JP2000343642A - シリコンを含有する基板とバリア層とを有する物品及びその製造方法 - Google Patents
シリコンを含有する基板とバリア層とを有する物品及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコンを含有する基板と環境的／熱的保護
バリアコーティング層として機能するバリア層とを有し
た物品及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコンを含有する基板と、バリア層
と、を有する物品を提供する。ここで、バリア層は、前
記物品が高温で水分の存在する条件にさらされたときに
ガス状Si化合物の形成を防ぐものである。好適には前記
基板は、シリコン含有セラミックとシリコン含有金属合
金とから選択される。
バリアコーティング層として機能するバリア層とを有し
た物品及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコンを含有する基板と、バリア層
と、を有する物品を提供する。ここで、バリア層は、前
記物品が高温で水分の存在する条件にさらされたときに
ガス状Si化合物の形成を防ぐものである。好適には前記
基板は、シリコン含有セラミックとシリコン含有金属合
金とから選択される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンを含有す
る基板と環境的／熱的保護バリアコーティング層として
機能するバリア層とを有した物品に関する。特に、本発
明は、物品が高温で水分が存在する環境にさらされた場
合にSi化合物、特にSi(OH)Xの形成を防ぐバリア層に関
する。
る基板と環境的／熱的保護バリアコーティング層として
機能するバリア層とを有した物品に関する。特に、本発
明は、物品が高温で水分が存在する環境にさらされた場
合にSi化合物、特にSi(OH)Xの形成を防ぐバリア層に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコンを含有するセラミック材
やシリコンを含有する金属合金を高温用途、例えばガス
タービンエンジンや熱交換器、内燃機関エンジン等に用
いることが提案されている。この材質の特に有用な用途
は、水分が存在する高温環境で動作するガスタービンエ
ンジンである。これらのシリコンを含有するセラミック
材や金属合金は、一般にシリコン含有基板あるいはシリ
コン含有サブストレートと称される。
やシリコンを含有する金属合金を高温用途、例えばガス
タービンエンジンや熱交換器、内燃機関エンジン等に用
いることが提案されている。この材質の特に有用な用途
は、水分が存在する高温環境で動作するガスタービンエ
ンジンである。これらのシリコンを含有するセラミック
材や金属合金は、一般にシリコン含有基板あるいはシリ
コン含有サブストレートと称される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このシリコン含有基板
は、高温でかつ水分が存在する環境にさらされた場合、
揮発性のSi化合物、特にSi(OH)XやSiOを形成し、その結
果、縮みや質量損失が生じるおそれがあることが見いだ
されている。例えば、シリコンカーバイドは、１２００
℃で圧力約１ATMの水蒸気が存在する希薄燃料環境下に
曝されると、質量が減少し、１０００時間で約６mil(0.
1524mm)縮小する。この現象の発生プロセスには、シリ
コンカーバイドが酸化してシリカがシリコンカーバイド
表面に形成され、その後にシリカとスチームとが反応し
て、Si(OH)x等の揮発性シリコン化合物が形成されると
信じられる。当然ながら、Si(OH)xやSiO等の揮発性シリ
コン化合物の形成を防ぐことのできる、シリコン含有基
板のための外部バリアコーティングを提供し、これによ
り縮みや質量損失を防ぐことが非常に望ましい。
は、高温でかつ水分が存在する環境にさらされた場合、
揮発性のSi化合物、特にSi(OH)XやSiOを形成し、その結
果、縮みや質量損失が生じるおそれがあることが見いだ
されている。例えば、シリコンカーバイドは、１２００
℃で圧力約１ATMの水蒸気が存在する希薄燃料環境下に
曝されると、質量が減少し、１０００時間で約６mil(0.
1524mm)縮小する。この現象の発生プロセスには、シリ
コンカーバイドが酸化してシリカがシリコンカーバイド
表面に形成され、その後にシリカとスチームとが反応し
て、Si(OH)x等の揮発性シリコン化合物が形成されると
信じられる。当然ながら、Si(OH)xやSiO等の揮発性シリ
コン化合物の形成を防ぐことのできる、シリコン含有基
板のための外部バリアコーティングを提供し、これによ
り縮みや質量損失を防ぐことが非常に望ましい。
【０００４】従って、本発明は、高温で水分が存在する
環境にさらされたときにおけるガス状Si化合物の形成、
特にSi(OH)xの形成を防ぐためのバリア層が形成された
シリコン含有基板を有する物品を提供することを主な目
的とする。
環境にさらされたときにおけるガス状Si化合物の形成、
特にSi(OH)xの形成を防ぐためのバリア層が形成された
シリコン含有基板を有する物品を提供することを主な目
的とする。
【０００５】また、本発明は、基板の熱膨張係数に非常
に近い、熱的保護を与えるバリア層が形成された基板を
有する物品を提供することをも目的とする。
に近い、熱的保護を与えるバリア層が形成された基板を
有する物品を提供することをも目的とする。
【０００６】更に、本発明は、上述の物品を製造するた
めの方法を提供することも目的とする。
めの方法を提供することも目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、バリア層が形
成されているとともにシリコン含有基板を有する物品に
関し、このバリア層は、該物品が高温で水分が存在する
環境にさらされたときに望ましからざるガス状シリコン
化合物が形成されることを防ぐとともに、熱的保護をも
提供する。
成されているとともにシリコン含有基板を有する物品に
関し、このバリア層は、該物品が高温で水分が存在する
環境にさらされたときに望ましからざるガス状シリコン
化合物が形成されることを防ぐとともに、熱的保護をも
提供する。
【０００８】ここでいう高温とは、基板に含まれるシリ
コンが、水分が存在する環境下でSi(OH)x及び/またはSi
Oを生成する温度をいう。また、水分が存在する環境と
は、水及び/またはスチームが存在する環境をいう。シ
リコンを含有する化合物は、好適には、シリコンを含有
するセラミックまたはシリコンを含有する金属や合金を
いう。外部バリア層は、その熱膨張係数が、シリコン含
有基板の熱膨張係数の±3.0ppm／℃にあることを特徴と
する。本発明に係る好適なバリア層は、バリウムアルミ
ノ珪酸塩で、好適には、バリウム-アルカリ土類アルミ
ノ珪酸塩であって、好適には、アルカリ土類金属として
はストロンチウムを用いる。本発明の好適実施形態で
は、上述の物品においては、シリコンベースの基板とバ
リア層との間に一層またはそれ以上の中間層を設けるこ
とが可能となっている。中間層によって、バリア層と基
板との間の接着性の向上及び/またはバリア層と基板と
の間の反応の抑制が得られる。
コンが、水分が存在する環境下でSi(OH)x及び/またはSi
Oを生成する温度をいう。また、水分が存在する環境と
は、水及び/またはスチームが存在する環境をいう。シ
リコンを含有する化合物は、好適には、シリコンを含有
するセラミックまたはシリコンを含有する金属や合金を
いう。外部バリア層は、その熱膨張係数が、シリコン含
有基板の熱膨張係数の±3.0ppm／℃にあることを特徴と
する。本発明に係る好適なバリア層は、バリウムアルミ
ノ珪酸塩で、好適には、バリウム-アルカリ土類アルミ
ノ珪酸塩であって、好適には、アルカリ土類金属として
はストロンチウムを用いる。本発明の好適実施形態で
は、上述の物品においては、シリコンベースの基板とバ
リア層との間に一層またはそれ以上の中間層を設けるこ
とが可能となっている。中間層によって、バリア層と基
板との間の接着性の向上及び/またはバリア層と基板と
の間の反応の抑制が得られる。
【０００９】本発明は、更に、シリコン含有基板とバリ
ア層とを有する物品の製造方法に関し、上述したよう
に、このバリア層は、物品が高温で水分が存在する環境
にさらされたときに、ガス状シリコン化合物の形成の抑
制及び/または熱からの保護を行う。また、グリットブ
ラスト処理は、約150/m/s〜約200/m/sで行うことが好ま
しい。
ア層とを有する物品の製造方法に関し、上述したよう
に、このバリア層は、物品が高温で水分が存在する環境
にさらされたときに、ガス状シリコン化合物の形成の抑
制及び/または熱からの保護を行う。また、グリットブ
ラスト処理は、約150/m/s〜約200/m/sで行うことが好ま
しい。
【００１０】本発明の更なる目的及び利点は、以下の実
施形態の記述により明らかとされる。
施形態の記述により明らかとされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、バリア層とシリコン含
有基板を有する物品に関し、このバリア層は、該物品が
高温で水分が存在する環境にさらされたときに望ましか
らざるシリコンガス状化合物が形成されることを防ぐも
のである。また、本発明は、このような物品の製造方法
にも関する。加えて、このバリア層は特に環境的バリア
層に関するものの、該バリア層は、熱バリア層としても
機能する。従って、本発明は、シリコン含有基板や同等
の熱膨張係数を有する基板上に形成された環境的／熱的
バリア層、その製造、使用等を広く包含するものであ
る。
有基板を有する物品に関し、このバリア層は、該物品が
高温で水分が存在する環境にさらされたときに望ましか
らざるシリコンガス状化合物が形成されることを防ぐも
のである。また、本発明は、このような物品の製造方法
にも関する。加えて、このバリア層は特に環境的バリア
層に関するものの、該バリア層は、熱バリア層としても
機能する。従って、本発明は、シリコン含有基板や同等
の熱膨張係数を有する基板上に形成された環境的／熱的
バリア層、その製造、使用等を広く包含するものであ
る。
【００１２】本発明によれば、シリコン含有基板は、シ
リコン含有セラミック基板やシリコン含有金属合金とす
ることもできる。好適実施形態においては、シリコン含
有基板は、シリコン含有セラミック材、例えばシリコン
カーバイド(silicon carbide)、シリコン窒化物(silico
n nitride)、シリコンカーバイドニトリド(silicon car
bide nitride)、シリコンオキシニトリド(silicon odxy
nitride)、シリコンアルミニウムオキシニトリド(silic
on aluminum oxynitride)としている。本発明のある実
施形態においては、シリコン含有セラミック基板は、フ
ァイバーやパーティクル等の強化材を含有したシリコン
含有マトリクスが用いられ、より具体的には、繊維強化
されたシリコンベースマトリクスが用いられる。特に好
適なセラミック基板としては、シリコンカーバイドコー
トされたシリコンカーバイド繊維強化シリコンカーバイ
ドパーティクル及びシリコンマトリクス(silicon carbi
decoated silicon carbide fiber-reinforced silicon
carbide particle and silicon matrix)、カーボン繊維
強化シリコンカーバイドマトリクス(carbon fiber-rein
forced silicon carbide matrix)、及びシリコンカーバ
イド繊維強化シリコンニトリドマトリクス(silicon car
bide fiber-reinforced silicon nitridematrix)が挙げ
られる。本発明に係る物品の基板として用いるのに特に
有用なシリコン−金属合金としては、モリブデン−シリ
コン合金、ニオブ−シリコン合金、及び本発明に係るバ
リア層に適合する(問題なく使用できる程度に近い)熱膨
張係数を有するその他のシリコン含有合金を用いること
ができる。
リコン含有セラミック基板やシリコン含有金属合金とす
ることもできる。好適実施形態においては、シリコン含
有基板は、シリコン含有セラミック材、例えばシリコン
カーバイド(silicon carbide)、シリコン窒化物(silico
n nitride)、シリコンカーバイドニトリド(silicon car
bide nitride)、シリコンオキシニトリド(silicon odxy
nitride)、シリコンアルミニウムオキシニトリド(silic
on aluminum oxynitride)としている。本発明のある実
施形態においては、シリコン含有セラミック基板は、フ
ァイバーやパーティクル等の強化材を含有したシリコン
含有マトリクスが用いられ、より具体的には、繊維強化
されたシリコンベースマトリクスが用いられる。特に好
適なセラミック基板としては、シリコンカーバイドコー
トされたシリコンカーバイド繊維強化シリコンカーバイ
ドパーティクル及びシリコンマトリクス(silicon carbi
decoated silicon carbide fiber-reinforced silicon
carbide particle and silicon matrix)、カーボン繊維
強化シリコンカーバイドマトリクス(carbon fiber-rein
forced silicon carbide matrix)、及びシリコンカーバ
イド繊維強化シリコンニトリドマトリクス(silicon car
bide fiber-reinforced silicon nitridematrix)が挙げ
られる。本発明に係る物品の基板として用いるのに特に
有用なシリコン−金属合金としては、モリブデン−シリ
コン合金、ニオブ−シリコン合金、及び本発明に係るバ
リア層に適合する(問題なく使用できる程度に近い)熱膨
張係数を有するその他のシリコン含有合金を用いること
ができる。
【００１３】本発明に係る物品に特に有用なバリア層と
しては、アルカリ土類金属のアルミノ珪酸塩が挙げられ
る。好適な実施形態においては、バリウムアルミノ珪酸
塩、バリウム−アルカリ土類金属アルミノ珪酸塩、特
に、バリウム−ストロンチウムアルミノ珪酸塩が好適で
ある。好適な一実施形態においては、バリア層は、約１
モル以下(約0.00〜1.00モル)のBaO、約１モル以下(約0.
00〜1.00モル)の第２のアルカリ土類金属の酸化物、好
適にはSrO、約1.00モルのAl2O3、及び約2.00モルのSiO2
を含有し、ここで、BaOと第２のアルカリ土類金属(SrO)
との合計は約1.00モルとなるようにされている。本発明
に係る好適なバリア層は、0.10モル〜約0.90モル、好適
には約0.25〜約0.75モルのBaOと、0.10モル〜約0.90モ
ル、好適には約0.25〜約0.75モルのSrOと、1.00モルのA
l2O3と、約2.00モルのSiO2とを含有し、BaOとSrOとの合
計は約1.00モルとなるようにされている。本発明に係る
物品におけるシリコン含有セラミック組成物に用いるの
に特に好適なバリア層は、約0.75モルのBaO、約0.25モ
ルのSrO、約1.00モルのAl2O3、約2.00のSiO2を含有す
る。
しては、アルカリ土類金属のアルミノ珪酸塩が挙げられ
る。好適な実施形態においては、バリウムアルミノ珪酸
塩、バリウム−アルカリ土類金属アルミノ珪酸塩、特
に、バリウム−ストロンチウムアルミノ珪酸塩が好適で
ある。好適な一実施形態においては、バリア層は、約１
モル以下(約0.00〜1.00モル)のBaO、約１モル以下(約0.
00〜1.00モル)の第２のアルカリ土類金属の酸化物、好
適にはSrO、約1.00モルのAl2O3、及び約2.00モルのSiO2
を含有し、ここで、BaOと第２のアルカリ土類金属(SrO)
との合計は約1.00モルとなるようにされている。本発明
に係る好適なバリア層は、0.10モル〜約0.90モル、好適
には約0.25〜約0.75モルのBaOと、0.10モル〜約0.90モ
ル、好適には約0.25〜約0.75モルのSrOと、1.00モルのA
l2O3と、約2.00モルのSiO2とを含有し、BaOとSrOとの合
計は約1.00モルとなるようにされている。本発明に係る
物品におけるシリコン含有セラミック組成物に用いるの
に特に好適なバリア層は、約0.75モルのBaO、約0.25モ
ルのSrO、約1.00モルのAl2O3、約2.00のSiO2を含有す
る。
【００１４】本発明では、シリコン含有基板とバリア層
それぞれの熱膨張係数を、互いに適合する値、即ち近い
値に維持することが重要な特徴となっている。本発明に
よれば、バリア層の熱膨張係数は、シリコン含有基板の
熱膨張係数と比較して、１℃あたり±3.0ppm以内の値と
すべきであり、好適には、１℃あたり±0.5ppm以内の値
とする。シリコン含有セラミック基板、例えばシリコン
カーバイドまたはシリコンニトリドマトリクス等を、上
述のように強化ファイバーを含有させてあるいは含有さ
せずに、本発明に係る好適なバリウム−ストロンチウム
アルミノ珪酸塩バリア層とともに用いる場合、バリア層
に安定な重土長石型結晶質構造を少なくとも５０wt%形
成することが必要である。これは、バリア層の構造一体
性と、シリコン含有基板とバリア層との間の熱膨張係数
に関して所望の熱的適合性と、の双方が確実に得られる
ようにするために必要となっている。バリウム−ストロ
ンチウムアルミノ珪酸塩バリア層の結晶構造は、後述す
るように、好適な処理を適用しかつ熱処理を行うステッ
プにより得られる。
それぞれの熱膨張係数を、互いに適合する値、即ち近い
値に維持することが重要な特徴となっている。本発明に
よれば、バリア層の熱膨張係数は、シリコン含有基板の
熱膨張係数と比較して、１℃あたり±3.0ppm以内の値と
すべきであり、好適には、１℃あたり±0.5ppm以内の値
とする。シリコン含有セラミック基板、例えばシリコン
カーバイドまたはシリコンニトリドマトリクス等を、上
述のように強化ファイバーを含有させてあるいは含有さ
せずに、本発明に係る好適なバリウム−ストロンチウム
アルミノ珪酸塩バリア層とともに用いる場合、バリア層
に安定な重土長石型結晶質構造を少なくとも５０wt%形
成することが必要である。これは、バリア層の構造一体
性と、シリコン含有基板とバリア層との間の熱膨張係数
に関して所望の熱的適合性と、の双方が確実に得られる
ようにするために必要となっている。バリウム−ストロ
ンチウムアルミノ珪酸塩バリア層の結晶構造は、後述す
るように、好適な処理を適用しかつ熱処理を行うステッ
プにより得られる。
【００１５】物品におけるバリア層は、約0.0127mm(0.5
mil＝0.0005インチ)以上、好適には約0.0762mm(３mil)
〜約0.762mm(３０mil)で、更に好適には約0.0762mm(３m
il)〜約0.127mm(5mil)とする。バリア層は、シリコンベ
ース基板上に、適宜任意の従来の手法によって形成する
ことができるが、好適には、バリア層は、後述するよう
に溶射(thermal spray)により形成する。
mil＝0.0005インチ)以上、好適には約0.0762mm(３mil)
〜約0.762mm(３０mil)で、更に好適には約0.0762mm(３m
il)〜約0.127mm(5mil)とする。バリア層は、シリコンベ
ース基板上に、適宜任意の従来の手法によって形成する
ことができるが、好適には、バリア層は、後述するよう
に溶射(thermal spray)により形成する。
【００１６】本発明の他の実施形態においては、シリコ
ン含有基板とバリア層との間に、中間層が設けられる。
この中間層により、バリア層と基板との間の接着力向上
及び/またはバリア層と基板との間の反応の抑制がなさ
れる。例えば、中間層は、SiO 2、ムライト、ムライト−
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩、ムライト−イ
ットリウム珪酸塩、ムライト−カルシウムアルミノ珪酸
塩、及び金属シリコン(silicon metal)により形成する
ことができる。特に、ムライトは、中間層として好適で
あることがわかった。しかし、ムライト自体は、溶射ス
テップの結果としてクラックを生じる傾向がある。従っ
て、バリア層は、好適には、ムライト−バリウムストロ
ンチウムアルミノ珪酸塩、ムライト−イットリウム珪酸
塩、またはムライト−カルシウムアルミノ珪酸塩とし、
約４０wt%〜約８０wt%をムライト、約２０〜６０wt%を
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩又はイットリウ
ム珪酸塩又はカルシウムアルミノ珪酸塩とする。中間層
の厚みは、上述のバリア層に関する厚みと同様であり、
また、中間層の形成も、同様に従来の手法により行うこ
とができ、好適には、後述するように溶射により行う。
ン含有基板とバリア層との間に、中間層が設けられる。
この中間層により、バリア層と基板との間の接着力向上
及び/またはバリア層と基板との間の反応の抑制がなさ
れる。例えば、中間層は、SiO 2、ムライト、ムライト−
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩、ムライト−イ
ットリウム珪酸塩、ムライト−カルシウムアルミノ珪酸
塩、及び金属シリコン(silicon metal)により形成する
ことができる。特に、ムライトは、中間層として好適で
あることがわかった。しかし、ムライト自体は、溶射ス
テップの結果としてクラックを生じる傾向がある。従っ
て、バリア層は、好適には、ムライト−バリウムストロ
ンチウムアルミノ珪酸塩、ムライト−イットリウム珪酸
塩、またはムライト−カルシウムアルミノ珪酸塩とし、
約４０wt%〜約８０wt%をムライト、約２０〜６０wt%を
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩又はイットリウ
ム珪酸塩又はカルシウムアルミノ珪酸塩とする。中間層
の厚みは、上述のバリア層に関する厚みと同様であり、
また、中間層の形成も、同様に従来の手法により行うこ
とができ、好適には、後述するように溶射により行う。
【００１７】中間層に加えて、シリコン含有基板と中間
層との間にボンド層を形成してもよい。好適なボンド層
としては、膜厚約0.0762mm(３mil)〜約0.1524mm(６mil)
のシリコンが挙げられる。あるいは、シリコン含有基板
をSi02ボンド層が得られるように予め酸化させた後に中
間層を形成するようにしてもよい。
層との間にボンド層を形成してもよい。好適なボンド層
としては、膜厚約0.0762mm(３mil)〜約0.1524mm(６mil)
のシリコンが挙げられる。あるいは、シリコン含有基板
をSi02ボンド層が得られるように予め酸化させた後に中
間層を形成するようにしてもよい。
【００１８】本発明に係る方法では、バリア層とシリコ
ン含有基板部を有する物品が提供される。このバリア層
は、該物品が高温で水分が存在する環境にさらされたと
きに望ましからざるガス状シリコン化合物が形成される
ことを防ぐものである。本発明において、バリア層は、
溶射により形成することが望ましい。バリア層は、溶射
されてスプラットクエンチされたマイクロストラクチャ
ーを平衡状態とするため、また、層間剥離を防ぐための
張力を調整するための手段を得るために、約８７０℃〜
１２００℃で溶射を行うべきであることが見いだされ
た。
ン含有基板部を有する物品が提供される。このバリア層
は、該物品が高温で水分が存在する環境にさらされたと
きに望ましからざるガス状シリコン化合物が形成される
ことを防ぐものである。本発明において、バリア層は、
溶射により形成することが望ましい。バリア層は、溶射
されてスプラットクエンチされたマイクロストラクチャ
ーを平衡状態とするため、また、層間剥離を防ぐための
張力を調整するための手段を得るために、約８７０℃〜
１２００℃で溶射を行うべきであることが見いだされ
た。
【００１９】本発明に係る方法により得られた物品が、
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩バリア層が形成
されたシリコン含有セラミックである場合、好適には、
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩バリア層は、重
土長石型結晶構造(celsian crystallographic structur
e)がこのバリア層に少なくとも５０vol％含まれるよう
にすることが好ましい。重土長石型結晶構造相を成長さ
せることで、上述のように、シリコン含有セラミックと
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩バリア層との間
で熱膨張係数が確実に適合されるようになる、即ち、両
者を共に用いることができるまでに熱膨張係数が互いに
近い値となることが確実となる。
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩バリア層が形成
されたシリコン含有セラミックである場合、好適には、
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩バリア層は、重
土長石型結晶構造(celsian crystallographic structur
e)がこのバリア層に少なくとも５０vol％含まれるよう
にすることが好ましい。重土長石型結晶構造相を成長さ
せることで、上述のように、シリコン含有セラミックと
バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩バリア層との間
で熱膨張係数が確実に適合されるようになる、即ち、両
者を共に用いることができるまでに熱膨張係数が互いに
近い値となることが確実となる。
【００２０】バリア層を形成する前に、基板の製造時に
混入した異物が除去されるようにシリコン含有基板の清
浄化を行うことが好ましい。好適には、バリア層を形成
する前にシリコンベースの基板をグリットブラスト処理
する。このグリットブラスト処理ステップは、シリコン
カーバイド繊維強化組成物等のようなシリコン含有基板
の表面が損傷を受けることがないように、注意深く行わ
なければならない。グリットブラスト処理に用いられる
パーティクルは、望ましからざる異物を除去するに十分
な硬度を有し、かつ、浸食により基体の材質が除去され
るまでには硬くないことが必要であることがみいだされ
た。更に、パーティクルは、基体に対しての衝突のダメ
ージを抑えるように小さくせねばならない。シリコンカ
ーバイドセラミック組成物を基板として用いた物品を処
理する場合、グリットブラスト処理は、Al2O3パーティ
クルで行うべきであり、好適には、パーティクルサイズ
を３０μｍ以下とし、パーティクルの速度は約１５０〜
２００m/secとする。これらに加えて、接着性を向上す
るために、中間層及び/またはバリア層の形成を行う前
に、シリコンベースの基板を予め酸化することが特に有
用である。また、接着層は、１００nm〜２０００nmとす
ることが好適であることが見いだされた。シリコン−カ
ーバイド基板を８００℃〜１２００℃で約１５分〜１０
０時間にわたって酸化することで、SiO2接着層をこのよ
うな所望の厚みとすることができる。
混入した異物が除去されるようにシリコン含有基板の清
浄化を行うことが好ましい。好適には、バリア層を形成
する前にシリコンベースの基板をグリットブラスト処理
する。このグリットブラスト処理ステップは、シリコン
カーバイド繊維強化組成物等のようなシリコン含有基板
の表面が損傷を受けることがないように、注意深く行わ
なければならない。グリットブラスト処理に用いられる
パーティクルは、望ましからざる異物を除去するに十分
な硬度を有し、かつ、浸食により基体の材質が除去され
るまでには硬くないことが必要であることがみいだされ
た。更に、パーティクルは、基体に対しての衝突のダメ
ージを抑えるように小さくせねばならない。シリコンカ
ーバイドセラミック組成物を基板として用いた物品を処
理する場合、グリットブラスト処理は、Al2O3パーティ
クルで行うべきであり、好適には、パーティクルサイズ
を３０μｍ以下とし、パーティクルの速度は約１５０〜
２００m/secとする。これらに加えて、接着性を向上す
るために、中間層及び/またはバリア層の形成を行う前
に、シリコンベースの基板を予め酸化することが特に有
用である。また、接着層は、１００nm〜２０００nmとす
ることが好適であることが見いだされた。シリコン−カ
ーバイド基板を８００℃〜１２００℃で約１５分〜１０
０時間にわたって酸化することで、SiO2接着層をこのよ
うな所望の厚みとすることができる。
【００２１】シリコン接着層は、グリットブラスト処理
された表面に、膜厚約0.0762mm(３mil)〜約0.1524mm(６
mil)となるように８７０℃で直接溶射を行うことで形成
することもできる。
された表面に、膜厚約0.0762mm(３mil)〜約0.1524mm(６
mil)となるように８７０℃で直接溶射を行うことで形成
することもできる。
【００２２】上述したバリア層の場合と同様にして溶射
を行うことにより、基体及び/またはボンド層と、バリ
ア層と、の間に中間層を形成するか、あるいは、ボンド
層とバリア層との間に中間層を形成することも可能であ
る。上述したように、好適な中間層としては、ムライ
ト、ムライト−バリウムストロンチウムアルミノ珪酸
塩、ムライト−イットリウム珪酸塩、ムライト−カルシ
ウムアルミノ珪酸塩等が挙げられる。
を行うことにより、基体及び/またはボンド層と、バリ
ア層と、の間に中間層を形成するか、あるいは、ボンド
層とバリア層との間に中間層を形成することも可能であ
る。上述したように、好適な中間層としては、ムライ
ト、ムライト−バリウムストロンチウムアルミノ珪酸
塩、ムライト−イットリウム珪酸塩、ムライト−カルシ
ウムアルミノ珪酸塩等が挙げられる。
【００２３】シリコンベースの基板上に所望の層を形成
した後に、物品に対して熱処理を行う。この熱処理は、
溶射構造の応力緩和、溶射されたパウダー状のパーティ
クル間の接着の促進や各層と基体との間の接着の促進、
及び溶射した時点では実質的にアモルファス状態である
BSASバリア層(バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩
バリア層)への重土長石型結晶構造の出現がそれぞれな
されるように行われる。この熱処理ステップは、約１２
５０℃で２４時間行われる。本発明に係る物品の利点
は、以下の実施例により明らかとされる。
した後に、物品に対して熱処理を行う。この熱処理は、
溶射構造の応力緩和、溶射されたパウダー状のパーティ
クル間の接着の促進や各層と基体との間の接着の促進、
及び溶射した時点では実質的にアモルファス状態である
BSASバリア層(バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩
バリア層)への重土長石型結晶構造の出現がそれぞれな
されるように行われる。この熱処理ステップは、約１２
５０℃で２４時間行われる。本発明に係る物品の利点
は、以下の実施例により明らかとされる。
【００２４】実施例１ 図１に、高濃度スチーム(high steam)、希薄燃焼条件と
した同時燃焼環境下、室温と１２００℃との間での熱サ
イクルを２５０サイクル行うことで、加熱プレスされて
0.75BaO・0.25SrO・Al2O3・２SiO2の組成を有するBSAS
のバルク試験体を、シリコンカーバイドと比較した結果
を示す。その結果、シリコンカーバイドでは８mg／cm２
の質量損失が生じたのに対し、BSASにおいては、質量損
失は0.4mg／cm２以下と非常に小さいことが示された。
この結果から、シリコンカーバイドはこの環境下では不
安定であり、一方BSAS系は、これに比較して非常に安定
であることがわかった。
した同時燃焼環境下、室温と１２００℃との間での熱サ
イクルを２５０サイクル行うことで、加熱プレスされて
0.75BaO・0.25SrO・Al2O3・２SiO2の組成を有するBSAS
のバルク試験体を、シリコンカーバイドと比較した結果
を示す。その結果、シリコンカーバイドでは８mg／cm２
の質量損失が生じたのに対し、BSASにおいては、質量損
失は0.4mg／cm２以下と非常に小さいことが示された。
この結果から、シリコンカーバイドはこの環境下では不
安定であり、一方BSAS系は、これに比較して非常に安定
であることがわかった。
【００２５】実施例２ 図２に、SiC組成物上にコーティングされて0.75BaO・0.
25SrO・Al2O3・２SiO2の組成を有する厚さ0.1016mm(4mi
l)のBSASの断面の写真を示す。このBSASは、シリコンカ
ーバイド組成物上に以下のパラメータに示される条件で
溶射された。
25SrO・Al2O3・２SiO2の組成を有する厚さ0.1016mm(4mi
l)のBSASの断面の写真を示す。このBSASは、シリコンカ
ーバイド組成物上に以下のパラメータに示される条件で
溶射された。
【００２６】
【表１】
【００２７】コーティングに先立って、27ミクロンのア
ルミナパーティクルを用いて衝突速度150〜200mpsのグ
リットブラスト処理によって基板を清浄化した。図２に
示されるように、本発明によって、優れたバリア層構造
が得られている。
ルミナパーティクルを用いて衝突速度150〜200mpsのグ
リットブラスト処理によって基板を清浄化した。図２に
示されるように、本発明によって、優れたバリア層構造
が得られている。
【００２８】実施例３ 図３に、シリコンカーバイド組成物上にシリコン層、厚
さ0.1016±0.0254mm(４±１mil)のムライト／BSAS中間
層、0.75BaO・0.25SrO・Al2O3・２SiO2バリア層がこの
順に形成されたBSASの断面図を示す。以下のパラメータ
を用いてこのコーティングを形成した。
さ0.1016±0.0254mm(４±１mil)のムライト／BSAS中間
層、0.75BaO・0.25SrO・Al2O3・２SiO2バリア層がこの
順に形成されたBSASの断面図を示す。以下のパラメータ
を用いてこのコーティングを形成した。
【００２９】
【表２】 パラメータ セッティング プラズマトーチ Metco 3M ノズル GH アノード スタンダード パウダーポート Metco #2 主ガス Ar@80 Metcoゲージ 二次ガス H2@8 Metcoゲージ 基板温度 850℃ キャリアガス Ar@37Metcoゲージ パウダーフィード 15〜25gpm 界面(interface) 中間(Intermed.) 表面(Surface) パワー 25kw 30kw 25kw スタンドオフ 4" 2.5〜3" 5" (ノズル高さ)
【００３０】コーティングに先立って、27ミクロンのア
ルミナパーティクルを用いて衝突速度150〜200mpsのグ
リットブラスト処理によって基板を清浄化した。図３に
示されるように、本発明によって、優れたバリア層構造
が得られている。
ルミナパーティクルを用いて衝突速度150〜200mpsのグ
リットブラスト処理によって基板を清浄化した。図３に
示されるように、本発明によって、優れたバリア層構造
が得られている。
【００３１】実施例４ BSAS(バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩)ベースバ
リア層コーティング系のコーティングを、後述する中間
層を有する各シリコンカーバイド組成物基板上に行っ
た。このコーティングは、コーティングを行っていない
炭化水素組成物(98-17A)とともに、ガスタービンエンジ
ン内で生じる状態と同様の高圧、燃焼環境でのバーナー
リグテストを行った。すべてのサンプルにおいてBSASコ
ーティングの組成は、0.75BaO・0.25SrO・Al2O3・２SiO
2とした。BSASコーティングは、厚み0.1016±0.0254mm
(４±１mil)で、中間層の厚みも0.1016±0.0254mm(４±
１mil)として、後述する溶射により形成した。これらの
コーティングは、ムライト上に形成されたBSAS(BSAS on
mullite)(98-17C)、ムライトにBSASを加えてその上に
形成されたBSAS(BSAS on mullite plus BSAS)(98-17B,9
8-17D)よりなる。試験条件は、テスト温度１２００℃で
２００時間、燃料／空気比を0.053として６気圧下で行
った。２００時間試験を行った結果、コーティングして
いない基板では約６５mgの重量減少がみられ、一方コー
ティングを行ったものでは重量が増加指定が。このこと
は、重量変化から、コーティングが基板を保護したこと
を示している。これらの例では、接着コート(ボンディ
ングコート)は用いなかった。溶射パラメータは以下の
通りである。
リア層コーティング系のコーティングを、後述する中間
層を有する各シリコンカーバイド組成物基板上に行っ
た。このコーティングは、コーティングを行っていない
炭化水素組成物(98-17A)とともに、ガスタービンエンジ
ン内で生じる状態と同様の高圧、燃焼環境でのバーナー
リグテストを行った。すべてのサンプルにおいてBSASコ
ーティングの組成は、0.75BaO・0.25SrO・Al2O3・２SiO
2とした。BSASコーティングは、厚み0.1016±0.0254mm
(４±１mil)で、中間層の厚みも0.1016±0.0254mm(４±
１mil)として、後述する溶射により形成した。これらの
コーティングは、ムライト上に形成されたBSAS(BSAS on
mullite)(98-17C)、ムライトにBSASを加えてその上に
形成されたBSAS(BSAS on mullite plus BSAS)(98-17B,9
8-17D)よりなる。試験条件は、テスト温度１２００℃で
２００時間、燃料／空気比を0.053として６気圧下で行
った。２００時間試験を行った結果、コーティングして
いない基板では約６５mgの重量減少がみられ、一方コー
ティングを行ったものでは重量が増加指定が。このこと
は、重量変化から、コーティングが基板を保護したこと
を示している。これらの例では、接着コート(ボンディ
ングコート)は用いなかった。溶射パラメータは以下の
通りである。
【００３２】
【表３】
【００３３】図４に示されるように、本発明のバリア層
により優れた効果が得られた。
により優れた効果が得られた。
【００３４】実施例５ 重土長石含有量の異なる0.75BaO・0.25SrO・Al2O3・２S
iO2のBSAS系物質における熱膨張係数(coefficient of t
hermal expansion:CTE)を測定した。重土長石成分は、B
SASのホットプレス試験片(hot press coupons)のｘ線解
析によって測定された。熱膨張係数に対しての重土長石
成分の影響は以下のとおりであった。
iO2のBSAS系物質における熱膨張係数(coefficient of t
hermal expansion:CTE)を測定した。重土長石成分は、B
SASのホットプレス試験片(hot press coupons)のｘ線解
析によって測定された。熱膨張係数に対しての重土長石
成分の影響は以下のとおりであった。
【００３５】
【表４】
【００３６】本発明は、その趣旨及び本質的特徴を逸脱
することなく上述した形態とは異なる形態でも実施可能
である。従って、上述の実施形態は、単に例示的なもの
と解すべきものであり、本発明の特許請求の範囲に記載
された範囲を何ら制限するものではない。等価とみなさ
れる範囲内の変更は、すべて特許請求の範囲に包含され
るものである。尚、本発明は、ＮＡＳＡとの契約No.NAS
3-26385に基づいて米国政府の支援の元になされたもの
であり、米国政府もこの発明に相応の権利を有する。
することなく上述した形態とは異なる形態でも実施可能
である。従って、上述の実施形態は、単に例示的なもの
と解すべきものであり、本発明の特許請求の範囲に記載
された範囲を何ら制限するものではない。等価とみなさ
れる範囲内の変更は、すべて特許請求の範囲に包含され
るものである。尚、本発明は、ＮＡＳＡとの契約No.NAS
3-26385に基づいて米国政府の支援の元になされたもの
であり、米国政府もこの発明に相応の権利を有する。
【図１】本発明に係るバリア層の縮み及び/または質量
損失に対しての安定性を示すグラフ。
損失に対しての安定性を示すグラフ。
【図２】炭化水素基板上の本発明に係るバリア層のサン
プルの状態を示す顕微鏡写真。
プルの状態を示す顕微鏡写真。
【図３】本発明に係るバリア層の、シリコンカーバイド
基板上の中間層に形成された状態でのサンプルの状態を
示す顕微鏡写真。
基板上の中間層に形成された状態でのサンプルの状態を
示す顕微鏡写真。
【図４】本発明に係るバリア層の３種の化合物の、高温
で水分が存在する状態での質量損失に対する効果を示す
グラフ。
で水分が存在する状態での質量損失に対する効果を示す
グラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500182666 ゼネラル エレクトリック カンパニー ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯ ＭＰＡＮＹ アメリカ合衆国，オハイオ 45215，シン シナティ，ワン ニューマン ウェイ（番 地なし) (71)出願人 500182703 ユナイテッド ステイツ オブ アメリカ アズ リプレゼンテッド バイ ジ ア ドミニストレータ オブ ナショナル エ アロノーティクス アンド スペース ア ドミニストレイション ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＯＦ ＡＭ ＥＲＩＣＡ ＡＳ ＲＥＰＲＥＳＥＮＴＥ Ｄ ＢＹ ＴＨＥ ＡＤＭＩＮＩＳＴＲＡ ＴＯＲ ＯＦ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＡＥＲ ＯＮＡＵＴＩＣＳ ＡＮＤ ＳＰＡＣＥ ＡＤＭＩＮＩＳＴＲＡＴＩＯＮ アメリカ合衆国，ワシントン ディー．シ ー．20546，エヌエーエスエー ヘッドク ォーターズ（番地なし) (72)発明者 ハリー イー． イートン，ジュニア アメリカ合衆国，コネチカット 06281, ウッドストック，ペリン ロード 391 (72)発明者 ウィリアム ピー．アレン アメリカ合衆国，コネチカット 06480, ポートランド，アップルツリー レーン ５ (72)発明者 ネイザン エス．ジャコブソン アメリカ合衆国，オハイオ 44145，ウェ ストレイク，カロライン サークル 27700ジー (72)発明者 ナロッタム ピー．バンサル アメリカ合衆国，オハイオ 44070， ノ ース オルムステッド，タラ−リン ドラ イブ 25003 (72)発明者 エリザベス ジェー．オピラ アメリカ合衆国，オハイオ 44107，レイ クウッド，オノンダガ アベニュー 1590 (72)発明者 ジェームス エル．スミアレック アメリカ合衆国，オハイオ 44136，スト ロングスビレ，ジョナサン ドライブ 22001 (72)発明者 カン エヌ．リー アメリカ合衆国，オハイオ 44145，ウェ ストレイク コース ポスト ラン 1835 (72)発明者 ホンギュ ワング アメリカ合衆国，ニューヨーク 12309, ニスカユナ オックスフォード ウェイ 195 (72)発明者 ピーター ジェイ．メシュター アメリカ合衆国，ニューヨーク 12309, ニスカユナ，パイン リッジ コート 2207 (72)発明者 アイリーン ティー．スピッツバーグ アメリカ合衆国，オハイオ 45140，ラブ ランド ウォーターズ エッジ コート 12051 (72)発明者 クリシャン エル．ルスラ アメリカ合衆国，ニューヨーク 12309, スケネクタディ レッド オーク ドライ ブ 280
Claims (60)
- 【請求項１】 シリコンを含有する基板と、 バリア層と、 を有する物品であって、前記バリア層は、前記物品が高
温で水分の存在する条件にさらされたときにガス状Si化
合物の形成を防ぐものであることを特徴とする物品。 - 【請求項２】 前記基板は、シリコン含有セラミックと
シリコン含有金属合金とから選択されることを特徴とす
る請求項１記載の物品。 - 【請求項３】 前記基板は、シリコンカーバイド、シリ
コン窒化物、及びシリコンアルミニウムオキシニトリド
から選択されるシリコン含有セラミックであることを特
徴とする請求項２記載の物品。 - 【請求項４】 前記基板は、シリコンベースマトリクス
と強化材粒子とを含有する組成物であることを特徴とす
る請求項２記載の物品。 - 【請求項５】 前記基板は、シリコンカーバイド繊維強
化シリコンカーバイドマトリクス、カーボン繊維強化シ
リコンカーバイドマトリクス、及びシリコンカーバイド
繊維強化シリコンニトリドから選択されることを特徴と
する請求項４記載の物品。 - 【請求項６】 前記基板は、モリブデン−シリコン合
金、ニオブシリコン合金、鉄−シリコン合金、及び鉄−
ニッケル−シリコンベース合金のうちから選択されるシ
リコン含有金属合金であることを特徴とする請求項２記
載の物品。 - 【請求項７】 前記バリア層は、バリウムを含むことを
特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項８】 前記バリア層は、酸化バリウムを含むこ
とを特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項９】 前記バリア層は、バリウムアルミノ珪酸
塩を含むことを特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項１０】 前記バリア層は、バリウムストロンチ
ウムアルミノ珪酸塩を含むことを特徴とする請求項１記
載の物品。 - 【請求項１１】 前記バリア層は、約1.00モル以下のBa
O、約1.00モル以下のSrO、約1.00モルのAl2O3、及び約
2.00モルのSiO2を含有し、BaOとSrOとの合計は約1.00モ
ルであることを特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項１２】 前記バリア層は、実質的に約1.00モル
以下のBaO、約1.00モル以下の第２のアルカリ土類金属
酸化物、約1.00モルのAl2O3、及び約2.00モルのSiO2よ
りなり、BaOと第２のアルカリ土類金属との合計は約1.0
0モルであることを特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項１３】 前記バリア層は、約0.10モル〜約0.90
モルのBaOと約0.10モル〜約0.90モルのSrOとを含むこと
を特徴とする請求項１１記載記載の物品。 - 【請求項１４】 前記バリア層は、約0.25モル〜約0.75
モルのBaOと約0.25モル〜約0.75モルのSrOとを含むこと
を特徴とする請求項１１記載の物品。 - 【請求項１５】 前記バリア層は、約0.75モルのBaOと
約0.25モルのSrOとを含むことを特徴とする請求項１１
記載の物品。 - 【請求項１６】 前記バリア層は、約0.10モル〜約0.90
モルのBaOと約0.10モル〜約0.90モルの第２のアルカリ
土類金属酸化物とを含むことを特徴とする請求項１２記
載の物品。 - 【請求項１７】 前記バリア層は、約0.25モル〜約0.75
モルのBaOと約0.25モル〜約0.75モルの第２のアルカリ
土類金属酸化物とを含むことを特徴とする請求項１２記
載の物品。 - 【請求項１８】 前記バリア層は、約0.75モルのBaOと
約0.25モルの第２のアルカリ土類金属酸化物とを含むこ
とを特徴とする請求項１２記載の物品。 - 【請求項１９】 前記バリア層の結晶構造は、少なくと
も５０vol％が重土長石型結晶構造となっていることを
特徴とする請求項９記載の物品。 - 【請求項２０】 前記バリア層の結晶構造は、少なくと
も５０vol％が重土長石型結晶構造となっていることを
特徴とする請求項１０記載の物品。 - 【請求項２１】 前記バリア層の結晶構造は、少なくと
も５０vol％が重土長石型結晶構造となっていることを
特徴とする請求項１１記載の物品。 - 【請求項２２】 前記バリア層の結晶構造は、少なくと
も５０vol％が重土長石型結晶構造となっていることを
特徴とする請求項１２記載の物品。 - 【請求項２３】 前記バリア層の結晶構造は、少なくと
も５０vol％が重土長石型結晶構造となっていることを
特徴とする請求項１３記載の物品。 - 【請求項２４】 前記バリア層の熱膨張係数は、前記基
板の熱膨張係数の±3.0ppm／℃以内の値であることを特
徴とする請求項９記載の物品。 - 【請求項２５】 前記バリア層の熱膨張係数は、前記基
板の熱膨張係数の±0.5ppm／℃以内の値であることを特
徴とする請求項９記載の物品。 - 【請求項２６】 前記バリア層は、その厚みが0.0127mm
(0.0005インチ)以上で、好ましくは約0.0762mm(３mil)
〜約0.127mm(5mil)であることを特徴とする請求項９記
載の物品。 - 【請求項２７】 前記基板と前記バリア層との間に中間
層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の物
品。 - 【請求項２８】 前記中間層は、SiO2、ムライト、ムラ
イト−バリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩、ムライ
ト−イットリウム珪酸塩、ムライト−カルシウムアルミ
ノ珪酸塩、及び金属シリコンから選択されることを特徴
とする請求項２７記載の物品。 - 【請求項２９】 前記中間層は、ムライト、バリウムス
トロンチウムアルミノ珪酸塩、ムライト−イットリウム
珪酸塩、カルシウムアルミノ珪酸塩及びこれらの混合物
のうちから選択されることを特徴とする請求項２７記載
の物品。 - 【請求項３０】 前記中間層は、ムライトを含むことを
特徴とする請求項２９記載の物品。 - 【請求項３１】 前記中間層は、約４０wt%〜約８０wt%
のムライト、約２０〜６０wt%のバリウムストロンチウ
ムアルミノ珪酸塩を含むことを特徴とする請求項２９記
載の物品。 - 【請求項３２】 前記中間層は、約４０wt%〜約８０wt%
のムライト、約２０〜６０wt%のイットリウム珪酸塩を
含むことを特徴とする請求項２９記載の物品。 - 【請求項３３】 前記中間層は、約４０wt%〜約８０wt%
のムライト、約２０〜６０wt%のカルシウムアルミノ珪
酸塩を含むことを特徴とする請求項２９記載の物品。 - 【請求項３４】 前記基板と前記中間層との間にボンド
層が形成されていることを特徴とする請求項２７記載の
物品 - 【請求項３５】 前記ボンド層は、シリコンまたはSiO2
であることを特徴とする請求項３４記載の物品。 - 【請求項３６】 前記中間層の厚みは、約0.0127mm(0.5
mil)以上であることを特徴とする請求項２７記載の物
品。 - 【請求項３７】 前記バリア層の厚みは、約0.0762mm
(３mil)〜約0.762mm(３０mil)であることを特徴とする
請求項９記載の物品。 - 【請求項３８】 前記バリア層の厚みは、約0.0762mm
(３mil)〜約0.127mm(５mil)であることを特徴とする請
求項９記載の物品。 - 【請求項３９】 前記中間層の厚みは、約0.0762mm(３m
il)〜約0.762mm(３０mil)であることを特徴とする請求
項２７記載の物品。 - 【請求項４０】 前記バリア層の厚みは、約0.0762mm
(３mil)〜約0.127mm(５mil)であることを特徴とする請
求項２７記載の物品。 - 【請求項４１】 前記ボンド層の厚みは、約0.0762mm
(３mil)〜約0.1524mm(６mil)であることを特徴とする請
求項３４記載の物品。 - 【請求項４２】 物品の製造方法であって、シリコン含
有基板を用意するステップと、前記基板上にバリア層を
形成するステップを有し、このバリア層は、前記物品が
高温で水分が存在する環境にさらされたときにガス状シ
リコン化合物の形成を防ぐものであることを特徴とする
方法。 - 【請求項４３】 前記バリア層の熱膨張係数は、前記基
板の熱膨張係数の±3.0ppm／℃以内の値であることを特
徴とする請求項４２記載の方法。 - 【請求項４４】 前記バリア層の熱膨張係数は、前記基
板の熱膨張係数の±0.5ppm／℃以内の値であることを特
徴とする請求項４２記載の方法。 - 【請求項４５】 前記バリア層を形成する前に、前記基
板に対してグリットブラスト処理を行うステップを更に
有することを特徴とする請求項４２記載の方法。 - 【請求項４６】 前記グリットブラスト処理は、粒子サ
イズが３０ミクロン以下のアルミナパーティクルを用い
てなされることを特徴とする請求項４５記載の方法。 - 【請求項４７】 前記グリットブラスト処理は、約150m
/s〜約200m/sで行われることを特徴とする請求項４６記
載の方法。 - 【請求項４８】 前記バリア層は、溶射により形成され
ることを特徴とする請求項４２記載の方法。 - 【請求項４９】 前記バリア層を形成する前に、前記基
板を予め酸化してSiO2層を形成するステップを更に有す
ることを特徴とする請求項４２記載の方法。 - 【請求項５０】 前記基板を予め酸化してSiO2層を形成
するステップは、約８００℃〜１２００℃で約１５分〜
１００時間なされることを特徴とする請求項４９記載の
方法。 - 【請求項５１】 前記物品を約１２５０℃で約２４時間
熱処理するステップを更に有することを特徴とする請求
項４２記載の方法。 - 【請求項５２】 前記熱処理は、前記バリア層を形成を
形成した後に行われることを特徴とする請求項５１記載
の方法。 - 【請求項５３】 前記基板を８７０℃から１２００℃に
維持して前記溶射を行うことを特徴とする請求項４８記
載の方法。 - 【請求項５４】 前記バリア層の熱膨張係数は、前記基
板の熱膨張係数の±3.0ppm／℃以内の値であることを特
徴とする請求項４９記載の方法。 - 【請求項５５】 前記バリア層の熱膨張係数は、前記基
板の熱膨張係数の±0.5ppm／℃以内の値であることを特
徴とする請求項４９記載の方法。 - 【請求項５６】 前記バリア層は、約1.00モル以下のBa
O、約1.00モル以下のSrO、約1.00モルのAl2O3、及び約
2.00モルのSiO2を含有し、BaOとSrOとの合計は約1.00モ
ルであることを特徴とする請求項４２記載の方法。 - 【請求項５７】 前記バリア層は、実質的に約1.00モル
以下のBaO、約1.00モル以下の第２のアルカリ土類金属
酸化物、約1.00モルのAl2O3、及び約2.00モルのSiO2よ
りなり、BaOと第２のアルカリ土類金属との合計は約1.0
0モルであることを特徴とする請求項４２記載の方法。 - 【請求項５８】 前記バリア層は、約0.10モル〜約0.90
モルのBaOと約0.10モル〜約0.90モルのSrOとを含むこと
を特徴とする請求項４２記載記載の方法。 - 【請求項５９】 前記バリア層は、約0.25モル〜約0.75
モルのBaOと約0.25モル〜約0.75モルのSrOとを含むこと
を特徴とする請求項４２記載の方法。 - 【請求項６０】 前記バリア層は、約0.75モルのBaOと
約0.25モルのSrOとを含むことを特徴とする請求項４２
記載の物品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/292349 | 1999-04-15 | ||
| US09/292,349 US6410148B1 (en) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | Silicon based substrate with environmental/ thermal barrier layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000343642A true JP2000343642A (ja) | 2000-12-12 |
| JP3723719B2 JP3723719B2 (ja) | 2005-12-07 |
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ID=23124275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000115745A Expired - Fee Related JP3723719B2 (ja) | 1999-04-15 | 2000-04-17 | シリコンを含有する基板とバリア層とを有する物品及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6410148B1 (ja) |
| EP (1) | EP1044943B1 (ja) |
| JP (1) | JP3723719B2 (ja) |
| KR (1) | KR100390289B1 (ja) |
| DE (1) | DE60021464T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005113266A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | General Electric Co <Ge> | ケイ素含有基材用アルミン酸塩皮膜 |
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