ−Ａｌ−Ｇｄ−Ｏ又はＳｒ−Ｃａ−Ｚｒ−Ｏを有している。
【０００３】
米国特許第５，５４５，４８４号明細書は、基板が繊維により機械的に補強された層システムを有している。
【０００４】
断熱層は本質的に機能層であり、基板を、例えば大きすぎる熱から保護することが望ましい。基板は、十分に大きい機械的な剛性を有している。断熱層は、同様に熱的な応力又は機械的な応力にさらされており、亀裂が生じたために剥離により機能しなくなる恐れがある。
【０００５】
そこで本発明の課題は、断熱層システム及びこの断熱層システムを製造する方法において、層が熱的及び機械的な応力に、より良好に耐えることのできるものを提示することである。
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の断熱層システムにより解決される。この場合、少なくとも１つの層に第２相が挿入され、この第２相が、層の機械的な特性を改良する。
【０００７】
従属請求項２から１９までには、断熱層システムの別の有利な改良形が列挙されており、これらにより、機械的な剛性（耐たわみ性、耐圧力性など）及び破断強度（Ｋｌｃ）が改良される。
【０００８】
前記第２相は、繊維又は微粒子の形で設けられていてよい。繊維としては、従来の炭素繊維又は別の材料から成る繊維、若しくはウィスカが考慮の対象となる。
【０００９】
第２相を形成する微粒子は、層のマトリクス材と等しいエレメントを有しているか、又は別の材料系から選択されていてもよい。
【００１０】
微粒子が細長い場合には、すなわち、横断面に対して長さの高い比率（大きいアスペクト比）を有している場合には、層、若しくは層のマトリクス材が、亀裂変向及び／又は亀裂分岐により有利に補強される。
【００１１】
補強されるべき層としては、基板に位置する層のセラミック又は金属の層を選択することができる。特にこの層は断熱層である。
【００１２】
第２相により補強された断熱層システムを製造するための課題は、請求項２０，２１及び２２に記載の方法により解決される。
【００１３】
層のマトリクス材は、公知の被覆法、例えばプラズマ溶射、ＣＶＤ（chemical vapour deposition,化学蒸着）又はＰＶＤ（physical vapour deposition,物理蒸着）により被覆され、この場合には、第２相が別個の源を介して層のマトリクス材に挿入される。
【００１４】
本発明の実施例が図面に示されている。
【００１５】
図１は、動翼の斜視図を示している。この動翼１は、長手方向軸線４に沿って延びている。動翼１は、長手方向軸線４に沿って連続的に、固定領域７と、この固定領域７に隣接する翼プラットフォーム１０と、翼羽根領域１３とを有している。
【００１６】
固定領域７には、翼脚部１６が形成されている。この翼脚部１６は、動翼１をターボマシン（図示しない）の軸（図示しない）に固定するために働く。翼脚部１６は、例えばハンマヘッドの形で形成されている。別の構成が可能である。従来の動翼では、全ての領域７，１０，１３及び１６に中実の金属材料が使用される。この場合、動翼１は鋳造法、鍛造法、フライス法又はこれらのうちの組合せにより製造されている。
【００１７】
特に、例えばガスタービンの、より高い温度にさらされている翼羽根領域１３には、断熱層システムの部分である少なくとも１つの層、特に酸化／腐食防止層、及び断熱層が被覆されている。
【００１８】
図２は、本発明による断熱層システム１９を示している。この断熱層システム１９は、例えばニッケル又はコバルトをベースとした超合金による基板２２を有しており、この基板２２には、例えば少なくとも１つの中間層２５が被覆されている。
【００１９】
この中間層２５は複数の層から成っていてよい。これらの層は、例えば拡散バリヤ、接着促進剤層（ＭＣｒＡｌＹ，Ｍ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）、腐食防止層又は固定層（Ｖｅｒａｎｋｅｒｕｎｇｓｓｃｈｉｃｈｔ）として働く。基板２２、又は少なくとも１つの中間層２５には、例えばセラミックの断熱層２８が被覆されている。少なくとも１つの中間層２５と、断熱層２８とは、機械的な負荷にさらされている。
【００２０】
図３は、概略的に中間層２５又は断熱層２８の微細構造を示している。
【００２１】
本発明による層２５，２８は、マトリクス３１と第２相３４とから成っている。マトリクス３１は、種々異なった形状（形態）を有することができる本体から成っている。マトリクス３１は、例えばプラズマ溶射により形成され、これにより、マトリクス材３１の本体は小プレート状の形状を有している。第２相３４は、プラズマ溶射時にマトリクス材３１と、例えば混合し、トーチノズル（Ｂｒｅｎｎｅｒｄｕｅｓｅ）（図４）を介して被覆してよい。
【００２２】
第２相３４は、マトリクス材３１の別の相であってよいが、繊維又はウィスカであってもよい。
【００２３】
第２相３４は、マトリクス３１の機械的な剛性を補強するという課題を有している。このことは、公知の補強機構による繊維補強又は微粒子補強により保証されていてよい。特に第２相４が長細い形状を有している場合には、マトリクス３１の機械的な剛性が高められる。
【００２４】
断熱層２８のための材料としては、欧州特許第１０２９１０１号明細書に開示された材料、すなわち、系Ｌａ１−ｘＧｄｘＡｌＯ３又はＣａ１−ｘＳｒｘＺｒＯ２３が考慮されている。欧州特許第１０２９１０１号明細書は、特に本発明の申請書の開示の一部とする。エレメントＧｄ及びＬａは別のランタニドにより代替してよい。
【００２５】
マトリクス材３１Ｇｄ−Ｌａ−Ａｌ−Ｏのためのマトリクス３１を補強するための第２相としては、特に組成ＬａＡｌ１１Ｏ１８を備えた第２相が使用される。
【００２６】
層２５，２８は、種々異なった被覆法、例えばプラズマ溶射、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法により製造することができる。
【００２７】
プラズマ溶射では、第２相３４はマトリクス材３１と混合し、トーチノズルにより基板２２又は中間層２５に被覆することができる。
【００２８】
しかしながら、所定の第２相３４では、プラズマ溶射の高い温度時にはこの第２層３４が相安定的でない場合が生じ得る。同様に、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法では、これらの方法によってただ１つの材料組成、すなわち、マトリクス３１の組成しか被覆することができない場合があり得る。この場合には、第２層は別個の副ノズル４０（図４）を介して層２５，２８内に挿入される。
【００２９】
図４は、概略的に被覆装置を示している。この被覆装置により、第２相とマトリクス材３１とが被覆される。
【００３０】
例えばプラズマ被覆装置のトーチノズルである主ノズル３７により、又はＰＶＤ装置の基板３７により、マトリクス材３１が、基板２２又は少なくとも１つの中間層２５に被覆される。
【００３１】
別個の源、例えば副ノズル４０によって、第２相３４がマトリクス材３１の微粒子流に混入され、これにより、マトリクス３１には、５０％よりも小さい容量配分を有する第２層が形成される。
【００３２】
図５は、本発明による断熱層システムの層を示している。層２８は少なくとも２層状に形成されており、補強されていない層４６と、第２相により補強された相４３との２つの層から成っている。第１の層４６は、例えば基板２２又は層２５に位置している。次いで層４３、及び外側の層として、補強されていない層４６が続く。亀裂が層４３を貫通して生じることはないか、又は生じにくくなっており、これにより、基板２２からの層２８の剥離が阻止される。
【００３３】
図６は、本発明による断熱層システムの層を示している。この層２８は２層状に形成されており、補強されていない層４６と、第２相により補強されている層４３とから成っている。第１の層４６は、例えば基板２２又は層２５に位置している。次いで層４３が外側の層として続いているか、又はこれとは逆になっている。亀裂が層４３を貫通して生じることはないか、又は生じにくくなっており、これにより、基板２２からの層２８の剥離が阻止される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】タービン翼を示す斜視図である。
【００３５】
【図２】断熱層システムを示す横断面図である。
【００３６】
【図３】本発明の断熱層システムの層の微細構造を示す概略図である。
【００３７】
【図４】本発明による方法を実施することのできる被覆装置の概略図である。
【００３８】
【図５】本発明による断熱層の別の実施例を示す図である。
【００３９】
【図６】本発明による断熱層の別の実施例を示す図である。
【図１】
2005527704.tif 000003
【図２】
2005527704.tif 000004
【図３】
2005527704.tif 000005
【図４】
2005527704.tif 000006
【図５】
2005527704.tif 000007
【図６】
2005527704.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月13日(2004.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱層システムであって、
基板（２２）と、
該基板（２２）に位置する少なくとも１つの層（２５，２８，４３，４６）とから成っており、
該層が、第２相（３４）を有している形式のものにおいて、
少なくとも１つの層（２５，２８，４６）の少なくとも１つの機械的な特性が、層（２５，２８，４６）のマトリクス材（３１）内に設けられた第２相（３４）の存在により、マトリクス材からのみ成る層に対して改良されており、
第２相（３４）が、微粒子により形成されており、これにより、層（２５，２８）の微粒子補強が生じ、
セラミックの断熱層（２８）が、複数の領域（４３，４６）を有しており、少なくとも基板（２２）に隣接した領域（４６）が、微粒子補強を有していることを特徴とする、
断熱システム。
【請求項２】
断熱層システムであって、
基板と、
該基板に位置する少なくとも１つの層とから成っており、
該層が、第２相（３４）を有している形式のものにおいて、
少なくとも１つの層（２５，２８）の少なくとも１つの機械的な特性が、層（２５，２８）のマトリクス材（３１）内に設けられた第２相（３４）の存在により、マトリクス材からのみ成る層に対して改良されており、第２相（３４）が繊維であることを特徴とする、断熱層システム。
【請求項３】
断熱層システムであって、
基板と、
該基板に位置する少なくとも１つの層とから成っている形式のものにおいて、
少なくとも１つの層（２５，２８）の少なくとも１つの機械的な特性が、系Ｌａ−Ａｌ−Ｏの組成を有する層（２５，２８）のマトリクス材（３１）内に設けられた第２相（３４）の存在により、
マトリクス材からのみ成る層に対して改良されていることを特徴とする、断熱層システム。
【請求項４】
断熱層システムであって、
基板と、
該基板に位置する少なくとも１つの層とから成っている形式のものにおいて、
少なくとも１つの層（２５，２８）の少なくとも１つの機械的な特性が、系Ｇｄ−Ｌａ−Ａｌ−Ｏの組成を有する層（２５，２８）のマトリクス材（３１）内に設けられた第２相（３４）の存在により、
マトリクス材からのみ成る層に対して改良されていることを特徴とする、断熱層システム。
【請求項５】
断熱層システムであって、
基板と、
該基板に位置する少なくとも１つの層とから成っている形式のものにおいて、
少なくとも１つの層（２５，２８）の少なくとも１つの機械的な特性が、系Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｒ−Ｏの組成を有する層（２５，２８）のマトリクス材（３１）内に設けられた第２相（３４）の存在により、
マトリクス材からのみ成る層に対して改良されていることを特徴とする、断熱層システム。
【請求項６】
第２相（３４）が、微粒子により形成されており、これにより、層（２５，２８）の微粒子補強が生じる、請求項３から５までのいずれか１項記載の断熱層システム。
【請求項７】
微粒子（３４）が、長細い形状を有している、請求項１又は６記載の断熱層システム。
【請求項８】
第２相（３４）が、繊維である、請求項３から５までのいずれか１項記載の断熱層システム。
【請求項９】
少なくとも１つの層（２５，２８）が、セラミックの層である、請求項１又は２記載の断熱層システム。
【請求項１０】
層（２５，２８）が、断熱層（２８）である、請求項１又は２又は９記載の断熱層システム。
【請求項１１】
第２相（３４）が、組成ＬａＡｌ１１Ｏ１８を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の断熱層システム。
【請求項１２】
層（２５，２８）が、金属の層、特にＭＣｒＡｌＹ層（２５）である、請求項１から５までのいずれか１記載の断熱層システム。
【請求項１３】
マトリクス材又は第２相の材料内のランタンが、別のランタニドにより代替されている、請求項３又は４記載の断熱層システム。
【請求項１４】
断熱層システム（１６）が、タービン翼（１）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の断熱層システム。
【請求項１５】
断熱層が、少なくとも２層状になっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の断熱層システム。
【請求項１６】
断熱層の外側の層部分が、第２相を有している、請求項１５記載の断熱層システム。
【請求項１７】
断熱層の内側の層部分が、第２相（３４）を有している、請求項１４記載の断熱層システム。
【請求項１８】
第２相（３４）が、局部的にのみ存在している、請求項１から５まで又は１５のいずれか１項記載の断熱層システム。
【請求項１９】
断熱層システムを製造するための方法において、層（２５，２８）のマトリクス材（３１）を、被覆法により、基板（２２）又は層（２５）に被覆し、第２相（３４）の材料を、副ノズル（４０）を介してマトリクス（３１）内に挿入する、断熱層システムを製造するための方法。
【請求項２０】
被覆法が、プラズマ溶射法である、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
被覆法が、ＰＶＤ法である、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
被覆法が、ＣＶＤ法である、請求項１９記載の方法。
【国際調査報告】
2005527704.tif 000009
2005527704.tif 000010
2005527704.tif 000011
2005527704.tif 000012
2005527704.tif 000013
2005527704.tif 000014