(57)【要約】【課題】コーティングされた部品（１００）が、その形成および使用の方法と共に提供される。【解決手段】コーティングされた部品（１００）は、複数のキャビティ（１０１）が内部に画定された表面（１０３）を有する基板（１０２）と、キャビティ（１０１）内の基板（１０２）の表面（１０３）上のボンドコーティング（１０４）（例えば、ケイ素材料を含む）と、前記基板（１０２）の前記表面（１０３）の上にあって、前記ボンドコーティング（１０４）が溶融した場合に前記キャビティ（１０１）内に収容されるように、前記キャビティ（１０１）内に前記ボンドコーティング（１０４）を封入する環境バリアコーティング（１０８）と、を含むことができる。このようなコーティングされた部品（１００）は、一実施形態では、ガスタービン（２８）エンジンの高温ガス経路（７８）で使用するためのＣＭＣ部品（１００）などのタービン（２８）部品（１００）であってもよい。【選択図】図１Ａ
2019052082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティングされた部品（１００）であって、
表面（１０３）を有する基板（１０２）であって、複数のキャビティ（１０１）が前記基板（１０２）の前記表面（１０３）内に画定される、基板（１０２）と、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）内に画定された前記キャビティ（１０１）内の前記基板（１０２）の前記表面（１０３）上のボンドコーティング（１０４）であって、融点を有するケイ素材料を含むボンドコーティング（１０４）と、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）の上にあって、前記ボンドコーティング（１０４）が溶融した場合に前記キャビティ（１０１）内に収容されるように、前記キャビティ（１０１）内に前記ボンドコーティング（１０４）を封入する環境バリアコーティング（１０８）と、
を含むコーティングされた部品（１００）。
【請求項２】
前記ボンドコーティング（１０４）は、ケイ素金属、ケイ素合金、約１５００℃以下の融点を有するシリサイド、またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項３】
前記ボンドコーティング（１０４）は約１４００℃以上の温度で溶融し、前記基板（１０２）は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせを含むセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）を含み、前記基板（１０２）は複数のＣＭＣプライを含む、請求項１または２に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項４】
各キャビティ（１０１）は、複数の側壁（１１２）によって画定され、各側壁（１１２）は壁高さを有し、前記ボンドコーティング（１０４）は前記壁高さ以下の厚さを有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項５】
前記キャビティ（１０１）内の、対向する側壁（１１２）間の底面（１１３）を含み、前記側壁（１１２）および前記底面（１１３）の少なくとも１つは、前記ボンドコーティング（１０４）と前記基板（１０２）との間の接触表面積を増加させるために一連の交互の山（１１５）および谷（１１７）を含む、請求項４に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項６】
底面（１１３）は、キャビティ（１０１）内の、対向する側壁（１１２）間の前記基板（１０２）によって画定され、前記底面（１１３）は、前記ボンドコーティング（１０４）と前記基板（１０２）との間の接触表面積を増加させるために一連の山（１１５）および谷（１１７）を含む、請求項４に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項７】
前記ボンドコーティング（１０４）は、前記壁高さの約９０％〜１００％の厚さを有する、請求項４に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項８】
前記壁高さは、約２５マイクロメートル（μｍ）〜約２７５μｍであり、前記ボンドコーティング（１０４）は、約２５μｍ〜約２７５μｍの厚さを有する、請求項４に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項９】
境界層（１２０）が前記ボンドコーティング（１０４）と前記基板（１０２）との間にあるように、前記キャビティ（１０１）内の、対向する側壁（１１２）間の前記基板（１０２）によって画定された底面（１１３）の上に延在する前記境界層（１２０）
をさらに含む、請求項４に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項１０】
前記境界層（１２０）は、希土類ケイ酸塩、希土類酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、約１５００℃以上の融点を有するシリサイド、酸化ケイ素、またはそれらの混合物を含み、前記境界層（１２０）は、約５μｍ〜約１００μｍの厚さを有する、請求項９に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項１１】
隣接するキャビティ（１０１）は、前記基板（１０２）の前記表面（１０３）上の隆起部（１０６）によって互いに分離されている、請求項１に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項１２】
複数の隆起部（１０６）は、前記基板（１０２）の前記表面（１０３）上のパターンを画定する、請求項１１に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項１３】
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）は表面積を有し、前記隆起部（１０６）は、前記基板（１０２）の前記表面積のうちの０％より大きく約１０％までを画定する、請求項１２に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項１４】
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）は表面（１０３）面積を有し、前記隆起部（１０６）は、前記基板（１０２）の前記表面（１０３）面積のうちの０％より大きく約５％までを画定し、前記隆起部（１０６）は、約１０μｍ〜約３ｍｍの幅を有する、請求項１３に記載のコーティングされた部品（１００）。
【請求項１５】
コーティングされた部品（１００）を形成する方法（６００）であって、
基板（１０２）の表面（１０３）内に複数のキャビティ（１０１）を形成するステップと、
前記キャビティ（１０１）内にボンドコーティング（１０４）を形成するステップであって、前記ボンドコーティング（１０４）は融点を有するケイ素材料を含む、ステップと、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）の上にあって、前記ボンドコーティング（１０４）が溶融した場合に前記キャビティ（１０１）内に収容されるように、前記キャビティ（１０１）内に前記ボンドコーティング（１０４）を封入する環境バリアコーティング（１０８）を形成するステップと、
を含む方法（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、セラミック部品上の環境バリアコーティングで使用するためのボンドコーティング、ならびにそれらの形成および使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、それらの効率を改良するために、より高い動作温度が絶えず求められている。しかし、動作温度が高まると、それに応じてエンジンの部品の高温耐久性を高めなければならない。高温性能の著しい進歩は、鉄系、ニッケル系、およびコバルト系超合金の形成により実現されてきた。依然として、超合金により構成される多くの高温ガス経路部品では、部品を断熱するために熱バリアコーティング（ＴＢＣ）を利用することができ、熱バリアコーティングは、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できるので、構造部品の熱曝露を制限する。
【０００３】
ガスタービンエンジン全体で、特に、より高温のセクションで用いられる部品に超合金が広範に用いられるようになってきたが、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料など、より軽量の代替的な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部品は、高温エンジンセクションの苛酷な環境から部品を保護するために環境バリアコーティング（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気密封止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、高温乾燥環境で酸化する。この酸化は、不活性の酸化ケイ素スケールを材料の表面に生じさせる。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と、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との両方によって、酸化と減肉が起きる。高温多湿環境での減肉を防ぐために、炭化ケイ素材料および窒化ケイ素材料に環境バリアコーティング（ＥＢＣ）が堆積される。
【０００５】
現在、ＥＢＣ材料は希土類ケイ酸塩化合物から作られている。それらの材料は、水蒸気を締め出し、炭化ケイ素または窒化ケイ素の表面の酸化ケイ素スケールに水蒸気が達するのを防ぐことによって、減肉を防ぐ。しかし、そのような材料は、酸素透過を防ぐことができず、このことは、下地基板の酸化を生じさせる。基板の酸化は、炭素系または窒素系の酸化ガスの放出と共に、受動的な酸化ケイ素スケールを生じさせる。炭素系酸化ガス（すなわち、ＣＯ、ＣＯ２）または窒素系酸化ガス（すなわち、ＮＯ、ＮＯ２など）は、高密度ＥＢＣを通って逃げることができないので、膨れが形成される。今日まで、この膨れ問題の解決策は、ケイ素ボンドコーティングの使用であった。ケイ素ボンドコーティングは、ガス状副生成物を放出せずに酸化する（ＥＢＣの下に不活性の酸化ケイ素層を形成する）層を提供する。
【０００６】
しかし、金属ケイ素の融点が比較的低いので、ケイ素ボンドコーティングによりＥＢＣの作用上限温度が制限される。使用時に、ケイ素ボンドコーティングは、ケイ素金属の融点である約１４１４℃のコーティング温度で溶融する。これらの溶融温度より上では、ケイ素ボンドコーティングは、下地基板から剥離して、ボンドコートおよびその上のＥＢＣを効果的に除去する可能性がある。よって、より高いＥＢＣの作用限界温度を実現するために、ＥＢＣのケイ素ボンドコーティングの特性を改善することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第９５１２５０５号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様および利点は、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。
【０００９】
コーティングされた部品が、その形成および使用の方法と共に一般的に提供される。一実施形態では、コーティングされた部品は、複数のキャビティが内部に画定された表面を有する基板と、キャビティ内の基板の表面上のボンドコーティング（例えば、ケイ素材料を含む）と、前記基板の前記表面の上にあって、前記ボンドコーティングが溶融した場合に前記キャビティ内に収容されるように、前記キャビティ内に前記ボンドコーティングを封入する環境バリアコーティングと、を含む。
【００１０】
このようなコーティングされた部品は、一実施形態では、ガスタービンエンジンの高温ガス経路で使用するためのＣＭＣ部品などのタービン部品であってもよい。
【００１１】
コーティングされた部品を形成するための方法も一般的に提供される。一実施形態では、本方法は、基板の表面内に複数のキャビティを形成するステップと、キャビティ内にケイ素材料のボンドコーティングを形成するステップと、前記基板の前記表面の上にあって、前記ボンドコーティングが溶融した場合に前記キャビティ内に収容されるように、前記キャビティ内に前記ボンドコーティングを封入する環境バリアコーティングを形成するステップと、を含む。
【００１２】
本発明の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して、よりよく理解されよう。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原理を説明するのに役立つ。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１Ａ】カプセル化されたボンドコーティングを有する例示的なコーティングされた部品の断面側面図である。
【図１Ｂ】カプセル化されたボンドコーティングを有する別の例示的なコーティングされた部品の断面側面図である。
【図２Ａ】図１Ａに示すような、カプセル化されたボンドコーティングを有する例示的なコーティングされた部品の分解断面側面図である。
【図２Ｂ】図１Ｂに示すような、カプセル化されたボンドコーティングを有する別の例示的なコーティングされた部品の分解断面側面図である。
【図３】図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂに示すような、カプセル化されたボンドコーティングを有する例示的な基板の上面図である。
【図４】図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂに示すような、カプセル化されたボンドコーティングを有する別の例示的な基板の上面図である。
【図５】本主題の様々な実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図６】耐火相の連続相内に含まれるケイ素相を有するボンドコーティングを形成する例示的な方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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に含まれ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。
【００１７】
本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。
【００１８】
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装置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。
【００１９】
基板の表面内、およびその上の環境バリアコーティング（ＥＢＣ）の下に画定されたキャビティ内に配置されたボンドコーティングを含むコーティングされた部品が一般に提供される。一般に、ボンドコーティングは、ケイ素金属のようなケイ素材料、比較的低い融点（例えば、１５００℃以下）を有するシリサイドなどから形成される。以下でより詳細に説明するように、ボンドコーティングのケイ素材料は、コーティングされた部品の動作中に溶融し、その上のＥＢＣによって基板の表面内に画定されたキャビティ内に残る。ボンドコーティングは、特定の実施形態では、基板をその上のＥＢＣに結合し、気体を放出することなく酸素をゲッタリングして、そうでなければガス状副生成物を生じる下地基板の酸化を防止するなどの機能を保持することができる。したがって、コーティング部品の動作中に（例えば、ガスタービンエンジン内で）液体ボンドコーティングを利用することができる。ボンドコーティングは、ケイ素材料の融点を超えて機能し続けるので、コーティングされた部品は、ケイ素材料の融点を超える温度で動作することができる。
【００２０】
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、例示的なコーティングされた部品１００が、その中に複数のキャビティ１０１を画定する表面１０３を有する基板１０２から形成されて示されている。キャビティ１０１の各々は、ケイ素材料を含むボンドコーティング１０４を含む。図１Ａおよび図２Ａに示す実施形態では、ボンドコーティング１０４は、その間にいかなる層も有さずに表面１０３上に直接存在する。しかし、他の実施形態では、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。例えば、図１Ｂおよび図２Ｂは、ボンドコーティング１０４と基板１０２の表面１０３との間に配置された、以下により詳細に説明する境界層１２０を示す。
【００２１】
特定の一実施形態では、ボンドコーティング１０４のケイ素材料は、ケイ素金属、ケイ素合金（例えば、ケイ素共晶合金）、約１５００℃以下の融点を有するシリサイド、またはそれらの混合物から形成することができる。ケイ素材料は、基板１０２自体との良好な濡れ性を示してもよく、または基板１０２を化学的に修飾して濡れ性を促進してもよい（例えば、基板１０２上に境界層１２０を含む）。このように、ボンドコーティング１０４のケイ素材料は、ケイ素材料の組成に応じて、約１４００℃以上の温度で溶融して、融解する可能性がある。例えば、ボンドコーティング１０４のケイ素材料は、約１４１４℃〜約１７６０℃（例えば、約１４１４℃〜約１４８５℃）の溶融温度を有することができる。特定の実施形態では、ケイ素材料は、１４１５℃、１４２５℃、１４５０℃、１４７５℃、および／または１５００℃のボンドコーティング温度で溶融される。
【００２２】
特定の実施形態では、例えば、ボンドコーティング１０４のケイ素材料は、少なくとも約５０重量％のケイ素金属、例えば約７５〜１００重量％のケイ素金属を含むことができる。純粋なケイ素金属は約１４１４℃の融点を有する。このように、ボンドコーティング１０４のケイ素材料は、ケイ素材料の組成に応じて約１４１４℃以上の温度で溶融して、融解することがある。
【００２３】
特定の実施形態では、約１５００℃以下（例えば、約１４００℃〜約１５００℃）の融点を有するシリサイドもボンドコーティング１０４に存在し得る。特定のシリサイドの融点を決定することは、Ｓｉ相図を用いて容易に達成することができる。特に好適なシリサイドは、耐火材料および／またはＥＢＣ材料と適合するように希土類およびケイ素を含むことができる。例えば、約１５００℃以下の融点を有するケイ化物は、１つの特定の実施形態において、Ｓｉ１−ｘＹｘを含むことができ、ここでｘは０より大きく約０．２５までである。
【００２４】
隣接するキャビティ１０１は、キャビティ１０１に面する側壁１１２を有する隆起部１０６によって表面１０３と互いに分離されている（すなわち、互いに隔てられている）。このように、キャビティ１０１の壁１１２は、基板１０２の表面１０３および環境バリアコーティング１０８（特にその中の気密層）と協働して、基板１０２の表面１０３から剥離することなくボンドコーティング１０４の完全性を維持しながら、ボンドコーティング１０４の溶融ケイ素材料をその中に収容する。
【００２５】
一般に、ボンドコーティング１０４は比較的薄い。１つの特定の実施形態では、ボンドコーティング１０４は、壁１１２の壁高さに等しいかそれよりも小さい厚さを有し、その結果、ボンドコーティング１０４は、キャビティ１０１から外へ延在しない。例えば、ボンドコーティング１０４は、壁１１２の壁高さの約９０％〜１００％（例えば、壁高さの約９５％〜１００％）の厚さを有することができる。特定の実施形態では、壁１１２は、約２５マイクロメートル（μｍ）〜約２７５μｍ、例えば約２５μｍ〜約１５０μｍ（例えば、約２５μｍ〜約１００μｍ）などの壁高さを有することができる。同様に、ボンドコーティング１０４は、約２５μｍ〜約２７５μｍ、例えば約２５μｍ〜約１５０μｍ（例えば、約２５μｍ〜約１００μｍ）などの厚さを有することができる。
【００２６】
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、対向する側壁１１２の間のキャビティ１０１内の底面１１３は、基板１０２によって画定される。上のＥＢＣ１０８と一緒に、側壁１１２および底面１１３はボンドコーティング１０４を封入し、溶融時にケイ素材料がキャビティ内に含まれるようにする。一実施形態では、底面１１３は、ボンドコーティング１０４と基板１０２との間の接触表面積を増加させる表面特徴を含むことができる。例えば、底面１１３は、一連の交互の山１１５と谷１１７とを含むことができる。同様に、側壁１１２は、このような表面特徴を含むことができる。
【００２７】
図１Ｂおよび図２Ｂは、溶融したボンドコーティング１０４と下地基板１０２との間の相互作用を抑制する境界層１２０を含む例示的なコーティングされた部品１００を示す。例えば、境界層１２０は、ケイ素ベースのボンドコーティング１０４とキャビティ１０１内の基板１０２の表面１０３との間に配置され、ボンドコーティング１０４のケイ素材料を溶融する温度での動作中に、境界層１２０は、下地基板１０２を溶融材料（例えば溶融ケイ素）との反応から保護することができる。例えば、Ｓｉ金属がボンドコーティング１０４内に含まれる場合、液体Ｓｉ金属は基板１０２内の炭化ケイ素を溶解することができる。このような液体ケイ素材料と基板との間の相互作用は、境界層１２０の存在によって阻害することができる。一般に、境界層１２０は、ボンドコーティング１０４のケイ素材料が下地基板１０２との接合機能を少なくとも部分的に実行できるように比較的薄く、そのような温度での使用中に溶融ケイ素材料との反応から基板１０２を保護するのに十分な厚さのままである。特定の実施形態では、境界層１２０は、約５マイクロメートル（μｍ）〜約１００μｍ、例えば約１０μｍ〜約５０μｍの厚さを有することができる。
【００２８】
一般に、境界層１２０は、ボンドコーティング１０４のケイ素材料の融点よりも高い融点（例えば、約１５００℃以上）を有する耐火材料を含むが、基板１０２の材料と適合し、ボンドコーティング１０４のケイ素材料とは反応しない。特定の実施形態では、耐火材料は、ボンドコーティング１０４のケイ素材料を濡らすことができる。例えば、境界層１２０の耐火材料は、任意の適切な耐火材料を含むことができ、それは、希土類ケイ酸塩（例えば、希土類二ケイ酸塩、希土類モノケイ酸塩、またはそれらの混合物）、希土類酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、約１５００℃以上の融点を有するシリサイド（例えば、Ｍｏ５Ｓｉ３、ＭｏＳｉ２、ＲｅＳｉ２、ＲｅＳｉ、ＷＳｉ２、Ｗ５Ｓｉ３、ＣｒＳｉ２、希土類シリサイド、またはそれらの混合物）、酸化ケイ素、またはそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。特定の実施形態では、境界層１２０の耐火材料は、ホウ素、ガリウム、アルミニウム、または別のドーパントでドープされてもよい。
【００２９】
図３〜図４に示すように、隆起部１０６は、表面上に連続パターン（例えば、図３に示す正方形グリッドまたは図４に示すダイヤモンドグリッド）などのパターンを形成することができ、基板１０２の表面１０３の上に任意の所望の形状を有することができる。特定の実施形態では、特に表面１０３がエンジン部品上の高温ガス経路に面する場合、パターンは基板１０２の表面１０３全体を覆うことができる。
【００３０】
隆起部１０６によって形成される特定のパターンに関係なく、基板１０２上の表面１０３の表面積の大部分はキャビティ１０１によって画定され、隆起部１０６は表面１０３の表面積の比較的小さい部分を画定する。したがって、ボンドコーティング１０４は、上にあるＥＢＣ１０８の内面の大部分に接触してもよく、少量の表面１０３のみがＥＢＣ１０８に直接結合され、それらの間の結合材料はない。しかしながら、隆起部１０６は、ボンドコーティング１０４の材料が溶融されたときに、ＥＢＣ１０８の内面に接合するのに十分な表面積を提供する。例えば、キャビティは、基板１０２上の表面１０３の全表面積のうちの約９０％から１００％、例えば約９５％から１００％未満（例えば、約９８％から１００％未満）などを画定することができる。逆に、隆起部１０６は、基板１０２上の表面１０３の全表面積のうちの０％より大きく約１０％まで、例えば０％より大きく約５％まで（例えば、０％より大きく約２％まで）画定することができる。
【００３１】
ある実施形態では、隆起部１０６は、上に横たわるＥＢＣ１０８と結合するのに十分な表面積を提供するために、約１０μｍ〜約３ミリメートル（ｍｍ）の幅を有することができ、ブリスター（例えば、下地基板１０２の酸化によって）に悪影響を与えることはない。
【００３２】
図１および図２は、部品１００の酸素に曝露されている間（例えば、製造中および／または使用中）にボンドコーティング１０４の表面上に形成され得る、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）などの、熱成長酸化物（「ＴＧＯ」）層１０５を示す。一実施形態では、隆起部１０６の少なくとも一部は、基板１０２の表面１０３に直接的に結合することができ、それらの間に他の層はない。しかし、代替的な実施形態では、隆起部１０６は、ＴＧＯ層１０５が隣接するボンドコーティング１０４の間の隆起部１０６上を移動して延在することを可能にするのに十分なほど小さい幅を有することができる。
【００３３】
上述したように、ボンドコーティング１０４は、均一に塗布されたケイ素ボンドコーティング（キャビティ１０１なし）を使用した場合と比較して、高い動作温度を有するコーティングされた部品１００を形成するために、ＥＢＣ１０８と共に使用することができる。ＥＢＣ１０８は、典型的なＥＢＣまたは熱バリアコーティング（「ＴＢＣ」）層化学から選択された材料から形成された１つまたは複数の層の任意の組み合わせを含むことができ、それは、限定するものではないが、希土類ケイ酸塩（例えば、単ケイ酸塩および二ケイ酸塩）、アルミノシリケート（例えば、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）、希土類アルミノシリケートなど）、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。
【００３４】
ＥＢＣ１０８は、複数の個々の層１１４から形成されてもよい。図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態では、ＥＢＣ１０８は、溶融時にケイ素材料をキャビティ１０１内に封入するように、ボンドコーティング１０４上に直接配置された気密層１１６を含む。しかし、他の実施形態では、気密層１１６は、ＥＢＣ１０８内の他の場所に配置されてもよい。
【００３５】
図１および図２を参照すると、基板１０２は、ケイ素ベースの非酸化物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」）材料から形成されてもよい。本明細書で使用される「ＣＭＣ」は、ケイ素含有または酸化物−酸化物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「モノリシックセラミック」は、繊維強化材を含まない材料（例えば、マトリックス材料のみを有する材料）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。
【００３６】
本明細書における使用にふさわしいＣＭＣのいくつかの例としては、非限定的に、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挙げることができる。例としては、非限定的に、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が挙げられる。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、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（３Ａｌ２Ｏ３  ２ＳｉＯ２）およびガラス質アルミノケイ酸塩などの結晶質物質を含むことができる。
【００３７】
コーティングされた部品１００は、ガスタービンエンジン内に存在する部品、例えば、燃焼器部品、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部品としての使用に特に適する。特に、タービン部品は、ガスタービンの高温ガス流路内に配置されたＣＭＣ部品であってもよく、その結果、コーティングシステム（ボンドコーティング１０４およびＥＢＣ１０８を有する）が、下地基板１０２に対して環境バリアを形成し、高温ガス流路に曝されたときにガスタービン内の部品１００を保護する。
【００３８】
図５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５の実施形態では、ガスタービンエンジンは、高バイパスターボファンジェットエンジン１０であり、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ぶ。図５に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照のために提供される長手方向中心線１２と平行に延在する）および半径方向Ｒを規定する。一般に、ターボファンエンジン１０は、ファン部１４およびファン部１４の下流に配置されるコアタービンエンジン１６を含む。以下にターボファンエンジン１０を参照して説明するが、本開示はターボジェット、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み、工業用および海洋用のガスタービンエンジンおよび補助動力ユニットを含む、ターボ機械全体に適用することもできる。
【００３９】
図示した例示的なコアタービンエンジン１６は、一般的に、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、直列の流れの関係で、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を含む圧縮機部と、燃焼部２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８および低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービン部と、ジェット排気ノズル部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に駆動的に連結する。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に駆動的に連結する。
【００４０】
図示する実施形態では、ファン部１４は、間隔を置くようにディスク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。図示するように、ファンブレード４０は、ほぼ半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延在する。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を中心としてディスク４２に対して回転することができる。ファンブレード４０、ディスク４２、および作動部材４４は共に、動力ギヤボックス４６を横切るＬＰシャフト３６によって長手方向軸１２を中心として回転することができる。動力ギヤボックス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ヤを含む。
【００４１】
さらに図５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で覆われている。さらに、例示的なファン部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取り囲む環状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、円周方向に間隔を置いて配置された複数の出口ガイドベーン５２により、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の下流部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在してもよく、それらの間にバイパス空気流路５６を画定することができる。
【００４２】
ターボファンエンジン１０の動作時には、ある量の空気５８が、ナセル５０および／またはファン部１４の関連する入口６０を通ってターボファンエンジン１０に入る。ある量の空気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、バイパス空気流路５６内に導かれまたは送られ、空気５８の第２の部分は、矢印６４で示すように、ＬＰ圧縮機２２内に導かれまたは送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との比は、バイパス比として一般的に知られている。空気の第２の部分６４の圧力は、その後に、空気の第２の部分６４が高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼部２６に送られるにつれて増加し、燃焼部２６では、燃料と混合され、燃焼されて燃焼ガス６６を供給する。
【００４３】
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に結合されたＨＰタービンステータベーン６８と、ＨＰシャフトまたはスプール３４に結合されたＨＰタービンロータブレード７０と、の連続段を通して抽出され、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の動作を支援する。その後に、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、ＬＰタービン３０において、熱および運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合したＬＰタービンステータベーン７２とＬＰシャフトまたはスプール３６に結合したＬＰタービンロータブレード７４とからなる順次の段によって燃焼ガス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、したがってＬＰ圧縮機２２の動作および／またはファン３８の回転を支援する。
【００４４】
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部３２を通って送られて、推進力を提供する。同時に、空気の第１の部分６２がターボファンエンジン１０のファンノズル排気部７６から排出される前にバイパス空気流路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部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。
【００４５】
一般に、セラミック部品をコーティングするための方法も提供される。例えば、図６は、基板の表面上にコーティングシステムを形成する例示的な方法６００を示す。ステップ６０２において、複数のキャビティが基板の表面内に形成される。ステップ６０４において、ボンドコーティングが基板のキャビティ内に形成され、ケイ素材料（例えばケイ素金属）を含むことができる。ステップ６０６において、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）が基板の表面上に形成されて、キャビティ内にボンドコーティングを収容する。上述したように、ボンドコーティングは、溶融されると、基板と環境バリアコーティングの内面との間のキャビティ内に収容される。
【００４６】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示すると共に、あらゆる装置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、実施例を用いている。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］
コーティングされた部品（１００）であって、
表面（１０３）を有する基板（１０２）であって、複数のキャビティ（１０１）が前記基板（１０２）の前記表面（１０３）内に画定される、基板（１０２）と、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）内に画定された前記キャビティ（１０１）内の前記基板（１０２）の前記表面（１０３）上のボンドコーティング（１０４）であって、融点を有するケイ素材料を含むボンドコーティング（１０４）と、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）の上にあって、前記ボンドコーティング（１０４）が溶融した場合に前記キャビティ（１０１）内に収容されるように、前記キャビティ（１０１）内に前記ボンドコーティング（１０４）を封入する環境バリアコーティング（１０８）と、
を含むコーティングされた部品（１００）。
［実施態様２］
前記ボンドコーティング（１０４）は、ケイ素金属、ケイ素合金、約１５００℃以下の融点を有するシリサイド、またはそれらの混合物を含む、実施態様１に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様３］
前記ボンドコーティング（１０４）は、約１４００℃以上の温度で溶融する、実施態様１に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様４］
各キャビティ（１０１）は、複数の側壁（１１２）によって画定され、各側壁（１１２）は壁高さを有し、前記ボンドコーティング（１０４）は前記壁高さ以下の厚さを有する、実施態様１に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様５］
前記キャビティ（１０１）内の、対向する側壁（１１２）間の底面（１１３）を含み、前記側壁（１１２）および前記底面（１１３）の少なくとも１つは、前記ボンドコーティング（１０４）と前記基板（１０２）との間の接触表面積を増加させるために一連の交互の山（１１５）および谷（１１７）を含む、実施態様４に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様６］
底面（１１３）は、キャビティ（１０１）内の、対向する側壁（１１２）間の前記基板（１０２）によって画定され、前記底面（１１３）は、前記ボンドコーティング（１０４）と前記基板（１０２）との間の接触表面積を増加させるために一連の山（１１５）および谷（１１７）を含む、実施態様４に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様７］
前記ボンドコーティング（１０４）は、前記壁高さの約９０％〜１００％の厚さを有する、実施態様４に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様８］
前記壁高さは、約２５マイクロメートル（μｍ）〜約２７５μｍであり、前記ボンドコーティング（１０４）は、約２５μｍ〜約２７５μｍの厚さを有する、実施態様４に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様９］
境界層（１２０）が前記ボンドコーティング（１０４）と前記基板（１０２）との間にあるように、前記キャビティ（１０１）内の、対向する側壁（１１２）間の前記基板（１０２）によって画定された底面（１１３）の上に延在する前記境界層（１２０）
をさらに含む、実施態様４に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１０］
前記境界層（１２０）は、希土類ケイ酸塩、希土類酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、約１５００℃以上の融点を有するシリサイド、酸化ケイ素、またはそれらの混合物を含む、実施態様９に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１１］
前記境界層（１２０）は、約５μｍ〜約１００μｍの厚さを有する、実施態様９に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１２］
隣接するキャビティ（１０１）は、前記基板（１０２）の前記表面（１０３）上の隆起部（１０６）によって互いに分離されている、実施態様１に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１３］
複数の隆起部（１０６）は、前記基板（１０２）の前記表面（１０３）上のパターンを画定する、実施態様１２に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１４］
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）は表面積を有し、前記隆起部（１０６）は、前記基板（１０２）の前記表面積のうちの０％より大きく約１０％までを画定する、実施態様１２に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１５］
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）は表面積を有し、前記隆起部（１０６）は、前記基板（１０２）の前記表面積のうちの０％より大きく約５％までを画定する、実施態様１２に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１６］
前記隆起部（１０６）は、約１０μｍ〜約３ｍｍの幅を有する、実施態様１に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１７］
前記環境バリアコーティング（１０８）は、複数の層（１１４）を含み、前記環境バリアコーティング（１０８）の前記層（１１４）の少なくとも１つは、気密層（１１６）を含み、前記気密層（１１６）は、前記気密層（１１６）が前記環境バリアコーティング（１０８）の内面を画定するように、前記ボンドコーティング（１０４）に隣接する、実施態様１に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１８］
前記基板（１０２）は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせを含むセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）を含み、前記基板（１０２）は複数のＣＭＣプライを含む、実施態様１に記載のコーティングされた部品（１００）。
［実施態様１９］
タービン部品（１００）であって、
セラミックマトリックス複合材を含み、表面（１０３）を有する基板（１０２）であって、複数のキャビティ（１０１）が前記基板（１０２）の前記表面（１０３）内に画定される、基板（１０２）と、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）内に画定された前記キャビティ（１０１）内の前記基板（１０２）の前記表面（１０３）上のボンドコーティング（１０４）であって、前記セラミックマトリックス複合材の融点未満の融点を有するケイ素材料を含む、ボンドコーティング（１０４）と、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）の上にあって、前記ボンドコーティング（１０４）が溶融した場合に前記キャビティ（１０１）内に収容されるように、前記キャビティ（１０１）内に前記ボンドコーティング（１０４）を封入する環境バリアコーティング（１０８）と、
を含むタービン部品（１００）。
［実施態様２０］
コーティングされた部品（１００）を形成する方法（６００）であって、
基板（１０２）の表面（１０３）内に複数のキャビティ（１０１）を形成するステップと、
前記キャビティ（１０１）内にボンドコーティング（１０４）を形成するステップであって、前記ボンドコーティング（１０４）は融点を有するケイ素材料を含む、ステップと、
前記基板（１０２）の前記表面（１０３）の上にあって、前記ボンドコーティング（１０４）が溶融した場合に前記キャビティ（１０１）内に収容されるように、前記キャビティ（１０１）内に前記ボンドコーティング（１０４）を封入する環境バリアコーティング（１０８）を形成するステップと、
を含む方法（６００）。
【符号の説明】
【００４７】
１０  高バイパスターボファンジェットエンジン
１２  長手方向中心線、長手方向軸
１４  ファン部
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  燃焼部
２８  ＨＰタービン
３０  ＬＰタービン
３２  ジェット排気ノズル部
３４  ＨＰシャフトまたはスプール
３６  ＬＰシャフトまたはスプール
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  動力ギヤボックス
４８  フロントナセル
５０  外側ナセル
５２  出口ガイドベーン
５４  下流部
５６  バイパス空気流路
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  ファンノズル排気部
７８  高温ガス経路
１００  部品
１０１  キャビティ
１０２  下地基板
１０３  表面
１０４  ボンドコーティング
１０５  熱成長酸化物（ＴＧＯ）層
１０６  隆起部
１０８  環境バリアコーティング
１１２  側壁
１１３  底面
１１４  層
１１５  山
１１６  気密層
１１７  谷
１２０  境界層
６００  方法
【図１Ａ】
2019052082.tif 000003
【図１Ｂ】
2019052082.tif 000004
【図２Ａ】
2019052082.tif 000005
【図２Ｂ】
2019052082.tif 000006
【図３】
2019052082.tif 000007
【図４】
2019052082.tif 000008
【図５】
2019052082.tif 000009
【図６】
2019052082.tif 000010
【外国語明細書】
2019052082000001.pdf