(57)【要約】【課題】高密度の耐環境コーティングを調製して適用する方法を提供すること。【解決手段】（１）ベースコートをその上に形成するために、水溶液と、少なくとも１つの耐火性金属酸化物と、スラリーの重量の約０．１〜１０％の量の少なくとも１つの非定常流体添加剤とを含むスラリー中に複雑形状の基体を浸漬するステップと、（２）浸漬した基体を硬化させるステップと、（３）トップバリアコートをその上に形成するために前駆溶液中に基体を浸漬するステップと、（４）保護コーティングを形成するために、浸漬して硬化させた基体を熱処理するステップと、を含む、複雑形状基体上に保護コーティングを堆積させる方法。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）ベースコートをその上に形成するために、水溶液と、少なくとも１つの耐火性金属酸化物と、スラリーの重量の約０．１〜１０％の量の少なくとも１つの非定常流体添加剤とを含むスラリー中に複雑形状の基体を浸漬するステップと、
（２）浸漬した基体を硬化させるステップと、
（３）トップバリアコートをその上に形成するために前駆溶液中に基体を浸漬するステップと、
（４）保護コーティングを形成するために、浸漬して硬化させた基体を熱処理するステップと、
を含むことを特徴とする、複雑な形状基体上に保護コーティングを堆積させる方法。
【請求項２】
前記スラリー中に前記基体を浸漬するステップの前に、前記基体と前記基体の任意の中間層との間に配置される、任意のボンドコートを適用することをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基体上に２層以上のベースコートを得るために、前記ステップ（１）と前記ステップ（２）とを反復することをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記保護コーティングにおいて所定の密度を達成するために、前記ステップ（３）と前記ステップ（４）とを反復することをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記前駆溶液が、希土類元素の塩と溶媒とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スラリーが、希土類元素の少なくとも１つの塩と、少なくとも１つの分散剤と、少なくとも１つの添加剤とをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（２）を実行する前に、前記ステップ（１）と前記ステップ（３）とを実行することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（２）を実行する前に、前記ステップ（１）と前記ステップ（３）とを連続して反復することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記硬化させるステップが、前記基体を約１２５０℃から１４５０℃の間の温度に、約３０分から５００分間、加熱することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップ（１）を実行した後に、前記ステップ（２）を実行することを特徴とすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップ（１）と前記ステップ（３）とを連続して実行した後に、前記ステップ（２）を実行することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記熱処理するステップは、前記基体を約５００℃から７００℃の間の温度に約３０分から９０分の間、加熱することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（２）を実行した後に、前記ステップ（４）を実行することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基体上の前記保護コーティングにおいて所望の密度が得られるまで、前記ステップ（３）〜前記ステップ（４）を反復することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの耐火性金属酸化物が、約２５モル％から１００モル％までの第１の耐火性金属酸化物と、約２５モル％までの、ジルコニウム、チタン、ニオブ、タンタル、セリウム、イットリウム、スカンジウム、アルミニウム、ケイ素、ランタン、ガドリニウム、サマリウム、ルテチウム、イッテルビウム、ユーロピウム、プラセオジム、ジスプロジウム、エルビウム、プロメチウム、ホリミウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される金属を含む、少なくとも１つの第２の耐火性金属の酸化物と、を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記非定常流体添加剤が、酸化ケイ素、ケイ酸リチウム、フューム化シリカ粉末およびコロイドシリカからなる群から選択される、少なくとも１つのシリカをベースとする材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記非定常流体添加剤が、少なくとも１つのチタニアをベースとする材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
（１）ベースコートを形成するために、水溶液と、少なくとも１つの耐火性金属酸化物と、スラリーの重量の約０．１〜１０％の量の少なくとも１つの非定常流体添加剤とを含むスラリーに物品を浸漬するステップと、
（２）浸漬した物品を硬化させるステップと、
（３）トップバリアコートをその上に形成するために前駆溶液中に物品を浸漬するステップと、
（４）保護コーティングを形成するために、浸漬して硬化させた物品を熱処理するステップと、
を含む工程によって被覆されることを特徴とする、物品。
【請求項１９】
前記物品が、ガスタービンエンジンの構成要素であることを特徴とする、請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
前記構成要素が、ベーン、ブレード、燃焼器ライナー、シュラウド、輸送ダクト、およびエアフォイルの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の物品。
【請求項２１】
前記構成要素が複雑な形状を有することを特徴とする、請求項１９に記載の物品。
【請求項２２】
前記複雑な形状が実質的に管状であることを特徴とする、請求項２１に記載の物品。
【請求項２３】
前記保護コーティングが、少なくとも１つの耐火性金属酸化物と、非定常流体添加剤との反応生成物を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の物品。
【請求項２４】
前記非定常流体添加剤が、酸化ケイ素、ケイ酸リチウム、フューム化シリカ粉末およびコロイドシリカからなる群から選択される、少なくとも１つのシリカをベースとする材料を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の物品。
【請求項２５】
前記非定常流体添加剤が、少なくとも１つのチタニアをベースとする材料を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の物品。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの耐火性金属酸化物が、約２５モル％から１００モル％までの第１の耐火性金属酸化物と、約２５モル％までの、ジルコニウム、チタン、ニオブ、タンタル、セリウム、イットリウム、スカンジウム、アルミニウム、ケイ素、ランタン、ガドリニウム、サマリウム、ルテチウム、イッテルビウム、ユーロピウム、プラセオジム、ジスプロジウム、エルビウム、プロメチウム、ホリミウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される金属を含む第２の耐火性金属の酸化物を少なくとも１つと、を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の物品。
【請求項２７】
前記物品が、少なくとも１つの表面を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の物品。
【請求項２８】
前記表面と前記保護コーティングとの間に配置されたボンドコートをさらに含むことを特徴とする、請求項２７に記載の物品。
【請求項２９】
前記ボンドコートが、ケイ素と窒化ケイ素の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２８に記載の物品。
【請求項３０】
前記ボンドコートと前記保護コーティングとの間に配置された中間層をさらに含むことを特徴とする、請求項２８に記載の物品。
【請求項３１】
前記中間層が、ＨｆＳｉＯ4、ＢａＳｉＯ2、ＳｒＳｉＯ2、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸イットリウム、希土類のケイ酸塩、ムライト、バリウムのアルカリ土類アルミノケイ酸塩、ストロンチウムのアルカリ土類アルミノケイ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする、請求項３０に記載の物品。
【請求項３２】
前記中間層が、ケイ素、酸化ハフニウムおよび酸化ハフニウムシリコンの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項３０に記載の物品。
【請求項３３】
少なくとも１つの耐火性金属酸化物と非定常流体添加剤との反応生成物を含み、
前記反応生成物は約０．５Ｗ／ｍＫから約６Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率値を有することを特徴とする、コーティング組成物。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの耐火性金属酸化物が、約２５モル％から１００モル％までの第１の耐火性金属酸化物と、約２５モル％までの、ハフニウム、ジルコニウム、チタン、ニオブ、タンタル、セリウム、イットリウム、スカンジウム、アルミニウム、ケイ素、バリウム、ストロンチウム、スカンジウム、ランタン、ガドリニウム、サマリウム、ルテチウム、イッテルビウム、ユーロピウム、プラセオジム、ジスプロジウム、エルビウム、プロメチウム、ホリミウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される金属を含む第２の耐火性金属の酸化物を少なくとも１つと、を含むことを特徴とする、請求項３３に記載のコーティング組成物。
【請求項３５】
前記非定常流体添加剤が、酸化ケイ素、ケイ酸リチウム、フューム化シリカ粉末およびコロイドシリカからなる群から選択される、少なくとも１つのシリカをベースとする材料を含むことを特徴とする、請求項３３に記載のコーティング組成物。
【請求項３６】
前記非定常流体添加剤が、少なくとも１つのチタニアをベースとする材料を含むことを特徴とする、請求項３３に記載のコーティング組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国政府の権利
米国政府は、エネルギー省（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ）から受けた契約番号第ＤＥ−ＦＣ２６−００ＣＨ１１０６０に従って、本発明における権利を有するものである。
【０００２】
本発明は、環境防護被覆（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）に関し、より詳細には、水蒸気の拡散が制限された状態で有効な、高密度な耐環境コーティングを調整かつ適用する、全ての産業に利用可能な、複雑形状を有する部品の使用寿命を延長する、コスト効率が向上された方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＣＭＣ、モノリシックＳｉＣおよびＳｉ3Ｎ4などのケイ素をベースとする構造用セラミックは、高性能なガスタービンに発生する水蒸気リッチな燃焼環境における、リセス（ｒｅｃｅｓｓｉｏｎ、陥没）を防止するために、保護被覆を必要とする。そのような構成要素の性能および寿命を向上させるために、環境防護被覆（ＥＢＣ）として知られる保護被覆を使用することが不可欠である。多数の特許並びに特許出願が、ＥＢＣ組成物を開示しているが、そのような保護コーティングを複雑な形状を有する部品に適用することを目的とする方法は比較的希少である。様々な産業で、複雑な形状の部品が使用されている。そのような産業の１つが航空機製造業であり、そのガスタービンエンジン構成部品は、ベーン一体型リング（ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｖａｎｅ  ｒｉｎｇ）やブレード一体型ロータ（ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ  ｂｌａｄｅｄ  ｒｏｔｏｒ）など、複雑な部品形状を有する。
【０００４】
そのような複雑な形状部品に対して好適な被覆工程は、肉厚で高密度な被膜を低コストかつ迅速な生産速度で提供するものでなければならない。プラズマ溶射法および物理蒸着法はいずれも、直視界工程（ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ）であり、これらは複雑形状を迅速に被覆するには実用的ではない。高密度な被膜を得るのに使用されることの多い非直視界工程は化学蒸着（ＣＶＤ）法である。この技法は、肉厚で高密度な被膜形成を可能にするが、ＣＶＤ法は高価で、低速度であり、多大な工程開発と作業者の熟練技術を必要とする。
【０００５】
最近、非直視界法として電気泳動堆積法（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＰＤ））を包含する被覆工程が、２００４年８月９日に出願され、本願の譲受権限者、ユナイテッド・テクノロジー社（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡された、米国特許出願第１０／９１４９２５号に開示された。しかしながら、ＥＰＤは、この工程の商業的魅力を漸減させる製造上の欠点がある。すなわち、ＥＰＤ工程は、基体上に均一な被膜（あるいは複数の被膜）を堆積させるのに、導電性基体と複雑な電極設計を必要とする。
【０００６】
他の被覆工程は、ゾルゲルを包含する。ゾルゲル法は、複雑な寸法形状を有する基体を被覆するのに使用されることが多い。ゾルゲル法は、迅速で安価な方法で高密度被覆を製造する。しかしながら、ゾルゲル法は、高密度な被膜をわずかに数μｍ程度の厚さに形成するだけであり、このため、厳しい環境条件への露出に耐えるのに十分なほど、被膜が厚くて高密度でなくてはならない場合には、この工程は不適当である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、水蒸気の拡散が制限された状態で有効な、高密度な耐環境コーティングを製造かつ適用する、全ての産業に利用可能な、複雑形状を有する部品の使用寿命を延長するコスト効率のよい方法が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、複雑な形状の基体上に保護コーティングを堆積させる方法は、概して、（１）ベースコートをその上に形成するために、水溶液と、少なくとも１つの耐火性金属酸化物と、スラリーの重量の約０．１〜１０％の量の少なくとも１つの非定常流体添加剤（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｆｌｕｉｄ  ａｄｄｉｔｉｖｅ）とを含むスラリー中に複雑形状の基体を浸漬するステップと、（２）浸漬した基体を硬化させるステップと、（３）トップバリアコートをその上に形成するために前駆溶液中に基体を浸漬するステップと、（４）保護コーティングを形成するために、浸漬して硬化させた基体を熱処理するステップと、を含む。
【０００９】
上記ステップは、連続して実施するか、またはステップ（２）を実行する前に、ステップ（１）とステップ（３）とを、１回または複数回実行するなどのように様々な順序で実行することが考えられる。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、物品は、概して、（１）ベースコートを形成するために、水溶液と、少なくとも１つの耐火性金属酸化物と、スラリーの重量の約０．１〜１０％の量の少なくとも１つの非定常流体添加剤（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｆｌｕｉｄ  ａｄｄｉｔｉｖｅ）とを含むスラリーに物品を浸漬するステップと、（２）浸漬した物品を硬化させるステップと、（３）トップバリアコートをその上に形成するために前駆溶液中に物品を浸漬するステップと、（４）保護コーティングを形成するために、浸漬して硬化させた物品を熱処理するステップと、を含む工程によって被覆される。複雑な形状は実質的に管状であってもよい。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、コーティング組成物は、概して、少なくとも１つの耐火性金属酸化物と非定常流体添加剤との反応生成物を含み、この反応生成物は約０．５Ｗ／ｍＫ〜約６Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率値を有する。
【００１２】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細を、添付の図面および以下の説明に記載する。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、この説明および図面、または特許請求の範囲から明白であろう。
【００１３】
異なる図面における同じ符号並びに名称は、同じ要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、ケイ素基体とトップバリア層とを含む物品に関し、トップバリア層は、物品が高温の水性環境に曝されるときに、ケイ素のガス種が形成されるのを防止する。本発明はまた、物品を製造する方法に関する。さらに、ここで理解すべきことは、トップ層は特に耐環境層そのものであるが、トップ層はまた、断熱層としても機能し、したがって本発明は、ケイ素含有基体上の環境／断熱トップ層としての用途を概ね包含することである。
【００１５】
図１〜図３を参照すると、ケイ素含有基体には、ケイ素をベースとするセラミック基体１０からなるものであってよい。好ましい一実施形態において、ケイ素含有基体は、例えば炭化ケイ素や窒化ケイ素などのケイ素含有セラミック材料であってよい。本発明の特定の一実施形態によれば、ケイ素含有セラミック基体１０には、繊維、粒子、およびその他の強化材料を含むケイ素含有基材、特に、繊維強化されたケイ素ベース基材からなるものであってよい。本発明の別の実施形態においては、ケイ素含有セラミック基体１０は、モノリシック炭化ケイ素またはモノリシック窒化ケイ素としてもよい。
【００１６】
本発明の物品において特に有用である、本発明のトップバリアコート層１６は、約２５〜１００モル％の耐火性金属酸化物、例えば、好ましい範囲が約７５〜１００モル％である酸化ハフニウムを含んでなるものであってよい。好ましい一実施形態によれば、単斜晶の酸化ハフニウムが好ましい。ある特定の実施形態においては、トップバリアコート層１６はさらに、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｅおよびそれらの混合物からなる群から選択される金属を有する、少なくとも１つの耐火性金属の酸化物を約７５モル％以下、より好ましくは約２５モル％以下の範囲で含み、残部が酸化ハフニウムであるものであってもよい。さらに別の実施形態においては、トップバリアコート層１６は、約７５モル％、好ましくは約２５モル％以下の範囲の、希土類元素、Ｙ、Ｓｃ、Ａｌ、Ｓｉおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの耐火性金属の酸化物と、残部の酸化ハフニウムを含んでなるものであってよい。さらに別の実施形態においては、トップバリアコート層１６は、約７５モル％以下、好ましくは約２５モル％以下の範囲の、希土類元素、Ｙ、Ｓｃおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの酸化物と、残部の酸化ハフニウムを含んでなるものであってよい。特に有用な上記希土類元素としては、それらに限定はされるものではないが、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｕおよびそれらの混合物が包含される。
【００１７】
トップバリアコート層１６は、物品中において、約２０μｍ〜１５０μｍ、好ましくは約４０μｍ〜１００μｍの間の、理想的には約５０μｍ〜７５μｍの間の厚さで存在する。本発明の物品のさらに別の実施形態においては、ケイ素含有基体とトップバリアコート層との間に、中間コート層１４を設けてもよい。１つまたは複数の中間コート層１４は、トップバリアコート膜層１６と基体１０との間の粘着性を強化し、あるいはまた、トップバリアコート層１６と基体１０との間の反応を防止する役割を果たすことができる。この任意の中間コート層１４は、例えば、ＨｆＳｉＯ4、ＢａＳｉＯ2、ＳｒＳｉＯ2、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸イットリウム、希土類のケイ酸塩、ムライト、バリウムストロンチウムのアルカリ土類アルミノケイ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される層を含んでもよい。中間コート層１４はまた、ＳｉとＨｆＯ2やＨｆＳｉＯ4との、あるいは両方との混合物を含めてもよい。この中間層の厚さは、トップバリアコート層１６を基準とする。中間コート層１４に加えて、任意のボンドコート層１２を、ケイ素含有基体１０と、トップバリアコート層１６、あるいは、中間コート層を使用する場合にはその中間コート層１４との間に設けてもよい。好適なボンドコート層１２は、約２５μｍ〜１００μｍ、好ましく約４０μｍ〜６０μｍの厚のケイ素金属からなるものであってよい。ボンドコート層１２の別の実現形態には、ＳｉとＨｆＯ2やＨｆＳｉＯ4との、あるいは両方との混合物からなるものが包含され得る。
【００１８】
次に図４Ａと図４Ｂを参照すると、本明細書で開示の保護コーティングを適用する非限定的な２つの方法により、基体上への保護コーティングの全体的な粘着性と均一性とが改善される。限定する意味ではなく説明の目的で、この方法は、一連のステップで説明することができる。その内のいくつかは任意としてもよく、またその順序は、それに限定されることはないが、意図する用途、工程条件、その他の要因に応じて変更してもよい。
【００１９】
本明細書で開示の一実施形態においては、本発明の方法は、上記かつ図４Ａのステップ１に示すように、ケイ素含有基体１０を供給するステップを概して含む。基体１０は、必要に応じて、図４Ａのステップ２に示すような、基体１０上に配置される、任意のボンドコート層１２を含んでもよい。任意の中間コート層１４は、その層が存在するある場合には、図４Ａのステップ３に示すように任意のボンドコート層１２上に配置してもよい。
【００２０】
任意のボンドコート層１２は、それらには限定されないが、溶射、スラリー被覆、蒸着（化学蒸着および物理蒸着）、前述の方法の少なくとも１つを含む組合せ、およびその他、当該技術分野において既知の好適な方法のいずれかで、ケイ素含有基体１０に適用することができる。任意の中間コート層１４もまた、これらの同じ方法、およびその組合せによって、当該技術分野において周知のように、ケイ素含有基体１０または任意のボンドコート層１２に適用することができる。
【００２１】
トップバリアコート層１６は、図４Ａにおけるステップ４に示すように、スラリー浸漬被覆法を使用して、中間コート層が存在する場合には、その中間コート層１４上に適用するのが好ましい。スラリー浸漬被覆法は、概して、任意のボンドコート層１２と中間コート層１４を有するかまたは有さない状態で、ケイ素含有基体１０をスラリー中に浸漬するステップを含む。スラリーは、水溶液と、希土類元素の酸化物源と、分散剤と、任意の非定常流体添加剤とを含んでなる。この水溶液は、希土類元素の酸化物源、非定常流体添加剤、およびケイ素含有基体とその層に適合する任意の流体、例えば、それらに限定されることはないが、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｕおよびそれらの混合物などの希土類元素とその酸化物を含む溶液が含まれ得る。好ましくは、その溶液は、少なくとも約０．４μｍ〜約１．５μｍの平均粒径を有する酸化ハフニウムが含まれる。この水溶液はまた、希土類元素の酸化物源として機能する、例えば、酸化ハフニウムや前駆塩あるいは両方を含んでよい。代替方法として、希土類金属の酸化物源を形成するよう反応する前述の希土類元素の１つを水溶液に添加してもよい。
【００２２】
分散剤は、米国コネチカット州ノーウォーク（Ｎｏｒｗａｒｋ，Ｃｏｎｎｅｔｉｃｕｔ）のＲ．Ｔ．バンダービルト社（Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販のダーバン（ＤＡＲＶＡＮ（登録商標））として入手可能な、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）またはポリアクリル酸、あるいは前述の分散剤の少なくとも１つを含む組合せなどが包含される。分散剤は、５０重量％以下のスラリー、好ましくは５重量％以下のスラリーを含んでよい。特に、酸化ハフニウムを含む水溶液中のＰＥＩという組合せは、従来技術の保護コーティングに比較して、改善されたレオロジー挙動を示す保護コーティングをもたらす。
【００２３】
このスラリーはまた、非定常流体添加剤を含み得る。非定常流体添加剤は、結晶粒の成長を促進し、粒間に孔が形成されるのを防止するために使用する。以下に説明する添加剤を添加すると、孔の形成が排除されて結晶粒の成長が促進されるため、粘着性を向上させることができることが発見された。非定常流体添加剤は、一般に、シリカ源またはチタニア源が包含される。そのようなシリカ源およびチタニア源は、それらに限定されるものではないが、前駆溶液、コロイド、懸濁液、粉末、およびその他を包含し得る。代表的なシリカ源としては、それらに限定されるものではないが、酸化ケイ素、ケイ酸リチウム、フューム化シリカ粉末、コロイドシリカ、それらのうち少なくとも１つ含む混合物などがある。シリカまたはチタニアのいずれを使用しても、粒径は、層間、例えばトップバリアコート層と、任意の中間層または任意のボンドコート層またはケイ素含有基体との間の粘着性にプラスの影響を与えることが可能であることが認められる。非定常流体添加剤は、このスラリーを約０．１〜約１０重量％、好ましくは約０．５〜約８重量％、さらに最も好ましくは約１〜約５重量％含む。例えば、非定常流体添加剤としてのケイ酸リチウムと、希土類元素の酸化物源としての酸化ハフニウムとを使用する場合には、ケイ酸リチウムが分解して酸化ケイ素を生成し、これが、酸化ハフニウムと反応して、酸化ハフニウムの粒間、ならびに酸化ハフニウムとケイ素との間に、ケイ酸ハフニウムの層を形成する。
【００２４】
図４Ａのステップ４に示すように、ケイ素含有基体と、任意のボンドコート層１２と中間コート層１４とをスラリー中に浸漬して、所望のトップバリアコート層１６のベースコートを形成することができる。ベースコートが形成されると、被覆された基体は、約１２５０℃〜約１４５０℃、好ましくは約１３５０℃の温度で、約３０分〜約５００分の間、好ましくは約３００分間、硬化させることができる。硬化すると、図４Ａのステップ４、５を反復して、トップバリアコート材料の、第２かつ後続の（１つまたは複数の）層を、第１のトップバリアコート層上に堆積させることができる。
【００２５】
図４Ａのステップ５に示すように、被覆された基体が硬化した後に、図４Ａのステップ６に示すように、基体を前駆溶液中に浸漬することができる。前駆溶液には、それらには限定されないが、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｕおよびそれらの混合物などの、希土類元素の塩と、溶媒を含む。希土類元素の塩の代表的なものとしては、それらに限定はされないが、窒化ハフニウム、塩化ハフニウム、または溶媒とともにスラリーの水溶液に可溶なその他のハフニウム塩がある。これらの希土類元素の塩は、溶媒と反応して、希土類金属の酸化物を形成する。前駆溶液は、トップバリアコートの孔内に浸透して前駆粒子を堆積させることができる。図４Ａのステップ７に示すように、浸漬された基体を熱処理すると、希土類金属の酸化物が孔中に形成されて、トップバリアコート層１６を高密度化させる。浸漬された基体は、約５００℃〜約７００℃の温度、好ましくは約６００℃の温度で、約３０分〜９０分の間、好ましくは約６０分間、熱処理することができる。熱処理後、トップバリアコートの所望の密度が得られるまで、図４Ａのステップ６、７を反復してもよい。
【００２６】
次に図４Ｂの示す代替実施形態を参照すると、ステップ１に示すようにケイ素基体を供給して、すべて上述したように、ステップ２に示すように任意のボンドコート層１２で被覆し、ステップ３に示すように任意の中間コート層１４で被覆し、さらに前述のスラリー単独中にではなく、ステップ４に示すように、本明細書に記述したスラリーと本明細書で記述した前駆溶液との混合物中に浸漬してもよい。次いで、被覆された基体を、ステップ５において上述したように硬化させて、ステップ４およびステップ５を反復して、第１のトップバリアコート層上に、トップバリアコート材料の第２のかつ（１つ又は複数の）層を堆積させることができる。次いで図４Ｂのステップ６、７において、基体を、上述したように前述の前駆溶液に浸漬して、上述したように熱処理する。熱処理後、トップバリアコート層１６の所望の密度が得られるまで、図４Ｂのステップ６、７を反復することができる。
【００２７】
ここで理解すべきことは、本発明は、本明細書で説明して示した例示に限定されることはなく、それらの例示は本発明を実施するための最良の形態を説明するためのものにすぎず、それらの形態、寸法、部品の配置、および動作の詳細は変更可能であることである。本発明は、特許請求の範囲によって定義される趣旨と範囲に包含されるそのような変更形態をすべて含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ボンドコート、中間層およびトップバリアコートで被覆された、基体の一部を表わす図である。
【図２】ボンドコート、およびトップバリアコートで被覆された、基体の一部を表わす図である。
【図３】トップバリアコートで被覆された、基体の一部を表わす図である。
【図４Ａ】複雑な形状の基体上に保護コーティングを堆積させる一方法を示す、フロー図である。
【図４Ｂ】複雑な形状の基体上に保護コーティングを堆積させる代替方法を示す、フロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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