(57)【要約】  耐久性を高めるべく１つ以上のカーボンナノチューブ（１２）を含む温度境界保護系（１０）を開示する。少なくとも１つの実施形態において、温度境界保護系（１０）は、基材（１８）の外面（１６）に施与された１つ以上のボンドコート（１４）と、ボンドコート（１４）の外面（２２）に施与された１つ以上の遮熱コーティング（２０）と、ボンドコート（１４）から少なくとも部分的に遮熱コーティング（２０）へと延在する１つ以上のカーボンナノチューブ（１２）と、から形成されていることができる。カーボンナノチューブ（１２）は、ボンドコート（１４）と遮熱コーティング（２０）との間の界面（２４）に対してほぼ垂直に並べられていることができる。他の実施形態において、カーボンナノチューブ（１２）は、これらに限定されるものではないが、ボンドコート（１４）と遮熱コーティング（２０）との間の界面（２４）に、ボンドコート（１４）全体にわたって、またはボンドコート（１４）および遮熱コーティング（２０）の全体にわたって、ランダムに配置されていることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度境界保護系（１０）であって、
外面（１６）を有する基材（１８）；
前記基材（１８）の外面（１６）上の少なくとも１つのボンドコート（１４）；
前記少なくとも１つのボンドコート（１４）の外面（２２）上の少なくとも１つの遮熱コーティング（２０）；および
少なくとも１つのカーボンナノチューブ（１２）は、前記少なくとも１つのボンドコート（１４）から少なくとも部分的に前記少なくとも１つの遮熱コーティング（２０）へと延在することを特徴とする、温度境界保護系（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのボンドコート（１４）から少なくとも部分的に前記少なくとも１つの遮熱コーティング（２０）へと延在する前記少なくとも１つのカーボンナノチューブ（１２）が、前記少なくとも１つのボンドコート（１４）から少なくとも部分的に前記少なくとも１つの遮熱コーティング（２０）へと延在する複数のカーボンナノチューブ（１２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の温度境界保護系（１０）。
【請求項３】
前記複数のカーボンナノチューブ（１２）のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのボンドコート（１４）と前記少なくとも１つの遮熱コーティング（２０）との間の界面（２４）に対して垂直に延在することを特徴とする、請求項２に記載の温度境界保護系（１０）。
【請求項４】
前記複数のカーボンナノチューブ（１２）が六角形パターン状に配置されており、それによって、前記複数のカーボンナノチューブ（１２）が列（２６）状に並んでおり、カーボンナノチューブ（１２）の隣接する列（２６）が、各列（２６）と並んだ方向（２８）で互いにずれていることを特徴とする、請求項３に記載の温度境界保護系（１０）。
【請求項５】
前記複数のカーボンナノチューブ（１２）が、前記少なくとも１つのボンドコート（１４）内で電磁場（３０）により配向されていることを特徴とする、請求項３に記載の温度境界保護系（１０）。
【請求項６】
前記複数のカーボンナノチューブ（１２）が、前記少なくとも１つのボンドコート（１４）全体にわたって配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の温度境界保護系（１０）。
【請求項７】
前記複数のカーボンナノチューブ（１２）が、前記少なくとも１つの遮熱コーティング（２０）全体にわたって配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の温度境界保護系（１０）。
【請求項８】
前記複数のカーボンナノチューブ（１２）が、前記少なくとも１つの遮熱コーティング（２０）全体にわたって配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の温度境界保護系（１０）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのカーボンナノチューブ（１２）が、前記少なくとも１つのボンドコート（１４）と前記少なくとも１つの遮熱コーティング（２０）との合一した厚さよりも短い長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の温度境界保護系（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は総じて、基材のためのコーティングを対象とし、より具体的にはガスタービン部品に使用される遮熱コーティングを対象とする。
【０００２】
背景
タービン部品の寿命および設計は、翼面上の冷却流効果に大きく依存する。コーティングを施与することでこうした部品の付加的な酸化や熱保護がもたらされ、それによってこうした部品の寿命が延長される。例えばブレードのようなガスタービンエンジン部品の運転中に、遮熱コーティング（ＴＢＣ）の剥離が生じることが多い。この遮熱コーティングの剥離によって、さらなる運転操作に関する例えば温度や酸化といった周囲操作条件に対する耐久性が低くなる。したがって、より強固な温度境界保護系が求められている。
【０００３】
発明の概要
耐久性を高めるべく１つ以上のカーボンナノチューブを含む温度境界保護系を開示する。少なくとも１つの実施形態において、温度境界保護系は、基材の外面に施与された１つ以上のボンドコートと、ボンドコートの外面に施与された１つ以上の遮熱コーティングと、ボンドコートから少なくとも部分的に遮熱コーティングへと延在する１つ以上のカーボンナノチューブと、から形成されていることができる。カーボンナノチューブは、ボンドコートと遮熱コーティングとの間の界面に対してほぼ垂直に並べられていることができる。他の実施形態において、カーボンナノチューブは、これらに限定されるものではないが、ボンドコートと遮熱コーティングとの間の界面に、ボンドコート全体にわたって、またはボンドコートおよび遮熱コーティングの全体にわたって、ランダムに配置されていることができる。
【０００４】
少なくとも１つの実施形態において、温度境界保護系は、外面を有する基材と、基材の外面上の少なくとも１つのボンドコートと、ボンドコートの外面上の１つ以上の遮熱コーティングと、ボンドコートから少なくとも部分的に遮熱コーティングへと延在する１つ以上のカーボンナノチューブと、を含むことができる。ボンドコートから少なくとも部分的に遮熱コーティングへと延在するカーボンナノチューブは、ボンドコートから少なくとも部分的に遮熱コーティングへと延在する複数のカーボンナノチューブから形成されていることができる。複数のカーボンナノチューブは総じて、ボンドコートと遮熱コーティングとの間の界面に対して垂直に延在することができる。複数のカーボンナノチューブは、六角形パターン状に配置されていることができ、それによって、複数のカーボンナノチューブは列状に並んでおり、カーボンナノチューブの隣接する列は、各列と並んだ方向で互いにずれている。複数のカーボンナノチューブは、ボンドコート内で電磁場により配向されていることができる。
【０００５】
少なくとも１つの実施形態において、複数のカーボンナノチューブは、ボンドコート全体にわたって配置されていることができる。複数のカーボンナノチューブは、遮熱コーティング全体にわたって配置されていることができる。少なくとも１つの実施形態において、複数のカーボンナノチューブは、ボンドコート全体にわたっておよび遮熱コーティング全体にわたって配置されていることができる。カーボンナノチューブは、ボンドコートと遮熱コーティングとの合一した厚さよりも短い長さを有することができる。
【０００６】
熱保護を提供する方法は、基材の外面に１つ以上のボンドコートを施与すること、ボンドコートにおいて１つ以上のカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブがボンドコートの外面から延在するように配置すること、およびボンドコートの外面に遮熱コーティングを、カーボンナノチューブの少なくとも一部が遮熱コーティング内に含まれるように施与すること、を含むことができる。ボンドコートにおける１つ以上のカーボンナノチューブの配置は、カーボンナノチューブに電磁場を印加してカーボンナノチューブを配向させることによりカーボンナノチューブをボンドコートにおいて配置することを含むことができる。ボンドコートにおけるカーボンナノチューブの配置は、カーボンナノチューブに電磁場を印加して複数のカーボンナノチューブを六角形パターン状に配向させ、それによって、複数のカーボンナノチューブが列状に並び、その際、カーボンナノチューブの隣接する列は、各列と並んだ方向で互いにずれていることにより、複数のカーボンナノチューブをボンドコートにおいて配置することを含むことができる。ボンドコートにおけるカーボンナノチューブの配置は、複数のカーボンナノチューブをボンドコートにおいて配置し、その際、複数のカーボンナノチューブを少なくとも１つのボンドコート全体にわたって配置することを含むことができる。ボンドコートにおけるカーボンナノチューブの配置は、複数のカーボンナノチューブをボンドコートおよび遮熱コーティングの全体にわたって配置することを含むことができる。
【０００７】
温度境界保護系の利点の一つは、ボンドコートから遮熱層へと延在するカーボンナノチューブを使用することによって、ボンドコートと遮熱層との間の結合強度が向上し、それにより遮熱層の耐用寿命が延長されるという点にある。
【０００８】
上述および他の実施形態を、以下により詳細に説明する。
【０００９】
ここで好ましい実施形態を図面に示すが、本発明は、示された通りの構成および手段に限定されるものではないと理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、温度境界保護系の透視図である。
【図２】図２は、カーボンナノチューブを配向させるべくカーボンナノチューブに印加される電磁場を伴う温度境界保護系の斜視図である。
【図３】図３は、図１の切断線３−３における温度境界保護系の垂直断面図である。
【図４】図４は、図１の切断線３−３における温度境界保護系の代替的実施形態の垂直断面図である。
【図５】図５は、図４に示す温度境界保護系の実施形態の上面図である。
【図６】図６は、図１の切断線３−３における温度境界保護系の他の代替的実施形態の垂直断面図である。
【図７】図７は、図１の切断線３−３における温度境界保護系のさらなる他の代替的実施形態の垂直断面図である。
【図８】図８は、例示的なカーボンナノチューブの斜視図である。
【図９】図９は、温度境界保護系を使用する方法の概略図である。
【００１１】
発明の詳細な説明
図１〜９に示すように、耐久性を高めるべく１つ以上のカーボンナノチューブ１２を含む温度境界保護系１０を開示する。少なくとも１つの実施形態において、温度境界保護系１０は、基材１８の外面１６に施与された１つ以上のボンドコート１４と、ボンドコート１４の外面２２に施与された１つ以上の遮熱コーティング２０と、ボンドコート１４から少なくとも部分的に遮熱コーティング２０へと延在する１つ以上のカーボンナノチューブ１２と、から形成されていることができる。カーボンナノチューブ１２は、ボンドコート１４と遮熱コーティング２０との間の界面２４に対してほぼ垂直に並べられていることができる。他の実施形態において、カーボンナノチューブ１２は、これらに限定されるものではないが、ボンドコート１４と遮熱コーティング２０との間の界面２４に、ボンドコート１４全体にわたって、またはボンドコート１４および遮熱コーティング２０の全体にわたって、ランダムに配置されていることができる。
【００１２】
少なくとも１つの実施形態において、温度境界保護系１０は、外面１６を有する基材１８と、基材１８の外面１６上の少なくとも１つのボンドコート１４と、ボンドコート１４の外面２２上の１つ以上の遮熱コーティング２０と、ボンドコート１４から少なくとも部分的に遮熱コーティング２０へと延在する１つ以上のカーボンナノチューブ１２と、からい形成されていることができる。カーボンナノチューブ１２は、任意の適した形態から形成されていることができる。少なくとも１つの実施形態において、カーボンナノチューブ１２は、図８に示すように、円形断面を有するシャフト様の形状の単層カーボンナノチューブであることができる。しかし、カーボンナノチューブ１２のジオメトリはこの形態に限定されるものではなく、他の形態を有することもできる。少なくとも１つの実施形態において、カーボンナノチューブ１２は、ボンドコート１４と遮熱コーティング２０との合一した厚さよりも短い長さを有することができる。総じて、カーボンナノチューブ１２の長さは、温度境界保護系１０のボンドコート１４と遮熱コーティング２０との厚さよりも大幅に小さくてもよい。さらに、温度境界保護系１０の所望の安定性にとっては、異なるカーボンナノチューブの長さが分布していることが有益でありうる。図８に示す単層カーボンナノチューブに加えて、多層カーボンナノチューブおよびカーボンナノバッド（ナノバッドとは、さらなる安定性を提供しうるさらなる垂直の突出部を有するナノチューブである）を適用することができる。総じて、界面付近および異なるコーティング層におけるカーボンナノチューブの密度は、５％未満であることができる。基材１８は、任意の適切な材料から形成されていることができ、これらに限定されるものではないが例えば、１種以上の金属、例えば合金から、特にガスタービン用途ではＮｉ基超合金またはＣｏ基超合金から形成されていることができる。ボンドコート１４は、これらに限定されるものではないが例えば、Ｎｉ  Ｃｒ  Ａｌ  Ｙ（多くの場合、これはＭ  Ｃｒ  Ａｌ  Ｙと表示され、その際、Ｍは、例えばＮｉやＣｒといった金属元素を表す）といった材料から形成されていることができる。基材１８は、ガスタービンエンジンおいて使用可能なタービン翼、ガスタービンエンジンの他の部品、あるいはその他の部品を成すことができる。遮熱コーティング２０は、これらに限定されるものではないが例えば、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２−ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３、ＮｄＡｌＯ３、Ｌａ２Ｈｆ２Ｏ７、ＥｒＡｌＯ３、ＧｄＡｌＯ３、Ｙｂ２Ｔｉ２Ｏ７、ＬａＹｂＯ３およびＧｄ２Ｈｆ２Ｏ７といった材料から形成されていることができる。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態において、複数のカーボンナノチューブ１２は、ボンドコート１４から少なくとも部分的に遮熱コーティング２０へと延在することができる。図１、図４および図５に示すように、複数のカーボンナノチューブ１２は、ボンドコート１４と遮熱コーティング２０との間の界面２４に対してほぼ垂直に延在することができる。少なくとも１つの実施形態において、図５に示すように、複数のカーボンナノチューブ１２は、六角形パターン状に配置されていることができ、それによって、複数のカーボンナノチューブ１２は列２６状に並んでおり、カーボンナノチューブの隣接する列は、各列２６と並んだ方向２８で互いにずれている。ボンドコート１４と遮熱コーティング２０との間の界面２４に対してほぼ垂直に延在する複数のカーボンナノチューブ１２の配置と、複数のカーボンナノチューブ１２の六角形パターンとによって、ボンドコート１４と密着した遮熱コーティング２０の構造的安定性を高めることができる。複数のカーボンナノチューブ１２は、ボンドコート１４内で電磁場３０により配向されていることができる。カーボンナノチューブ１２は優れた導体であり、これを電磁場３０により加速させて配向させることができ、ここで、電磁場３０は交流電磁界３０であることができる。
【００１４】
温度境界保護系１０は、多数の異なる形態を有することができる。例えば図６に示すように、複数のカーボンナノチューブ１２は、ボンドコート全体にわたって配置されていることができる。図６に示す実施形態においては、カーボンナノチューブ１２は、ボンドコート１４内でランダムな配向を有することができる。カーボンナノチューブ１２は、ボンドコート１４全体にわたってランダムに配置されていることができ、また、特にボンドコート１４内でパターン状となるように並べられているかまたは配置されていることもできる。カーボンナノチューブ１２の一部は、ボンドコート１４から遮熱コーティング２０へと延在することができる。
【００１５】
他の実施形態において、図７に示すように、複数のカーボンナノチューブ１２は、遮熱コーティング２０全体にわたって配置されていることができる。図７に示す実施形態において、カーボンナノチューブ１２は、遮熱コーティング２０内でランダムな配向を有することができる。カーボンナノチューブ１２は、遮熱コーティング２０全体にわたってランダムに配置されていることができ、また、特に遮熱コーティング２０内でパターン状となるように並べられているかまたは配置されていることもできる。カーボンナノチューブ１２の一部は、遮熱コーティング２０からボンドコート１４へと延在することができる。カーボンナノチューブ１２は、ボンドコート１４全体にわたって、遮熱コーティング２０全体にわたって延在することができ、そして、カーボンナノチューブ１２の少なくとも一部は、ボンドコート１４から遮熱コーティング２０へと延在することができる。
【００１６】
図９に示すように、熱保護を提供する方法４０は、４２において、基材１８の外面１６に１つ以上のボンドコート１４を施与することを含むことができる。該方法４０はさらに、４４において、ボンドコート１４において少なくとも１つのカーボンナノチューブ１２を、カーボンナノチューブ１２がボンドコート１４の外面２２から延在するように配置することを含むことができる。該方法はさらに、４６において、ボンドコート１４の外面２２に遮熱コーティング２０を、カーボンナノチューブ１２の少なくとも一部が遮熱コーティング２０内に含まれるように施与することを含むことができる。４４における、ボンドコート１４におけるカーボンナノチューブ１２の配置は、カーボンナノチューブ１２に電磁場を印加してカーボンナノチューブ１２を配向させることによりカーボンナノチューブ１２をボンドコート１４において配置することを含むことができる。
【００１７】
４４における、ボンドコート１４におけるカーボンナノチューブ１２の配置は、カーボンナノチューブ１２に電磁場を印加して複数のカーボンナノチューブ１２を六角形パターン状に配向させ、それによって、複数のカーボンナノチューブ１２が列２６状に並び、カーボンナノチューブ１２の隣接する列２６は、各列２６と並んだ方向２８で互いにずれていることにより、複数のカーボンナノチューブ１２をボンドコート１４において配置することを含むことができる。４４における、ボンドコート１４におけるカーボンナノチューブ１２の配置は、複数のカーボンナノチューブ１２をボンドコート１４において配置し、その際、複数のカーボンナノチューブ１２をボンドコート１４全体にわたって配置することを含むことができる。４４における、ボンドコート１４におけるカーボンナノチューブ１２の配置は、複数のカーボンナノチューブ１２をボンドコート１４および遮熱コーティング２０の全体にわたって配置することを含むことができる。
【００１８】
上記は、本発明の実施形態を例示、説明および記述する目的で提供されるものである。これらの実施形態に対する変更および改変は、当業者には明らかであり、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく行うことができる。さらに、特許請求の範囲には特定の順序で処理ステップが記載されているが、本発明の方法はこの特定の順序に限定されるものではなく、本発明の１つ以上の態様を達成するこれらの処理ステップのいかなる組み合わせも本発明の範囲内にあると考えられるべきであると理解されるべきである。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月14日(2017.6.14)
【手続補正１】
【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】
温度境界保護系であって、
外面を有する基材；
前記基材（１８）の外面上のボンドコート；
前記ボンドコート（１４）の外面上の遮熱コーティング；および
前記ボンドコートから少なくとも部分的に前記遮熱コーティングへと延在する複数のばらばらなカーボンナノチューブ
を含むことを特徴とする、温度境界保護系。
【請求項２】
前記複数のカーボンナノチューブが、前記ボンドコートと前記遮熱コーティングとの間の界面に対して垂直に延在することを特徴とする、請求項１に記載の温度境界保護系。
【請求項３】
前記複数のカーボンナノチューブが列（２６）状に並んでおり、カーボンナノチューブの隣接する列は、各列と並んだ方向で互いにずれていることを特徴とする、請求項２に記載の温度境界保護系。
【請求項４】
複数のカーボンナノチューブがさらに、前記ボンドコート内のみに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の温度境界保護系。
【請求項５】
複数のカーボンナノチューブがさらに、前記遮熱コーティング内のみに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の温度境界保護系。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブのそれぞれが、前記少なくとも１つのボンドコートと前記少なくとも１つの遮熱コーティングとの合一した厚さよりも短い長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の温度境界保護系。
【請求項７】
前記複数のカーボンナノチューブが、異なる長さのカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項１に記載の温度境界保護系。
【請求項８】
前記複数のカーボンナノチューブが、互いにランダムに配向されていることを特徴とする、請求項１に記載の温度境界保護系。
【請求項９】
基材に対する熱保護を提供する方法であって、
基材の外面にボンドコートを施与すること；
前記ボンドコートにおいて複数のばらばらなカーボンナノチューブを、前記カーボンナノチューブが前記ボンドコートの外面から延在するように配置すること；
前記ボンドコートの外面に遮熱コーティングを、前記カーボンナノチューブが少なくとも部分的に前記遮熱コーティングへと延在するように施与すること、
を含む、前記方法。
【請求項１０】
前記配置が、前記カーボンナノチューブに電磁場を印加することにより、前記複数のカーボンナノチューブを前記ボンドコートと前記遮熱コーティングとの間の界面に対して垂直に配向させることを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記配置を行った結果、前記複数のカーボンナノチューブは列状に並んでおり、カーボンナノチューブの隣接する列は、各列と並んだ方向で互いにずれていることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記配置が、複数のカーボンナノチューブを前記ボンドコート内のみに配置することをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記配置が、前記複数のカーボンナノチューブを互いにランダムに配向させることを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のカーボンナノチューブが、異なる長さのカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
2017538884.tif 000012
2017538884.tif 000013
2017538884.tif 000014