(57)【要約】【課題】酸化物分散体を含む減圧プラズマ溶射コーティング。【解決手段】技術は、減圧ポンプ制御して、減圧チャンバを高真空へと排気することと；プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を用いて減圧チャンバの基材上にコーティングを堆積することと；反応性気体種の源を制御して、プラズマ溶射物理蒸着処理の間、反応性気体種の制御量を減圧チャンバ内に導入することとを含んでもよい。反応性気体種は、コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、コーティングの少なくとも一部に分散相を形成してもよい。【選択図】図１
2016194157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧ポンプと；
減圧チャンバと；
プラズマ溶射装置と；
反応性気体種の源と；
コンピュータ装置と；
を含む、システムであって、
前記コンピュータ装置は：
前記減圧ポンプを制御して、前記減圧チャンバを高真空へと排気し；
前記プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を用いて前記減圧チャンバ内の基材上にコーティングを堆積し；
前記反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入するよう操作可能であり、
前記反応性気体種は、前記コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散層を形成する、システム。
【請求項２】
前記反応性気体種の源は気体酸化剤の源を含み、前記反応性気体種は前記気体酸化剤を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記気体酸化剤の源は酸素源を含み、前記気体酸化剤は酸素を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コーティングはシリコンを含み、前記酸素は前記シリコンと反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散したシリカ相を形成する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コンピュータ装置は、前記反応性気体種の源を制御して、前記反応性気体種を、前記減圧チャンバへと、前記プラズマ溶射装置によって生成される蒸気プルームの外側に導入するよう操作可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記コンピュータ装置は、前記プラズマ溶射装置を制御して、前記基材上の前記コーティングの成分を含む蒸気プルームを走査するよう操作可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記蒸気プルームを走査することで、前記コーティングが複数の層状に形成され、前記複数の層の間の界面付近に分散層が形成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
減圧ポンプを制御して、減圧チャンバを高真空へと排気することと；
プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を用いて減圧チャンバの基材上にコーティングを堆積することと；
反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入することとを含み、
前記反応性気体種は、前記コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散層を形成する、方法。
【請求項９】
前記反応性気体種の源は気体酸化剤の源を含み、前記反応性気体種は前記気体酸化剤を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記気体酸化剤の源は酸素源を含み、前記気体酸化剤は酸素を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コーティングはシリコンを含み、前記酸素は前記シリコンと反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散したシリカ相を形成する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入することは、前記反応性気体種の源を制御して、前記反応性気体種を、前記減圧チャンバへと、前記プラズマ溶射装置によって生成される蒸気プルームの外側に導入することを含む、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記プラズマ溶射装置を制御して、前記基材上の前記コーティングの成分を含む蒸気プルームを走査することを更に含む、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記蒸気プルームを走査することで、前記コーティングが複数の層状に形成され、前記複数の層の間の界面付近に分散層が形成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
実行したとき、コンピュータ装置に、
減圧ポンプを制御させ、減圧チャンバを高真空へと排気し；
プラズマ溶射装置を制御させ、プラズマ溶射物理蒸着を用いて前記減圧チャンバ内の基材上にコーティングを堆積し；
反応性気体種の源を制御させ、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入する、命令を含み、
前記反応性気体種は、前記コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散層を形成する、コンピュータ可読記憶装置。
【請求項１６】
前記反応性気体種の源は気体酸化剤の源を含み、前記反応性気体種は前記気体酸化剤を含む、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶装置。
【請求項１７】
前記気体酸化剤の源は酸素源を含み、前記気体酸化剤は酸素を含む、請求項１６に記載のコンピュータ可読記憶装置。
【請求項１８】
前記コーティングはシリコンを含み、前記酸素は前記シリコンと反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散したシリカ相を形成する、請求項１７に記載のコンピュータ可読記憶装置。
【請求項１９】
実行すると、前記コンピュータ装置に前記反応性気体種の源を制御させ、前記反応性気体種を、前記減圧チャンバへと、前記プラズマ溶射装置によって生成される蒸気プルームの外側に導入する命令を更に含む、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載のコンピュータ可読記憶装置。
【請求項２０】
実行すると、前記コンピュータ装置に前記プラズマ溶射装置を制御させ、前記基材上の前記コーティングの成分を含む蒸気プルームを走査し、前記蒸気プルームを走査することで前記コーティングが複数の層状に形成され、前記複数の層の間の界面付近に分散層が形成される命令を更に含む、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載のコンピュータ可読記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、減圧プラズマ溶射コーティング内に酸化物分散体を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック又はセラミックマトリクス複合材（ＣＭＣ）材料は、機械的及び熱的特性が重要な様々な場面において有用であることがある。例えば、高温機械システム、例えばガスタービンエンジンの部品は、セラミック又はＣＭＣ材料からできていることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
セラミック又はＣＭＣ材料は耐熱性であることがあるが、しかしながら、いくつかのセラミック又はＣＭＣ材料は、高温機械システムの作動環境に存在するいくつかの元素及び化合物、例えば水蒸気と反応することがある。水蒸気との反応は、セラミック又はＣＭＣ材料の損耗につながることがある。これらの反応は、セラミック又はＣＭＣ材料に損傷を与え、セラミック又はＣＭＣ材料の機械的特性を低減することがあり、このことは部品の有用な寿命を縮めることがある。したがって、いくつかの例において、セラミック又はＣＭＣ材料は、高温機械システムの作動環境に存在する元素及び化合物への基材の曝露を低減する環境的バリアコーティングで被覆してもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
いくつかの例において、本開示は、減圧ポンプ、減圧チャンバ、プラズマ溶射装置、反応性気体種の源、及びコンピュータ装置を含むシステムを記載する。コンピュータ装置は、減圧ポンプを制御して、減圧チャンバを高真空へと排気し、プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を用いて減圧チャンバ内の基材上へとコーティングを堆積し、反応性気体種の源を制御して、プラズマ溶射物理蒸着プロセスの間に、反応性気体種の制御量を減圧チャンバ内へと導入するよう、操作可能であってもよい。反応性気体種は、コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、コーティングの少なくとも一部に分散相を形成してもよい。
【０００５】
いくつかの例において、本開示は、減圧ポンプを制御して、減圧チャンバを高真空へと排気することと、プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を使用して減圧チャンバ内の基材上にコーティングを堆積することと、反応性気体種の源を制御して、プラズマ溶射物理蒸着プロセスの間、反応性気体種の制御量を減圧チャンバ内へと導入することとを含む、方法を記載する。反応性気体種は、コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、コーティングの少なくとも一部に分散相を形成してもよい。
【０００６】
いくつかの例において、本開示は、実行すると、コンピュータ装置に、減圧ポンプを制御させ、減圧チャンバを高真空へと排気し、プラズマ溶射装置を制御させ、プラズマ溶射物理蒸着を用いて減圧チャンバ内の基材上にコーティングを堆積し、反応性気体種の源を制御させ、プラズマ溶射物理蒸着プロセスの間、反応性気体種の制御量を減圧チャンバ内へと導入する命令を含む、コンピュータ可読記憶装置を記載する。反応性気体種は、コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、コーティングの少なくとも一部に分散相を形成してもよい。
【０００７】
一つ又は複数の例の詳細を、添付の図面、及び下記の説明において説明する。他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面から、並びに請求項から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、プラズマ溶射物理蒸着を使用して、コーティングの少なくとも一部に、分散層を含むコーティングを形成するシステムの例を示す、概念的及び模式的な略図である。
【０００９】
【図２】図２は、プラズマ溶射物理蒸着を使用して、コーティングの少なくとも一部に、分散層を含むコーティングを形成する技術の例を示す、フロー図である。
【００１０】
【図３】図３は、コーティングの少なくとも一部に分散層を含むコーティングを含む物品の例の断面図を示す、概念的及び模式的な略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、プラズマ溶射物理蒸着（ＰＳ  ＰＶＤ）を使用して、コーティングの少なくとも一部に、分散層を含むコーティングを形成する、システム及び技術を記載する。分散層を形成するために、ＰＳ  ＰＶＤ技術の間、反応性気体種を、高真空へと排気された減圧チャンバ内へと意図的に導入してもよい。反応性気体種は、コーティングの成分と反応して、コーティングの少なくとも一部に分散層を形成してもよい。
【００１２】
図１は、プラズマ溶射物理蒸着を使用して、コーティング１８の少なくとも一部に分散層を含むコーティング１８を形成する、例示的システム１０を示す、概念的及び模式的な略図である。システム１０は、ステージ１４、気体源２０、及びプラズマ溶射装置２２を封入する減圧チャンバ１２を含む。システム１０は、減圧ポンプ２６、及びコンピュータ装置２４もまた含む。基材１６は、エンクロージャー１２内に配置されており、及びコーティング１８を含む。
【００１３】
減圧チャンバ１２は、ステージ１４、基材１６、気体源２０、及びプラズマ溶射装置２２を実質的に封入（例えば、封入する、又はほとんど封入）してもよい。減圧チャンバ１２は、減圧チャンバ１２の内部から流体（例えば、気体）をポンピングして、減圧チャンバ１２内の減圧を確率するよう操作可能な、少なくとも一つの減圧ポンプ２６へと流体的に接続されている。いくつかの例において、減圧ポンプ２６は、共に減圧チャンバ１２を高真空へと排気する複数のポンプ又は複数のポンプのステージを含んでもよい。例えば、減圧ポンプ２６は、スクロールポンプ、スクリューポンプ、ルーツポンプ、ターボ分子ポンプ等の少なくとも一つを含んでもよい。本明細書において、高真空とは、約１０トル未満（約１．３３キロパスカル（ｋＰａ））の圧力を意味してもよい。いくつかの例において、ＰＳ−ＰＶＤ技術の間、減圧チャンバ１２内の圧力は、約０．５トル（約６６．７Ｐａ）〜約１０トル（約１．３３ｋＰａ）であってよい。
【００１４】
いくつかの例において、減圧プロセスの間、減圧チャンバ１２は、実質的に不活性な雰囲気（例えば、ヘリウム、アルゴン等）で充填し直して、その後の減圧の間、実質的に不活性な気体を目標圧力（例えば、高真空）まで除去してもよい。このようにして、高真空下で減圧チャンバ１２内に残存する気体分子は、例えば、基材１６及びコーティング１８に対して実質的に不活性であってよい。
【００１５】
いくつかの例において、ステージ１４は、コーティング１８の形成の間、基材１６をステージ１４に対して適所へと選択的に配置及び拘束するよう構成されてもよい。いくつかの例において、ステージ１４は、プラズマ溶射装置２２、気体供給源２０、又はその両方に対して移動可能である。例えば、ステージ１４は、プラズマ溶射装置２２、気体供給源２０、又はその両方に対する基材１６の位置を定めるよう、移動可能及び／又は少なくとも一つの軸に沿って回転可能であってよい。同様に、いくつかの例において、基材１６に対する、プラズマ溶射装置２２、気体供給源２０、又はその両方の位置を定めるよう、プラズマ溶射装置２２、気体供給源２０、又はその両方は、ステージ１４に対して移動可能であってもよい。
【００１６】
気体源２０は、反応性気体種の供給源を含んでもよい。いくつかの例において、気体源２０は、反応性気体種を減圧チャンバ１２内へと導入するため、減圧チャンバ１２内にノズル又は他の装置を含んでもよい。気体源２０は、コンピュータ装置２４が、気体源２０を制御する（例えば、バルブを開く又は閉じる、気体源２０を配置する、気体源２０を用いて反応性気体種の流速を制御する）ように、コンピュータ装置２４に通信可能に組み合わせてもよい。本明細書にさらに詳細に記載するように、いくつかの例において、反応性気体種は酸素を含む。
【００１７】
プラズマ溶射装置２２は、ＰＳ―ＰＶＤ技術に使用するためのプラズマを生成するために用いる装置を含む。例えば、プラズマ溶射装置２２は、プラズマ気体チャネルによって分離されたカソード及びアノードを含む、プラズマ溶射ガンを含んでもよい。プラズマ気体がプラズマ気体チャネルを通って流れると、カソードとアノードとの間に電圧が適用され、プラズマ気体にプラズマを形成させてもよい。いくつかの例において、コーティング材料がプラズマ気体チャネルの一部を通って流れるように、コーティング材料をプラズマ溶射装置２２内に注入してもよい。いくつかの例において、コーティング材料を、プラズマ溶射装置２２の外部のプラズマに導入してもよい。いくつかの例において、コーティング材料は、プラズマによるコーティング材料の蒸発を促進するよう、比較的微細な粉末（例えば、約５マイクロメートル未満の平均粒径）であってもよい。
【００１８】
コンピュータ装置２４は、例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ワークステーション、サーバ、メインフレーム、クラウドコンピューティングシステム等を含んでもよい。コンピュータ装置２４は、一つ又は複数の処理装置、例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、汎用マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブル論理アレー（ＦＰＧＡ）、又は他の均等な集積若しくはディスクリート論理回路の一つ又は複数を含んでもよく、又はこれらであってもよい。したがって、本明細書で用いる用語「処理装置」とは、本明細書に記載の技術の実装例に適する、あらゆる前述の構造、又はあらゆる他の構造を意味してもよい。更に、いくつかの例において、コンピュータ装置２４の機能は、専用ハードウェア及び／又はソフトウェアモジュール内で提供されてもよい。
【００１９】
コンピュータ装置２４は、例えば、ステージ１４、気体源２０、プラズマ溶射装置２２、及び／又は減圧ポンプ２６を含むシステム１０の動作を制御するよう構成される。コンピュータ装置２４は、それぞれの通信接続を用いて、ステージ１４、気体源２０、プラズマ溶射装置２２、及び／又は減圧ポンプ２６の少なくとも一つへと通信可能に組み合わせてもよい。そのような接続は、無線接続又は有線接続であってよい。
【００２０】
コンピュータ装置２４は、ステージ１４、気体源２０、及び／又はプラズマ溶射装置２２の動作を制御して、気体源２０及び／又はプラズマ溶射装置２２に対する基材１６の位置を定めるよう構成されてもよい。例えば、上述のように、コンピュータ装置２４は、気体源２０及び／又はプラズマ溶射装置２２が、移動及び／又は少なくとも一つの軸に沿って回転して、気体源２０及び／又はプラズマ溶射装置２２に対する基材１６の位置を定めるよう制御してもよい。
【００２１】
上述のように、システム１０は、基材１６上に堆積するコーティング１８にＰＳ―ＰＶＤ技術を行うよう構成されてもよい。いくつかの例において、基材１６は、高温機械システム、例えばガスタービンエンジンの部品を含んでもよい。例えば、基材１６は、封止部分、ブレードトラック、エアフォイル、ブレード、ベイン、燃焼室ライナ等の部品でもよい。いくつかの例において、基材は、セラミック、又はＣＭＣを含んでもよい。セラミック材料の例としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、アルミノシリケート、シリカ（ＳｉＯ2）、遷移金属炭化物、及び遷移金属ケイ化物（例えばＷＣ、Ｍｏ2Ｃ、ＴｉＣ、ＭｏＳｉ2、ＮｂＳｉ2、ＴｉＳｉ2）等が挙げられる。いくつかの例において、基材１２は、シリコン金属、炭素等をさらに含んでもよい。いくつかの例において、基材１２は、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、アルミノシリケート、シリカ、シリコン金属、炭素等の二つ以上の混合物を含んでもよい。
【００２２】
基材１２がＣＭＣを含む例において、基材１２は、マトリクス材料、及び強化材を含む。マトリクス材料は、セラミック材料、例えば、本明細書に記載のシリコン金属、ＳｉＣ、又は他のセラミックスを含む。ＣＭＣは、連続又は不連続な強化材を更に含む。例えば、強化材としては、不連続な、ウィスカー、小片、又は微粒子が挙げられる。他の例として、強化材としては、連続的なモノフィラメント又はマルチフィラメントの織物が挙げられる。いくつかの例において、強化材としては、ＳｉＣ、Ｃ、本明細書に記載の他のセラミック材料等が挙げられる。いくつかの例において、基材１２は、ＳｉＣ−ＳｉＣセラミックマトリクス複合材を含む。
【００２３】
コーティング１８は、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）、又はＥＢＣの層を含んでもよい。例えば、コーティング１８は、ＥＢＣの結合コーティング、又はＥＢＣのセラミック層を含んでもよい。ＥＢＣの結合コーティングは、例えば、シリコン金属を、単独又は少なくとも一つの他の成分と混合して含んでもよい。例えば、結合コーティングは、シリコン金属、及び遷移金属炭化物、遷移金属ホウ化物、遷移金属窒化物、ムライト（ケイ酸アルミニウム、Ａｌ6Ｓｉ2Ｏ13）、シリカ、シリサイド、酸化物（例えば、酸化ケイ素、希土類酸化物、アルカリ酸化物等）、シリケート（例えば、希土類シリケート等）の少なくとも一つを含んでもよい。いくつかの例において、一つ又は複数の更なる成分は、シリコン金属と実質的に均一に混合されていてもよい。他の例において、一つ又は複数の更なる成分は、シリコン金属相とは別の第二の相を形成してもよい。
【００２４】
いくつかの例において、コーティング１８は、ＥＢＣ層を、単独又は結合コーティングに加えて含む。コーティング１８が結合コーティングに加えてＥＢＣ層を含む例において、ＥＢＣ層は、結合コーティング上にあってもよい。ＥＢＣ層は、基材１６が使用される環境に存在する化学種、例えば、水蒸気、カルシア―マグネシア―アルミナ―シリケート（ＣＭＡＳ；ガスタービンエンジンの吸気気体に存在することがある混入物）などと下層との接触を低減するよう選択された、成分及び物理的構造を含んでもよい。ＥＢＣ層は、希土類酸化物、希土類シリケート、アルミノシリケート、又はアルカリ土類アルミノシリケートの少なくとも一つを含んでもよい。例えば、ＥＢＣ層は、少なくとも一つの希土類モノシリケート（ＲＥ2ＳｉＯ5、式中、ＲＥは希土類元素である）、少なくとも一つの希土類ジシリケート（ＲＥ2Ｓｉ2Ｏ7、式中、ＲＥは希土類元素である）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
【００２５】
いくつかの例において、ＥＢＣ層は、ＥＢＣ層の主要な成分に加えて、添加物を含んでもよい。例えば、ＥＢＣ層は、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＳｉＯ4、アルカリ金属酸化物、又はアルカリ土類金属酸化物の少なくとも一つを含んでもよい。添加物をＥＢＣ層に加えて、ＥＢＣ層の一つ又は複数の所望の特性を変更してもよい。例えば、添加剤成分は、ＥＢＣ層とカルシア―マグネシア―アルミナ―シリケート（ＣＭＡＳ；ガスタービンエンジンの吸気気体に存在することがある混入物）との反応速度を増大又は低減してもよく、ＣＭＡＳとＥＢＣ層の一つ又は複数の成分との反応による反応生成物の粘度を変更してもよく、ＥＢＣ層の結合コーティングへの接着性を増加してもよく、ＥＢＣ層の化学的安定性を増加又は低減するなどしてもよい。いくつかの例において、ＥＢＣ層は、実質的に非多孔質な層でもよい（例えば、多孔性が約５体積パーセント未満であってよい）。ＥＢＣ層は、異なる又は同じ組成を有する一つ又は複数の副層を含んでもよく、一つ又は複数の副層のそれぞれの組成は、副層及びＥＢＣ層全体に選択された特性を提供するよう選択してもよい。
【００２６】
いくつかのＰＳ―ＰＶＤ技術とは異なり、システム１０は気体源２０を含み、気体源２０は、ＰＳ―ＰＶＤ技術の間、減圧チャンバ１２に反応性気体種（例えば酸素）を供給してもよい。反応性気体種は、コーティング１８の成分と反応して、第二の相（例えば酸化物相）を形成してもよい。いくつかの例において、第二の相は粒子相であってよく、コーティング１８内に比較的微細な分散体を形成してもよい。例えば、コーティング１８は、シリコン金属ベースの結合コーティングを含んでもよく、第二の相は、酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ2）を含んでもよい。第二の相は、耐久性及びコーティング１８内のクラック伝播性に影響を及ぼしてもよい。
【００２７】
図２は、プラズマ溶射物理蒸着を使用して、コーティングの少なくとも一部に分散層を含むコーティングを形成する技術の例を示す、フロー図である。図３は、コーティング４４の少なくとも一部に分散層４８を含むコーティング４４を含む、例示的な物品４０の断面図を示す、概念的及び模式的な略図である。図２の技術は、単に記載の簡略化のため、図１のシステム１０、及び図３の物品４０に関して記載する。当業者であれば、図２の技術は、図１のシステム１０以外のシステムを使用して実施してもよく、図２の物品４０以外の物品を形成するために使用してもよく、又はこれらの両方であってもことを認識し、認める。
【００２８】
図２の技術は、コンピュータ装置２４によって減圧ポンプ２６を制御して、減圧チャンバ１２を高真空へと排気すること（３２）を含んでもよい。上述のように、減圧ポンプ２６を用いて、減圧チャンバ１２を高真空へと、例えば、約１０トル（約１．３３ｋＰａ）未満、又は約０．５トル（約６６．７Ｐａ）〜約１０トル（約１．３３ｋＰａ）へと排気してもよい。いくつかの例において、コンピュータ装置２４は、減圧ポンプ２６及び実質的に不活性な気体（例えば、ヘリウム、アルゴン等）の源を制御して、複数のポンプ−ダウンで減圧チャンバ１２を排気してもよい。例えば、コンピュータ装置２４は、減圧ポンプ２６を制御して、基材１６を減圧チャンバ１２内に置いたときに存在する雰囲気を、減圧チャンバ１２から排気してもよい。コンピュータ装置２４は、実質的に不活性な気体の源を制御して、減圧チャンバ１２を、実質的に不活性な気体で満たしてもよい。コンピュータ装置２４は、減圧ポンプ２６を制御して、実質的に不活性な気体（及び、残存する雰囲気）を、減圧チャンバ１２から排気してもよい。いくつかの例において、コンピュータ装置２４は、実質的に不活性な気体の源及び減圧ポンプ２６を制御して、減圧チャンバ１２を、少なくとも１回（例えば、何度も）充填及び排気して、減圧チャンバ１２から反応性の気体を実質的に除去し、実質的に不活性な気体、例えばヘリウム、アルゴン等だけを減圧チャンバ１２内に残してもよい。
【００２９】
図２の技術は、コンピュータ装置２４によってプラズマ溶射装置２２を制御して、ＰＳ―ＰＶＤを用いて、減圧チャンバ１２内の基材１６上にコーティング１８を堆積すること（３４）もまた含んでもよい。ＰＳ―ＰＶＤでは、減圧チャンバ１２の圧力は、低圧プラズマ溶射で使用される圧力よりも低い。例えば、上述したように、コンピュータ装置２４は、減圧ポンプ２６を制御して、減圧チャンバ１２を、圧力約１０トル未満（約１．３３ｋＰａ）の高真空へと排気してもよい。これに対して、低圧プラズマ溶射では、減圧チャンバ内の圧力は、約５０トル（約６．６７ｋＰａ）〜約２００トル（約２６．６６ｋＰａ）である。作動圧力がより低いため、プラズマは、長さ及び直径の両方においてより大きく、温度及び粒子速度の比較的均一な分布を有することがある。
【００３０】
ＰＳ―ＰＶＤ技術の間、コーティング材料を、プラズマへと、例えばプラズマ溶射装置２２へと、内部的又は外部的に導入してもよい。プラズマの温度は、いくつかの例において、約６０００Ｋを超えることがあり、コーティング材料の実質的に全部（例えば、全部、又はほとんど全部）の蒸発につながることがある。プラズマは、実質的に蒸発したコーティング材料を基材１６へと運んで、実質的に蒸発したコーティング材料を基材１６上の層内に堆積させてもよい。実質的に蒸発したコーティング材料は、プラズマによって基材の方へと運ばれるので、ＰＳ―ＰＶＤは、いくつかの非視界（non line-of-sight）性能を提供して、プラズマ溶射装置２２の直接的な視界ではない表面上に、コーティング材料を堆積してもよい。これは、より複雑な形状（例えば、非平面形状）を有する基材上へのコーティング１８の形成を促進してもよい。
【００３１】
コーティング材料は、例えば、結合コーティングの成分、例えば、シリコン金属、ＥＢＣ層の成分、例えば酸化物等を含んでもよい。
【００３２】
ＰＳ―ＰＶＤ技術の間、コンピュータ装置２４は、気体源２０、反応性気体種の源を制御して、ＰＳ―ＰＶＤ処理の間、反応性気体種の制御量を減圧チャンバ１２内に導入してもよい（３４）。いくつかの例において、気体源２０は、酸化剤、例えば酸素の制御量を減圧チャンバ１２内に導入してもよい。他の例において、気体源２０は、他の反応性気体種、例えば窒素、炭素等を減圧チャンバ１２内に導入してもよい。反応性気体種は、コーティング材料、例えばシリコンの成分と反応するよう選択してもよい。
【００３３】
いくつかの例において、プラズマ溶射装置２２によって生成されるプラズマプルームの外側に、気体源２０を配置するか、又はコンピュータ装置２４で気体源２０を制御して配置する。例えば、上述したように、プラズマ溶射装置２２は、いくつかの例において、実質的に筒状体のように成形されることがある、比較的大きなプラズマプルームを生成してもよい。いくつかの例において、プラズマプルームの外側に導入される気体反応性種は、プラズマプルームの「表面」、例えば、筒状体の外周において、コーティング成分と反応してもよい。
【００３４】
気体反応性種がコーティング成分と反応すると、気体反応性種、及びコーティング成分は、コーティング１８内に第二の相を形成する化合物を形成してもよい。例えば、コーティング成分がシリコンを含み、気体反応性種が酸素を含む場合、得られる化合物は酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ2）を含んでもよい。
【００３５】
いくつかの例において、ＰＳ―ＰＶＤ技術の間、コンピュータ装置２４は、プラズマ溶射装置２２、ステージ１４、又はその両方を制御して、プラズマ溶射装置２２、基材１６、又はその両方をそれぞれに対して移動してもよい。例えば、コンピュータ装置２４は、プラズマ溶射装置２２を制御して、基材１６に対してプラズマプルームを走査するよう構成されてもよい。いくつかの例において、これによって、筒状体の外周に隣接するコーティング成分と反応する気体反応性種の間の反応によって形成される化合物を含む筒形のプラズマプルームを、基材１６の表面に対して移動させてもよい。
【００３６】
図３は、基材４２、及び基材４２に対してプラズマプルームを走査することによって形成されることがあるコーティング４４を含む、例示的な物品４０を示す概念的な略図である。図３に示す基材４２は、図１に関して記載した基材１６と同様であってよく、又は実質的に同一であってよい。コーティング４４は、複数のコーティング層４６Ａ〜４６Ｃを含み、それぞれコーティング成分を含んでもよい。コーティング４４は、第二の相分散体４８Ａ及び４８Ｂを含み、それぞれ、コーティング層４６Ａ〜４６Ｃのそれぞれの二層間の界面に配置されている。第二の相分散体４８Ａ及び４８Ｂは、プラズマプルームを基材２４に対して走査した結果であってもよい。例えば、プラズマプルームを所定の方向に走査したとき、第二の相材料は、主にプラズマプルームの前縁部及び後縁部にあり、プラズマプルームの中心は、主に未反応のコーティング成分を含んでもよい。したがって、それぞれのコーティング層４６Ａの上部及び底部は、それぞれのコーティング層４６Ａの中心よりも、第二の相分散体を多く含んでもよい。
【００３７】
ＰＳ―ＰＶＤ処理の間、気体源２０を制御して、気体反応性種の制御量を減圧チャンバ１２内へと導入する（３６）ことによって、第二の相分散体の制御量を、コーティング１８又は４４内に導入してもよい。プラズマプルーム内へのコーティング材料の導入とは別に気体反応性種を制御して、制御量で、コーティング１８の選択部分に、第二の相材料の形成を可能にしてもよい。第二の相分散体は、コーティング１８又は４４の機械的及び／又は化学的特性、例えば、耐久性、耐クラック伝播性等に影響を及ぼしてもよい。実質的に不活性な環境で動作するいくつかのＰＳ―ＰＶＤ技術とは対照的に、本明細書に記載の技術は、減圧チャンバ１２内で、気体反応性種を利用して、コーティング１８又は４４内に、第二の相の分散を形成する。
【００３８】
本明細書に記載の技術は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は任意のこれらの組み合わせの少なくとも一部において実施してもよい。例えば、記載の技術の様々な側面は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は任意の他の均等な集積若しくはディスクリート論理回路、並びにそのような部品の任意の組合せの一つ又は複数を含む、一つ又は複数の処理装置内で実施してもよい。用語「処理装置」又は「処理回路」は、一般に、前述の論理回路のいずれかの、単独、又は任意の他の論理回路若しくは他の均等な回路との組み合わせを意味する。ハードウェアを含む制御装置が、本明細書の技術の一つ又は複数を行ってもよい。
【００３９】
そのようなハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアを、同じ装置内で、又は別々の装置内で実装して、本明細書に記載の様々な技術を支持してもよい。更に、記載されている装置、モジュール、又は部品は、いずれも、組み合わせて、又は別々であるが相互使用可能な論理デバイスとして別々に実装してもよい。モジュール又は装置としての異なる特徴の描写は、異なる機能的側面を強調することを意図しており、そのようなモジュール又は装置が、別々のハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェア構成要素によって実現しなければならないことを必ずしも意味するわけではない。むしろ、機能的に関連する一つ又は複数のモジュール又は装置は、別々のハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェア構成要素によって行ってもよく、又は共通若しくは別々のハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェア構成要素内に一体化されていてもよい。
【００４０】
本明細書に記載の技術は、コンピュータシステム可読媒体、例えば命令を含むコンピュータシステム可読媒体において実施され、又はコードされてもよい。コンピュータシステム可読記憶媒体を含むコンピュータシステム可読媒体に埋め込まれた又はコードされた命令は、例えば、コンピュータシステム可読媒体に含まれる又はコードされた命令を、一つ又は複数の処理装置によって実行したときに、一つ又は複数のプログラマブルプロセッサ、又は他の処理装置に、本明細書に記載の技術の一つ又は複数を実施させてもよい。コンピュータシステム可読記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電子的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ―ＲＯＭ（ＣＤ―ＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、カセット、磁気媒体、光学式媒体、又は他のコンピュータシステム可読媒体を含んでもよい。いくつかの例において、製造の物品は、一つ又は複数のコンピュータシステム可読記憶装置を含んでもよい。
【００４１】
様々な例を記載した。これら及び他の例は、以下の請求項の範囲内である。
【図１】
2016194157.tif 000003
【図２】
2016194157.tif 000004
【図３】
2016194157.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月13日(2016.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
様々な例を記載した。これら及び他の例は、以下の請求項の範囲内である。以下、本発明の実施形態の例を列記する。
〔１〕
減圧ポンプと；
減圧チャンバと；
プラズマ溶射装置と；
反応性気体種の源と；
コンピュータ装置と；
を含む、システムであって、
前記コンピュータ装置は：
前記減圧ポンプを制御して、前記減圧チャンバを高真空へと排気し；
前記プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を用いて前記減圧チャンバ内の基材上にコーティングを堆積し；
前記反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入するよう操作可能であり、
前記反応性気体種は、前記コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散層を形成する、システム。
〔２〕
前記反応性気体種の源は気体酸化剤の源を含み、前記反応性気体種は前記気体酸化剤を含む、項目１に記載のシステム。
〔３〕
前記気体酸化剤の源は酸素源を含み、前記気体酸化剤は酸素を含む、項目２に記載のシステム。
〔４〕
前記コーティングはシリコンを含み、前記酸素は前記シリコンと反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散したシリカ相を形成する、項目３に記載のシステム。
〔５〕
前記コンピュータ装置は、前記反応性気体種の源を制御して、前記反応性気体種を、前記減圧チャンバへと、前記プラズマ溶射装置によって生成される蒸気プルームの外側に導入するよう操作可能である、項目１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
〔６〕
前記コンピュータ装置は、前記プラズマ溶射装置を制御して、前記基材上の前記コーティングの成分を含む蒸気プルームを走査するよう操作可能である、項目１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
〔７〕
前記蒸気プルームを走査することで、前記コーティングが複数の層状に形成され、前記複数の層の間の界面付近に分散層が形成される、項目６に記載のシステム。
〔８〕
減圧ポンプを制御して、減圧チャンバを高真空へと排気することと；
プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を用いて減圧チャンバの基材上にコーティングを堆積することと；
反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入することとを含み、
前記反応性気体種は、前記コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散層を形成する、方法。
〔９〕
前記反応性気体種の源は気体酸化剤の源を含み、前記反応性気体種は前記気体酸化剤を含む、項目８に記載の方法。
〔１０〕
前記気体酸化剤の源は酸素源を含み、前記気体酸化剤は酸素を含む、項目９に記載のシステム。
〔１１〕
前記コーティングはシリコンを含み、前記酸素は前記シリコンと反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散したシリカ相を形成する、項目１０に記載のシステム。
〔１２〕
前記反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入することは、前記反応性気体種の源を制御して、前記反応性気体種を、前記減圧チャンバへと、前記プラズマ溶射装置によって生成される蒸気プルームの外側に導入することを含む、項目８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
〔１３〕
前記プラズマ溶射装置を制御して、前記基材上の前記コーティングの成分を含む蒸気プルームを走査することを更に含む、項目８〜１２のいずれか一項に記載の方法。
〔１４〕
前記蒸気プルームを走査することで、前記コーティングが複数の層状に形成され、前記複数の層の間の界面付近に分散層が形成される、項目１３に記載の方法。
〔１５〕
実行したとき、コンピュータ装置に、
減圧ポンプを制御させ、減圧チャンバを高真空へと排気し；
プラズマ溶射装置を制御させ、プラズマ溶射物理蒸着を用いて前記減圧チャンバ内の基材上にコーティングを堆積し；
反応性気体種の源を制御させ、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入する、命令を含み、
前記反応性気体種は、前記コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散層を形成する、コンピュータ可読記憶装置。
〔１６〕
前記反応性気体種の源は気体酸化剤の源を含み、前記反応性気体種は前記気体酸化剤を含む、項目１５に記載のコンピュータ可読記憶装置。
〔１７〕
前記気体酸化剤の源は酸素源を含み、前記気体酸化剤は酸素を含む、項目１６に記載のコンピュータ可読記憶装置。
〔１８〕
前記コーティングはシリコンを含み、前記酸素は前記シリコンと反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散したシリカ相を形成する、項目１７に記載のコンピュータ可読記憶装置。
〔１９〕
実行すると、前記コンピュータ装置に前記反応性気体種の源を制御させ、前記反応性気体種を、前記減圧チャンバへと、前記プラズマ溶射装置によって生成される蒸気プルームの外側に導入する命令を更に含む、項目１５〜１８のいずれか一項に記載のコンピュータ可読記憶装置。
〔２０〕
実行すると、前記コンピュータ装置に前記プラズマ溶射装置を制御させ、前記基材上の前記コーティングの成分を含む蒸気プルームを走査し、前記蒸気プルームを走査することで前記コーティングが複数の層状に形成され、前記複数の層の間の界面付近に分散層が形成される命令を更に含む、項目１５〜１９のいずれか一項に記載のコンピュータ可読記憶装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧ポンプと；
減圧チャンバと；
プラズマ溶射装置と；
反応性気体種の源と；
コンピュータ装置と；
を含む、システムであって、
前記コンピュータ装置は：
前記減圧ポンプを制御して、前記減圧チャンバを高真空へと排気し；
前記プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を用いて前記減圧チャンバ内の基材上にコーティングを堆積し；
前記反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入するよう操作可能であり、
前記反応性気体種は、前記コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散層を形成する、システム。
【請求項２】
前記反応性気体種の源は気体酸化剤の源を含み、前記反応性気体種は前記気体酸化剤を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記気体酸化剤の源は酸素源を含み、前記コーティングはシリコンを含み、前記気体酸化剤は酸素を含み、前記酸素は前記シリコンと反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散したシリカ相を形成する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コンピュータ装置は、前記反応性気体種の源を制御して、前記反応性気体種を、前記減圧チャンバへと、前記プラズマ溶射装置によって生成される蒸気プルームの外側に導入するよう操作可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記コンピュータ装置は、前記プラズマ溶射装置を制御して、前記基材上の前記コーティングの成分を含む蒸気プルームを走査するよう操作可能であり、前記蒸気プルームを走査することで、前記コーティングが複数の層状に形成され、前記複数の層の間の界面付近に分散層が形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
減圧ポンプを制御して、減圧チャンバを高真空へと排気することと；
プラズマ溶射装置を制御して、プラズマ溶射物理蒸着を用いて減圧チャンバの基材上にコーティングを堆積することと；
反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入することとを含み、
前記反応性気体種は、前記コーティングの少なくとも一つの成分と反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散層を形成する、方法。
【請求項７】
前記反応性気体種の源は気体酸化剤の源を含み、前記反応性気体種は前記気体酸化剤を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記気体酸化剤の源は酸素源を含み、前記コーティングはシリコンを含み、前記気体酸化剤は酸素を含み、前記酸素は前記シリコンと反応して、前記コーティングの少なくとも一部に分散したシリカ相を形成する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記反応性気体種の源を制御して、前記プラズマ溶射物理蒸着処理の間、前記反応性気体種の制御量を前記減圧チャンバ内に導入することは、前記反応性気体種の源を制御して、前記反応性気体種を、前記減圧チャンバへと、前記プラズマ溶射装置によって生成される蒸気プルームの外側に導入することを含む、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記プラズマ溶射装置を制御して、前記基材上の前記コーティングの成分を含む蒸気プルームを走査することを更に含み、前記蒸気プルームを走査することで、前記コーティングが複数の層状に形成され、前記複数の層の間の界面付近に分散層が形成される、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【外国語明細書】
2016194157000001.pdf