JP2016528131A - 高温耐性セラミックマトリックス複合材及び耐環境保護コーティング - Google Patents

Abstract

高温機械部品、特に、例えばガスエンジンのタービンを含む、高温環境で使用可能な物品は、ケイ素を含むセラミック基板と、ケイ素含有ボンドコートを含む耐環境保護コーティング系と、物品の基板と耐環境保護コーティング系のケイ素ボンドコートとの間にある炭化物又は窒化物の拡散バリア層とを含む高温セラミックマトリックス複合材で形成され得る。拡散バリア層は、基板から耐環境保護コーティング系のボンドコートへのホウ素及び不純物の拡散を選択的に防止又は低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、高温耐性セラミックマトリックス複合材及び耐環境保護コーティングに関する。

ガスタービンエンジンでは、それらの効率を改良するために、より高い動作温度が絶えず求められてきた。しかし、動作温度が高まると、それに応じてエンジンの部品の高温耐久性を高めなければならない。高温性能の著しい進歩は、鉄系、ニッケル系、及びコバルト系超合金の形成により達成されてきた。ガスタービンエンジン全体で、特により高温のセクションで、使用される部品への超合金の広範な使用が見られてきた一方で、より高い温度性能を有する代替的な軽量基板材料が提案されてきた。

セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は、良好な選択肢を提示する部類の材料である。ＣＭＣは、耐火物繊維で作られセラミックマトリックスで高密度化された繊維補強材を含む。ＣＭＣは、航空宇宙産業での使用が広範に考慮されている。そのような複合材の一例は、Ｓｉ−ＳｉＣマトリックスとＳｉＣ繊維を含むＳｉＣ−ＳｉＣ複合材であり、マトリックスは、ケイ素溶融含浸により高密度化される。しかし、現行系の上限使用温度は、約２４００°Ｆに制限されている。そのような複合材の温度限界をより高い温度に高めることが望まれている。

高温エンジンセクションの過酷な環境から保護するために、ＣＭＣを耐環境保護コーティング（ＥＢＣ）及び／又は遮熱コーティング（ＴＢＣ）で被覆することができる。耐環境保護コーティング（ＥＢＣ）は、ケイ素含有材料、及び、高温水蒸気等の反応種による腐食を受け得る他の材料に適用される。ＥＢＣは、環境と材料表面の間の接触を妨げることにより保護をもたらす。ケイ素含有材料に適用されるＥＢＣは、例えば、高温水蒸気を含む環境で化学的に比較的安定するように設計される。遮熱コーティング（ＴＢＣ）は、一方で、ＴＢＣの厚さ全体の温度勾配を維持することにより基板温度を低くするために一般的に使用される。幾つかの状況では、ＥＢＣは、ＴＢＣとしても機能することができる。ＥＢＣ系は、典型的に、ケイ素元素又はケイ素合金を含むボンドコートを含む。

基板のケイ素は、ＣＭＣ及びＥＢＣ、よってＣＭＣ／ＥＢＣ系の寿命を短くすることがあり、かつ温度性能を低くすることがある不純物を含有する。したがって、当該技術分野では、寿命が長くされ、温度性能が高められたＣＭＣが必要とされている。

国際公開第２０１３／１８３５８０号明細書

本開示の態様は、ＣＭＣ／ＥＢＣ部品の寿命を長くし、温度性能を高める。本開示の発明者等は、改良されたＣＭＣ／ＥＢＣ系を教示する。

本開示の一態様は、高温で使用可能なセラミックマトリックス複合材であって、ケイ素を含むセラミック基板と、ケイ素を含むボンドコートを含む耐環境保護コーティングと、基板と耐環境保護コーティングのケイ素ボンドコートとの間にある炭化物又は窒化物の拡散バリア層とを備え、拡散バリア層が、基板から耐環境保護コーティング系のケイ素ボンドコートへのホウ素及び他の不要な不純物の拡散を選択的に防止又は低減する、セラミックマトリックス複合材である。

一実施形態では、基板が、ケイ素溶融含浸により作られたＳｉＣ−ＳｉＣセラミックマトリックス複合材を含む。別の実施形態では、基板中のケイ素が高純度である。溶融含浸に用いられるケイ素は、意図的に添加され得又は混入物として進入し得る他の元素を含有してもよい。例えば、ホウ素は、溶融含浸に用いられるケイ素に意図的に添加される一方で、ケイ素の融解温度を低くする他の不純物（すなわち、ホウ素を除く）の濃度は、１％未満とすることができる。一実施形態では、化学蒸着によって、プラズマ溶射によって、又は電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）によって、ボンドコートのケイ素が堆積される。一実施形態では、高温で使用可能なセラミックマトリックス複合材が、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及び／又はＬｕを含む１種以上の希土類二ケイ酸塩（ＲＥ₂Ｓｉ₂Ｏ₇）の少なくとも１つの層を有する耐環境保護コーティングをさらに含む。

一実施形態では、拡散バリア層が炭化ケイ素又は窒化ケイ素であり、炭化ケイ素又は窒化ケイ素が、結晶質、非晶質又は混合物であり、基板を耐環境保護コーティングから分離する炭化ケイ素又は窒化ケイ素の層が約１μｍ〜約１５０μｍの厚さである。別の実施形態では、セラミックマトリックス複合材が最大約２５５０°Ｆの温度で使用可能であり、ボンドコートが最大約２５７０°Ｆの温度で使用可能である。

一実施形態では、基板の熱膨張率と耐環境保護コーティングの熱膨張率との差が約２０％以下である。別の実施形態では、基板がセラミックマトリックス複合材であり、ボンドコートが約１０μｍ〜約５００μｍの厚さを有し、拡散バリアの厚さが約１μｍ〜約１５０μｍである。

一態様では、本開示は、高温で使用可能なタービンエンジン部品の製造方法に関するものであり、方法が、第１の熱膨張率を有するケイ素含有基板であって、ホウ素以外の不純物が実質的に除去されている基板を用意する工程と、部品の外面の少なくとも一部分に、耐環境保護コーティング系のボンドコートであって、ケイ素を含有していて第２の熱膨張率を有するボンドコートを設ける工程と、基板とＥＢＣ系の間での不要な種／要素の伝達を制限するように炭化物又は窒化物の拡散バリアをケイ素含有基板とＥＢＣ系の間に設ける工程とを含む。

一実施形態では、基板がＳｉＣ−ＳｉＣセラミックマトリックス複合材料を含む。本開示の方法は、一実施形態では、１種以上の希土類ケイ酸塩を耐環境保護コーティング中に含めることをさらに含むことができる。一実施形態では、炭化物又は窒化物の拡散バリア層が結晶質であり、基板を耐環境保護コーティングから分離する炭化物又は窒化物の層が約１μｍ〜約１５０μｍの厚さである。一実施形態では、セラミックマトリックス複合材が最大約２５５０°Ｆの温度で使用可能であり、ボンドコートが最大約２５７０°Ｆの温度で使用可能である。一実施形態では、基板中のケイ素の、ホウ素以外の不純物濃度が１％未満であり、好ましくは０．１％未満である。一実施形態では、ケイ素の層を含む、耐環境保護コーティング系のボンドコートの代わりに、耐環境保護コーティングのボンドコートがケイ素とオキサイドの混合層を含む。

この開示のこれら及び他の態様、特徴及び利点は、添付図面と併せて本開示の各種態様の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

本発明とみなされる主題は、本明細書の終わりにある特許請求の範囲で具体的に指摘され、明確に特許請求されている。本開示の以下の及び他の特徴、態様、及び利点は、添付図面と共に本発明の態様の以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

セラミック基板と、ボンドコートを含むＥＢＣ系と、セラミック基板とＥＢＣ系のボンドコートとの間にある炭化物又は窒化物の拡散バリア層との図式表現を示している。 本開示の一実施形態による、耐環境保護コーティング及び拡散バリア層で被覆された物品の部分側方断面図を示している。 高温で使用可能なタービンエンジン部品の製造方法を示す、本開示の態様によるフローチャートを示している。

以下では、本発明の例示的な実施形態を詳細に参照し、それらの例を添付図面に示している。可能である場合には、図面を通じて用いられる同じ参照数字が同じ又は同様の部品を参照している。

本明細書で説明する発明の実施形態は、ＣＭＣ及びＥＢＣ系に関する。本明細書では、「ＣＭＣ」は、ケイ素含有複合材、より具体的にはＳｉＣ繊維とＳｉＣ含有マトリックスを含むケイ素含有複合材を意味する。本明細書での使用にふさわしいケイ素含有ＣＭＣの幾つかの例には、非限定的に、炭化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、及びそれらの混合物等の非オキサイドケイ素系材料を含む、マトリックス及び補強繊維を有する材料を含めることができる。例には、非限定的に、炭化ケイ素マトリックスと炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣ、窒化ケイ素マトリックスと炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣ、及び炭化ケイ素／窒化ケイ素マトリックス混合物と炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣが含まれる。

本明細書では、用語「バリアコーティング」は、耐環境保護コーティング（ＥＢＣ）を意味する。本明細書では、バリアコーティングは、ガスタービンエンジン中にあるセラミック基板等、高温環境中に見られるセラミック基板上での使用に適し得る。「基板部品」又は単なる「部品」は、ケイ素を含むＣＭＣ及び／又はモノリシックセラミックから作られた部品を意味する。

本明細書では、用語「接着される」に対する参照は、直接的な接着及びボンドコートもしくは中間層等の別の層による間接的な接着を含むと理解されるべきである。

セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は、セラミックマトリックス相により囲まれた補強材料からなる部類の材料である。そのような材料は、一定のモノリシックセラミック（すなわち、補強材料を伴わないセラミック材料）に加えて、現行系の温度性能を超える用途での使用が企図されている。良く知られたＣＭＣマトリックス材料の幾つかの例には、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及びそれらの混合物を含めることができる。良く知られたＣＭＣ補強材料の幾つかの例には、非限定的に、炭化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、及びオキシ窒化ケイ素を含めることができる。ＣＭＣ材料は、典型的に炭素もしくはセラミック繊維である耐火物繊維で作られ、かつ、典型的にＳｉＣで作られたセラミックマトリックスで高密度化された繊維補強材を含む。ケイ素含有モノリシックセラミックの幾つかの例には、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及びオキシ窒化ケイ素アルミニウム（ＳｉＡｌＯＮ）が含まれてもよい。

これらのセラミック材料の使用によって、タービン部品の重量を小さくし、温度性能を高め、さらに強度及び耐久性を維持することができる。したがって、そのような材料は、一般に、翼（例えば、圧縮器、タービン、及びベーン）、燃焼器、シュラウド、及び、これらの材料が提示できる軽量かつ高い温度性能から利益を受けるであろう他の同様の部品等、ガスタービンエンジンのより高温のセクションで使用される多くのガスタービン部品で考慮されている。

高温エンジンセクションの過酷な環境から保護するために、ＣＭＣ及びモノリシックセラミック部品を耐環境保護コーティング（ＥＢＣ）及び／又は遮熱コーティング（ＴＢＣ）で被覆することができる。ＴＢＣが、能動的に冷却され得るコーティング表面と基板の間の熱勾配を設定することができる一方で、ＥＢＣは、高温燃焼環境中の腐食ガスに対する緻密な気密シールをもたらすことができる。このようにして、部品の温度をＴＢＣの表面温度未満に低くすることができる。幾つかの例では、ＥＢＣの表面温度をＴＢＣの表面温度未満に低くするために、ＴＢＣをＥＢＣの上部に堆積させてもよい。この手法は、ＥＢＣが機能しなければならない動作温度を低くし、結果として、ＥＢＣの動作寿命を長くすることができる。

一般に、ＥＢＣは、例えば、同一出願人による米国特許出願公開第２０１１／００５２９２５号明細書に開示するような多層構造を含んでもよい。併せて、これらの層は、部品を環境から保護することができる。

ＴＢＣは、一般的に、熱膨張の不一致による、又はエンジン環境中の他の部品との接触による、熱応力又は機械的応力を軽減するために、特殊な微細構造で堆積された耐火性オキサイド材料からなる。これらの微細構造は、垂直なひび割れもしくは筋目、多孔質微細構造、及びそれらの組合せを有する緻密なコーティング層を含んでもよい。組成又は基板にかかわらずに、１以上の空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）、スラリーディッピング、スラリー溶射、電気泳動堆積、化学蒸着（ＣＶＤ）、又は電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）を用いて、ＥＢＣ及び／又はＴＢＣの大半を適用することができる。

溶融含浸されたＳｉＣ繊維で補強されたＳｉＣ−Ｓｉマトリックス複合材は、現在、発電ガスタービン、及び航空機エンジンを含む航空宇宙産業の用途を含む多くの用途での使用が企図されている。これらの複合材の上限使用温度は、約２４００°Ｆに制限されている。そのような複合材の温度限界を約２７００°Ｆ、及びさらに高い温度に高めることが望まれている。

本開示の一態様は、高温で使用可能なセラミックマトリックス複合材であって、ケイ素を含むセラミック基板と、ケイ素ボンドコートを含む耐環境保護コーティング系と、基板と耐環境保護コーティングのケイ素ボンドコートとの間にある炭化物及び窒化物の拡散バリア層とを備え、拡散バリア層が、基板から耐環境保護コーティング系のケイ素ボンドコートへのホウ素及び他の不純物の拡散を選択的に防止又は低減する、セラミックマトリックス複合材である。

拡散バリア層は、炭化ケイ素又は窒化ケイ素とすることができ、基板を耐環境保護コーティングから分離する炭化ケイ素又は窒化ケイ素の層は、約１μｍ〜約１５０μｍの厚さとすることができる。一例では、ケイ素とオキサイドの層（例えば、熱成長されたオキサイド、Ｓｉとオキサイドの混合物、又はＳｉ−Ｏ化合物）が続くケイ素の層を含む耐環境保護コーティングのボンドコートに代えて、耐環境保護コーティング系のボンドコートは、ケイ素とオキサイドの混合層を含む。

本出願は、ＣＭＣの温度限界を２５５０°Ｆに高め、かつ最大約２５５０°Ｆの界面温度を可能にするＴＢＣ系を使用することによって、上限使用温度を２７００°Ｆ以上に高めるための方法をさらに教示する。本開示のセラミックマトリックス複合材は、一例では、最大約２５５０°Ｆの温度で使用可能であり、ボンドコートは、最大約２５７０°Ｆの温度で使用可能である。また、本開示は、ホウ素を除く実質的に全ての不純物をケイ素から除去することによって、ＣＭＣの上限使用温度を高めることが可能であることを教示する。基板中のケイ素は高純度であり、関連する例では、ケイ素の融解温度を低くする、ホウ素以外の不純物濃度は１％未満である。ある特定の例では、基板中のケイ素の、ホウ素以外の不純物濃度は１％未満であり、好ましくは０．１％未満である。

一例では、ＳｉＣ−Ｓｉマトリックスのケイ素からケイ素ボンドコートへのホウ素の拡散を防止するためにＣＭＣとボンドコートの間にＳｉＣの拡散バリア層を使用することによって、かつ高純度ケイ素のボンド層を使用することによって、ＥＢＣ系の温度限界を高めることができる。一例では、ケイ素ボンドコートが、ケイ素と、シリカ及び／又は希土類ケイ酸塩等のオキサイドとの二重層で置き換えられる。基板は、ＳｉＣ−ＳｉＣセラミックマトリックス複合材を含むことができる。化学蒸着によって、プラズマ溶射によって、又は電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）によって、ケイ素を堆積させることができる。

一態様では、本開示は、高温可能なタービンエンジン部品の製造に関するものであり、タービンエンジン部品が、第１の熱膨張率を有するケイ素含有基板であって、ホウ素以外の不純物が実質的に除去されている基板を用意する工程と、ＥＢＣボンドコートを部品の外面の少なくとも一部分に接着する工程であり、ボンドコートが、ケイ素の層、又はケイ素とオキサイドの層が続くケイ素を含み、ＥＢＣボンドコートが第２の熱膨張率を有する、工程と、ケイ素含有基板とＥＢＣボンドコートを互いに分離するように炭化物又は窒化物の拡散バリアをケイ素含有基板とＥＢＣボンドコートの間に設ける工程とにより製作される。

本開示は、基板の熱膨張率と耐環境保護コーティングの熱膨張率との差を約２０％以下とすることができることも教示する。一例では、多層オキサイドコーティング系の場合、より高い膨張性の材料の薄い層が使用される一方で、より厚い層の膨張係数が約２０％以内である。さらに、基板をセラミックマトリックス複合材とすることができ、ＥＢＣボンドコートは、約１０μｍ〜約５００μｍの厚さを有することができ、拡散バリアの厚さを約１ミクロン〜約１５０ミクロンとすることができる。

図１を参照すると、一実施形態では、ＣＭＣ基板材料１１０から製作されたタービンエンジン部品１００等のケイ素系材料に耐環境保護コーティング系１３０が適用されている。代わりに、タービンエンジン部品１００は、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）基板材料（不図示）から製作される。タービンエンジン部品１００を任意の適したケイ素系材料から製作できることは、当業者にとって明らかであり、本明細書の教示により導かれる。一実施形態では、耐環境保護コーティング系１３０は、ＥＢＣとＣＭＣの間にケイ素ボンドコートを含む。ＣＭＣ１１０とＥＢＣ系１３０の間には、拡散バリア層１２０が配される。ある特定の実施形態では、ボンドコートは、基板材料１１０及び／又は中間層１２０に合った熱膨張率を有する。

図２は、本開示の一実施形態による、耐環境保護コーティング及び拡散バリア層で被覆された物品の部分側方断面図を示している。ここで、耐環境保護コーティング系２３０は、ＣＭＣ基板材料２１０から製作されたタービンエンジン部品２００等のケイ素系材料に適用される。タービンエンジン部品２００を任意の適したケイ素系材料から製作できることは、当業者にとって明らかであり、本明細書の教示により導かれる。一実施形態では、耐環境保護コーティング系２３０は、ＣＭＣ基板材料２１０に適用又は堆積されたケイ素ボンドコートを含み、この特定の例では、ＥＢＣとＣＭＣの間に拡散バリア層２２０が存在する。一実施形態では、ボンドコートは、基板材料２１０及び／又は中間層２２０に合った熱膨張率を有する。

図３は、高温で使用可能なタービンエンジン部品の製造方法を示す、本開示の態様によるフローチャート３００を示している。方法は、第１の熱膨張率を有するケイ素含有基板を用意することを含み、ホウ素以外の不純物は、基板３１０から実質的に除去されている。プロセスは、耐環境保護コーティングのボンドコートを部品の外面の少なくとも一部分に接着することをさらに含む。製作方法は、ケイ素含有基板と耐環境保護コーティングの間に炭化物又は窒化物の拡散バリア３３０を設けることをさらに含む。

ＳｉＣ−Ｓｉマトリックス複合材は、被覆されたＳｉＣ繊維を含有するプリフォーム中及びＳｉＣと炭素の多孔質マトリックス中へのケイ素の溶融含浸により作られる。ケイ素溶浸では、ケイ素が炭素と反応して炭化ケイ素を形成し、残留ケイ素がマトリックスの約１０％を構成するように、残りの空隙が残留ケイ素で満たされる。溶浸に用いられるケイ素は、意図的に添加される著しい濃度（例えば数％）のホウ素を含有する。ケイ素中に他の不純物が存在してもよい。加えて、マトリックス中に幾らかの他のドーパントがあってもよい。溶浸に用いられるケイ素中にある、ホウ素を含む不純物は、複合材のマトリックスの残留ケイ素中に濃縮される。ケイ素不純物は、溶浸に用いられるケイ素ソース、溶浸助材に用いられる炭素繊維／ウィック、及び場合によっては炉混入物に由来することがある。

ＳｉＣ−Ｓｉマトリックス中のケイ素中にあるこれらの不純物は、ケイ素の融解温度を低くし、それによりその使用温度を低くすることがある。ケイ素の融解温度を低くする、ホウ素以外の不純物の防止又は低減によって、融解温度をケイ素−ホウ素系の約２５３０°Ｆの共融温度まで高めることができる。長時間及び／又は高温では、マトリックスのケイ素中にあるホウ素は、ＥＢＣ系のボンドコートのケイ素に拡散することがある。ホウ素は、ケイ素の酸化速度を高め、よってＥＢＣの寿命に悪影響を及ぼす。ＣＭＣとＥＢＣの間に炭化ケイ素の拡散バリア層を用いることによって、ＣＭＣのマトリックスからＥＢＣのケイ素ボンドコートへのホウ素及び他の元素の拡散を防止又は低減することができる。

２５５０°Ｆ以上の温度で純度ケイ素の融解温度（２５７０°Ｆ）に近付くと、場合によってはケイ素ボンドコートのクリープが問題となることがある。この場合、本出願の発明者等は、ケイ素のボンド層とケイ化モリブデン等のシリサイドとを用いることによって、又は、ケイ素のボンド層とケイ素との相性が良いオキサイドとを用いることによって、このクリープを低減できることを開示する。希土類ケイ酸塩は、このカテゴリに属する。よって、本開示の方法は、１種以上の希土類ケイ酸塩を耐環境保護コーティングに添加することをさらに含むことができる。高温で使用可能なセラミックマトリックス複合材は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された１種以上の希土類二ケイ酸塩（ＲＥ₂Ｓｉ₂Ｏ₇）の１以上の層を有する耐環境保護コーティングをさらに含むことができる。

本開示の一態様は、ホウ素以外の不純物を本質的に含有しない原料を用いて加工されたＣＭＣ系と、ＣＭＣとＥＢＣ系の間にある炭化ケイ素の拡散バリア層と、２５５０°Ｆ以上の温度でケイ素に伴う可能なクリープ問題を低減するための、高純度ケイ素又はシリサイドもしくはオキサイド付加物を有する高純度ケイ素のボンド層とである。

本明細書に教示するようなＣＭＣ／ＥＢＣ系は、ＣＭＣマトリックス、及びＣＭＣ／ＥＢＣ系に対するボンドコートの約２４００°Ｆの現行の限界から系の温度限界を高め、上限使用温度が約２５５０°Ｆに高められる。ＥＢＣの表面は、最高２７００°Ｆの温度で使用することができる。ＣＭＣ／ＥＢＣの温度限界を高めるこの可能性によって、例えば、燃料消費率（ＳＦＣ）、航空機エンジンの重量比に対する推力、及び産業用ガスタービンの効率の改良が助けられる。

上記説明が例示を意図しており、制限を意図していないことを理解されたい。例えば、上述した実施形態（及び／又はそれらの態様）を互いに組合せて使用してもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに、それらの教示に特定の状況又は材料を適応させるために多くの修正を施してもよい。本明細書で説明した材料の寸法及びタイプは、本発明のパラメータを規定することを意図しており、決して限定しておらず、単なる例示である。他の多くの実施形態は、上記説明を検討する際に当業者にとって明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与える均等物の十分な範囲と共に判断されるべきである。

添付の特許請求の範囲では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「それには（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」を用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」のそれぞれの平易な英語の同義語として使用している。また、以下の特許請求の範囲では、用語「第１の」、「第２の」等を単なる目印として使用しており、それらの対象に数値的又は位置的な要件を課すことを意図していない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定事項は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、そのような特許請求の範囲の限定事項が、更なる構造を欠いた機能の文言が続く、「するための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」というフレーズを明示的に使用しない限り及び使用するまでは、米国特許法第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されることを意図していない。

この明細書では、本発明の幾つかの実施形態をベストモードを含めて開示するために、並びに、任意のデバイスもしくはシステムの製作及び使用、組み込まれた任意の方法の実施を含めて、当業者が本発明の実施形態を実践することも可能にするために例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。

本明細書では、単数形で記載され用語「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」が先行する要素又はステップは、明示的に記されない限り、複数の要素又はステップを除外しないものと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、記載した特徴も組み込む追加の実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図していない。また、明示的に反対に記さない限り、特定の性質を有するある要素又は複数の要素を「備える「（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、又は「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その性質を有しない追加的なそのような要素を含んでもよい。

限定された数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に説明してきたが、そのような開示した実施形態に本発明が限定されないことを容易に理解されたい。むしろ、任意の数の変形、改変、置換、又は、本明細書では説明していないが本発明の趣旨及び範囲に相応する等価の構成を組み込むように本発明を修正することができる。加えて、本発明の各種の実施形態を説明してきたが、説明した実施形態の一部のみを本開示の態様が含んでもよいことを理解されたい。このため、本発明は、前述した説明により限定されるとみなされず、添付の特許請求の範囲のみにより限定される。

１００、２００ タービンエンジン部品
１１０、２１０ ＣＭＣ基板材料
１２０、２２０ 拡散バリア層、中間層
１３０、２３０ 耐環境保護コーティング系、ＥＢＣ系
３００ フローチャート
３１０ 基板
３３０ 拡散バリア

Claims (18)

1. 高温で使用可能なセラミックマトリックス複合材であって、
   ケイ素を含むセラミック基板と、
   ケイ素含有ボンドコートを含む耐環境保護コーティング系と、
   基板とケイ素ボンドコートの間の拡散バリア層と
   を備えており、拡散バリア層が、基板からボンドコートへのホウ素及び不純物の拡散を防止又は低減する、セラミックマトリックス複合材。
2. 前記基板がＳｉＣ−ＳｉＣセラミックマトリックス複合材を含む、請求項１記載のセラミックマトリックス複合材。
3. 前記マトリックスがケイ素と炭化ケイ素を含む、請求項１又は請求項２記載のセラミックマトリックス複合材。
4. 前記ケイ素が、ホウ素以外の不純物を合計１原子％未満の濃度でしか含まない、請求項３記載のセラミックマトリックス複合材。
5. 前記複合材がケイ素の溶融含浸で作られる、請求項３又は請求項４記載のセラミックマトリックス複合材。
6. 基板中のケイ素の不純物濃度が約１％未満である、請求項１又は請求項２記載のセラミックマトリックス複合材。
7. 前記拡散バリア層が炭化ケイ素又は窒化ケイ素であり、約１μｍ〜約１５０μｍの厚さである、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のセラミックマトリックス複合材。
8. 前記セラミックマトリックス複合材が最大約２５５０°Ｆの温度で融解せずに使用可能であり、前記ボンドコートが最大約２５７０°Ｆの温度で融解せずに使用可能である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のセラミックマトリックス複合材。
9. 基板の熱膨張率と耐環境保護コーティング系の熱膨張率との差が約２０％以下である、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のセラミックマトリックス複合材。
10. 前記基板がセラミックマトリックス複合材であり、ＥＢＣボンドコートが約１０μｍ〜約５００μｍの厚さを有し、拡散バリアの厚さが約１μｍ〜約１５０μｍである、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のセラミックマトリックス複合材。
11. 高温で使用可能なタービンエンジン部品の製造方法であって、
    ケイ素含有基板であって、ホウ素以外の不純物が実質的に除去されている基板を用意する工程と、
    部品の外面の少なくとも一部分に、耐環境保護コーティング系のボンドコートであって、ケイ素を含有していて第２の熱膨張率を有するボンドコートを設ける工程と、
    
    
    
    ケイ素含有基板と耐環境保護コーティングを互いに分離するように炭化物又は窒化物の拡散バリアをケイ素含有基板と耐環境保護コーティングの間に設ける工程とを含む、方法。
12. 基板がＳｉＣ−ＳｉＣセラミックマトリックス複合材料を含む、請求項１１記載の方法。
13. 炭化物又は窒化物の拡散バリア層が結晶質であり、基板を耐環境保護コーティング系のボンドコートから分離する炭化物又は窒化物の層が、約１μｍ〜約１５０μｍの厚さである、請求項１１又は１２記載の方法。
14. セラミックマトリックス複合材が、最大約２５５０°Ｆの温度で融解せずに使用可能であり、ボンドコートが最大約２５７０°Ｆの温度で融解せずに使用可能である、請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項記載の方法。
15. 基板がセラミックマトリックス複合材であり、ボンドコートが約１０μｍ〜約５００μｍの厚さを有する、請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項記載の方法。
16. 基板中の不純物濃度が約１％未満である、請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項記載の方法。
17. 不純物濃度が約０．１％未満である、請求項１６記載の方法。
18. 耐環境保護コーティングのボンドコートがケイ素とオキサイドの混合層を含む、請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項記載の方法。