(57)【要約】【課題】タービンの動作中の摩擦により生じるＣＭＣブレード先端上のＥＢＣ摩耗を減らすための材料及び方法を提供する。【解決手段】ＣＭＣ基材２４上の皮膜系２０が、基材２４上へのそのテープ堆積の方法とともに提供される。皮膜系２０は、ＣＭＣ基材２４の表面にあるボンドコート２６と、ボンドコート２６上の第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａと、１以上の希土類ケイ酸塩層上にある第１の希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第１の犠牲皮膜３０ａと、犠牲皮膜上の第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂと、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂ上にある第２の希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第２の犠牲皮膜３０ｂと、第２の犠牲皮膜３０ｂ上の第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃと、第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃ上の外側層３２とを含むことができる。第１の犠牲皮膜３０ａ及び第２の犠牲皮膜３０ｂは、それぞれ約４ミル〜約４０ミルの厚さを有することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＣ基材（２４）上の皮膜系（２０）であって、当該皮膜系（２０）が、
ＣＭＣ基材（２４）上の第１の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ａ）であって、１以上の希土類ケイ酸塩層を備える第１の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ａ）と、
１以上の希土類ケイ酸塩層上にある第１の希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第１の犠牲皮膜（３０ａ）であって、約４ミル〜約４０ミルの厚さを有する第１の犠牲皮膜（３０ａ）と、
犠牲皮膜上の第２の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｂ）であって、１以上の希土類ケイ酸塩層を備える第２の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｂ）と、
第２の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｂ）上にある第２の希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第２の犠牲皮膜（３０ｂ）であって、約４ミル〜約４０ミルの厚さを有する第２の犠牲皮膜（３０ｂ）と、
第２の犠牲皮膜（３０ｂ）上の第３の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｃ）であって、１以上の希土類ケイ酸塩層を備える第３の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｃ）と、
第３の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｃ）上の外側層（３２）と、
を備える皮膜系（２０）。
【請求項２】
第１の犠牲皮膜（３０ａ）が、約８ミル〜約２５ミルの厚さを有し、第２の犠牲皮膜（３０ｂ）が、約８ミル〜約２５ミルの厚さを有する、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項３】
第１の犠牲皮膜（３０ａ）が、約１６ミル〜約２４ミルの厚さを有し、第２の犠牲皮膜（３０ｂ）が、約８ミル〜約２５ミルの厚さを有する、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項４】
第１の犠牲皮膜（３０ａ）及び第２の犠牲皮膜（３０ｂ）の希土類ケイ酸塩強化マトリックスが、バリウムストロンチウムアルミノケイ酸塩の不連続相と混合された希土類ケイ酸塩を含む、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項５】
第１の犠牲皮膜（３０ａ）及び第２の犠牲皮膜（３０ｂ）の希土類ケイ酸塩強化マトリックスが、ケイ素金属粒子の不連続相と混合された希土類ケイ酸塩を含む、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項６】
第１の犠牲皮膜（３０ａ）及び第２の犠牲皮膜（３０ｂ）の希土類ケイ酸塩強化マトリックスが、希土類二ケイ酸塩を含む、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項７】
第１の犠牲皮膜（３０ａ）及び第２の犠牲皮膜（３０ｂ）の希土類ケイ酸塩強化マトリックスが、希土類一ケイ酸塩を含む、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項８】
第１の犠牲皮膜（３０ａ）及び第２の犠牲皮膜（３０ｂ）の希土類ケイ酸塩強化マトリックスが、希土類一ケイ酸塩と希土類二ケイ酸塩の混合物を含む、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項９】
ＣＭＣ基材（２４）の表面（２５）にあるボンドコート（２６）をさらに備え、ボンドコート（２６）が、ケイ素ボンドコート（２６）である、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項１０】
第１の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ａ）、第２の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｂ）及び第３の希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｃ）が、実質的に同一の組成を有する、請求項１に記載の皮膜系（２０）。
【請求項１１】
翼形部を備えるブレード（１０）であって、翼形部がＣＭＣ基材（２４）を備え、ブレード先端（１９）を形成し、ブレード先端（１９）が、請求項１に記載の皮膜系（２０）を上部に有する、ブレード（１０）。
【請求項１２】
ＣＭＣ基材（２４）上の犠牲皮膜をテープ堆積する方法であって、当該方法が、
第１のマトリックス材料を第１のフィルムの表面に塗工するステップであって、第１のマトリックス材料が、希土類ケイ酸塩粉末、焼結助剤及び溶剤の混合物を含むステップと、
第１のマトリックス材料を乾燥させて溶剤を除去し、フィルム側及びマトリックス側を有する第１のテープを形成するステップと、
マトリックス側をＣＭＣ基材（２４）に向けて第１のテープをＣＭＣ基材（２４）に適用するステップと、
第２のマトリックス材料を第２のフィルムの表面に塗工するステップであって、第２のマトリックス材料が、希土類ケイ酸塩粉末、焼結助剤及び溶剤の混合物を含むステップと、
マトリックス側をＣＭＣ基材（２４）に向けて第２のテープをＣＭＣ基材（２４）に適用するステップと、
第１のテープ及び第２のテープを焼結させて、第１のマトリックス材料を第１の接合層を介してＣＭＣ基材（２４）に接合し、第２のマトリックス材料を第２の接合層を介して第１のマトリックス材料に接合するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
第１のマトリックス材料が、複数の粗大粒子をさらに含み、粗大粒子が、粗いＢＳＡＳ粒子、ケイ素粒子又はそれらの混合物を含み、粗大粒子が約５μｍ〜約１００μｍの平均粒径を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
粗大粒子が、乾燥後のマトリックス材料の約３０体積％〜約６５体積％をなし、残部が希土類ケイ酸塩粉末及び焼結助剤である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１のテープが、約４ミル〜約４０ミルの厚さを有する第１の希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第１の犠牲皮膜（３０ａ）を形成し、第２のテープが、約４ミル〜約４０ミルの厚さを有する第２の希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第２の犠牲皮膜（３０ｂ）を形成する、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してガスタービンエンジンのタービンに関する。より具体的に、本発明の実施形態は、概して、ＣＭＣブレード先端などのＣＭＣ部品上の厚膜耐環境皮膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンのタービンセクションは、ロータシャフト及び１以上のタービン段落を含み、各タービン段落は、シャフトにより装着もしくは支持されたタービンディスク（もしくはロータ）と、ディスクの周囲に装着されディスクの周囲から半径方向に延びるタービンブレードとを有する。タービンアセンブリは、典型的に、燃料の燃焼によって生成した高温圧縮ガスを膨張させることによって、回転シャフト力を発生させる。ガスタービンのバケット又はブレードは、概して、流路ガスの熱的及び動的なエネルギーをロータの機械的回転に変換するように設計された翼形を有する。
【０００３】
タービンの性能及び効率は、回転ブレードの先端と固定シュラウドとの間の空間を狭めて、ブレードの上端の上又は周りの空気の流れを制限する（そうでなければブレードを迂回する）ことによって、向上され得る。例えば、ブレードは、その先端がエンジン動作中にシュラウドにぴったり適合するように構成され得る。よって、効率を目的として、効率的な先端クリアランスを発生させ維持することが特に望まれる。
【０００４】
タービンブレードは、多数の超合金（例えばニッケル基超合金）で作られ得るが、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は、それらの高温性能及び軽量性により、タービン用途のニッケル基超合金に対する有力な代替物となる。しかし、ＣＭＣ部品は、高温蒸気の存在下での酷い酸化及び後退を避けるために、タービンエンジン環境において耐環境皮膜（ＥＢＣ）で保護されなければならない。
【０００５】
よって、特定の部品において、ＥＢＣの領域は、隣接部品との摩擦により摩耗され易い場合がある。例えば、ＣＭＣブレードの場合、ブレード先端にあるＥＢＣは、金属シュラウド部品と摩擦され易い。ＥＢＣ被覆が摩耗した場合、ＣＭＣブレードは、次いで、ＣＭＣブレード先端と金属シュラウドの間のクリアランスを広げることによりエンジンの効率を低下させる、高温蒸気による後退性腐食に晒される。
【０００６】
よって、当該分野では、タービンの動作中の摩擦により生じるＣＭＣブレード先端上のＥＢＣ摩耗を減らすための材料及び方法を提供することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／００５０８９３号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様及び利点は、以下の説明で部分的に述べられており又は説明から自明であり得又は本発明の実践により習得され得る。
【０００９】
ＣＭＣ基材上の皮膜系が、基材上へのそのテープ堆積の方法とともに概ね提供される。一実施形態では、皮膜系は、基材上の第１の希土類ケイ酸塩皮膜（例えば、それらの間に配置されたボンドコートを伴う）と、１以上の希土類ケイ酸塩層上にある第１の希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第１の犠牲皮膜と、犠牲皮膜上の第２の希土類ケイ酸塩皮膜と、第２の希土類ケイ酸塩皮膜上にある第２の希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第２の犠牲皮膜と、第２の犠牲皮膜上の第３の希土類ケイ酸塩皮膜と、第３の希土類ケイ酸塩皮膜上の外側層とを含む。第１の希土類ケイ酸塩皮膜、第２の希土類ケイ酸塩皮膜及び第３の希土類ケイ酸塩皮膜は、それぞれ１以上の希土類ケイ酸塩層を含む。第１の犠牲皮膜及び第２の犠牲皮膜は、それぞれ約４ミル〜約４０ミルの厚さを有することができる。
【００１０】
ＣＭＣ基材を有しブレード先端を形成する翼形部を含むブレード（例えばタービンブレード）には、一般的に、このような皮膜系を含む、翼形部のブレード先端が少なくとも設けられる。
【００１１】
一実施形態では、ＣＭＣ基材上の犠牲皮膜をテープ堆積する方法は、第１のマトリックス材料を第１のフィルムの表面に塗工するステップと、第１のマトリックス材料を乾燥させて溶剤を除去し、フィルム側及びマトリックス側を有する第１のテープを形成するステップと、マトリックス側をＣＭＣ基材に向けて第１のテープをＣＭＣ基材に適用するステップと、第２のマトリックス材料を第２のフィルムの表面に塗工するステップと、マトリックス側をＣＭＣ基材に向けて第２のテープをＣＭＣ基材に適用するステップと、第１のテープ及び第２のテープを焼結させて、第１のマトリックス材料を第１の接合層を介してＣＭＣ基材に接合し、第２のマトリックス材料を第２の接合層を介して第１のマトリックス材料に接合するステップとを含む。概して、第１のマトリックス材料及び第２のマトリックス材料は、それぞれ希土類ケイ酸塩粉末、焼結助剤及び溶剤の混合物を含む。
【００１２】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照して、より理解されるであろう。添付の図面は、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、説明とともに本発明の実施形態を例示しており、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
【００１３】
本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部分において特に指摘され、明確に請求されている。しかし、本発明は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより最も良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＣＭＣ材料で形成されたタイプの例示的なタービンブレードを概略的に表す斜視図である。
【図２】タービンブレードのブレード先端に配置された例示的な皮膜系を示している。
【図３】ブレード先端にある、図２の例示的な皮膜系の断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書及び図面における参照文字の繰返し使用は、本発明の同じ又は同様の特徴又は要素を表すことを意図している。
【００１６】
つぎに、本発明の実施形態が詳細に参照され、それらのうちの１以上の例が図面に例示されている。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の説明として提供される。実際、本発明の範囲又は主旨から逸脱せずに、本発明において各種の修正及び変形を行えることが、当業者にとっては明らかであろう。例えば、一実施形態の部分として例示又は記述される特徴を別の実施形態とともに使用して、またさらなる実施形態を生み出すことができる。よって、本発明は、添付の請求項の範囲及びそれらの均等物の範囲内にある、このような修正形態及び変形形態をカバーすることを意図している。
【００１７】
本開示において、層が別の層又は基材の「上（ｏｎ）」又は「上（ｏｖｅｒ）」にあると記述されるとき、反対に明示されない限り、層同士は、互いに直接接触し得又は層同士の間に別の層もしくは特徴を有し得ることが理解されるべきである。よって、これら用語は、層同士の互いの相対配置を単純に記述しており、上方又は下方の相対位置が視認者に対するデバイスの向きに依存するので、必ずしも「上端にある」ことを意味してはいない。
【００１８】
本開示では、元素周期表に通常見られるような、通常の化学記号を使用して化学元素が議論される。例えば、水素が、その通常の化学記号Ｈで表され、ヘリウムが、その通常の化学記号Ｈｅで表され、以下同様である。「Ｌｎ」は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）又はそれらの混合物を含む、希土類元素を指す。特定の実施形態では、Ｌｎは、ネオジウム、ガドリニウム、エルビウム、イットリウム及びそれらの混合物から成る群から選択される。
【００１９】
ＣＭＣブレード先端用の被覆が、その形成方法とともに本明細書で概ね提供される。ＣＭＣブレード先端用の被覆は、比較的厚く、高密度で、タービンエンジン環境における剥離及び摩擦に機械的に抵抗する。被覆は、セラミック粒子、焼結助剤、有機結合剤及び可塑剤が充填された２以上のテープを付着させることにより堆積される。
【００２０】
テープ堆積された厚膜犠牲皮膜は、一般的に、ＣＭＣ基材上にＥＢＣを形成するために、他のより薄い複数の層との組合せにて設けられる。ブレード先端に適用されると、犠牲皮膜は、シュラウドとのブレード先端の接触に際して摩滅できる厚さをもたらすことができる。よって、摩擦中のこの犠牲皮膜の犠牲は、ＣＭＣを酸化から保護するボンドコートの比較的薄い下層及び／又はＣＭＣを高温蒸気の進入から保護する希土類二ケイ酸塩の比較的薄い下層など、ＥＢＣの下層を保護する役割を果たす。犠牲皮膜自体が高温蒸気の進入に対して幾らかの保護ももたらし得ることにも留意すべきである。
【００２１】
概ね、この皮膜系全体は、以下のように、すなわち、ＣＭＣ表面から外側に、ボンドコートと、高密度の１以上の希土類ケイ酸塩層と、バリウムストロンチウムアルミノケイ酸塩（ＢＳＡＳ）もしくはケイ素金属粒子（本明細書で「希土類二ケイ酸塩強化マトリックス」と称される）の不連続相と混合された希土類二ケイ酸塩マトリックスの第１の厚膜層（少なくとも約８ミル、好ましくは少なくとも約１５ミル）と、高密度の１以上の希土類ケイ酸塩層と、希土類二ケイ酸塩強化マトリックスの第２の厚膜層（少なくとも約８ミル、好ましくは少なくとも約１５ミル）、希土類ケイ酸塩の１以上の外側層のオプションとして、記述することができる。これら層のそれぞれは、本明細書に提供される特定の実施形態に関して、以下でさらに詳細に記述される。
【００２２】
図１は、ガスタービンエンジンの例示的なタービンブレード１０を示している。ブレード１０は、航空機のガスタービンエンジンのタービンセクション内のディスク又はロータ（示されていない）に装着されるようになっているものとして概ね表されている。このような理由から、ブレード１０は、ディスクの周囲に形成された相補的なダブテールスロットとの嵌合によりブレード１０をタービンディスクに定着させるためのダブテール１２を含むものとして表されている。図１に表されるように、嵌合特徴は、ダブテールスロットにより形成された凹部に係合する、タング１４と称される凸部を備える。ブレード１０は、ダブテール１２が形成されるシャンク１５から翼形部１８を分離するプラットホーム１６を有するものとしてさらに示されている。
【００２３】
ブレード１０は、プラットホーム１６とは反対側に配されたブレード先端１９を含む。よって、ブレード先端１９は、ブレード１０の半径方向最外部を概ね形成し、よって、ガスタービンエンジンの固定シュラウド（示されていない）に隣接して配置されるように構成され得る。上述されたように、使用中、ブレード先端１９は、シュラウドに接触し、ブレード先端１９とシュラウドの間に摩擦を生じさせ得る。
【００２４】
特定の一実施形態では、ブレード先端１９は、同じ段落内の隣接ブレードの先端シュラウドとの組合せにてブレード先端シュラウド（示されていない）をさらに装備し得、ブレードの振動を減らすことができ、空気流特性を改善できる、ブレードの周りのバンドを形成する。シール歯を組み込むことによって、ブレード先端シュラウドは、ブレード先端とブレード先端を取り囲むシュラウドとの間の燃焼ガス漏れを減らすことにより、さらにタービンの効率を高めることができる。
【００２５】
翼形部１８、プラットホーム１６及びブレード先端１９は、エンジンの動作中に高温燃焼ガスに直接晒されるため、非常に厳しい材料要求を有する。プラットホーム１６及びブレード先端１９は、タービンセクション内の高温ガス路のための内側及び外側の流路面を作り出す、タービンブレードのさらなるクリティカル領域である。加えて、プラットホーム１６は、シャンク１５、そのダブテール１２及びタービンディスクが露出される低温ガスとの高温燃焼ガスの混合を防止するためにシールを作り出し、ブレード先端１９は、大きな歪荷重及びブレード先端１９を取り囲むシュラウドとの摩耗相互作用に起因する、クリープに晒される。ダブテール１２も、ダブテールスロットとのその係合から生じる摩耗及び大きな荷重と、ブレード１０により発生した大きな遠心荷重と、に晒されるクリティカル領域である。
【００２６】
図２及び図３を参照すると、ブレード先端１９を形成するＣＭＣ基材２４上に厚膜ＥＢＣ２２を形成する皮膜系２０が示されている。示される例示的な実施形態では、ＣＭＣ基材２４の表面２５にボンドコート２６が配置される。ボンドコート２６上には、１以上の希土類ケイ酸塩層から形成される第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａがある。１以上の希土類ケイ酸塩層２８ａ上には、希土類二ケイ酸塩強化マトリックスの第１の犠牲皮膜３０ａが配置される。第１の犠牲皮膜３０ａは、約４ミル〜約４０ミル（例えば、約１６ミル〜約２４ミルなどの約８ミル〜約２５ミル）の厚さを有する。第１の犠牲皮膜３０ａ上には、１以上の希土類ケイ酸塩層から形成される第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂがある。よって、希土類ケイ酸塩皮膜（２８ａ、２８ｂをまとめて）が、ブレード先端１９上の第１の犠牲皮膜３０ａを取り囲む。第２の希土類ケイ酸塩層２８ｂ上には、希土類二ケイ酸塩強化マトリックスの第２の犠牲皮膜３０ｂが配置される。第２の犠牲皮膜３０ｂは、約４ミル〜約４０ミル（例えば、約１６ミル〜約２４ミルなどの約８ミル〜約２５ミル）の厚さを有する。第２の犠牲皮膜３０ｂ上には、１以上の希土類ケイ酸塩層から形成される第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃがある。よって、希土類ケイ酸塩皮膜（２８ｂ、２８ｃをまとめて）が、ブレード先端１９上の第２の犠牲皮膜３０ｂを取り囲む。最後に、第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃ上には、外側層３２が配置される。これら層のそれぞれについては、以下でさらに詳細に議論される。また、皮膜系２０には、所望であれば３以上の犠牲皮膜が存在し得ることに留意すべきである。
【００２７】
述べられたように、ボンドコート２６は、ＣＭＣ基材２４に配置され、大半の実施形態ではＣＭＣ表面２５と直接接触している。ボンド被覆は、下層のＣＭＣ材料２４に対する酸化保護を概ねもたらす。特定の一実施形態では、ボンドコート２６はケイ素ボンドコートである。
【００２８】
第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａは、高温蒸気に対する密閉性を概ねもたらす。一実施形態では、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａは、スラリー堆積されたイットリウムイッテルビウム二ケイ酸塩（ＹｂＹＤＳ）層の１以上の層から形成される。高温蒸気に対する密閉性をもたらすために、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａ内には、任意の希土類二ケイ酸塩を利用することができるが、ＹｂＤＳ、ＬｕＤＳ、ＴｍＤＳ、ＬｕＹＤＳ、ＴｍＹＤＳ（ここで、Ｌｕ＝ルテチウム、Ｔｍ＝ツリウム）などの他のケイ酸塩層が存在することができる。
【００２９】
希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第１の犠牲皮膜３０ａは、一般的に、１以上のＢＳＡＳ強化希土類ケイ酸塩層を、約４ミル〜約４０ミル（例えば、約１６ミル〜約２４ミルなどの約８ミル〜約２５ミル）などの所望の厚さにテープ堆積することによって形成される。所望の厚さの第１の犠牲皮膜３０ａを形成するために、複数の層が利用され得る。第１の犠牲皮膜３０ａは、一般的に、エンジン内の別の部品（例えばベーン）とのブレード先端１９による摩擦中に犠牲にされ得る厚さをＥＢＣ２２にもたらす。第１の犠牲皮膜３０ａに関して記述される希土類ケイ酸塩層は、希土類二ケイ酸塩（例えばＹｂＹＤＳ）、希土類一ケイ酸塩又はそれらの混合物で構成され得る。
【００３０】
第１の犠牲皮膜３０ａは、厚膜テープ堆積及び焼結プロセスにより堆積され、それは、溶射技術（エッジ効果が剥離を招くため）によって、或いは、スラリー堆積プロセス（かなりの厚さを形成するために複数の適用及び熱処理を要求するため）によって、ブレードの先端に厚膜被覆を形成することが非常に困難であるためである。厚膜テープ堆積法によれば、テープには、希土類二ケイ酸塩のスラリー堆積に現在使用されているものと同様のマトリックス材料などのマトリックス材料が載せられる。この実施形態では、（焼結助剤の不在下での約２８００°Ｆと比較して）約２３００°Ｆ〜約２５００°Ｆの温度で被覆の高密度化を促進する、希土類二ケイ酸塩粉末と焼結助剤の混合物が利用される。しかし、この方法において、テープには、複数の粗大粒子（例えば、ＢＳＡＳ粒子、ケイ素粒子又はそれらの混合物）も含まれ、よって、粗大粒子がセラミック材料の約３０体積％〜約６５体積％のレベルとなり、残部が希土類ケイ酸塩の微細粉末及び焼結助剤となる。粗大粒子は、一実施形態では、約５μｍ〜約１００μｍの平均粒径を有する。粗大粒子の追加は、熱処理後にクラックを伴わない厚い層を得るように、スラリープロセスの課題を克服することを助ける。ＢＳＡＳ又はケイ素の粗大粒子の使用は、具体的に、層中の空隙率を低く（約２０体積％以下のオーダー、幾つかの実施形態では空隙率約１０％以下）保つことも助ける。ＺｒＯ2などの他の粗大粒子は、２０体積％超の空隙率レベルをもたらす場合がある。マトリックス材料は、ＣＭＣブレード先端の表面に対する付着のためにテープが柔軟であり粘着性であるように、有機結合剤（例えばポリビニルブチラール）及び可塑剤（例えば、フタル酸ジブチルもしくはジプロピレングリコールジベンゾエート）も含む。テープは、上述された成分の全てに加えて、１以上の溶剤を含むスラリーから形成される。制御された厚さに設定されたギャップを伴って、フィルム（例えば高分子フィルム）上で、ドクターブレードの下にスラリーをキャストすることができる。溶剤は、次いで、乾燥により除去され、テープがもたらされる。特定の実施形態では、乾燥温度は、約１５℃〜約５０℃であり、室温（例えば、約２０℃〜約２５℃）で乾燥させることができる。乾燥は、任意の適当な持続時間（例えば、約３０分〜約５０時間）で達成することができる。よって、テープアプローチの別の利点は、ブレード先端にテープが付着された後に、厚い先端の幾何形状を変更する乾燥不良をもたらす乾燥プロセスが存在しないことである。
【００３１】
任意の適当な方法によって、テープをＣＭＣ基材に移すことができる。例えば、ブレード先端の表面の粗さ及びテープの粘り気にテープを僅かに垂らすために、テープの粘り気と組合せて圧力を加えることによって又は温度の上昇と組合せて圧力を加えることによって、テープをＣＭＣ基材に移すことができる。これら方法のいずれかにおいて、テープ表面に対する溶剤の追加適用は、その粘り気を高めることができる。特定の一実施形態では、ＢＳＡＳ粒子を伴わない希土類二ケイ酸塩及び焼結助剤などのスラリーの追加によって、これら方法を利用することができる。スラリーの追加は、焼結中に頑丈な接合を作り出し易い。
【００３２】
特定の実施形態では、得られる第１の犠牲皮膜３０ａを所望の厚さに形成するために、複数のテープを移すことができる。
【００３３】
第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂも、高温蒸気に対する密閉性をもたらす。一実施形態では、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂは、スラリー堆積されたイットリウムイッテルビウム二ケイ酸塩（ＹｂＹＤＳ）層の１以上の層から形成される。高温蒸気に対する密閉性をもたらすために、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂ中には、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａに関して上述されたものと同様の他のケイ酸塩層が存在することができる。
【００３４】
特定の一実施形態では、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａ及び第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂは、組成に関して実質的に同一である。図２を参照すると、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａ及び第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂは、ブレード先端１９にある犠牲皮膜３０を取り囲むためのそれぞれの配置を除いて、同じ希土類ケイ酸塩皮膜２８の延長である。示されるように、分離箇所２９ａは、希土類ケイ酸塩皮膜２８を、第１の犠牲皮膜３０ａの周りに配置された第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａ及び第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂに分割する役割を果たす。この実施形態では、第１の犠牲皮膜３０ａは、高温蒸気に対する密閉シールを形成するために、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａ及び第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂに完全に包み込まれる。加えて、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂは、（例えば、ＢＳＡＳ強化ＹｂＹＤＳ層から形成される）下層の第１の犠牲皮膜３０ａに追加の機械的安定性をもたらし得る。
【００３５】
第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａ及び第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂの両方をスラリー堆積により形成することができる。一実施形態では、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａが堆積され、所望の位置への第１の犠牲皮膜３０ａのテープ堆積が続く。次いで、第１の犠牲皮膜３０ａ及び露出した第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａの上に第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂを（例えばスラリー堆積により）堆積することができる。第１の犠牲皮膜３０ａが（例えば、前縁、ブレード表面、後縁などに）存在しない場合、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂは、希土類ケイ酸塩皮膜２８の単一層を形成するために、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａと一体化される。
【００３６】
図２及び図３に示されるように、希土類ケイ酸塩強化マトリックスの第２の犠牲皮膜３０ｂは、一般的に、１以上のＢＳＡＳ強化希土類ケイ酸塩層を、約４ミル〜約４０ミル（例えば、約１６ミル〜約２４ミルなどの約８ミル〜約２５ミル）などの所望の厚さに、テープ堆積することによって形成される。所望の厚さの第２の犠牲皮膜３０ｂを形成するために、複数の層が利用され得る。第２の犠牲皮膜３０ｂは、エンジン内の別の部品（例えばベーン）とのブレード先端１９による摩擦中に犠牲にされ得る厚さを概ねＥＢＣ２２にもたらす。第２の犠牲皮膜３０ｂに関して記述される希土類ケイ酸塩層は、希土類二ケイ酸塩（例えばＹｂＹＤＳ）、希土類一ケイ酸塩又はそれらの混合物で構成され得る。第２の犠牲皮膜３０ｂは、第１の犠牲皮膜３０ａに関して上で議論された方法のうちのいずれかにより形成され得る。
【００３７】
第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃは、高温蒸気に対する密閉性をもたらす。一実施形態では、第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃは、スラリー堆積されたイットリウムイッテルビウム二ケイ酸塩（ＹｂＹＤＳ）層の１以上の層から形成される。高温蒸気に対する密閉性をもたらすために、第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃ中には、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａに関して上述されたものと同様の他のケイ酸塩層が存在することができる。
【００３８】
特定の一実施形態では、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂ及び第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃは、組成に関して実質的に同一である。図２を参照すると、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂ及び第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃは、ブレード先端１９にある第２の犠牲皮膜３０ｂを取り囲むためのそれぞれの配置を除いて、同じ希土類ケイ酸塩皮膜２８の延長である。示されるように、分離箇所２９ｂは、希土類ケイ酸塩皮膜２８を、第２の犠牲皮膜３０ｂの周りに配置された第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂ及び第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃに分割する役割を果たす。この実施形態では、第２の犠牲皮膜３０ｂは、高温蒸気に対する密閉シールを形成するために、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂ及び第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃに完全に包み込まれる。加えて、第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃは、（例えば、ＢＳＡＳ強化ＹｂＹＤＳ層から形成される）下層の第２の犠牲皮膜３０ｂに追加の機械的安定性をもたらし得る。
【００３９】
第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａ及び第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂの両方と同様に、第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃをスラリー堆積により形成することができる。一実施形態では、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂが堆積され、所望の位置への第２の犠牲皮膜３０ｂのテープ堆積が続く。次いで、第２の犠牲皮膜３０ｂ及び露出した第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂの上に第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃを（例えばスラリー堆積により）堆積することができる。第２の犠牲皮膜３０ｂが（例えば、前縁、ブレード表面、後縁などに）存在しない場合、第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃは、希土類ケイ酸塩皮膜２８の単一層を形成するために、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂと一体化される。
【００４０】
よって、一実施形態では、第１の希土類ケイ酸塩皮膜２８ａ、第２の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｂ及び第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃのそれぞれは、実質的に同一の組成で作られる。
【００４１】
最後に、第３の希土類ケイ酸塩皮膜２８ｃ上には、外側層３２が配置される。一実施形態では、外側層３２は、スラリー堆積された１以上のイットリウム一ケイ酸塩（ＹＭＳ）層を備える。外側層３２は、蒸気後退及び溶融ダストに対する保護をもたらす。外側被覆内には、希土類ハフニウム酸塩、希土類ジルコニア酸塩、希土類ガリウム酸塩（例えば、Ｌｎ4Ｇａ2Ｏ9などの単斜晶タイプ）、希土類一チタン酸塩（例えばＬｎ2ＴｉＯ5）、希土類セラート（例えばＬｎ2ＣｅＯ5）、希土類ゲルマニウム酸塩（例えばＬｎ2ＧｅＯ5）又はそれらの混合物など、希土類ケイ酸塩以外の材料を利用することができる。しかし、これら材料の全ては、希土類ケイ酸塩と比較して相対的に高い熱膨張率（ＣＴＥ）を有する。よって、希土類一ケイ酸塩が好ましい。ハフニウム酸化物、希土類安定化ハフニウム酸化物及び希土類安定化ジルコニウム酸化物は、ＣＭＡＳではなく蒸気後退に対する保護をもたらし、希土類一ケイ酸塩よりも高いＣＴＥも有する。
【００４２】
ブレード先端１９上の厚膜被覆に加えて、他の部品又はＣＭＣ部品（例えばシュラウド上など）の他のエリア上の厚膜ＥＢＣ被覆を得るために、ＥＢＣ２０を代替的な方法として使用することができる。
【００４３】
本発明が１以上の特定の実施形態に関して記述されてきたが、当業者により他の形態を採用できることは明らかである。本明細書に記述される被覆組成物と併せた「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の使用は、被覆組成物が指定された成分「から実質的に成る（ｃｏｎｓｉｓｔ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」（すなわち、指定された成分を含み、開示される基本かつ新規な特徴に著しい悪影響を及ぼす他の成分を含まない）実施形態と、被覆組成物が指定された成分「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔ  ｏｆ）」（すなわち、指定された成分のそれぞれに本来的かつ不可避的に存在する混入物を除けば、指定された成分のみを含む）実施形態を具体的に開示し、含むことが理解されるべきである。
【００４４】
本明細書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、並びに、任意の装置もしくはシステムの製作及び使用、組み込まれた任意の方法の実施を含めて当業者が本発明を実践することも可能にするために例示を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義されており、当業者が思い付く他の例を含み得る。このような他の例は、請求項の文言から相違しない構成要素を含む場合又は、請求項の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００４５】
１０  タービンブレード
１２  ダブテール
１４  タング
１５  シャンク
１６  プラットホーム
１８  翼形部
１９  ブレード先端
２０  皮膜系
２２  ＥＢＣ
２４  ＣＭＣ基材
２５  表面
２６  ボンドコート
２８  希土類ケイ酸塩皮膜
２８ａ  第１の希土類ケイ酸塩皮膜
２８ｂ  第２の希土類ケイ酸塩皮膜
２８ｃ  第３の希土類ケイ酸塩皮膜
２９ａ、２９ｂ  分離箇所
３０  犠牲皮膜
３０ａ  第１の犠牲皮膜
３０ｂ  第２の犠牲皮膜
３２  外側層
【図１】
2017019713.tif 000003
【図２】
2017019713.tif 000004
【図３】
2017019713.tif 000005
【外国語明細書】
2017019713000001.pdf