JP2001521993A

JP2001521993A - 製品、特にセラミックス断熱層を有するガスタービンの構造部材

Info

Publication number: JP2001521993A
Application number: JP2000519129A
Authority: JP
Inventors: ヘイムベルク、ベアーテ; ベーレ、ヴォルフラム; カール、ケンプター; バスト、ウルリッヒ; ハウボルト、トーマス; ホフマン、ミヒァエル; エントリス、アクセル; グライル、ペーター; ホン、チュ‐ワン; アルディンガー、フリッツ; ザイフェルト、ハンス‐イヨット
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-11-03
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 2001-11-13
Also published as: EP1029115B1; DE59801547D1; WO1999023278A1; EP1029115A1; US6764771B1

Abstract

(57)【要約】本発明は、高温の侵食性ガスに曝すことのできる製品、特にガスタービンの構造部材に関する。この製品（１）は構造式ＡＢ₂Ｏ₄のスピネルから成る断熱層（４）を有する金属製基材（２）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、結合酸化物を形成する接着仲介層と、セラミックス断熱層を載せ
た金属製基材を有し、高温の侵食性のガスに曝すことのできる製品に関する。更
に本発明は、高温の侵食性ガスから保護するため、断熱層が備えられている熱ガ
スに当たる熱流体機械の構造部材に関する。

【０００２】米国特許第４５８５４８１号明細書には、超合金からなる金属製基板を高温酸
化及び高温腐食から保護するための保護層が記載されている。これらの保護層に
はＭＣｒＡｌＹ合金が使用される。保護層には重量％でクロムを５〜４０％、ア
ルミニウムを８〜３５％、周期律表のＩＩＩｂ属からの酸素活性な１元素を（そ
のランタノイド及びアクチノイド並びにその混合物も含めて）０．１〜２％、シ
リコンを０．１〜７％、ハフニウムを０．１〜３％並びに残部ニッケル及び／又
はコバルトを含むものが記載されている。ＭＣｒＡｌＹ合金から成るこのような
保護層は、米国特許第４５８５４８１号明細書によれば、プラズマ噴射法により
施される。

【０００３】米国特許第４３２１３１０号明細書には、ニッケルベースの超合金ＭＡＲ−Ｍ
２００から成る基材を有する、ガスタービンの部品が記載されている。この基本
材料上にＭＣｒＡｌＹ合金、特にクロムを１８％、コバルトを２３％、アルミニ
ウムを１２．５％、イットリウムを０．３％、残部ニッケルを含むＮｉＣｏＣｒ
ＡｌＹ合金から成る層が施されている。ＭＣｒＡｌＹ合金から成るこの層は、酸
化アルミニウム層が施されている研磨された表面を有する。この酸化アルミニウ
ム層にステム状の構造を有するセラミックス断熱層が施されている。この断熱層
の柱状の微細構造により柱状晶が基材の表面に垂直に立っている。セラミックス
材としては安定化された酸化ジルコニウムが挙げられている。

【０００４】米国特許第５２３６７８７号明細書には、基材とセラミックス断熱層との間に
金属とセラミックスの混合物から成る中間層を入れることが記載されている。そ
うすることにより、この中間層の金属分が基材の方向に向かって増加し、断熱層
に向かって減少していく。対応して逆にセラミックス分が基材に近づくにつれて
少なくなり、断熱層に近づくにつれて多くなる。断熱層としては酸化セリウム分
を含むイットリウムにより安定化された酸化ジルコニウムが記載されている。こ
の中間層により、金属製基材とセラミックス断熱層とで異なる熱膨張係数に適合
させることが行われる。

【０００５】欧州特許第０４８６４８９号明細書に、ニッケルベース又はコバルトベース合
金から成るガスタービン部品用に、中程度の、そして約１０５０℃までの高温に
対し耐食性の保護被膜が記載されている。この保護被膜は、重量％で２５〜４０
％のニッケル、２８〜３２％のクロム、７〜９％のアルミニウム、１〜２％のシ
リコン及び０．３〜１％の少なくとも１つの希土類の反応性元素、少なくとも５
％のコバルト並びに選択的に０〜１５％の、レニウム、白金、パラジウム、ジル
コニウム、マンガン、タングステン、チタン、モリブデン、ニオブ、鉄、ハフニ
ウム、タンタルの群から成る少なくとも１つの元素を有する。記載されている具
体的実施形態では、この保護被膜はニッケル、クロム、アルミニウム、シリコン
、イットリウム及びレニウムの元素を１〜１５％の範囲で及びコバルトから成る
残部を含んでいる。レニウムの添加により耐食性は著しく改善される。

【０００６】国際特許出願公開第９６／３４１２８号明細書から、製品、特に金属製基板を
有するガスタービン翼が公知である。この金属製基板上には、接着層及び断熱層
から成る保護用層組織が施されている。この断熱層は柱状晶のセラミックス酸化
物、特に部分的に安定化された酸化ジルコニウムから成る。この断熱層は固定層
を介して金属製基板に結合されている。この固定層もまた接着仲介層を介して金
属製基板、特にニッケルベース又はコバルトベースの超合金に結合されている。
接着仲介層は例えば米国特許第５１５４８８５号、同第５２６８２３８号、同第
５２７３７１２号及び同第５４０１３０７号明細書に記載されているようなＭＣ
ｒＡｌＹ合金からできている。固定層は、アルミニウム及びもう１つの金属元素
を含むスピネルでできている。このもう１つの金属元素は主としてジルコニウム
である。固定層は主としてＰＶＤ法、特に電子ビームＰＶＤ法を用いて酸素含有
雰囲気で施される。被覆プロセス中に金属製基板は７００℃以上の温度に保持さ
れる。固定層の層厚は主として２５μm以下である。

【０００７】国際特許出願公開第９６／３１２９３号明細書には、保護のため超合金の部品
に施される、ガスタービン翼用の保護層組織が記載されている。この保護用層組
織は酸化ジルコニウムベースの断熱層を有する。酸化ジルコニウムをベースとす
るこの断熱層上には、断熱層の早期の損傷を阻止するため消耗層が施されている
。保護されていない断熱層のこのような早期の消耗は、カルシウム又はマグネシ
ウムの酸化物を含む高温の侵食性ガスに接触して起こる。消耗層は、高温の侵食
性ガス中の酸化物と反応する化合物を有しており、それにより消耗層の融点及び
粘度が高められる。そのため消耗層は例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウ
ム、酸化クロム並びに例えばマグネシウムとアルミニウムの酸化物のスピネルを
含んでいる。

【０００８】米国特許第５４６６２８０号（英国特許出願公開第２２８６９７７号に対応）
明細書には、無機の被膜成分が記載されており、その際この被膜は低度に合金さ
れた鋼上に施されており、高温に安定性である。この被膜の主な特徴は、鉄を被
膜内に組込むことにより耐食性が高められることにある。この被膜は、例えば酸
化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄及び酸化カルシウムのような種々の
金属酸化物を、１０００℃以上の温度で詳細には特定されていないスピネルに変
換させることにより形成される。

【０００９】ドイツ連邦共和国特許出願第１５８３９７１号から、保護層がスピネル、即ち
ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃を含む精錬炉用の耐火性保護層が公知である。ガス中、特に自
動車の内燃機関からの排ガス中の酸素の含有量を測定するための電気化学的測定
探知器用に、ドイツ連邦共和国特許第３７３７２１５号明細書にスピネル（Ｍｇ
Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃）を含む保護被膜が記載されている。

【００１０】欧州特許出願公開第０６８４３２２号明細書には、特にフォルステライト（Ｍ
ｇ₂ＳｉＯ₄）、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）又はコーディエライト（２ＭｇＯ−２
Ａｌ₂Ｏ₃−５ＳｉＯ₃）から成る、ＭｇＯ−ＳｉＯ₂及び／又はＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃ をベースとするセラミックス被膜が記載されている。

【００１１】本発明の課題は、製品、特に金属製基材及びその上に配設された断熱層を有す
る、ガスタービンの構造部材を提供することにある。

【００１２】本発明は、従来使用されてきたセラミックス断熱層が、例えば部分的に安定化
された酸化ジルコニウムの使用にも拘わらず、使用されている基材、特に超合金
からなる基材の熱膨張係数の最大で約７０％の熱膨張係数を有するに過ぎないと
いう認識から出発する。金属製基材に比べて酸化ジルコニウムから成る断熱層の
熱膨張係数が低いために、熱風が当たると、熱応力が結果として生じることにな
る。熱負荷が変動する際に、結果として生じるこのような応力を阻止するため、
例えば断熱層の気孔率或いはステム状の構造の調整により断熱層の膨張を可能と
する微細構造が必要となる。その上酸化ジルコニウムをベースとする断熱層では
、運転中の層材料の焼結度の向上は、微細構造の変化、気孔の融合、新たな欠陥
個所又は亀裂の発生、また時には熱的機械的に見て断熱層の機能喪失を招く。加
えて従来技術から公知の、酸化イットリウム、酸化セリウム及び酸化ランタンの
ような安定化剤で部分的に安定化された酸化ジルコニウムから成る断熱層の場合
、熱による正方晶から単斜晶及び立方晶への相変化の結果、応力が生じかねない
。これと関連する体積の変化についても、酸化ジルコニウムから成る断熱層に許
容される最高の表面温度が記載されている。

【００１３】スピネルを使用することにより、場合によっては混晶の形成及び微細構造のモ
ディキケーションを考慮に入れて、高い熱膨張係数、僅かな熱伝導率、高融点、
高度の化学的安定性、僅かな焼結傾向及び高い相安定性を有する、断熱層が形成
される。

【００１４】本発明によれば、製品に対する課題は、断熱層がＡＢ２Ｘ４の組成（式中Ｘは
酸素、硫黄、セレン及び／又はテルルを表し、Ａはこの場合アルミニウム、マグ
ネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、シリコ
ン、チタン及びタングステンから成る群の単数又は複数の元素を、またＢはアル
ミニウム、マグネシウム、マンガン、鉄、バナジウム、クロム、ガリウム、シリ
コン、チタン、ナトリウム及びカリウムを含む群の単数又は複数の元素を表す）
のスピネルを有することにより解決される。

【００１５】この断熱層は、直接又は間接に接着仲介層により基材に結合されている。この
結合は、主として例えば基材又は接着仲介層の酸化により形成される酸化物層を
介して行われる。この結合はまた、或いは更に加えて、例えば基材又は接着仲介
層の粗面性を利用した機械的なかみ合いにより行うこともできる。

【００１６】このような断熱層は、熱伝導率が低く、高い融点並び化学的に不活発性を有し
ており、特に熱風に当たる製品、特にガスタービン翼及び熱防護板のような、ガ
スタービンの構造部材の寿命を延ばす役目をする。

【００１７】化合物ＭｇＡｌ₂Ｏ₄（アルミン酸マグネシウム）はしばしばスピネルと云われ
ていることを指摘しておく。本発明でスピネルとは、既に記載した一般式ＡＢ₂
Ｘ₄の化合物の群のことを意味する。ここで「スピネル」とは、いわゆる正スピ
ネル（ＡＢ₂Ｘ₄）並びに逆スピネル（Ｂ（ＡＢ）₂Ｘ₄）の双方を含む。Ｘが酸素
を表す古典的スピネルの他に、Ｘがセレン、テルル又は硫黄を表すような成分系
も含まれる。正スピネル型では、酸素原子は、その正四面体の空所内に８個のＡ
原子を、またその正八面体の空所に１６個のＢ原子が入っている、ほぼ立方晶の
緻密格子を形成する。それに対していわゆる逆スピネル型では、８個のＢ原子が
正四面体に配位し、残りの８個のＢ原子と８個のＡ原子が正八面体に配位してい
る。

【００１８】この製品は酸素を有するスピネルを含むと有利である。この場合Ａは原子価２
⁺の金属元素を、またＢは原子価３⁺の金属元素を表す（いわゆる２−３−ス
ピネル）。このクラスのスピネルの場合、Ａは主としてマグネシウム、鉄、亜
鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、チタン、銅、カドミウムであり、Ｂはア
ルミニウム、鉄、クロム、バナジウムである。

【００１９】このスピネルはＢの元素としてアルミニウム又はクロムを、またＡの元素とし
てマグネシウム、ニッケル又はコバルトを有すると有利である。

【００２０】同様に断熱層は、Ｂがマグネシウムであり、またＡがチタンであるスピネルを
有する。

【００２１】上述した原子価Ａ²⁺及びＢ³⁺を有する２−３−スピネルの他に、例えば１−６
−スピネル（ＷＮａ₂Ｏ₄）、２−４−スピネル（例えばＦｅ₂ＴｉＯ₄）のような
カチオンの他の原子価を有するスピネルも存在する。既に挙げた記号Ａの元素の
他に、更にＡとしてアルミニウム、シリコン、チタン及びタングステンも使用す
ることができる。Ｂについてもまた付加的にマグネシウム、マンガン、ガリウム
、シリコン、ナトリウム及びカリウムの元素を含むことができる。

【００２２】好ましいスピネルの熱伝導率は１．０Ｗ／ｍＫ〜５．０Ｗ／ｍＫである。その
熱膨張係数は６×１０^-6Ｋ^-1〜１２×１０^-6Ｋ^-1であり、融点は１６００℃以上
である。上に記載した膨張係数及び熱伝導率の値の範囲は、その製造技術の観点
で「理想的」な、即ちわざわざ気孔を入れていない、セル構造を有する三元酸化
物から成るものに値する。例えばＭｇＡｌ₂Ｏ₄の場合、融点は約２１００℃であ
り、熱伝導率は１９４５℃で約４．０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は２５〜１２００℃
の温度で７．６〜９．２×１０^-6Ｋ^-1である。ＣｏＡｌ₂Ｏ₄については、融点は
約１９５５℃であり、熱膨張係数は５００〜１５００℃の温度で７〜１１×１０ ^-6 Ｋ^-1である。ＭｇＣｒ₂Ｏ₄については、融点は２４００℃程度、熱膨張係数は
２５〜１２００℃で６．５〜７．６×１０^-6Ｋ^-1、また熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］は
２５〜３００℃の範囲で１．４の値である。ＣｏＣｒ₂Ｏ₄については、融点は１
６００℃を越え、熱膨張係数は５００〜１５００℃で７．５〜８．５×１０^-6Ｋ ^-1 である。化合物ＴｉＭｇ₂Ｏ₄は１８３５℃の融点と、５００〜１５００℃の温
度範囲で６〜１２×１０^-6Ｋ^-1の熱膨張係数を有する。

【００２３】このスピネルはＡＢ₂Ｘ₄−ＡＸ−Ｂ₂Ｘ₃形式の三成分系の混合物として存在す
ると有利である。同様にスピネルと、もう１つの化合物、特に酸化物との金属混
合酸化物系の存在も可能である。このスピネル又は混合物として存在するスピネ
ルは、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃から成る群の単数又は複数の酸化物
を有していてもよい。このことは、上記の酸化物が、既にこのスピネルの成分と
なっていない場合にも当てはまる。特に蒸気の酸化物は、アルミン酸スピネル又
はクロム酸スピネルの場合に存在する。

【００２４】更にこのスピネル又は混合物から成るスピネルは、酸化マグネシウム（ＭｇＯ
）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）及び酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）から成る群の
単数又は複数の酸化物を含んでいてもよい。このことは、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂及び
ＨｆＯ₂の酸化物が既に三成分系、即ちスピネルの成分となってはいないスピネル、特にクロム酸スピネル又はアルミン酸スピネルの場合に当てはまる。スピネ
ル中に存在する酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムは、特に酸化イットリウム
（Ｙ₂Ｏ₃）又は希土類の他の酸化物により部分的に又は完全に安定化されている
。この場合希土類の金属とは、手短に言えば、スカンジウム、イットリウム、ラ
ンタンの１元素並びにセリウム及びイッテルビウムのようなランタニドの１元素
のことである。更にアクチニドの酸化物を混和してもよい。

【００２５】接着仲介層は、特にスピネルの少なくとも１元素を含む合金を有する。従って
接着仲介層の少なくとも部分的な酸化により、このスピネル中に含まれる元素、
例えばアルミニウム、クロム、コバルトその他の元素の酸化物が形成され、それ
により接着仲介層へのスピネルの良好な接着が行われる。この接着仲介層は、特
にＭＣｒＡｌＹ形式の合金であり、その際Ｍは鉄、コバルト又はニッケルの群か
らの単数又は複数の元素を表し、Ｃｒはクロムを、Ａｌはアルミニウムを、Ｙは
イットリウム又は希土類の反応性元素を表す。更にこの接着仲介層は、例えばレ
ニウムを重量％で１〜１５％含んでいてもよい。クロムの含有量は３〜５０％、
特に１２〜２５％の範囲であると有利である。アルミニウムの含有量は３〜２０
％、特に５〜１５％であると有利である。イットリウムの含有量は０．０１〜０
．３％が好ましい。

【００２６】この製品は、熱流体機械、特にガスタービンの構造部材に好ましい。この場合
、特にタービン回転翼、タービン案内羽根又は燃焼室の熱防護板を目的としてい
る。金属製基材はニッケルベース、コバルトベース及び／又はクロムベースの超
合金を含んでいると有利である。同様に炉又はそれに類するものの構造部材に、
スピネルから成る断熱層を備えることも可能である。

【００２７】このスピネルの利点は、例えば単純な又は複雑な混晶を、鉄、アルミニウム、
ニッケル、クロムその他の金属の存在下に形成することにより、不純物に対する
高い許容度、高融点のスピネルの焼結挙動の良さ、従って疑似等方性の熱膨張を
有する概して等方晶の構造にある。更にスピネルは良好な化学的耐性、高い熱衝
撃安定性及び高い強度を有する。スピネルがその正スピネル型から逆スピネル型
又は少なくとも一部逆スピネル型に転移したとしても、物理的−化学的特性に飛
躍的な変化は起こらない。従って正スピネル及び逆スピネル間の転移は、秩序−
無秩序（相転移）により誘発された二次の秩序相転移と見なすことができ、これ
は断熱層の特性に何ら大きな影響を及ぼすものではない。

【００２８】スピネルを有する断熱層は、例えば簡単にプラズマ溶射により製造することが
できる。この場合常圧プラズマ溶射により相応した気孔度を持つ断熱層が形成で
きる。或いはまた、断熱層を蒸着法、例えば電子ビームＰＶＤ法によりステム状
の構造を入れて被着することも可能である。

【００２９】この断熱層の被着は、常圧プラズマ溶射により、特に予め定めた気孔度を得る
ように行うと有利である。同様に金属混合酸化物系を適当な蒸着法、適当なＰＶ
Ｄ法（物理蒸着）、特に反応性ＰＶＤ法により施すこともできる。断熱層を蒸着
法、例えば電子ビームＰＶＤ法により被着する際、必要であれば、ステム状の構
造も形成する。反応性ＰＶＤ法では、反応、特に三元酸化物又は擬三元酸化物の
各成分の変換は、まず被覆プロセス中、特に製品上に直に衝突した際に行われる
。非反応性の蒸着の場合には、既に予め反応させた生成物、特にペロブスカイト
構造を有する三元酸化物を蒸発させ、再度この蒸気から製品上に析出させる。予
め反応させた生成物を使用することは、特にプラズマ溶射法を使用する場合極め
て有利である。

【００３０】スピネル、例えばＮｉＣｒ₂Ｏ₄、ＮｉＡｌ₂Ｏ₄及びＭｇＣｒ₂Ｏ₄の製造（合成
）は「混合酸化物法」により相からのずれのない状態で行うことができる。この
場合出発粉末として、例えばＣｒ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯのような二元
酸化物に属するものが使用される。これらの粉末をイソプロパノール中で均質化
し、特に６２５ｍＰａの圧力で低温アイソスタティックプレスにより成形し、引
続き、１５００℃で空気中にて５Ｋ／分の昇温率で５０時間焼鈍する。

【００３１】図示の実施例に基づき本発明の断熱層を有する製品について以下に詳述する。

【００３２】図１にはニッケルベース、コバルトベース又はクロムベースの超合金からなる
金属製基材２を有する製品１、ここではガスタービン翼１を示す。このガスター
ビン翼１は図示していないガスタービンの回転軸に固定するための翼脚１０、こ
の翼脚に接続している翼９並びにこの翼９を境界付けるシーリングストッパ８を
有する。ガスタービン翼１の少なくとも翼９は、接着仲介層３（図２、３参照）
とその上に施された断熱層４により被覆されている。断熱層４と接着仲介層３と
の間には、接着仲介層３の合金の１金属元素の酸化物を含む酸化物層５が形成さ
れている。この接着仲介層３はＭＣｒＡｌＹ形式の合金を含んでおり、その際Ｍ
は鉄、コバルト、ニッケルから成る群の単数又は複数の元素を表し、Ｃｒはクロ
ムを、Ａｌはアルミニウムを、Ｙはイットリウム又は希土類の１元素を表す。接
着仲介層３上に施された断熱層４は、構造式ＡＢ２Ｏ４のスピネル、特に２−３
−スピネルを有する。この２−３−スピネルは金属元素Ｂに、特にクロム又はア
ルミニウムを、またもう１つの金属元素Ａに、特にマグネシウム、ニッケル又は
コバルトを有する、例えばＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＣｏＡｌ₂Ｏ₄、ＭｇＣｒ₂Ｏ₄、ＣｏＣ
ｒ₂Ｏ又はＴｉＭｇ₂Ｏ₄等のスピネルである。更に２−３−スピネルでは、本来のスピネルと、２価及び３価の金属元素のそれぞれの酸化物からなる三成分系を
なすものもある。付加的にこのスピネル又は混合物を含むスピネルに、もう１つ
の酸化物、特にＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂ Ｏ₃を混和することもできる。

【００３３】図３には、図２に類似して、基材２上に接着仲介層３及びその上に断熱層４が
施されている層組織を示す。この場合接着仲介層３は粗い表面を有しているので
、断熱層４は概して化学的接合によらず、機械的なかみ合いにより接着仲介層３
、従って基材２に接合されている。接着仲介層３の表面１１のこのような粗面性
は接着仲介層３の被着を、例えば真空吹き付けにより行うことを可能にする。従
ってまた断熱層４を金属製基材２に直接結合することは、金属製基材２の適当な
粗面性によって行うことができる。同様に接着仲介層３と断熱層４との間に、例
えば窒化アルミニウム又は窒化クロムを含む補助的結合層を施すことも可能であ
る。

【００３４】製品１が図示していないガスタービン装置の運転中に熱風７に当たる場合の耐
久性に優れた結合は、超合金の持つ熱膨張係数に近い、スピネルの高い熱膨張係
数によって達成される。更にスピネルが低い熱伝導率と高い融点を持ち、断熱層
４の表面６が１２５０℃以上に達するガスタービン装置の温度で、問題となる相
変化を示すことのない耐久性の結合に寄与する。こうしてガスタービン翼１が変
動性に熱負荷される場合でも、ガスタービン翼の寿命を長く保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービン回転翼の斜視図。

【図２】図１に基づく酸化物層を有するタービン翼の断面図。

【図３】図１に基づく粗面性の接着仲介層を有するタービン翼の断面図。

【符号の説明】

１製品（ガスタービン翼）２金属製基材３接着仲介層４断熱層５酸化物層６断熱層の外側表面７高温の侵食性ガス８シーリングストップ９翼１０翼脚１１接着仲介層の表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヘイムベルク、ベアーテドイツ連邦共和国デー‐45478 ミュールハイムアンデアルールファイルヒェンヴェーク 82 (72)発明者ベーレ、ヴォルフラムドイツ連邦共和国デー‐40883 ラチンゲンアンデアシンネンブルク 28 (72)発明者カール、ケンプタードイツ連邦共和国デー‐81477 ミュンヘンオッペンリーダーシュトラーセ 28 アー (72)発明者バスト、ウルリッヒドイツ連邦共和国デー‐81667 ミュンヘンホルツホーフシュトラーセ１ (72)発明者ハウボルト、トーマスドイツ連邦共和国デー‐61273 ワインハイムヒルデ‐コッピ‐シュトラーセ 18 (72)発明者ホフマン、ミヒァエルドイツ連邦共和国デー‐71032 ベブリンゲンシュトロイベンヴェーク 18 (72)発明者エントリス、アクセルドイツ連邦共和国デー‐76133 カールスルーエシェッフェルプラッツ１ (72)発明者グライル、ペータードイツ連邦共和国デー‐91085 ワイゼンドルフアムホッホシュトック 27 (72)発明者ホン、チュ‐ワンドイツ連邦共和国デー‐91356 キルヒエーレンバッハアホルンヴェーク 15 (72)発明者アルディンガー、フリッツドイツ連邦共和国デー‐70771 ラインフェルデン‐エヒチンゲンワルトシュトラーセ 56 (72)発明者ザイフェルト、ハンス‐イヨットドイツ連邦共和国デー‐70197 シュトゥットガルトツァーメンホーフシュトラーセ 56 Ｆターム(参考） 4K031 AA02 AA08 AB02 AB03 AB04 AB08 CB08 CB14 CB22 CB26 CB27 CB42 DA04 4K044 AA06 AB10 BA06 BA12 BB01 BB03 BB04 BC02 BC11 CA11 CA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製品（１）、特にセラミックス断熱層を有するガスタービン
の構造部材において、構造式ＡＢ₂Ｘ₄（但し式中・Ｘは酸素、硫黄、セレン及びテルルから成る群の単数又は複数の元素を、・Ａはアルミニウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、シリコン、チタン及びタングステンから成る群の単数又は複数の元素を、そして・Ｂはアルミニウム、マグネシウム、マンガン、鉄、バナジウム、クロム、ガリウム、シリコン、チタン、ナトリウム及びカリウムから成る群の単数又は複数の元素を表す）のスピネルを含むセラミックス断熱層（４）がその上に結合された、金属製基材
（２）を有し、高温の侵食性ガスに曝すことのできる、特にガスタービンの構造
部材である製品。
【請求項２】Ｂがアルミニウム（アルミン酸スピネル）又はクロム（クロ
ムスピネル）を、Ａがニッケル、コバルト又はチタンを、そしてＸが酸素を表す
ことを特徴とする請求項１記載の製品。
【請求項３】Ｂがマグネシウムを、Ａがチタンを、そしてＸが酸素を表す
ことを特徴とする請求項１記載の製品。
【請求項４】構造式ＡＢ₂Ｘ₄を持ち、Ｂがアルミニウム（アルミン酸スピ
ネル）又はクロム（クロムスピネル）を、Ａがマグネシウムを、そしてＸが酸素
を表すスピネルを含むセラミックス断熱層（４）が結合された金属製基材（２）
を有することを特徴とする高温の侵食性ガスに曝すことのできる、特にガスター
ビンの構造部材である製品。
【請求項５】スピネルがＡＢ₂Ｘ₄−ＡＸ−Ｂ₂Ｘ₃形式の三成分系の混合物
として存在することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の製品。
【請求項６】スピネルを有する混合酸化物系がもう１つの酸化物又は複数
の別の酸化物を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の製
品。
【請求項７】もう１つの酸化物が酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）又は希土類
の別の酸化物により安定化されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
か１つに記載の製品（１）。
【請求項８】基材（２）と断熱層（４）との間に、結合酸化物を形成する
接着仲介層（３）が配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか
１つに記載の製品。
【請求項９】接着仲介層（３）がスピネル中の元素の少なくとも１つを含
む合金であることを特徴とする請求項８に記載の製品。
【請求項１０】熱流体機械、特にガスタービンの構造部材であることを特
徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の製品。
【請求項１１】タービンの回転翼、タービンの案内羽根又燃焼室の熱防護
板であることを特徴とする請求項９記載の製品。
【請求項１２】スピネルの熱膨張係数αが６×１０^-6Ｋ^-1〜１７×１０^-6 Ｋ^-1であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の製品。
【請求項１３】スピネルの熱電導率が１．０Ｗ／ｍＫ〜４．０Ｗ／ｍＫで
あることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の製品。
【請求項１４】金属製基材（２）がニッケル、コバルト及び／又はクロム
をベースとする超合金であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つ
に記載の製品。
【請求項１５】金属製基材（２）を有するガスタービンの構造部材上に、
プラズマ溶射又は蒸着法により構造式ＡＢ₂Ｘ₄の予め反応させたスピネルを施し
てセラミックス断熱層（４）を形成する方法。