JP5430820B2 - 珪素含有材料のための遮熱／耐環境コーティングシステム - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンを通る高温ガス流路などの高温環境にさらされる構成要素を保護するのに適したコーティングシステムに関する。より詳細には、本発明は、珪素含有基質を保護するために使用されるときに、改善された高温耐食性を示すコーティングシステムを対象とする。

ガスタービンエンジンのためのより高い動作温度は、その効率を高めるために絶えず追求されている。ガスタービンエンジン全体にわたる構成要素のためにニッケル、コバルト、および鉄ベースの超合金が広く使用されている一方で、代替の材料も提案されている。特に、珪素ベースの非酸化物セラミックス、最も注目すべきは、マトリックスおよび／または強化材料として炭化珪素（ＳｉＣ）および窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を有するものが、燃焼器ライナ、ベーン、シュラウド、エーロフォイル、およびガスタービンエンジンの他の高温区域構成要素などの高温適用例のための候補である。しかし、ガスタービンエンジンなど水を含有する高温にさらされるとき、Ｓｉベースのセラミックスから形成された構成要素は、揮発性水酸化珪素（Ｓｉ（ＯＨ）_４）の発生により、質量を失って減少する。揮発または腐食による後退速度は、ガスタービンエンジン環境内で十分に高く、一般に耐環境コーティング（ＥＢＣ）と呼ばれる環境保護コーティングを必要とする。

Ｓｉベースの材料から形成されるガスタービンエンジン構成要素を保護することを意図されたＥＢＣのための重要な要件には、安定性と、低い熱伝導率と、Ｓｉベースのセラミック材料に適合した熱膨張係数（ＣＴＥ）と、酸化体の低い浸透性と、Ｓｉベース材料および酸化により生じるシリカスケールとの化学的な適合性とが含まれる。シリカート、特にバリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩（ＢＳＡＳ；（Ｂａ_１ｘＳｒ_ｘ）Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２）、および他のアルカリ土類アルミノ珪酸塩が、それらの環境保護性質および低い熱伝導率の面からＥＢＣとして提案されている。例えば、Ｅａｔｏｎ他への米国特許第６，２５４，９３５号、第６，３５２，７９０号、第６，３６５，２８８号、第６，３８７，４５６号、および第６，４１０，１４８号が、Ｓｉベースの基質ための外側保護コーティングとしてのＢＳＡＳおよびアルカリ土類アルミノ珪酸塩の使用を開示し、通常は、化学量論的ＢＳＡＳ（モル比：０．７５ＢａＯ・０．２５ＳｒＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２；モルパーセント：１８．７５ＢａＯ・６．２５ＳｒＯ・２５Ａｌ_２Ｏ_３・５０ＳｉＯ_２）が、好ましいアルカリ土類アルミノ珪酸塩組成である。Ｌｅｅへの米国特許第６，７５９，１５１号に教示されているように、ＥＢＣでの希土類珪酸塩の使用も提案されている。珪素、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、およびムライトとＢＳＡＳとの混合物が、ＥＢＣと下のＳｉベース基質との間の接着を向上し、かつそれらの間の反応を制限するためのボンドコートとして提案されている。本発明の譲受人に譲渡されたＳａａｋ他への米国特許第６，８４４，０７５号は、珪素含有ボンドコートと外側ＢＳＡＳコーティングとの間の固相反応を抑制するために、タンタルまたはニオブアルミン酸塩の中間層の使用を開示する。本発明の譲受人に譲渡されたＭｅｓｃｈｔｅｒ他への米国特許出願公開第２００５／００７４６２５号は、追加のアルミン酸塩を、珪素含有ボンドコートと外側ＢＳＡＳコーティングとの間の中間層として使用することができ、かつＢＳＡＳ中間層を覆う外側コーティングとして使用することができることを教示する。本発明の譲受人に譲渡されたＳｐｉｔｓｂｅｒｇ他への米国特許第５，９８５，４７０号によれば、特定の構成要素が約２５００°Ｆ（約１３７０℃）を超える表面温度を受ける場合、ＥＢＣは、基質の裏面冷却によって冷却することができ、上に重なる遮熱コーティング（ＴＢＣ）で熱的に保護することができる。相まって、これらの層は、遮熱／耐環境コーティング（Ｔ／ＥＢＣ）システムと呼ばれているものを形成する。

ガスタービン適用例のための最も一般に使用されているＴＢＣは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）である。ＹＳＺは、低い熱伝導率、安定性、良好な機械的性質、および耐摩耗性を含む所望の性質の組合せを示す一方で、ＢＳＡＳとのＣＴＥ不一致を有する（化学量論的ＢＳＡＳの約５．３ｐｐｍ／℃と比較して、ＹＳＺは約８．９〜１０．６ｐｐｍ／℃のＣＴＥ）。また、ＹＳＺは、約２５００°Ｆ（約１３７０℃）よりも高い温度でＢＳＡＳと反応し、ＹＳＺの焼結、およびそれに伴う熱的性質および機械的性質の損失がもたらされ、厚さ方向および水平方向の亀裂が生じる。これらの問題を緩和するために、本発明の譲受人に譲渡されたＷａｎｇ他への米国特許第６，４４４，３３５号に教示されるように、ＹＳＺとアルミナ、ムライト、および／またはアルカリ土類金属アルミノ珪酸塩との混合物を含有する遷移層が提案されている。

上述したようなＴ／ＥＢＣシステムは、高温構成要素にＳｉベースのセラミック材料を使用できる可能性を大幅に高めているが、さらなる改良が望まれる。特に、ＢＳＡＳおよびムライトを含めた上記のシリカートは、海塩およびＣＭＡＳなどの汚染物質によって促進される腐食を受けやすいことが観察されており、ＣＭＡＳは、動作中にガスタービンエンジン内部の汚染物質として検出されるカルシア、マグネシア、アルミナ、およびシリカの共晶組成である。海塩およびＣＭＡＳは、有孔のＴＢＣ、特に物理蒸着（ＰＶＤ）で堆積されることによって柱状微細構造を有するように堆積されたＴＢＣに浸透することができ、その結果、遷移層およびＥＢＣ中のシリカートが共に腐食侵食にさらされる。さらに、約２８００°Ｆ（約１５４０℃）を超える温度で、ＢＳＡＳおよびムライト含有ＥＢＣおよび遷移層は、ＹＳＺ含有遷移層またはＴＢＣからのＢＳＡＳおよび／またはムライトゲッタリングイットリアからのシリカによってＹＳＺ含有遷移層およびＴＢＣと反応することが観察されており、Ｙ_２ＳｉＯ_５を形成し、これは最終的に、ＴＢＣの破砕およびＴ／ＥＢＣシステムの故障をもたらす。
米国特許第６，２５４，９３５号 米国特許第６，３５２，７９０号 米国特許第６，３６５，２８８号 米国特許第６，３８７，４５６号 米国特許第６，４１０，１４８号 米国特許第６，７５９，１５１号 米国特許第６，８４４，０７５号 米国特許出願公開第２００５／００７４６２５号 米国特許第５，９８５，４７０号 米国特許第６，４４４，３３５号 米国特許第６，２９９，９８８号

本発明は、上記従来技術の課題を解決することを目的の一つとする。

本発明は、一般にＳｉ含有材料のためのコーティングシステム、特にガスタービンエンジンの厳しい熱環境を含めた高温にさらされる物品のためのコーティングシステムを提供する。そのような材料の例には、珪素、炭化珪素、窒化珪素、ニオブおよびモリブデン珪化物などの金属珪化物合金などが含まれる。Ｓｉ含有材料のより具体的な例には、金属または非金属マトリックス中の強化材料として炭化珪素、窒化珪素、および／または珪素粒子の拡散を伴う材料、ならびに炭化珪素、窒化珪素、および／または珪素含有マトリックスを有する材料、特に、強化材料およびマトリックス材料の両方として炭化珪素、窒化珪素、および／または珪素を採用する複合材料（例えば、ＳｉＣ／ＳｉＣセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ））が含まれる。

本発明は、従来技術の珪酸塩化合物の代わりにアルミン酸塩（（ＭＯ_ｘ）_ｙ（Ａｌ_２Ｏ_３）_ｚ）を使用し、かつ／またはシリカートを実質的に含まないアルミン酸塩含有層でコーティングシステムのシリカート含有層を保護することによって海塩およびＣＭＡＳからの腐食に対する改善された耐性を示す、組成的に勾配を付けられた遮熱／耐環境コーティング（Ｔ／ＥＢＣ）システムである。コーティングシステムは、耐環境コーティング（ＥＢＣ）と、ＥＢＣの上に重なり、断熱材料から形成された遮熱コーティング（ＴＢＣ）と、ＥＢＣとＴＢＣとの間にある遷移層とを含み、遷移層は、少なくとも１つのアルミン酸塩化合物および／またはアルミナを含有する。

遷移層中のシリカートが存在しないことが、海塩およびＣＭＡＳによるＥＢＣの腐食侵食の問題を低減し、それによりコーティングシステムの寿命を改善する。また、遷移層のための好ましいアルミン酸塩は、ＴＢＣのための好ましい断熱材料（例えばＹＳＺ）よりも低いＣＴＥを有し、ＢＳＡＳおよびムライト含有ＥＢＣとの良好なＣＴＥの一致を提供する。したがって、上述したＴ／ＥＢＣは、Ｓｉ含有材料のための従来技術コーティングシステムに比べて改善された耐食性を示すことにより、２５００°Ｆ（１３７０℃）を超える温度を含めた高温で、Ｓｉ含有基質に対する熱保護および環境保護の両方を確実に提供することができると考えられる。

本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明からより良く理解されよう。

本発明は、一般に、比較的高い温度によって特徴付けられる環境内で動作し、したがって厳しい熱サイクリングおよび応力、酸化、ならびに腐食を受ける構成要素に適用可能である。そのような構成要素の注目すべき例としては、燃焼器構成要素、タービンブレードおよびベーン、ならびにガスタービンエンジンの高温ガス流路内部の他の構成要素がある。本発明を例示する目的で、高温区域構成要素１０の表面領域１２を図１に表す。構成要素１０、または少なくとも構成要素１０の表面領域１２は、金属珪化物合金や、炭化珪素、窒化珪素、および／または珪素で強化された金属マトリックス複合材料や、炭化珪素、窒化珪素、および／または珪素のマトリックスを有する複合材料や、炭化珪素、窒化珪素、および／または珪素で強化された炭化珪素、窒化珪素、および／または珪素マトリックスを有する複合材料など、珪素含有材料から形成される。しかし、本発明は、任意の形で珪素を含有する他の材料にも一般に適用可能である。

図１に示されるように、構成要素１０の表面領域１２は、断熱ＴＢＣ１８を含む多層Ｔ／ＥＢＣシステム１４によって保護される。コーティングシステム１４は、下の表面領域１２に環境保護を提供し、かつ構成要素１０、ならびにコーティングシステム１４の内部層１６、２０、２２、および２４の動作温度を低下させ、それにより通常可能なよりも高温の環境内で構成要素１０が耐えられるようにする。ＴＢＣ１８に適した材料には、単独のＹＳＺ、またはＴＢＣ１８のＣＴＥを低下させることが可能な希土類酸化物の添加剤を有するＹＳＺが含まれる。好ましいＹＳＺ組成は、重量で約６〜約８％のイットリアを含有する。ＴＢＣ１８のための代替の材料には、ジルコン酸塩やペロブスカイト材料など、遮熱コーティングの分野で知られており提案されている他のセラミック材料が含まれる。ＴＢＣ１８に適した厚さ範囲は、特定の用途によって、約５０〜約５００マイクロメートルであり、好ましい範囲は約１００〜約３００マイクロメートルである。

腐食環境での炭化珪素（ならびに珪素および他の珪素化合物）の劣化に関する主なメカニズムは、揮発性水酸化珪素（Ｓｉ（ＯＨ）_４）生成物の発生である。特にＴＢＣ１８がＰＶＤによる堆積から得られる柱状粒構造を有する場合、ＴＢＣ１８として使用するのに典型的に適した材料への酸化体の拡散率が通常は非常に高いので、コーティングシステム１４は耐環境コーティング（ＥＢＣ）２２を含み、このコーティング２２は、単独で、好ましくは他の内部層１６、２０、および２４と相まって、例えば酸素や水蒸気などの酸化体に対する低い拡散率を示し、表面領域１２内の珪素の酸化を抑制する。また、以下でより詳細に説明するＥＢＣ２２に適した組成物は、表面領域１２と化学的かつ物理的に適合性があることが好ましく、厳しい熱的条件の下で領域１２への接着を保つ。

コーティングシステム１４の最内層１６および２０は、ＥＢＣ２２（したがって、残りの層２４および１８）を表面領域１２に接着するためのボンドコートの役割をする。最内層１６および２０に好ましい組成物は、それぞれ珪素およびムライトである。本発明の譲受人に譲渡されたＷａｎｇ他への米国特許第６，２９９，９８８号によれば、表面領域がＳｉＣまたは窒化珪素を含有する場合、珪素層１６の含有は、表面領域１２の耐酸化性を改善し、表面領域１２への他の層２２、２４、および１８の結合を向上させるのに有用である。珪素層に適した厚さは、約１２〜約１５０マイクロメートルである。ムライト含有層２０も、Ｓｉ含有表面領域１２への他の層１８、２２、および２４の接着を向上させ、さらに、特にＥＢＣ２２がＢＳＡＳを含有する場合には、Ｓｉ含有表面領域１２とＥＢＣ２２との間での高温での相互作用を防止する。ムライトは、Ｓｉ含有材料との高温での化学的な安定性により、コーティングシステム１４の層２０のための材料として特に適している。ムライト含有層２０は、高温で水蒸気にさらされた場合にかなりのシリカ活性および揮発を示す可能性があるが、ＥＢＣ２２に好ましい組成物が、これらの好ましくない反応を回避、または少なくとも実質的に抑制するのに必要な環境保護を提供する。また、層２０は、希土類珪酸塩および／またはＢＳＡＳを含有することがあり、ＢＳＡＳは、あまり厳しくない適用条件で、例えば約１３００℃未満の温度で受け入れることができる。また、層２０へのＢＳＡＳの添加は、ＳｉＣ／ＳｉＣ ＣＭＣに関する約４．９ｐｐｍ／℃のＣＴＥと比較して約５．３ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有する点で、Ｓｉ含有表面領域１２との適合性が比較的高い。ムライト含有層２０に適した厚さ範囲は、特定の用途によって、約１２〜約１５０マイクロメートルである。

関連内容を参照として本明細書に組み込むＥａｔｏｎ他への米国特許第６，２５４，９３５号、第６，３５２，７９０号、第６，３６５，２８８号、第６，３８７，４５６号、および第６，４１０，１４８号の教示によれば、ＥＢＣ２２に好ましい材料としては、アルミノ珪酸カルシウム、アルミノ珪酸バリウム、アルミノ珪酸ストロンチウムなどのアルカリ土類金属アルミノ珪酸塩、より好ましくはＢＳＡＳがある。別法として、または追加として、Ｌｅｅへの米国特許第６，７５９，１５１号によれば、ＥＢＣ２２は、希土類珪酸塩を含有してもよい。ＥＢＣ２２としてのＢＳＡＳ、特に化学量論的ＢＳＡＳは、上記したように、Ｓｉ含有表面領域１２ならびに下の層１６および２０のための優れた環境保護を提供する。その結果、ＢＳＡＳ ＥＢＣ２２は、構成要素１０がガスタービンエンジンの酸化環境にさらされるときに、表面領域１２での界面シリカ層の成長を抑制することができる。さらに、ＢＳＡＳは、その低い熱伝導率により、良好な遮熱性質を示し、表面領域１２などＳｉＣ含有基質に物理的に準拠し、ＣＴＥに関してＳｉ含有表面領域１２との適合性が比較的高い。ＥＢＣ２２に適した厚さ範囲は、約２５〜約５００マイクロメートルである。

本発明によれば、シリカート（ムライトおよび希土類珪酸塩を含む）とＢＳＡＳ（および他のアルカリ土類アルミノ珪酸塩）は、海塩およびＣＭＡＳによる腐食を受けやすい。この問題に対処するために、本発明は、より耐食性の高い化合物から形成された遷移層２４で珪酸塩ベースのＥＢＣ２２（上述したものなど）を保護する。好ましい耐食性化合物は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）およびアルミン酸塩であり、アルミン酸塩には、ＹＡｌＯ_３、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＮｂＡｌＯ_４、ＴａＡｌＯ_４、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４、ＣａＡｌ_２Ｏ_４、ＣａＡｌ_４Ｏ_７、ＳｒＬａＡｌＯ_３、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＳｃＡｌＯ_３などの化合物、ならびにランタン、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムのアルミン酸塩など希土類アルミン酸塩が含まれる。ムライトやＢＳＡＳなどのシリカートに比べて、アルミナ、特にアルミン酸塩は、海塩およびＣＭＡＳによる腐食侵食に対してより良い耐性を提供し、さらに、潜在的により高温での能力と、ＢＳＡＳとの低い化学的相互作用とを示す。アルミナは、溶融塩による腐食侵食を受けることが知られているが、後退速度は、シリカよりもはるかに低い。さらに、他の研究者による従来の研究から、アルミナ腐食は、アルミナ中のシリカ不純物によって開始され、腐食速度は、アルミナの純度によって低下することが示されている。また、アルミナは、ＹＳＺとの可溶性がほとんど、またはまったくないことが示されており、したがって、ＹＳＺを含有するＴＢＣに接触しながら、より高い温度への露出に耐えることができると予想される。

使用される特定の耐食性化合物によっては、遷移層２４の一部または全体を耐食性化合物から形成することができる。例えば、遷移層２４は、上記した耐食性化合物の１つまたは複数と、ＹＳＺなどＴＢＣ１８を形成するために使用されたのと同じ断熱材料との混合物として配合することができる。また、ＥＢＣ２２も、上記した耐食性化合物の１つまたは複数を含有するように配合することができる。遷移層２４に適した厚さ範囲は、特定の用途、ならびにＴ／ＥＢＣシステム１４の他の層１６、１８、２０、および２２の組成および厚さによって、最大で約５００マイクロメートルである。遷移層２４に好ましい組成および厚さは、少なくとも一部は、コーティングシステム１４内の他の層のＣＴＥおよび使用される耐食材料のＣＴＥに依存し、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３は約７．２〜８．６ｐｐｍ／℃、ＹＡｌＯ_３は約５．６ｐｐｍ／℃、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏｌ_２は約９ｐｐｍ／℃、ＮｂＡｌＯ_４は約６．３ｐｐｍ／℃、ＴａＡｌＯ_４は約５．６ｐｐｍ／℃、ＣａＡｌ_４Ｏ_７は約４．８ｐｐｍ／℃、ＳｒＬａＡｌＯ_３は約４．７ｐｐｍ／℃、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４は約７．５ｐｐｍ／℃である。これに比べて、ＳｉＣ、ムライト、ＢＳＡＳ、および７％ＹＳＺのＣＴＥは、それぞれ約４．３〜５．５、５．３、５．５、および８．９〜１０．６ｐｐｍ／℃である。このリストにより、ＢＳＡＳから形成されるＥＢＣ２２と７％ＹＳＺから形成されるＴＢＣ１８との間のＣＴＥをもつこれらの耐食性化合物の１つまたは複数から、遷移層２４全体を形成することができることを理解することができる。さらに、ムライトＢＳＡＳ結合層２０とＹＳＺから形成されるＴＢＣ１８との間のＣＴＥを有するこれらの耐食性化合物の１つまたは複数からＥＢＣ２２の層全体が形成される場合、遷移層２４を省くことができることが明らかである。

適切な腐食保護レベルを提供するために、本発明の耐食性化合物は、遷移層２４の少なくとも５０重量パーセント、より好ましくは少なくとも約９０重量パーセントを構成することが好ましい。好ましい実施形態では、耐食性化合物が遷移層２４全体を形成する。遷移層２４中に存在する耐食性化合物の量は、ＴＢＣ１８とコーティングシステム１４の残りの層との間で適切なＣＴＥ遷移を提供するように必要に応じて制限することができる。約７〜８ｐｐｍ／℃のＣＴＥを生じるためにムライトとＹＳＺとを重量比１：１で含有する、本発明の譲受人に譲渡されたＷａｎｇ他への米国特許第６，４４４，３３５号に開示される遷移層での結果に基づけば、本発明に特に適した遷移層２４が同様のＣＴＥを有するべきと考えられる。例えば、重量比１：１でＹＳＺと混合されたＣａＡｌ_４Ｏ_７が、約７ｐｐｍ／℃のＣＴＥを生じる。

耐食材料と別の化合物（例えばＹＳＺ）との混合物を含有する遷移層２４は、実質的に均質な混合物にすることができ、あるいは、それぞれ異なる組成を有する別個のサブ層から構成することもできる。例えば、ＹＳＺと１つまたは複数の耐食性化合物とを含有する本発明の遷移層２４では、ＥＢＣ２２に接触するサブ層の組成が本質的に耐食材料からなり、ＴＢＣ１８に接触する最外サブ層が本質的にＹＳＺからなるようにすることができ、好ましくは１つまたは複数の中間サブ層が存在して、内側および外側サブ層の組成の中間の組成を有する。別法として、遷移層２４は、ＥＢＣ２２に隣接する本質的にすべてアルミナおよび／またはアルミン酸塩の組成からＴＢＣ１８に隣接する本質的にすべてＹＳＺの組成へ、連続的に変化する組成を有することができる。そのような実施形態では、遷移層２４は、ＥＢＣ２２から離れる方向で、耐食性化合物の濃度が減少し、ＹＳＺの濃度が増加する。相まって、ＥＢＣ２２の近傍でのより高い濃度の耐食性化合物とＴＢＣ１８の近傍でのより高い濃度のＹＳＺとが、徐々に高くなるＣＴＥを提供することになり、ＥＢＣ２２の近傍で最小のＣＴＥをとり、ＴＢＣ１８の近傍で最大のＣＴＥをとる。

上述したことに鑑みて、本発明のＴ／ＥＢＣシステム１４は、珪素からなる第１の結合層１６と、ムライトとＢＳＡＳとの混合物からなる第２の結合層２０と、アルカリ土類金属アルミノ珪酸塩（例えばＢＳＡＳ）、希土類珪酸塩、および／または別の適切なＥＢＣ材料からなるＥＢＣ２２と、ＹＳＺまたは別の適切なＴＢＣ材料からなるＴＢＣ１８と、ＥＢＣ２２とＴＢＣ１８との間にあり、１つまたは複数の耐食性化合物を含有し、かつＴＢＣ１８を形成するために使用されるのと同じ断熱材料を適宜含有する遷移層２４とを含む５層システムとして構成することができることが想定される。別法として、本発明のＴ／ＥＢＣシステム１４は、遷移層２４全体を１つまたは複数の耐食性化合物から形成し、ＥＢＣ２２を適宜のものにすることによって、４層システムとして構成することができる。これらの各実施例において、遷移層２４内でのアルミナおよび／またはアルミン酸塩の使用は、海塩およびＣＭＡＳによる腐食侵食に耐えるＥＢＣ２２の能力を向上させ、かつ多数の熱サイクルにわたって高温で、下の結合層１６および２０、ならびにＳｉ含有表面領域１２を熱および環境から保護すると考えられる。

従来技術ボンドコートおよび環境コーティングと同様に、コーティングシステム１４の層１６、２０、２２、および２４は、大気および真空プラズマ溶射（それぞれＡＰＳおよびＶＰＳ）によって個別に堆積することができ、しかし化学蒸着（ＣＶＤ）および高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）など他の知られている技法によって堆積を行うこともできることが予測可能である。また、ＴＢＣ１８は、プラズマ溶射およびＰＶＤ技法などの知られている技法によって堆積することもでき、ＰＶＤ技法は、柱状粒構造を得るためのものである。その後、個々の層１６、２０、２２、および２４、および／またはＴＢＣ１８の堆積後に熱処理を行うことができ、高温堆積温度からの冷却中に生じる残留応力を解放する。

本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者が他の形態を採用することもできることは明らかである。したがって、本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Ｓｉ含有材料から形成され、本発明による遮熱／耐環境コーティングシステムを有するガスタービンエンジン構成要素の断面図を図式的に示す図である。

符号の説明

１０ 構成要素
１２ 領域
１４ システム
１６ 内部層
１８ 上部コート
２０ 内部層
２２ 内部層
２４ 内部層

Claims (10)

1. 珪素含有材料から形成される基質（１２）を有する物品（１０）のコーティングシステム（１４）であって、前記コーティングシステム（１４）が、
   前記基質（１２）の上に重なる耐環境コーティング（２２）であって、腐食を受け易い少なくとも１種類のシリカートを含む耐環境コーティング（２２）と、
   前記耐環境コーティング（２２）の上に重なり、耐環境コーティングとは異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するイットリア安定化ジルコニアから形成された遮熱コーティング（１８）とを備え、
   耐環境コーティングの少なくとも１種類のシリカートを腐食から保護するとともに前記耐環境コーティング（２２）と前記遮熱コーティング（１８）とのＣＴＥの不一致を緩和するために前記耐環境コーティング（２２）と前記遮熱コーティング（１８）との間に遷移層（２４）が存在していて、前記遷移層（２４）がシリカートを含んでおらず、前記遷移層（２４）が、少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物と、アルミナおよび／またはイットリア安定化ジルコニアとから本質的になり、前記少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物が、ＹＡｌＯ₃、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂、ＮｂＡｌＯ₄、ＴａＡｌＯ₄、ＳｒＡｌ₂Ｏ₄、ＣａＡｌ₂Ｏ₄、ＣａＡｌ₄Ｏ₇、ＳｒＬａＡｌＯ₃、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＳｃＡｌＯ₃および希土類アルミン酸塩化合物からなる群から選択され、
   前記耐環境コーティング（２２）と前記遮熱コーティング（１８）とのＣＴＥの不一致を緩和するために、前記遷移層（２４）が、
   （ｉ）前記少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物と、アルミナおよび前記イットリア安定化ジルコニアのうちの少なくとも１つとの均質な混合物からなり、前記遷移層（２４）のＣＴＥが、前記耐環境コーティング（２２）および前記遮熱コーティング（１８）のＣＴＥの中間の値を有するか、または
   （ｉｉ）前記少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物と、アルミナおよび前記イットリア安定化ジルコニアのうちの少なくとも１つとの組成勾配混合物からなり、前記耐環境コーティング（２２）近傍での最小のＣＴＥから前記遮熱コーティング（１８）近傍での最大のＣＴＥまで徐々に高くなるＣＴＥを有する
   ことを特徴とするコーティングシステム（１４）。
2. さらに、前記基質（１２）上に少なくとも１つのボンドコート層（１６、２０）を備え、前記少なくとも１つのボンドコート層（１６、２０）が、珪素、シリカート、および／またはシリカートとアルミノ珪酸塩との混合物から形成される請求項１記載のコーティングシステム（１４）。
3. 前記遷移層（２４）が、前記少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物を重量で少なくとも５０％含有することを特徴とする請求項１記載のコーティングシステム（１４）。
4. 前記遷移層（２４）が、前記少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物を重量で少なくとも９０％含有することを特徴とする請求項１記載のコーティングシステム（１４）。
5. 前記遷移層（２４）が、前記少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物と、前記遮熱コーティング（１８）の前記イットリア安定化ジルコニアと、アルミナとからなることを特徴とする請求項１記載のコーティングシステム（１４）。
6. 前記耐環境コーティング（２２）がアルカリ土類金属アルミノ珪酸塩を含有することを特徴とする請求項１記載のコーティングシステム（１４）。
7. 前記耐環境コーティング（２２）がバリウムストロンチウムアルミノ珪酸塩からなることを特徴とする請求項１記載のコーティングシステム（１４）。
8. 前記遮熱コーティング（１８）が、１種類以上の希土類酸化物の添加剤を適宜有することを特徴とする請求項１記載のコーティングシステム（１４）。
9. 前記物品（１０）が、ガスタービンエンジンの構成要素であることを特徴とする請求項１記載のコーティングシステム（１４）。
10. 珪素含有材料から形成される基質（１２）を有する物品（１０）のコーティングシステム（１４）であって、前記コーティングシステム（１４）が、
    前記基質（１２）の上に重なる耐環境コーティング（２２）であって、腐食を受け易い少なくとも１種類のシリカートを含む耐環境コーティング（２２）と、
    前記耐環境コーティング（２２）の上に重なり、耐環境コーティングとは異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するイットリア安定化ジルコニアから形成された遮熱コーティング（１８）とを備え、
    耐環境コーティングの少なくとも１種類のシリカートを腐食から保護するとともに前記耐環境コーティング（２２）と前記遮熱コーティング（１８）とのＣＴＥの不一致を緩和するために前記耐環境コーティング（２２）と前記遮熱コーティング（１８）との間に遷移層（２４）が存在していて、前記遷移層（２４）がシリカートを含んでおらず、前記遷移層（２４）が、少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物から本質的になり、前記少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物が、ＹＡｌＯ₃、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂、ＮｂＡｌＯ₄、ＴａＡｌＯ₄、ＳｒＡｌ₂Ｏ₄、ＣａＡｌ₂Ｏ₄、ＣａＡｌ₄Ｏ₇、ＳｒＬａＡｌＯ₃、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＳｃＡｌＯ₃および希土類アルミン酸塩化合物からなる群から選択され、
    前記耐環境コーティング（２２）と前記遮熱コーティング（１８）とのＣＴＥの不一致を緩和するために、前記遷移層（２４）が、前記少なくとも１種類のアルミン酸塩化合物からなり、前記遷移層（２４）のＣＴＥが、前記耐環境コーティング（２２）および前記遮熱コーティング（１８）のＣＴＥの中間の値を有する
    ことを特徴とするコーティングシステム（１４）。
    

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