(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１０）のシーリング用の自立セラミックシール（６６）を形成する方法（１００）であって、
基板（８２）にセラミック材料（８８）を適用してセラミック層（９０）を形成すること（１０２）と、
前記セラミック層（９０）の第１の表面から前記基板（８２）を除去すること（１０４）と、
前記セラミック層（９０）の第２の表面（９１）を仕上げて前記自立セラミックシール（６６）を画定すること（１０６）と
を含む、方法（１００）。
【請求項２】
前記セラミック層（９０）の前記第２の表面（９１）に焼結性前駆体溶液もしくはスラリーを浸透させることと、
前記セラミック層（９０）の前記第２の表面（９１）を閉気孔に焼結することとを含む、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項３】
ガスタービン（１０）のシーリング用の自立セラミックシール（６６）を形成する方法（１００）であって、
基板（８２）にセラミック材料（８８）を適用してセラミック層（９０）を形成すること（１０２）と、
前記セラミック層（９０）から前記基板（８２）を除去すること（１０４）と、
前記セラミック層（９０）を仕上げて前記自立セラミックシール（６６）を画定すること（１０６）と、
前記セラミック層（９０）に焼結性前駆体溶液もしくはスラリーを浸透させることと、
前記セラミック層（９０）を閉気孔に焼結すること
を含む、方法（１００）。
【請求項４】
基板（８２）にセラミック材料（８８）を適用してセラミック層（９０）を形成するステップ（１０２）は、前記基板（８２）の表面（８３）に溶融または蒸気状態の一方の前記セラミック材料（８８）の粒子を堆積することと、前記セラミック材料（８８）を急冷して前記セラミック層（９０）を形成することとを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法（１００）。
【請求項５】
基板（８２）にセラミック材料（８８）を適用してセラミック層（９０）を形成するステップ（１０２）は、溶射堆積プロセスを使用して適用することを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法（１００）。
【請求項６】
前記セラミック材料（８８）は、イットリア安定化ジルコニアを含み、
前記イットリア安定化ジルコニアは、主にｔ’正方晶構造を有する、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法（１００）。
【請求項７】
前記セラミック層（９０）を、シール（６６）として機能するのに必要な形状が形成されるように切断することと、
前記シール（６６）をガスタービン（１０）のガスタービン高温ガス経路流に配置することと
を含み、
前記シール（６６）は、前記ガスタービン高温ガス経路流への高圧冷却流の漏れを防ぐ、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法（１００）。
【請求項８】
前記基板（８２）は、金属または金属合金の１つで構成され、
前記基板（８２）を除去すること（１０４）は、酸またはアルカリの一方を使用して前記基板（８２）をエッチング除去することによって除去することを含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法（１００）。
【請求項９】
自立セラミックシール（６６）であって、
ガスタービン（１０）のガスタービン高温ガス経路流をシールし、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成され、
前記自立セラミックシール（６６）が、焼結性前駆体溶液もしくはスラリーが浸透され、閉気孔に焼結された表面（９１）を有する、
自立セラミックシール（６６）。
【請求項１０】
前記イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）は、ｔ’正方晶構造を有する、請求項９に記載の自立セラミックシール（６６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、タービンに関する。具体的には、本明細書で開示される主題は、ガスタービンのシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの主なガス流路は、一般に、圧縮機入口、圧縮機、タービン、およびガス流出部の動作構成要素を含む。タービンの様々な加熱構成要素を冷却するために使用される、二次流も存在する。これらの流れの混合と、一般に、ガス流路からまたはガス流路へのガス漏れは、タービン性能に有害である。一般に、タービン構成要素間の冷却流の漏れは、出力の減少および効率の低下を引き起こす。漏れは、ある特定の構成要素の熱膨張と、ガスタービンの動作中の構成要素間の相対的な移動によって引き起こされる場合がある。したがって、高温ガス経路への高圧冷却流の漏れは、有害な寄生損失につながる可能性がある。したがって、必要な場合にのみ冷却流を提供しながら、シール構成要素で漏れの場所をブロックすることによって、全体的な効率を改善することができる。現在のガスタービンシールは、このような漏れ制御を達成するために、金属シールの異なる組合せおよび構成を使用している。例えば、スプラインシールをガスタービンのリングアセンブリ内の隣接するステータ部品間に使用することができる。
【０００３】
ガスタービンおよびエンジンは、１８００°Ｆを超える温度、典型的には２２００°Ｆ〜２７００°Ｆの温度で機能するように設計されている。そのため、タービン構成要素の多くは、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）などの先進的な材料で形成することができる。Ｈａｙｎｅｓ２８８、２１４などの特殊な合金で作られた従来の金属シールは、クリープ、酸化および高温腐食による加速破損のため、１８００°Ｆを超える温度に曝される用途には適していない。加えて、金属シールは、高温でＣＭＣ構成要素と反応する場合がある。
【０００４】
方向性凝固および／または単結晶ニッケル基超合金は、高温用途のタービンブレードの製造によく使用されるが、これらの用途に必要な薄いシールに製作するのは難しく、高価であることがわかっている。加えて、このタイプの材料のシールでは、高温の過酷な環境に曝されたときの酸化を防ぐために、ボンドコート上に遮熱層を形成する必要がある。それゆえ、この３層複合構造を含むシールの製作は拡張性がなく、したがって実行可能な選択肢ではなかった。
【０００５】
したがって、高温の過酷な環境に曝されるガスタービン部品で使用するための、スプラインシールなどの改善されたシールが望まれている。加えて、ガスタービンＣＭＣ構成要素と組み合わせて使用するための改善されたシールが望まれている。このようなシールは、構成要素の寿命が長い適切なシーリングを提供するために、高温耐性、耐摩耗性、および十分な柔軟性が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２−２０２６７８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示の様々な実施形態は、ガスタービンシールおよびこのようなシールを形成する方法を含む。１つの例示的な実施形態によれば、ガスタービンのシーリング用の自立セラミックシールを形成する方法であって、基板にセラミック材料を適用してセラミック層を形成することと、セラミック層から基板を除去することと、セラミック層を仕上げて自立セラミックシールを画定することとを含む方法が開示される。
【０００８】
別の例示的な実施形態によれば、ガスタービンのガスタービン高温ガス経路流をシールするための自立セラミックシールが開示される。自立セラミックシールは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成される。
【０００９】
さらに別の例示的な実施形態によれば、第１の弓形構成要素および隣接する第２の弓形構成要素であって、各弓形構成要素は、端面に位置した１つまたは複数のスロットを含む第１の弓形構成要素および第２の弓形構成要素と、第１の弓形構成要素のスロットおよび第２の弓形構成要素のスロットに配置されたシールとを含むガスタービンが開示される。シールは、ｔ’正方晶構造を有するイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成される自立セラミックシールを含む。
【００１０】
本開示の他の目的および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を読むと明らかになるであろう。本出願のこれらおよび他の特徴および改良は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて、以下の詳細な説明を検討することにより当業者には明らかになるであろう。
【００１１】
本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】既知のガスタービンの斜視部分切断図である。
【図２】環状配置の図１のガスタービンの例示的な弓形構成要素の斜視図である。
【図３】ガスタービンの既知のタービンの部分縦断面図である。
【図４】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、タービンの一部の概略断面図である。
【図５】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、自立セラミックシールを形成する方法のステップを示す図である。
【図６】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、自立セラミックシールを形成する方法のステップを示す図である。
【図７】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、自立セラミックシールを形成する方法のステップを示す図である。
【図８】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、自立セラミックシールを形成する方法のステップを示す図である。
【図９】本明細書に図示または記載される１つまたは複数の実施形態による、自立セラミックシールを形成する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に提示される図面は、必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、開示される実施形態の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面では、図面間で類似する符号は、類似する要素を表す。
【００１４】
本明細書で述べるように、開示される主題は、タービンに関する。具体的には、本明細書で開示される主題は、このようなタービン内のシーリングに関する。
【００１５】
これらの図に示されているように、「Ａ」軸（図１）は、（タービンロータの軸に沿った）軸方向の向きを表す。本明細書で使用する場合、「軸方向の」および／または「軸方向に」という用語は、軸Ａに沿った物体の相対的な位置／方向を指し、軸Ａは、ターボ機械の回転軸（具体的には、ロータセクション）と実質的に平行である。さらに本明細書で使用する場合、「半径方向の」および／または「半径方向に」という用語は、軸（図示せず）に沿った物体の相対的な位置／方向を指し、軸は、軸Ａと実質的に垂直であり、ただ１つの場所で軸Ａと交差する。加えて、「円周方向の」および／または「円周方向に」という用語は、軸Ａを囲むが、いかなる場所においても軸Ａと交差しない円周（図示せず）に沿った物体の相対的な位置／方向を指す。さらに、様々な図の間の共通の符号は、図中の実質的に同一の構成要素を示すことが理解される。
【００１６】
図１を参照すると、ガスタービン１０の一実施形態の斜視図が示されている。この実施形態では、ガスタービン１０は、圧縮機入口１２、圧縮機１４、複数の燃焼器１６、圧縮機吐出口（図示せず）、複数のタービンブレード２０を含むタービン１８、ロータ２２、およびガス流出部２４を含む。圧縮機入口１２は、空気を圧縮機１４に供給する。圧縮機１４は、圧縮空気を複数の燃焼器１６に供給し、そこで燃料と混合する。複数の燃焼器１６からの燃焼ガスは、タービンブレード２０を推進する。推進されたタービンブレード２０は、ロータ２２を回転させる。ケーシング２６は、圧縮機入口１２、圧縮機１４、複数の燃焼器１６、圧縮機吐出口（図示せず）、タービン１８、タービンブレード２０、ロータ２２、およびガス流出部２４を取り囲む外側エンクロージャを形成する。ガスタービン１０は例示に過ぎず、本開示の教示は、様々なガスタービンに適用され得る。
【００１７】
一実施形態では、ガスタービン１０の高温ガス経路（ＨＧＰ）の各段の静止構成要素は、セットのノズル（ステータ翼形部）と、セットのシュラウド（ロータ翼形部２０におけるＨＧＰの静的外側境界）とからなる。各セットのノズルおよびシュラウドは、高温ガス経路の円周の周りに配置された多数の弓形構成要素で構成される。より具体的に図２を参照すると、ガスタービン１０のタービン１８の複数の弓形構成要素３０を含む、環状配置２８の一実施形態の斜視図が示されている。図示の実施形態では、図示される環状配置２８は、例示の目的のために１つの弓形構成要素が取り除かれた７つの弓形構成要素３０を含む。弓形構成要素３０の各々の間には、セグメント間ギャップ３３がある。このセグメント化された構造物は、熱歪みおよび構造負荷を管理し、ハードウェアの製造および組み立てを容易にするために必要である。
【００１８】
当業者は、環状配置２８が任意の数の弓形構成要素３０を有し得ること、複数の弓形構成要素３０が様々な形状およびサイズであってもよく、金属および／またはＣＭＣ構成要素を含んでもよいこと、ならびに複数の弓形構成要素３０がガスタービン１０において異なる機能を果たすことができることを容易に認識するであろう。例えば、タービンの弓形構成要素は、限定はしないが、以下に説明するように外側シュラウド、内側シュラウド、ノズルブロック、およびダイアフラムを含んでもよい。
【００１９】
図３を参照すると、ガスタービン１０（図１）のタービン１８の一実施形態の断面図が示されている。この実施形態では、ケーシング２６は、複数の外側シュラウド３４、内側シュラウド３６、複数のノズルブロック３８、複数のダイアフラム４０、およびタービンブレード２０を取り囲む。外側シュラウド３４、内側シュラウド３６、ノズルブロック３８およびダイアフラム４０の各々は、弓形構成要素３０の一部を形成する。外側シュラウド３４、内側シュラウド３６、ノズルブロック３８およびダイアフラム４０の各々は、その側面に１つまたは複数のスロット３２を有する。この実施形態では、複数の外側シュラウド３４は、ケーシング２６に接続し、内側シュラウド３６は、複数の外側シュラウド３４に接続し、複数のノズルブロック３８は、複数の外側シュラウド３４に接続し、複数のダイアフラム４０は、複数のノズルブロック３８に接続する。当業者は、弓形構成要素の多くの異なる配置および幾何学的形状が可能であることを容易に認識するであろう。代替の実施形態は、異なる弓形構成要素の幾何学的形状、より多くの弓形構成要素、またはより少ない弓形構成要素を含んでもよい。
【００２０】
冷却空気は、典型的には、各セットのノズルおよびシュラウドのセグメント間ギャップ３３を通る静的高温ガス経路（ガスタービンエンジン１０の圧縮機からの抽気）の漏れを積極的に冷却および／またはパージするために使用される。この漏れは、熱力学的サイクルに寄生し、高温のＨＧＰ構成要素の冷却設計にはほとんどメリットがないため、エンジンの全体的な性能および効率に悪影響を及ぼす。前述のように、シールは、典型的には、漏れを低減するために静的ＨＧＰ構成要素のセグメント間ギャップ３３に組み込まれる。１つまたは複数のスロット３２は、各弓形構成要素３０の端部にこのようなシールを載置することを可能にする。様々な実施形態によれば、シールは、典型的には、様々なタイプの構造物の真っ直ぐな長方形の中実部品であり、標準スプラインシール、中実シール、成形シール（例えば、ドッグボーン）などの任意のタイプの平面シールを含み得ることが理解される。
【００２１】
図４を参照すると、一実施形態による、図１〜図３のガスタービン１０とほぼ同様のガスタービン５０の部分縦断面図が図４に示されている。図４は、例示的な、より具体的には、本明細書で開示されるように複数のシールが配置された、図２の複数の弓形構成要素３０の１つとほぼ同様の第１の弓形構成要素５２の端面図を示す。
【００２２】
図４に図示されるように、第１の弓形構成要素５２は、第１の弓形構成要素５２の端面５３に形成された１つまたは複数のスロット６０を含む。１つまたは複数のスロット６０は、互いに対してある角度で形成され、互いに接続された複数のスロット部分で構成されるか、または単一の水平に延びるスロット６０として構成されてもよい。より具体的には、１つまたは複数のスロット６０は、任意の数の交差するまたは接続されたスロット部分で構成されてもよい。スロット６０は、代替の構成が予想されている。
【００２３】
図４の図示の実施形態では、ガスタービン５０は、１つまたは複数のスロット６０の各々に配置されたシール６６を含む。シール６６の説明は、弓形構成要素５２の単一のスロット６０に関して以下に説明されるが、１つまたは複数のスロットを内部に配置すると、隣接する弓形構成要素の１つまたは複数のスロットに同様に適用可能であることを理解されたい。
【００２４】
前述のように、ガスタービンおよびエンジンは、１８００°Ｆを超える温度で機能するように設計されている。そのため、シール６６は、このような温度の過酷な環境での使用に適していなければならない。セラミック材料、具体的には、ジルコニアベースの材料は、その高温能力、高耐火性、低熱伝導率、高靭性、ガラス粉塵に対する低反応性、ならびにプラズマ溶射、火炎溶射および物理蒸着（ＰＶＤ）技術による比較的容易な堆積のため、ブレード、ベーン、バケット、シュラウドなどのガスタービン部品の高温遮熱コーティングとして広く使用されている。例として、ジルコニアは通常、ある特定の材料、例えば、酸化イットリウム（イットリア）、マグネシア、スカンジア、酸化カルシウム、または様々な希土類酸化物などの酸化物の少量とブレンドすることによって、完全または部分的に安定化された形で用いられる。例として、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）がよく使用される。イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のｔ’相は、主に溶融および／または蒸気相からの急冷によって形成および安定化される。空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）は、商業的にこれらのコーティングを形成するための最も拡張可能なプロセスであり、比較的低い設備コストならびに適用およびマスキングの容易さという利点を有する。
【００２５】
ここで図５〜図９を参照すると、自立セラミックシールとして本明細書で説明される、１つまたは複数のシール６６を製作する方法のステップが図示されている。この方法を使用して、シール６６、より具体的には図１のガスタービン１０などのガスタービンのシールとして機能するように成形し、任意に仕上げることができるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）セラミック構成要素の自立ｔ’相を最終的に形成する。あるいは、シール６６は、発電、航空エンジン、または熱的および化学的に厳しい環境内で動作する任意のシステムで使用されてもよい。
【００２６】
ここで図５を参照すると、前述のシール６６などの自立シールを形成する方法のステップが図示されている。一実施形態では、セラミック材料は、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）によって実質的に滑らかな基板上に適用される。プラズマ技術は、一般に、当技術分野で知られている。（例えば、米国特許第５，３３２，５９８号（Ｋａｗａｓａｋｉ  ｅｔ  ａｌ）、５，０４７，６１２号（ＳａｖｋａｒおよびＬｉｌｉｑｕｉｓｔ）、米国特許第４，７４１，２８６号（Ｉｔｏｈ  ｅｔ  ａｌ）、および米国特許第４，４５５，４７０号（Ｋｌｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ）を参照されたい）。これらの参考文献は、プラズマ溶射の様々な側面に関して有益であり、参照により本明細書に組み込まれる。プラズマ溶射コーティング技術の当業者は、ＡＰＳ技術によるコーティングの適用に関連する他の詳細に精通している。他のステップおよびプロセスパラメータの例は、堆積前の表面の洗浄、酸化物を除去するためのグリットブラスト、基板温度、溶射距離（ガンから基板まで）などのプラズマ溶射パラメータ、溶射パスの数、粉末供給速度、トーチ出力、プラズマガス選択の選択、堆積角度、適用されたコーティングの後処理、などを含む。コーティングの粒子サイズ、および粒子速度を含むＡＰＳシステムからのセラミック層の効果的な堆積には、任意の数のパラメータが関連付けられている。例えば、「Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｉｎ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｔａｔｅｓ  ｉｎ  Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｐｒａｙｉｎｇ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎａ  ａｎｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ  Ｎａｎｏ−Ｃｅｒａｍｉｃｓ」と題するＢｅｒｇｈａｕｓ，ｅｔ．ａｌ．による記事を参照されたい（２００５年５月、スイス、バーゼルの２００５年国際溶射会議の議事録）。加えて、空気プラズマ溶射技術によるセラミック材料の堆積に関するさらなる情報は、一般に譲渡された米国特許出願公開第２００９／０１６２６７０号、Ｙｕｋ−Ｃｈｉｕ，Ｌ．ｅｔ  ａｌ．、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｐｐｌｙｉｎｇ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｔｏ  Ｓｍｏｏｔｈ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｂｙ  Ａｉｒ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ」に説明されており、その全体が本明細書に組み込まれる。
【００２７】
より具体的には、図５の実施形態では、溶射システム８０、および本開示によるセラミック材料が堆積される基板８２が図示されている。一実施形態では、溶射システム８０は、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）システム、低圧プラズマ溶射システム、高速酸素燃料溶射システム、電子ビーム物理蒸着システム、または真空プラズマ溶射システムを含むことができる。一実施形態では、基板８２は、アルミニウム基合金、ニッケル基合金、鉄基合金、コバルト基合金などの金属で構成される。一実施形態では、基板８２は、前処理された金属で構成される。一実施形態では、基板８２は、グラファイト、石英、炭化ケイ素などの１つまたは複数などの非金属材料で構成される。図示の実施形態では、溶射装置８０は、電気アーク（図示せず）を利用して、溶射熱源として作用する高温プラズマガス８６の流れを生成するプラズマ溶射システム８４である。粉末状のセラミック材料８８は、不活性ガス流（図示せず）で高温プラズマガス８６の流れに運ばれ、そこで加熱されて基板８２の表面８３に向かって推進され、セラミック材料８８の層９０を形成する。シール６６の開示される実施形態では、セラミック材料８８は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）であり、二酸化ジルコニウムの結晶構造は、酸化イットリウムの添加によって室温で安定化される。より具体的には、一実施形態では、セラミック材料８８は、約３〜約８重量パーセントのイットリアの組成を有するイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）である。溶射装置８０は、高温プラズマガス８６の流れでＹＳＺセラミック粉末８８を溶融し、次いで溶融セラミック材料よりも実質的に低い温度にある基板表面８３上でＹＳＺセラミック粉末８８の溶融粒子を急冷することによってセラミック材料８８の層９０を形成する。ＹＳＺセラミック粉末８８の溶融粒子の基板表面８３上への衝突および極めて急速な凝固により、正方晶プライム（ｔ’）として知られるイットリア安定化ジルコニアの準安定結晶相が生成される。この準安定相は、ｔ’が約１２００℃未満で安定しているとみなされ、他の処理方法、組成、および環境相の不安定化メカニズムによって生成される場合に存在する可能性のあるＹＳＺの他の相と比較して著しく高い破壊靭性を保持するという点で、業界では非変形相とも呼ばれる。機能性セラミックシールの機械的要件により、ｔ’相が主に支配的な相であることが必要とされる。
【００２８】
図６に最もよく図示されるように、セラミック材料の層９０は、基板８２の表面８３に形成される。図７および図８に示されるように、次のステップでは、基板８２は、セラミック層９０のさらなる処理の前に除去される。特定の材料およびプロセスに応じて、基板８２は、機械的（例えば、切断）、熱的（例えば、燃焼）もしくは化学的（例えば、溶媒への溶解）手段を使用して、またはそれらの組合せを使用して除去することができる。より具体的には、層９０の形成に続いて、基板８２を除去することによってセラミック層９０が回収される。一実施形態では、基板８２は、セラミック層９０に損傷を与えることなく、切断、浸出、分解、溶融、酸化、エッチング、または基板８２の除去を行う任意の他の同様の方法などによって、このステップ中に機械的、化学的、または熱的に除去することができる。一実施形態では、基板８２は、酸またはアルカリエッチング液などの適切なエッチング媒体でエッチング除去される。一実施形態では、エッチング液媒体は、硝酸とフッ化水素酸の組合せを含むことができる。一実施形態では、基板８２は、濃硝酸（例えば、６７％、５０％、４０％など）洗浄液を使用して除去される。他の実施形態では、濃塩酸を使用して基板８２を除去することができる。一実施形態では、エッチング液媒体は、硝酸、塩酸、および脱イオン水の混合物である。
【００２９】
引き続き図７および図８を参照すると、基板８２が除去された自立セラミック層９０は、必要な寸法、強度、密度、表面テクスチャおよび／または形状に仕上げられて自立シールとして機能し、より具体的には自立セラミックシール６６（図４）を形成する。図７に最もよく図示されるように、セラミック層９０は、破線９２によって示されるように切断され、シール６６を画定する部分９４、および廃棄される１つまたは複数の部分９６を画定する。一実施形態では、セラミック層９０は、機械的に切断されてシール６６の仕上げ寸法を実質的に画定する。より具体的には、セラミック層９０は、シール６６として機能するのに必要な形状に形成するように切断される。
【００３０】
図８に最もよく図示されるように、セラミック層９０の表面９１、より具体的には部分９４は、研削、ホーニング、ラッピングおよび／または研磨などによって次に仕上げられ、仕上げられたシール６６の所望の滑らかさ、粗さ、寸法などをもたらす。この技術がセラミック層９０に損傷を与えない限り、任意の従来の仕上げステップを行うことができる。非限定的な例は、グリットブラスト、細かい研磨紙を使用した手研ぎ、および機械的研磨／バフ研磨を含む。グリットブラスト自体は、多数の方法で実施することができる。一例として、約８０ｐｓｉ未満の圧力で炭化ケイ素粒子を含有する加圧空気流をセラミック層９０の表面全体に向けることによって、軽いグリットブラストステップを実施することができる。図示の実施形態では、セラミック層９０の部分９４は、垂直スピンドルおよび方向矢印によって示されるように高速で回転する研磨パッド９８、ならびに適切な研磨媒体を使用して機械的に研磨／バフ研磨される。いくつかの特定の実施形態では、シール６６は、約０．０５ミリメートル〜約３．０ミリメートルの厚さ、より具体的には、約０．１２５ミリメートル〜２．５ミリメートルの厚さを有するように仕上げられる。一実施形態では、シール６６は、シール６６が配置されるシールスロット６０（図４）の幅および全長に実質的に等しい幅および全長を有するように仕上げられる。
【００３１】
追加のステップでは、セラミック層９０の強度を高めるために、さらなる後処理ステップが実行されてもよい。一実施形態では、セラミック層９０の密度に応じて、セラミック層９０は、閉気孔に緻密化するか、または焼結性前駆体溶液もしくはスラリーを浸透させて閉気孔に焼結することで、燃焼の気相の漏れを防ぎ、強度を追加することができる。
【００３２】
図６を参照して上述したように、基板８２の除去に続いて、図７で説明したような切断を含むセラミック層９０の最終仕上げ、図８で説明したような表面仕上げおよび成形、ならびに／または図９で説明したような追加の後処理ステップは、所望の結果の自立セラミックシール６６を達成するために任意の順序で行われてもよいことを理解されたい。
【００３３】
図１０は、様々な図に従ってガスタービンにシールを形成する方法１００を示す流れ図である。方法は、次のプロセスを含むことができる。
【００３４】
１０２で示されるプロセスＰ１は、基板にセラミック材料を配置してセラミック層を形成することを含む。セラミック材料は、ｔ’相正方晶構造のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含む。一実施形態では、基板は、オーステナイトニッケル−クロム超合金などの金属、より具体的にはインコネル（登録商標）を含む。
【００３５】
１０４で示されるプロセスＰ２は、セラミック層から基板を除去することを含む。基板の除去は、機械的手段（例えば、切断）、熱的手段（例えば、燃焼）、プラズマベースの手段（例えば、プラズマエッチング）もしくは化学的手段（例えば、溶媒への溶解）のいずれかを使用して、またはそれらの組合せを使用して達成することができる。
【００３６】
１０６で示されるプロセスＰ３では、基板８２が除去されたセラミック層９０は、必要な寸法、強度、密度、表面テクスチャおよび／または形状に仕上げられて自立シールとして機能し、より具体的には自立セラミックシール６６（図４）を形成する。このステップにおけるセラミック層９０の仕上げは、所望の結果のシール６６を達成するために、限定はしないが、図７に関して説明した切断、図８に関して説明した表面仕上げ、および／または前述の追加の後処理ステップを含んでもよい。シール６６の製作に続いて、一実施形態では、シール６６は、タービン（例えば、ガスタービン１０、図１）に適用され、適用することは、シール６６をスロット６０に挿入することを含む。
【００３７】
自立シール構成要素、より具体的にはシール６６の高耐火性および高靭性の主な要件は、広い面積で基板に溶射する急冷形成プロセスによって実現可能となるように製作される、イットリア安定化ジルコニアのｔ’相によって提供される。得られる自立シール６６は、高耐火性（熱安定性）、高靭性（耐摩耗性および耐衝撃性）、および様々な厚さに製作する能力を示す一方で、製造コストの削減をもたらす。
【００３８】
本明細書に図示および記載される方法において、図示していない他のプロセスを実行することができ、様々な実施形態に応じてプロセスの順序を再配置することができることを理解されたい。加えて、１つまたは複数の記載のプロセスの間に中間のプロセスを実行してもよい。本明細書に図示および記載されるプロセスの流れは、様々な実施形態の限定とみなすべきではない。
【００３９】
本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈がそのようでないことを明らかに示していない限り、複数形も含むように意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を示すが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
【００４０】
本明細書は、本開示を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本開示の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ガスタービン、ガスタービンエンジン
１２  圧縮機入口
１４  圧縮機
１６  燃焼器
１８  タービン
２０  タービンブレード、ロータ翼形部
２２  ロータ
２４  ガス流出部
２６  ケーシング
２８  環状配置
３０  弓形構成要素
３２  スロット
３３  セグメント間ギャップ
３４  外側シュラウド
３６  内側シュラウド
３８  ノズルブロック
４０  ダイアフラム
５０  ガスタービン
５２  第１の弓形構成要素
５３  端面
６０  シールスロット
６６  自立セラミックシール
８０  溶射システム、溶射装置
８２  基板
８３  基板表面
８４  プラズマ溶射システム
８６  高温プラズマガス
８８  セラミック材料、ＹＳＺセラミック粉末
９０  セラミック層
９１  セラミック層の表面
９２  破線
９４  セラミック層の部分
９６  セラミック層の部分
９８  研磨パッド
１００  方法
１０２  プロセス
１０４  プロセス
１０６  プロセス
Ａ  軸
【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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