(57)【要約】【課題】  耐環境被膜用の改善されたボンド層を提供する。【解決手段】  ケイ素基材用のボンド層は、分散粒状材料を有するケイ素層を含む。この粒状材料は、（１）アルミナ、（２）イットリア、（３）ケイ酸アルミニウム、（４）希土類元素、アルカリ土類元素、アルミニウム、酸素、イットリウム、窒素、ニオブ、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、炭素、およびケイ素のそれぞれの化合物、およびこれらの混合物からなる群から選択される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンド層が分散粒状材料を有するケイ素層を含み、この粒状材料は、（１）アルミナ、（２）イットリア、（３）ケイ酸アルミニウム、（４）希土類元素、アルカリ土類元素、アルミニウム、酸素、イットリウム、窒素、ニオブ、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、炭素、およびケイ素のそれぞれの化合物、およびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とするケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項２】
前記粒状材料は、粒子または繊維の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項３】
前記粒状材料は、０．１〜１００ミクロンの平均粒径を有する粒子を含むことを特徴とする請求項１記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項４】
前記粒状材料は、０．５〜１０ミクロンの平均粒径を有する粒子を含むことを特徴とする請求項１記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項５】
前記粒状材料は、２５〜９０体積％の量で含まれていることを特徴とする請求項１記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項６】
前記粒状材料は、４０〜７５体積％の量で含まれていることを特徴とする請求項１記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項７】
前記粒状材料は、０．５〜１００ミクロンの平均長さおよび０．１〜５．０ミクロンの平均径を有する繊維を含むことを特徴とする請求項１記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項８】
前記粒状材料は、１〜２０ミクロンの平均長さおよび０．５〜１０ミクロンの平均径を有する繊維を含むことを特徴とする請求項１記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項９】
前記粒状材料は、２５〜９０体積％の量で含まれていることを特徴とする請求項７記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【請求項１０】
前記粒状材料は、４０〜７５体積％の量で含まれていることを特徴とする請求項８記載のケイ素基材とボンド層と保護層とを含む物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐環境被膜に関し、特に、ケイ素を含む基材に被覆される耐環境被膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケイ素基セラミックスは、ガスタービンエンジンの燃焼器やタービン部などの高温で水を含む環境において酸化速度が加速する。このような環境でセラミック部品として使用されるケイ素基材の酸化速度を減少させて、このような部品の耐用寿命を延長するために、ケイ素基材用の耐環境被膜すなわちバリヤ層を提供する努力がなされてきた。
【０００３】
図１ａ，図１ｂを参照すると、従来技術の耐環境被膜は、ケイ素基材１２と、ケイ素含有金属の密な連続層を含むボンドコートすなわちボンド層１４と、バリウムおよびストロンチウム基のアルカリ土類アルミノケイ酸塩、またはケイ酸イットリウムのいずれかを含むバリヤ層１６と、耐熱性酸化物および／またはケイ酸塩、または酸化ジルコニウムなどの他の金属酸化物を含むトップコートすなわちトップ層１８と、を含む複合物１０を構成する。さらに、ボンドコート１４とトップ層１８との間および／またはバリヤ層１６とトップ層１８との間に中間層２０を設けることができる。この中間層は、例えば、バリヤ層材料とムライトなどの追加の酸化物の混合物を含む。このような従来技術の耐環境システムは、ケイ素基材に対して耐酸化性を与えるとともに密着性を有することが実証されてきた。しかし、ケイ素基材は、室温における４点曲げ強度がかなり減少することによって示されるように、特定の機械的特性が損なわれる場合があることがわかった。機械的特性の損失は、ケイ素を含む基材に隣接するボンド層の割れに起因し、このような割れによって基材自体の割れを発生させる応力集中が生じるためであると考えられている。ボンドコートすなわちボンド層に生じる割れは、基材とボンド層との間の熱膨張係数の差や、部品の急速な周期的冷却および加熱によって生じる応力を含む多くの原因によって発生する。
【特許文献１】米国特許第４５９５６３７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、結果として機械的特性を大きく損なうことがない、ケイ素を含む基材のための改善されたボンドコート層が求められている。
【０００５】
従って、本発明の主な目的は、従来技術における上述の問題を解決する耐環境被膜用の改善されたボンド層を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的は、ケイ素基材用のボンド層が分散粒状材料を有するケイ素層を含む本発明によって達成される。この粒状材料は、（１）アルミナ、（２）イットリア、（３）ケイ酸アルミニウム、（４）希土類元素、アルカリ土類元素、アルミニウム、酸素、イットリウム、窒素、ニオブ、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、炭素、およびケイ素のそれぞれの化合物、およびこれらの混合物からなる群から選択される。
【０００７】
本発明の利点は、特に、ボンド層または粒子が導入される他の層の破壊靭性が改善されることである。さらに、粒状材料は、粒子、繊維、ホイスカ、およびこれらの混合物の形態とすることができ、繊維は、最終的な用途に応じてボンド層または耐環境被膜の他の層内に配置および配向することができる。
【０００８】
粒状材料は、溶射法などの従来技術で周知の方法によって加えることができる。
【０００９】
その他の目的や利点は、以下に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、ケイ素基材とボンド層とを含む物品に関する。ボンド層は、ケイ素基材に直接被覆することができ、またはボンド層とケイ素基材との間に酸化ケイ素の中間層または他の中間層を設けることもできる。
【００１１】
ケイ素を含む基材は、ケイ素を含むセラミック基材またはケイ素を含む金属合金とすることができる。好適実施例では、ケイ素を含む基材は、例えば、炭化ケイ素、炭化ケイ素複合材料、窒化ケイ素、窒化ケイ素複合材料、酸窒化ケイ素、および酸窒化ケイ素アルミニウムなどのケイ素を含むセラミック材料である。
【００１２】
本発明によると、ボンド層は、分散粒状材料を有するケイ素層を含み、粒状材料は、（１）アルミナ、（２）イットリア、（３）ケイ酸アルミニウム、（４）希土類元素、アルカリ土類元素、アルミニウム、酸素、イットリウム、窒素、ニオブ、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、炭素、およびケイ素のそれぞれの化合物、およびこれらの混合物からなる群から選択される。粒状材料は、粒子、繊維、およびこれらの混合物の形態とすることができる。本発明で有用な粒子は、０．１〜１００ミクロン、好ましくは０．５〜１０ミクロンの平均粒径を有するものである。粒状材料が繊維の形態であれば、このような繊維は、０．５〜１００ミクロン、好ましくは１〜２０ミクロンの平均長さ、および０．１〜５０ミクロン、好ましくは０．５〜１０ミクロンの平均径を有することが望ましい。粒状材料は、２５〜９０体積％、好ましくは４０〜７５体積％の量で含まれる。
【００１３】
本発明では、粒状材料はボンド層に含まれており、このボンド層は、ケイ素基材に直接被覆することができるが、ボンド層とケイ素基材との間に酸化ケイ素などの中間層を設けることもできる。従来技術で認知されているように、本発明の物品には、トップ層、保護層、および他の中間層などを含む他の層が含まれてもよく、機械的な利点のためにこれらの追加の層のいずれかまたは全てに粒状材料を含むことも本発明の範囲に含まれる。
【００１４】
粒子および／または繊維の形態の粒状材料は、従来技術で周知の方法によってボンド層に加えることができる。特に適した方法は、ケイ素基材の表面に密着するように繊維をプラズマ溶射してから、この粒状材料の上にボンド層材料を被覆することである。適切な処理は、本出願人が有する特許文献１に開示されている。
【００１５】
本発明の利点には、耐環境被膜の割れの減少および密着性の向上が含まれる。
【００１６】
本発明は、ここで説明および開示した実施例に限定されない。これらの実施例は、単に本発明の好適実施例を示しており、その形態、寸法、部品構成、および動作の詳細は変更される余地がある。本発明は、請求の範囲によって定められる本発明の趣旨および範囲内に含まれるこのような全ての変更を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術に係る複合物の概略説明図である。
【図１】
2004345353.tif 000002