(57)【要約】  ＥＢＣコーティングされた基材上に配置された、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティングは、ＣＴＥ緩和を提供し、且つ、ＥＢＣコーティングされた基材上に配置されている少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ）コーティング層を含む。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、少なくとも１つのＰＶＣコーティング層の上に堆積される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＢＣコーティングされた基材上に配置された耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティングであって、
ＣＴＥ緩和を提供し、ＥＢＣコーティングされた基材上に配置されている、少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ：ｐｏｒｏｕｓ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）コーティング層と、
少なくとも１つのＰＶＣコーティング層の上に堆積されている、少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ：ｄｅｎｓｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層と
を含む、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング。
【請求項２】
前記少なくとも１つのＤＶＣ層が最上層である、請求項１に記載のコーティング。
【請求項３】
前記ＥＢＣと前記基材との間に配置された少なくとも１つのボンドコーティング層をさらに含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項４】
前記基材がセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）基材である、請求項１に記載のコーティング。
【請求項５】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、希土類酸化物と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項６】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、希土類ケイ酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項７】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、希土類アルミン酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項８】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、希土類アルミン酸塩又はケイ酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項９】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、アルカリ酸化物と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、ジルコン酸ガドリニウムと混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、以下の２つ以上の混合物の混合物を含む、請求項１に記載のコーティング：
希土類酸化物と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；
希土類ケイ酸塩と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；
希土類アルミン酸塩と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；
希土類アルミン酸塩又はケイ酸塩と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；
アルカリ酸化物と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；及び
ジルコン酸ガドリニウムと混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、全厚の垂直亀裂を含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ）コーティング層が、全厚の垂直亀裂を含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項１４】
ＥＢＣコーティングされた基材上に配置された耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティングであって、
ＣＴＥ緩和を提供し、ＥＢＣコーティングされた基材上に配置されている、少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ：ｐｏｒｏｕｓ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）遮熱コーティング層と、
少なくとも１つのＰＶＣ遮熱コーティング層の上に堆積されている、高密度垂直亀裂（ＤＶＣ：ｄｅｎｓｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング材料の最上層と
を含む、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング。
【請求項１５】
前記ＥＢＣと前記基材との間に配置された少なくとも１つのボンドコーティング層をさらに含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項１６】
前記基材がセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）基材である、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、希土類酸化物と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、希土類ケイ酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、希土類アルミン酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、希土類アルミン酸塩又はケイ酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、アルカリ酸化物と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、ジルコン酸ガドリニウムと混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、以下のうちの２つ以上の混合物を含む、請求項１４に記載のコーティング。
希土類酸化物と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；
希土類ケイ酸塩と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；
希土類アルミン酸塩と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；
希土類アルミン酸塩又はケイ酸塩と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２。
アルカリ酸化物と混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２；
ジルコン酸ガドリニウムと混合した再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２。
【請求項２４】
前記高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層の最上層が、全厚の垂直亀裂を含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ）コーティング層が、全厚の垂直亀裂を含む、請求項１４に記載のコーティング。
【請求項２６】
ＣＭＣ基材上に配置された耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性セラミックコーティングであって、
前記基材に結合されたＥＢＣコーティング層と、
ＣＴＥ緩和を提供し、ＥＢＣコーティング層の上に直接堆積されている、多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ：ｐｏｒｏｕｓ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）セラミックコーティング層と、
ＰＶＣコーティング層の上に直接堆積されている、高密度垂直亀裂（ＤＶＣ：ｄｅｎｓｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層と
を含む、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性セラミックコーティング。
【請求項２７】
ＥＢＣコーティングされた基材上に耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティングをプラズマ溶射する方法であって、
前記ＥＢＣコーティングされた基材上に、ＣＴＥ緩和を提供する少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ：ｐｏｒｏｕｓ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）遮熱コーティング層を堆積する工程と、
前記少なくとも１つのＰＶＣ遮熱コーティング層の上に、高密度垂直亀裂（ＤＶＣ：ｄｅｎｓｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング材料を堆積する工程と
を含む、方法。
【請求項２８】
前記ＥＢＣコーティングされた基材が、ＥＢＣ層と前記基材との間に配置された少なくとも１つのボンドコーティング層を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記プラズマ溶射が以下の１つを含む、請求項２７に記載の方法：
大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）；
プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）；又は
懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１７年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／６０７，５１４号の米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権を主張する。その仮特許出願の開示は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【０００２】
＜支援を受けた研究又は開発の記載＞
該当なし。
【０００３】
＜発明の分野＞
本発明は、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ：ｃｅｒａｍｉｃ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）基材を覆う環境バリアコーティング（ＥＢＣ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）を保護するための、耐侵食性且つカルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ酸塩（ＣＭＡＳ）耐性の多層セラミックコーティングである。この多層コーティングには、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性のある高密度垂直亀裂（ＤＶＣ：ｄｅｎｓｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）トップコートと、熱膨張係数（ＣＴＥ）を緩和する多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ：ｐｏｒｏｕｓ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）中間コーティングとを含めることができる。コーティング方法も開示されている。
【背景技術】
【０００４】
環境バリアコーティング（ＥＢＣｓ）が、Ｓｉベースのセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）層の上に適用されてきた。これは、ＣＭＣを、酸化及び水蒸気攻撃から保護するためである。高温ガスタービンエンジン環境においては、異物による損傷が発生する可能性がある。これに加えて、そのようなコーティングは、ＣＭＡＳダストの浸透の影響を受ける。ＥＢＣとの反応が発生する可能性もあり、ＥＢＣが破損する可能性がある。これにより、下にあるＣＭＣ基材の保護が失われる可能性がある。したがって、ＥＢＣ／ＣＭＣコーティングシステムの耐侵食性及びＣＭＡＳ耐性を改善する必要がある。
【０００５】
当技術分野では、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）遮熱コーティングを使用することも知られており、これらは何十年もの間、ガスタービンエンジンで成功裏に使用されてきた。しかしながら、ＹＳＺコーティング及びＹＳＺ層は、典型的にはＣＴＥが約１０×１０−６／℃の範囲にあって大きく、典型的にはＣＴＥが約４×１０−６／℃の低ＣＴＥのＣＭＣ層の上に直接使用することはできない。
【０００６】
以下の文書は、それぞれがその全体として参照により本明細書に明示的に組み込まれ、様々なタイプのＤＶＣコーティングを開示している；米国特許第８，１９７，９５０号（Ｔａｙｌｏｒ、２０１２年６月１２日発行）；米国特許第５，０７３，４３３号（Ｔａｙｌｏｒ、１９９１年１２月１７日発行）；米国特許出願公開第２０１４／０１７８６３２号（Ｔａｙｌｏｒ、２０１４年６月２６日公開）；米国特許第５，８３０，５８６号（Ｇｒａｙ、１９９８年１１月３日発行）；及び米国特許第６，７０３，１３７号（Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ、２００４年３月９日発行）。
【０００７】
以下の文書は、それぞれがその全体として参照により本明細書に明示的に組み込まれ、様々なタイプのＣＭＡＳ耐性コーティングを開示している；米国特許第６，１７７，２００号（Ｍａｌｏｎｅｙ、２００１年１月２３日発行）；米国特許第７，８７５，３７０号（Ｓｃｈｌｉｃｈｔｉｎｇ、２０１１年１月２５日発行）；米国特許出願公開第２０１２／００３４４９１号（Ｈｏｎｇｏｈ、２０１２年２月９日公開）；及び米国特許第９，０２３，４８６号（Ｎａｇａｒａｊ、２０１５年５月５日発行）。
【０００８】
以下の文書は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれ、ＰＶＣコーティングを開示している；米国特許出願公開第２０１６／０３４８２２６号（Ｃｈｅｎ、２０１６年１２月１日公開）。
【０００９】
以下の文書は、それぞれがその全体として参照により本明細書に明示的に組み込まれ、様々なタイプのＥＢＣコーティングを開示している；米国特許第６，２９６，９４１号（Ｅａｔｏｎ，Ｊｒ．、２００１年１０月２日発行）；米国特許第６，２８４，３２５号（Ｅａｔｏｎ，Ｊｒ．、２００１年９月４日発行）；米国特許第６，３８７，４５６号（Ｅａｔｏｎ，Ｊｒ．、２００２年５月１４日発行）；米国特許第６，７３３，９０８号（Ｌｅｅ、２００４年５月１１日発行）；米国特許第７，７４０，９６０号（Ｚｈｕ、２０１０年６月２２日発行）；米国特許出願公開第２０１０／０１５８６８０号（Ｋｉｒｂｙ、２０１０／０１５８６８０公開）；米国特許第７，９１０，１７２号（Ｍｅｓｃｈｔｅｒ、２０１１年３月２２日発行）；米国特許出願公開第２０１６／０２１５６３１号（Ｗａｎ、２０１６年７月２８日公開）；米国特許出願公開第２０１６／００１７７４９号（Ｌｕｔｈｒａ、２０１６年１月２１日公開）；米国特許出願公開第２０１４／０２７２１９７号（Ｌｅｅ、２０１４年９月１８日公開）；米国特許出願公開第２０１４／００６５４３８号（Ｌｅｅ、２０１４年３月６日公開）；米国特許出願公開第２０１４／０２７２１９７号（Ｌｅｅ、２０１４年９月１８日公開）；及び米国特許出願公開第２０１３／０３４４３１９号（Ｚｈｕ、２０１３年１２月２６日公開）。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、ＣＭＣ基材を覆うＥＢＣを保護するための、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性のセラミックコーティングを包含する。コーティング方法も開示されている。
【００１１】
本発明は、１つ以上のＥＢＣ層が最初にＣＭＣ基材上に適用されるコーティングシステムも包含する。次いで、多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ）コーティング層である１つ以上のＣＴＥ緩和層が適用される。最後に、１つ以上の高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層が、最上層として適用又は堆積される。
【００１２】
実施形態では、ＤＶＣ層の多孔率は、０％〜５％とすることができ、亀裂は、層の厚さを通して部分的に、すなわち、厚さの５０％未満、又は厚さの約５０％まで延びてもよく、層の厚さ全体に及ぶ場合もある。実施形態では、亀裂は、実質的に垂直な亀裂とすることができ、１インチあたり２０〜２００のクラックの範囲とすることができる。
【００１３】
実施形態では、ＰＶＣ層の多孔率は、５％〜２５％とすることができ、亀裂は、層の厚さを通して部分的に、すなわち、厚さの５０％未満、又は厚さの約５０％まで延びてもよく、層の厚さ全体に及ぶ場合もある。実施形態では、亀裂は、実質的に垂直な亀裂とすることができ、１インチあたり２０〜２００のクラックの範囲とすることができる。
【００１４】
本発明により、ＥＢＣ／ＣＭＣコンポーネントの寿命を延ばすことができ、これにより、エンジンの動作寿命が延び、改善される。
【００１５】
本開示の実施形態では、耐歪み性ＤＶＣコーティング最上層及びその下にあるＰＶＣコーティングシステムが、ＥＢＣ／ＣＭＣを保護するために使用される。ＤＶＣ／ＰＶＣ層は、ＣＭＡＳ耐性化学組成物と混合した強靭な希土類元素（Ｒｅ）安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２から構成されてもよい。本明細書で使用する場合、ＣＭＡＳ耐性化学物質とは、ＣＭＡＳダストと反応して結晶相を形成し、ＣＭＡＳがコーティング又は化学組成物にさらに浸透するのを防ぐことができる任意の化学組成物を意味する。これは、ＣＭＡＳと反応した後のＣＭＡＳ溶融温度を改善することができる。ＤＶＣ層は、耐侵食性を提供し、ＰＶＣ層は、高ＣＴＥ最上層とＥＢＣの低ＣＴＥ下部層との間で、ＣＴＥ緩和を提供する。
【００１６】
本発明の主な利点は、ＣＭＡＳ耐性化学物質と混合した強靭なＲｅ安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含み、ＥＢＣ／ＣＭＣシステムの耐侵食性及びＣＭＡＳ耐性を改善することにある。これに加えて、ＰＶＣ耐歪み性遷移層は、高ＣＴＥ最上層とＥＢＣの低ＣＴＥ下部層との間で、ＣＴＥ緩和を提供する。次に、ＰＶＣ微細構造により、ＥＢＣ／ＣＭＣシステムの熱伝導率がさらに低下する。
【００１７】
耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性であるＤＶＣを用いるＤＶＣ最上層、並びに／又は、遮熱層及びＣＴＥ緩和層であるＰＶＣを用いるＰＶＣ層の非限定的な実施形態は、以下を含む（例示的な希土類酸化物は、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化スカンジウム、酸化ツリウムを含む）：
・希土類酸化物で再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・希土類ケイ酸塩で再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・希土類アルミン酸塩で再安定化されＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・希土類アルミン酸塩ケイ酸塩で再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・アルカリ酸化物で再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・ジルコン酸ガドリニウムで再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・上記の任意の組合せ。
【００１８】
ＤＶＣ最上層又はコーティングは、約１０×１０−６／℃のＣＴＥ、及び２ミル（０．００２インチ）〜４０ミル（０．０４０インチ）の厚さを有してもよい。本明細書で使用される場合、１ミルは０．００１インチに等しい。この層又はコーティングは、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）によって適用することができる。
【００１９】
ＰＶＣ中間層又はコーティングは、約１０×１０−６／℃のＣＴＥ、及び１ミル〜４０ミルの厚さを有してもよい。この層又はコーティングは、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）によって適用することができる。
【００２０】
ＥＢＣ層又はコーティングは、３．５×１０−６／℃〜７×１０−６／℃のＣＴＥ、及び１ミル〜４０ミルの厚さを有してもよい。この層又はコーティングは、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）によって適用することができる。
【００２１】
ボンドコーティング層又はコーティングは、Ｓｉ、Ｓｉ−ＨｆＯ２、Ｓｉ−Ｒｅであってもよく、３．５×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃のＣＴＥ、及び０ミル（ボンドコーティング層なし）〜１０ミルの厚さを有してもよい。この層又はコーティングは、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）によって適用することができる。
【００２２】
ＣＭＣ又は基材は、約４．５×１０−６／℃〜５．５×１０−６／℃のＣＴＥ、及び４０ミルを超える厚さを有してもよい。基材は、ＳｉＣ又はＳｉ３Ｎ４材料であってもよい。
【００２３】
本発明の非限定的な実施形態は、ＥＢＣコーティングされた基材上に配置された、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング（ｅｒｏｓｉｏｎ  ａｎｄ  ＣＭＡＳ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｃｏａｔｉｎｇ）を含む。この耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティングは、ＣＴＥ緩和を提供し且つＥＢＣコーティングされた基材上に配置されている少なくとも１つの多孔性垂直亀裂のある（ＰＶＣ：ｐｏｒｏｕｓ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）コーティング層と、少なくとも１つのＰＶＣコーティング層の上に堆積されている少なくとも１つの高密度垂直亀裂のある（ＤＶＣ：ｄｅｎｓｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層とを含む。
【００２４】
非限定的な実施形態では、少なくとも１つのＤＶＣ層は最上層である。コーティング層は、ＥＢＣと基材との間に配置された少なくとも１つのボンドコーティング層をさらに含んでもよい。基材は、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）基材であってもよい。
【００２５】
少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、希土類酸化物と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、希土類ケイ酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、希土類アルミン酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、希土類アルミン酸塩又はケイ酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、アルカリ酸化物と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、ジルコン酸ガドリニウムと混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、上記の１つ以上の組成物の混合物を含んでもよい。
【００２６】
少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、全厚の垂直亀裂を含んでもよい。少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ）コーティング層は、全厚の垂直亀裂を含んでもよい。
【００２７】
本発明の非限定的な実施形態は、ＥＢＣコーティングされた基材上に配置された、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング（ｅｒｏｓｉｏｎ  ａｎｄ  ＣＭＡＳ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｃｏａｔｉｎｇ）を含む。この耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティングは、ＣＴＥ緩和を提供し且つＥＢＣコーティングされた基材上に配置される少なくとも１つの多孔質垂直亀裂のある（ＰＶＣ：ｐｏｒｏｕｓ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）遮熱コーティング層と、少なくとも１つのＰＶＣ遮熱コーティング層の上に堆積されている高密度垂直亀裂（ＤＶＣ：ｄｅｎｓｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｃｒａｃｋｅｄ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング材料の最上層とを含む。
【００２８】
非限定的な実施形態では、コーティングは、ＥＢＣと基材との間に配置された少なくとも１つのボンドコーティング層をさらに含んでもよい。基材は、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）基材であってもよい。
【００２９】
少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、希土類酸化物と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、希土類ケイ酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、希土類アルミン酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、希土類アルミン酸塩又はケイ酸塩と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、アルカリ酸化物と混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、ジルコン酸ガドリニウムと混合された再安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２を含んでもよい。少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、上記の１つ以上の組成物の混合物を含んでもよい。
【００３０】
少なくとも１つの高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層は、全厚の垂直亀裂を含んでもよい。少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ）コーティング層は、全厚の垂直亀裂を含んでもよい。
【００３１】
本発明の非限定的な実施形態は、ＣＭＣ基材上に配置された、耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性セラミックコーティングを含む。この耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性セラミックコーティングは、基材に結合されたＥＢＣコーティング層と、ＣＴＥ緩和を提供し且つＥＢＣコーティング層の上に直接堆積されている多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ）セラミックコーティング層と、ＰＶＣコーティング層の上に直接堆積されている高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング層とを含む。
【００３２】
本発明の非限定的な実施形態は、ＥＢＣコーティングされた基材上に耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティングをプラズマ溶射する方法を含む。この方法は、ＥＢＣコーティングされた基材上にＣＴＥ緩和を提供する少なくとも１つの多孔質垂直亀裂（ＰＶＣ）遮熱コーティング層を堆積する工程と、少なくとも１つのＰＶＣ遮熱コーティング層の上に高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性コーティング材料を堆積する工程とを含む。
【００３３】
実施形態では、ＥＢＣコーティングされた基材は、ＥＢＣ層と基材との間に配置された少なくとも１つのボンドコーティング層を含んでもよい。プラズマ溶射は、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）のうちの１つを含んでもよい。
添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、その説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による多層コーティングを概略的に示す。
【図２】本発明に従って適用された多層コーティングの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下の詳細な説明は、限定としてではなく、例として本開示の原理を示す。この説明は、当業者が本開示を作製及び使用することを明らかに可能にする。この説明は、本開示を実施する最良の形態であると現在考えられるものを含む、本開示のいくつかの実施形態、適応、変形、代替及び使用を説明する。図面は、本開示の例示的な実施形態の図式的及び概略的表現であり、本開示を限定するものではなく、それらは必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。
【００３６】
本開示の特徴である新規な特徴は、その構造及び操作方法の両方に関して、そのさらなる目的及び利点とともに、以下の説明から理解され、本開示の実施形態が例として示されている添付の図面に関連して考慮されるであろう。しかしながら、図面は、例示及び説明のみを目的としており、それらは、本開示の制限の定義として意図されていないことが明確に理解されるべきである。
【００３７】
以下の説明では、本開示の様々な実施形態が、添付の図面に関して説明される。必要に応じて、本開示の詳細な実施形態を本明細書で説明する。しかしながら、開示された実施形態は、様々な代替的な形態で具現化され得る本開示の実施形態の単なる例示であることを理解されたい。図は必ずしも縮尺どおりではなく、一部の特徴は特定のコンポーネントの詳細を示すために誇張され又は最小化されている場合がある。したがって、本明細書に開示されている特定の構造的及び機能的な記載の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本開示を様々に使用するように当業者に教示するための単なる代表的な基礎として解釈されるべきである。
【００３８】
本明細書に示されている記載の詳細は、例として、本開示の実施形態の例示的な説明のみを目的とするものであり、本開示の原理及び概念的態様の最も有用で容易に理解される説明であると考えられるものを提供するという理由で提示されている。これに関して、本開示の基本的な理解のために必要であるよりも詳細に本開示の構造的詳細を示す試みは行われず、そのため、説明は、図面とともに、本開示の形態が実際にどのように具現化され得るかを当業者に明らかにする。
【００３９】
本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、複数の参照を含む。例えば、「粉末材料」への言及は、特に除外されない限り、１つ以上の粉末材料の混合物が存在し得ることも意味する。本明細書で使用される場合、不定冠詞「ａ」は、１つだけでなく複数を示し、必ずしもその参照名詞を単数に限定するものではない。
【００４０】
他に示されない限り、明細書及び特許請求の範囲で使用される量を表すすべての数は、「約」という用語によってすべての例で変更されるものとして理解されるべきである。したがって、反対に示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは、本開示の実施形態によって得られることが求められる所望の特性に応じて変動し得る近似値である。少なくとも、均等論の適用を請求項の範囲に限定しようとする試みと見なされるべきではないが、各数値パラメータは、有効桁数と通常の丸め規則に照らして解釈されるべきである。
【００４１】
さらに、本明細書内の数値範囲の列挙は、その範囲内のすべての数値及び範囲の開示であると見なされる（他に明示的に示されていない限り）。例えば、範囲が約１〜約５０である場合、それは、例えば、１、７、３４、４６．１、２３．７、又は範囲内の他の任意の値若しくは範囲を含むと見なされる。
【００４２】
本明細書で使用される場合、「約」及び「およそ」という用語は、問題の量又は値が、指定された特定の値又はその近傍の他の値であり得ることを示す。一般に、特定の値を示す「約」及び「およそ」という用語は、値の±５％以内の範囲を示すことを意図している。一例として、「約１００」という語句は、１００±５の範囲、すなわち９５から１０５の範囲を示す。一般に、「約」及び「およそ」という用語が使用される場合、本開示による同様の結果又は効果が、示された値の±５％の範囲内で得られることが期待できる。
【００４３】
本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、前記群の要素のすべて又は１つのみが存在し得ることを示す。例えば、「Ａ及び／又はＢ」は「Ａのみ、又はＢのみ、又はＡとＢの両方」を意味する。「Ａのみ」の場合、この用語はＢが存在しない可能性、つまり「ＡのみでＢはない」という可能性もカバーする。
【００４４】
「少なくとも部分的に」という用語は、以下の特性がある程度又は完全に満たされることを示すことを意図している。
【００４５】
「実質的に」及び「本質的に」という用語は、以下の特徴、特性又はパラメータが完全に（全体的に）実現又は満足されるか、又は意図された結果に悪影響を及ぼさない程度であることを示すために使用される。
【００４６】
本明細書で使用される「含む」という用語は、非排他的かつ制限のないものであることを意図している。したがって、例えば、化合物Ａを含む組成物は、Ａ以外の他の化合物を含み得る。しかしながら、「含む」という用語はまた、「から本質的になる」及び「からなる」のより限定的な意味もカバーするため、例えば「化合物Ａを含む組成物」も（本質的に）化合物Ａからなり得る。
【００４７】
本明細書に開示された様々な実施形態は、特に反対の記載がない限り、別々に、及び様々な組合せで使用することができる。
【００４８】
本発明は、ＣＭＣ基材上に配置された多層コーティングを概略的に示す図１を参照して説明される。図１で明らかなように、多層コーティングは、トップコーティング層を利用し、これは、耐歪み性ＤＶＣコーティング最上層である。この層は、下にあるＰＶＣコーティングシステムの上に配置され、これは、その下にあるＥＢＣ／ＣＭＣ層を保護するために使用される。ＤＶＣ／ＰＶＣ層は、ＣＭＡＳ耐性化学組成物と混合した強靭な希土類元素（Ｒｅ）安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２から構成されてもよい。１つ以上のＤＶＣ層は、耐侵食性を提供し、１つ以上のＰＶＣ層は、１つ以上の高ＣＴＥ最上層とＥＢＣの１つ以上の低ＣＴＥ下部層との間で、ＣＴＥ緩和を提供する。
【００４９】
ＤＶＣ層は、ＥＢＣ／ＣＭＣシステムの耐侵食性及びＣＭＡＳ耐性を改善するために、ＣＭＡＳ耐性化学物質と混合した強靭なＲｅ安定化ＺｒＯ２又はＨｆＯ２から構成されてもよい。これに加えて、ＰＶＣ耐歪み性遷移層は、高ＣＴＥ最上層（ＤＶＣ層）とＥＢＣの低ＣＴＥ下部層との間で、ＣＴＥ緩和を提供する。次に、ＰＶＣ微細構造により、ＥＢＣ／ＣＭＣシステムの熱伝導率がさらに低下する。
【００５０】
耐侵食性且つＣＭＡＳ耐性であるＤＶＣを用いるＤＶＣ最上層、並びに／又は、遮熱層及びＣＴＥ緩和層であるＰＶＣを用いるＰＶＣ層の非限定的な実施形態は、以下を含む（例示的な希土類酸化物は、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化スカンジウム、酸化ツリウムを含む）：
・希土類酸化物で再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・希土類ケイ酸塩で再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・希土類アルミン酸塩で再安定化されＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・希土類アルミン酸塩ケイ酸塩で再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・アルカリ酸化物で再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・ジルコン酸ガドリニウムで再安定化されたＺｒＯ２又はＨｆＯ２混合物；又は
・上記の任意の組合せ。
【００５１】
ＤＶＣ最上層又はコーティングは、約１０×１０−６／℃のＣＴＥ、及び２ミル〜４０ミルの厚さを有してもよい。この層又はコーティングは、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）によって適用することができる。
【００５２】
ＰＶＣ中間層又はコーティングは、約１０×１０−６／℃のＣＴＥ、及び１ミル〜４０ミルの厚さを有してもよい。この層又はコーティングは、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）によって適用することができる。
【００５３】
ＥＢＣ層又はコーティングは、３．５〜７×１０−６／℃のＣＴＥ、及び１ミル〜４０ミルの厚さを有してもよい。この層又はコーティングは、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）によって適用することができる。
【００５４】
ボンドコーティング層又はコーティングは、Ｓｉ、Ｓｉ−ＨｆＯ２、Ｓｉ−Ｒｅであってもよく、３．５〜４．５×１０−６／℃のＣＴＥ、及び０ミル〜１０ミルの厚さを有してもよい。この層又はコーティングは、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）、プラズマ溶射−物理蒸着（ＰＳ−ＰＶＤ）、又は懸濁プラズマ溶射（ＳＰＳ）によって適用することができる。
【００５５】
ＣＭＣ又は基材は、約４．５〜５．５×１０−６／℃のＣＴＥ、及び４０ミルを超える厚さを有してもよい。基材は、ＳｉＣ又はＳｉ３Ｎ４材料であってもよい。
【００５６】
実施形態では、ＤＶＣ層の多孔率は、０％〜５％とすることができ、亀裂は、層の厚さを通して部分的に、すなわち、厚さの５０％未満、又は厚さの約５０％まで延びてもよく、層の厚さ全体に及ぶ場合もある。実施形態では、亀裂は、実質的に垂直な亀裂とすることができ、１インチあたり２０〜２００のクラックの範囲とすることができる。非限定的な実施形態では、ＤＶＣ層は、当技術分野で既知であり、本明細書に組み込まれた文書のうちの１つ以上に記載されているタイプのものとすることもできる。
【００５７】
実施形態では、ＰＶＣ層の多孔率は、５％〜２５％とすることができ、亀裂は、層の厚さを通して部分的に、すなわち、厚さの５０％未満、又は厚さの約５０％まで延びてもよく、層の厚さ全体に及ぶ場合もある。実施形態では、亀裂は、実質的に垂直な亀裂とすることができ、１インチあたり２０〜２００のクラックの範囲とすることができる。非限定的な実施形態では、ＰＶＣ層は、当技術分野で既知であり、本明細書に組み込まれた文書のうちの１つ以上に記載されているタイプのものとすることもできる。
【実施例】
【００５８】
＜非限定的な例＞
以下の表は、図２に示されるコーティングシステムの説明、及びシンプレックスプラズマトーチを用いてそれを形成するために使用されるパラメータを含む。
【表１】
2021507090.tif 000003
【表２】
2021507090.tif 000004
【００５９】
＜例示的な実施形態＞
以下は、改善されたコーティング耐侵食性を備えた例示的なコーティングシステムである：侵食テストは、Ｙｂ２Ｓｉ２Ｏ７コーティングのみが９．５２秒／ミルの侵食速度を持つことを示している。対照的に、８ＹＳＺ  ＤＶＣ／ＰＶＣ／ＥＢＣを使用する多層システムの侵食速度は１９．０５秒／ミルである。このように、多層ＤＶＣ／ＰＶＣ／ＥＢＣコーティングシステムを使用すると、Ｙｂ２Ｓｉ２Ｏ７  ＥＢＣと比較して、コーティング耐侵食性が大幅に向上する。８ＹＳＺ粉末材料の非限定的な例には、Ｍｅｔｃｏ  ２０４Ｃ−ＮＳ  Ｐｒｅｍｉｕｍ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４ＮＳ−Ｇ  Ｐｒｅｍｉｕｍ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４Ｄ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４Ｅ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４ＮＳ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４Ｂ−ＮＳ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４ＡＦ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４Ｃ−ＮＳ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４Ｆ、Ｍｅｔｃｏ  ２０４ＮＳ−Ｇ、及びＭｅｔｃｏ  ２０４ＮＳ−ＡＰが含まれる。ＥＢＣの非限定的な例には、Ｍｅｔｃｏ  ６１５７が含まれる。
【００６０】
さらに、少なくとも本発明は、特定の例示的な実施形態の開示により、例えば、単純化又は効率化などのために、本発明を作製及び使用することを可能にする方法で本明細書で開示されるため、本発明は、本明細書に具体的に開示されていない追加の要素又は追加の構造がなくても実施することができる。
【００６１】
前述の例は、単に説明の目的で提供されたものであり、決して本発明を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。本発明を例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本明細書で使用された文言は、限定の文言ではなく、説明及び例示の文言であることが理解される。添付の特許請求の範囲内で、現在記載され、補正されているように、その態様における本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、変更を加えることができる。本発明を、特定の手段、材料及び実施形態を参照して本明細書で説明してきたが、本発明は、本明細書に開示されている記載の詳細に限定されることを意図しておらず、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるような、機能的に同等なすべての構造、方法及び使用に及ぶ。
【図１】
2021507090.tif 000005
【図２】
2021507090.tif 000006
【国際調査報告】
2021507090.tif 000007