(57)【要約】【課題】温度上昇時にせん断負荷を受けるときのＥＢＣのクリープ変位を抑制するための、部品のケイ素含有領域にある環境バリアコーティング（ＥＢＣ）およびケイ素含有領域への表面特徴の組み込みを提供する。【解決手段】物品（２）を形成する方法は、物品（２）の基材（４）の表面にあるケイ素含有層（１０）に、基材（４）の表面またはケイ素含有層（１０）に据えたマスク（６０、９０）を用いて、複数の溝および隆起（２４）を形成することを含む。【選択図】図１
2018080101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品（２）を形成する方法であって、
前記物品（２）の基材（４）の表面にあるケイ素含有層に、前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）に据えたマスク（６０、９０）を用いて、複数の溝および隆起（２４）を形成すること、を含む方法。
【請求項２】
前記ケイ素含有層（１０）は、ケイ素元素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、金属ケイ化物、ケイ素合金、またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基材（４）は、強化相および／またはマトリックス相として炭化ケイ素を含有するセラミックマトリックス複合材料である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ケイ素含有層（１０）の前記表面に被さる、酸化物相、希土類ケイ酸塩、希土類アルミノケイ酸塩、アルカリ土類アルミノケイ酸塩またはそれらの混合物を含む、少なくとも１つの外側層（１４、１６、１８、２０）を形成することをさらに含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の溝および隆起（２４）は、前記ケイ素含有層（１０）に前記マスク（６０、９０）を通じて前記ケイ素含有材料を吹き付けることによって、前記ケイ素含有層（１０）に前記ケイ素含有材料を付加することにより形成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の溝および隆起（２４）は、前記ケイ素含有層（１０）を部分的に除去することにより形成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記マスク（６０、９０）は、シリコーンゴムなどの可撓性の耐熱材料で形成される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）に前記マスク（６０、９０）を接着することをさらに含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記マスク内の冷却溝（８０）に冷却流体を循環させることによって、前記複数の溝および隆起を形成中に前記マスク（６０、９０）を冷却することをさらに含む、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記マスク（６０、９０）は、熱可塑性物質またはアルミニウムをレーザ溶融するなどの付加製造処理によって、前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）に据えられる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記物品（２）は、ガスタービンエンジンの回転部品であり、前記溝および隆起（２４）は、前記物品（２）の回転中に前記物品（２）に加わるせん断負荷（τ）と略垂直な方向に延在している、請求項１乃至１０のいずれか１項により作られた物品。
【請求項１２】
物品（２）の基材（４）の表面にあるケイ素含有層（１０）に複数の溝および隆起（２４）を形成するためのマスク（６０、９０）であって、可撓性の耐熱材料で形成されており、前記複数の溝および隆起（２４）に対応するパターンで複数の開口（４４）を備える、マスク（６０、９０）。
【請求項１３】
前記可撓性の耐熱材料はシリコーンゴムである、請求項１２に記載のマスク（６０、９０）。
【請求項１４】
前記可撓性の耐熱材料は、金属または繊維ガラスで強化されている、請求項１２または１３に記載のマスク（６０、９０）。
【請求項１５】
前記マスク（６０、９０）は、前記物品（２）の三次元幾何形状に対応する三次元幾何形状を有する、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載のマスク（６０、９０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、概して、タービンエンジンの過酷な熱環境などの高温環境に晒される部品を保護するのに適したコーティング系およびコーティング方法に関する。より詳しくは、本技術は、部品のケイ素含有領域にある環境バリアコーティング（ＥＢＣ）と、温度上昇時にせん断負荷を受けるときのＥＢＣのクリープ変位を抑制するためのケイ素含有領域への表面特徴の組み込みとに向けられる。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンの効率を高めるために、それらの動作温度を高めることが求められ続けている。鉄系、ニッケル系およびコバルト系の超合金の形成を通じて高温性能が著しく進歩してきたが、代替材料が研究されてきた。燃焼器ライナ、ベーン、シュラウド、ブレード、およびタービンエンジンの他の高温セクション部品などの、そのような高温用途のためにセラミック複合材料が現在検討されている。セラミック複合材料の一部の例としては、ケイ素系複合材料、例えば、ケイ素、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、および／またはケイ化物が強化相および／またはマトリックス相の役割を果たす複合材料が挙げられる。
【０００３】
多くの高温用途では、Ｓｉ含有材料のための保護コーティングが有益であるかまたは必要とされる。そのようなコーティングは、水含有環境におけるＳｉ含有材料の劣化の主要なメカニズム、すなわち、揮発性水酸化ケイ素（例えば、Ｓｉ（ＯＨ）4）生成物の形成を抑制することによって、耐環境性をもたらすべきである。以下では、これらの機能を有するコーティング系を環境バリアコーティング（ＥＢＣ）系と称する。コーティング材料の所望の特性としては、Ｓｉ含有基材材料に適合する熱膨張率（ＣＴＥ）、低い酸化物質透過性、低熱伝導率、安定性およびＳｉ含有材料との化学的適合性が挙げられる。
【０００４】
ケイ素含有ボンドコートのケイ素成分は、高温で酸素と反応して、主として非晶質酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の薄片を形成するが、少量の酸化生成物が、結晶質酸化ケイ素またはボンドコートおよび／またはＥＢＣの他の成分の酸化物である場合がある。非晶質酸化ケイ素生成物は、低い酸素透過性を示す。結果として、ボンドコート上で熱成長する酸化ケイ素生成物は、ケイ素含有ボンドコートと共に、保護バリア層を形成することができる。
【０００５】
運転中にケイ素含有ボンドコートに形成される非晶質酸化ケイ素生成物は、比較的低い粘性を有し、結果としてせん断負荷の下でのクリープ率が高くなる。タービンエンジンのブレード（バケット）などの移動パーツの高周波回転により生じる（例えば、約１０，０００〜約１００，０００ｇの）重力によって、（例えば、約０．１〜１０ＭＰａの）高せん断負荷が課される場合がある。そのようなせん断負荷は、ボンドコートおよび基材に対するＥＢＣのクリープ変位を生じさせ、深刻なＥＢＣ損傷および下地基材のＥＢＣ保護の損失をもたらす場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／００１１８４３号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本技術の一例によれば、物品を形成する方法は、物品の基材の表面にあるケイ素含有層に、基材の表面またはケイ素含有層に据えたマスクを用いて複数の溝および隆起を形成することを含む。
【０００８】
本技術の別の例によれば、物品の基材の表面にあるケイ素含有層に複数の溝および隆起を形成するためのマスクは、可撓性の耐熱材料で形成され、複数の溝および隆起に対応するパターンで複数の開口を備える。
【０００９】
本技術のさらなる例によれば、物品は、ガスタービンエンジンの回転部品であり、溝および隆起は、物品の回転中に物品に加わるせん断負荷と略垂直な方向に延在する。
【００１０】
本技術のこれらおよび他の特徴、態様ならびに利点は、図面を通して同様の文字が同様の部分を表している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本技術の方法により本技術のコーティングでコートされうる物品または部品を概略的に示す図である。
【図２】本技術の例によるコーティングを含む、図１の物品または部品の断面を概略的に示す図である。
【図３】本技術の例による物品または部品のボンドコートの工業表面（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を概略的に示す図である。
【図３Ａ】本技術の例による物品または部品のボンドコートの工業表面（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を概略的に示す図である。
【図３Ｂ】本技術の例による物品または部品のボンドコートの工業表面（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を概略的に示す図である。
【図４】工業表面を形成する処理を概略的に示す図である。
【図５】工業表面を形成する処理を概略的に示す図である。
【図６】工業表面を形成する処理を概略的に示す図である。
【図７】本技術による、工業表面を形成する装置を概略的に示す図である。
【図７Ａ】本技術による、工業表面を形成する別の装置を概略的に示す図である。
【図７Ｂ】本技術による、工業表面を形成する別の装置を概略的に示す図である。
【図７Ｃ】本技術による、工業表面を形成する別の装置を概略的に示す図である。
【図７Ｄ】本技術による、工業表面を形成する別の装置を概略的に示す図である。
【図７Ｅ】本技術による、工業表面を形成する別の装置を概略的に示す図である。
【図７Ｆ】本技術による、工業表面を形成する別の装置を概略的に示す図である。
【図８】本技術による、工業表面を形成する装置を概略的に示す図である。
【図８Ａ】本技術による、工業表面を形成する別の装置を概略的に示す図である。
【図９】本技術による、工業表面を形成するためのマスクを有する翼形を概略的に示す図である。
【図１０】図９の翼形およびマスクの別の表示を概略的に示す図である。
【図１１】図９および図１０の翼形およびマスクの別の表示を概略的に示す図である。
【図１２】マスクが除去された、図９の翼形と、その上に形成された工業表面とを概略的に示す図である。
【図１３】図１２の翼形を別の視点から概略的に示す図である。
【図１４】図１２および図１３の翼形を別の視点から概略的に示す図である。
【図１５】本技術によるマスクを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本技術は、概して、比較的高い温度、応力、および酸化により特徴づけられる環境中で動作する部品に適用することができる。そのような部品の顕著な例としては、高温タービンおよび低温タービンのベーン（ノズル）およびブレード（バケット）が挙げられるが、本技術は他の部品への用途も有する。
【００１３】
図１および図２を参照すると、物品または部品２、例えばタービンバケットまたはブレードは、高温の化学的反応性の環境で動作するときに物品または部品を保護する環境バリアコーティング（ＥＢＣ）系２２を含むことができる。部品２は、プラットフォーム６から延在する基材４、例えば翼形セクションを含むことができる。プラットフォーム６は、ロータなどの回転要素（不図示）に部品を取り付けて固定するように構成された取り付け固定構造８を含むことができる。基材４は、ケイ素含有領域を含むことができる。ケイ素含有材料の例としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ化物（例えば、非限定的に、例えばＭｏ、Ｎｂ、もしくはＷのケイ化物を含む、耐熱金属または遷移金属のケイ化物）および／またはマトリックス相もしくは二次相としてのケイ素を有する材料が挙げられる。さらなる例としては、強化相および／またはマトリックス相として炭化ケイ素を含有するセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）が挙げられる。
【００１４】
図２のＥＢＣ系２２は、基材４の表面に直接適用されるものとして示す様々な異なるＥＢＣ系のうちの１つを表している。例えば、米国特許第６，２９９，９８８号明細書には、ケイ素含有ボンドコートが開示されている。ボンドコート１０は、さらに、第１すなわち初期のＥＢＣ層１４を基材４および随意にＥＢＣ系２２の少なくとも１つの追加層１６、１８、２０に接合するものとして表されている。ＥＢＣ系２２は、下地基材４に耐環境性をもたらす。ＥＢＣ系は、部品２の動作温度を下げることにより、より高いガス温度で部品２が動作することを可能にすることもできる。図２は、ケイ素含有ボンドコート１０を含むものとして部品２を表しており、この場合、ボンドコート１０により形成されたケイ素含有表面領域に第１のＥＢＣ層１４を直接堆積させるが、本技術は、本明細書で説明するようなボンドコート１０を含まない部品２にも適用することができ、この場合、基材４により形成されたケイ素含有表面領域に第１のＥＢＣ層１４を直接堆積させることができる。以下でより詳細に説明する構成層１２、または構成層１２の一部分が、第１のＥＢＣ層１４の適用前に存在してもよいことを理解されたい。
【００１５】
燃焼環境におけるケイ素含有材料の劣化によって、水蒸気との反応が生じて揮発性水酸化ケイ素（例えば、Ｓｉ（ＯＨ）4）生成物が形成される。ＥＢＣ系２２は、ボンドコート１０および／または基材４と水蒸気との化学反応による後退に抵抗するか、部品２の動作温度を下げる温度勾配をもたらすか、または両方の役割を果たすことができる。本技術と共に使用できる好適なＥＢＣ系としては、非限定的に、例えば、米国特許第６，２９６，９４１号明細書および同第６，４１０，１４８号明細書に開示されるものが挙げられる。ＥＢＣ系２２は、シーリング、反応バリア、後退抵抗、および／または熱バリアの機能のうちの多くを果たすことができる。
【００１６】
上で述べたように、ボンドコート１０および基材４の各々は、部品２においてケイ素を含有する表面領域を形成することができる。例えば、ボンドコート１０は、ケイ素元素を含んでもよく、または本質的にケイ素元素から成ってもよい。代わりに、ボンドコート１０は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、金属ケイ化物、ケイ素元素、ケイ素合金、またはそれらの混合物を含有してもよい。ボンドコート１０は、さらに、酸化ケイ素、希土類ケイ酸塩、希土類アルミノケイ酸塩、および／またはアルカリ土類アルミノケイ酸塩などの酸化物相を含有してもよい。ボンドコート１０にケイ素含有成分を使用することによって、基材４の耐酸化性が向上するとともに、基材４と第１のＥＢＣ層１４の間の接合が高まる。ボンドコート１０のケイ素は、温度上昇時に酸素と反応して、図２に概略的に表すように、その表面にある非晶質酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を主とする構成層１２を熱成長させる。非晶質酸化ケイ素の熱成長した酸化物は、低い酸素透過性を示す。結果として、構成層１２は、ケイ素含有ボンドコート１０と共に、ボンドコート１０および基材４への酸素の浸透を妨げることができる。構成層１２の成長中、非晶質酸化ケイ素の一部を結晶質酸化ケイ素および追加不純物の元素に結晶化することができ、内部に二次相を組み入れることができる。
【００１７】
ケイ素含有ボンドコート１０が存在しない場合、ＥＢＣ系２２の第１の層１４を基材４により形成された部品２のケイ素含有表面領域に直接堆積させることができ、この場合、基材４は、温度上昇時に酸素と反応して、上で説明した酸化ケイ素に富む構成層１２を形成するのに十分なケイ素成分を有する組成を有するように形成される。さらに、基材４の組成に応じて、この層を、主として非晶質酸化ケイ素生成物、酸化ケイ素に富むガラス、または、少なくとも１つの相が酸化ケイ素に富む多相混合物とすることができる。便宜上、残りの開示は、図２に表したような、ボンドコート１０を含む実施形態を参照するが、本開示は、基材４の表面に形成された構成層１２にも等しく適用されることを理解されたい。
【００１８】
ケイ素含有ボンドコート１０、または基材４などの別のケイ素含有表面領域に形成された構成層１２は、適用によっては、高温運転中に約５０μｍ以上の厚さまで成長する場合がある。構成層１２は、比較的低い粘性を有し、結果として、タービンエンジンのブレード（バケット）などの部品の回転中に生じる重力により課されうるせん断負荷τの下で高クリープ率を有する場合がある。構成層１２のクリープの結果として、基材４に被さるＥＢＣ系２２の変位は、約１３１５℃（約２４００°Ｆ）での２５，０００時間の運転にわたって１００ｍｍを超える場合がある。そのような大きなクリープ変位によって、ＥＢＣ系２２の深刻な損傷および下地基材４の耐環境性の直接損失が生じる場合がある。
【００１９】
図３を参照すると、構成層１２のクリープを軽減するように構成された工業表面すなわち特徴２４をボンドコート１０の表面に設けることによって、ケイ素含有ボンドコート１０（ボンドコート１０が存在しない場合には、基材４の表面）に形成された構成層１２のクリープを抑制することができる。図３に示すように、表面特徴は、同時係属中の、本発明と同一の譲受人による米国出願第１４／０６８，６９３号明細書で説明されるような隆起２４の形状を取ることができる。隆起２４は、波長Ｌおよび全長Ｗを有し、比率α（約０．１〜０．９、例えば約０．２〜０．８、例えば約０．４〜０．６でもよいＷ／Ｌ）を形成することができる。隆起２４を概ね正方形断面であり、せん断負荷方向と略垂直に（すなわち、略翼弦方向に）延在するものとして示しているが、工業表面、例えば隆起２４が、他の断面形状、例えば長方形、台形、または概ね正弦波状もしくは波状の任意の構成を有してもよいことを理解されたい。また、例はせん断応力と垂直な表面２４を示しているが、せん断負荷方向に対してある角度、例えばせん断負荷方向に対して最大約４５°で表面２４を設けてもよいことを理解されたい。また、工業表面を周期的および連続的に示しているが、工業表面を非周期的および／または非連続的にしてもよいことを理解されたい。さらに、例により工業表面を交差表面の組、例えばダイアモンド形状として設けてもよいことを理解されたい。図３Ａを参照すると、工業表面２４は、概ね台形形状を有することができる。図３Ｂを参照すると、工業表面２４は、概ね波状または波様の形状を有することができる。
【００２０】
図４を参照すると、窪み底すなわち窪み２５により分離された隆起２４を形成するようにアディティブ法により材料を選択的に付加することによって、工業表面、例えば隆起２４を形成することができる。熱溶射装置、例えば空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）装置３８は、基材４上の隆起２４の位置を規定する開口または溝穴４４（図７および図８）を有するパターンマスク３６を通じて材料（例えばＳｉ）を吹き付けて、ボンドコート１０を形成するように構成される。ＡＰＳ装置３８は、矢印で示すようにマスク３６の上を移動して、ボンドコート１０に隆起を形成するように構成される。代わりに、直接書込みトーチを用いて隆起２４の材料（例えばＳｉ）を吹き付けるアディティブ法によって、隆起２４を形成してもよい。例えば、空気プラズマ溶射、レーザ生成プラズマ、大気圧もしくは低圧もしくは真空のプラズマを含むプラズマ、ＨＶＯＦ、コールドスプレー、燃焼、動的を含む、任意の熱溶射処理を用いてもよいことを理解されたい。
【００２１】
図５を参照すると、工業表面２４をサブトラクティブ法によって形成することができる。グリット噴射装置４０は、パターンマスク３６の開口４４を通じて粒子を噴射して、窪み底２５を形成し、よって隆起２４を形成することができる。粒子は、例えば、ＳｉＣまたはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の粒子でもよい。グリット噴射装置４０は、例えば矢印で示すように、パターンマスク３６を横切るように移動して、ボンドコート１０に隆起２４を形成することができる。代わりに、別のサブトラクティブ法、例えばレーザ加工により窪み底２５を形成してもよく、またはマイクロウォータジェットを用いて窪み２５を加工してもよい。
【００２２】
図６を参照すると、ボンドコート１０の適用に際して、基材４の工業表面に対応してボンドコート１０の工業表面２４が形成されるように、工業表面を含むように基材４をパターン形成することができる。基材に窪み４２を形成することによって、基材４の工業表面を設けることができる。窪み４２は、パーツの形状に適合し、連続的かつせん断負荷方向と略垂直であってもよく、またはせん断負荷方向に対して最大約４５°の角度であってもよい。図４および図５に関して上で説明した処理のうちのいずれかによって、ボンドコート１０の工業表面２４を形成してもよく、または部分的に形成してもよい。例えば、ＣＶＤ、または他の好適な任意の処理によって、ボンドコート１０を基材に設けてもよい。
【００２３】
図７および図８を参照すると、サブトラクティブ法、例えばグリット噴射もしくはマイクロウォータジェット加工、またはアディティブ法、例えばＡＰＳによる工業表面の形成では、基材４および／またはボンドコート１０から約５ミル（．１２７ｍｍ）以下の距離ｄだけマスク３６を離すことができ、マスク３６は、約６０と１２０ミルの間（１．５〜３ｍｍ）の厚さを有することができる。マスク３６の溝穴４４は、先細とすることができ、約２０ミル（．５ｍｍ）の公称幅を有することができる。図７に示すように、アディティブ法により工業表面２４を適用するために、溝穴４４が基材４およびボンドコート１０に向かって収束するように、マスク３６を配置することができる。代わりに、図８に示すように、マスク３６の溝穴４４が基材４およびボンドコート１０に向かって広がるように、マスク３６を配置してもよい。溝穴４４の穴を約２０〜４０ミル（．５〜１ｍｍ）の距離５１だけ離すことができ、溝穴４４の出口を約２０〜４０ミルの距離５２だけ離すことができる。上で開示したように、マスク３６に設けられた溝穴４４は、周期的および／または連続的でもよく、または非周期的および／または非連続的でもよい。上でも議論したように、溝穴４４は、交差表面の組として工業表面を設けるように交差することができる。図７Ａおよび図８Ａを参照すると、以下でより詳細に議論するように、マスクを基材４または基材に形成されたボンドコート１０に、それらから離すのではなく、据えることができる。
【００２４】
マスクは、例えば、約６０ミル（１．５ｍｍ）または約１２０ミル（約３ｍｍ）の厚さを有する金属（例えばＨＡＳＴＡＬＬＯＹ（登録商標））で形成されたマスク基材を横切るようにマイクロウォータジェットを走査して、溝穴４４を形成することにより形成された。マイクロウォータジェットを走査することにより形成された溝穴４４は、例えば図７および図８に示すように先細のプロファイルを有する。しかし、例えば、マスク基材をレーザ加工することによって、概ね真直ぐ（すなわち概ね平行）の縁部を有する溝穴４４を形成してもよいことを理解されたい。溝穴４４は、最も狭い部分で約２０ミル（０．５ｍｍ）の公称幅を有することができる。
【００２５】
図７Ｂを参照すると、マスク３６は、工業表面の吹き付け中にマスク３６を能動的に冷却するために冷却溝（１つまたは複数）８０を有することができる。この構成では、マスク３６を非耐熱材料で作ることができる。マスク３６を、例えば、アルミニウムで作ってもよい。冷却プレートを切断して、工業表面を形成するために用いるマスクパターンを形成することによって、市販の冷却プレートからマスク３６を形成することができる。図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、冷却溝（１つまたは複数）８０を有するマスク３６は、工業表面を形成するときに基材４およびボンドコート１０から離してもよく、または工業表面を形成するように基材４の表面またはボンドコート１０に据えられてもよい。
【００２６】
図７Ｄを参照すると、マスク３６を第１のシートすなわちフォイル８２および第２のシートすなわちフォイル８４で形成し、第１のフォイル８２と第２のフォイル８４との間に冷却溝（１つまたは複数）を形成することができる。フォイルを耐熱材料または非耐熱材料で形成することができる。例えば、第１および第２のフォイル８２、８４をアルミニウムで形成してもよい。図７Ｄに示すように、マスク３６を基材４およびボンドコート１０から離して工業表面を形成することができるが、マスク３６を基材４の表面またはボンドコート１０に据えて工業表面を形成してもよいことを理解されたい。
【００２７】
基材４またはボンドコート１０の上にマスクを形成または製造して、工業表面を形成することができる。例えば、レーザ溶融などの付加製造処理によりマスクを形成してもよい、熱可塑性材料を溶融し、工業表面を形成する際に用いるマスクのパターンで基材４またはボンドコート１０に適用してもよい。例えば熱もしくは化学反応によって、またはマスクをがすことによって、そのような熱可塑性マスクを使用後に除去することができる。図７Ｅを参照すると、付加製造処理、例えば直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）によって、マスク３６を形成することができる。基材４またはボンドコート１０の上のアルミニウムなどの金属をマスクのパターンに溶融して、３Ｄ印刷されたマスク８６を形成することができる。３Ｄ印刷されたマスクの上にキャップ８８をロウ付けすることができる。工業表面の形成中に冷却流体を循環させる冷却溝（１つまたは複数）を有する３Ｄ印刷されたマスク８６を形成することができる。
【００２８】
図７Ｆに示すように、物品２の幾何形状に対応するシェルを作ることによって、三次元（３Ｄ）マスク９０を形成することができる。シェルを付加製造処理により形成することができる。例えば、ステレオリソグラフィ（ＳＴＬ）ファイルと、付加製造処理、例えば３Ｄ印刷により形成されたシェルとを形成するために、物品２をスキャンしてもよい。例えば切断などのネガティブ法または印刷などのアディティブ法によって、マスク９０のパターンをシェルの製造中に形成してもよく、またはシェルの製造後に形成してもよい。基材４の表面またはボンドコート１０に据えるようにマスク９０を形成して、工業表面を形成することができる。基材４（および存在する場合にはボンドコート１０）から離して工業表面を形成するように、基材４の上に据えるようにマスク９０を形成することもできる。
【００２９】
図９を参照すると、タービンの物品または部品２は、基材４（例えば翼形）、プラットフォーム６、および取り付け固定構造８（例えば蟻継）を含む。基材にマスク６０が据えられる。本明細書で用いるとき、用語「に据える（ｐｌａｃｅｄ  ｏｎ）」は、マスク６０が部品の表面、または部品に設けられたコーティングと接触することを意味する。マスク６０を可撓性の耐熱材料、例えばシリコーンゴムで作ることができる。例えば金属または繊維ガラス（例えばワイヤまたは繊維）で、マスク６０を強化することもできる。可撓性マスク６０は、剛性マスク３６とは異なり、図１および図９〜図１４に示すように、複雑な幾何形状、例えば基材４すなわち翼形の表面に一層容易に適合するように形成および／または形状決定することができる。ボンドコート１０の適用中に、例えばシリコーンゴム接着剤により、マスク６０を部品２に接着することもできる。ボンドコート１０の適用後、例えば、熱または化学反応によって、マスク６０を部品から除去することができる。
【００３０】
図９〜図１１を再び参照すると、部品２は、部品に据えたマスク６０と同じ材料で形成され、かつボンドコート１０の適用が必要ないエリアへのボンドコート１０の適用を防ぐカバー６２、６４、６６を有することができる。プラットフォーム６の上にカバー６２を設けることができ、取り付け固定構造８（例えば蟻継）の上にカバー６４を設けることができ、基材４の端部（すなわちブレード先端キャップ）の上にカバー６６を設けることができる。ボンドコート１０の適用中にカバー６２、６４、６６を部品２に接着し、適用後にマスク６０と同じ方法で除去することができる。カバー６２、６４、６６をマスク６０と同じ方法で強化することもできる。
【００３１】
マスク６０およびカバー６２、６４、６６を、マスクおよび／またはカバーしようとする表面の幾何形状に適合するように構成された、単一の部材としてまたは複数の部材により形成してもよいことを理解されたい。例えば、マスク６０は、翼形の正圧面をカバーするように構成された部材と、翼形の負圧面をカバーするように構成された部材との２つの部材を含んでもよい。代わりに、マスク６０を翼形の両面をカバーするように構成された単一の部材として形成してもよい。
【００３２】
図４および図５に示すような処理と同様の処理にマスク６０を用いることができる。例えば、マスク６０を部品２に据えてもよく、アディティブ法（例えば熱溶射）を用いて、工業表面２４を有するボンドコート１０を形成してもよい。マスク６０を基材４に据える前にボンドコート１０の初期部分を部品２に適用することができる。例えば、マスク６０を基材４に据える前にボンドコート１０の約４〜５ミル（約１００〜１２５μｍ）厚の初期層を基材４に適用してもよい。
【００３３】
次いで、例えば、図４に示すようなＡＰＳ装置３８により工業表面２４を形成することができる。ＡＰＳ装置３８は、マスク６０の上を数回通過して、ボンドコート１０の工業表面を形成または構築することができる。例えば、ＡＰＳ装置３８は、マスク６０の上を１回通過する間に約１／４ミル（約６μｍ）を適用して、工業表面２４を含む追加の約２〜４ミル（約５０〜１００μｍ）のボンドコート１０を形成してもよい。マスク６０を除去するとき、ボンドコート材料の不要な堆積がマスク６０と共に除去される。
【００３４】
図５に示す処理と同様の処理を用いることもできる。基材４にボンドコート１０を適用することができ、次いで、マスク６０をボンドコート１０に据えることができ、サブトラクティブ法を用いて工業表面２４を形成することができる。代わりに、基材４に形成されたボンドコート１０にマスク６０を据えてもよく、マスク６０の上にフォトレジストを適用してもよい。次いで、マスク６０を除去することができ、得られたフォトレジストパターンは、工業表面２４を形成することができ、ボンドコート１０をエッチングして、ボンドコート１０のうちフォトレジストにより保護またはカバーされていない部分を除去することによって、窪み２５を形成することができる。
【００３５】
図１２〜図１４を参照すると、工業表面２４を有するボンドコート１０を有する得られた物品または部品２は、ＥＢＣ系２２の追加層１６、１８、２０を適用する用意ができている。追加層１６、１８、２０は、ボンドコート１０の上に適用され、ボンドコート１０の工業表面２４により設けられたパターン（１つまたは複数）によって所定の場所に機械的に固定される。次いで、プラットフォーム６、取り付け固定構造８、およびブレード先端キャップからカバー６４、６６、６８を除去することもできる。
【００３６】
図１５を参照すると、シリコーンゴムなどの可撓性材料をレーザ切断することによって、マスク６０を形成することができる。他の方法、例えば、型打加工を用いてもよい。ボンドコート１０に形成される工業表面２４のパターンに対応する開口７２を可撓性材料に形成することができる。図１５に示す開口７２は、概ね一様な線形状の構成に対応しているが、マスクの部分７４および７６により規定された、非線形状、例えば三角波状または正弦波状などの他のパターンで開口７２を設けてもよいことを理解されたい。マスク６０には、例えばマイラーから形成された裏当材８０を設けて、部品２への適用前にマスクを清潔に保つことができる。
【００３７】
マスクは、開口７２を含まない、すなわち工業表面を形成するためのマスクパターンのいかなる部分も含まず形成していない部分７８を含む、端部領域７０を有することもできる。図９〜図１２に示すように、端部領域７０は、適用中および部品２からのマスク６０の除去中にマスクを把持するための部分を設けながら、マスク６０を基材４に適用する（例えば接着する）ことを可能にするように、基材４を超えて延在することができる。
【００３８】
マスクを約１／１６インチ（約１．６ｍｍ）厚とすることができ、図７および図８に示すように開口７２を形成することができ、または開口は、真直ぐな、すなわち平行の側壁を有することができる。基材またはボンドコートの初期層にマスク６０を据える（例えば接着する）とき、図４および図５に示す「浮いている」マスクとは異なり、マスク６０は、基材またはボンドコートとのマスクの接触に起因して、ネット形状に近い翼形にとって一層有用であり、工業表面の形成の寸法制御を一層良好にする。可撓性マスク６０を用いることによって、後処理、例えば加工を減らすこともできる。
【００３９】
本明細書では本技術のいくつかの特徴のみについて例示してきたが、当業者は多くの修正および変更を思いつくであろう。したがって、そのような修正および変更の全てを添付の請求項がカバーすることを意図していると理解されるべきである。
［実施態様１］
物品（２）を形成する方法であって、
前記物品（２）の基材（４）の表面にあるケイ素含有層に、前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）に据えたマスク（６０、９０）を用いて、複数の溝および隆起（２４）を形成すること、を含む方法。
［実施態様２］
前記ケイ素含有層（１０）の前記表面に被さる少なくとも１つの外側層（１４、１６、１８、２０）を形成することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記複数の溝および隆起（２４）は、前記ケイ素含有層（１０）にケイ素含有材料を付加することにより形成される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記ケイ素含有層（１０）にケイ素含有材料を付加することは、前記ケイ素含有層（１０）に前記マスク（６０、９０）を通じて前記ケイ素含有材料を吹き付けることを含む、実施態様３に記載の方法。
［実施態様５］
前記マスク（６０、９０）は、先細になった溝穴（４４）を備える、実施態様４に記載の方法。
［実施態様６］
前記ケイ素含有層（１０）は、ケイ素元素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、金属ケイ化物、ケイ素合金、またはそれらの混合物を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
前記少なくとも１つの外側層（１４、１６、１８、２０）は、酸化物相、希土類ケイ酸塩、希土類アルミノケイ酸塩、アルカリ土類アルミノケイ酸塩、またはそれらの混合物を含む、実施態様２に記載の方法。
［実施態様８］
前記複数の溝および隆起（２４）は、前記ケイ素含有層（１０）を部分的に除去することにより形成される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記物品（２）の前記基材（４）は、強化相および／またはマトリックス相として、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ化物および／またはケイ素を含有する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記基材（４）は、強化相および／またはマトリックス相として炭化ケイ素を含有するセラミックマトリックス複合材料である、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１１］
前記マスク（６０、９０）は、可撓性の耐熱材料で形成される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１２］
前記マスク（６０、９０）は、シリコーンゴムで形成される、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
前記可撓性の耐熱材料は、金属または繊維ガラスで強化される、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１４］
前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）に前記マスク（６０、９０）を接着することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１５］
前記複数の溝および隆起（２４）を形成中に前記マスク（６０、９０）を冷却することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１６］
前記マスク（６０、９０）は、非耐熱材料で形成される、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
前記マスク（６０、９０）を冷却することは、前記マスク（６０、９０）内の冷却溝（８０）に冷却流体を循環させることを含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１８］
前記マスク（６０、９０）は、アルミニウムで形成される、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記マスク（６０、９０）は、付加製造処理により前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）に据えられる、実施態様１に記載の方法。
［実施態様２０］
前記付加製造処理は、レーザ溶融を含む、実施態様１９に記載の方法。
［実施態様２１］
前記マスク（６０、９０）は、熱可塑性物質をレーザ溶融することによって、前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）に据えられる、実施態様２０に記載の方法。
［実施態様２２］
前記マスク（６０、９０）は、アルミニウムを直接金属レーザ溶融することによって、前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）に据えられる、実施態様２０に記載の方法。
［実施態様２３］
物品（２）の基材（４）の表面にあるケイ素含有層（１０）に複数の溝および隆起（２４）を形成するためのマスク（６０、９０）であって、可撓性の耐熱材料で形成されており、前記複数の溝および隆起（２４）に対応するパターンで複数の開口（４４）を備える、マスク（６０、９０）。
［実施態様２４］
前記可撓性の耐熱材料はシリコーンゴムである、実施態様２３に記載のマスク（６０、９０）。
［実施態様２５］
前記可撓性の耐熱材料は、金属または繊維ガラスで強化されている、実施態様２３に記載のマスク（６０、９０）。
［実施態様２６］
前記マスク（６０、９０）は、約１〜２ｍｍ厚である、実施態様２３に記載のマスク（６０、９０）。
［実施態様２７］
ガスタービンエンジン内で使用するための、実施態様１に記載の方法により形成された物品（２）。
［実施態様２８］
前記物品（２）は、前記ガスタービンエンジンの回転部品であり、前記溝および隆起（２４）は、前記物品（２）の回転中に前記物品（２）に加わるせん断負荷（τ）と略垂直な方向に延在している、実施態様１９に記載の物品（２）。
［実施態様２９］
前記マスク（６０、９０）は、前記物品（２）の三次元幾何形状に対応する三次元幾何形状を有する、実施態様２３に記載のマスク（６０、９０）。
［実施態様３０］
前記マスク（６０、９０）は、前記基材（４）の前記表面または前記ケイ素含有層（１０）にあるように、前記物品（２）の上に据えられるように構成されている、実施態様２９に記載のマスク（６０、９０）。
【符号の説明】
【００４０】
２  物品、部品
４  基材、下地基材
６  プラットフォーム
８  取り付け固定構造
１０  ボンドコート
１２  構成層
１４  第１のＥＢＣ層
１６、１８、２０  追加層
２２  環境バリアコーティング（ＥＢＣ）系
２４  工業表面、隆起、特徴
２５  窪み底、窪み
３６  剛性マスク、パターンマスク
３８  空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）装置
４０  グリット噴射装置
４２  窪み
４４  溝穴、開口
５１、５２  距離
６０  マスク、可撓性マスク
６２、６４、６６、６８  カバー
７０  端部領域
７２  開口
７４、７６、７８  マスクの部分
８０  冷却溝、裏当材
８２  第１のフォイル
８４  第２のフォイル
８６  マスク
８８  キャップ
９０  三次元（３Ｄ）マスク
τ  せん断負荷
Ｌ  波長
Ｗ  全長
ｄ  距離
【図１】
2018080101.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
2018080101.tif 000016
【図７Ｆ】
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【図８】
2018080101.tif 000018
【図８Ａ】
2018080101.tif 000019
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
2018080101000001.pdf