JP2018530503A - 高密度耐環境性コーティング組成物 - Google Patents

Abstract

基材（例えば、セラミック基複合材料）の表面に（例えば直接）ある耐環境性コーティングを含む、コーティングされた基材が提供される。耐環境性コーティングは、耐火材相およびケイ素含有ガラス相を有するバリア層を含むことができる。ケイ素含有ガラス相は、バリア層内の連続相（例えば、バリア層の通気性粒界）でもよく、または耐火材相全体に分散した複数の不連続層でもよい。耐火材相は、第１の原子百分率で希土類成分を有する希土類ケイ酸塩材料を含むことができる一方、ケイ素含有ガラス相は、第１の原子百分率よりも小さな第２の原子百分率で希土類成分を含む。基材上にバリア層を形成するための方法も提供される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、概して、セラミック部品用の耐環境性コーティングとともに、それらを作る方法に関する。

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、より高い運転温度が絶えず求められている。しかし、運転温度が高まると、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、およびコバルト系超合金の形成により実現されてきた。依然として、超合金により構成される多くの高温ガス路部品では、部品を断熱するために遮熱コーティング（ＴＢＣ）を利用することができ、遮熱コーティングは、耐荷重性合金とコーティング表面の間の相当な温度差に耐えることができ、よって構造部品の熱曝露を制限する。

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用いられる部品に超合金が広範に用いられるようになってきたが、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料など、より軽量の代替的な基材材料が提案されている。ＣＭＣおよびモノリシックなセラミック部品は、高温エンジンセクションの苛酷な環境から部品を保護するために耐環境性コーティング（ＥＢＣ）でコーティングすることができる。ＥＢＣは、高温燃焼環境中の腐食ガスに対する高密度（ｄｅｎｓｅ）密閉シールを提供することができる。

炭化ケイ素および窒化ケイ素セラミックは、高温乾燥環境で酸化する。この酸化は、不活性の酸化ケイ素スケールを材料の表面に生じさせる。タービンエンジンなどの、水蒸気を含む高温多湿環境では、不活性の酸化ケイ素スケールの形成と、その後の酸化ケイ素からガス状の水酸化ケイ素への転換との両方によって、酸化と減肉（ｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）が起きる。高温多湿環境での減肉を防ぐために、炭化ケイ素材料および窒化ケイ素材料に耐環境性コーティング（ＥＢＣ）が堆積される。

現在、ＥＢＣ材料は、ムライト、セルシアン相バリウムストロンチウムアルミノケイ酸塩（ＢＳＡＳ）、ごく最近では希土類ケイ酸塩化合物などの酸化物から作られる。それらの材料は、水蒸気を締め出し、炭化ケイ素または窒化ケイ素の表面の酸化ケイ素スケールに水蒸気が達するのを防ぐことによって、減肉を防ぐ。しかし、そのような材料は、酸素透過を防ぐことができず、このことは、下地基材の酸化を生じさせる。基材の酸化は、炭化ケイ素系基材および窒化ケイ素系基材のそれぞれについて炭素質ガスまたは窒素系ガス（例えば、亜酸化窒素ガス）の放出とともに、不活性の酸化ケイ素スケールを生じさせる。炭素質ガス（つまり、ＣＯ、ＣＯ_２）または窒素系ガス（つまり、Ｎ_２、ＮＯ、ＮＯ_２など）の酸化物ガスは、高密度ＥＢＣを通って逃れることができず、よって膨れが形成される。今日まで、この膨れ問題の解決策は、ケイ素ボンドコートの使用であった。ケイ素ボンドコートは、ガス状副生成物を放出せずに酸化する（ＥＢＣの下に不活性の酸化ケイ素層を形成する）層を提供する。しかし、金属ケイ素の融点が酸化物と比べて比較的低いので、ケイ素ボンドコートによりＥＢＣの作用上限温度が制限される。

よって、より高いＥＢＣの作用限界温度を実現するために、ＥＢＣにケイ素ボンドコートを使用しないことが望ましい。

欧州特許出願公開第２９１８６９８号明細書

本発明の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されており、または説明から明らかとなり、または本発明の実践を通して学ぶことができる。

概して、コーティングされた基材が提供される。一実施形態では、コーティングされた基材は、基材（例えば、セラミック基複合材料）の表面に（例えば直接）耐環境性コーティングを含む。耐環境性コーティングは、耐火材相（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｍａｔｅｒｉａｌ）およびケイ素含有ガラス相（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｇｌａｓｓ ｐｈａｓｅ）を有するバリア層を含む。ケイ素含有ガラス相は、バリア層内の連続相（例えば、バリア層の通気性粒界）でもよく、または耐火材相全体に分散した複数の不連続層でもよい。

特定の一実施形態では、耐火材相は、第１の原子百分率で希土類成分を有する希土類ケイ酸塩材料を含む一方、ケイ素含有ガラス相は、第１の原子百分率よりも小さな第２の原子百分率で希土類成分を含む。

概して、基材上にバリア層を形成するための方法も提供され、バリア層は、耐火材相およびケイ素含有ガラス相を含む。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の請求項を参照することにより、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであり、本発明の実施形態を例示し、説明とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。

本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部分において特に指摘され、明確に請求されている。しかし、本発明は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより最もよく理解され得る。

本明細書に開示される一実施形態による例示的なコーティングされた基材の概略断面図である。 本主題の態様による、航空機とともに利用できるガスタービンエンジンの一実施形態の概略断面図である。

本明細書および図面における参照文字の繰返し使用は、本発明の同じまたは同様の特徴または要素を表すことを意図している。

つぎに、本発明の実施形態が詳細に参照され、それらの１つ以上の例が図面に例示される。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本発明の範囲または主旨から逸脱せずに、本発明に各種の修正および変形を施せることが、当業者にとっては明らかであろう。例えば、一実施形態の一部分として例示または記述される特徴を別の実施形態とともに用いて、またさらなる実施形態を生み出すことができる。よって、本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内にある、そのような修正形態および変形形態をカバーすることを意図している。

本開示において、ある層が別の層または基材の「上（ｏｎ）」または「上（ｏｖｅｒ）」にあると記述されるとき、反対に明示されない限り、層同士は、互いに直接接触してもよく、または層同士の間に別の層もしくは特徴を有してもよいと理解されるべきである。よって、それらの用語は、層同士の互いの相対的な配置を単純に記述しており、上方または下方の相対的な配置が視認者に対するデバイスの向きに依存するので、必ずしも「上端にある」ことを意味してはいない。

本開示では、元素周期表に通常見られるような通常の化学記号を使用して化学元素について議論する。例えば、水素が、その通常の化学記号Ｈで表され、ヘリウムが、その通常の化学記号Ｈｅで表され、以下同様である。本明細書で用いる場合、「Ｌｎ」は、希土類元素または希土類元素の混合物を指す。より具体的に、「Ｌｎ」は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、またはそれらの混合物（またはそれらの適当な塩）を含む、希土類元素を指す。本明細書で用いる場合、用語「アルカリ土類金属」は、周期表の第ＩＩＡ（２）群を占める、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、およびラジウム（Ｒａ）（またはそれらの適当な塩）を指す。

耐環境性コーティングは、概して、基材の表面に設けられており、通気性のケイ素含有ガラス相を有するバリア層を含む。例えば、バリア層は、耐火材相およびケイ素含有ガラス相を含むことができ、耐火材相は希土類ケイ酸塩材料を含む。ケイ素含有ガラス相は、ＥＢＣ層を通る炭素質、窒素、または亜硝酸のガス副生成物の移動性（透過性および／または拡散速度）を高めるという意味で「通気性」であり、これにより、ＥＢＣ内の任意ガスの圧力を下げて、ＥＢＣの膨れおよび／または剥離の抑制を助けることができる。よって、ケイ素含有ガラス相は、概して、アモルファスな非結晶質物質であり、以下でより詳細に説明するように、それを通じたガス泡の移動を可能にするクリープ挙動を伴う。

一実施形態では、そのような通気性のケイ素含有ガラス相の存在によって、ＥＢＣのより高温での作用を可能にしながら、ケイ素ボンドコートの必要性をなくすことができる。つまり、特定の一実施形態では、ＥＢＣバリアコーティングは、基材の表面に直接ある（つまり、中間ボンドコートを伴わない）ことができる。得られたＥＢＣは、約２５００°Ｆ（約１３７１℃）を超えて最大約２７００°Ｆ（約１４８２℃）のＣＭＣ表面温度で、場合によっては、最大約３４００°Ｆ（約１８７１℃）のＥＢＣ表面温度を伴って短時間にわたり約２７００°Ｆ（約１４８２℃）を超えるＣＭＣ表面温度で、作用できる高性能なＣＭＣ／ＥＢＣ材料系の使用を可能にする。

通気性のケイ素含有ガラス相を伴うバリア層を作る一方法は、二次的な通気性のケイ素含有ガラス相が前駆体粉末内にガラスとして出現するように、希土類ケイ酸塩材料をオーバードープすることによる。より低いドープレベルでは、単一相のみの、ドープされた希土類ケイ酸塩が存在することに留意されたい。粉末ミックスは次いで、ドープされた希土類ケイ酸塩に加えて連続する通気性のケイ素含有ガラス相を伴うコーティングを形成するために適用される。通気性のケイ素含有ガラス相を伴うバリア層を作る別の方法は、通気性のケイ素含有ガラス相組成物のガラス粉末を、希土類ケイ酸塩、ムライト、ＢＳＡＳ、ジルコニア、ハフニア、安定化（正方晶または立方晶）ジルコニア、安定化（正方晶または立方晶）ハフニア、ジルコン（ＺｒＳｉＯ_４）、ハフノン（ＨｆＳｉＯ_４）、希土類ジルコニウム酸塩、希土類ハフニウム酸塩、希土類ガリウム酸塩などの、耐環境性コーティング用途に適した耐火材粉末と混合することによる。通気性のケイ素含有ガラス相を伴うバリア層を作るまた別の方法は、ガラス組成物をコーティング層として基材上に直接堆積させた後に、耐環境性コーティング用途に適した材料の多孔質層をガラス層上に適用することによる。

一実施形態では、通気性のケイ素含有ガラス相は、炭素質および／または窒素系ガス（例えば、窒素および／または亜硝酸ガス）の透過性を増大させる。これは、基材が酸化するときに、それらのガスが放出されて、コーティング層の下の圧力を上昇させるためである。圧力が十分なレベルまで上昇すると、ガスは、二次的な通気性のケイ素含有ガラス相を突き破る。そのような場合、二次的な通気性のケイ素含有ガラス相は、圧力の増大によりガス泡が移動し得る粘性相のように挙動する。しかし、コーティング層は、コーティングの外側で水蒸気に対してほぼ密閉されたままである。これは、水蒸気が通気性のケイ素含有ガラス相を他の方向に突き破るには、その外部圧力が低すぎるためである。そのような場合、二次的な通気性のケイ素含有ガラス相の粘性を低くする材料（例えばホウ素酸化物）によって、ガラス相の機能性を高めることができる。対照的に、二次的な通気性のケイ素含有ガラス相の粘性を高める元素は、ガラス相の機能性を低くすることができる。そのような材料は、ガラスの粘性を高める材料（例えば、アルミニウム、ニオブ、およびタンタルの酸化物）である。

別の実施形態では、通気性のケイ素含有ガラス相は、炭素質、窒素、および／または亜硝酸ガスの高い溶解性を示すガラスでもよい。そのような場合、炭素質ガスの透過性が高いガラスをもたらすガラス相中の材料は、水酸化物よりも安定した炭酸塩を形成し易い陽イオンを伴う材料（希土類ケイ酸塩のドープまたはオーバードープについて記述された材料など）を含む。安定した水酸化物を形成するが炭酸塩（例えば、アルミニウム）を形成しない、陽イオンを伴う材料は、二次的な通気性のケイ素含有ガラス相のガラス組成物の一部となるには種類が少ないことがある。

オーバードープは、（例えば、アルカリ金属陽イオン、Ｃｕ^１＋、Ａｕ^１＋、Ａｇ^１＋、貴金属陽イオン、アルカリ土類金属陽イオン、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｓｎ^２＋、またはそれらの混合物を含むドーパントを用いて）希土類ケイ酸塩材料を希土類の位置で過剰にドープして、二次的な通気性のケイ素含有ガラス相を形成することを指す。よって、希土類成分は、得られたケイ素含有ガラス相では、耐火材相の希土類ケイ酸塩材料におけるよりも小さな原子百分率を有する。加えて、ドーパントは、得られたケイ素含有ガラス相では、耐火材相の希土類ケイ酸塩材料におけるよりも大きな原子百分率を有する。

ドープされた希土類ケイ酸塩は、連続する通気性のケイ素含有ガラス相と希土類ケイ酸塩材料（例えば、ドープされた希土類ケイ酸塩）を含む耐火材相との両方からなる層の有効通気性を増大させることもできる。述べたように、ドープは、化合物のうちの希土類の「位置」を酸化状態＋１または＋２の任意の元素で化学的に置換することによって、実現される。酸化状態＋２のアルカリ土類元素は、この役目に特に有用である。より低い酸化状態の元素による酸化状態＋３の希土類の部分置換によって、材料中に酸素空孔が生じる。この酸素空孔の網状組織は、希土類ケイ酸塩の単斜構造の開放的な性質と組み合わされて、二相層を通じた炭素質、窒素、および／または亜硝酸ガスの拡散性を増大させることができる。

上述したそれぞれの場合、バリア層は、燃焼環境からの蒸気が基材に達することを防ぎながら炭素質および窒素系ガスの発散を可能にする高密度層である。コーティングは、蒸気に対して密閉でもよく（蒸気が基材に達しない）、または緩慢な分子拡散プロセスによる低流量の蒸気のみが基材に達することを許容してもよい。層を通って出る炭素質および／または窒素系ガスの流れは、ＥＢＣを通り抜けて下地基材を腐食する水蒸気の移動を妨げるか、または緩慢にすることも可能である。特定の実施形態では、バリア層は約１０％以下の多孔率を有する。

二相混合物（耐火性の希土類ケイ酸塩に加えて通気性のケイ素含有ガラス相）を形成するように、希土類ケイ酸塩材料がオーバードープされる手法では、他の全ての希土類と比べて、イッテルビウム、ツリウム、およびルテチウムケイ酸塩希土類またはそれらの組合せが、特に有用であり、おそらく好ましい。他の全ての希土類は、特にアルカリ土類で、オーバードープされると、ガス透過性ガラスの代わりにガス不透過性相を形成し易い。例えば、Ｙｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７のうちイッテルビウムの位置でのアルカリ土類置換によって、ガス透過性ガラス相およびドープされたＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の耐火性相の二相混合物を生成することができる一方、Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７のうちのイットリウムの位置でのアルカリ土類置換によって、ガス不透過性アパタイトおよびドープされたＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の二相混合物が生成される。しかし、このことは、イッテルビウム、ツリウム、またはルテチウムケイ酸塩以外の希土類ケイ酸塩と組み合わせてガス透過性ガラス相を形成する可能性を除外するものではない。

バリア層の耐火材相は、特定の一実施形態では、希土類ケイ酸塩材料（例えば、一ケイ酸塩化合物、二ケイ酸塩化合物、またはそれらの混合物）を含む。そのような実施形態では、ケイ素含有ガラス相は希土類ケイ酸塩ガラス（例えば、Ｃａ−Ｙｂ−ケイ酸塩ガラスなどのドープされた希土類ケイ酸塩ガラス）を含む。

一実施形態では、一ケイ酸塩化合物が通気性のケイ素含有ガラス相と組み合わされる。例えば、一ケイ酸塩化合物は、一実施形態では、Ｌｎ_２ＳｉＯ_５および／またはドーパント（例えば、アルカリ金属陽イオン、Ｃｕ^１＋、Ａｕ^１＋、Ａｇ^１＋、貴金属陽イオン、アルカリ土類金属陽イオン、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｓｎ^２＋、またはそれらの混合物）がＬｎの位置にドープされたＬｎ_２ＳｉＯ_５である。そのような実施形態では、耐火材相は、一ケイ酸塩化合物を希土類ケイ酸塩材料として含むことができ、一ケイ酸塩化合物は、以下の化学式を有し、
Ｌｎ_{２−ｘ−ｙ}（Ｄ^１＋）_ｘ（Ｄ^２＋）_ｙＳｉ_１−ｚ（Ｄ^４＋）_ｚＯ_５−δ（化学式１）
ここで、
Ｌｎは希土類元素または希土類元素の混合物であり、
Ｄ^１＋は、アルカリ金属陽イオン、Ｃｕ^１＋、Ａｕ^１＋、Ａｇ^１＋、貴金属陽イオン、またはそれらの混合物であり、
Ｄ^２＋は、アルカリ土類金属陽イオン（Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、またはそれらの混合物など）、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｓｎ^２＋、またはそれらの混合物であり、
０≦ｘ≦１（例えば、０≦ｘ≦０．１）であり、
０≦ｙ≦１（例えば、０≦ｙ≦０．１）であり、
Ｄ^４＋は、Ｓｎ^４＋、Ｇｅ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｃｅ^４＋、またはそれらの混合物（例えば、特定の一実施形態では、Ｇｅ^４＋、Ｔｉ^４＋、またはそれらの混合物）であり、
０≦ｚ≦１（例えば、０≦ｚ≦０．１）であり、
０≦δ≦０．２であり、
０＜（ｘ＋ｙ＋ｚ）であり、
以下の条件を伴う、
ｙ＞０かつＤ^２＋がアルカリ土類金属陽イオンである場合に、Ｌｎは、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｍ、またはそれらの混合物であり、
ｙ＞０かつＤ^２＋がアルカリ土類金属陽イオンでない場合に、Ｌｎは任意のＬｎである。

別の実施形態では、二ケイ酸塩化合物が通気性のケイ素含有ガラス相と組み合わされる。例えば、二ケイ酸塩化合物は、一実施形態では、Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７および／またはドーパント（例えば、アルカリ金属陽イオン、Ｃｕ^１＋、Ａｕ^１＋、Ａｇ^１＋、貴金属陽イオン、アルカリ土類金属陽イオン、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｓｎ^２＋、またはそれらの混合物）がＬｎの位置にドープされたＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７である。そのような実施形態では、耐火材相は、二ケイ酸塩化合物を希土類ケイ酸塩材料として含むことができ、二ケイ酸塩化合物は、以下の化学式を有し、
Ｌｎ_{２−ｘ−ｙ}（Ｄ^１＋）_ｘ（Ｄ^２＋）_ｙＳｉ_２−ｚ（Ｄ^４＋）_ｚＯ_７−δ（化学式２）
ここで、
Ｌｎは希土類元素または希土類元素の混合物であり、
Ｄ^１＋は、アルカリ金属陽イオン、Ｃｕ^１＋、Ａｕ^１＋、Ａｇ^１＋、貴金属陽イオン、またはそれらの混合物であり、
Ｄ^２＋は、アルカリ土類金属陽イオン（Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、またはそれらの混合物など）、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｓｎ^２＋、またはそれらの混合物であり、
０≦ｘ≦１（例えば、０≦ｘ≦０．１）であり、
０≦ｙ≦１（例えば、０≦ｙ≦０．１）であり、
Ｄ^４＋は、Ｓｎ^４＋、Ｇｅ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｃｅ^４＋、またはそれらの混合物（例えば、特定の一実施形態では、Ｇｅ^４＋、Ｔｉ^４＋、またはそれらの混合物）であり、
０≦ｚ≦１（例えば、０≦ｚ≦０．１）であり、
０≦δ≦０．２であり、
０＜（ｘ＋ｙ＋ｚ）であり、
以下の条件を伴う
ｙ＞０かつＤ^２＋がアルカリ土類金属陽イオンである場合に、Ｌｎは、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｍ、またはそれらの混合物であり、
ｙ＞０かつＤ^２＋がアルカリ土類金属陽イオンである場合に、Ｌｎは任意のＬｎである。

一実施形態では、０＜（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦１であり、例えば、０＜（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦０．１である。特定の一実施形態では、０＜（ｘ＋ｙ）≦１であり、例えば、０＜（ｘ＋ｙ）≦０．１である。例示的な一ケイ酸塩の１つは、Ｙｂ_２−ｘＣａ_ｘＳｉＯ_５−δであり、ここで、０．０５≦ｘ≦０．１および０＜δ≦０．２である。

一実施形態では、０＜（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦１であり、例えば、０＜（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦０．１である。特定の一実施形態では、０＜（ｘ＋ｙ）≦１であり、例えば、０＜（ｘ＋ｙ）≦０．１である。例示的な二ケイ酸塩の１つは、Ｙｂ_２−ｘＣａ_ｘＳｉ_２Ｏ_７−δであり、ここで、０．０５≦ｘ≦０．１および０＜δ≦０．２である。

述べたように、このドープされたケイ酸塩層（例えば、ドープされた一ケイ酸塩化合物および／またはドープされた二ケイ酸塩化合物）は、連続する通気性の二次相の形成をもたらす過剰なドープにより形成された透過性の二次相とも組み合わせることができる。

別の実施形態では、通気性のケイ素含有ガラス相は、基材上に直接あり、多孔質のＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７層およびＬｎ_２ＳｉＯ_５層の単一または複数の組合せが通気性のケイ素含有ガラス相層上にある。一実施形態では、ドープされた二ケイ酸塩は、透過性の二次相と組み合わせることができる。

化学式１または２の化合物の多くは、ＳｉＣ ＣＭＣとほぼ同等のまたはＳｉＣ ＣＭＣよりも高い熱膨張性を有することができるモノリシックな希土類ケイ酸塩を有する。しかし、ＳｉＣよりも高い場合、それらの材料からなり垂直にクラックが入った層は、特に、その下に密閉層として働くようにクラックがない追加層がある場合に、高いＴ蒸気に対する抵抗をもたらす。

加えて、化学式１または２の化合物の多くは、溶融ダストから、特に、アルカリ土類アルミノケイ酸塩からなる塵や砂からの保護をある程度もたらす。追加保護のために、希土類Ｙ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｅｒ、およびＳｍまたはそれらの組合せを伴う希土類ケイ酸塩の多孔質層または垂直にクラックが入った層をバリア層上に用いることができる。それらの複数の層も用いることができる。それらは、溶融ダストと反応すると、保護アパタイト層を形成することができる（つまり、溶融ダストとの反応によりアパタイトが形成すると、残りの溶融ダストは、アパタイト層を透過することが困難になる）。

そのようなコーティングを、（追加外側層の存在を伴ってまたは伴わずに）基材上の独立したコーティング層として、またはＥＢＣ系のうち基材上に直接ある第１の層として含むことができる。

図１は、耐環境性コーティング（ＥＢＣ）１８を上部に有する表面１３を形成する基材１２から形成されたコーティング部品１０を示している。ＥＢＣ１８は、通気性のケイ素含有ガラス相５（例えば、上記の化学式１および／または２の化合物を有する）を内部に含む上述されたバリア層１４を含む。図示の実施形態では、通気性のケイ素含有ガラス相５は、基材１２の表面１３に直接ある（つまり、いかなるボンドコーティングも存在しない）。この実施形態では、通気性のケイ素含有ガラス相５は、粒界相などバリア層１４内の連続相とすることができる。例えば、連続する通気性のケイ素含有ガラス相は、バリア層の体積の少なくとも約１０％ほど、バリア層の体積の多くとも約６５％ほどを形成してもよい。しかし、他の実施形態では、通気性のケイ素含有ガラス相５は、バリア層１４内の不連続相（例えば、複数の分散ガラス相）とすることができる。例えば、連続しない通気性のケイ素含有ガラス相は、バリア層の体積の少なくとも約１０％ほど、またはバリア層の体積の多くとも約６５％ほどを形成してもよい。

通気性のケイ素含有ガラス相５は、バリア層１４の一部分のみを形成するように示しているが、バリア層１４の実質的に全てを形成および構成することができる。例えば、バリア層１４は、バリア層１４の厚さの約１０％〜１００％未満を形成する通気性のケイ素含有ガラス相５を伴って約１３０μｍ以下（例えば、約５０μｍ〜約１０５μｍ）の厚さを有することができる。そのような実施形態では、通気性のケイ素含有ガラス相５は、バリア層１４の全体積の約１０％〜約１００％（例えば、全体積の約１０％〜約６５％）を形成することができる。例えば、通気性のケイ素含有ガラス相５は、約１３０μｍ以下（例えば、約５０μｍ〜約１０５μｍ）の厚さを有することができる。通気性のケイ素含有ガラス相５上の追加厚さのために、バリア層１４は、通気性の多孔質厚さを提供するように、通気性のケイ素含有ガラス相５からバリア層１４の反対側の表面まで延びる複数の微小クラックを含む耐火材相を含むことができる。そのような多孔質材料は、有害粒子（例えば、ＣＭＡＳ）および／または熱から保護する役に立つように、下地の通気性のケイ素含有ガラス相５のための保護層を形成することができる。

基材１２（例えば、ＣＭＣ部品）は、特にその表面１３で、時間とともに酸化することがある。この酸化中、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｎ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、またはそれらの混合物の形のガスが放出される。基材が酸化するにつれて、表面１３および基材１２内にＳｉＯ／ＳｉＯ_２層（「酸化ケイ素スケール」または「シリカスケール」と呼ばれることもある）が形成される。典型的に、このシリカスケールは、その結晶体が基材１２からの被覆コーティングの剥がれを招くことがあるので、アモルファスなままであることが望ましい。いかなる特定の理論に縛られることも望まないが、シリカスケールが結晶化して表面１３にクラックを形成した場合に、バリア層１４の通気性のケイ素含有ガラス相５がクラック内に移動してクラックを塞ぎ、コーティングの剥がれを防ぐことがある、と考えられる。

さらに、シリカスケールは、通気性のケイ素含有ガラス相に部分的に溶け込むことがある。このことは、バリア層１４との化学結合を強化する。また、これにより、層の機能性を変化させずにケイ素含有ガラス相中のケイ素含有量を高めることができる。

上述したように、基材１２はＣＭＣ材料（例えば、ケイ素系の非酸化セラミック基複合材料）から形成される。本明細書で用いる場合、「ＣＭＣ」は、ケイ素含有または酸化物−酸化物（ｏｘｉｄｅ−ｏｘｉｄｅ）の基質および補強材料を指す。本明細書における使用にふさわしいＣＭＣのいくつかの例としては、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、およびそれらの混合物などの非酸化ケイ素系材料を含む基質および補強繊維を有する材料を挙げることができる。例としては、非限定的に、炭化ケイ素基質および炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣ、窒化ケイ素基質および炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣ、炭化ケイ素／窒化ケイ素基質混合物および炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣが挙げられる。さらに、ＣＭＣは、酸化セラミックからなる基質および補強繊維を有することができる。それらの酸化物−酸化物複合材料については後述する。

具体的に、酸化物−酸化物ＣＭＣは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、アルミノケイ酸塩、およびそれらの混合物などの酸化物系材料を含む基質および補強繊維からなることができる。アルミノケイ酸塩は、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３ ２ＳｉＯ_２）およびガラス質アルミノケイ酸塩などの結晶質物質を含むことができる。本明細書に記述されるコーティング系は、酸化物−酸化物ＣＭＣを高温蒸気による減肉から保護するために用いることができる。しかし、この系の格別な一利点は、酸化時にガスを発生させるケイ素系非酸化ＣＭＣに関するものである。そのような系では、典型的に、下地基材の代わりに酸化するようにケイ素ボンドコートが用いられる。このように、ケイ素ボンドコートは、酸化するときにガスを放出せず、それにより、ボンドコートに堆積された耐火性の蒸気密閉性および耐蒸気減肉性の層の安定した基礎を促す。残念なことに、ケイ素ボンドコートは、約１４１４℃以下（ケイ素の純度に依存する）の温度で溶融する。本明細書に記述されるガス通気性技術は、ケイ素系非酸化物ＣＭＣおよびモノリシックなセラミックにコーティングを直接適用することを可能にする。ボンドコートをなくすことによって、溶融するボンドコートを伴わずに、ＣＭＣおよびコーティングをより高い温度で採用することができる。

本明細書で用いる場合、「モノリシックなセラミック」は、繊維補強を伴わない材料を指す。本明細書では、ＣＭＣおよびモノリシックなセラミックは、「セラミック」と総称される。

ＥＢＣ１８は、ガスタービンエンジン内に存在する部品、例えば、燃焼器部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールド、およびベーンなど、高温環境に見られるセラミック基材部品での使用に特に適する。図１に示す実施形態では、外部表面１７を形成するようにバリア層１４上に少なくとも１つの外側コーティング１６が示されている。外側コーティング１６は、ＥＢＣ材料、ＴＢＣ材料、またはそれらの組合せからなる任意数の層とすることができる。図１には単一のコーティングとして示しているが、外側コーティング１６は、希土類ケイ酸塩（一ケイ酸塩および二ケイ酸塩）、ムライト、ＢＳＡＳ、ハフニア、ジルコニア、安定化ハフニア、安定化ジルコニア、希土類ハフニウム酸塩、希土類ジルコニウム酸塩、希土類ガリウム酸塩などの、典型的なＥＢＣ層またはＴＢＣ層の化学物質から選択された材料の複数の層から形成することができる。

述べたように、コーティングされた基材１０は、ガスタービン用のタービン部品として利用することができる。特に、タービン部品は、ガスタービンの高温ガス流路内に配置されたＣＭＣ部品とすることができ、コーティングは、高温ガス流路に晒されるときに、ガスタービン内の部品を保護するための耐環境性コーティングを部品上に形成するようになっている。

図２は、本主題の態様による、航空機内で利用できるガスタービンエンジン１００の一実施形態の断面図を示しており、エンジン１００は、参考のために、エンジンを貫く長手方向または軸線方向の中心軸線１２０を伴って示されている。概して、エンジン１００は、コアガスタービンエンジン１４０と、その上流に配置されたファンセクション１６０とを含むことができる。コアエンジン１４０は、概して、環状入口２００を形成する実質的に管状の外側ケーシング１８０を含むことができる。加えて、外側ケーシング１８０は、コアエンジン１４０に入る空気の圧力を第１の圧力レベルまで増加させる、ブースタ圧縮機２２０をさらに取り囲んで支持することができる。高圧多段軸流圧縮機２４０は次いで、ブースタ圧縮機２２０から圧縮空気を受けて、そのような空気の圧力をさらに増加させることができる。高圧圧縮機２４０から出た圧縮空気は次いで、燃焼器２６へと流れることができ、燃焼器内では、燃料が圧縮空気の流れに噴射され、得られた混合物が燃焼器２６内で燃やされる。高エネルギーの燃焼生成物は、燃焼器２６からエンジン１００の高温ガス路に沿って、第１の（高圧）駆動シャフト３０により高圧圧縮機２４０を駆動させるための第１の（高圧）タービン２８へと導かれ、次いで、第１の駆動シャフト３０とほぼ同軸の第２の（低圧）駆動シャフト３４により、ブースタ圧縮機２２０およびファンセクション１６０を駆動させるための第２の（低圧）タービン３２へと導かれる。タービン２８および３２の各々を駆動させた後、燃焼生成物は、推進用のジェット推力を供給するために、排気ノズル３６によりコアエンジン１４０から排出することができる。

各タービン２８、３２は、概して、１つ以上のタービン段を含むことができ、各段は、タービンノズル（図２には示していない）および下流タービンロータ（図２には示していない）を含むことが理解されよう。以下に記述するように、タービンノズルは、燃焼生成物の流れを方向転換させるために、そうでなければタービン段を通じて、タービンロータを部分的に形成する対応するロータブレードの環状アレイへと導くために、エンジン１００の中心軸線１２０の周りに環状アレイで配置された複数のベーンを含むことができる。一般的に理解されるように、ロータブレードは、タービンロータのロータディスクに結合することができ、ロータディスクは、タービンの駆動シャフト（例えば、駆動シャフト３０または３４）に回転結合される。

加えて、図２に示すように、エンジン１００のファンセクション１６０は一般に、環状ファンケーシング４０で取り囲まれるように構成された回転可能な軸流ファンロータ３８を備えることができる。特定の実施形態では、（低圧）駆動シャフト３４は、直接駆動構成などでファンロータ３８に直接連結することができる。代替的な構成では、（低圧）駆動シャフト３４は、間接駆動またはギヤ駆動構成で、減速ギヤ変速装置などの減速装置３７を介してファンロータ３８に連結することができる。希望または必要に応じて、そのような減速装置をエンジン１００内の任意の適当なシャフト／スプールの間に含むことができる。

ファンケーシング４０は、実質的に径方向に延びるとともに周方向に離間された複数の出口ガイドベーン４２によって、コアエンジン１４０に対して支持されるように構成されてもよいことが、当業者には理解されよう。よって、ファンケーシング４０は、ファンロータ３８と、それに対応するファンロータブレード４４とを取り囲むことができる。その上、ファンケーシング４０の下流セクション４６は、付加的な推進用ジェット推力を供給する二次的なまたはバイパスの空気流導管４８を形成するように、コアエンジン１４０の外部を越えて延びることができる。

エンジン１００の運転中に、初期空気流（矢印５０で示す）が、ファンケーシング４０に関連付けられた入口５２を通ってエンジン１００に入ることができることを理解されたい。空気流５０は次いで、ファンブレード４４を通過し、導管４８を通って移動する第１の圧縮空気流（矢印５４で示す）と、ブースタ圧縮機２２０に入る第２の圧縮空気流（矢印５６で示す）とに分割される。第２の圧縮空気流５６の圧力は、次いで高められて、（矢印５８で示すように）高圧圧縮機２４０に入る。燃料と混合され燃焼器２６内で燃やされた後に、燃焼生成物６０は、燃焼器２６から出て、第１のタービン２８を通って流れる。その後、燃焼生成物６０は、第２のタービン３２を通って流れ、排気ノズル３６から出て、エンジン１００の推力を与える。運転中、燃焼高温ガス６０が、燃焼器２６の燃焼ゾーンからタービン６０の第１の段の環状タービンノズルへと軸線方向に流れることができる。

通気性のケイ素含有ガラス相および耐火材相を含むバリア層を形成する方法
一実施形態では、バリア層は、まず入力粉末を作ることにより形成される。例えば、ドーパントの前駆体（例えば、ＣａＯなどのドーパント酸化物）、ＳｉＯ_２、およびＬｎ_２Ｏ_３（例えば、Ｙｂ_２Ｏ_３）を懸濁液に入れ、次いで乾燥させ、ガラスおよびドープされたケイ酸塩材料（例えば、ＣａでドープされたＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７などのドープされたＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）の粉末混合物を形成するように熱処理することができる。最後に、スラリー処理用の入力粉末の適当な粒子サイズまで粉末混合物を粉砕することができる。スラリーは次いで、入力粉末（すなわち、ガラスおよびドープされたケイ酸塩材料の粉末混合物）を溶剤ならびに分散剤および結合剤などのスラリー処理用助剤と組み合わせることによって、入力粉末から形成される。スラリーは次いで、（例えば、いくらかの０．２５インチのジルコニア媒質とともにローラミル上で回転させることによって）混合される。基材は、コーティング層を形成するようにスラリー内でディップコーティングされ、乾燥させることができる。コーティング層は次いで、１０％未満の多孔率を有するコーティングを形成するように約１２６０℃〜約１５６５℃の温度で熱処理することができる。得られたコーティング層（すなわちバリア層）は、ドープされたケイ酸塩材料と通気性のケイ素含有ガラス相との混合物である。

別の実施形態では、バリア層は、まずドープされていないケイ酸塩材料（例えば、Ｙｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７などのＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、およびＬｎ_２Ｏ_３（例えば、Ｙｂ_２Ｏ_３）からなる入力粉末を用いて、溶剤ならびに分散剤および結合剤などのスラリー処理用助剤と組み合わせることによりスラリーを作ることによって形成される。スラリーは次いで、（例えば、いくらかの０．２５インチのジルコニア媒質とともにローラミル上で回転させることによって）混合される。基材は、コーティング層を形成するようにスラリー内でディップコーティングされ、乾燥させることができる。コーティング層は次いで、１０％未満の多孔率を有するコーティングを形成するように約１２６０℃〜約１５６５℃の温度で熱処理することができる。得られたコーティング層（すなわちバリア層）は、ドープされたケイ酸塩材料と通気性のケイ素含有ガラス相との混合物である。

別の実施形態では、バリア層は、まずドープされていないケイ酸塩材料（例えば、Ｙｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７などのＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）および希土類ケイ酸塩ガラス（例えば、Ｃａ−Ｓｉ−Ｌｎ−Ｏガラス）からなる入力粉末を用いて、溶剤ならびに分散剤および結合剤などのスラリー処理用助剤と組み合わせることによりスラリーを作ることによって形成される。スラリーは次いで、（例えば、いくらかの０．２５インチのジルコニア媒質とともにローラミル上で回転させることによって）混合される。基材は、コーティング層を形成するようにスラリー内でディップコーティングされ、乾燥させることができる。コーティング層は次いで、１０％未満の多孔率を有するコーティングを形成するように約１２６０℃〜約１５６５℃の温度で熱処理することができる。得られたコーティング層（すなわちバリア層）は、ドープされたケイ酸塩材料と通気性のケイ素含有ガラス相との混合物である。

別の実施形態では、バリア層は、まずドープされていないケイ酸塩材料（例えば、Ｙｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７などのＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）および希土類ケイ酸塩ガラス（例えば、Ｃａ−Ｓｉ−Ｌｎ−Ｏガラス）からなる入力粉末を混合することによって形成される。入力粉末は次いで、基材上にプラズマスプレーし、 ドープされたＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７（例えば、ＣａでドープされたＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）と高密度（例えば、約１０％以下の多孔率を有する）の通気性のケイ素含有ガラス相との混合物を形成するように熱処理することができる。

別の実施形態では、バリア層は、まず入力粉末の混合物を分散させることによって形成される。例えば、ドーパントの前駆体（例えば、ＣａＯなどのドーパント酸化物）、ＳｉＯ_２、およびＬｎ_２Ｏ_３（例えば、Ｙｂ_２Ｏ_３）を懸濁液に入れ、次いで乾燥させ、ガラスおよびドープされたケイ酸塩材料（例えば、ＣａでドープされたＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７などのドープされたＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）の粉末混合物を形成するように熱処理することができる。最後に、粉末混合物を空気プラズマスプレー処理用の入力粉末の適当な粒子サイズまでスプレー乾燥することができる。入力粉末は、基材上にプラズマスプレーされ、ドープされたケイ酸塩材料（例えば、ＣａでドープされたＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７などのドープされたＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）と高密度（多孔率１０％未満）の通気性のケイ素含有ガラス相との混合物を形成するように熱処理される。

前駆体粉末をオーバードープし、次いで粉末（１つ以上の）を基材に適用する手法を採用する一利点は、その混合物が熱力学的により安定することにある（つまり、粉末を適用しようとする段階において、粉末混合物中のガラスとドープされた希土類ケイ酸塩との相互反応がより少ない）。

その形成の方法にかかわらず、温度、温度勾配、またはＣＭＡＳから保護するために、Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７（例えば、Ｙｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）の層および／またはＬｎ_２ＳｉＯ_５（例えば、Ｙ_２ＳｉＯ_５）の層などの追加層をバリア層に適用することができる。そのような層は、特定の実施形態では、任意の炭素質ガス（例えば、ＣＯ、ＣＯ_２）または窒素系ガス（例えば、Ｎ_２、ＮＯ、ＮＯ_２など）が逃れることを許容するように、多孔質であり垂直にクラックが入っているか、または柱状粒子を有することがある。

本発明が１つ以上の特定の実施形態に関して記述されてきたが、当業者により他の形態を採用できることは明らかである。本明細書に記述されるコーティング組成物と併せた「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の使用は、コーティング組成物が指定された成分「から実質的に成る（ｃｏｎｓｉｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」（つまり、指定された成分を含み、開示される基本的かつ新規な特徴に著しい悪影響を及ぼす他の成分を含まない）実施形態と、コーティング組成物が指定された成分「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ）」（すなわち、指定された成分のそれぞれに本来的かつ不可避的に存在する混入物を除けば、指定された成分のみを含む）実施形態を具体的に開示し、含むことが理解されるべきである。

本明細書は、最良の形態を含めた本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含めた本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、請求項により定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことがある。このような他の例は、請求項の文言と異ならない構造的要素を含む場合または請求項の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図されている。

５ 通気性のケイ素含有ガラス相
１０ コーティング部品、コーティングされた基材
１２ 基材
１３ 表面
１４ バリア層
１６ 外側コーティング
１７ 外部表面
１８ 耐環境性コーティング（ＥＢＣ）
２６ 燃焼器
２８ 第１の（高圧）タービン
３０ 第１の（高圧）駆動シャフト
３２ 第２の（低圧）タービン
３４ 第２の（低圧）駆動シャフト
３６ 排気ノズル
３７ 減速装置
３８ 軸流ファンロータ
４０ 環状ファンケーシング
４２ 出口ガイドベーン
４４ ファンロータブレード
４６ 下流セクション
４８ 空気流導管
５０ 初期空気流
５２ 入口
５４ 第１の圧縮空気流
５６ 第２の圧縮空気流
５８ 高圧圧縮空気流
６０ 燃焼生成物、燃焼高温ガス
１００ ガスタービンエンジン
１２０ 中心軸線
１４０ コアガスタービンエンジン
１６０ ファンセクション
１８０ 外側ケーシング
２００ 環状入口
２２０ ブースタ圧縮機
２４０ 高圧多段軸流圧縮機

Claims (15)

1. 表面（１３）を形成する基材（１２）と、
   前記基材（１２）の前記表面（１３）の耐環境性コーティング（１８）であり、耐火材相およびケイ素含有ガラス相（５）を有するバリア層（１４）を含む耐環境性コーティング（１８）と
   を備えるコーティングされた基材（１２）。
2. 前記耐火材相は、第１の原子百分率で希土類成分を有する希土類ケイ酸塩材料を含み、前記ケイ素含有ガラス相（５）は、前記第１の原子百分率よりも小さな第２の原子百分率で希土類成分を含む、コーティングされた基材（１２）。
3. 前記ケイ素含有ガラス相（５）は、ＣＯガス、ＣＯ_２ガス、Ｎ_２ガス、ＮＯガス、ＮＯ_２ガス、またはそれらの混合物を透過させる、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
4. 前記バリア層（１４）は、前記基材（１２）の前記表面（１３）に直接ある、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
5. 前記ケイ素含有ガラス相（５）は、前記バリア層（１４）内の連続相であり、前記ケイ素含有ガラス相（５）は、前記バリア層（１４）の全体積の約１０％〜約６５％を構成する、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
6. 前記ケイ素含有ガラス相（５）は、前記基材（１２）の前記表面（１３）に境界層を形成し、前記耐火材相は、前記ケイ素含有ガラス相（５）から前記バリア層（１４）の反対側の表面に延びる複数の微小クラックを含む、請求項５に記載のコーティングされた基材（１２）。
7. 前記ケイ素含有ガラス相（５）はＣａ−Ｙｂ−ケイ酸塩ガラスを含む、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
8. 前記バリア層（１４）は、約１３０μｍ以下の厚さを有し、前記ケイ素含有ガラス相（５）は、前記バリア層（１４）の厚さの約１０％〜１００％未満を形成し、さらに前記バリア層（１４）は、約１０％未満の多孔率を有する、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
9. 前記バリア層（１４）は、Ｌｎ_２ＳｉＯ_５（Ｌｎは、前記Ｌｎの位置にドーパントがドープされた希土類元素または希土類元素の混合物である）、Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７（Ｌｎは、前記Ｌｎの位置に前記ドーパントがドープされた希土類元素または希土類元素の混合物である）、またはそれらの混合物を含み、前記ドーパントは、アルカリ金属陽イオン、Ｃｕ^１＋、Ａｕ^１＋、Ａｇ^１＋、貴金属陽イオン、アルカリ土類金属陽イオン、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｓｎ^２＋、またはそれらの混合物を含み、さらに前記ドーパントは、前記耐火材相の前記希土類ケイ酸塩材料におけるよりも大きい原子百分率の前記ケイ素含有ガラス相（５）を有する、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
10. 前記ケイ素含有ガラス相（５）は、以下の化学式を有するドープされた一ケイ酸塩化合物を含み、
    Ｌｎ_{２−ｘ−ｙ}（Ｄ^１＋）_ｘ（Ｄ^２＋）_ｙＳｉ_１−ｚ（Ｄ^４＋）_ｚＯ_５−δ
    ここで、
    Ｄ^１＋は、アルカリ金属陽イオン、Ｃｕ^１＋、Ａｕ^１＋、Ａｇ^１＋、貴金属陽イオン、またはそれらの混合物であり、
    Ｄ^２＋は、アルカリ土類金属陽イオン、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｓｎ^２＋、またはそれらの混合物であり、
    ０≦ｘ≦１であり、
    ０≦ｙ≦１であり、
    Ｄ^４＋は、Ｓｎ^４＋、Ｇｅ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｃｅ^４＋、またはそれらの混合物であり、
    ０≦ｚ≦１であり、
    ０≦δ≦０．２であり、
    ０＜（ｘ＋ｙ＋ｚ）であり、
    以下の条件を伴う、
    ｙ＞０かつＤ^２＋がアルカリ土類金属陽イオンである場合に、Ｌｎは、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｍ、またはそれらの混合物であり、
    ｙ＞０かつＤ^２＋がアルカリ土類金属陽イオンでない場合に、Ｌｎは、希土類元素または希土類元素の混合物である、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
11. 前記ケイ素含有ガラス相（５）は、以下の化学式を有するドープされた二ケイ酸塩化合物を含み、
    Ｌｎ_{２−ｘ−ｙ}（Ｄ^１＋）_ｘ（Ｄ^２＋）_ｙＳｉ_２−ｚ（Ｄ^４＋）_ｚＯ_７−δ
    ここで、
    Ｄ^１＋は、アルカリ金属陽イオン、Ｃｕ^１＋、Ａｕ^１＋、Ａｇ^１＋、貴金属陽イオン、またはそれらの混合物であり、
    Ｄ^２＋は、アルカリ土類金属陽イオン、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｓｎ^２＋、またはそれらの混合物であり、
    ０≦ｘ≦１であり、
    ０≦ｙ≦１であり、
    Ｄ^４＋は、Ｓｎ^４＋、Ｇｅ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｃｅ^４＋、またはそれらの混合物であり、
    ０≦ｚ≦１であり、
    ０≦δ≦０．２であり、
    ０＜（ｘ＋ｙ＋ｚ）であり、
    以下の条件を伴う、
    ｙ＞０かつＤ^２＋がアルカリ土類金属陽イオンである場合に、Ｌｎは、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｍ、またはそれらの混合物であり、
    ｙ＞０かつＤ^２＋がアルカリ土類金属陽イオンでない場合に、Ｌｎは、希土類元素または希土類元素の混合物である、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
12. 前記耐火材相の前記希土類ケイ酸塩材料は、化学式Ｙｂ_２−ｘＣａ_ｘＳｉ_２Ｏ_７−δ、ここで、０．０１≦ｘ≦０．１および０≦δ≦０．２、を有する二ケイ酸塩化合物、またはその混合物を含み、前記ケイ素含有ガラス相（５）は、前記耐火材相の前記希土類ケイ酸塩材料よりも大きな原子百分率のカルシウムを含有する、請求項１に記載のコーティングされた基材（１２）。
13. バリア層（１４）を形成する方法であって、
    基材（１２）上にバリア層（１４）を形成することを含み、前記バリア層（１４）は、耐火材相およびケイ素含有ガラス相（５）を含む、方法。
14. 前記バリア層（１４）は、
    前駆体粉末の希土類ケイ酸塩材料を、二次的な通気性のケイ素含有ガラス相（５）が前記前駆体粉末にガラスとして出現するように、オーバードープすることと、
    その後に、前記前駆体粉末を前記基材（１２）上に適用して前記バリア層（１４）を形成することと
    によって形成される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記前駆体粉末は、スラリー内に適用されるかまたはプラズマスプレーとして適用される、請求項１３に記載の方法。