(57)【要約】【課題】基板の表面にコーティングされたＥＢＣとして使用するためのコーティング系、ならびにその形成方法および結果として得られるコーティングされた構成要素を提供する。【解決手段】基板（１０２）の表面（１０３）に配置するためのコーティング系、ならびに結果として得られるコーティングされた構成要素およびその形成方法が提供される。コーティング系（１０６）は、以下の式の化合物を有する層（１０５）を含むことができ、  Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６  式中、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｂは、０〜約０．５であり、Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。【選択図】図２
2019043839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１０２）の表面（１０３）のコーティング系（１０６）であって、
以下の式を有する化合物を含む層（１０５）を備え、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、
Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ｂは、０〜約０．５であり、
Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、コーティング系（１０６）。
【請求項２】
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）にあり、前記基板（１０２）と前記層（１０５）との間に配置されたボンドコーティング（１０４）をさらに備え、前記基板（１０２）が、セラミックマトリックス複合材であり、前記ボンドコーティング（１０４）が、金属ケイ素またはケイ化物を含み、さらに遷移層が、前記ボンドコーティング（１０４）と前記層（１０５）との間に配置される、請求項１に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項３】
前記層（１０５）が、約１μｍ〜約１ｍｍの厚さを有し、前記層（１０５）が、前記コーティング系（１０６）の外層である、請求項１または２に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項４】
ｂが、０であり、Ａが、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、およびＢｉからなる群から選択される元素からなる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項５】
ｂが、０であり、Ａが、Ａｌ、Ｅｒ、およびＹからなる群から選択される元素からなる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項６】
ｂが、０超〜約０．５である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項７】
ｄが、０である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項８】
Ｚが、Ｈｆを含み、Ｍが、Ｔａを含む、請求項１に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項９】
Ａが、別の元素と組み合わせてＡｌを含み、Ｚが、前記化合物が以下の式を有するようにＨｆを含み、
ＡｌｘＡ’ａＢｂＬｎ１−ｘ−ａ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６
式中、
ｘは、Ａｌが前記化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、
Ａ’は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ａは、０〜約０．９９であり、
ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ａ−ｂは、Ｌｎが前記化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、
Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、
ｔは、０〜約０．９９であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
ｔとｄの和は、Ｈｆが前記化合物中に存在するように１未満であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項１０】
ｂが、０であり、ｔが、０であり、ｄが、０であり、Ｍが、Ｔａである、請求項９に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項１１】
Ａが、別の元素と組み合わせてＡｌおよびＧａを含み、Ｚが、前記化合物が以下の式を有するようにＨｆを含み、
ＡｌｘＧａｙＢｂＬｎ１−ｘ−ｙ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６
式中、
ｘは、Ａｌが前記化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、
ｙは、Ｇａが前記化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、
ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ａ−ｂは、Ｌｎが前記化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、
Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、
ｔは、０〜約０．９９であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
ｔとｄの和は、Ｈｆが前記化合物中に存在するように１未満であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコーティング系（１０６）。
【請求項１２】
表面（１０３）を有するセラミック基板（１０２）と、
前記セラミック基板（１０２）の前記表面（１０３）のコーティング系（１０６）とを備え、前記コーティング系（１０６）は、以下の式を有する化合物を含む層（１０５）を備え、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、
Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ｂは、０〜約０．５であり、
Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、コーティングされた構成要素（１００）。
【請求項１３】
前記セラミック基板（１０２）が、セラミックマトリックス複合材であり、前記層（１０５）が、約１μｍ〜約１ｍｍの厚さを有し、さらに前記層（１０５）が、前記コーティング系（１０６）の外層であり、ｂが、０であり、ｄが、０であり、Ｚが、Ｈｆであり、Ｍが、Ｔａである、請求項１２に記載のコーティングされた構成要素（１００）。
【請求項１４】
Ａが、別の元素と組み合わせてＡｌを含み、Ｚが、前記化合物が以下の式を有するようにＨｆを含み、
ＡｌｘＡ’ａＢｂＬｎ１−ｘ−ａ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６
式中、
ｘは、Ａｌが前記化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、
Ａ’は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ａは、０〜約０．９９であり、
ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ａ−ｂは、Ｌｎが前記化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、
Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、
ｔは、０〜約０．９９であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
ｔとｄの和は、Ｈｆが前記化合物中に存在するように１未満であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、請求項１２に記載のコーティングされた構成要素（１００）。
【請求項１５】
基板（１０２）の表面（１０３）にコーティング（１０４）を形成する方法であって、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）にスラリを適用することを含み、前記スラリは、溶媒中に分散され、以下の式を有する化合物を含み、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、
Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ｂは、０〜約０．５であり、
Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、セラミック構成要素用の環境障壁コーティング、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、それらの効率を改善するために、より高い動作温度が絶えず求められている。しかし、動作温度が上昇するにつれて、エンジンの構成要素の高温耐久性も相応して増加しなければならない。高温性能の著しい進歩は、鉄、ニッケル、およびコバルト基超合金の配合により実現されてきた。さらに、超合金から構成される多くの高温ガス経路構成要素では、遮熱コーティング（ＴＢＣ）を利用して構成要素を断熱することができ、遮熱コーティングは、耐荷重性合金とコーティング表面との間の相当な温度差に耐えることが可能であり、したがって構造構成要素の熱曝露を制限する。
【０００３】
超合金は、ガスタービンエンジン全体にわたって、特に高温セクションにおいて使用される構成要素に幅広く使用されているが、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料のような代替の軽量基板材料が提案されている。ＣＭＣおよびモノリシックなセラミック構成要素は、高温エンジンセクションの苛酷な環境から構成要素を保護するために環境障壁コーティング（ＥＢＣ）でコーティングすることができる。ＥＢＣは、高温燃焼環境中の腐食ガスに対する高密度の密閉シールを提供することができる。
【０００４】
炭化ケイ素および窒化ケイ素セラミックは、乾燥した高温環境下で酸化する。この酸化は、材料の表面に不活性の酸化ケイ素スケールを生じさせる。タービンエンジンなどの、水蒸気を含む高温多湿環境では、不活性の酸化ケイ素スケールの形成およびその後の酸化ケイ素からガス状の水酸化ケイ素への転換により、酸化と減肉の両方が起き、これは材料の寸法的損失をもたらす。タービンエンジンにおけるケイ素系基板の構成要素用途では、このような材料の損失は、隙間を生じさせ、効率損失をもたらし、最終的に構成要素の穿孔を招く可能性がある。
【０００５】
このように、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）は、セラミックの表面に適用されて下にある構成要素を保護する役割を果たす。ＣＭＣの環境障壁コーティングに一般的に使用されている現在の材料は、セルシアン相バリウムストロンチウムアルミノケイ酸塩（ＢＳＡＳ）および希土類ケイ酸塩を含む。これらの材料はすべて、ＣＭＣと比較して蒸気中で比較的安定であり、緻密なコーティング層として存在する場合には、ＣＭＣへの蒸気の浸透を防止することができる。
【０００６】
しかし、これらの材料は、溶融した環境汚染物質組成物、特にカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、およびそれらの混合物の酸化物を含む組成物に対して異なる耐性を有する。ガスタービンエンジンによって摂取された泥、灰、およびダストは、例えば、多くの場合組み合わされて、以下、「ＣＭＡＳ」と呼ばれる混合カルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素−酸化物系（Ｃａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ）からなる汚染物質組成物を形成するような化合物で構成されることが多い。高いタービン動作温度では、これらの環境汚染物質は、高温の障壁コーティング表面に付着し、ＥＢＣを損傷させる可能性がある。例えば、ＣＭＡＳは、タービンの動作温度で液体である、または溶融する組成物を形成する場合がある。溶融ＣＭＡＳ組成物は、障壁コーティングを溶解するか、またはコーティングの孔、チャネル、亀裂、または他の空洞に浸透することによってその多孔質構造を満たすことがある。冷却すると、浸透したＣＭＡＳ組成物は、凝固してコーティングの歪み耐性を低下させ、したがって亀裂を発生させ伝播し、その亀裂が、コーティング材料の剥離およびスポーリングを引き起こす恐れがある。
【０００７】
特に、溶融ダストは、ＢＳＡＳと強く反応し、低温共晶および蒸気中で安定でない相を形成する。溶融ダストは、希土類ケイ酸塩に対して腐食性が少ない。いくつかの希土類ケイ酸塩（例えば、ガドリニウム、エルビウム、およびイットリウムからなるもの）は、溶融ダストと反応し、高度に耐火性の「アパタイト」相を形成する。他の希土類ケイ酸塩は、ＣＭＡＳの浸透を可能にするが、融点を抑制しない。しかし、すべての希土類ケイ酸塩は、溶融ダストとの相互作用によって機械的に脆弱になり、その結果、その後の侵食および衝撃事象がより容易にコーティングを剥がし得る。
【０００８】
したがって、溶融ダスト攻撃の影響を受けにくく、かつ現状技術のＥＢＣ材料に対するその後のガス侵食、粒子侵食、および粒子衝撃の影響を受けにくいコーティング組成物の必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第９１３９４８０号
【発明の概要】
【００１０】
態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
【００１１】
基板（例えば、ＣＭＣ基板）の表面に配置するためのコーティング系が、一般に提供される。一実施形態では、コーティング系は、以下の式の化合物を有する層を含み、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｂは、０〜約０．５であり、Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。
【００１２】
コーティングされた構成要素もまた、一般に提供され、表面を有するセラミック基板（例えば、ＣＭＣ基板）と、セラミック基板の表面のコーティング系とを含むことができ、コーティング系は、以下の式を有する化合物を含む層を備え、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｂは、０〜約０．５であり、Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。
【００１３】
基板の表面にコーティングを形成するための方法もまた、一般に提供される。一実施形態では、方法は、基板の表面にスラリを適用することを含むことができ、スラリは、溶媒中に分散され、以下の式を有する化合物を含み、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｂは、０〜約０．５であり、Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。
【００１４】
これらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明のある特定の原理を説明するのに役立つ。
【００１５】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】その上にコーティング系を備えた基板を有する例示的なコーティングされた構成要素を示す図である。
【図２】その上にコーティング系を備えた基板を有する例示的なコーティングされた構成要素を示す図である。
【図３】内部に図１のコーティングされた構成要素を含むことができるガスタービンエンジンの概略断面図である。
【００１７】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本発明の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、様々な修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、別の実施形態と共に用いて、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することが意図されている。
【００１９】
本開示では、ある層が別の層または基板の「上に」または「上方に」あると記述される場合には、特に明示的にただし書きがない限り、それらの層が互いに直接接触してもよいし、あるいはそれらの層の間に別の層または特徴を有してもよいと理解すべきである。よって、それらの用語は、層同士の互いの相対的な配置を単純に記述しており、上方または下方の相対的な配置が視認者に対するデバイスの向きに依存するので、必ずしも「上端にある」ことを意味してはいない。
【００２０】
本開示では、元素周期表に通常見られるような通常の化学記号を使用して化学元素について説明する。例えば、水素が、その通常の化学記号Ｈで表され、ヘリウムが、その通常の化学記号Ｈｅで表され、以下同様である。本明細書で使用する場合、「Ｌｎ」は、希土類元素または希土類元素の混合物を指す。より具体的に、「Ｌｎ」は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、またはそれらの混合物の希土類元素を指す。
【００２１】
環境障壁コーティング（ＥＢＣ）の一部として使用するための組成物、およびそのような組成物で構成要素をコーティングする方法が、一般に提供される。加えて、基板の表面にコーティングされたＥＢＣとして使用するためのコーティング系、ならびにその形成方法および結果として得られるコーティングされた構成要素が、一般に提供される。
【００２２】
一般に、本明細書に記載の組成物は、現在のＥＢＣ組成物より溶融ダスト、侵食、衝撃、および／または混合形態の分解メカニズムの影響を受けにくい。したがって、本明細書で提供される組成物は、最新技術のＥＢＣと比較してより頑強なＥＢＣをもたらすことができ、基板材料に残存してタービンエンジン環境の水蒸気に対する減肉から保護する。要約すると、これらの材料は、ＢＳＡＳおよび希土類ケイ酸塩ＥＢＣ材料と比較して溶融ダストに対してより良好な耐性を示し、特に溶融ダスト（例えば、ＣＭＡＳ）への曝露後にＢＳＡＳおよび希土類ケイ酸塩材料より高い硬度を有し得る。したがって、化合物は、そのような材料（例えば、ＥＢＣ）から形成されたコーティングへの粒子侵食および衝撃に対する耐性を付与する。
【００２３】
ここで図面を参照すると、図１は、その上にコーティング系１０６を有する基板１０２を備えた例示的なコーティングされた構成要素１００を示す。一般に、コーティング系１０６は、基板の表面１０３の任意のボンドコーティング１０４と、任意のボンドコーティング１０４のＥＢＣ１０８とを含む。図示の実施形態では、ボンドコーティング１０４は、それらの間にいかなる層も有さずに表面１０３に直接存在する。しかし、他の実施形態では、存在する場合、ボンドコーティング１０４と表面１０３との間に１つまたは複数の層を配置することができる。他の実施形態では、ＥＢＣ１０８は、基板１０２の表面１０３に直接形成されてもよい。
【００２４】
ＥＢＣ１０８は、限定はしないが、希土類ケイ酸塩（例えば、単ケイ酸塩および二ケイ酸塩）、アルミノケイ酸塩（例えば、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノケイ酸塩（ＢＳＡＳ）、希土類アルミノケイ酸塩など）、ハフニア、ジルコニア、安定化ハフニア、安定化ジルコニア、希土類ハフニウム酸塩、希土類ジルコン酸塩、希土類酸化ガリウムなどを含む、典型的なＥＢＣまたは遮熱コーティング（「ＴＢＣ」）層化学物質から選択される材料から形成された１つまたは複数の層１１０の任意の組合せを含むことができる。
【００２５】
１つの特定の実施形態によれば、ＥＢＣ１０８の層１１０の少なくとも１つは、以下の式を有する化合物を含み、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６（式１）
式中、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｂは、０〜約０．５（例えば、０〜約０．２、０超〜約０．５または約０．００１〜約０．２など）であり、Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５（例えば、０〜約０．２、約０．００１〜約０．５または約０．００１〜約０．２など）であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。式１の化合物は、高温蒸気中での安定性の観点から、既存のＢＳＡＳおよび希土類ケイ酸塩材料と類似またはより良好な特性を発揮し得る。加えて、これらの材料は、ＢＳＡＳおよび希土類ケイ酸塩ＥＢＣ材料と比較して溶融ダストに対してより良好な耐性を示し得る。さらに、これらの材料は、特に溶融ダストへの曝露後にＢＳＡＳおよび希土類ケイ酸塩材料より高い硬度を有し得る。これは、コーティングが粒子侵食および衝撃に対してより耐性であるという結果をもたらす。
【００２６】
一般に、式１を有する化合物は、斜方晶相（例えば、ＰｂｃｎまたはＰｎｍａ空間群）、正方晶相（例えば、Ｐ４２／ｍｎｍ）、または単斜晶相（例えば、Ｐ２／ｃ）など、層１１０に複数の相を有することができる。このように、これらの材料は、酸化ハフニウムまたは酸化ジルコニウムを含む材料から形成されたＴＢＣ層とは全く異なる（相に関して）構造を有することができ、典型的には、単斜晶ハフニアおよび単斜晶ジルコニアの相Ｐ２１／ｃ、または正方晶ハフニアおよびジルコニアの相Ｐ４２／ｎｍｃ、またはハフニアおよびジルコニアの立方晶構造を有する。
【００２７】
化合物は、その組成物中に異なる「サイト」を有し、式１のＡおよび／またはＢによって形成される「Ａサイト」、式１のＺおよび／またはＤによって形成される「Ｚサイト」、「Ｍサイト」、および酸素を有することを理解すべきである。
【００２８】
ある特定の実施形態では、化合物は、「Ａサイト」に単一の元素を含むことができ、ｂは、０であり、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、およびＢｉからなる群から選択される元素である。１つの例示的な実施形態では、ｂが０であり、ＡがＡｌである場合、化合物は、ＡｌＺ１−ｄＤｄＭＯ６（例えば、ｄが０である場合、ＡｌＨｆＴａＯ６などのＡｌＺＭＯ６）である。別の例示的な実施形態では、ｂが０であり、ＡがＹである場合、化合物は、式：ＹＺ１−ｄＤｄＭＯ６（例えば、ｄが０である場合、ＹＨｆＴａＯ６などのＹＺＭＯ６）を有する。さらに別の例示的な実施形態では、ｂが０であり、ＡがＥｒである場合、化合物は、式：ＥｒＺ１−ｄＤｄＭＯ６（例えば、ｄが０である場合、ＥｒＨｆＴａＯ６などのＥｒＺＭＯ６）を有する。
【００２９】
式１を有する化合物の「Ａサイト」は、１つの特定の実施形態では、別のＡ元素（例えば、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物）と組み合わせてアルミニウム（Ａｌ）を含む。任意の特定の理論によって束縛されることを望まないが、化合物中にＡｌが存在すると、コーティングの硬度が増加すると考えられる。ある特定の実施形態では、Ａｌは、「Ａサイト」に別の元素と組み合わせて存在し、次に化合物は、以下の式を有するものとして説明することができ、
ＡｌｘＡ１−ｘ−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６（式２）
式中、ｘは、約０．０１〜約０．９９であり、Ａは、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｂは、０〜約０．５（例えば、０〜約０．２、約０．００１〜約０．５または約０．００１〜約０．２など）であり、Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５（例えば、０〜約０．２、約０．００１〜約０．５または約０．００１〜約０．２など）であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。ある特定の実施形態では、ｘは、約０．０５〜約０．９、例えば、約０．１〜約０．７５である。１つの特定の実施形態では、式１の化合物のＡサイトの元素混合物の半分までは、Ａｌであってもよい（例えば、ｘは、式２の化合物において約０．１〜約０．５である）。
【００３０】
Ａｌに加えて、式１を有する化合物の「Ａサイト」は、１つの特定の実施形態では、別のＡ元素（例えば、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物）の存在の有無にかかわらず、Ａｌとガリウム（Ｇａ）の組合せを含む。任意の特定の理論によって束縛されることを望まないが、化合物中にＧａが存在すると、Ａサイトの平均イオン半径が減少し、層１１０の熱膨張率（ＣＴＥ）を調整すると考えられる。したがって、化合物中のＧａの量は、層１１０のＣＴＥを制御し、コーティング系１０６内の隣接する層のＣＴＥおよび／または基板１０２のＣＴＥに近づけるように調整するために使用することができる。
【００３１】
化合物が「Ａサイト」の一部にＡｌおよびＧａを含む場合、次に化合物は、以下の式を有するものとして説明することができ、
ＡｌｘＧａｙＡ１−ｘ−ｙ−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６（式３）
式中、ｘは、式２に関して上述したように約０．０１〜約０．９９であり、ｙは、約０．０１〜約０．９であり、ｘ＋ｙは、１以下であり、Ａは、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｂは、０〜約０．５（例えば、０〜約０．２、約０．００１〜約０．５または約０．００１〜約０．２など）であり、Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５（例えば、０〜約０．２、約０．００１〜約０．５または約０．００１〜約０．２など）であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。ｘ＋ｙが１未満の場合（すなわち、ｘ＋ｙ＞１）、別の元素が式３の化合物のＡサイトに存在してもよい。１つの特定の実施形態では、式１の化合物のＡサイトの元素混合物の半分までは、Ａｌであってもよく（例えば、ｘは、式３の化合物において約０．１〜約０．５である）、式１の化合物のＡサイトの元素混合物の半分までは、Ｇａであってもよい（例えば、ｙは、式３の化合物において約０．１〜約０．５である）。
【００３２】
特定の実施形態では、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）、および／またはホルミウム（Ｈｏ）を、式１、式２、および／または式３を有する化合物のＡサイト内に含むことができる（すなわち、Ａは、式１、２、または３のいずれかにおいてＥｒ、Ｙ、Ｈｏ、またはそれらの混合物を含む）。任意の特定の理論によって束縛されることを望まないが、Ｅｒ、Ｙ、および／またはＨｏは、このような化合物から形成された層１１０にＣＭＡＳ耐性を与えることができると考えられる。
【００３３】
ｂが０より大きい式１〜３を参照すると、ホウ素（Ｂ）は、式１の化合物の「Ａサイト」をドープして、化合物から形成された層のＣＴＥおよび／または焼結温度を変化させる。加えて、Ｂは、これらの層にＣＭＡＳと相互作用させ、かつ／またはこれらの層の結晶化を制御させるために、他の層（例えば、ボンドコーティングおよび／または熱成長酸化物層）に移動することができる。しかし、他の実施形態では、ｂは、０であり、Ｂが化合物中に存在しない。
【００３４】
式１、２、または３を有する化合物のいずれかの「Ｚサイト」は、１つの特定の実施形態では、化合物のＣＴＥを制御するのを助けるために利用することができる。一般に、化合物のＣＴＥは、Ｚサイトのイオン半径に正比例する。例えば、化合物のＣＴＥは、Ｚサイト元素のイオン半径が減少するにつれて減少する。特定の実施形態では、Ｚサイトは、式４に表されるような、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物を含むことができ、
Ａ１−ｂＢｂＨｆｈＴｉｔＤ１−ｈ−ｔＭＯ６（式４）
式中、ｈは、０〜１であり、ｔは、０〜１であり、ｈ＋ｔは、０超〜１であり、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｂは、０〜約０．５（例えば、０〜約０．２、約０．００１〜約０．５または約０．００１〜約０．２など）であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。式４の１つの特定の実施形態では、Ａサイトは、Ａｌ（例えば、式２に関して上述したような）、Ｇａ（例えば、式３に関して上述したような）、および／または他の材料、および／またはＢ（例えば、式１、２、または３に関して上述したような）を含んでもよい。ある特定の実施形態では、ｈ＋ｔは、０より大きく１未満であってもよく、別の元素（Ｄ）がＺサイトに存在する。
【００３５】
一実施形態では、Ｈｆが化合物中に存在し、ｈは、０超〜１（例えば、約０．０５〜約１）である。ＨｆとＴｉの両方が化合物中に存在する（すなわち、ｈとｔの両方が０より大きい）１つの特定の実施形態では、Ｈｆは、Ｔｉの量より多いモル量で存在してもよく、ｈがｔより大きくなる。一実施形態では、Ｈｆは、Ｚサイトでのモル比（すなわち、ｈは、０．５〜１である）に関して元素の大部分であってもよい。例えば、特定の実施形態では、ｈは、１であってもよく、ｔが０であり、１−ｔが０である（すなわち、Ｈｆは、Ｚサイトで唯一の元素である）。任意の特定の理論によって束縛されることを望まないが、ＺサイトのＨｆは、このような化合物から形成されたコーティングの硬度および耐蒸気性を増加させると考えられる。
【００３６】
特定の実施形態では、Ｈｆが「Ｚサイト」に存在し（すなわち、Ｚは、Ｈｆを単独でまたはＴｉおよび／またはＤと組み合わせて含む）、元素の組合せを「Ａサイト」に含むことができる。例えば、このような化合物は、以下の式を有することができ、
ＡｘＢｂＬｎ１−ｘ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６（式５）
式中、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ｘは、約０．０１〜約０．９９であり、ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ｂは、Ｌｎが化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、ｔは、０〜約０．９９であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５であり、ｔとｄの和は、Ｈｆが化合物中に存在するように１未満であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。
【００３７】
Ａが別の元素と組み合わせてＡｌを含む場合、式５は、以下のように変更することができ、
ＡｌｘＡ’ａＢｂＬｎ１−ｘ−ａ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６（式６）
式中、ｘは、Ａｌが化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、Ａ’は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、ａは、０〜約０．９９であり、ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ａ−ｂは、Ｌｎが化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、ｔは、０〜約０．９９であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５であり、ｔとｄの和は、Ｈｆが化合物中に存在するように１未満であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。
【００３８】
例えば、ＡｌとＧａの両方は、以下の式ように別の元素と組み合わせてＡサイトに存在してもよく（Ｚサイトに含まれるＨｆを含む）、
ＡｌｘＧａｙＢｂＬｎ１−ｘ−ｙ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６（式７）
式中、ｘは、Ａｌが化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、ｙは、Ｇａが化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ａ−ｂは、Ｌｎが化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、ｔは、０〜約０．９９であり、Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、ｄは、０〜約０．５であり、ｔとｄの和は、Ｈｆが化合物中に存在するように１未満であり、Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である。
【００３９】
式１〜７のいずれかの化合物の「Ｍサイト」の材料は、得られる化合物の相余裕およびＣＴＥに影響を与え得る。１つの特定の実施形態では、Ｍサイトは、追加の元素が存在しないＮｂであってもよく、ＥＢＣコーティング内の層として利用される場合、より良好な相余裕およびＣＴＥマッチングを提供することができる。
【００４０】
上述したように、式１〜７のいずれかの化合物は、ＣＭＡＳとの反応が最小であり、ＣＭＡＳとの反応後に高い硬度（例えば、耐侵食性）を有する材料を提供するために、コーティング系１０６のＥＢＣ１０８の層に含まれてもよい。したがって、式１〜７のいずれかの化合物の材料は、ＥＢＣ層の他の材料と共にＥＢＣの層内に含まれてもよく、またはＥＢＣ１０８内に別個の層を形成するために使用されてもよい。一実施形態では、ＥＢＣ１０８の層は、式１〜７のいずれかの化合物から形成され、約１μｍ〜約１ｍｍ（例えば、１μｍ〜約１００μｍ）の厚さを有することができる。
【００４１】
一実施形態では、式１〜７のいずれかの化合物は、コーティング系１０６のＥＢＣ１０８の最外層に含むことができ、それにより化合物は、下にあるＥＢＣ層および基板１０２を保護する役割を果たすことができる。基板１０２は、ケイ素系非酸化セラミックマトリックス複合材などのセラミックマトリックス複合材（「ＣＭＣ」）材料から形成することができる。本明細書で使用する場合、「ＣＭＣ」は、ケイ素含有、または酸化物−酸化物のマトリックスおよび補強材料を指す。本明細書で使用する場合、「モノリシックなセラミック」は、繊維補強を伴わない材料（例えば、マトリックス材料のみを有する）を指す。本明細書では、ＣＭＣおよびモノリシックなセラミックは、「セラミック」と総称される。
【００４２】
本明細書での使用に許容されるＣＭＣのいくつかの例は、限定はしないが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、およびそれらの混合物などの非酸化ケイ素系材料を含むマトリックスおよび補強繊維を有する材料を含むことができる。例は、限定はしないが、炭化ケイ素マトリックスおよび炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣ、窒化ケイ素マトリックスおよび炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣ、炭化ケイ素／窒化ケイ素マトリックス混合物および炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣを含む。さらに、ＣＭＣは、酸化セラミックからなるマトリックスおよび補強繊維を有することができる。具体的には、酸化物−酸化物ＣＭＣは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミノケイ酸塩、およびそれらの混合物などの酸化物系材料を含むマトリックスおよび補強繊維からなることができる。アルミノケイ酸塩は、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３２ＳｉＯ２）、ならびにガラス質アルミノケイ酸塩などの結晶質材料を含むことができる。
【００４３】
比較的厚いまたは薄いＥＢＣ層として使用するのに特に適切な化合物は、下にあるＣＭＣ基板に対して特に近い熱膨張率（ＣＴＥ）を有し得る。例えば、タンタル酸ハフニウムを含むアルミニウムは、ＣＭＣ基板に比較的近いＣＴＥを有する特に適切な化合物であり得る。例えば、タンタル酸ハフニウムを含むアルミニウムは、以下の式を有することができ、
Ａｌ１−ｘ−ｙＡ’ｘＡ’’ｙＨｆＴａＯ６（式８）
式中、Ａ’は、Ｅｒ、Ｓｍ、またはそれらの混合物であり、ｘは、約０．３〜約０．４５であり、Ａ’’は、Ｉｎ、Ｇａ、またはそれらの混合物であり、ｙは、約０．１５〜約０．３５であり、（ｘ＋ｙ）は、約０．５〜約０．７であり、その結果、Ａｌが約０．３〜約０．５で存在する。特定の実施形態では、Ａ’は、ＥｒまたはＳｍのいずれかであり、および／またはＡ’’は、ＩｎまたはＧａのいずれかである。式８の化合物はまた、式１から参照することもでき、（式１を参照すると）Ａは、２つの他の元素（式８のＡ’およびＡ’’）と組み合わせてＡｌを含み、ｂは、０であり、Ｚは、Ｈｆであり、ｄは、０であり、Ｍは、Ｔａである。
【００４４】
比較的薄いＥＢＣ層（例えば、約１００μｍ以下の厚さを有する）として使用するのに特に適切な化合物は、下にあるＣＭＣ基板のＣＴＥに近いが、ＣＴＥマッチングの関係にはない熱膨張率（ＣＴＥ）を有し得る。例えば、タンタル酸ハフニウムを含むエルビウムは、このようなＥＢＣ層に特に適切な化合物であり得、以下の式を有することができ、
Ａｌ１−ｘ−ｙＥｒｘＧａｙＨｆＴａＯ６（式９）
式中、ｘは、約０．４〜約０．６であり、ｙは、０〜約０．４であり、（ｘ＋ｙ）は、Ａｌが約０．１５〜約０．５で存在するように約０．５〜約０．８５である。式９の化合物はまた、式１から参照することもでき、（式１を参照すると）Ａは、Ｅｒ、Ａｌ、およびＧａの組合せを含み、ｂは、０であり、Ｚは、Ｈｆであり、ｄは、０であり、Ｍは、Ｔａである。
【００４５】
図示のように、ボンドコーティング１０４は、任意選択で、基板１０２とＥＢＣ１０８との間の基板１０２の表面１０３に配置される。存在する場合、ボンドコーティング１０４は、ケイ素またはケイ素系材料（例えば、ケイ化物など）を含む。一般に、ボンドコーティング１０４は、比較的薄く、例えば、約２５マイクロメートル（μｍ）〜約２７５μｍ、約２５μｍ〜約１５０μｍ（例えば、約２５μｍ〜約１００μｍ）などのような厚さを有する。
【００４６】
図２は、熱成長酸化物（「ＴＧＯ」）層１０５を示し、これは、構成要素１００の酸素への曝露中（例えば、製造および／または使用中）に酸化ケイ素の層（「酸化ケイ素スケール」または「シリカスケール」と呼ばれることもある）のような、ケイ素系ボンドコーティング１０４の表面に形成することができる。
【００４７】
図１のコーティングされた構成要素１００は、ガスタービンエンジン内に存在する構成要素、例えば、燃焼器構成要素、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールド、およびベーンなど、高温環境に見られる構成要素としての使用に特に適している。特に、タービン構成要素は、ガスタービンの高温ガス流路内に配置されたＣＭＣ構成要素とすることができ、それによりコーティング系１０６は、高温ガス流路に曝されるときに、ガスタービン内の構成要素１００を保護するために下にある基板１０２に対して環境障壁を形成する。
【００４８】
図３は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。より具体的には、図３の実施形態に関して、ガスタービンエンジンは、本明細書において「ターボファンエンジン１０」と呼ばれる、高バイパスターボファンジェットエンジン１０である。図３に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（基準となる長手方向中心線１２に平行に延びる）および半径方向Ｒを画定する。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４と、ファンセクション１４の下流に配置されたコアタービンエンジン１６とを含む。ターボファンエンジン１０を参照して以下で説明するが、本開示は、産業用および海洋用ガスタービンエンジンおよび補助動力ユニットを含む、ターボジェット、ターボプロップおよびターボシャフトガスタービンエンジンを含む一般的なターボ機械に適用可能である。
【００４９】
図示の例示的なコアタービンエンジン１６は、一般に、環状入口２０を画定する実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機２２および高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８および低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを収容する。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動可能に接続する。
【００５０】
図示の実施形態では、ファンセクション１４は、離間してディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示のように、ファンブレード４０は、概して半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延びる。各ファンブレード４０は、ファンブレード４０のピッチを同時にまとめて変化させるように構成された適切な作動部材４４に動作可能に結合されたファンブレード４０により、ピッチ軸Ｐを中心にディスク４２に対して回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、および作動部材４４は、任意の動力ギアボックス４６を横切るＬＰシャフト３６によって長手方向軸１２を中心に共に回転可能である。動力ギアボックス４６は、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的な回転ファン速度に低下させる複数のギアを含む。
【００５１】
さらに図３の例示的な実施形態を参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するために空気力学的に輪郭づけされた回転可能なフロントナセル４８によって覆われている。加えて、例示的なファンセクション１４は、ファン３８および／またはコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向に囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル５０を含む。ナセル５０は、複数の円周方向に離間して配置された出口ガイドベーン５２によって、コアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができることを理解されたい。さらに、ナセル５０の下流セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分を覆うように延び、それらの間にバイパス空気流通路５６を画定することができる。
【００５２】
ターボファンエンジン１０の動作中、大量の空気５８が、ナセル５０および／またはファンセクション１４の関連する入口６０を通ってターボファン１０に入る。大量の空気５８がファンブレード４０を通過する際に、空気５８の第１の部分は、矢印６２で示すように、バイパス空気流通路５６に誘導されるかまたは送られ、空気５８の第２の部分は、矢印６４で示すように、ＬＰ圧縮機２２に誘導されるかまたは送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との間の比は、バイパス比として一般に知られている。次いで、空気の第２の部分６４の圧力が、高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼セクション２６へと送られるにつれて高められ、燃焼セクション２６において燃料と混合されて燃焼され、燃焼ガス６６を供給する。
【００５３】
燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って送られ、そこで燃焼ガス６６からの熱および／または運動エネルギーの一部は、外側ケーシング１８に結合されるＨＰタービンステータベーン６８およびＨＰシャフトまたはスプール３４に結合されるＨＰタービンロータブレード７０の連続段を介して抽出されてＨＰシャフトまたはスプール３４を回転させ、それによってＨＰ圧縮機２４の動作を支持する。その後、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、そこで熱および運動エネルギーの第２の部分は、外側ケーシング１８に結合されるＬＰタービンステータベーン７２およびＬＰシャフトまたはスプール３６に結合されるＬＰタービンロータブレード７４の連続段を介して燃焼ガス６６から抽出されてＬＰシャフトまたはスプール３６を回転させ、それによってＬＰ圧縮機２２の動作および／またはファン３８の回転を支持する。
【００５４】
燃焼ガス６６は、続いてコアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って送られ、推進力を提供する。同時に、空気の第１の部分６２がターボファン１０のファンノズル排気セクション７６から排出される前にバイパス空気流通路５６を通って送られる際に、空気の第１の部分６２の圧力が実質的に増加し、また推進力を提供する。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、およびジェット排気ノズルセクション３２は、コアタービンエンジン１６を通って燃焼ガス６６を送るための高温ガス経路７８を少なくとも部分的に画定する。
【００５５】
実施例１
表１に示す式に従って作製された、式８によるタンタル酸ハフニウムを含むアルミニウム。タンタル酸ハフニウム化合物を含むこれらのアルミニウムの各々は、ＣＭＣ基板のＣＴＥに近いＣＴＥを有し、これらの化合物をＥＢＣコーティング系の層としての使用に特に適切にした。
【００５６】
【表１】
2019043839.tif 000003
実施例２
表２に示す式に従って作製された、式９によるタンタル酸ハフニウムを含むアルミニウム。タンタル酸ハフニウム化合物を含むこれらのアルミニウムの各々は、ＣＭＣ基板のＣＴＥに特に近いものではないが、依然としてＥＢＣコーティング系の薄層としての使用に適したＣＴＥを有していた。
【００５７】
【表２】
2019043839.tif 000004
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、例示的な実施形態を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
基板（１０２）の表面（１０３）のコーティング系（１０６）であって、
以下の式を有する化合物を含む層（１０５）を備え、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、
Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ｂは、０〜約０．５であり、
Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、コーティング系（１０６）。
［実施態様２］
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）にあり、前記基板（１０２）と前記層（１０５）との間に配置されたボンドコーティング（１０４）をさらに備える、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様３］
前記基板（１０２）が、セラミックマトリックス複合材であり、前記ボンドコーティング（１０４）が、金属ケイ素またはケイ化物を含み、さらに遷移層が、前記ボンドコーティング（１０４）と前記層（１０５）との間に配置される、実施態様２に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様４］
前記層（１０５）が、約１μｍ〜約１ｍｍの厚さを有する、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様５］
前記層（１０５）が、前記コーティング系（１０６）の外層である、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様６］
ｂが、０であり、Ａが、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、およびＢｉからなる群から選択される元素からなる、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様７］
ｂが、０であり、Ａが、Ａｌ、Ｅｒ、およびＹからなる群から選択される元素からなる、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様８］
ｂが、０超〜約０．５である、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様９］
ｄが、０である、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様１０］
Ｚが、Ｈｆを含む、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様１１］
Ｍが、Ｔａを含む、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様１２］
Ａが、別の元素と組み合わせてＡｌを含み、Ｚが、前記化合物が以下の式を有するようにＨｆを含み、
ＡｌｘＡ’ａＢｂＬｎ１−ｘ−ａ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６
式中、
ｘは、Ａｌが前記化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、
Ａ’は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ａは、０〜約０．９９であり、
ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ａ−ｂは、Ｌｎが前記化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、
Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、
ｔは、０〜約０．９９であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
ｔとｄの和は、Ｈｆが前記化合物中に存在するように１未満であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様１３］
ｂが、０であり、ｔが、０である、実施態様１２に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様１４］
ｄが、０であり、Ｍが、Ｔａである、実施態様１３に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様１５］
Ａが、別の元素と組み合わせてＡｌおよびＧａを含み、Ｚが、前記化合物が以下の式を有するようにＨｆを含み、
ＡｌｘＧａｙＢｂＬｎ１−ｘ−ｙ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６
式中、
ｘは、Ａｌが前記化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、
ｙは、Ｇａが前記化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、
ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ａ−ｂは、Ｌｎが前記化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、
Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、
ｔは、０〜約０．９９であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
ｔとｄの和は、Ｈｆが前記化合物中に存在するように１未満であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、実施態様１に記載のコーティング系（１０６）。
［実施態様１６］
表面（１０３）を有するセラミック基板（１０２）と、
前記セラミック基板（１０２）の前記表面（１０３）のコーティング系（１０６）とを備え、前記コーティング系（１０６）は、以下の式を有する化合物を含む層（１０５）を備え、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、
Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ｂは、０〜約０．５であり、
Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、コーティングされた構成要素（１００）。
［実施態様１７］
前記セラミック基板（１０２）が、セラミックマトリックス複合材であり、前記層（１０５）が、約１μｍ〜約１ｍｍの厚さを有し、さらに前記層（１０５）が、前記コーティング系（１０６）の外層である、実施態様１６に記載のコーティングされた構成要素（１００）。
［実施態様１８］
ｂが、０であり、ｄが、０であり、Ｚが、Ｈｆであり、Ｍが、Ｔａである、実施態様１６に記載のコーティングされた構成要素（１００）。
［実施態様１９］
Ａが、別の元素と組み合わせてＡｌを含み、Ｚが、前記化合物が以下の式を有するようにＨｆを含み、
ＡｌｘＡ’ａＢｂＬｎ１−ｘ−ａ−ｂＨｆ１−ｔ−ｄＴｉｔＤｄＭＯ６
式中、
ｘは、Ａｌが前記化合物中に存在するように約０．０１〜約０．９９であり、
Ａ’は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ａは、０〜約０．９９であり、
ｂは、０〜約０．５であり、１−ｘ−ａ−ｂは、Ｌｎが前記化合物中に存在するように０〜約０．９９であり、
Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、イッテルビウムＹｂ、Ｌｕ、またはそれらの混合物であり、Ｌｎは、組成物に関してＡとは異なり、
ｔは、０〜約０．９９であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
ｔとｄの和は、Ｈｆが前記化合物中に存在するように１未満であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、実施態様１６に記載のコーティングされた構成要素（１００）。
［実施態様２０］
基板（１０２）の表面（１０３）にコーティング（１０４）を形成する方法であって、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）にスラリを適用することを含み、前記スラリは、溶媒中に分散され、以下の式を有する化合物を含み、
Ａ１−ｂＢｂＺ１−ｄＤｄＭＯ６
式中、
Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、またはそれらの混合物であり、
ｂは、０〜約０．５であり、
Ｚは、Ｈｆ、Ｔｉ、またはそれらの混合物であり、
Ｄは、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはそれらの混合物であり、
ｄは、０〜約０．５であり、
Ｍは、Ｔａ、Ｎｂ、またはそれらの混合物である、方法。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向中心線
１４  ファンセクション
１６  コアタービンエンジン
１８  外側ケーシング
２０  環状入口
２２  低圧（ＬＰ）圧縮機
２４  高圧（ＨＰ）圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高圧（ＨＰ）タービン、
３０  低圧（ＬＰ）タービン
３２  ジェット排気ノズルセクション
３４  高圧（ＨＰ）シャフト／スプール
３６  低圧（ＬＰ）シャフト／スプール
３８  可変ピッチファン
４０  ファンブレード
４２  ディスク
４４  作動部材
４６  動力ギアボックス
４８  フロントナセル
５０  外側ナセル
５２  出口ガイドベーン
５４  下流セクション
５６  バイパス空気流通路
５８  空気
６０  入口
６２  空気の第１の部分
６４  空気の第２の部分
６６  燃焼ガス
６８  ＨＰタービンステータベーン
７０  ＨＰタービンロータブレード
７２  ＬＰタービンステータベーン
７４  ＬＰタービンロータブレード
７６  ファンノズル排気セクション
７８  高温ガス経路
１００  コーティングされた構成要素
１０２  基板
１０３  表面
１０４  ボンドコーティング
１０５  熱成長酸化物（ＴＧＯ）層
１０６  コーティング系
１０８  環境障壁コーティング（ＥＢＣ）
１１０  層
【図１】
2019043839.tif 000005
【図２】
2019043839.tif 000006
【図３】
2019043839.tif 000007
【外国語明細書】
2019043839000001.pdf