(57)【要約】  先行技術による保護層は、酸化物保護層を形成しまたは犠牲材料として消耗する特定元素を減少することによってその保護機能を達成する。この材料が消耗したなら、保護機能はもはや維持できない。本発明により使用される粉末粒子は消耗する材料の蓄積物を含有しており、この材料が時間を遅らせて放出される。これは、この材料が外被（４）によって取り囲まれていることによって達成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材（１０、１２０、１３０、１３８、１５５）または層（１６、１９）用のマトリックスであって、このマトリックスを構成するマトリックス材料が粒子（１）を含有しており、この粒子が第１元素または第１化合物を有するコア（７）とこのコア（７）の周りの外被（４）とを備えており、この外被が第２元素または第２化合物を有するマトリックスにおいて、第１元素または第１化合物が金属、金属酸化物、非金属酸化物、ガラスまたはＳｉ‐Ｏ‐Ｃ化合物、またはそれらの混合物からなり、外被（４、４'、４''、４'''）が少なくとも部分的にセラミックス、特に金属酸化物であることを特徴とするマトリックス。
【請求項２】
前記第２元素内または前記第２化合物内に存在する前記第１元素または前記第１化合物の１つの元素が、マトリックス材料内に存在する前記第１元素または前記第１化合物の１つの元素に対して、少なくとも５％低い拡散係数を有することを特徴とする請求項１記載のマトリックス。
【請求項３】
前記第１元素がマトリックス材料の１つの元素であり、または前記第１化合物が前記マトリックス材料に一致していることを特徴とする請求項１または２記載のマトリックス。
【請求項４】
前記コア（７）が非酸化物セラミックスでないことを特徴とする請求項１記載のマトリックス。
【請求項５】
前記コア（７）が金属であることを特徴とする請求項１、２または３記載のマトリックス。
【請求項６】
前記第１元素がクロムであることを特徴とする請求項１、２、３または５記載のマトリックス。
【請求項７】
前記第１元素がアルミニウムであることを特徴とする請求項１、２、３または５記載のマトリックス。
【請求項８】
前記コア（７）がアルミニウムとクロムを有することを特徴とする請求項１、２、３または５記載のマトリックス。
【請求項９】
前記第１化合物がアルミニウム富化合金、特にアルミニウムクロム合金、ニッケルアルミニウム合金またはアルミニドであることを特徴とする請求項１、２、３または５記載のマトリックス。
【請求項１０】
前記第２元素または前記第２化合物の１つの元素がマトリックスの結晶構造内で可溶であり、またはマトリックス材料内に析出物を形成するのに適しており、前記外被（４）が少なくとも部分的にマトリックス内で溶解できることを特徴とする請求項１または２記載のマトリックス。
【請求項１１】
前記第２化合物が酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）および／または酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）であることを特徴とする請求項１、２または１０記載のマトリックス。
【請求項１２】
前記第２化合物が有機化合物、特にＳｉ‐Ｏ‐Ｃ化合物であることを特徴とする請求項１、２または１０記載のマトリックス。
【請求項１３】
前記外被（４）が多孔質であることを特徴とする請求項１または１０記載のマトリックス。
【請求項１４】
前記外被（４）が密度勾配を有し、特に、コア（７）の１材料元素の密度勾配を有し、コア（７）の前記材料元素の密度が外被（４）の内部から外側の表面（２８）にかけて減少していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のマトリックス。
【請求項１５】
前記コア（７）が粒状に形成されていることを特徴とする請求項１、４、５、６、７、８または９記載のマトリックス。
【請求項１６】
前記マトリックス材料がセラミックスまたはガラスセラミックスであることを特徴とする請求項１または１０記載のマトリックス。
【請求項１７】
前記マトリックス材料が金属であることを特徴とする請求項１または１０記載のマトリックス。
【請求項１８】
前記外被（４）が多層（４'、４''、４'''）に構成されていることを特徴とする請求項１、１０、１３または１４記載のマトリックス。
【請求項１９】
前記外被（４）が２つの層（４'、４''）からなることを特徴とする請求項１８記載のマトリックス。
【請求項２０】
前記コア（７）が金属であり、コア（７）の周りの前記第１外被（４'）が金属であり、前記内側外被（４'）上の前記外側外被（４''）がセラミックス層であることを特徴とする請求項１９記載のマトリックス。
【請求項２１】
前記コア（７）が金属であり、コア（７）の周りの前記外被（４'）がセラミックス製であり、外側外被（４''）が金属であることを特徴とする請求項１９記載のマトリックス。
【請求項２２】
前記外被（４）が３つの層（４'、４''、４'''）からなることを特徴とする請求項１、１０、１３、１４または１８記載のマトリックス。
【請求項２３】
前記コア（７）が金属であり、前記第１外被（４）がセラミックス製であり、前記第２外被（４''）が金属であり、前記外側外被（４'''）がセラミックス製であることを特徴とする請求項２２記載のマトリックス。
【請求項２４】
前記コア（７）が金属であり、前記第１外被（４'）が金属であり、前記第２外被（４''）が金属であり、前記外側外被（４'''）がセラミックス製であることを特徴とする請求項２２記載のマトリックス。
【請求項２５】
前記コア（７）の金属が前記外被（４'、４''、４'''）の金属とは異なることを特徴とする請求項２０、２１、２３または２４記載のマトリックス。
【請求項２６】
前記コア（７）の金属が前記外被（４'、４''、４'''）の少なくとも１つの金属に一致していることを特徴とする請求項２０、２１、２３または２４記載のマトリックス。
【請求項２７】
前記層（４'、４''）の層厚が異なる厚さに形成されていることを特徴とする請求項１８乃至２６のいずれか１つに記載のマトリックス。
【請求項２８】
前記マトリックス材料がＭＣｒＡｌＸ型の合金であることを特徴とする請求項１、３、１０または１７記載のマトリックス。
【請求項２９】
前記コア（７）の直径が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または１５記載のマトリックス。
【請求項３０】
前記外被（４）の厚さが前記コア（７）の直径の最高で１／５であることを特徴とする請求項１、１８、１９または２２記載のマトリックス。
【請求項３１】
前記コア（７）が第１元素または第１化合物からなることを特徴とする請求項１、５、６、７、８または９記載のマトリックス。
【請求項３２】
前記外被（４）が第２元素または第２化合物からなることを特徴とする請求項１または１１記載のマトリックス。
【請求項３３】
少なくとも１つの外被（４'、４''、４'''）がセラミックスであることを特徴とする請求項１、１８または２２記載のマトリックス。
【請求項３４】
１つの外被（４'、４''、４'''）のみがセラミックスであることを特徴とする請求項１、１８または２２記載のマトリックス。
【請求項３５】
層系であって、基材（１３）および／または前記少なくとも１つの層（１６）を有し、この層が前記基材（１３）上に配置されており、前記基材（１３）と前記層（１６）が請求項１乃至３４のいずれか１つまたは複数に記載のマトリックスを有する層系。
【請求項３６】
前記層（１６）上に他の層（１９）が配置されていることを特徴とする請求項３５記載の層系。
【請求項３７】
前記層（１６）および／または前記基材（１３）の内部に粒子（１）の密度勾配が存在することを特徴とする請求項３５または３６記載の層系。
【請求項３８】
前記基材（１３）のみが請求項１乃至３４のいずれか１つまたは複数に記載のマトリックスを有することを特徴とする請求項３５、３６または３７記載の層系。
【請求項３９】
前記層（１６）のみが請求項１乃至３４のいずれか１つまたは複数に記載のマトリックスを有することを特徴とする請求項３５、３６または３７記載の層系。
【請求項４０】
前記基材（１３）がコバルト系、ニッケル系または鉄系超合金であり、この超合金上にＭＣｒＡｌＸからなるマトリックスを有する層（１６）が被着されており、この層上に、酸化ジルコニウム材料からなるセラミックス断熱層が設けられていることを特徴とする請求項３５、３６、３７、３８または３９記載の層系。
【請求項４１】
前記層系（１０）が部材用、特にタービン翼（１２０、１３０）、タービン、特にガスタービン（１００）または蒸気タービンの遮熱要素（１５５）またはケーシング部分（１３８）用に使用されることを特徴とする請求項３５、３６、３７、３８、３９または４０記載の層系。
【請求項４２】
前記層系（１０）がガスタービン（１００）の圧縮機翼用に使用されることを特徴とする請求項４１記載の層系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１記載のマトリックスおよび請求項３５記載の層系に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温応用のための部材、例えばガスタービンのタービン翼や燃焼室壁は、酸化や腐食に対する保護層を有する。そのような層は例えばＭＣｒＡｌＸ型の合金からなり、このＭＣｒＡｌＸ層上に酸化アルミニウム保護層が形成される。ＭＣｒＡｌＸ合金からＭＣｒＡｌＸ層の表面にアルミニウムが拡散し、合金は元素アルミニウムが減少する。しかし、ＭＣｒＡｌＸ合金内のアルミニウム成分を予防的に過度に高めるとＭＣｒＡｌＸ層の機械的性質が劣化する。
【０００３】
さらに、腐食や浸食に対する保護層を備えた圧縮機翼が公知である。これらの圧縮機翼は製造時、金属を含有する無機結合剤を有する。この金属はガルバニック犠牲元素として役立ち、それゆえに部材の基材と導電的に結合されている。このような保護層の好適な組成が欧州特許第０１４２４１８号明細書により公知である。そこでも、金属が時間とともに消耗し、保護機能がもはや果たされないことに問題がある。
【０００４】
ＳｉＣ（非酸化物セラミックス）からなる被覆された磨耗性セラミックス粉末粒子が米国特許第４７４１９７３号明細書により公知である。
【０００５】
欧州特許第０９３３４４８号明細書は、アルミニドからなる層内の酸化物粒子を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、長期的保護作用を有するマトリックスおよび層系を明示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１記載のマトリックスおよび請求項３５記載の層系によって解決される。
【０００８】
互いに任意に組合せることのできるその他の有利な措置は各従属請求項に挙げてある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明に係るマトリックス用の粒子１を横断面図で示す。粒子１はコア７と外被４とからなる。コア７は第１元素（化学元素）または第１化合物を有する。１つの化合物は複数の化学元素からなる。
【００１０】
コア７は金属、有機化合物（例えばセラミックス）、非金属酸化物、金属酸化物、つまり酸化物、またはガラスで構成することができる。コア７は炭化ケイ素（ＳｉＣ）または非酸化物セラミックス（例えばＳｉ3Ｎ4）で構成されるのではない。同様に、コア７は焼結粉末粒子または粉粒で構成することができる。コア７は外被４によって取り囲まれており、外被はコア７を少なくとも部分的に包み込む。外被４は多孔質に構成しておくこともできる。
【００１１】
コア７の直径はミクロン、サブミクロン（＜１μｍ）、またはナノ範囲（≦５００ｎｍ）内とすることができる。多面体（コア７）の横方向最大長さも直径と理解することができる。
【００１２】
第１元素は金属であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）とすることができる。同様に、第１元素はクロム（Ｃｒ）、アルミニウムクロム合金またはアルミニドとすることができる。同様に、コア７は２つの金属（例えばクロムとアルミニウム）からなる混合物とすることができ、これらの金属は場合によっては１つの合金を形成することができるが、しかし合金されていなくてもよい。金属との用語のもとで合金も理解すべきである。第１元素用の他の例は鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）および／または銅（Ｃｕ）である。
【００１３】
外被４は、第１元素または第１化合物とは異なる第２化学元素または第２化合物を有する。第２化合物、つまり外被４の材料は特にセラミックス（非酸化物セラミックスまたは酸化物セラミックス）であり、例えば酸化アルミニウムおよび／または酸化クロム、または酸化鉄または酸化チタン等の別の金属酸化物、または第１金属元素の酸化物または金属化合物の酸化物である。
【００１４】
同様に、例えばＳｉ‐Ｏ‐Ｃ化合物等の有機材料を外被４用に使用することができる。Ｓｉ‐Ｏ‐Ｃ化合物は特にポリシロキサン樹脂から製造されている。ポリシロキサン樹脂は構造式ＸＳｉＯ1、5の高分子セラミックス前駆体であり、Ｘ＝−ＣＨ3、−ＣＨ、−ＣＨ2、−Ｃ6ＨS等とすることができる。材料は熱架橋され、無機成分（Ｓｉ‐Ｏ‐Ｓｉ鎖）と主としてＸからなる有機側鎖とが並置されている。引き続き前駆体は温度６００℃乃至１２００℃のＡｒ、Ｎ2、空気雰囲気または真空雰囲気中での温度処理を介してセラミックス化される。その際に高分子網が分解され、非晶相から熱中間段階を介して結晶相に至るまで新たに構造化され、ポリシロキサン前駆体から出発してＳｉ‐Ｏ‐Ｃ網が得られる。同様に、ポリシラン（Ｓｉ‐Ｓｉ）型、ポリカルボシラン（Ｓｉ‐Ｃ）型、ポリシラザン（Ｓｉ‐Ｎ）型またはポリボロシラザン（Ｓｉ‐Ｂ‐Ｃ‐Ｎ）型の前駆体も使用することができる。
【００１５】
同様に、第２元素は金属とすることができ、例えばチタン（Ｔｉ）で構成し、または合金を形成することができる。
【００１６】
従って、粒子１について例えば以下の材料組合せが可能である：
ＳｉＯＣ製コア７  ‐  金属製外被４
ＳｉＯＣ製コア７  ‐  酸化物（金属酸化物または非金属酸化物）製外被４
ＳｉＯＣ製コア７  ‐  セラミックス（有機材料またはＳｉ‐Ｏ‐Ｃ）製外被４
ＳｉＯＣ製コア７  ‐  ガラス製外被４
金属製コア７  ‐  金属製外被４
金属製コア７  ‐  酸化物（金属酸化物または非金属酸化物）製外被４
金属製コア７  ‐  セラミックス（有機材料またはＳｉ‐Ｏ‐Ｃ）製外被４
金属製コア７  ‐  ガラス製外被４
金属製コア７  ‐  高分子製外被４
酸化物製コア７  ‐  金属製外被４
酸化物製コア７  ‐  酸化物（金属酸化物または非金属酸化物）製外被４
酸化物製コア７  ‐  セラミックス（有機材料またはＳｉ‐Ｏ‐Ｃ）製外被４
酸化物製コア７  ‐  ガラス製外被４
ガラス製コア７  ‐  金属製外被４
ガラス製コア７  ‐  酸化物（金属酸化物または非金属酸化物）製外被４
ガラス製コア７  ‐  セラミックス（有機材料またはＳｉ‐Ｏ‐Ｃ）製外被４
ガラス製コア７  ‐  ガラス製外被４
【００１７】
外被４は例えばその成分の１つについて密度勾配を有することもできる。粉末粒子１のコア７は例えばアルミニウムで形成され、外被４は部分的に白金で形成され、外被材料、有利には白金の密度はコア７の表面２５から出発して外被４の外表面２８にかけて増加する。外被内のコア材料、つまり例えばアルミニウムの密度は内側から外側へと減少し、外被４の表面２８では、マトリックスのアルミニウムと比較して同じ密度または高い密度を有する。多層外被４も考えられる。外被４の層厚は例えばコア７の直径の例えば１／５未満、特に１／１０未満であり、有利には１０μｍ厚である。
【００１８】
図２は１つの層１６の本発明に係るマトリックスを示す。この層１６は部材１２０、１３０（図７、図９）、燃焼室要素１５５（図８）または層系１０の一部である。この層系は基材１３からなり、この基材上に層１６が配置されている。例えば基材１３は、例えば蒸気タービンまたはガスタービン１００（図９）におけるような高温用部材であり、ニッケル系、コバルト系または鉄系超合金からなる。このような層系１０はタービン翼１２０、１３０、遮熱要素１５５またはケーシング部分１３８において応用される。
【００１９】
層１６はマトリックス材料からなるマトリックスを有し、このマトリックス内に粒子１は均一に、または局所的にさまざまに（例えば勾配をもって）分布している。粒子１がマトリックス内に均一に分布しているのが有利である。
【００２０】
複数の層１６、１９を製造し使用することもでき、粒子１は単数または複数の部分層または縁層内に設けられている。粒子１はほぼあらゆる被覆法で、つまり熱プラズマ溶射（ＡＰＳ、ＶＰＳ、ＬＰＰＳ）、低温ガス吹付け、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）または電解被覆法によって、一緒に被着することができる。層１６のマトリックスは金属、セラミックス、ガラス、またはセラミックス化合物／有機化合物（例えばＳｉ‐Ｏ‐Ｃ）とすることができる。層１６は例えばＭＣｒＡｌＸ型の合金であり、粒子１はアルミニウム製のコア７からなる。有利には、アルミニウムリッチな合金が使用される。粒子１は層１６全体に分布させておくことができ、または局所的に集中させて層１６の外表面２２近傍に配置しておくことができる。
【００２１】
既に上で述べたように、アルミニウムが酸化アルミニウムを形成し、但しマトリックス材料内では減少することによって、ＭＣｒＡｌＸ合金の保護機能が得られる。コア７のアルミニウムは外被４の材料内で例えば、層１６のマトリックス内、つまりここではＭＣｒＡｌＸ合金内のアルミニウムよりも、利用温度において少なくとも５％、特に１０％少ない拡散係数を有する。高い温度のときアルミニウムは外被４を通して層１６のマトリックス内にゆっくりと拡散し、こうしてマトリックス材料内に酸化によって消耗するアルミニウムが再び満たされ、ＭＣｒＡｌＸ合金の最初の組成は粉末粒子１内にもはやアルミニウムが存在しなくなるまで運転期間にわたって殆どまたはまったく変化しない。こうして、保護層１６の寿命が著しく延長されることが達成される。
【００２２】
粒子１は層１６（ＭＣｒＡｌＸ）内のみかまたは基材１３内のみのいずれかに設けておくことができる。同様に、粒子を層１６内にも基材１３内にも配置しておくことが可能である。
【００２３】
基材１３上に存在する層１６にも粒子１が配置されているか否かにかかわりなく、基材１３内に粒子１が存在する場合、以下の保護機能が得られる：層系１０の利用中、領域３７内で層１６（ＭＣｒＡｌＸまたはＭＣｒＡｌＸ＋セラミックス）の剥げ落ちることがあり、基材１３の表面３１の一部が保護されていないことになる（図４）。しかし表面近傍領域には粒子１が配置されている。高い温度Ｔにおいて長い時間ｔにわたって層系１０をさらに利用することによって領域３７内では基材１３の表面３１が腐食し、これにより粒子１の外被４は磨耗または熱で溶解し、粒子１のコア７が解放される。コア７の材料の反応によって基材１３の領域３７内で保護機能が生じる。ガスタービン翼用に使用される超合金の場合、コア７はアルミニウムまたはアルミニウム含有合金で構成され、領域３７内に酸化アルミニウム製の保護層４０が形成され、この保護層は粒子１のコア７のアルミニウム酸化によって生じたものである。
【００２４】
同様に、領域３７内で層１６なしに粒子１が受ける温度を高めることによって外被４内の拡散を高め、外被４を破り開かなくてもアルミニウムが領域３７内の表面に達し、そこで酸化され、こうして酸化物保護層４０を形成することが可能となる。
【００２５】
同様にこれらの粒子１は、いわゆるＯＤＳ合金（酸化物分散強化型合金）から知られているように超合金を補強するのに使用することができる。粒子１の粒径は超合金のγ'相の最適粒径に一致しているのが有利である。粒子１は、既に溶融体内に存在しており、一緒にモールドされるのが有利である。超合金内でのセラミックス粒子の配置様式および作用様式に関しては、ＯＤＳ合金に関する先行技術で指摘されている。その場合、粒子１の役目は機械的性質を改善し、非常動作特性を達成することである。
【００２６】
同様に、外被４の材料を次のように選択しておくことができる。すなわち、外被４が拡散によって層１６のマトリックス材料の結晶構造内で溶解し、場合によってはマトリックス材料内に析出物を形成し、一定時間後に初めてマトリックス内へのコア７の材料の直接的拡散を外被が可能とするように選択する。というのは、この時点に至るまで例えばＭＣｒＡｌＸ層の保護機能がまだ与えられているからである。マトリックス材料内の外被４の第２元素または第２化合物の１つの元素は第１元素内または第１化合物内よりも高い拡散係数を有する。
【００２７】
外被４は磨耗でおよび／または熱的および／または化学的に溶解することもでき、これによりコア７の被覆がなくなる。
【００２８】
同様に、例えば圧縮機翼の層１６内のアルミニウム等の金属は、上で述べたように例えば酸化アルミニウム製の外被４によって取り囲んでおくことができ、酸化アルミニウムはそれが少なくとも表面領域に配置されている場合浸食抵抗を高めるのに寄与する。
【００２９】
同様に、層１６は圧縮機翼の腐食および／または浸食に対する保護層となることができ、欧州特許第０１４２４１８号明細書に記載された化学組成を有する層１６内の粒子１は、所望の保護機能が得られるように、著しく長い期間にわたって十分な犠牲材料が提供されるようにする。その際、第１元素、特にアルミニウムは例えば結合剤または高分子からなる外被４によって取り囲まれている。
【００３０】
層１６の内部で、または基材１３の内部でも、粒子１に局所的な密度勾配を与えることができる。例えば粒子１の密度は基材１３の表面３１から出発して層１６の表面３４へと増加している。
【００３１】
圧縮機内で空気の圧縮時に発生することのある水は、状況によっては、空気中に含まれた別の元素と化合して電解質を形成し、この電解質は圧縮機翼の腐食や浸食をもたらすことがある。それゆえに腐食および／または浸食を防止するために圧縮機翼には一般に被覆が着けられる。その際特に、例えば、そのなかに分散した例えばアルミニウム粒子等の金属粒子とを含むリン酸塩結合ベースマトリックスを有する被覆１６が考慮に値する。このような被覆の保護作用は、基本被覆に埋め込まれた金属粒子が圧縮機翼の（一層貴な）金属および電解質と一緒にガルバニ電池を形成し、この電池内で金属粒子がいわゆる犠牲陽極となることにある。その場合、酸化もしくは腐食は犠牲陽極内、すなわち金属粒子内で起き、圧縮機翼の金属内では発生しない。
【００３２】
被覆のリン酸塩結合ベースマトリックスはガラスセラミックスの特性を有し、熱安定性、および耐食性であり、機械的作用、例えば摩耗や浸食に対して保護する。
【００３３】
金属粒子の他に、被覆は他の粒子を充填材として含有することができる。ここでは例示的に色素粒子を挙げておく。
【００３４】
リン酸塩結合被覆と並んで、他の種類の被覆１６も考慮に値する。欧州特許第０１４２４１８号明細書、欧州特許出願公開第０９０５２７９号明細書、欧州特許出願公開第０９９５８１６号明細書はクロメート／リン酸塩系の被覆を述べている。欧州特許出願公開第１０９６０４０号明細書はリン酸塩／ホウ酸塩系の被覆１６を述べ、欧州特許第０９３３４４６号明細書はリン酸塩／過マンガン酸塩系の被覆を述べている。
【００３５】
図３は本発明に係る層１６の他の実施例を示す。層系１０は基材１３と、本発明に係る層１６と、層１６のマトリックス上の他の層１９とからなる。これは例えば高温用途用の層系１０であり、基材１３は上で述べたように超合金であり、層１６はＭＣｒＡｌＸ型のマトリックスを有する。層１９はセラミックス断熱層であり、層１６と層１９との間に酸化アルミニウム保護層（ＴＧＯ）が生じる（図示せず）。本発明に係る粒子１は例えば層１６、１９間の境界面近傍に集中している。
【００３６】
同様に、粒子１を有する材料からなる部材を考えることができる。すなわち、粒子は被覆内にではなく塊状材料内に存在している。
【００３７】
図５は本発明に係る他の粒子１を示す。粒子１はやはりコア７、コア７の周りの内側外被４'、内側外被４'の周りのもう１つの外被４''からなる。つまり粒子１は多層外被４を有することができる。コア７は金属、外被４'はセラミックス、外側外被４''は金属を有するのが有利である。同様に、コア７が金属、内側外被４'がコア７の材料とは異なる金属、外側外被４''がセラミックスであると有利である。同様に、コア７は空洞とすることができ、内側外被４'は金属、外側外被４''はセラミックスとすることができる。
【００３８】
本発明に係るマトリックス１用の他の粒子１が図６に示してある。粒子１は３層外被を有する。外被材料４'、４''、４'''内の材料系列の実施例が次表に示してある。
【表１】
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【００３９】
外被４'の金属は外被４''もしくは外被４'''の金属とは異なるものとすることができる。ここでもコア７は空洞とすることができる。また、外被４'、４''（図５）、４'''（図６）の金属はコア７の金属とは異なるものとすることができる。
【００４０】
外被４、４'、４''の層厚は個々に調整することができ、なかんずく異なるものとすることができる。
【００４１】
図７は、長手軸線１２１に沿って延びる流体機械の動翼１２０または静翼１３０を斜視図で示す。
【００４２】
流体機械は航空機または発電所の発電用ガスタービン、または蒸気タービンまたは圧縮機とすることができる。
【００４３】
翼１２０、１３０は長手軸線１２１に沿って順次、固定部位４００、これに隣接する台座４０３、翼ブレード４０６、そして翼先端４１５を有する。静翼１３０として翼１３０はその翼先端４１５に他の台座を有することができる（図示せず）。
【００４４】
固定部位４００に形成されている翼脚部１８３は軸またはディスクに動翼１２０、１３０を固着するのに役立つ（図示せず）。翼脚部１８３は例えばＴ形頭として構成されている。クリスマスツリー状脚部またはダブテール状脚部としての別の構成も可能である。翼１２０、１３０は、翼ブレード４０６の脇を流れる媒体用に流入縁４０９と流出縁４１２を有する。
【００４５】
従来の翼１２０、１３０では、翼１２０、１３０のすべての部位４００、４０３、４０６において例えば塊状金属素材、特に超合金が使用される。このような超合金は例えば欧州特許第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号パンフレットまたは国際公開第００／４４９４９号パンフレットにより公知である。これらの明細書は合金の化学組成に関して本開示の一部である。その際、翼１２０、１３０は鋳造法、指向性凝固による鋳造法、鍛造法、フライス加工法またはそれらの組合せによっても、製造することができる。
【００４６】
単数または複数の単結晶構造を有する工作物は、運転時に高い機械的、熱的および／または化学的負荷に曝される機械用部材として利用される。このような単結晶工作物の製造は例えば溶融体からの指向性凝固によって行われる。この製造は、液状金属合金を単結晶構造体とし、すなわち単結晶工作物とする製造法、すなわち指向性凝固させる鋳造法である。樹枝状結晶が熱流に沿って整列され、柱状結晶粒構造（柱状、すなわち、工作物の全長にわたって延びる粒、ここでは、一般的用語法に従って、指向性凝固と称される）、または工作物全体が単一の結晶からなる単結晶構造のいずれかを形成する。この方法では、球状（多結晶）凝固に移行するのを避けねばならない。というのは、無指向性成長によって横方向および縦方向の粒界が不可避的に生じ、これらの粒界は指向性凝固した部材または単結晶部材の良好な特性を無にするからである。従って、指向性凝固組織に一般に言及される場合それは、粒界を持たない、または、せいぜい小角粒界を有する単結晶を意味し、また縦方向に延びる粒界を持つがしかし横方向粒界を持たない柱状結晶構造も意味している。第２に指摘したこの結晶構造は、指向性凝固組織（一方向凝固構造）とも言われる。そのような方法が米国特許第６０２４７９２号明細書、欧州特許出願公開第０８９２０９０号明細書により公知である。これらの方法は、凝固法に関して本開示の一部とされる。
【００４７】
同様に、翼１２０、１３０は腐食または酸化に備えた被覆を有することができる。例えば、ＭＣｒＡｌＸ；Ｍは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群のうち少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素および／または少なくとも１つの希土類元素、もしくはハフニウム（Ｈｆ）である。このような合金は欧州特許第０４８６４８９号明細書、欧州特許第０７８６０１７号明細書、欧州特許第０４１２３９７号明細書または欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書により公知であり、これらは合金の化学組成に関して本開示の一部とする。密度は有利には理論密度の９５％である。（中間層または最外層としての）ＭＣｒＡｌＸ層上に酸化アルミニウム保護層が生じる（ＴＧＯ＝熱成長酸化物層）。ＭＣｒＡｌＸ層または基材が本発明に係るマトリックスを有する。
【００４８】
ＭＣｒＡｌＸ上にさらに断熱層を設けることができ、この断熱層は有利には最外層であり、例えばＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3‐ＺｒＯ2からなる。すなわち断熱層は酸化イットリウムおよび／または酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムによって部分的にせよまたは完全にせよ安定化されていない。断熱層はＭＣｒＡｌＸ層全体を覆う。例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ‐ＰＶＤ）等の好適な被覆法によって断熱層内に柱状粒が生成される。別の被覆法、例えば大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）または化学気相成長法（ＣＶＤ）が考えられる。断熱層は熱衝撃特性を改善するために多孔質の粒、または、マイクロクラックあるいはマクロクラックを伴う粒を有することができる。つまり断熱層はＭＣｒＡｌＸ層よりも多孔質であるのが有利である。
【００４９】
再処理（改修）は、利用後に部材１２０、１３０から、場合によっては保護層が（例えばサンドブラストによって）除去されねばならないことを意味する。次に、腐食層および／または酸化層もしくは腐食生成物および／または酸化生成物の除去が行われる。場合によってはなお部材１２０、１３０の亀裂も修復される。次に、部材１２０、１３０の再被覆と部材１２０、１３０の再利用が行われる。
【００５０】
翼１２０、１３０は中空または中実に実施しておくことができる。翼１２０、１３０が冷却されねばならない場合、翼は中空であり、場合によってはなお膜冷却孔４１８（破線で表示）を有する。
【００５１】
図８はガスタービンの燃焼室１１０を示す。燃焼室１１０は例えばいわゆる環状燃焼室として構成されており、そこでは回転軸線１０２の周りに周方向で配置されるバーナ１０７が共通の燃焼室空間１５４に開口し、火炎１５６を生成する。このため燃焼室１１０はその総体において環状構造として構成され、回転軸線１０２の周りに位置決めされている。
【００５２】
比較的高い効率を達成するために燃焼室１１０は作動媒体Ｍの比較的高い概ね１０００℃乃至１６００℃の温度用に設計されている。材料にとって不都合なこれらの運転温度においても比較的長期の運転時間を可能とするために、燃焼室壁１５３は作動媒体Ｍに向き合うその側に遮熱要素１５５で形成される内張りを備えている。合金からなる各遮熱要素１５５は作動媒体側に超耐熱性の保護層（ＭＣｒＡｌＸ層および／またはセラミックス被覆）を装備しており、または耐熱性材料（中実セラミックス煉瓦）から作製されている。これらの保護層はタービン翼と類似させておくことができ、つまり例えばＭＣｒＡｌＸを意味する。Ｍは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群のうち少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素および／または少なくとも１つの希土類元素、もしくはハフニウム（Ｈｆ）である。このような合金は欧州特許第０４８６４８９号明細書、欧州特許第０７８６０１７号明細書、欧州特許第０４１２３９７号明細書または欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書により公知であり、これらは合金の化学組成に関して本開示の一部とする。
【００５３】
遮熱要素１５５のＭＣｒＡｌＸ層または基材が本発明に係るマトリックスを有する。
【００５４】
ＭＣｒＡｌＸ上に例えばセラミックス断熱層を設けておくことができ、この断熱層は例えばＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3‐ＺｒＯ2からなる。すなわち断熱層は酸化イットリウムおよび／または酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムによって部分的にせよまたは完全にせよ安定化されていない。例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ‐ＰＶＤ）等の好適な被覆法によって断熱層内に柱状粒が生成される。別の被覆法、例えば大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、ＬＰＰＳ、ＶＰＳまたはＣＶＤが考えられる。断熱層は熱衝撃特性を改善するために多孔質の粒、または、マイクロクラックあるいはマクロクラックを伴う粒を有することができる。
【００５５】
再処理（改修）は、利用後に遮熱要素１５５から、場合によっては保護層が（例えばサンドブラストによって）除去されねばならないことを意味する。次に、腐食層および／または酸化層もしくは腐食生成物および／または酸化生成物の除去が行われる。場合によってはなお遮熱要素１５５の亀裂も修復される。次に、遮熱要素１５５の再被覆と遮熱要素の再利用が行われる。
【００５６】
それに加えて、燃焼室１１０の内部が高温であるので、遮熱要素１５５もしくはその保持要素用に冷却システムを設けておくことができる。その場合、遮熱要素１５５は例えば中空であり、場合によってはなお燃焼室空間１５４に開口する冷却孔（図示せず）を有する。
【００５７】
図９は例示的にガスタービン１００を部分縦断面図で示す。
【００５８】
ガスタービン１００は、軸１０１を備えて回転軸線１０２の周りを回転可能に軸受けされたロータ１０３を内部に有し、このロータはタービンロータとも称される。ロータ１０３に沿って順次、吸込ケーシング１０４、圧縮機１０５、例えばトーラス状燃焼室１１０、特に環状燃焼室、複数の同軸に配置されるバーナ１０７、タービン１０８、排気ケーシング１０９が続く。環状燃焼室１１０は例えば環状の高温ガス通路１１１と連通している。そこで、例えば前後に接続される４つのタービン段１１２がタービン１０８を形成する。各タービン段１１２は例えば２つの翼輪で形成されている。作動媒体１１３の流れ方向に見て高温ガス通路１１１中で静翼列１１５に、動翼１２０で形成される列１２５が続く。
【００５９】
静翼１３０がステータ１４３の内部ケーシング１３８に固定されているのに対して、列１２５の動翼１２０は例えばタービンディスク１３３によってロータ１０３に取付けられている。ロータ１０３に発電機または作業機械（図示せず）が連結されている。
【００６０】
ガスタービン１００の運転中、圧縮機１０５によって吸込ケーシング１０４を通して空気１３５が吸い込まれて圧縮される。圧縮機１０５のタービン側末端に提供される圧縮された空気はバーナ１０７へと送られ、そこで燃焼剤と混合される。混合物は次に作動媒体１１３を形成しながら燃焼室１１０内で燃焼される。そこから作動媒体１１３は高温ガス通路１１１に沿って静翼１３０および動翼１２０の脇を流れる。作動媒体１１３は動翼１２０で膨張し、衝動を伝達し、動翼１２０はロータ１０３を駆動し、ロータはこれに連結された作業機械を駆動する。
【００６１】
高温の作動媒体１１３に曝される部材はガスタービン１００の運転中に熱負荷を受ける。作動媒体１１３の流れ方向に見て第１タービン段１１２の静翼１３０と動翼１２０は、環状燃焼室１１０に内張りされる遮熱要素と並んで最も多く熱負荷を受ける。そこで支配的な温度に耐えるために翼は冷却材によって冷却することができる。同様に、この部材の基材は指向性構造を有することができる。すなわち、基材は単結晶（ＳＸ構造）であり、または長手方向を向く粒のみを有する（ＤＳ構造）。部材、特にタービン翼１２０、１３０および燃焼室１１０の部材用の材料として例えば鉄系、ニッケル系またはコバルト系超合金が使用される。このような超合金は例えば欧州特許第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号パンフレットまたは国際公開第００／４４９４９号パンフレットにより公知である。これらの明細書は合金の化学組成に関して本開示の一部である。
【００６２】
同様に、翼１２０、１３０は腐食に備えた被覆を有することができる（ＭＣｒＡｌＸ；Ｍは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群のうち少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素、スカンジウム（Ｓｃ）および／または少なくとも１つの希土類元素、もしくはハフニウムである）。このような合金は欧州特許第０４８６４８９号明細書、欧州特許第０７８６０１７号明細書、欧州特許第０４１２３９７号明細書または欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書により公知であり、これらは合金の化学組成に関して本開示の一部とする。
【００６３】
ＭＣｒＡｌＸ上になお設けておくことのできる断熱層は例えばＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3‐ＺｒＯ2からなる。すなわち断熱層は酸化イットリウムおよび／または酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムによって部分的にせよまたは完全にせよ安定化されていない。例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ‐ＰＶＤ）等の好適な被覆法によって断熱層内に柱状粒が生成される。
【００６４】
静翼１３０は、タービン１０８の内部ケーシング１３８に向き合う静翼脚部（ここには図示せず）と静翼脚部とは反対側の静翼頭部とを有する。静翼頭部はロータ１０３に向き合い、ステータ１４３の固着リング１４０に固定されている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る粉末粒子の実施例を示す。
【図２】本発明に係るマトリックスの実施例を示す。
【図３】本発明に係るマトリックスの異なる実施例を示す。
【図４】図２に係るマトリックスの作用の説明図を示す。
【図５】本発明に係る粉末粒子の異なる実施例を示す。
【図６】本発明に係る粉末粒子のさらに異なる実施例を示す。
【図７】タービン翼の構成を示す。
【図８】燃焼室の構成を示す。
【図９】ガスタービンの構成を示す。
【符号の説明】
【００６６】
１  粒子
４  外被
７  コア
１０  層系
１３  基材
１６、１９  層
２５  （コア）表面
２８  （外被）表面
３１  （基材）表面
３４  （層）表面
３７  （基材）領域
４０  酸化物保護層
１００  タービン
１０１  軸
１０２  回転軸線
１０３  ロータ
１０４  吸込ケーシング
１０５  圧縮機
１０７  バーナ
１０８  タービン
１０９  排気ケーシング
１１０  燃焼室
１１１  高温ガス通路
１１２  タービン段
１１３  作動媒体
１１５  静翼列
１２０  動翼
１２１  長手軸線
１２５  動翼列
１３０  静翼
１３３  タービンディスク
１３５  空気
１３８  ケーシング部分
１４０  固着リング
１４３  ステータ
１５４  燃焼室空間
１５５  遮熱要素
１５６  火炎
１８３  翼脚部
４００  固定部位
４０３  台座
４０６  翼ブレード
４０９  流入縁
４１２  流出縁
４１５  翼先端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008537581.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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