(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な部分と、前記回転可能な部分の少なくとも一部分の上に延在する静止部分とを含む装置のためのシールシステム（２００、３００、４００、５００）であって、前記静止部分は、内側表面（１８８）を含み、前記回転可能な部分は、それに連結されている少なくとも１つのエーロフォイルアッセンブリを含み、前記少なくとも１つのエーロフォイルアッセンブリは、基材（１８４）を含み、前記シールシステム（２００、３００、４００、５００）は、
前記内側表面（１８８）の少なくとも一部分の上に形成されている、アブレイダブル材料の少なくとも１つのアブレイダブル層を含むアブレイダブル部分（２０２）と、
前記基材（１８４）の少なくとも一部分の上に配設されているアブレイディング部分（２０４、３０４、４０４、５０４）と、
を含み、
前記アブレイディング部分（２０４、３０４、４０４、５０４）は、
前記基材（１８４）の少なくとも一部分の上に形成されている少なくとも１つのアブレイディング層（２１２、３１２、４１２、５１２）と、
前記少なくとも１つのアブレイディング層（２１２、３１２、４１２、５１２）の中に埋め込まれている複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）と、
前記アブレイディング層と前記基材（１８４）との間に形成された中間層（５３６）と、
を含み、
前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）は、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子、および、
炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、およびジルコニア（ＺｒＯ2）のうちの１つの実質的にすべて、
所定の比率の立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ2Ｏ3、
所定の比率のｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2、
所定の比率の一緒に溶融されたＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2、ならびに、
所定の比率のＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3
のうちの少なくとも１つ
を含み、
前記中間層（５３６）は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ジルコニア強化アルミナ、アルミナ強化ジルコニア、Ａｌ2Ｏ3、およびハフニア（ＨｆＯ2）のうちの少なくとも１つを含むセラミック材料から形成されている、
シールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項２】
前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）が、
おおよそ５０．８ミクロン（μ）からおおよそ５００μの間の範囲の中にサイズ決めされている前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）、および、
おおよそ２０μからおおよそ５００μの間のスペーシング範囲によって互いから分離されている前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのアブレイディング層（２１２、３１２、４１２、５１２）が、アブレイディング層表面（２１６、３１６、４１６、５１６）を画定し、前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）の少なくとも一部分が、前記粒子サイズ設定のおおよそ０％から前記粒子サイズ設定の４０％の間の範囲の中の距離だけ、前記アブレイディング層表面（２１６、３１６、４１６、５１６）を越えて延在している、請求項１または請求項２記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのアブレイディング層（２１２、３１２、４１２、５１２）が、少なくとも１つの金属層および少なくとも１つのセラミック層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのアブレイディング層（２１２、３１２、４１２、５１２）が、第１の硬度値を有しており、前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）が、第２の硬度値を有しており、前記第２の硬度値は、前記第１の硬度値よりも大きい、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項６】
前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）が、Ａｌ2Ｏ3およびムライトのうちの少なくとも１つを含む外部不活性粒子コーティングを含む少なくともいくつかの炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのアブレイディング層（２１２、３１２、４１２、５１２）が、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ジルコニア強化アルミナ、アルミナ強化ジルコニア、Ａｌ2Ｏ3、およびハフニア（ＨｆＯ2）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのアブレイディング層（２１２、３１２、４１２、５１２）が、
クロム−アルミニウム−イットリウム合金（ＭＣｒＡｌＹ）であって、Ｍは、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１つをその任意の組み合わせで含む、クロム−アルミニウム−イットリウム合金（ＭＣｒＡｌＹ）、
クロム−アルミニウム合金（ＭＣｒＡｌＸ）であって、Ｍは、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１つをその任意の組み合わせで含み、Ｘは、ハフニウム（Ｈｆ）、Ｙ、Ｓｉ、およびＴａのうちの少なくとも１つをその任意の組み合わせで含む、クロム−アルミニウム合金（ＭＣｒＡｌＸ）、ならびに
ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびプラチナ（Ｐｔ）のうちの少なくとも２つをその任意の組み合わせで含む合金
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのアブレイディング層（２１２、３１２、４１２、５１２）が、おおよそ５０．８μからおおよそ５００μの間の範囲の中の厚さを有している、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項１０】
前記アブレイダブル部分（２０２）が、
緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、および、
緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）ジズプロシア安定化ジルコニア（ＤｙＳＺ）
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項１１】
前記ＤＶＣ  ＹＳＺが、５％未満の多孔率値を有している、請求項１０に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項１２】
前記ＤＶＣ  ＤｙＳＺが、５％未満の多孔率値を有している、請求項１０記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項１３】
前記アブレイダブル部分（２０２）が、少なくともおおよそ５００μの厚さを有して形成されている、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のシールシステム（２００、３００、４００、５００）。
【請求項１４】
装置のためのシールシステム（２００、３００、４００、５００）を組み立てる方法であって、前記方法は、
回転可能な部分を提供するステップであって、前記回転可能な部分は、それに連結されている少なくとも１つのエーロフォイルアッセンブリを含み、前記少なくとも１つのエーロフォイルアッセンブリは、基材（１８４）を含む、ステップと、
前記回転可能な部分の少なくとも一部分の上に静止部分を延在させるステップであって、前記静止部分は、内側表面（１８８）を含む、ステップと、
前記内側表面（１８８）の少なくとも一部分の上にアブレイダブル材料の少なくとも１つの層を形成するステップと、
前記基材（１８４）の少なくとも一部分の上に少なくとも１つのマトリックス層（２１２、３１２、４１２、５１２）を形成するステップであって、前記少なくとも１つのマトリックス層（２１２、３１２、４１２、５１２）は、前記少なくとも１つのマトリックス層（２１２、３１２、４１２、５１２）の中に埋め込まれている複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）を含む、ステップと、
前記アブレイディング層と前記基材（１８４）との間に中間層（５３６）を形成するステップと、
を含み、
前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）は、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子、および、
炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、およびジルコニア（ＺｒＯ2）のうちの１つの実質的にすべて、
所定の比率の立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ2Ｏ3、
所定の比率のｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2、
所定の比率の一緒に溶融されたＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2、ならびに、
所定の比率のＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3
のうちの少なくとも１つ、
を含み、
前記中間層（５３６）は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ジルコニア強化アルミナ、アルミナ強化ジルコニア、Ａｌ2Ｏ3、およびハフニア（ＨｆＯ2）のうちの少なくとも１つを含むセラミック材料から形成されている、
装置のためのシールシステム（２００、３００、４００、５００）を組み立てる方法。
【請求項１５】
前記内側表面（１８８）の上にアブレイダブル材料の少なくとも１つの層を形成するステップが、緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、および、緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）ジズプロシア安定化ジルコニア（ＤｙＳＺ）のうちの少なくとも１つを前記内側表面（１８８）の上に溶射することを含み、アブレイダブル材料の前記少なくとも１つの層が、第１の硬度値を有し、前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）が、第２の硬度値を有し、前記第２の硬度値が、前記第１の硬度値よりも大きい、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのマトリックス層（２１２、３１２、４１２、５１２）を形成するステップが、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ホウ素（Ｂ）およびジルコニウム（Ｚｒ）のうちの少なくとも１つと、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）およびＮｉのうちの少なくとも１つを混合することを含む、ろう付けマトリックスを形成することを含む、請求項１４または請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つのマトリックス層（２１２、３１２、４１２、５１２）を形成するステップが、
クロム−アルミニウム−イットリウム合金（ＭＣｒＡｌＹ）マトリックスを形成するステップであって、Ｍは、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１つをその任意の組み合わせで含む、ステップと、
少なくとも１つのＭＣｒＡｌＹマトリックス層を、電解プロセスを通して形成するステップと、
を含む、請求項１４または請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つのマトリックス層（２１２、３１２、４１２、５１２）を形成するステップが、
シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ホウ素（Ｂ）およびジルコニウム（Ｚｒ）のうちの少なくとも１つと、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）およびＮｉのうちの少なくとも１つを混合することを含む、ろう付け化合物を形成するステップと、
前記基材（１８４）の前記少なくとも一部分に前記ろう付け化合物を適用するステップと、
前記基材（１８４）に前記複数の粒子をろう付けするステップと、
ＭＣｒＡｌＹマトリックス化合物を形成することを含む電解化合物を形成するステップであって、Ｍは、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１つをその任意の組み合わせで含む、ステップと、
前記ろう付けされている粒子に前記電解化合物を適用するステップと、
それらの間のスペーシングの少なくとも一部分を充填するステップと、
を含む、請求項１４または請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
回転可能な部分と、前記回転可能な部分の少なくとも一部分の上に延在する静止部分とを含む装置を動作させる方法であって、前記静止部分は、内側表面（１８８）を含み、前記回転可能な部分は、それに連結されている少なくとも１つのエーロフォイルアッセンブリを含み、前記方法は、
シールシステム（２００、３００、４００、５００）のアブレイディング部分（２０４、３０４、４０４、５０４）が、前記シールシステム（２００、３００、４００、５００）のアブレイダブル部分（２０２）に対抗して擦れるように、前記回転可能な部材の中の回転を引き起こすステップであって、前記アブレイダブル部分（２０２）は、前記静止部分の上に形成されている緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）および緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）ジズプロシア安定化ジルコニア（ＤｙＳＺ）のうちの少なくとも１つからなる少なくとも１つの層を含み、前記アブレイダブル部分（２０２）は、第１の硬度値を有しており、前記アブレイディング部分（２０４、３０４、４０４、５０４）は、少なくとも１つのマトリックス層（２１２、３１２、４１２、５１２）の中に埋め込まれている複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）と中間層（５３６）とを含み、前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記第１の硬度値よりも大きい第２の硬度値を有しており、前記複数の研磨粒子（２１８、３１８、４１８、５１８）は、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子、および、
炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、およびジルコニア（ＺｒＯ2）のうちの１つの実質的にすべて、
所定の比率の立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ2Ｏ3、
所定の比率のｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2、
所定の比率の一緒に溶融されたＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2、ならびに、
所定の比率のＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3
のうちの少なくとも１つ
を含む、ステップと、
前記アブレイダブル部分（２０２）の少なくとも一部分を前記アブレイディング部分（２０４、３０４、４０４、５０４）によって除去するステップと、
を含み、
前記中間層（５３６）は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ジルコニア強化アルミナ、アルミナ強化ジルコニア、Ａｌ2Ｏ3、およびハフニア（ＨｆＯ2）のうちの少なくとも１つを含むセラミック材料から形成されている、
装置を動作させる方法。
【請求項２０】
前記アブレイダブル部分（２０２）が、実質的に滑らかな表面およびパターン付きの表面のうちの少なくとも１つによって形成される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、概して、ターボ機械に関し、より具体的には、エーロフォイルの先端部に適用された研磨材料、ならびに、静止した部分に適用された耐高温性および耐浸食性材料を含むターボ機械シールシステムに関し、また、それを適用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの公知のターボ機械は、少なくとも１つのローターアッセンブリの上に延在する少なくとも１つの静止アッセンブリを含むタービンエンジンである。ローターアッセンブリは、円周方向に間隔を置いて配置された回転可能な金属製のタービンブレードまたはバケットの少なくとも１つの列を含む。また、少なくともいくつかの公知のタービンエンジンは、円周方向に間隔を置いて配置された回転可能な金属製の圧縮機ブレードの少なくとも１つの列も含むガスタービンエンジンである。バケットおよびブレードは、プラットフォームから金属製の先端部へ半径方向外向きに延在する金属製のエーロフォイルを含む。そのような金属製のエーロフォイルの多くは、ニッケル（Ｎｉ）およびコバルト（Ｃｏ）合金などのような材料から製作されている。
【０００３】
タービンエンジンのいくつかの公知の静止アッセンブリは、高温ガスフラックスに定常的に曝され得る金属製のシュラウドを形成する表面を含む。そのような金属製の表面のいくつかは、適用された金属ベースのＭＣｒＡｌＹコーティング、および／または、適用されたセラミック遮熱コーティング（ＴＢＣ）を含み、それは、静止アッセンブリの上にシュラウドを形成する。代替的に、いくつかのそのような金属製の表面は、保護遮熱コーティングの有無にかかわらず、適用されたセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）を含む。
【０００４】
金属製の先端部および金属製のシュラウドは、それらの間に先端部クリアランスを画定している。しかし、金属製のシュラウドおよび金属製のバケットの両方を含むそのようなタービンエンジンは、利用可能なエンジン動作条件の範囲にわたって、ラビングのない（ｒｕｂ−ｆｒｅｅ）エンジン動作を促進させるために、十分に大きい先端部クリアランスを伴って構成されている。しかし、そのような先端部クリアランスは、低温および低効率タービンエンジンにとってのみ適切であり、より高い効率を必要とするより高温のユニットにとっては適切でないこととなる。
【０００５】
他の公知のタービンエンジンのいくつかは、静止アッセンブリの上に形成されたアブレイダブルシュラウドを含む。典型的に、そのようなシュラウドは、ＴＢＣの緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）形態を含む、パターン付きのアブレイダブル遮熱コーティング（ＴＢＣ）によって形成されている。先端部は、コーティングされておらず、先端部の硬度値は、シュラウドコーティングの硬度値よりも大きいので、先端部は、ローターアッセンブリが静止アッセンブリの中で回転するときにシュラウドを研磨する。その後に、アブレイダブルシュラウドおよび先端部は、それらの間に先端部クリアランスを画定する。相対的に硬くないアブレイダブルＴＢＣシュラウドコーティングは、相対的に硬いバケット／ブレードに対する損傷の可能性を減少させる。しかし、相対的な柔らかさに起因して、そのようなシュラウドコーティングは、特に、パターン付きの輪郭に沿って、粒子浸食に起因して、材料損失を起こしやすい。粒子浸食に対抗するために、いくつかのタービンエンジンは、金属製のバケット／ブレードによって研磨される、より頑丈な耐浸食性のＤＶＣ−ＴＢＣを含む。しかし、硬度の増加に起因して、そのようなＤＶＣ−ＴＢＣコーティングされたシュラウドは、ラビングの間に、バケット／ブレード先端部摩耗の増加を促進させ、ラビン
グによって引き起こされる温度上昇に起因して、破砕する傾向を示している。
【０００６】
残りの公知のタービンエンジンのいくつかは、静止アッセンブリの上に形成された同様のアブレイダブルＴＢＣシュラウドコーティングを含み、バケット／ブレード先端部は、バケット／ブレード材料およびアブレイダブルコーティングよりも大きい硬度値を有する、その上に形成された研磨材料を含む。ローターアッセンブリが静止アッセンブリの中で回転するときに、研磨材料が、シュラウドコーティングを研磨する。アブレイダブルシュラウドコーティングおよび研磨先端部は、それらの間に先端部クリアランスを画定している。先端部クリアランスは、ブレードおよびバケットをバイパスする、タービンエンジンを通る軸線方向の流れを低減させることを促進させるのに十分に小さく、それによって、タービンエンジンの効率および性能の向上を促進させる。また、先端部クリアランスは、利用可能なエンジン動作条件の範囲にわたって、ラビングのないエンジン動作を促進させるのに十分に大きい。そのうえ、上記に説明されているように、多くのそのようなＴＢＣ材料は、耐浸食性のＤＶＣ−ＴＢＣであり、ラビングによって引き起こされる温度上昇に起因して破砕する傾向を示している。
【０００７】
加えて、アブレイダブルＴＢＣシュラウドと、バケット／ブレードの上に形成された研磨材料とを含むこれらの公知のタービンエンジンのいくつかは、それらの硬度特性に起因して、研磨材料に関して、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）のいずれかを使用する。しかし、おおよそ摂氏９２７度（℃）（華氏１７００度（°Ｆ））を超える温度に関して、ｃＢＮは、不安定になり、酸化しやすくなる。また、ＳｉＣは、おおよそ９２７℃（１７００°Ｆ）を上回る温度を耐え抜くのにより適しているが、ＳｉＣ研磨剤は、Ｎｉ／Ｃｏ合金基材を攻撃し得る遊離シリコンを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２４４４５９３号公報
【発明の概要】
【０００９】
１つの態様では、シールシステムが提供される。シールシステムは、エーロフォイルがそれに連結されている回転可能な部分と、内側表面を有する静止部分とを含む装置のためのものである。シールシステムは、内側表面の上に形成されている、アブレイダブル材料の少なくとも１つのアブレイダブル層を含むアブレイダブル部分を含む。また、シールシステムは、エーロフォイルの基材の少なくとも一部分の上に配設されているアブレイディング（ａｂｒａｄｉｎｇ）部分を含む。アブレイディング部分は、基材の少なくとも一部分の上に形成されている少なくとも１つのアブレイディング層と、アブレイディング層の中に埋め込まれている複数の研磨粒子とを含む。複数の研磨粒子は、炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはジルコニア（ＺｒＯ2）のうちの１つの実
質的にすべてを含むことが可能である。また、複数の研磨粒子は、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、複数の研磨粒子は、ｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2を所定の比率で含むことが可能である。そのうえ、
複数の研磨粒子は、一緒に溶融されたＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2を所定の比率で含むことが
可能である。また、複数の研磨粒子は、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。
【００１０】
さらなる態様では、装置のためのシールシステムを組み立てる方法は、回転可能な部分を提供するステップを含む。回転可能な部分は、それに連結されている少なくとも１つのエーロフォイルアッセンブリを含み、少なくとも１つのエーロフォイルアッセンブリは、基材を含む。この方法は、回転可能な部分の少なくとも一部分の上に静止部分を延在させるステップを含む。静止部分は、内側表面を含む。また、この方法は、内側表面の少なく
とも一部分の上にアブレイダブル材料の少なくとも１つの層を形成するステップを含む。この方法は、基材の少なくとも一部分の上に少なくとも１つのマトリックス層を形成するステップをさらに含む。少なくとも１つのマトリックス層は、少なくとも１つのマトリックス層の中に埋め込まれている複数の研磨粒子を含む。複数の研磨粒子は、炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはジルコニア（ＺｒＯ2）のうちの１
つの実質的にすべてを含むことが可能である。また、複数の研磨粒子は、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、複数の研磨粒子は、ｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2を所定の比率で含むことが可能である。その
うえ、複数の研磨粒子は、一緒に溶融されたＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2を所定の比率で含む
ことが可能である。また、複数の研磨粒子は、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。
【００１１】
別の態様では、回転可能な部分と、回転可能な部分の少なくとも一部分の上に延在する静止部分とを含む装置を動作させる方法が提供される。静止部分は、内側表面を含み、回転可能な部分は、それに連結されている少なくとも１つのエーロフォイルアッセンブリを含む。この方法は、シールシステムのアブレイディング部分が、シールシステムのアブレイダブル部分に対抗して擦れるように、回転可能な部材の中の回転を引き起こすステップを含む。アブレイダブル部分は、静止部分の上に形成されている緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）および緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）ジズプロシア安定化ジルコニア（ＤｙＳＺ）のうちの少なくとも１つからなる少なくとも１つの層を含む。アブレイダブル部分は、第１の硬度値を有している。アブレイディング部分は、少なくとも１つのマトリックス層の中に埋め込まれている複数の研磨粒子を含む。複数の研磨粒子は、第１の硬度値よりも大きい第２の硬度値を有している。複数の研磨粒子は、炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはジルコニア（ＺｒＯ2）の
うちの１つの実質的にすべてを含むことが可能である。また、複数の研磨粒子は、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、複数の研磨粒子は、ｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2を所定の比率で含むことが可能であ
る。そのうえ、複数の研磨粒子は、一緒に溶融されたＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2を所定の比
率で含むことが可能である。また、複数の研磨粒子は、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。また、この方法は、アブレイダブル部分の少なくとも一部分をアブレイディング部分によって除去するステップを含む。
【００１２】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに、他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されることとなる。図面において、同様の文字は、図面の全体を通して、同様のパーツを表している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略ダイアグラムである。
【図２】図１に示されているガスタービンエンジンとともに使用され得る例示的なタービンバケットの概略図である。
【図３】図１に示されているガスタービンエンジンとともに使用され得る例示的なシールシステムの概略図である。
【図４】図３に示されている例示的なシールシステムの拡大概略図である。
【図５】図３に示されているガスタービンエンジンとともに使用され得る代替的な例示的なシールシステムの拡大概略図である。
【図６】図３に示されているガスタービンエンジンとともに使用され得る別の代替的な例示的なシールシステムの拡大概略図である。
【図７】図３に示されているガスタービンエンジンとともに使用され得るさらなる別の代替的な例示的なシールシステムの拡大概略図である。
【図８】図３に示されているガスタービンエンジンとともに使用され得るシールシステムを組み立てる例示的な方法のフローチャートである。
【図９】図８のシールシステムを組み立てる方法の続きである。
【図１０】図３に示されているガスタービンエンジンとともに使用され得る実質的に滑らかな表面を有する例示的なアブレイダブルシュラウドの例示的な部分の概略図である。
【図１１】線１１−１１に沿って見た、図１０に示されているアブレイダブルシュラウドの一部分の拡大概略図である。
【図１２】図３に示されているガスタービンエンジンとともに使用され得るパターン付きの表面を有する例示的なアブレイダブルシュラウドの例示的な部分の概略図である。
【図１３】線１３−１３に沿って見た、図１２に示されているアブレイダブルシュラウドの一部分の拡大概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
別段の指示がない限り、本明細書で適用されている図面は、本発明の重要な発明的特徴を図示することを意図している。これらの重要な発明的特徴は、本発明の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムに適用可能であると考えられる。そのため、図面は、本発明の実施のために必要とされる当業者によって知られているすべての従来の特徴を含むことを意図していない。
【００１５】
以下の明細書および特許請求の範囲において、多数の用語が参照されることとなり、用語は、以下の意味を有するように定義されるべきである。
【００１６】
単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明確にそうでないことを示していなければ、複数参照を含む。
【００１７】
「随意的な」または「随意的に」は、その後に説明される事象または状況が生じる可能性があるか、または、生じない可能性があるということ、ならびに、説明が、事象が生じる場合と、事象が生じない場合とを含むということを意味している。
【００１８】
明細書および特許請求の範囲の全体を通して本明細書で使用されているように、近似言語は、それが関連する基本的な機能の変化を結果として生じさせることなく、許容範囲で変化することが可能な任意の定量的表現を修正するために適用され得る。したがって、「約」および「実質的に」などのような１つまたは複数の用語によって修正される値は、特定されている正確な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの場合では、近似言語は、値を測定するための機器の精度に対応し得る。ここで、明細書および特許請求の範囲の全体を通して、範囲限定を組み合わせおよび／または交換することが可能であり、文脈または文言が、そうでないということを示していなければ、そのような範囲は、特定され、その中に含有されるすべてのサブレンジを含む。
【００１９】
図１は、回転機械の概略図である。すなわち、ターボ機械、およびより具体的には、タービンエンジンである。例示的な実施形態では、タービンエンジンは、ガスタービンエンジン１００である。代替的に、回転機械は、任意の他のタービンエンジンおよび／または回転機械であり、それらに限定されないが、蒸気タービンエンジン、遠心圧縮機、およびターボチャージャーを含む。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、空気取り入れ口セクション１０２および圧縮機セクション１０４を含み、圧縮機セクション１０４は、取り入れ口セクション１０２から下流に連結されており、取り入れ口セクション１０２に流れが連通している。圧縮機セクション１０４は、圧縮機ケーシング１０５の中に囲まれている。燃焼器セクション１０６は、圧縮機セクション１０４から下流に連結されており、圧縮機セクション１０４に流れが連通しており、タービンセクション１０８は、燃焼器セクション１０６から下流に連結されており、燃焼器セクション１０６に流れ
が連通している。タービンエンジン１０８は、タービンケーシング１０９の中に囲まれており、タービンセクション１０８から下流にある排気セクション１１０を含む。そのうえ、例示的な実施形態では、タービンセクション１０８は、ローターアッセンブリ１１２を介して、圧縮機セクション１０４に連結されており、ローターアッセンブリ１１２は、それらに限定されないが、圧縮機ローター、またはドライブシャフト１１４、および、タービンローター、またはドライブシャフト１１５を含む。
【００２０】
例示的な実施形態では、燃焼器セクション１０６は、複数の燃焼器アッセンブリ、すなわち、圧縮機セクション１０４に流れが連通してそれぞれ連結されている燃焼器１１６を含む。また、燃焼器セクション１０６は、少なくとも１つの燃料ノズルアッセンブリ１１８を含む。それぞれの燃焼器１１６は、少なくとも１つの燃料ノズルアッセンブリ１１８に流れが連通している。そのうえ、例示的な実施形態では、タービンセクション１０８および圧縮機セクション１０４は、ドライブシャフト１１４を介して、負荷１２０に回転可能に連結されている。たとえば、負荷１２０は、それらに限定されないが、発電機、および／または、機械的な駆動用途、たとえば、ポンプを含むことが可能である。代替的に、ガスタービンエンジン１００は、航空機エンジンとすることが可能である。
【００２１】
また、例示的な実施形態では、圧縮機セクション１０４は、少なくとも１つの圧縮機ブレードアッセンブリ１２２および少なくとも１つの隣接する静翼アッセンブリ１２３を含む。圧縮機ブレードアッセンブリ１２２および隣接する静翼アッセンブリ１２３のそれぞれの組み合わせは、圧縮機段１３０を画定している。また、それぞれの圧縮機ブレードアッセンブリ１２２は、複数の圧縮機ブレード（図１には示されていない）を含み、それぞれの静翼アッセンブリ１２３は、複数の圧縮機翼（図１には示されていない）を含む。そのうえ、それぞれの圧縮機ブレードアッセンブリ１２２は、圧縮機ドライブシャフト１１４に取り外し可能に連結されており、それぞれの静翼アッセンブリ１２３は、圧縮機ケーシング１０５に取り外し可能に連結されており、圧縮機ケーシング１０５によって支持されている。
【００２２】
さらに、例示的な実施形態では、タービンセクション１０８は、少なくとも１つのタービンブレード、すなわち、バケットアッセンブリ１２４、および、少なくとも１つの隣接する静止ノズルアッセンブリ１２５を含む。タービンバケットアッセンブリ１２４および隣接する静止ノズルアッセンブリ１２５のそれぞれの組み合わせは、タービン段１４０を画定している。また、それぞれのタービンバケットアッセンブリ１２４は、複数のタービンバケット（図１には示されていない）を含み、それぞれの静止ノズルアッセンブリ１２５は、複数のタービンノズル（図１には示されていない）を含む。そのうえ、それぞれのタービンバケットアッセンブリ１２４は、タービンドライブシャフト１１５に取り外し可能に連結されており、それぞれの静止ノズルアッセンブリ１２５は、タービンケーシング１０９に取り外し可能に連結されており、タービンケーシング１０９によって支持されている。
【００２３】
動作時に、空気取り入れ口セクション１０２は、圧縮機セクション１０４に向けて空気１５０を導く。圧縮機セクション１０４は、燃焼器セクション１０６に向けて圧縮空気１５２を吐出する前に、入口空気１５０をより高い圧力および温度まで圧縮する。圧縮空気１５２は、燃料ノズルアッセンブリ１１８へ導かれ、燃料（図示せず）と混合され、それぞれの燃焼器１１６の中で燃焼させられ、燃焼ガス１５４を発生させ、燃焼ガス１５４は、タービンセクション１０８に向けて下流に導かれる。燃焼器１１６の中で発生させられる燃焼ガス１５４は、タービンセクション１０８に向けて下流に導かれる。タービンバケットアッセンブリ１２４に衝突した後、熱エネルギーは、機械的な回転エネルギーに変換され、機械的な回転エネルギーは、ローターアッセンブリ１１２を駆動するために使用される。タービンセクション１０８は、ドライブシャフト１１４および１１５を介して、圧
縮機セクション１０４および／または負荷１２０を駆動し、排気ガス１５６は、排気セクション１１０を通して周囲雰囲気へ吐出される。
【００２４】
図２は、ガスタービンエンジン１００（図１に示されている）とともに使用され得る例示的なタービンバケット１６０の概略図である。タービンバケット１６０は、ルート部分１６２と、ルート部分１６２に連結されているエーロフォイル部分１６４とを含む。エーロフォイル部分１６４は、エーロフォイル先端部分１６６、前縁部１６８、および後縁部１７０を画定している。それぞれのタービンバケット１６０は、ローターアッセンブリ１１２のタービンドライブシャフト１１５（両方とも図１に示されている）に、ダブテールシステム（図示せず）を通して取り外し可能に連結されている。圧縮機ドライブシャフト１１４（図１に示されている）に取り外し可能に連結されているそれぞれの圧縮機ブレード１８０のために、同様の配置および構成を使用することが可能である。
【００２５】
図３は、ガスタービンエンジン１００とともに使用され得る例示的なシールシステム２００の概略図である。シールシステム２００は、圧縮機セクション１０４およびタービンセクション１０８とともに使用することが可能である。ガスタービンエンジン１００は、複数の圧縮機段１３０および複数のタービン段１４０を含む。それぞれの圧縮機段１３０は、複数の圧縮機ブレード１８０を含み、それぞれのタービン段１４０は、複数のタービンバケット１６０を含む。それぞれの圧縮機ブレード１８０は、エーロフォイル先端部基材１８２を含み、それぞれのタービンバケット１６０は、エーロフォイル先端部基材１８４を含む。エーロフォイル先端部基材１８２および１８４は、ニッケル（Ｎｉ）基合金およびコバルト（Ｃｏ）基合金のうちの１つから形成されている。代替的に、エーロフォイル先端部基材１８２および１８４は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム２００の動作を可能にする任意の材料から形成されている。圧縮機ケーシング１０５は、内側表面１８６を含み、タービンケーシング１０９は、内側表面１８８を含む。
【００２６】
例示的な実施形態では、および、タービンセクション１０８に焦点を合わせると、シールシステム２００は、アブレイダブル部分、すなわち、内側表面１８８の上に形成されているシュラウド２０２を含む。代替的に、シュラウド２０２を、標準的なステーターの（ｓｔａｔｏｒｉｃ）ボンドコートの上に形成することが可能である。アブレイダブルシュラウド２０２は、第１の硬度値を有している。また、シールシステム２００は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に配設されているアブレイディング部分２０４を含む。アブレイディング部分２０４は、第１の硬度値よりも大きい第２の硬度値を有している。ガスタービンエンジン１００の動作時に、回転運動２０６が、タービンドライブシャフト１１５の中に引き起こされ、アブレイディング部分２０４が、アブレイダブルシュラウド２０２に対抗して擦れるようになっており、クリアランスギャップ２０８が、エーロフォイル先端部分１６６の上に形成されているアブレイディング部分２０４と、タービンケーシング１０９の上に形成されているアブレイダブルシュラウド２０２との間に画定されている。アブレイダブルシュラウド２０２は、実質的に滑らかな表面およびパターン付きの表面（いずれも示されていない）のうちの１つを画定するように擦り減らされる。代替的に、実質的に滑らかな表面および／またはパターン付きの表面は、アブレイダブルシュラウド２０２の製造の間に形成することが可能である（さらに以下に議論されている）。クリアランスギャップ２０８は、タービンバケット１６０とタービンケーシング１０９との間の作動流体の流れ（図３には示されていない）を低減させることを促進させる所定の範囲の値を有しており、それによって、ガスタービンエンジン１００の効率を向上させ、一方、タービンケーシング１０９とのタービンバケット１６０のラビングも低減させ、それによって、タービンバケット１６０の予想耐用年数を増加させる。代替的に、表面１８８の上に直接的にアブレイダブルシュラウド２０２を形成するというよりも、第１の層の高温材料が、表面１８８の上に形成されている。そのような第１の層は、それらに限定されない
が、クロム−アルミニウム−イットリウム合金（ＭＣｒＡｌＹ）を含む材料から形成することが可能であり、ここで、Ｍは、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１つを任意の組み合わせで含む。その後に、アブレイダブルシュラウド２０２が、第１の層の上に形成される。
【００２７】
図４は、領域４（図３に示されている）に沿って見た例示的なシールシステム２００の拡大概略図である。図４の中の物体は、実寸大で示されてはいない。例示的な実施形態では、および、タービンセクション１０８（図１および図３に示されている）に焦点を合わせると、シールシステム２００は、内側表面１８８の上に形成されているアブレイダブルシュラウド２０２を含む。いくつかの実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２は、５％未満の多孔率値を有する緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）から形成されている。代替的に、他の実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２は、５％未満の多孔率値を有するＤＶＣジズプロシア安定化ジルコニア（ＤｙＳＺ）から形成されている。また、代替的に、アブレイダブルシュラウド２０２は、３５％未満の多孔率、および、好ましくは、２５％未満の多孔率を有する標準的なＹＳＺおよびＤｙＳＺのうちの１つから形成されている。
【００２８】
例示的な実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２は、内側表面１８８からタービンバケット１６０に向かって延在しており、少なくともおおよそ５００ミクロン（μ）（２０ミル、すなわち、０．０２０インチ））の厚さ２１０を有しており、表面２１１を有している。代替的に、アブレイダブルシュラウド２０２は、本明細書で説明されているようなシールシステム２００の動作を可能にする任意の厚さ値２１０を有している。また、例示的な実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２は、ＤＶＣ  ＹＳＺまたはＤＶＣ  ＤｙＳＺのいずれかのうちの少なくとも１つの層（図示せず）を内側表面１８８の上に溶射することによって形成されている。アブレイダブルシュラウド２０２は、おおよそ４００からおおよそ１２００の間のビッカース硬度（ＨＶ0.3）値の範囲を有している
。
【００２９】
また、シールシステム２００は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に配設されているアブレイディング部分２０４を含む。例示的な実施形態では、アブレイディング部分２０４は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中にある厚さ２１４を有する少なくとも１つのアブレイディングマトリックス層２１２を含む。アブレイディングマトリックス層２１２は、アブレイディングマトリックス層表面２１６を画定している。アブレイディング部分２０４は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に直接的に形成するか、または、標準的なエーロフォイルボンドコートの層の上に形成することが可能である。
【００３０】
また、例示的な実施形態では、アブレイディングマトリックス層２１２は、金属材料およびセラミック材料のうちの１つから形成されている単一のマトリックス層を含む。代替的に、アブレイディングマトリックス層２１２は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム２００の動作を可能にする任意の数の層を含む。いくつかの実施形態では、金属マトリックス材料は、ＭＣｒＡｌＹとすることが可能である。他の実施形態では、金属マトリックス材料は、クロム−アルミニウム合金（ＭＣｒＡｌＸ）とすることが可能であり、ここで、Ｍは、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１つを任意の組み合わせで含み、Ｘは、ハフニウム（Ｈｆ）、Ｙ、Ｓｉ、およびタンタル（Ｔａ）のうちの少なくとも１つを任意の組み合わせで含む。さらに、例示的な実施形態では、ＭＣｒＡｌＹマトリックス層またはＭＣｒＡｌＸマトリックス層のいずれかを電解プロセスを通して形成することによって、アブレイディングマトリックス層２１２が形成される。いくつかの他の実施形態では、アブレイディングマトリックス層２１２は、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、およびプラチナ（
Ｐｔ）のうちの少なくとも２つを任意の組み合わせで含む合金を含むことが可能な金属材料から、電解プロセスを通して形成することが可能である。代替的に、金属マトリックス材料は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム２００の動作を可能にする任意の方法によって、エーロフォイル先端部基材１８４の上に形成される任意の金属材料とすることが可能である。金属製アブレイディングマトリックス層２１２は、おおよそ４００からおおよそ１２００の間のビッカース硬度値の範囲を有している。
【００３１】
そのうえ、いくつかの実施形態では、アブレイディングマトリックス層２１２は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ジルコニア強化アルミナ、アルミナ強化ジルコニア、Ａｌ2Ｏ3、およびハフニア（ＨｆＯ2）のうちの少なくとも１つを含むセラミック材料
から形成されている。Ｓｉ、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ホウ素（Ｂ）およびジルコニウム（Ｚｒ）のうちの少なくとも１つを、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）およびＮｉのうちの少なくとも１つと混合し、ろう付けマトリックスを形成することによって、そのようなセラミックベースのアブレイディングマトリックス層２１２を形成することが可能である。代替的に、セラミックマトリックス材料は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム２００の動作を可能にする任意の方法によって、エーロフォイル先端部基材１８４の上に形成される任意のセラミック材料とすることが可能である。セラミックアブレイディングマトリックス層２１２は、おおよそ４００からおおよそ１２００の間のビッカース硬度値の範囲を有している。
【００３２】
また、例示的な実施形態では、アブレイディング部分２０４は、アブレイディングマトリックス層２１２の中に埋め込まれている複数の研磨粒子２１８を含む。研磨粒子２１８は、炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはジルコニア（ＺｒＯ2）のうちの１つの実質的にすべてを含むことが可能である。また、研磨粒子２１８は
、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、研磨粒子２１８は、ｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2を所定の比率で含むことが
可能である。そのうえ、研磨粒子２１８は、一緒に溶融されたＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2を
所定の比率で含むことが可能である。また、研磨粒子２１８は、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、研磨粒子２１８は、多結晶アルミナ（ゾルゲル）を含むことが可能である。
【００３３】
研磨粒子２１８は、おおよそ１０００からおおよそ４８００の間のビッカース硬度値の範囲を有している。研磨粒子２１８の硬度値は、アブレイディングマトリックス層２１２の硬度値よりも大きく、そして、アブレイディングマトリックス層２１２の硬度値は、アブレイダブルシュラウド２０２の硬度値よりも大きい。
【００３４】
さらに、例示的な実施形態では、研磨粒子２１８は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある等価直径２２０を有するようにサイズ決めされている。また、研磨粒子２１８は、アブレイディングマトリックス層２１２の中に埋め込まれているときに、おおよそ２０μ（１ミル未満）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある均等なスペーシング２２２によって、互いから分離されている。研磨粒子２１８は、実質的に球形として示されている。しかし、研磨粒子２１８は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム２００の動作を可能にする任意の形状および構成を有することが可能であり、それは、それらに限定されないが、多面的なものを含む。
【００３５】
代替的に、アブレイディングマトリックス層２１２は、２段階のプロセスを通して形成される。第１の段階は、ろう付け化合物（図示せず）を形成することを含み、それは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｂ、およびＺｒのうちの少なくとも１つと、ＮｉＣｒおよびＮｉのうちの
少なくとも１つを混合することを含む。また、第１の段階は、ろう付け化合物を基材１８４に適用することを含む。第１の段階は、複数の研磨粒子２１８を基材１８４にろう付けすることをさらに含む。第２の段階は、電解化合物（図示せず）を形成することを含み、それは、ＭＣｒＡｌＹマトリックス化合物（図示せず）を形成することを含む。また、第２の段階は、基材１８４にろう付けされている研磨粒子２１８に電解化合物を適用することと、研磨粒子２１８同士の間のスペーシングの少なくとも一部分をＭＣｒＡｌＹマトリックス化合物で充填することとを含む。第２の段階は、電解方法を使用し、埋め込まれている研磨粒子２１８とともにアブレイディングマトリックス層２１２を仕上げ形成することをさらに含む。
【００３６】
アブレイディング部分２０４は、アブレイダブルシュラウド２０２の硬度値よりも大きい硬度値を有している。ガスタービンエンジン１００の動作時に、回転運動２０６（図３に示されている）が、タービンドライブシャフト１１５（図３に示されている）の中に引き起こされ、アブレイディング部分２０４が、アブレイダブルシュラウド２０２に対抗して擦れ、クリアランスギャップ２０８が、アブレイダブルシュラウド２０２とアブレイディング部分２０４との間に画定されるようになっている。図４に示されているように、研磨粒子２１８は、アブレイディングマトリックス層表面２１６に対して、半径方向に、軸線方向に、および円周方向に、位置を変化させることが可能である。したがって、アブレイダブルシュラウド２０２は、実質的に滑らかな表面およびパターン付きの表面（いずれも示されてはいない）のうちの１つを画定するように擦り減らされ得る。クリアランスギャップ２０８は、タービンバケット１６０とタービンケーシング１０９との間（両方とも図３に示されている）の作動流体の流れ（図４には示されていない）を低減させることを促進させる所定の範囲の値を有しており、それによって、ガスタービンエンジン１００の効率を向上させ、一方、タービンケーシング１０９とのタービンバケット１６０のラビングも低減させ、それによって、タービンバケット１６０の予想耐用年数を増加させる。
【００３７】
図５は、ガスタービンエンジン１００とともに使用され得る、領域４（両方とも図３に示されている）に沿って見た、代替的な例示的なシールシステム３００の拡大概略図である。図５の中の物体は、実寸大で示されてはいない。例示的な実施形態では、および、タービンセクション１０８（図１および図３に示されている）に焦点を合わせると、シールシステム３００は、内側表面１８８の上に形成されているアブレイダブルシュラウド２０２を含む。アブレイダブルシュラウド２０２は、表面２１１を有している。
【００３８】
また、シールシステム３００は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に配設されている代替的なアブレイディング部分３０４を含む。アブレイディング部分３０４は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に直接的に形成するか、または、標準的なエーロフォイルボンドコートの層の上に形成することが可能である。例示的な実施形態では、アブレイディング部分３０４は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中にある厚さ３１４を有する少なくとも１つのアブレイディングマトリックス層３１２を含む。アブレイディングマトリックス層３１２は、アブレイディングマトリックス層表面３１６を画定している。また、例示的な実施形態では、アブレイディングマトリックス層３１２は、金属材料およびセラミック材料のうちの１つから形成されている単一のマトリックス層を含み、それは、アブレイディングマトリックス層２１２（図４に示されている）に関して説明されているものと実質的に同様である。代替的に、アブレイディングマトリックス層３１２は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム３００の動作を可能にする任意の数の層を含む。
【００３９】
さらに、例示的な実施形態では、アブレイディング部分３０４は、アブレイディングマトリックス層３１２の中に埋め込まれている複数の研磨粒子３１８を含む。研磨粒子３１８は、材料およびサイズに関して研磨粒子２１８（図４に示されている）と実質的に同様
であり、すなわち、研磨粒子３１８は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある等価直径３２０を有するようにサイズ決めされている。また、研磨粒子３１８は、アブレイディングマトリックス層３１２の中に埋め込まれているときに、おおよそ２０μ（１ミル未満）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある均等なスペーシング３２２によって、互いから分離されている。研磨粒子３１８は、実質的に球形として示されている。しかし、研磨粒子３１８は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム３００の動作を可能にする任意の形状および構成を有することが可能であり、それは、それらに限定されないが、多面的なものを含む。
【００４０】
シールシステム２００とは対照的に、研磨粒子３１８は、アブレイディングマトリックス層３１２の中に埋め込まれており、研磨粒子３１８の少なくとも一部分が、アブレイディングマトリックス層表面３１６を距離３２４だけ越えて延在するようになっている。例示的な実施形態では、距離３２４は、等価直径３２０のおおよそ０％から４０％の間の範囲の中にある。アブレイダブルシュラウド２０２は、クリアランスギャップ３２６を画定するように擦り減らされ、距離３２８が、アブレイディングマトリックス層表面３１６とアブレイダブル表面２１１との間に画定されるようになっている。距離３２８は、アブレイディングマトリックス層３１２とアブレイダブルシュラウド２０２との間の接触の可能性を低減させることを促進させるようにサイズ決めされている。クリアランスギャップ３２６は、タービンバケット１６０とタービンケーシング１０９との間（両方とも図３に示されている）の作動流体の流れ（図５には示されていない）を低減させることを促進させる所定の範囲の値を有しており、それによって、ガスタービンエンジン１００の効率を向上させ、一方、タービンケーシング１０９とのタービンバケット１６０のラビングも低減させ、それによって、タービンバケット１６０の予想耐用年数を増加させる。また、シールシステム３００は、アブレイディングマトリックス層３１２のより薄い層を形成することに関連付けされるコストを減少させることを促進させる。さらに、距離３２８を増加させることは、より低密度のアブレイディングマトリックス層３１２の使用を促進させる。
【００４１】
図６は、ガスタービンエンジン１００とともに使用され得る、領域４（両方とも図３に示されている）に沿って見た、別の代替的な例示的なシールシステム４００の拡大概略図である。図６の中の物体は、実寸大で示されてはいない。例示的な実施形態では、および、タービンセクション１０８（図１および図３に示されている）に焦点を合わせると、シールシステム４００は、内側表面１８８の上に形成されているアブレイダブルシュラウド２０２を含む。アブレイダブルシュラウド２０２は、表面２１１を有している。
【００４２】
また、シールシステム４００は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に配設されている代替的なアブレイディング部分４０４を含む。アブレイディング部分４０４は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に直接的に形成するか、または、標準的なエーロフォイルボンドコートの層の上に形成することが可能である。例示的な実施形態では、アブレイディング部分４０４は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中にある厚さ４１４を有する少なくとも１つのアブレイディングマトリックス層４１２を含む。アブレイディングマトリックス層４１２は、アブレイディングマトリックス層表面４１６を画定している。また、例示的な実施形態では、アブレイディングマトリックス層４１２は、金属材料およびセラミック材料のうちの１つから形成されている単一のマトリックス層を含み、それは、アブレイディングマトリックス層２１２（図４に示されている）に関して説明されているものと実質的に同様である。
【００４３】
さらに、この代替的な例示的な実施形態では、アブレイディング部分４０４は、アブレイディングマトリックス層４１２の中に埋め込まれている複数のコーティングされていない研磨粒子４１８を含む。コーティングされていない研磨粒子４１８は、材料およびサイ
ズに関して研磨粒子２１８（図４に示されている）と実質的に同様であり、すなわち、コーティングされていない研磨粒子４１８は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある等価直径４２０を有するようにサイズ決めされている。また、コーティングされていない研磨粒子４１８は、アブレイディングマトリックス層４１２の中に埋め込まれているときに、おおよそ２０μ（１ミル未満）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある均等なスペーシング４２２によって、互いから分離されている。コーティングされていない研磨粒子４１８は、実質的に球形として示されている。しかし、コーティングされていない研磨粒子４１８は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム４００の動作を可能にする任意の形状および構成を有することが可能であり、それは、それらに限定されないが、多面的なものを含む。
【００４４】
そのうえ、この代替的な例示的な実施形態では、複数のコーティングされていない研磨粒子４１８のうちの少なくとも一部分が、少なくとも１つのコーティング層４２８によってコーティングされ、複数のコーティングされた研磨粒子４３０を形成している。コーティングされた研磨粒子４３０は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中にある等価直径４３２を有するコーティングされていない研磨粒子４１８を含む。また、コーティングされた研磨粒子４３０は、おおよそ０．５μ（０．０２ミル）からおおよそ２０μ（０．８ミル）の間の範囲にある厚さ４３４の値を有するコーティング層４２８を含む。コーティングされた研磨粒子４３０は、等価直径４３２およびコーティング厚さ４３４を含むサイズ設定で示されており、それは、等価直径４２０と実質的に均等である。代替的に、コーティングされた研磨粒子４３０は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム４００の動作を可能にする任意のサイズ設定を含む。また、シールシステム４００は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム４００の動作を可能にする、コーティングされていない研磨粒子４１８に対するコーティングされた研磨粒子４３０の任意の比率を含む。
【００４５】
この代替的な例示的な実施形態では、コーティングされた研磨粒子４３０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されているコーティングされていない研磨粒子４１８を含む。また、コーティング層４２８は、それらに限定されないが、Ａｌ2Ｏ3およびムライトを含む、外部不活性粒子コーティング材料である。コーティング層４２８は、コーティングされていない研磨粒子４１８のＳｉＣ材料とエーロフォイル先端部基材１８４との間の化学的な相互作用の可能性を減少させることを促進させる。
【００４６】
アブレイダブルシュラウド２０２は、アブレイディングマトリックス層表面４１６とアブレイダブル表面２１１との間にクリアランスギャップ４２６を画定するように擦り減らされる。クリアランスギャップ４２６は、アブレイディングマトリックス層４１２とアブレイダブルシュラウド２０２との間の接触の可能性を低減させることを促進させるようにサイズ決めされている。クリアランスギャップ４２６は、タービンバケット１６０とタービンケーシング１０９との間（両方とも図３に示されている）の作動流体の流れ（図６には示されていない）を低減させることを促進させる所定の範囲の値を有しており、それによって、ガスタービンエンジン１００の効率を向上させ、一方、タービンケーシング１０９とのタービンバケット１６０のラビングも低減させ、それによって、タービンバケット１６０の予想耐用年数を増加させる。
【００４７】
図７は、ガスタービンエンジン１００（図３に示されている）とともに使用され得る、さらに別の代替的な例示的なシールシステム５００の拡大概略図である。図７の中の物体は、実寸大で示されてはいない。例示的な実施形態では、および、タービンセクション１０８（図１および図３に示されている）に焦点を合わせると、シールシステム５００は、
内側表面１８８の上に形成されているアブレイダブルシュラウド２０２を含む。アブレイダブルシュラウド２０２は、表面２１１を有している。
【００４８】
また、シールシステム５００は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に配設されている代替的なアブレイディング部分５０４を含む。アブレイディング部分５０４は、エーロフォイル先端部基材１８４の上に直接的に形成するか、または、標準的なエーロフォイルボンドコートの層の上に形成することが可能である。例示的な実施形態では、アブレイディング部分５０４は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中にある厚さ５１４を有する少なくとも１つのアブレイディングマトリックス層５１２を含む。アブレイディングマトリックス層５１２は、アブレイディングマトリックス層表面５１６を画定している。また、例示的な実施形態では、アブレイディングマトリックス層５１２は、金属材料およびセラミック材料のうちの１つから形成されている単一のマトリックス層を含み、それは、アブレイディングマトリックス層２１２（図４に示されている）に関して説明されているものと実質的に同様である。代替的に、アブレイディングマトリックス層５１２は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム５００の動作を可能にする任意の数の層を含む。
【００４９】
さらに、例示的な実施形態では、アブレイディング部分５０４は、アブレイディングマトリックス層５１２の中に埋め込まれている複数の研磨粒子５１８を含む。研磨粒子５１８は、材料およびサイズに関して研磨粒子２１８（図４に示されている）と実質的に同様であり、すなわち、研磨粒子５１８は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある等価直径５２０を有するようにサイズ決めされている。また、研磨粒子５１８は、アブレイディングマトリックス層５１２の中に埋め込まれているときに、おおよそ２０μ（１ミル未満）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある均等なスペーシング５２２によって、互いから分離されている。研磨粒子５１８は、実質的に球形として示されている。しかし、研磨粒子５１８は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム５００の動作を可能にする任意の形状および構成を有することが可能であり、それは、それらに限定されないが、多面的なものを含む。
【００５０】
そのうえ、この代替的な例示的な実施形態では、複数の研磨粒子５１８の少なくとも一部分は、ＳｉＣから形成されている。したがって、研磨粒子５１８のＳｉＣ材料とエーロフォイル先端部基材１８４との間の化学的な相互作用の可能性を減少させることを促進させるために、アブレイディング部分５０４は、アブレイディングマトリックス層５１２と基材１８４との間に形成される中間層５３６を含む。この代替的な例示的な実施形態では、中間層５３６は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ジルコニア強化アルミナ、アルミナ強化ジルコニア、Ａｌ2Ｏ3、およびハフニア（ＨｆＯ2）のうちの少なくとも１
つを含むセラミック材料から形成されている。Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｂ、およびＺｒのうちの少なくとも１つを、ＮｉＣｒおよびＮｉのうちの少なくとも１つと混合し、ろう付けマトリックスを形成することによって、そのようなセラミックベースの中間層５３６を形成することが可能である。代替的に、セラミック材料は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム５００の動作を可能にする任意の方法によって、エーロフォイル先端部基材１８４の上に形成される任意のセラミック材料とすることが可能である。また、代替的に、中間層５３６は、それに限定されないが、金属を含む任意の材料から、ならびに、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム５００の動作を可能にする任意の方法によって、形成することが可能である。中間層５３６は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００およびシールシステム５００の動作を可能にする任意の値を有する層厚さ５３８を画定している。例示的な実施形態では、層厚さ５３８は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ７６．２μ（３ミル）の間の値を有している。
【００５１】
アブレイダブルシュラウド２０２は、アブレイディングマトリックス層表面５１６とアブレイダブル表面２１１との間にクリアランスギャップ５２６を画定するように擦り減らされる。クリアランスギャップ５２６は、アブレイディングマトリックス層５１２とアブレイダブルシュラウド２０２との間の接触の可能性を低減させることを促進させるようにサイズ決めされている。クリアランスギャップ５２６は、タービンバケット１６０とタービンケーシング１０９との間（両方とも図３に示されている）の作動流体の流れ（図７には示されていない）を低減させることを促進させる所定の範囲の値を有しており、それによって、ガスタービンエンジン１００の効率を向上させ、一方、タービンケーシング１０９とのタービンバケット１６０のラビングも低減させ、それによって、タービンバケット１６０の予想耐用年数を増加させる。
【００５２】
図８は、ガスタービンエンジン１００（図３に示されている）とともに使用され得るシールシステム２００、３００、４００、および５００（図４、図５、図６、および図７にそれぞれ示されている）を組み立てる例示的な方法６００のフローチャートである。図９は、方法６００の続きである。
【００５３】
例示的な実施形態では、および、タービンセクション１０８（図１および図３に示されている）に焦点を合わせると、アブレイダブルシュラウド２０２（図３、図４、図５、図６、および図７に示されている）が、内側表面１８８（図３、図４、図５、図６、および図７に示されている）の上に形成される６０２。いくつかの実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２は、５％未満の多孔率値を有するＤＶＣ  ＹＳＺの少なくとも１つの層を内側表面１８８に溶射する６０４ことによって形成される。代替的に、他の実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２は、５％未満の多孔率値を有するＤＶＣ  ＤｙＳＺの少なくとも１つの層を内側表面１８８に溶射する６０６ことによって形成される。また、代替的に、３５％未満の、および、好ましくは２５％未満の多孔率値を有する標準的なＹＳＺまたはＤｙＳＺのいずれかを使用することが可能である。所定の多孔率値は、アブレイディング部分２０４（図３、図４、図５、図６、および図７に示されている）による効果的なアブレイディングに関して、アブレイダブルシュラウド２０２のアブレイダブル特徴を決定する。少なくともおおよそ７００μ（２８ミル）の厚さ２１０（図３、図４、図５、図６、および図７に示されている）が表面２１１（図３、図４、図５、図６、および図７に示されている）とともに達成されるまで、少なくとも１つの層のアブレイダブルシュラウド２０２が形成される６０８。代替的に、アブレイダブルシュラウド２０２は、本明細書で説明されているようなシールシステム２００の動作を可能にする任意の厚さ値２１０を有している。アブレイダブルシュラウド２０２は、おおよそ４００からおおよそ１２００の間のビッカース硬度値の所定の範囲を有している。
【００５４】
また、例示的な実施形態では、アブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４は、タービンバケット１６０（図３に示されている）のエーロフォイル先端部基材１８４（両方とも図３、図４、図５、図６、および図７に示されている）の上に配設される６２０。
【００５５】
いくつかの実施形態では、エーロフォイル先端部基材１８４の上にアブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４を配設する６２０ことを促進させるために、ろう付け方法６３０が使用される。ろう付け方法６３０は、ＹＳＺ、ジルコニア強化アルミナ、アルミナ強化ジルコニア、Ａｌ2Ｏ3、およびＨｆＯ2のうちの少なくとも１つを含む
セラミック材料からろう付けマトリックスを形成すること６３２を含む。また、ろう付け方法６３０は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｂ、およびＺｒのうちの少なくとも１つを、ＮｉＣｒおよびＮｉのうちの少なくとも１つと混合し６３４、ろう付けマトリックスを形成すること６３２を促進させることを含む。代替的に、セラミックマトリックス材料は、本明細書で
説明されているようなガスタービンエンジン１００ならびにシールシステム２００、３００、４００、および５００の動作を可能にする、エーロフォイル先端部基材１８４の上に形成される任意のセラミック材料とすることが可能である。
【００５６】
ろう付け方法６３０は、使用されることとなる複数の研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８（図４、図５、図６、および図７にそれぞれ示されている）を選択すること６３６をさらに含む。研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、実質的にすべてのＴａＣを含むことが可能である。また、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、ｃＢＮおよびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、ｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2を所定
の比率で含むことが可能である。そのうえ、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。また、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、多結晶アルミナ（ゾルゲル）を含むことが可能である。
【００５７】
ｃＢＮおよびＡｌ2Ｏ3の所定の比率またはパーセンテージの例は、それらに限定されないが、おおよそ２０％からおおよそ５０％の間のｃＢＮの範囲、および、おおよそ８０％からおおよそ５０％の間のＡｌ2Ｏ3の範囲を含む。また、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3の所定の比率またはパーセンテージの例は、それらに限定されないが、おおよそ２０％からおおよそ８０％の間のＴａＣの範囲、および、おおよそ８０％からおおよそ２０％の間のＡｌ2
Ｏ3の範囲を含む。研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、おおよそ５０．
８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中の等価直径２２０、３２０、４２０、および５２０を有するように、それぞれサイズ決めされる。複数の研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、ろう付けされていないアブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４を形成するために、エーロフォイル先端部基材１８４に適用される６４０ろう付けマトリックスの中に埋め込まれる６３８。研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、おおよそ２０μ（１ミル未満）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある均等なスペーシング２２２、３２２、４２２、および５２２によって、それぞれ互いから分離されている。
【００５８】
ろう付けされていないアブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４を有するタービンバケット１６０は、ろう付けされているアブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４を形成するために、ろう付けされる６４２。ろう付けすること６４２が完了すると、アブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４は、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中の厚さ２１４、３１４、４１４、および５１４をそれぞれ有する、少なくとも１つのアブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２をそれぞれ含む。アブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２は、アブレイディングマトリックス層表面２１６、３１６、４１６、および５１６をそれぞれ画定する。
【００５９】
また、ろう付けすること６４２が完了すると、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、おおよそ１０００からおおよそ４８００の間のビッカース硬度値の範囲を有する。セラミックアブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２は、おおよそ４００からおおよそ１２００の間のビッカース硬度値の範囲を有する。したがって、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８の硬度値は、アブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２の硬度値よりもそれぞれ大きく、そして、アブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２の硬度値は、アブレイダブルシュラウド２０２の硬度値よりも大きい。
【００６０】
いくつかの実施形態では、コーティングされていない研磨粒子４１８の一部分は、等価直径４３２を有するＳｉＣから形成され、少なくとも１つのコーティング層４２８によってコーティングされ、複数のコーティングされた研磨粒子４３０（すべて図６に示されている）を形成することが可能である。また、いくつかの実施形態では、ボンドコートの層、すなわち、セラミック下層が、ろう付けされていないアブレイディング部分２０４をエーロフォイル先端部基材１８４に適用する６３８前に、エーロフォイル先端部基材１８４の上に形成され、コーティングされていない研磨粒子４１８（ＳｉＣから形成される）ならびに／またはコーティングされた研磨粒子４３０および基材１８４の間の接触の可能性を減少させることが可能である。
【００６１】
いくつかの実施形態では、アブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４をエーロフォイル先端部基材１８４の上に配設すること６２０を促進させるために、電解方法６５０が使用される。電解方法６５０は、ＭＣｒＡｌＹおよびＭＣｒＡｌＸのうちの１つを含み、また、金属材料、たとえば、それらに限定されないが、Ｎｉ、Ａｌ、およびＰｔを、任意の組み合わせで含み得る、電解液を形成すること６５２を含む。また、電解方法６５０は、使用されることとなる複数の研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８（図４、図５、図６、および図７にそれぞれ示されている）を選択すること６５４を含む。
【００６２】
研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、炭化タンタル（ＴａＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはジルコニア（ＺｒＯ2）のうちの１つの実質的にすべて
を含むことが可能である。また、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、ｃＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、およびＺｒＯ2を所定の比率で含むことが可能である。そのうえ、研磨粒子２１８、３１８、４１８、
および５１８は、一緒に溶融されたＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2を所定の比率で含むことが可
能である。また、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3を所定の比率で含むことが可能である。さらに、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、多結晶アルミナ（ゾルゲル）を含むことが可能である。
【００６３】
ｃＢＮおよびＡｌ2Ｏ3の所定の比率またはパーセンテージの例は、それらに限定されないが、おおよそ２０％からおおよそ５０％の間のｃＢＮの範囲、および、おおよそ８０％からおおよそ５０％の間のＡｌ2Ｏ3の範囲を含む。また、ＴａＣおよびＡｌ2Ｏ3の所定の比率またはパーセンテージの例は、それらに限定されないが、おおよそ２０％からおおよそ８０％の間のＴａＣの範囲、および、おおよそ８０％からおおよそ２０％の間のＡｌ2
Ｏ3の範囲を含む。研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、おおよそ５０．
８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中の等価直径２２０、３２０、４２０、および５２０を有するように、それぞれサイズ決めされる。複数の研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８が、電解液の中に混合される６５６。エーロフォイル先端部基材１８４は、電解液の中に位置決めされ６５８、アブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４をエーロフォイル先端部基材１８４の上に形成する。研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８、ならびに、金属製アブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２が、それぞれ、エーロフォイル先端部基材１８４の上に堆積させられる６６０。
【００６４】
電解方法６５０が完了すると、タービンバケット１６０は、それぞれ、おおよそ５０．８μ（２ミル）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲の中の厚さ２１４、３１４、４１４、および５１４をそれぞれ有する、少なくとも１つの金属製アブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２を含むアブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４を含む。アブレイディングマトリックス層２１２、３１
２、４１２、および５１２は、アブレイディングマトリックス層表面２１６、３１６、４１６、および５１６をそれぞれ画定する。加えて、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、おおよそ２０μ（１ミル未満）からおおよそ５００μ（２０ミル）の間の範囲にある均等なスペーシング２２２、３２２、４２２、および５２２によって、それぞれ互いから分離されている。
【００６５】
また、電解方法６５０が完了すると、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８は、おおよそ１０００からおおよそ４８００の間のビッカース硬度値の範囲を有する。金属製アブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２は、おおよそ３００からおおよそ５００の間のビッカース硬度値の範囲を有する。したがって、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８の硬度値は、アブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２の硬度値よりもそれぞれ大きく、そして、アブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２の硬度値は、アブレイダブルシュラウド２０２の硬度値よりも大きい。
【００６６】
いくつかの実施形態では、コーティングされていない研磨粒子４１８の一部分は、等価直径４３２を有するＳｉＣから形成され、少なくとも１つのコーティング層４２８によってコーティングされ、複数のコーティングされた研磨粒子４３０を形成することが可能である。また、いくつかの実施形態では、ボンドコートの層、すなわち、セラミック下層が、エーロフォイル先端部基材１８４を電解液の中に位置決めする６５８前に、エーロフォイル先端部基材１８４の上に形成され、コーティングされていない研磨粒子４１８（ＳｉＣから形成される）ならびに／またはコーティングされた研磨粒子４３０および基材１８４の間の接触の可能性を減少させることが可能である。
【００６７】
いくつかの実施形態では、アブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４は、電解およびろう付け方法の両方の一部分を含む２段階のハイブリッドプロセス６７０を通して、エーロフォイル先端部基材１８４の上に配設させられる６２０。第１の段階は、ろう付け化合物を形成すること６７２を含み、それは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｂ、およびＺｒのうちの少なくとも１つと、ＮｉＣｒおよびＮｉのうちの少なくとも１つを混合することを含む。また、第１の段階は、複数の研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８をろう付け化合物の中に混合すること６７４を含む。第１の段階は、ろう付け化合物を基材１８４に適用すること６７６をさらに含む。また、第１の段階は、ろう付けすること６７８を含む。第２の段階は、ＭＣｒＡｌＹを含む電解化合物を形成すること６８０を含む。また、第２の段階は、電解化合物の中に基材１８４を位置決めすること６８２と、研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８同士の間のスペーシングの少なくとも一部分をＭＣｒＡｌＹマトリックス化合物で充填すること６８４とを含む。第２の段階は、方法６３０および６５０に関して個別に上記に説明されているように、電解方法を使用し、埋め込まれている研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８とともにアブレイディングマトリックス層２１２、３１２、４１２、および５１２を仕上げ形成することをさらに含む。
【００６８】
いくつかの実施形態では、アブレイディング部分２０４、３０４、４０４、および５０４は、溶射６９０によって、エーロフォイル先端部基材１８４の上に配設される６２０。ＭＣｒＡｌＹおよびＭＣｒＡｌＸのうちの１つを含み、および金属材料、たとえば、それらに限定されないが、Ｎｉ、Ａｌ、およびＰｔを、任意の組み合わせで含み得る、溶射溶液が混合される６９２。また、溶射方法６９０は、実質的にすべてのＡｌ2Ｏ3を含む複数の研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８を溶射溶液の中へ混合すること６９４を含む。ホットスプレーが、基材１８４の上に適用され６９６、溶融したマトリックスおよびＡｌ2Ｏ3粒子が、その上で冷却し６９８、上記に説明されているように、埋め込まれている研磨粒子２１８、３１８、４１８、および５１８とともにアブレイディングマトリ
ックス層２１２、３１２、４１２、および５１２を形成する。
【００６９】
図１０は、ガスタービンエンジン１００（図３に示されている）とともに使用され得る、実質的に滑らかな表面７０２を備えるアブレイダブルシュラウド２０２の例示的な部分７００の概略図である。図１１は、線１１−１１（図１０に示されている）に沿って見た、アブレイダブルシュラウド２０２の部分７００の拡大概略図である。例示的な実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２の部分７００は、その上に形成されたＤＶＣ  ＤｙＳＺの少なくとも１つの層７０４を含む。ガスタービンエンジン１００の動作の間、ＤＶＣ  ＤｙＳＺ層７０４の表面７０２は、高温燃焼ガス１５４（図１に示されている）に直接的に曝される。また、例示的な実施形態では、層７０４は、おおよそ０．５ミリメートル（ｍｍ）（２０ミル）からおおよそ１．５ｍｍ（６０ミル）の間の範囲を有する厚さ７０６を有しており、おおよそ１ｍｍ（４０ミル）の好適な厚さを有する。ＤＶＣ  ＤｙＳＺ層７０４は、５％未満の多孔率値を有する。さらに、例示的な実施形態では、タービンケーシング内側表面１８８の上に形成されている、高温材料、たとえば、それらに限定されないが、ＴＢＣの第１の層７０８の上に、ＤＶＣ  ＤｙＳＺ層７０４が形成される。代替的に、ＤＶＣ  ＤｙＳＺ層７０４が、表面１８８の上に直接的に形成される。層７０８は、おおよそ０．０５ミリメートル（ｍｍ）（２ミル）からおおよそ０．１５ｍｍ（６ミル）の間の範囲を有する厚さ７１０を有しており、おおよそ０．１ｍｍ（４ミル）の好適な厚さを有する。
【００７０】
図１２は、ガスタービンエンジン１００（図３に示されている）とともに使用され得る、パターン付きの表面７５２を備える例示的なアブレイダブルシュラウド２０２の例示的な部分７５０の概略図である。図１３は、線１３−１３（図１２に示されている）に沿って見た、アブレイダブルシュラウド２０２の部分７５０の拡大概略図である。例示的な実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２の部分７５０は、その上に形成されたＤＶＣ  ＹＳＺの少なくとも１つのパターン付きの層７５４を含む。パターン付きの層７５４は、高さ７６０を画定するピーク７５８を有する複数のマウンド７５６として形成されている。高さ７６０は、おおよそ１ｍｍ（４０ミル）からおおよそ１．５ｍｍ（６０ミル）の間の範囲を有しており、おおよそ１．２５ｍｍ（５０ミル）の好適な高さを有する。
【００７１】
また、例示的な実施形態では、アブレイダブルシュラウド２０２の部分７５０は、形成されているＤＶＣ  ＹＳＺの少なくとも１つの層７６２を含み、その上に、ＤＶＣ  ＹＳＺのパターン付きの層７５４が形成されている。ＤＶＣ  ＹＳＺの層７６２は、実質的に滑らかな表面７６４を画定している。ガスタービンエンジン１００の動作の間、ＤＶＣ  ＹＳＺのマウンド７５４、および、ＤＶＣ  ＹＳＺ層７６２の表面７６４は、高温燃焼ガス１５４（図１に示されている）に直接的に曝される。層７６２は、おおよそ０．５ミリメートル（ｍｍ）（２０ミル）からおおよそ１．５ｍｍ（６０ミル）の間の範囲を有する厚さ７６６を有しており、おおよそ１ｍｍ（４０ミル）の好適な厚さを有する。
【００７２】
ＤＶＣ  ＹＳＺ層７５４および７６２は、５％未満の多孔率値を有する。さらに、例示的な実施形態では、タービンケーシング内側表面１８８の上に形成されている、高温材料、たとえば、それらに限定されないが、ＴＢＣの第１の層７６８の上に、ＤＶＣ  ＹＳＺ層７６２が形成される。代替的に、ＤＶＣ  ＹＳＺ層７６２が、表面１８８の上に直接的に形成される。層７６８は、おおよそ５ミリメートル（ｍｍ）（２００ミル）からおおよそ１５ｍｍ（６００ミル）の間の範囲を有する厚さ７７０を有しており、おおよそ１０ｍｍ（４００ミル）の好適な厚さを有する。
【００７３】
パターン付きの表面７５２は、本明細書で説明されているようなガスタービンエンジン１００の動作を可能にする任意の方法を通して形成することが可能であり、それは、それらに限定されないが、機械加工作業、部分的なマスキング、および、製造プロセスパラメ
ーターを変化させることを含む。
【００７４】
図１０から図１３を参照すると、本明細書で説明されているようにアブレイダブルシュラウド２０２を形成することは、比較的に低いシュラウド２０２の多孔率値に起因して、一般的に使用されるアブレイダブルに対して、耐浸食性の増加を促進させる。そのうえ、ＤＶＣ材料の使用は、シュラウド２０２の平均寿命を増加させることを促進させる。加えて、場合によっては、ＤＶＣ  ＤｙＳＺアブレイダブル材料は、ＤＶＣ  ＹＳＺ材料よりも好適である可能性がある。たとえば、ＤＶＣ  ＤｙＳＺアブレイダブル材料は、ＤＶＣ
ＹＳＺアブレイダブル材料と比較して、アブレイダブルシュラウドの耐熱サイクル特性および耐浸食性を向上させる。また、ＤＶＣ  ＹＳＺと比較してＤＶＣ  ＤｙＳＺの低い熱伝導率に起因して、ＤＶＣ  ＤｙＳＺアブレイダブル材料も、改善されたＴＢＣシステムの一部分として使用することが可能である。
【００７５】
上記は、タービンバケットアッセンブリのためのシールシステムに関する複数の実施形態を説明しているが、そのような実施形態は、圧縮機ブレードアッセンブリとともに使用することも可能である。
【００７６】
上述のシールシステムは、動作中のターボ機械をシールするためのコスト効率の良い方法を提供する。本明細書で説明されている実施形態は、ターボ機械の効率を向上させること、静止部分に対するエーロフォイルの擦れの可能性を減少させること、および、アブレイダブルシュラウドの浸食および破砕の可能性を減少させることを促進させる、エーロフォイル先端部クリアランスを画定することを促進させる。具体的には、本明細書で説明されているシステムおよび方法は、標準的な遮熱コーティング（ＴＢＣ）というよりも、シュラウドのための高密度のアブレイダブル材料を使用する。したがって、本明細書で説明されているシュラウドコーティングは、特に、パターン付きの輪郭に沿って、粒子浸食を減少させるのに十分な硬度値を有している。また、具体的には、本明細書で説明されているシステムおよび方法は、セラミックまたは金属マトリックスのいずれかの中にアンカー固定される研磨粒子を使用し、研磨粒子の硬度値が、高密度のアブレイダブル材料の硬度値よりも大きくなるようになっている。したがって、具体的には、硬化された研磨粒子が、高密度のアブレイダブル材料の中に食い込み、それによって、エーロフォイル先端部摩耗の加速、温度により引き起こされるラビング、および、その後のシュラウドの破砕の可能性を減少させる。そのうえ、硬化された研磨粒子を形成するように選択される材料は、環境的に安定しており、それらは、おおよそ９２７℃（１７００°Ｆ）およびそれを超える上昇した動作温度において、酸化しないようになっている。そのうえ、硬化された研磨粒子を形成するために使用される材料は、エーロフォイル基材の中のベース材料と相性がよく、および／または、硬化された研磨粒子は、環境バリアコーティングの中に包み込まれ、および／または、セラミック下層が、エーロフォイル基材の上に形成され、硬化された研磨粒子と基材との間の接触の可能性を減少させる。また、硬化された研磨粒子は、アンカー固定するマトリックスの表面から所定の距離だけ延在するようにサイズ決めされ、マトリックスと高密度のアブレイダブル材料との間の接触の可能性を減少させる。
【００７７】
本明細書で説明されている方法およびシステムの例示的な技術的効果は、（ａ）動作条件の幅の広い範囲にわたってターボ機械の効率を向上させるということ、（ｂ）ターボ機械の静止部分に対するエーロフォイルの擦れの可能性を減少させるということ、（ｃ）アブレイダブルシュラウドの浸食および破砕の可能性を減少させるということ、および、（ｄ）ターボ機械の静止部分と回転部分との間の温度により引き起こされるラビングの可能性を減少させるということのうちの少なくとも１つを含む。
【００７８】
ターボ機械を動作させるためのシールシステム、ならびに、システムを動作させるための方法、および、システムを形成するための方法の例示的な実施形態が、詳細に上記に説
明されている。シールシステム、ならびに、そのようなシステムを動作および形成する方法は、本明細書で説明されている特定の実施形態に限定されないが、むしろ、システムのコンポーネント、および／または、方法のステップは、本明細書で説明されている他のコンポーネントおよび／またはステップから独立しておよび別々に利用することが可能である。また、たとえば、この方法は、運転シーリングおよび方法を必要とする他のシステムと組み合わせて使用することも可能であり、本明細書で説明されているようなシールシステム、ターボ機械、および方法だけを伴う実施に限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他のシーリング用途に関連して、実装および利用することが可能である。
【００７９】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴が、ある図面には示され、他の図面には示されていない可能性があるが、これは、単に便宜上のためである。本発明の原理にしたがって、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて、参照および／または特許請求され得る。
【符号の説明】
【００８０】
４  領域
１００  ガスタービンエンジン
１０２  取り入れ口セクション
１０４  圧縮機セクション
１０５  圧縮機ケーシング
１０６  燃焼器セクション
１０８  タービンエンジン、タービンセクション
１０９  タービンケーシング
１１０  排気セクション
１１２  ローターアッセンブリ
１１４  圧縮機ドライブシャフト
１１５  タービンドライブシャフト
１１６  燃焼器
１１８  燃料ノズルアッセンブリ
１２０  負荷
１２２  圧縮機ブレードアッセンブリ
１２３  静翼アッセンブリ
１２４  タービンバケットアッセンブリ
１２５  静止ノズルアッセンブリ
１３０  圧縮機段
１４０  タービン段
１５０  入口空気
１５２  圧縮空気
１５４  燃焼ガス
１５６  排気ガス
１６０  タービンバケット
１６２  ルート部分
１６４  エーロフォイル部分
１６６  エーロフォイル先端部分
１６８  前縁部
１７０  後縁部
１８０  圧縮機ブレード
１８２  エーロフォイル先端部基材
１８４  エーロフォイル先端部基材
１８６  内側表面
１８８  内側表面
２００  シールシステム
２０２  アブレイダブルシュラウド
２０４  アブレイディング部分
２０６  回転運動
２０８  クリアランスギャップ
２１０  厚さ値
２１１  アブレイダブル表面
２１２  アブレイディングマトリックス層
２１４  厚さ
２１６  アブレイディングマトリックス層表面
２１８  研磨粒子
２２０  等価直径
２２２  スペーシング
３００  シールシステム
３０４  アブレイディング部分
３１２  アブレイディングマトリックス層
３１４  厚さ
３１６  アブレイディングマトリックス層表面
３１８  研磨粒子
３２０  等価直径
３２２  スペーシング
３２４  距離
３２６  クリアランスギャップ
３２８  距離
４００  シールシステム
４０４  アブレイディング部分
４１２  アブレイディングマトリックス層
４１４  厚さ
４１６  アブレイディングマトリックス層表面
４１８  コーティングされていない研磨粒子
４２０  等価直径
４２２  スペーシング
４２６  クリアランスギャップ
４２８  コーティング層
４３０  コーティングされた研磨粒子
４３２  等価直径
４３４  厚さ
５００  シールシステム
５０４  アブレイディング部分
５１２  アブレイディングマトリックス層
５１４  厚さ
５１６  アブレイディングマトリックス層表面
５１８  研磨粒子
５２０  等価直径
５２２  スペーシング
５２６  クリアランスギャップ
５３６  中間層
５３８  層厚さ
６００  方法
６０２  ケーシングの内側表面の上のアブレイダブルシュラウドを形成する
６０４  ＤＶＣ  ＹＳＺの少なくとも１つの層を溶射する
６０６  ＤＶＣ  ＤｙＳＺの少なくとも１つの層を溶射する
６０８  少なくともおおよそ７００μ（２８ミル）の厚さが達成されるまで、少なくとも１つの層のアブレイダブルシュラウドを形成する
６２０  タービンバケット／圧縮機ブレードのエーロフォイル先端部基材の上にアブレイディング部分を配設する
６３０  ろう付け方法
６３２  セラミック材料からろう付けマトリックスを形成する
６３４  Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｂ、およびＺｒのうちの少なくとも１つを、ＮｉＣｒおよびＮｉのうちの少なくとも１つと混合する
６３６  使用されることとなる複数の研磨粒子を選択する
６３８  ろう付けマトリックスの中に研磨粒子を埋め込む
６４０  埋め込まれた粒子およびろう付けマトリックスをエーロフォイル先端部基材に適用する
６４２  ろう付けする
６５０  電解方法
６５２  ＭＣｒＡｌＹおよびＭＣｒＡｌＸのうちの１つを含む電解液を形成する
６５４  使用されることとなる複数の研磨粒子を選択する
６５６  研磨粒子を電解液の中に混合する
６５８  エーロフォイル先端部基材を電解液の中に位置決めする
６６０  研磨粒子および金属製アブレイディングマトリックス層をエーロフォイル先端部基材の上に堆積させる
６７０  ハイブリッドプロセス
６７２  Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｂ、およびＺｒのうちの少なくとも１つをＮｉＣｒおよびＮｉのうちの少なくとも１つと混合する
６７４  ろう付け化合物の中に研磨粒子を混合する
６７６  ろう付け化合物をエーロフォイル先端部基材に適用する
６７８  ろう付けする
６８０  ＭＣｒＡｌＹを含む電解化合物を形成する
６８２  電解化合物の中にエーロフォイル先端部基材を位置決めする
６８４  研磨粒子同士の間のスペーシングをＭＣｒＡｌＹマトリックス化合物で充填する
６９０  溶射方法
６９２  溶射溶液を混合する
６９４  研磨粒子を溶射溶液の中へ混合する
６９６  ホットスプレーを基材の上に適用する
６９８  溶融したマトリックスおよび粒子を冷却する
７００  部分
７０２  実質的に滑らかな表面
７０４  ＤＶＣ  ＤｙＳＺ層
７０６  厚さ
７０８  ＴＢＣの第１の層
７１０  厚さ
７５０  部分
７５２  パターン付きの表面
７５４  パターン付きの層
７５６  マウンド
７５８  ピーク
７６０  高さ
７６２  ＤＶＣ  ＹＳＺ層
７６４  実質的に滑らかな表面
７６６  厚さ
７６８  ＴＢＣの第１の層
７７０  厚さ
【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】
0006340010.tif 000007
【図７】
0006340010.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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