(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミック又はセラミックマトリックス複合材を含む基材の有用寿命を改善するためのコーティングの提供。【解決手段】セラミック又はセラミックマトリックス複合材を含む基材１２、基材上１２の、ケイ素金属、及びボリア安定化剤を含む結合層１４、及び、結合層上の少なくとも１つの追加の層１６を有する物品１０。ここで、ボリア安定化剤はケイ酸亜鉛、ケイ酸タンタル、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン及びケイ酸タングステンのうちの少なくとも1種を含み、基材１２はホウ素、ボリア、又は、酸化してボリアを生成するホウ素含有種を含む。【選択図】図１
2018114754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック又はセラミックマトリックス複合材を含む基材、
前記基材上の結合層、該結合層はケイ素金属及びボリア安定化剤を含み、該ボリア安定化剤はケイ酸亜鉛、ケイ酸タンタル、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン及びケイ酸タングステンのうちの少なくとも1種を含む、及び、
前記結合層上の少なくとも１つの追加の層、
を含む、物品。
【請求項２】
前記少なくとも１つの追加の層は環境バリアコーティング(EBC)を含み、該EBCは、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（BSAS）、バリウムアルミノシリケート（BAS）、ストロンチウムアルミノシリケート（SAS）、希土類酸化物、希土類ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩又はアルカリ土類アルミノシリケートのうちの少なくとも1種を含む、請求項１記載の物品。
【請求項３】
EBCの外側表面は磨耗性であり、空隙体積率が約10体積％(vol.%)を超える多孔性ミクロ構造を含むか、又は、
前記少なくとも１つの追加の層はEBC上に空隙体積率が約15体積％(vol.%)を超える多孔性磨耗性層をさらに含むか、
の少なくともいずれかである、請求項２記載の物品。
【請求項４】
前記基材はホウ素、ボリア、又は、酸化してボリアを生成するホウ素含有種を含む、請求項１〜３のいずれか1項記載の物品。
【請求項５】
前記結合層の熱膨張係数(CTE)は室温で約2 百万分率/℃(ppm/℃)〜約6 ppm/℃である、請求項１〜４のいずれか１項記載の物品。
【請求項６】
前記結合層はケイ酸ジルコニウム又はケイ酸ハフニウムの少なくともいずれかをさらに含む、請求項1〜５のいずれか1項記載の物品。
【請求項７】
前記結合層は約2体積％(vol.%)〜約40 vol.%のボリア安定化剤を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の物品。
【請求項８】
セラミック又はセラミックマトリックス複合材及びホウ素、ボリア、又は、酸化してボリアを生成するホウ素含有種を含む基材上に、ケイ素金属及びボリア安定化剤を含む結合層を形成すること、該ボリア安定化剤はケイ酸亜鉛、ケイ酸タンタル、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン及びケイ酸タングステンのうちの少なくとも1種を含む、及び、
前記結合層上に少なくとも１つの追加の層を形成すること、
を含む、方法。
【請求項９】
前記基材を加熱して、ホウ素又はホウ素含有種を酸化させてボリアを生成させ、該ボリアを前記基材から前記結合層に拡散させること、及び、前記ボリアを前記ボリア安定化剤と反応させること、該ボリア及びボリア安定化剤は反応して、金属ホウケイ酸ガラスを生成する、
をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記結合層上に前記少なくとも１つの追加の層を形成させることは、結合層上に環境バリアコーティング(EBC)を形成させることを含む、請求項８又は９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示はガスタービンエンジンなどの高温機械システムのためのコーティングに関し、より詳細には、セラミックマトリックス複合材のためのコーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
例えば、ガスタービンエンジンなどの高温機械システムの構成要素は、通常、厳しい環境で操作する。例えば、商業用航空エンジンの高温ガスに曝されるガスタービンエンジンのホットセクション構成要素、例えば、タービンブレード及び/又は羽根は1,000℃を超える表面温度を経験することがある。セラミック又はセラミックマトリックス複合材（CMC）はそのような高温環境において有用であり得るが、いくつかのセラミック又はCMCは、操作環境に存在する又は基材構成要素の特定の層もしくは部分に存在するいくつかの元素及び化合物と反応し得る。そのような元素又は化合物との反応は、セラミック又はCMC基材の劣化をもたらし、寿命の低下をもたらす可能性がある。いくつかの例では、セラミック又はCMC基材は、高温機械システムの操作環境に存在する元素及び化合物への基材の暴露を低減することができる環境バリアコーティングでコーティングされうる。
【発明の概要】
【０００３】
要旨
本開示は、ケイ素金属（例えば、元素ケイ素）及びボリア安定化剤を有する結合層を含む、セラミック又はCMC基材のためのコーティングに関する。いくつかの例では、ボリア安定化剤を含むことにより、セラミック又はCMC基材の有用寿命を改善することができる。
【０００４】
いくつかの例では、本開示は、セラミック又はセラミックマトリックス複合材を含む基材、該基材上の、ケイ素金属及びボリア安定化剤を含む結合層、及び、該結合層上の少なくとも1つの追加の層を含む、物品を記載する。
【０００５】
いくつかの例では、本開示は、セラミック又はセラミックマトリックス複合材及びホウ素、ボリア、又は、酸化してボリアを生成するホウ素含有種を含む基材上に、ケイ素金属及びボリア安定化剤を含む結合層を形成すること、及び、前記結合層上に少なくとも1つの追加の層を形成することを含む技術を記載する。
【０００６】
いくつかの実施例では、本開示は、セラミック又はセラミックマトリックス複合材を含む基材、該基材上の、ケイ素金属と、ケイ酸亜鉛、ケイ酸タンタル、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン及びケイ酸タングステンのうちの少なくとも1種とを含む結合層、及び、該結合層上の環境バリアコーティング（EBC）を含む物品を記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図面の簡単な説明
【図１】図１は一例の結合層を含む一例の物品の断面図である。
【０００８】
【図２】図２は一例の結合層を含む別の一例の物品の断面図である。
【０００９】
【図３】図３は一例の結合層を含む物品を形成するための一例の技術を示すフローダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明
本開示は、セラミック又はセラミックマトリックス複合材（CMC）物品のためのコーティング系を記載する。コーティング系は、ケイ素金属（例えば、元素ケイ素）及びボリア安定化剤を含む結合層を含むことができる。結合層は下層のセラミック又はCMC基材と、環境バリアコーティング（EBC）などの結合層上の少なくとも1つの追加の層との間の接着層として作用することができる。物品が使用される高温環境のために、結合層は熱適合層として挙動することができ、ここで、該結合層はセラミック又はCMC基材の熱膨張係数（CTE）と結合層の上の少なくとも１つの追加の層のCTEとの間のCTEを有し、それによって高温環境における層どうしの接着性を改良させる。
【００１１】
セラミック又はCMC基材は高温用途に良好な特性を示すことができるが、セラミック又はCMC成分の１つの欠点は、燃焼環境における環境耐久性の欠如である。例えば、燃焼環境内の高温のために、特定の元素及び化合物は、物品の異なる層の間を移行又は拡散し、それぞれの層の特性に悪影響を与えるか、又は、異なる層の他の化合物と反応することがある。いくつかの例では、この反応は、外側層の緩慢な退縮又は破裂をもたらし、それによって物品の有用寿命を低減する可能性がある。
【００１２】
いくつかの例では、有害元素及び化合物、例えば、水蒸気、カルシア-マグネシア-アルミナ-シリケート（CMAS）などの侵入を低減及び遅延させるために、EBCなどの保護コーティングをセラミック又はCMC構成要素に適用し、それにより、CMCの有用寿命を長くすることができる。しかしながら、そのような保護コーティングが存在していても、酸素などの特定の分子がコーティングを通って物品に拡散することが依然として起こりうる。例えば、EBCを通って拡散する酸素は、ケイ素金属（例えば、元素ケイ素）結合層と反応して、結合層とEBCとの間の界面に酸化物層、例えば二酸化ケイ素（シリカ; SiO2）を形成することができる。シリカスケールのいくらかの生成でいくつかの利点が得られることがあるが、酸化物層の抑制されない成長は物品に損傷を与えうる。シリカスケールから生じる有害効果の例としては、例えば、結合層とEBCとの間の熱膨張不適合があり、界面での機械応力、ひいてはEBCの破裂が起こり、それによってセラミック又はCMCを水蒸気に暴露させる。
【００１３】
いくつかの例では、シリカスケールの成長速度及び物理的特性は、セラミック又はCMC基材などの物品の他の部分からの結合層への特定の元素又は化合物の拡散によって影響され得る。１つのそのような化合物としてはボリア（例えば、三酸化ホウ素（B2O3））を挙げることができる。例えば、下にあるセラミック又はCMC基材は、ベース成分及び製造プロセスの結果として微量のボリア又はホウ素を含むことができる。高温環境下での物品の操作中に、セラミック又はCMC基材内に存在するボリア、又は、後に酸化されてボリアを生成するホウ素は、基材から1つ又は複数のコーティング層、例えば結合層に移行又は拡散することがある。次いで、ボリアは、ケイ素系結合剤コートと隣接する外側層（例えば、EBC）との間の界面に形成されるシリカスケールと相互作用しうる。いくつかの例では、ボリアは、シリカスケールの粘度を低下させ、シリカスケールの成長を触媒し、シリカスケールを、それがなければアモルファス状態であったものから少なくとも部分的に結晶構造などに変換することができ、最終的にコーティングの劣化をもたらす。いくつかの例では、移行するボリアから誘導される結果として生じる劣化は、コーティングの剥離（delamination）、破裂（spallation）、損傷（damage）、脆化（embrittlement）又は割れ（cracking）を引き起こし、それによって物品の可使寿命を短縮することがある。
【００１４】
いくつかの例では、ボリア安定化剤を結合剤コート内に含めることによって、結合層中に拡散するボリアはボリア安定化剤と相互作用して反応し、安定化されたホウ素複合体（例えば、金属ホウケイ酸ガラス）を生成するであろう。いくつかの例では、安定化されたホウ素複合体は、結合層が遭遇する温度で増加した粘度又はボリアに比べて上昇した融点を有し、それによって安定化されたホウ素複合体が1つ以上の外側コーティング層に移行するのを阻害する。いくつかの例では、安定化されたホウ素複合体は、例えば破裂を含む結合剤コートに有害効果を引き起こすクリストバライトの存在を減少させるのにも役立つことができる。本明細書で使用されるときに、「ボリア安定化剤」は、ボリアと反応してボリアがセラミック又はCMC物品の外側コーティング層へさらに移行するのを抑制する、結合層への添加剤である。例示的なボリア安定剤はケイ酸亜鉛、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸タンタル、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン、ケイ酸タングステン又はそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの例では、ボリア安定化剤はケイ酸亜鉛、ケイ酸タンタル、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン又はケイ酸タングステンのうちの少なくとも1種を含むことができる。いくつかの例では、ボリア安定化剤は少なくともケイ酸亜鉛を含むことができる。
【００１５】
図１は、基材12と、該基材12上の結合層14及び結合層14上に適用された少なくとも1つの追加の層16を含むコーティング18とを含む、例示的な物品10の概念図である。基材12はセラミック又はCMCを含むことができる。
【００１６】
上述のように、セラミック又はCMC構成要素は、例えばガスタービンエンジンを含む様々な高温用途に有用である。セラミック又はCMC構成要素は、ガスタービンエンジンが高温で操作するのを可能にする優れた高温での機械、物理及び化学的特性を有する。いくつかの例では、物品10はガスタービンエンジンのシールセグメント、ブレードトラック、翼形部、ブレード、羽根、燃焼チャンバライナなどを表すことができる。
【００１７】
いくつかの例では、基材12は、例えば、炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素（Si3N4）、酸窒化ケイ素及び酸窒化ケイ素アルミニウム、Si含有金属合金、例えば、モリブデン-ケイ素合金（例えば、MoSi2）及びニオブ-ケイ素合金（例えば、NbSi2）、及び、酸化物-酸化物CMCを含む1種以上のセラミック材料を含むことができる。基材12がCMCを含む例では、基材12はマトリックス材料及び補強材料を含むことができる。マトリックス材料は、例えば、ケイ素金属（例えば、元素ケイ素）、SiC又は上記の他のセラミックなどのセラミック材料を含むことができる。CMCは、セラミック繊維、ウィスカー、プレートレット(platelet)、又は、チョップド繊維もしくは連続繊維、例えば、モノフィラメント又はマルチフィラメント織物などの補強材料をさらに含むことができる。いくつかの例では、補強材料は、SiC、C、本明細書に記載の他のセラミック材料などを含むことができる。例えば、基材12は、SiC-SiCセラミックマトリックス複合材を含むことができる。
【００１８】
基材12は、例えば、化学気相堆積（CVD）、化学気相浸透（CVI）、ポリマー含浸及び熱分解（PIP）、液体ポリマー浸透（LPI）、スラリー浸透、液体ケイ素浸透（LSI）、溶融浸透（MI）、ホットプレス焼結、それらの組み合わせ又は他の技術を含む任意の適切な技術を用いて製造することができる。いくつかの例では、CMC基材12は、例えば、ホウ素、ボリア、又は、使用中に酸化してボリアを形成するホウ素含有種を有する不純物又は添加剤を含むことができる。
【００１９】
物品10は基材12上の結合層14を含む。結合層14はケイ素金属（例えば、元素ケイ素）及びボリア安定化剤を含み得る。結合層14は物品10が結合層14を含まない例と比較して、基材12に対する少なくとも１つの追加の層16の接着性を改良することができる。さらに、基材12と少なくとも1つの追加の層16との間に結合層14を含ませることによって、基材12から物品10の外側層への、そしてその逆の、元素又は化合物の拡散を減らすことができる。例えば、基材12は、コーティング18の1つ以上の層に有害な影響を及ぼす可能性のある比較的揮発性の化合物、例えば、三酸化ホウ素（例えば、ボリア）を含むことができる。上記のように、高温環境下での物品10の操作中に、基材12内に存在する微量のホウ素又はボリアは、基材12から物品10の1つ又は複数の外側層に移行又は拡散し始める可能性がある。結合層14にボリア安定化剤が存在しないと、ボリアは、例えば、結合層14と少なくとも１つの追加の層16との界面に自然に形成されることができるシリカスケール19を含む、コーティング18の層中に存在する化合物と相互反応することができる。いくつかのこのような例では、ボリアは、シリカスケール19の粘度を低下させ、シリカスケールの成長を触媒し、シリカスケールの少なくとも一部を、なければアモルファス状態であったものから結晶構造などに変換させ、最終的に外側コーティング層の劣化をもたらす。例えば、基材12からのボリアは、シリカスケール19のアモルファス構造を結晶性クリストバライト構造に変化させることができ、スケール層の脆化又はクリストバライト構造の有意な体積変化を熱サイクル中にもたらす。これにより、シリカスケール19の一部をクラックさせることがある。いくつかの例では、移行しているボリアから誘導される結果として生じる劣化は、結合層14、シリカスケール19又は少なくとも1つの追加の層16の剥離、破裂、損傷、脆化又はクラッキングを引き起こし、それによって物品10の可使寿命を短縮する。
【００２０】
ボリア安定化剤は、基材12からのボリアの物品10の外側層（例えば、少なくとも1つの追加の層16）への移行を阻害することができる。例えば、結合層14中のボリア安定化剤は、ボリアが結合層14を通して拡散するときに、安定化されたホウ素錯体を生成するように、ボリアと相互作用するか又はボリアと反応し得る。いくつかの例では、安定化されたホウ素錯体は、ボリアと比較して粘度が増加して、ボリア分子が結合層14と追加の層16との間の界面に又はそれを超えて移行するのを阻止することができる。加えて又は代わりに、安定化されたホウ素錯体は、結合層14上に形成されたシリカスケールの結晶化度を低減しうる非晶性複合体を生成し、ホウケイ素酸化物と比較して比較的高い融点を有する複合体を生成し、又は、結合層14の耐クリープ性を改善することができる。
【００２１】
いくつかの例では、ボリア安定化剤は、ケイ酸亜鉛、ケイ酸タンタル、ケイ酸ニオブ、ケイ酸モリブデン又はケイ酸タングステンのうちの少なくとも1種を含み得る。ボリア安定化剤は、ボリア安定化剤及び得られる安定化ボリア複合体が結合層14のケイ素金属と適合するCTEを有し、結合層14と隣接する基材12又は追加の層16のいずれかとの間の熱膨張係数(CTE)の適合性を有意に変化させないように選択することができる。いくつかの例では、ボリア安定化剤のCTE及び得られる安定化ボリア複合体のCTEは、室温（例えば、約25℃）で約0.1ppm /℃〜約6ppm /℃、いくつかの例では約2ppm /℃〜約5ppm /℃であってよい。結合層14の組成に依存して、層14は、室温で約1ppm /℃〜約9ppm /℃、いくつかの例では室温で約2ppm /℃〜約6ppm /℃、そしていくつかの例では、室温で約3ppm /℃〜約5ppm /℃のCTEを有することができる。層のCTEは、例えば、ASTM試験方法E228に示され、記載されているとおりのプッシュロッド式膨張計試験手順を用いることを含む、任意の適切な技術を使用して決定することができる。
【００２２】
加えて又は代わりに、ボリア安定化剤は、結果として生じる安定化ボリア複合体が、操作中の結合層14の溶融又は破裂を防止するために比較的高い融点（例えば、約1400℃超）を示すように選択されるべきである。いくつかの例では、ボリア安定化剤は、ケイ酸亜鉛（例えば、Zn2SiO4又はウィレマイト）を含み得る。ケイ酸亜鉛は結合層14のケイ素金属のCTE（例えば、室温で約2.6ppm /℃）に適合する比較的低いCTE（例えば、室温で約0〜2ppm /℃）を有する。さらに、ケイ酸亜鉛はボリアと反応して比較的高い融点（例えば、約1500℃）を有するホウケイ酸亜鉛ガラス複合体を生成し、それにより、ボリアが物品10の他の層に移行するのを有意に抑制し、また、結合層14が操作中に溶解し又は剥離するのを防止する。いくつかの例では、ケイ酸亜鉛は、約2体積％（vol.％）〜約40vol.％の量で、結合層14を形成するために使用されるシリコン金属と共に添加されうる。
【００２３】
いくつかの例では、結合層14は約2体積％〜約40体積％の量のケイ酸ジルコニウム又はケイ酸ハフニウムを含むこともできる。このような例では、ケイ酸ジルコニウム又はケイ酸ハフニウムは結合層14の耐クリープ性を高めるのを補助することができる。
【００２４】
いくつかの例では、結合層14は、例えば、遷移金属炭化物、遷移金属ホウ化物又は遷移金属窒化物、ムライト（ケイ酸アルミニウム、Al6Si2O13）、シリカ、ケイ化物、炭化ケイ素、希土類ケイ酸塩、希土類酸化物などを含む、1種又は複数の接着促進剤を含むことができる。結合層14内の接着促進剤（例えば、SiC）の存在は、結合層14の基材12への接着性又は少なくとも1つの追加の層16への接着性を改善し得る。さらに、接着促進剤は、結合層14のCTEを、結合層14と基材12との間、又は、結合層14と追加の層16との間のより良好なCTEの適合性を可能にするように変性することができる。
【００２５】
結合層14は、例えば、溶射（例えば、プラズマ溶射）、物理的気相堆積（PVD）、電子ビーム物理的気相堆積（EB-PVD）、指向気相堆積（DVD）、化学気相堆積（CVD）、陰極アーク堆積、スラリー堆積、ゾル-ゲル堆積、電気泳動堆積及びそれらの組み合わせを含む、任意の適切な技術を用いて基材12上に形成されうる。いくつかの例では、図1のz軸方向に測定される結合層14の厚さは、適用技術に少なくとも部分的に基づいて選択されうる。例えば、プラズマ溶射は、より低密度の層として結合層14を堆積させることができ、そして比較的厚い、例えば、約75マイクロメートル（μm）又はそれ以上の拡散バリア14を形成するために使用することができる。別の例として、CVDは、比較的密な層として結合層14を堆積し、例えば、約10μmの比較的薄い結合層14を形成するために使用することができる。いくつかの例では、結合層14は、層間に望ましくない応力をもたらす、基材12と1つ以上の追加の層16との間のCTE不適合を低減するために、比較的薄いものとすることができる。いくつかの例では、結合層14の厚さは約10μm〜約350μmであることができる。
【００２６】
物品10はまた、結合層14上に形成された少なくとも1つの追加の層16を含む。いくつかの例では、少なくとも1つの追加の層16は結合層14上に形成された層の組み合わせを表すことができる。いくつかの例では、少なくとも1つの追加の層16は、図1に示すように、拡散バリア14と直接接触していることができ、一方、他の例では、少なくとも1つの追加の層16は1つ以上の中間層の存在によって結合層14から分離されていることができる。いくつかの例では、中間層は意図的に堆積されてよく、他の例では、物品10の操作中に中間層が形成されてもよい（例えば、二酸化ケイ素スケール層の成長）。本明細書で使用されるときに、ある層が別の層の「上にある(on)」との記載の使用は、層が直接接触している（例えば、直接的に隣接している）か、又は、層が1つ以上の中間層によって分離されている（例えば、間接的に隣接している）構成の両方を包含することが意図される。
【００２７】
いくつかの例では、少なくとも1つの追加層16は、物品10に環境保護、熱保護及び/又はCMAS耐性を提供し得る環境バリアコーティング（EBC）を含み得る。いくつかの例では、EBC層は、物品10が使用される環境に存在する化学種、例えば、水蒸気、カルシア-マグネシア-アルミナ-シリケート（CMAS;ガスタービンエンジンの吸気ガス中に存在し得る汚染物質）などと下層との接触を低減させるように選択される構成要素及び物理的構成を含んでもよい。EBC層は、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（BSAS）、バリウムアルミノシリケート（BAS）、ストロンチウムアルミノシリケート（SAS）、希土類酸化物、希土類ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、又は、アルカリ土類アルミノシリケートのうちの少なくとも1つを含むことができる。例えば、EBC層は、少なくとも1種の希土類モノシリケート（RE2SiO5 、ここで、REは希土類元素である）、少なくとも1種の希土類ジシリケート（RE2Si2O7、ここで、REは希土類元素である）、又は、それらの組み合わせを含むことができる。希土類酸化物、希土類モノシリケート又は希土類ジシリケート中の希土類元素は、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）のうちの少なくとも1種を含むことができる。いくつかの例では、希土類酸化物は、Yb、Y、Gd又はErのうちの少なくとも1種の酸化物を含む。
【００２８】
いくつかの例では、EBC層は、少なくとも1種の希土類酸化物及びアルミナ、少なくとも1種の希土類酸化物及びシリカ、又は、少なくとも1種の希土類酸化物、シリカ及びアルミナを含むことができる。いくつかの例では、EBCは、EBCの主要成分に加えて添加剤を含むことができる。例えば、EBCは、TiO2、Ta2O5、HfSiO4、アルミナ（Al2O3）、アルカリ金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物のうちの少なくとも1種を含むことができる。添加剤は、層の1つ以上の所望の特性を変更するためにEBC層に添加されてよい。例えば、添加剤成分は、追加の層16のCMAS（ガスタービンエンジンの吸気ガス中に存在し得る汚染物質）との反応速度を増加させ又は減少させることができ、CMASとEBC層の構成成分との反応からの反応生成物の粘度を変えることができ、少なくとも1つの追加の層16の結合層14又は少なくとも1つの追加の層16を形成する他の層への接着性を増加させることができ、EBC層などの化学的安定性を増加又は減少させることなどができる。いくつかの例では、EBC層は、ハフニア及び/又はジルコニアを実質的に含まなくてよい（例えば、含まない又は殆ど含まない）。ジルコニア及びハフニアは、CMASによる化学攻撃の影響を受けやすいので、ハフニア及び/又はジルコニアを実質的に含まないEBC層は、ジルコニア及び/又はハフニアを含むEBCよりもCMAS攻撃に対してより耐性であり得る。
【００２９】
いくつかの例では、EBC層は、緻密ミクロ構造、柱状ミクロ構造又は緻密ミクロ構造と柱状ミクロ構造との組み合わせを有することができる。緻密ミクロ構造は、CMAS及び他の環境汚染物の浸透を防止する上でより効果的であることができるが、柱状ミクロ構造は熱サイクル中により歪み耐久性であることができる。緻密ミクロ構造及び柱状ミクロ構造の組み合わせは、完全に柱状のミクロ構造よりもCMAS又は他の環境汚染物質の浸透を防止する上でより効果的である一方、完全な緻密なミクロ構造よりも熱サイクル中に歪み耐久性がある。いくつかの例では、緻密ミクロ構造を有する少なくとも1つの追加の層16は約20体積％未満、例えば、約15体積％未満、10体積％未満又は約5体積％未満の気孔率を有することができ、ここで、気孔率は細孔体積をEBC層の全体積で割った百分率として測定される。
【００３０】
加えて又は代わりに、少なくとも1つの追加層16は外側磨耗性層を含むことができる。磨耗性層は、希土類酸化物、希土類ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩又はアルカリ土類アルミノシリケートのうちの少なくとも1種を含むことができる。例えば、磨耗性層は、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（BSAS）、バリウムアルミノシリケート（BAS）、ストロンチウムアルミノシリケート（SAS）、少なくとも1種の希土類酸化物、少なくとも1種の希土類モノシリケート（RE2SiO5、ここで、REは希土類元素である）、少なくとも1種の希土類ジシリケート（RE2Si2O7、ここで、REは希土類元素である）、又は、それらの組み合わせを含むことができる。
【００３１】
いくつかの例では、磨耗性層は多孔質であることができる。磨耗性層の多孔性は、磨耗性層の熱伝導率を低下させ、及び/又は、層の磨耗性に影響を及ぼし得る。いくつかの例では、磨耗性層は、約10体積％〜約50体積％の気孔率を備える。他の例では、磨耗性層は、約15体積％〜約35体積％又は約20体積％の気孔率を備える。磨耗性層の気孔率は磨耗性層の全体積（磨耗性層中の材料の体積及び磨耗性層内の細孔/クラックの体積の両方を含む）で割った、磨耗性層内の細孔又はクラックの体積と本明細書において規定される。
【００３２】
磨耗性層は、例えば、プラズマ溶射などの溶射技術を用いて形成することができる。磨耗性層の多孔性は、コーティング材料添加剤及び/又は所望の多孔性を生成する処理技術を用いて制御することができる。いくつかの例では、実質的に独立の細孔が望ましい場合がある。いくつかの例では、構成要素（例えば、ブレードトラック）の使用温度で溶融又は燃焼するコーティング材料添加剤を、磨耗性層を形成するコーティング材料に組み込むことができる。コーティング材料添加剤は、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を含むことができ、外側表面又は物品10上にコーティング材料を堆積させて磨耗性層を形成する前にコーティング材料に取り込まれることができる。その後、コーティング材料添加剤は、続いて行う熱処理中又はガスタービンエンジンの操作中に溶融又は燃焼除去して、磨耗性層に孔を形成されてよい。堆積後の熱処理は、約1500℃までで行うことができる。
【００３３】
磨耗性層の多孔性は、コーティング材料及びコーティング材料添加剤を2つの放射状粉末供給射出ポートを用いてプラズマ流に供給する共噴射法技術を用いてコーティング材料をプラズマ溶射することによって形成及び/又は制御することができる。コーティング材料及びコーティング材料添加剤の供給圧力及び流速はプラズマプルームの外縁に材料を90°の直接注入を用いて注入して調整することができる。これは、コーティング材料粒子を軟化させるが、完全には溶融させず、コーティング材料添加剤を燃焼除去させないが、磨耗性層の付着のために十分に軟化させることを可能にする。
【００３４】
図2は基材12上の結合層14、結合層14上の比較的高密度のEBC層22、及び、EBC層22上の磨耗性層24を含む多層コーティング26を有する基材12を含む、別の例示的な物品20の概念図である。
【００３５】
EBC層22及び磨耗性層24は、少なくとも1つの追加の層16に関して上述したEBC及び磨耗性層と実質的に同じであることができる。いくつかの例では、EBC22は希土類ケイ酸塩を含み、実質的に緻密である（例えば、実質的に非孔質である）層となり、水蒸気が基材12と接触して反応するのを防止することによって基材12を保護してもよい。いくつかの例では、実質的に緻密なミクロ構造を有する層は、約30体積％未満、例えば約10体積％未満、又は、約5体積％未満である気孔率を有することができ、ここで、気孔率は、細孔体積を全層体積で割った百分率として測定される。気孔率は、水銀ポロシメトリー又は光学的画像分析などの技術によって測定することができ、これは、連続気孔及び独立気孔を視覚的に区別することができる。いくつかの例では、EBC層22は、約10μm〜約350μmの厚さを画定する。逆に、磨耗性層24は比較的多孔性（例えば、約30体積％より大きい、例えば、約10体積％〜50体積％の空隙体積率）であることができ、そして約150μm〜約2500 μmの厚さを画定してもよい。
【００３６】
図3は、結合層14を含む物品10又は20を形成するための例示的な技術を示すフローダイアグラムである。図3の技術は図1の概念図を同時に参照しながら説明するが、別の例では、図３の技術は別のセラミック又はCMC物品を形成するために使用されることができ、又は、物品10及び20は図3に記載されたものとは異なる技術を用いて形成されることができる。
【００３７】
図3は、基材12（30）上に結合層14を堆積させることを含む例示的な技術を示す。上述したように、結合層14は、例えば、CVD、PVD、スラリー堆積、溶射などを含む様々な技術のうちの任意の1つ以上を用いて形成することができる。結合層14は、ケイ素金属及びボリア安定化剤（例えば、ケイ酸亜鉛）を含むことができる。いくつかの例では、ボリア安定化剤は、約2体積％〜約40体積％の量でケイ素金属（例えば、元素ケイ素）と組み合わされることができる。
【００３８】
また、図3の技術は、結合層14（32）上に少なくとも1つの追加の層16を形成することを含む。上述のように、少なくとも1つの追加の層16は、EBC層、磨耗性層、熱バリア層、CMAS抵抗層又はそれらの組み合わせを含むことができる。追加の層16は、例えば、CVD、PVD、スラリー堆積、溶射などを含む様々な技術のうちの任意の1つ以上を用いて形成することができる。
【００３９】
様々な例は記載されてきた。これらの実施例及び他の実施例は以下の特許請求の範囲内にある。
【図１】
2018114754.tif 000003
【図２】
2018114754.tif 000004
【図３】
2018114754.tif 000005
【外国語明細書】
2018114754000001.pdf