(57)【要約】【課題】  機械的特性に重大な悪影響を与えることがない、ケイ素基材用のボンドコートを提供する。【解決手段】  ケイ素基材に使用するボンド層である。このボンド層は、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶を含む合金を含む。高融点金属の二ケイ化物は、モリブデン、クロム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、レニウム、チタン、タングステン、ウラン、バナジウム、およびイットリウムのそれぞれの二ケイ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される。また、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶は、１３００℃よりも高い融点を有する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンド層が高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶を含む合金を含むことを特徴とするケイ素基材とボンド層とを含む物品。
【請求項２】
前記高融点金属の二ケイ化物は、モリブデン、クロム、ハフニウム、ニオブ、レニウム、タンタル、チタン、タングステン、ウラン、バナジウム、およびイットリウムのそれぞれの二ケイ化物、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請求項１記載のケイ素基材とボンド層とを含む物品。
【請求項３】
前記高融点金属の二ケイ化物は、モリブデン、クロム、ハフニウム、ニオブ、レニウム、タンタル、チタン、タングステン、ウラン、バナジウム、イットリウム、モリブデン、およびクロムのそれぞれの二ケイ化物、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請求項１記載のケイ素基材とボンド層とを含む物品。
【請求項４】
前記高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶は、１３００℃よりも高い融点を有す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を含む物品。
【請求項５】
前記ボンド層は、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶とケイ素との多相ミクロ構造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を含む物品。
【請求項６】
破壊靭性が、１ＭＰａ・ｍ1/2よりも大きいことを特徴とする請求項５記載のケイ素基材とボンド層とを含む物品。
【請求項７】
前記ボンド層は、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶と高融点金属の二ケイ化物との多相ミクロ構造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を含む物品。
【請求項８】
破壊靭性が、１ＭＰａ・ｍ1/2よりも大きい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を含む物品。
【請求項９】
前記ボンド層は、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶と、ケイ素または高融点金属の二ケイ化物のいずれか一方と、の多相ミクロ構造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を含む物品。
【請求項１０】
破壊靭性が、１ＭＰａ・ｍ1/2よりも大きいことを特徴とする請求項９記載のケイ素基材とボンド層とを含む物品。
【請求項１１】
ケイ素が６６．７原子％以上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を含む物品。
【請求項１２】
ケイ素が６６．７原子％以上の量で含まれていることを特徴とする請求項９記載のケイ素基材とボンド層とを含む物品。
【請求項１３】
ケイ素が８０原子％以上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を含む物品。
【請求項１４】
ケイ素が８０原子％以上の量で含まれていることを特徴とする請求項９記載のケイ素基材とボンド層とを含む物品。
【請求項１５】
ボンド層が１ＭＰａ／ｍ1/2よりも大きい破壊靭性を有する多相合金を含むことを特徴とするケイ素基材とボンド層とを含む物品。
【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などの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などのバリヤ層１６と、耐熱性酸化物および／またはケイ酸塩層、または酸化ジルコニウムなどの他の金属酸化物などの任意のトップ層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、多くの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、特にケイ素よりも低い熱膨張率（ＣＴＥ）を有するとともに脆性がある窒化ケイ素などのケイ素を含む基材の中には、特定の機械的特性すなわち室温における４点曲げ強度がかなり減少してしまうものがあることがわかった。
【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、窒化ケイ素などのケイ素を含む基材のための耐環境被膜が求められている。
【０００５】
従って、本発明の主な目的は、機械的特性に重大な悪影響を与えることがない、ケイ素基材用のボンドコート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、ケイ素基材に使用する改善されたボンド層を提供する本発明によって達成される。このボンド層は、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶を含む合金を含む。高融点金属の二ケイ化物は、モリブデン、クロム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、レニウム、チタン、タングステン、ウラン、バナジウム、およびイットリウムのそれぞれの二ケイ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される。また、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶は、１３００℃よりも高い融点を有する。
【０００７】
本発明によって得られる利点は、特に上述したケイ素含有金属ボンド層に比べて室温での破壊靭性が増加することである。本発明のボンドコートの破壊靭性は、単一相のケイ素含有金属ボンドコートで達成される破壊靭性よりも５０％以上増加することが分かった。このような破壊靭性の増加は、本発明の二相ミクロ構造によって得られ、単一相のケイ素層で見られるよりも割れの伝搬に対してより大きな耐性を提供する。
【０００８】
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】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
本発明によると、ボンド層は、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶を含む合金を含む。このボンド層は、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶を１００％含むことができ、または高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶の単体、またはケイ素か高融点金属の二ケイ化物のいずれかとの多相ミクロ構造を含みうる。いずれの場合でも、高融点金属の二ケイ化物／ケイ素共晶は、１３００℃よりも高い融点を有する。ボンド層のケイ素含有率は、６６．７原子％ケイ素以上であり、好ましくは８０原子％ケイ素であり、残部は高融点金属である。
【００１２】
本発明のボンド層で使用される好ましい高融点金属は、モリブデン、クロム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、レニウム、チタン、タングステン、ウラン、バナジウム、イットリウム、およびこれらの混合物からなる群から選択される。好ましい高融点金属は、モリブデンとクロムであり、最も好ましい高融点金属は、モリブデンである。本発明の物品は、従来技術で周知のケイ素含有金属ボンド層に比べてかなり高い破壊靭性を示し、すなわち１ＭＰａ・ｍ1/2よりも高い破壊靭性を示す。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】従来技術に係る複合物の概略説明図である。
【図１】
2004345948.tif 000002