(57)【要約】【課題】金属接合層との密着性が良好で、従来よりも均一な膜厚を有する酸素バリア層を効率的に形成して、遮熱コーティングの耐久性と生産性との両立を図る。【解決手段】この遮熱コーティング構造は、基材を熱から保護するための遮熱コーティング構造において、基材上に形成された金属接合層と、金属接合層上に形成され、理論密度に対する実測密度の割合を表す相対密度が９５％以上の緻密な酸化物セラミックの薄膜によって構成された酸素バリア層と、酸素バリア層上に形成されたセラミック遮熱層とを具備し、金属接合層と酸素バリア層との界面にアンカーリング層が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を熱から保護するための遮熱コーティング構造において、
基材上に形成された金属接合層と、
前記金属接合層上に形成され、理論密度に対する実測密度の割合を表す相対密度が９５％以上の緻密な酸化物セラミックの薄膜によって構成された酸素バリア層と、
前記酸素バリア層上に形成されたセラミック遮熱層と、
を具備し、前記金属接合層と前記酸素バリア層との界面にアンカーリング層が形成されていることを特徴とする遮熱コーティング構造。
【請求項２】
基材を熱から保護するための遮熱コーティング構造において、
基材上に形成された金属接合層と、
前記金属接合層上に形成され、理論密度に対する実測密度の割合を表す相対密度が９５％以上の緻密な酸化物セラミックの厚膜によって構成されたセラミック遮熱層と、
を具備し、前記金属接合層と前記セラミック遮熱層との界面にアンカーリング層が形成されていることを特徴とする遮熱コーティング構造。
【請求項３】
前記酸化物セラミックが、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）、セリウム酸化物（ＣｅＯ２）、又は、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）を主成分として含む、請求項１又は２記載の遮熱コーティング構造。
【請求項４】
前記酸化物セラミックが、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）、セリウム酸化物（ＣｅＯ２）、又は、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）を主成分として含むセラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを前記金属接合層の表面に噴射して堆積させることにより形成された、請求項３記載の遮熱コーティング構造。
【請求項５】
前記基材が、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）の内の少なくとも１つを主成分として含む超耐熱合金で形成され、
前記金属接合層が、ＭＣｒＡｌＹ（Ｍはニッケル及び／又はコバルト、Ｃｒはクロム、Ａｌはアルミニウム、Ｙはイットリウム）で表される合金で形成され、
前記セラミック遮熱層が、部分安定化ジルコニアを含む、
請求項１〜４のいずれか１項記載の遮熱コーティング構造。
【請求項６】
基材を熱から保護するための遮熱コーティングを製造する方法において、
基材上に金属接合層を形成する工程と、
セラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを前記金属接合層の表面に噴射して堆積させることにより、理論密度に対する実測密度の割合を表す相対密度が９５％以上の緻密な酸化物セラミックの薄膜によって構成され前記金属接合層との界面にアンカーリング層を有する酸素バリア層を形成する工程と、
前記酸素バリア層上にセラミック遮熱層を形成する工程と、
を具備する遮熱コーティング製造方法。
【請求項７】
前記セラミック遮熱層を形成する工程が、セラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを前記酸素バリア層の表面に噴射して堆積させることにより、相対密度９５％以上の緻密な酸化物セラミックの厚膜によって構成され前記酸素バリア層との界面にアンカーリング層を有するセラミック遮熱層を形成することを含む、請求項６記載の遮熱コーティング製造方法。
【請求項８】
基材を熱から保護するための遮熱コーティングを製造する方法において、
基材上に金属接合層を形成する工程と、
セラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを前記金属接合層の表面に噴射して堆積させることにより、理論密度に対する実測密度の割合を表す相対密度が９５％以上の緻密な酸化物セラミックの厚膜によって構成され前記金属接合層との界面にアンカーリング層を有するセラミック遮熱層を形成する工程と、
を具備する遮熱コーティング製造方法。
【請求項９】
前記セラミック遮熱層を形成する工程が、セラミック粉の組成を連続的又は段階的に変化させながらエアロゾルを生成し、生成されたエアロゾルを前記金属接合層の表面に噴射して堆積させることにより、厚さ方向において連続的又は段階的に変化する組成を有するセラミック遮熱層を形成することを含む、請求項７又は８記載の遮熱コーティング製造方法。
【請求項１０】
前記金属接合層を形成する工程が、原料粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを前記基材の表面に噴射して堆積させることにより、前記基材との界面にアンカーリング層を有する金属接合層を形成することを含む、請求項６〜９のいずれか１項記載の遮熱コーティング製造方法。
【請求項１１】
前記セラミック粉が、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）、セリウム酸化物（ＣｅＯ２）、又は、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）を主成分として含む、請求項６〜１０のいずれか１項記載の遮熱コーティング製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境において使用される部材を熱から保護するための遮熱コーティングの構造、及び、そのような遮熱コーティングを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機用のジェットエンジンや発電用のガスタービン等においては、熱効率や出力を向上させるために、燃焼ガス温度の高温化が進められている。それに伴い、高温環境、さらには、高温高腐食環境において使用される部材を冷却する冷却技術と共に、該部材を熱から保護する遮熱コーティング（thermal barrier coating：ＴＢＣ）技術が重要になってくる。
【０００３】
一般的に、遮熱コーティング構造は、ガスタービンの燃焼器や動翼等の部材の金属基材上に、耐環境性に優れた金属層（ボンドコート）と、低熱伝導性のセラミック層（トップコート）とを形成することによって構成される。このように、熱伝導率の低いセラミック層を燃焼ガス通路側に形成することにより、金属基材の温度を低下させて長寿命化を図ることができる。しかしながら、セラミック層の一部が脱落した場合には、金属基材の温度が局所的に上昇するので、部材が損傷する危険性が高くなってしまう。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、ガスタービン等の高温部材に適用する遮熱コーティングにおいて、遮熱層の剥離や脱落の少ない遮熱コーティング構造が開示されている。この遮熱コーティング構造は、基材上に、金属接合層、酸素バリア層、セラミック遮熱層がこの順に重なった構造であって、金属接合層がアルミニウムを含有し、酸素バリア層が０．００１μｍ〜５μｍの範囲内の厚さを有する酸化物セラミックの緻密な薄膜であることを特徴としている。
【０００５】
特許文献１によれば、高温酸化による遮熱層の剥離は、金属接合層に含まれているアルミニウムがセラミック遮熱層から供給される酸素と反応して、金属接合層の表層にアルミナを含む酸化物層が成長し、この酸化物層が厚くなるに従い、セラミック遮熱層に作用する熱応力が大きくなって、遂にはセラミック遮熱層が剥離することにより発生する。そこで、金属接合層とセラミック遮熱層との間に、酸化セリウム又は酸化ジルコニウムの緻密な薄膜で酸素バリア層を形成することにより、酸化物層の成長を抑制し、また、金属接合層に含まれているクロム等の酸化を抑制して、剥離現象を減少させ、遮熱コーティングの破損を防止することができる。ここで、酸素バリア層の形成は、湿式法であるゾルゲル法又はスラリー法によって行われる。
【０００６】
しかしながら、通常、金属接合層はプラズマ溶射法によって形成されるので、その表面には大きな凹凸があり（特許文献１の図１及び図２を参照）、その上にゾルゲル法のような湿式法で酸素バリア層の薄膜を形成する場合には、膜厚を均一にすることは困難である。また、湿式法によって形成した薄膜は、下地（基材）との密着性が高くないので、熱剥離が起き易い。さらに、ゾルゲル法によれば、１回の成膜によって１００ｎｍ程度の厚さの膜しか形成することができないので、ミクロンオーダの厚さの膜を形成する場合には、ゾルゲル液の塗布、乾燥、焼成といった工程を何回も繰り返す必要があり、生産性が低い。一方、粘度の高いゾルゲル液を用いる場合には、１回の成膜によって形成される膜の厚さは厚くなるものの、気孔が発生し易く、生産性と膜の緻密さとを両立させることは困難である。
【特許文献１】特開２００６−１１７９７５号公報（第１−５頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、金属接合層との密着性が良好で、従来よりも均一な膜厚を有する酸素バリア層を効率的に形成して、遮熱コーティングの耐久性と生産性との両立を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る遮熱コーティング構造は、基材を熱から保護するための遮熱コーティング構造において、基材上に形成された金属接合層と、金属接合層上に形成され、理論密度に対する実測密度の割合を表す相対密度が９５％以上の緻密な酸化物セラミックの薄膜によって構成された酸素バリア層と、酸素バリア層上に形成されたセラミック遮熱層とを具備し、金属接合層と酸素バリア層との界面にアンカーリング層が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の１つの観点に係る遮熱コーティング製造方法は、基材を熱から保護するための遮熱コーティングを製造する方法において、基材上に金属接合層を形成する工程と、セラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを金属接合層の表面に噴射して堆積させることにより、理論密度に対する実測密度の割合を表す相対密度が９５％以上の緻密な酸化物セラミックの薄膜によって構成され金属接合層との界面にアンカーリング層を有する酸素バリア層を形成する工程と、酸素バリア層上にセラミック遮熱層を形成する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の１つの観点によれば、セラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを金属接合層の表面に噴射して堆積させることにより酸素バリア層を形成するので、金属接合層と酸素バリア層との界面にアンカーリング層が形成されて両者の密着性が良好となり、また、従来よりも均一な膜厚を有する酸素バリア層を効率的に形成して、遮熱コーティングの耐久性と生産性との両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る遮熱コーティング構造を模式的に示す断面図である。この遮熱コーティング構造は、航空機用のジェットエンジンや発電用のガスタービン等において基材を熱から保護するために使用されるものであり、図１に示すように、基材１１上に形成された金属接合層（ボンドコート）１２と、金属接合層１２上に形成された酸素バリア層１３と、酸素バリア層１３上に形成されたセラミック遮熱層（トップコート）１４とを有している。熱伝導率の低いセラミック遮熱層１４を燃焼ガス通路側に形成することにより、基材１１の温度を低下させて長寿命化を図ることができる。
【００１２】
基材１１は、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）の内の少なくとも１つを主成分として含む超耐熱合金で形成されている。超耐熱合金とは、１０００℃付近から２０００℃付近に至る温度領域において、大きな応力や酸化・腐食等の厳しい環境の下で使用することのできる一群の先進材料のことをいう。具体的には、超耐熱合金として、コバルト、アルミニウム、タングステンの３元系金属間化合物Ｃｏ３（Ａｌ，Ｗ）や、ニッケル、銅、鉄を主成分とする合金（Ｎｉ：６６．５％、Ｃｕ：３１．５％、Ｆｅ：１．２％）等を用いることができる。
【００１３】
金属接合層１２は、例えば、ＭＣｒＡｌＹ（Ｍはニッケル及び／又はコバルト、Ｃｒはクロム、Ａｌはアルミニウム、Ｙはイットリウム）で表される合金を用いて、プラズマ溶射法又は蒸着法等によって形成される。
【００１４】
酸素バリア層１３は、相対密度９５％以上の緻密な酸化物セラミックの薄膜によって構成されている。本願において、薄膜とは、例えば、数層〜数十層からなる原子層によって構成され、１０μｍ未満の厚さを有する膜のことをいう。また、相対密度とは、理論密度に対する実測密度の割合を表すものであり、次式で表される。
相対密度＝（実測密度／理論密度）×１００（％）
実測密度は、アルキメデス法によって測定することが可能であり、測定装置としては、例えば、ＡｌｆａＭｉｒａｇｅ社のＳＤ２００Ｌを用いることができる。
【００１５】
酸素バリア層１３を構成する酸化物セラミックは、例えば、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）、セリウム酸化物（ＣｅＯ２）、又は、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）を主成分として含んでいる。
【００１６】
本実施形態においては、エアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」ともいう）を用いて、セラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを金属接合層１２の表面に噴射して堆積させることにより、酸素バリア層１３が形成される。
【００１７】
ＡＤ法とは、原料の微小な粉末をガスに分散させることによって生成されたエアロゾルを基材等の対象物に向けて噴射することにより、原料を対象物上に堆積させる成膜方法である。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。ＡＤ法は、焼結プロセスが不要なので、比較的低温においてセラミック等の膜を形成できることや、対象物に衝突して粉砕した原料の結晶粒子により非常に緻密な膜を実現できるといった特徴を有している。なお、ＡＤ法は、噴射堆積法又はガスデポジション法とも呼ばれている。
【００１８】
ＡＤ法によって原料の粉末を対象物に向けて噴射すると、原料の粉末が対象物に衝突して食い込み（「アンカーリング」と呼ばれる）、さらに、衝突の際に原料の粉末が変形又は破砕することによって生じた活性面において粒子同士が結合することにより、原料が対象物上に堆積する。そのようにして形成された膜は、対象物との境界面に形成されたアンカーリング層（アンカーリングが生じた領域）において、対象物と強固に密着していると共に、活性面におけるメカノケミカル反応による粒子の結合によって、極めて緻密な構造を有している。
【００１９】
従って、金属接合層１２と酸素バリア層１３との界面にアンカーリング層が形成されて、両者の密着性が良好となり、酸素バリア層１３が緻密なので、酸素に対するバリア性が向上する。また、湿式法を用いる場合と比較して、金属接合層１２の表面に凹凸があっても比較的均一な膜厚を有する酸素バリア層１３を形成することができ、成膜レートも高くなる。その結果、遮熱コーティングの耐久性と生産性との両立を図ることができる。
【００２０】
ＡＤ法によれば、相対密度９５％以上の緻密な酸化物セラミックの膜を形成することが可能である。一方、溶射法やスクリーン印刷法によって形成した膜の相対密度は、８０％〜９０％が限界である。このように緻密な膜をアンカーリングを生じさせながら形成することができる形膜方法は、ＡＤ法に限られている。
【００２１】
図１において、酸素バリア層１３の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍ未満であり、アンカーリング層の厚さは、０．０１μｍ〜１μｍである。また、セラミック遮熱層１４の厚さは、１０μｍ〜３００μｍである。セラミック遮熱層１４は、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）に、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の安定化剤を所定の割合で添加することにより部分的に安定化させた部分安定化ジルコニアを含んでおり、プラズマ溶射法又は蒸着法等によって形成される。
【００２２】
以上において、セラミック遮熱層１４をＡＤ法によって形成するようにしても良い。その場合には、セラミック遮熱層１４が、相対密度９５％以上の緻密な酸化物セラミックの厚膜によって構成され、酸素バリア層１３との界面にアンカーリング層を有することになる。また、金属接合層１２をＡＤ法によって形成するようにしても良い。その場合には、金属接合層１２が、基材１１との界面にアンカーリング層を有することになり、金属接合層１２の成膜レートが高くなるので、遮熱コーティングの生産性が向上する。
【００２３】
ここで、本発明の各実施形態においてセラミック膜を形成するために用いられるＡＤ法による成膜装置について説明する。
図２は、本発明の各実施形態において用いられる成膜装置の構成を示す図である。図２に示すように、この成膜装置は、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成部１〜４と、成膜部６〜９と、両者を接続しているエアロゾル搬送管５と、各部の動作を制御する制御部１０とを含んでいる。
【００２４】
エアロゾル生成部は、エアロゾル生成室１と、振動台２と、巻き上げガスノズル３と、圧力調整ガスノズル４とを含んでいる。エアロゾル生成室１は、原料の粉体（原料粉）２１が配置される容器であり、ここでエアロゾルの生成が行われる。また、エアロゾル生成室１は、原料粉２１を攪拌することにより効率的にエアロゾルを生成するために、所定の周波数で振動する振動台２の上に設置されている。
【００２５】
巻き上げガスノズル３は、外部のガスボンベから供給されるキャリアガスをエアロゾル生成室１内に導入することにより、サイクロン流を生成する。それにより、エアロゾル生成室１内に配置された原料粉２１が巻き上げられて分散し、エアロゾルが生成される。圧力調整ガスノズル４は、外部のガスボンベから供給されるキャリアガスをエアロゾル生成室１内に導入することにより、エアロゾル生成室１内のガス圧を調整する。それにより、エアロゾル生成室１内の圧力と成膜室６内の圧力との差が調整される。
【００２６】
巻き上げガスノズル３及び圧力調整ガスノズル４によって導入されるガスの流量は、流量調整部３ａ及び４ａによって調節される。また、巻き上げガスノズル３及び圧力調整ガスノズル４によって供給されるキャリアガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、若しくは、それらの混合ガス、又は、乾燥空気等が用いられる。エアロゾル搬送管５は、エアロゾル生成部から成膜部に向けてエアロゾルを搬送する径路である。成膜室６において、エアロゾル搬送管５は、エアロゾルを噴射するノズル７に接続されている。
【００２７】
成膜部は、成膜室６と、噴射ノズル７と、ステージ８と、排気管９とを含んでいる。成膜室６の内部は、排気管９に接続されている排気ポンプによって排気されており、それによって所定の真空度に保たれている。噴射ノズル７は、所定の形状及び大きさの開口を有しており、エアロゾル生成室１からエアロゾル搬送管５を介して供給される原料粉のエアロゾルを、基材１１に向けて噴射する。なお、噴射ノズル７から噴射されるエアロゾルの速度は、エアロゾル生成室１と成膜室６との間の圧力差によって決定される。
【００２８】
基材１１が固定されているステージ８は、基材１１と噴射ノズル７との相対位置及び相対速度を制御するための３次元的に移動可能なステージである。この相対速度を調節することにより、１往復あたりに形成される膜の厚さが制御される。なお、本実施形態においては、ステージ８側を移動させることにより、ノズル７と基材１１との相対的位置を変化させているが、基材１１の位置を固定してノズル７側を移動させるようにしても良い。
【００２９】
図２に示すように、原料粉２１がエアロゾル生成室１に配置されると共に、基材１１がステージ８上に配置される。そして、成膜装置を駆動すると、エアロゾル生成室１において生成されたエアロゾルが、エアロゾル搬送管５を通って成膜室６に導入され、ノズル７から噴射されて基材１１に吹き付けられる。このエアロゾル中の原料粉が基材１１に付着して堆積する。その際に、制御部１０の制御の下で、ステージ８を所定の速度で移動させることにより、ステージ８の移動速度（ノズル７と基材１１との相対速度）に応じたレートで、原料粉と同じ組成を有する膜２２が形成される。
【００３０】
図２に示すエアロゾル生成部の替わりに、図３に示すエアロゾル生成装置を用いても良い。図３の（ａ）は、エアロゾル生成装置の構成を示す断面図であり、図３の（ｂ）は、エアロゾル生成装置の内部を示す平面図である。
【００３１】
図３に示すエアロゾル生成装置は、粉体収納室７０及びエアロゾル生成部８０を含んでいる。粉体収納室７０は粉体を収納するチャンバであり、その上底部には粉体供給口７０ａが設けられており、下底部には開口７１が形成されている。この開口７１を介して、粉体収納室７０とエアロゾル生成部８０とが連結されている。
【００３２】
粉体収納室７０には、モータによって駆動されることにより回転する攪拌羽７２が備えられている。この攪拌羽７２の回転軸７３にはＯ（オー）リング７３ａがはめ込まれており、それによって粉体収納室７０内の気密が確保される。そのような粉体収納室７０に粉体を収納し、攪拌羽７２によって粉体を攪拌する。それにより、粉体が開口７１から落下し、エアロゾル生成部８０に導出される。また、粉体収納室７０には、粉体が開口７１から導出されるのを補助又は促進するために、アシスト（補助）ガス導入部７４が設けられている。アシストガス導入部７４は、配管及びバルブを含んでおり、配管の先には、例えば、ガスボンベが接続されている。
【００３３】
エアロゾル生成部８０には、モータによって駆動されることにより回転する回転盤８１が備えられている。回転盤８１の回転軸８２にはＯリング８２がはめ込まれており、それによってエアロゾル生成部８０内の気密が確保される。回転盤８１には、所定の幅及び深さを有する溝８３が円周に沿って形成されている。回転盤８１は、溝８３が粉体収納室７０の開口７１に対向するように配置されている。このような回転盤８１は、開口７１から落下した粉体を溝８３によって受けながら回転することにより、粉体を一定の割合で搬送する。
【００３４】
さらに、エアロゾル生成部８０には、分散ガス導入部８４及びエアロゾル供給管８５が設けられている。分散ガス導入部８４は、配管及びバルブを含んでおり、配管の先には、例えば、ガスボンベが接続されている。アシストガス及び分散ガスの種類としては、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、それらの混合ガス、あるいは、乾燥空気等が用いられる。
【００３５】
図３の（ａ）に示すように、分散ガス導入部８４によってエアロゾル生成部８０内に導入される分散ガスの吹き出し口は、回転盤８１の溝８３に対向するように設けられている。エアロゾル供給管８５は、先端の開口部が溝８３に対向するように配置された管であり、その他端は、例えば、フレキシブルな材料によって形成された配管を介して、図２に示すエアロゾル搬送管５に接続される。
【００３６】
このようなエアロゾル生成装置において、粉体収納室７０に所望の粉体を収納して攪拌羽７２を駆動すると共に、エアロゾル生成部８０において回転盤８１を回転させ、回転盤８１の溝８３に対して分散ガスを吹き付ける。粉体収納室７０に収納された粉体は、攪拌羽７２によって攪拌されながら、開口７１を通って溝８３に落下する。その際に、粉体収納室７０にアシストガスを導入することにより、開口７１内に気流を形成する。この気流が、粉体の導出を補助又は促進する駆動力として作用する。それにより、粉体は、よりスムーズに開口７１から溝８３に落下する。溝８３に落下した粉体は、回転盤８２の回転速度に応じて堆積して搬送される。なお、アシストガスは、連続的に導入しても良いし、間欠的に導入しても良い。
【００３７】
一方、回転盤８２の溝８３においては、そこに吹き付けられた分散ガスが溝８３に沿って流れることにより気流が形成されている。この分散ガスは、エアロゾル供給管８５の先端部の開口からその内部に流れ込む。その際に、エアロゾル供給管８５の周囲には、エアロゾル供給管８５の内部に向かう吸引力が発生する。この吸引力により、溝８３に堆積していた粉体が分散ガスと共にエアロゾル供給管８５に流れ込む。このようにして生成されたエアロゾルは、エアロゾル供給管８５からエアロゾル搬送管５（図２）に供給され、エアロゾル搬送管５を介して成膜部に導入される。
【００３８】
次に、図１及び図４を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る遮熱コーティング製造方法について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る遮熱コーティング製造方法を示すフローチャートである。
【００３９】
まず、ステップＳ１１において、プラズマ溶射法又は蒸着法等によって、基材１１上に金属接合層１２を形成する。次に、ステップＳ１２において、図２に示す成膜装置のエアロゾル生成部、又は、図３に示すエアロゾル生成装置を用いて、セラミック粉をガス中に分散させることにより、エアロゾルを生成する。ステップＳ１３において、図２に示す成膜装置の成膜部を用いて、生成されたエアロゾルを金属接合層１２の表面に噴射して堆積させることにより、金属接合層１２上に酸素バリア層１３を形成する。ここで、酸素バリア層１３は、相対密度９５％以上の緻密な酸化物セラミックの薄膜によって構成され、金属接合層１２との界面にアンカーリング層を有している。ステップＳ１４において、プラズマ溶射法又は蒸着法等によって、酸素バリア層１３上にセラミック遮熱層１４を形成する。
【００４０】
ここで、ステップＳ１１においてＡＤ法を用いるようにしても良い。その場合には、ステップＳ１１において、原料粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを基材１１の表面に噴射して堆積させることにより、金属接合層１２を形成する。その結果、金属接合層１２は、基材１１との界面にアンカーリング層を有することになる。
【００４１】
また、ステップＳ１４においてＡＤ法を用いるようにしても良い。その場合には、ステップＳ１４において、セラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを酸素バリア層１３の表面に噴射して堆積させることにより、セラミック遮熱層１４を形成する。その結果、セラミック遮熱層１４は、相対密度９５％以上の緻密な酸化物セラミックの厚膜によって構成され、酸素バリア層１３との界面にアンカーリング層を有することになる。
【００４２】
本実施形態及び他の実施形態において、図２に示す成膜装置を用いるＡＤ法の成膜条件としては、例えば、巻き上げガスノズル３及び圧力調整ガスノズル４によって導入されるガスの流量を７リットル／分とし、基材１１の温度を室温（２７℃）とし、エアロゾル生成室１の圧力を５０ｋＰａとし、成膜室６の圧力を５０Ｐａとする。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る遮熱コーティング構造を模式的に示す断面図である。この遮熱コーティング構造は、航空機用のジェットエンジンや発電用のガスタービン等において基材を熱から保護するために使用されるものであり、図５に示すように、基材１１上に形成された金属接合層（ボンドコート）１２と、金属接合層１２上に形成されたセラミック遮熱層（トップコート）１５とを有している。熱伝導率の低いセラミック遮熱層１５を燃焼ガス通路側に形成することにより、基材１１の温度を低下させて長寿命化を図ることができる。
【００４４】
金属接合層１２は、例えば、ＭＣｒＡｌＹ（Ｍはニッケル及び／又はコバルト、Ｃｒはクロム、Ａｌはアルミニウム、Ｙはイットリウム）で表される合金を用いて、プラズマ溶射法又は蒸着法等によって形成される。
【００４５】
セラミック遮熱層１５は、相対密度９５％以上の緻密な酸化物セラミックの厚膜によって構成されている。本願において、厚膜とは、１０μｍ以上の厚さを有する膜のことをいう。セラミック遮熱層１５を構成する酸化物セラミックは、例えば、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）、セリウム酸化物（ＣｅＯ２）、又は、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）を主成分として含んでいる。
【００４６】
本実施形態においては、ＡＤ法を用いて、セラミック粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを金属接合層１２の表面に噴射して堆積させることにより、セラミック遮熱層１５が形成される。
【００４７】
従って、金属接合層１２とセラミック遮熱層１５との界面にアンカーリング層が形成されて、両者の密着性が良好となり、セラミック遮熱層１５が緻密なので、酸素に対するバリア性が向上する。図５において、セラミック遮熱層１５の厚さは、１０μｍ〜３００μｍであり、アンカーリング層の厚さは、０．０１μｍ〜１μｍである。また、湿式法を用いる場合と比較して、金属接合層１２の表面に凹凸があっても比較的均一な膜厚を有するセラミック遮熱層１５を形成することができ、成膜レートも高くなる。その結果、遮熱コーティングの耐久性と生産性との両立を図ることができる。
【００４８】
以上において、金属接合層１２をＡＤ法によって形成するようにしても良い。その場合には、金属接合層１２が、基材１１との界面にアンカーリング層を有することになり、また、金属接合層１２の成膜レートが高くなるので、遮熱コーティングの生産性が向上する。
【００４９】
次に、図５及び図６を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る遮熱コーティング製造方法について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る遮熱コーティング製造方法を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、ステップＳ２１において、プラズマ溶射法又は蒸着法等によって、基材１１上に金属接合層１２を形成する。次に、ステップＳ２２において、図２に示す成膜装置のエアロゾル生成部、又は、図３に示すエアロゾル生成装置を用いて、セラミック粉をガス中に分散させることにより、エアロゾルを生成する。ステップＳ２３において、図２に示す成膜装置の成膜部を用いて、生成されたエアロゾルを金属接合層１２の表面に噴射して堆積させることにより、金属接合層１２上にセラミック遮熱層１５を形成する。ここで、セラミック遮熱層１５は、相対密度９５％以上の緻密な酸化物セラミックの厚膜によって構成され、金属接合層１２との界面にアンカーリング層を有している。
【００５１】
ここで、ステップＳ２１においてＡＤ法を用いるようにしても良い。その場合には、ステップＳ２１において、原料粉をガス中に分散させることによって生成されたエアロゾルを基材１１の表面に噴射して堆積させることにより、金属接合層１２を形成する。その結果、金属接合層１２は、基材１１との界面にアンカーリング層を有することになる。
【００５２】
また、図３に示すエアロゾル生成装置を用いることにより、セラミック遮熱層１５における酸化物セラミックの組成を連続的又は段階的に変化させることが可能となる。即ち、ステップＳ２２において、セラミック粉の組成を連続的又は段階的に変化させながらエアロゾルを生成し、ステップＳ２３において、生成されたエアロゾルを金属接合層１２の表面に噴射して堆積させることにより、厚さ方向において連続的又は段階的に変化する組成を有するセラミック遮熱層を形成することができる。
【００５３】
例えば、セラミック遮熱層１５において、金属接合層１２と接する部分においては、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）、セリウム酸化物（ＣｅＯ２）、又は、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）を主成分として含む組成とし、金属接合層１２から最も遠い部分においては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）に、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の安定化剤を所定の割合で添加することにより部分的に安定化させた部分安定化ジルコニアを含む組成とするようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、高温環境において使用される部材を熱から保護するための遮熱コーティングにおいて利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る遮熱コーティング構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の各実施形態において用いられる成膜装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の各実施形態において用いられるエアロゾル生成装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る遮熱コーティング製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る遮熱コーティング構造を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る遮熱コーティング製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１  エアロゾル生成室
２  振動台
３  巻き上げガスノズル
３ａ、４ａ  圧力調整部
４  圧力調整ノズル
５  エアロゾル搬送管
６  成膜室
７  ノズル
８  ステージ
９  排気管
１０  制御部
１１  基材
１２  金属接合層
１３  酸素バリア層
１４、１５  セラミック遮熱層
２１  原料粉
２２  膜
７０  粉体収納室
７０ａ  粉体供給口
７１  開口
７２  攪拌羽
７３、８２  回転軸
７３ａ、８２ａ  Ｏリング
７４  アシストガス導入部
８０  エアロゾル生成室
８１  回転盤
８３  溝
８４  分散ガス導入部
８５  エアロゾル供給管
【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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