(57)【要約】【課題】熱伝導率が低い熱障壁組成を得ることができる、新規のジルコニアベースの熱障壁組成を提供する。【解決手段】本発明は、伝導率が低く高温強度が高いセラミック熱障壁組成に関する。特徴的に、この組成は、ジルコニアベースと、ジルコニアの安定化が可能であり、かつジルコニアの熱伝導率を最適に低下可能である少なくともある三価酸化物と、部分的に安定化されたジルコニアの酸素空格子点の量と実質的に同等になるように、酸素空格子点の量を減少可能である少なくともある五価酸化物とを含む。好ましくは、三価酸化物のモル量は、ジルコニアを部分的に安定化させることができる第１の部分と、格子に点欠陥を導入する第２の部分とからなり、五価酸化物のモル濃度は、三価酸化物の第２の部分のモル濃度に等しい。【選択図】      図１
2005097727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が低くかつ高温強度が高いセラミック製の熱障壁組成であって、ジルコニアベースと、ジルコニアの安定化が可能であり、かつジルコニアの熱伝導率を最適に低下可能である少なくともある三価酸化物と、部分的に安定化されたジルコニアの酸素空格子点の量と実質的に同等になるように、酸素空格子点の量を減少可能である少なくともある五価酸化物とを含むことを特徴とする、熱障壁組成。
【請求項２】
前記三価酸化物のモル濃度が、ジルコニアを部分的に安定化させることができる第１の部分と、格子に点欠陥を導入する第２の部分とから構成され、前記五価酸化物のモル濃度が、三価酸化物の前記第２の部分の前記モル濃度に等しいことを特徴とする、請求項１に記載の熱障壁組成。
【請求項３】
前記三価酸化物が、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウム、酸化エルビウム、酸化ガドリニウム、酸化ユーロピウム、酸化サマリウム、酸化ネオジウム、酸化プラセオジウム、酸化ランタン、酸化テルビウム、酸化ホルミウム、およびそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱障壁組成。
【請求項４】
前記五価酸化物が、酸化ニオブ、酸化タンタル、およびそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱障壁組成。
【請求項５】
前記三価酸化物のモル濃度が、４％から３０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱障壁組成。
【請求項６】
前記五価酸化物のモル濃度が、２％から２０％の範囲にあり、好ましくは、４％から１２％の範囲にあり、より好ましくは、３％から１０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱障壁組成。
【請求項７】
三価酸化物のモル濃度と五価酸化物のモル濃度との差が、４％から１２％の範囲にあり、好ましくは、実質的に４％と同等であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱障壁組成。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の組成を有するセラミックコーティング（１１、１４）を含むことを特徴とする、超合金機械部品。
【請求項９】
前記セラミックコーティング（１１、１４）が堆積される接合下層（１３）をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の超合金機械部品。
【請求項１０】
前記接合下層が、酸化によって保護アルミナ層を形成するのに適した合金からなることを特徴とする、請求項９に記載の超合金機械部品。
【請求項１１】
前記接合下層（１３）が、ＭＣｒＡｌＹタイプの合金からなり、ここでＭは、ニッケル、コバルト、鉄、または前記金属の混合物から選択された金属であることを特徴とする、請求項１０に記載の超合金機械部品。
【請求項１２】
前記接合下層（１３）が、プラチナ、クロム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、ロジウム、またはこれらの金属の混合物から選択された金属を任意に含むニッケルアルミナイド、および／またはジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびイットリウム（Ｙ）から選択された反応元素からなることを特徴とする、請求項１０に記載の超合金機械部品。
【請求項１３】
前記セラミックコーティング（１１）が、４％から１２％の範囲にある酸化イットリウムのモル量を有する、イットリウム含有ジルコニアをベースとするセラミック層を、前記下層（１３）上にさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の超合金機械部品。
【請求項１４】
接合下層と、４％から１２％の範囲にある酸化イットリウムのモル量を有するイットリウム含有ジルコニアをベースとする第１のセラミック層と、請求項１から７のいずれか一項に記載の組成を呈する第２のセラミック層とを含む、セラミックコーティング（１１）であって、前記第１のセラミック層が、前記接合下層と前記第２のセラミック層との間に位置する、セラミックコーティング。
【請求項１５】
超合金基板（１２）上に熱障壁（１１）を含むセラミックコーティングの作製方法であって、
前記超合金基板（１２）上に接合下層（１３）を堆積する工程と、
前記接合下層（１３）上にセラミックコーティング（１３）を堆積する工程とを含み、該セラミックコーティング（１３）が、ジルコニアベースと、ジルコニアの安定化が可能であり、かつジルコニアの熱伝導率を最適に低下可能である少なくともある三価酸化物と、部分的に安定化されたジルコニアの量と実質的に同等になるように、酸素空格子点の量を減少可能である少なくともある五価酸化物とを含むことを特徴とする、作製方法。
【請求項１６】
前記三価酸化物のモル濃度が、ジルコニアを部分的に安定化させることができる第１の部分と、格子に点欠陥を導入する第２の部分とから構成され、前記五価酸化物のモル濃度が、三価酸化物の前記第２の部分の前記モル濃度に等しいことを特徴とする、請求項１５に記載の作製方法。
【請求項１７】
セラミックコーティングを堆積する前に、接合下層（１３）を酸化する追加の工程を含むことを特徴とする、請求項１５または１６に記載の作製方法。
【請求項１８】
前記三価酸化物が、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウム、酸化エルビウム、酸化ガドリニウム、酸化ユーロピウム、酸化サマリウム、酸化ネオジウム、酸化プラセオジウム、酸化ランタン、酸化テルビウム、酸化ホルミウム、およびそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の作製方法。
【請求項１９】
前記五価酸化物が、酸化ニオブ、酸化タンタル、およびそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の作製方法。
【請求項２０】
前記三価酸化物のモル濃度が、４％から３０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の作製方法。
【請求項２１】
前記五価酸化物のモル濃度が、２％から２０％の範囲にあり、好ましくは、４％から１２％の範囲にあり、より好ましくは、３％から１０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１５から２０のいずれか一項に記載の作製方法。
【請求項２２】
三価酸化物のモル濃度と五価酸化物のモル濃度との差が、４％から１２％の範囲にあり、好ましくは、実質的に４％と同等であることを特徴とする、請求項１５から２１のいずれか一項に記載の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低熱伝導率の熱障壁組成、そのような組成を有するセラミックコーティングによって保護された超合金製の機械部品、前記セラミックコーティング、およびセラミックコーティングの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボマシン、特に、航空機分野のターボマシンの効率性を高めるとともに、燃料消費量、および汚染ガスと未燃焼燃料の排出を減少させる試みにより、燃料燃焼のための理論混合気（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｍｉｘｔｕｒｅ）への動きが生じている。この状況では、燃焼チャンバを離れてタービンに向かうガスの温度の上昇を伴う。
【０００３】
その結果、タービン翼（中空翼）を冷却するための技術を改良することによって、および／または、タービンの材料が耐高温性を備えるように、このような材料の特性を高めることによって、タービンの材料をこのような温度上昇に適応させることが必要であった。
【０００４】
この２つ目の技術と、ニッケルおよび／またはコバルトをベースとする超合金の使用とを組み合わせることで、「熱障壁（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ）」と呼ばれる断熱コーティングの堆積を含むさまざまな解決方法が得られてきた。
【０００５】
冷却されている部品では、定常状態下での動作中、セラミックコーティングにより、厚みが約１５０マイクロメートル（μｍ）のコーティングの場合は２００℃を超えることもある全範囲にわたって、コーティングによって温度勾配を設定できる。したがって、コーティングに対して下側にある基板を構成する金属の動作温度が、同じだけ低下することにより、必要とされる冷却空気量が著しく節約され、部品の寿命が延び、タービンエンジンの燃料消費率が節約されることになる。
【０００６】
一般的に、溶射技術（特に、プラズマ溶射）か、または物理気相成長技術、すなわち、蒸着（特に、電子衝撃下にある真空状態の蒸着容器で堆積されるコーティングを形成する、電子ビーム物理気相成長（ＥＢ−ＰＶＤ））のいずれかによって、コーティング対象の部品上に、セラミックコーティングが堆積される。
【０００７】
溶射コーティングの場合、プラズマ溶射型の技術によって、ジルコニウムベースの酸化物が堆積されることによって、溶融された後に衝撃によって急冷された液滴の積層からなるコーティングが形成され、平坦化され積層化されて、不完全に高密度化され、一般的に５０μｍから１ミリメートル（ｍｍ）の範囲にある厚みを有する堆積物を形成する。
【０００８】
物理堆積によって、特に、電子衝撃下の蒸着によって得られるコーティングでは、２０μｍから６００μｍの範囲にある厚みにわたって、コーティング表面に対して実質的に垂直方向に向けられたコラム構成からなるコーティングが得られる。有利には、コラム間の空間により、動作温度で超合金基板に対して膨張に差があることから、コーティングは、熱機械応力を効率的に補償することができる。したがって、高温熱疲労の点から寿命が長い部品が得られる。
【０００９】
従来、このような熱障壁では、前記熱障壁を含む機械部品上の外側コーティングと、部品を構成する材料を形成する前記コーティングの基板との間の熱伝導率が不連続である。
【００１０】
一般的に、熱伝導率に著しい不連続性を生じさせる熱障壁は、コーティングと基板との間、またはさらに正確に言えば、下層とセラミック熱障壁との間の境界で、著しい層間剥離を起こさせる危険性があることが分かっている。
【００１１】
現在では、表面温度が最高約１５００℃まで、すなわち、基板では最高約１３００℃まで耐える能力を、機械部品に与える熱障壁組成の獲得が望まれている。現在使用されている熱障壁では、機械部品は、表面温度が最高約１２００℃から１３００℃まで、すなわち、基板では１０００℃から１１００℃まで耐えることができる。
【００１２】
基板を構成する超合金の熱膨張率に近い熱膨張率を呈し、熱伝導率が非常に低い、ジルコニアからなるベース材料から得られた熱障壁の使用が知られている。
【００１３】
フランス特許第２，７９８，８６４号では、ジルコニアに酸化ジスプロシウムを使用することが提案されている。この解決方法により、熱障壁の熱伝導率を低下させることができる。
【特許文献１】仏国特許発明第２，７９８，８６４号明細書
【非特許文献１】Ｓ．Ａｌｐｅｒｉｎｅ、Ｌ．Ｌｅｌａｉｔ著、「Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｐｌａｓｍａ−ｓｐｒａｙｅｄ  ｙｔｔｒｉａ  ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ｚｉｒｃｏｎｉａ  ＴＢＣ  ｉｎ  ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ」、Ｐｒｏｃ．３７ｔｈ  ＡＳＭＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  ａｎｄ  Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ、Ｋｏｌｎ、ＡＳＭＥ  ９２−ＧＴ−３１７、１９９２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、熱障壁に一般的に用いられるイットリウム含有ジルコニアより熱伝導率が低く（または、仏国特許発明第２，７９８，８６４号の組成の熱伝導率より低く）、一方前記イットリウム含有ジルコニア（またはフランス特許第２，７９８，８６４号の組成）の高温強度および熱安定特性を高める、熱障壁コーティングを得ることができる、ジルコニアベースの新規な熱障壁組成を提供することである。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、１１００℃から１５００℃の範囲にある動作温度の高温強度に影響を与えることなく、熱伝導率が低い熱障壁組成を得ることができる、新規なジルコニアベースの熱障壁組成を提供することである。
【００１６】
本発明の基本となる考えは、特に、高温強度の点で、熱障壁から得られたコーティングの品質の低下と、セラミックの結晶格子の酸素空格子点の数の増加との間に関係があることを考慮することである。
【００１７】
その結果、少なくとも部分的に、ジルコニアの安定化が可能な値に空格子点の数を制限しながら、熱障壁組成の点欠陥の高濃度を維持することが提案される。
【００１８】
酸素空格子点の数は、正方晶系の同素体異種ｔ’においてジルコニアを安定化させるための基本である。特に、酸化ジルコニウムＺｒＯ２を完全に安定化させるには、酸化イットリウムＹ２Ｏ３の約２４重量％（１２モル％）の濃度が必要であるのに対して、最大の高温強度に相当するレベルまで部分的に酸化ジルコニウムＺｒＯ２を安定化させるには、酸化イットリウムＹ２Ｏ３の６重量％から８重量％（３モル％から４モル％）の濃度が必要である（コーティングの寿命は、温度の上昇下降サイクルにさらすことで測定され、このようなテストを熱サイクリングと呼ぶ）。
【００１９】
このことは、図２から理解され、同図は、ジルコニア中の酸化イットリウムの含有量（重量％で表す）の関数として、熱伝導率λに関する右上側の曲線と、熱障壁の機械強度に関する下側曲線を示す（ここで、Ｎは、熱障壁からなるコーティングの機械品質が、熱サイクリングの最後で許容可能である最大サイクル数を表す）。
【００２０】
ジルコニアＺｒＯ２が完全に安定化されると（２４重量％または１２モル％の酸化イットリウムＹ２Ｏ３）、酸素空格子点の数が最大になり、最小熱伝導率λｍｉｎが得られるが、プラズマ溶射または蒸着によって堆積されたセラミックは、応力に対する高温強度の低下を呈する（図２において、Ｎ０はＮｍａｘより小さい）。
【００２１】
ジルコニアＺｒＯ２が部分的に安定化されると（６重量％から８重量％または３モル％から４モル％の酸化イットリウムＹ２Ｏ３）、セラミックは、応力に対する高温強度が最大になるが（図２のＮｍａｘ）、酸素空格子点の数が減少するため、またはより一般的には、結晶格子の欠陥数が減少するため、熱伝導率が著しく増大してしまうことが分かっている（図２において、λ１はλｍｉｎより大きい）。
【００２２】
酸化イットリウム以外の安定剤を用いても、同じことが観察される。
【００２３】
部分的に安定化されたジルコニアが、熱サイクリングに非常に良好に耐えられるのは、準安定の正方晶系構造ｔ’が、典型的な動作条件下で、微細な二相構造に変わるためである（Ｓ．Ａｌｐｅｒｉｎｅ、Ｌ．Ｌｅｌａｉｔ、「Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｐｌａｓｍａ−ｓｐｒａｙｅｄ  ｙｔｔｒｉａ  ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ｚｉｒｃｏｎｉａ  ＴＢＣ  ｉｎ  ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ」、Ｐｒｏｃ．３７ｔｈ  ＡＳＭＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  ａｎｄ  Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ、Ｋｏｌｎ、ＡＳＭＥ  ９２−ＧＴ−３１７  （１９９２））。
【００２４】
このｔ’構造は、ジルコニア格子中の酸素空格子点の量に直接関連するものであり、そのため、ＺｒＯ２と６重量％から８重量％（３モル％から４モル％）のＹ２Ｏ３が、格子中の酸素空格子点の対応する数により、準安定のｔ’結晶構造を生じると考えられる。
【００２５】
コーティングの熱伝導率λｒｅａｌを低下させるための手段に関して、この熱伝導率は、高密度のセラミック材料のλｉｎｔｒと空気のλａｉｒの範囲の値にあると考えられ、これは、熱障壁コーティングが、２つの熱伝導媒体（セラミック媒体と動作中に空気が充填されるコーティングの孔またはマイクロクラック）からなる異質な集合体を形成する、多孔質のセラミック層であるためである。
【００２６】
低熱伝導率のコーティングを得るための第１の解決方法は、従来のセラミック組成のセラミックを使用することと、コーティングの形態、すなわち、コーティングの孔およびマイクロクラックの比率、分布、および配向、または、コラムや層の形をした材料の構成を修正して、λｒｅａｌを低下させることとからなる。コーティング堆積パラメータを修正することによって、この結果を達成することが可能である。
【００２７】
第２の解決方法は、形態を変えることなく、コーティングの化学組成を修正しながら、コーティングの他の特性を維持することによって、直接λｉｎｔｒを低下しようとすることからなる。例えば、ジルコニアにイットリアを導入すると、格子を変形することによって（原子半径Ｙ＞原子半径Ｚｒ）、およびジルコニウムとイットリウムのイオンの異なる原子価により、格子に酸素空格子点を導入することによって、熱伝導率が下がることが良く知られている。一般的に、格子に点欠陥を導入することは、フォノン後方散乱の中心として作用し、熱伝導率を下げるのに寄与する。
【００２８】
これは、本発明において実行される技術である。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上述した目的を達成するために、本発明により、熱伝導率が低くかつ高温強度が高いセラミック製の熱障壁組成であって、ジルコニアベースと、ジルコニアの安定化が可能であり、かつジルコニアの熱伝導率を最適に低下可能である少なくともある三価酸化物（または三価酸化物の混合物）と、部分的に安定化されたジルコニアの酸素空格子点の量と実質的に同等になるように、酸素空格子点の量を減少可能である少なくともある五価酸化物（または五価酸化物の混合物）とを含むことを特徴とする、熱障壁組成が提供される。
【００３０】
三価酸化物を導入することは、ジルコニアの安定化が可能な酸素空格子点を組み込むことに関連する。さらに正確に言えば、三価の陽イオンを２つ導入する場合、ジルコニアの電気的中立性を保つために、１つの酸素空格子点が必ず導入される。それにもかかわらず、組み込む空格子点の数が多くなりすぎて、秩序状態になり、熱伝導率が増大してしまうことのないように、さらに、ジルコニアの安定化を調節することができるように、酸素空格子点の濃度は、五価酸化物を導入することによって制御される。２つの五価の陽イオンを導入することは、同様に、ジルコニアの電気的中立性を保つために、酸素空格子点の消失を伴う。
【００３１】
このようにして、酸素空格子点の濃度を調節して、ジルコニアに対して所望の安定化の程度（部分的に安定化されたジルコニア）に相当する値に維持しながら、熱伝導率の低下に有利である、多数の点欠陥（Ｚｒ４＋のイオンを置換する三価および五価の酸化物陽イオン）の導入を行うことができることが、理解されるであろう。
【００３２】
したがって、ジルコニアを部分的に安定化させることができる第１の部分と、点欠陥を格子に導入する第２の部分とからなるモル濃度で、前記三価酸化物が存在できるようにし、三価酸化物の前記第２の部分の前記モル濃度に等しいモル濃度で、前記五価酸化物が存在できるようにすることが好ましい。
【００３３】
したがって、この好適な堆積によって、良好な寿命（良好な高温強度を与えるジルコニアの準安定ｔ’構造に対応する酸素空格子濃度；図２のＮｍａｘ）と、多数の点欠陥の存在による最小の熱伝導率（図２のλｍｉｎ付近、矢印１０を参照）とを、両方得ることができる熱障壁組成が得られる。
【００３４】
また、本発明により、上記に特定したタイプの組成を有するセラミックコーティングを含むことを特徴とする、超合金製の機械部品が提供される。
【００３５】
有利には、機械部品は、前記セラミックコーティングが堆積される接合下層をさらに含む。
【００３６】
また、本発明により、接合下層と、４％から１２％の範囲にある酸化イットリウムのモル濃度を有するイットリウム含有ジルコニアをベースとする第１のセラミック層と、上記に特定したタイプの組成を与える第２のセラミック層とを含む、セラミックコーティングであって、前記第１のセラミック層が、前記接合下層と前記第２のセラミック層との間に位置する、セラミックコーティングが提供される。
【００３７】
このようにして、第１のセラミック層を介した第１の熱勾配と、本発明の組成を呈する第２のセラミック層を介した第２の熱勾配とを与えて、熱障壁コーティングが得られる。
【００３８】
また、本発明により、超合金基板上に熱障壁を含むセラミックコーティングの作製方法であって、
前記超合金基板上に接合下層を堆積する工程と、
前記接合下層上にセラミックコーティングを堆積する工程とを含み、該セラミックコーティングが、ジルコニアベースと、ジルコニアの安定化が可能であり、かつジルコニアの熱伝導率を最適に低下可能である少なくともある三価酸化物（または三価酸化物の混合物）と、部分的に安定化されたジルコニアの酸素空格子点の量と実質的に同等になるように、酸素空格子点の量を減少可能である少なくともある五価酸化物（または五価酸化物の混合物）とを含むことを特徴とする、作製方法が提供される。
【００３９】
本発明の他の利点および特徴は、例によってなされる以下の記載を読み、添付の図面を参照することにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１に示す機械部品は、ニッケルおよび／またはコバルトをベースにした超合金などからなる基板１２上に堆積された熱障壁コーティング１１を含む。熱障壁コーティング１１は、基板１２上に堆積された金属下層１３と、下層１３上に堆積された、本発明による組成からなるセラミック層１４とを含む。
【００４１】
下層１３は、酸化によってアルミナの保護層を形成するのに適した合金などの耐酸素腐食性のアルミナ形成合金、ＭＣｒＡｌＹタイプの合金（Ｍは、ニッケル、コバルト、鉄、または前記金属の混合物から選択された金属）、またはプラチナ、クロム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、ロジウム、またはこれらの金属の混合物から選択された金属、および／またはジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびイットリウム（Ｙ）から選択された反応元素を追加することによって任意に修正されるニッケルまたはコバルトアルミナイドであってよい。
【００４２】
セラミック層１４は、ジルコニアベースと、三価酸化物と、五価酸化物とからなる。
【００４３】
ジルコニアを安定化させることによって、三価酸化物により、高温強度を高めることが可能であり、高温強度を最大化すること、すなわち、部分的に安定化されたジルコニアに優先順位が与えられるため、三価酸化物Ｒ２Ｏ３が、４重量％から８重量％（２モル％から４モル％）の範囲にある値より多い全含有量で存在する（４重量％から８重量％の範囲または２モル％から４モル％の範囲にある値に等しい第１の部分と、第２の部分との間が区別される）。
【００４４】
この基本的な組成（三価酸化物の第１の部分、すなわち、２モル％から４モル％の三価酸化物を含有する部分的に安定化されたジルコニア）に、三価酸化物のモルと五価酸化物のモルとの同等の数が添加される。このような添加で多数の点欠陥が導入されることで、酸素空格子点の量が一定であるため、高温強度を損なうことなく、熱伝導率が低下する。
【００４５】
前記三価酸化物は、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウム、酸化エルビウム、酸化ガドリニウム、酸化ユーロピウム、酸化サマリウム、酸化ネオジウム、酸化プラセオジウム、酸化ランタン、酸化テルビウム、酸化ホルミウム、およびそれらの混合物を含む群から選択され、三価イットリウムが優先される。
【００４６】
前記五価酸化物は、酸化ニオブ、酸化タンタル、およびそれらの混合物を含む群から選択される。
【００４７】
有利には、前記三価酸化物のモル濃度は、４％から３０％の範囲にあり、前記五価酸化物のモル濃度は、２％から３０％の範囲にあり、好ましくは、４％から１２％の範囲にあり、より好ましくは、３％から１０％の範囲にある。
【００４８】
本発明の熱障壁組成の好適な実施形態において、三価酸化物のモル濃度と五価酸化物のモル濃度との差は、４％から１２％の範囲にあり、実質的に４％に等しいことが好ましい。
【００４９】
これらの条件は、前記三価酸化物が、ジルコニアを部分的に安定化するように働く第１の部分と、格子に点欠陥を導入する第２の部分とからなるモル濃度で存在し、前記五価酸化物が、三価酸化物の前記第２の部分の前記モル濃度に等しいモル濃度で存在する、原則を適用することに相当する。
【００５０】
このような状況下で、三価酸化物のモル濃度の前記第１の部分は、４％から１２％の範囲にあり、実質的に４％に等しいことが好ましく、すなわち、部分的に安定化されたジルコニアを獲得できる量である。
【００５１】
同様に、三価酸化物のモル濃度の前記第２の部分は、五価酸化物のモル濃度に実質的に等しい量だけ前記第１の部分のモル濃度を超える。
【００５２】
図１に示す超合金機械部品は、４％から１２％の範囲にあるイットリウム酸化物のモル量で、イットリウム含有ジルコニアをベースとするセラミック層を、前記下層１３上にさらに含むセラミックコーティング１１によって修正されてよい（図示せず）。
【００５３】
このようにして、コーティングは、従来の方法で使用されるイットリウム含有ジルコニアセラミックの第１の層に（部分的に安定化されたジルコニア）、本発明の組成を用いて作られた第２のセラミック層を追加することによって、形成される。
【００５４】
また、本発明により、超合金基板上に熱障壁を含むセラミックコーティングの作製方法であって、
前記超合金基板上に接合下層を堆積する工程と、
前記接合下層上にセラミックコーティングを堆積する工程とを含み、該セラミックコーティングが、ジルコニアベースと、ジルコニアを安定化させ、好ましくは部分的に安定させ、かつジルコニアの熱伝導率を最適に低下させるように働く少なくともある三価酸化物（または三価酸化物の混合物）と、実質的に部分的に安定化されたジルコニアの酸素空格子点の量になるように、酸素空格子点の量を減少するように働く少なくともある五価酸化物（または五価酸化物の混合物）とを含むセラミックコーティングを、前記下層上に堆積する工程とを含む、作製方法が提供される。
【００５５】
この目的のために、有利には、前記三価酸化物のモル濃度は、ジルコニアを部分的に安定化させることができる第１の部分と、格子に点欠陥を導入する第２の部分とからなり、前記五価酸化物のモル濃度は、三価酸化物の前記第２の部分のモル濃度に等しいものである。
【００５６】
本発明の方法において、前記三価酸化物は、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウム、酸化エルビウム、酸化ガドリニウム、酸化ユーロピウム、酸化サマリウム、酸化ネオジウム、酸化プラセオジウム、酸化ランタン、酸化テルビウム、酸化ホルミウム、およびそれらの混合物を含む群から選択される。
【００５７】
同様に、前記五価酸化物は、酸化ニオブ、酸化タンタル、およびそれらの混合物を含む群から選択される。
【００５８】
有利には、前記三価酸化物のモル濃度は、４％から３０％の範囲にあり、前記五価酸化物のモル濃度は、２％から２０％の範囲にあり、好ましくは、４％から１２％の範囲にあり、より好ましくは、３％から１０％の範囲にある。
【００５９】
本発明の方法は、三価酸化物のモル濃度と五価酸化物のモル濃度との差が、４％から１２％の範囲にあり、好ましくは、実質的に４％に等しいもので実行されることが好ましい。
【００６０】
本発明の作製方法の代替実施案において、この方法は、セラミックコーティングを堆積する前に接合下層を酸化する追加の工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の熱障壁でコーティングされた機械部品の一部分を示す断面略図である。
【図２】ジルコニウム中の酸化イットリウム含有量の関数としての、熱伝導率と熱障壁の機械強度とに関する曲線グラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１１  熱障壁コーティング
１２  基板
１３  下層
１４  セラミック層
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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