JP6865554B2 - 高温性能に優れた物品 - Google Patents

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Description

本開示は、概して耐環境コーティングとボンドコートとを施し、高温性能に優れた高温用物品に関する。より具体的には、本開示は、耐環境コーティングとボンドコートとを備えた高温セラミックマトリックス複合材料の物品であって、耐環境コーティングとボンドコートとは非晶質かつ耐失透性の熱成長酸化物領域を形成及び/又は含有するように構成されている、高温セラミックマトリックス複合材料の物品、並びにその形成方法に関する。
高温材料(例えば、セラミック、合金、及び金属間化合物等)は、高温で動作するように設計された構造物に使用する場合に魅力的な特性を示す。想定される用途の例として、ガスタービンエンジン、熱交換器、及び内燃機関等が挙げられる。しかしながら、こうした用途に特徴的な環境中には、多くの場合、水蒸気等の反応性化学種が存在する。そのような化学種は高温において材料構造を大幅に劣化させる恐れがある。例えば、水蒸気は、ケイ素担持材料の大幅な表面後退や質量損失をもたらすことがわかっている。水蒸気は高温で構造材料と反応して揮発性のケイ素含有化学種を生成するため、多くの場合、後退速度は許容不可能なほど高くなる。
ケイ素担持材料の他、高温水蒸気等の反応性化学種による侵食を受けやすいその他の材料には、耐環境コーティング(EBC)が施される。EBCは、環境とケイ素担持基板の表面との接触を禁じることによって環境からの保護を行う。例えばケイ素担持基板に塗着されるEBCは、水蒸気を含む高温環境中において化学的にある程度安定となるように設計される。米国特許第6410148号明細書に記載される例示的な一つの従来型EBC系は、ケイ素担持基板に塗着されるケイ素又はシリカ接着層(本明細書では「ボンドコート」ともいう)と、ムライト又はムライト−アルカリ土類アルミノケイ酸塩混合物を含み、接着層(例えばケイ素接着層)の上に堆積される中間層と、アルカリ土類アルミノケイ酸塩を含み、中間層の上に堆積される最上層とを備える。別の例、例えば米国特許第6296941号明細書では、最上層はアルミノケイ酸塩ではなくケイ酸イットリウムの層である。
これらの塗膜系は、要求の厳しい環境において適切な熱保護及び環境保護を物品に与えることができるが、被膜性能には改善の余地がある。
したがって、高温性能に優れた物品のためのEBC系、並びにそれに対応する物品及び方法が、当該技術分野において求められている。同様に、耐環境コーティングとボンドコートとを備え、優れた高温性能を有するセラミックマトリックス複合材料の物品、及びそれに対応する製造方法が求められている。
米国特許出願公開第20140072816号明細書
一態様において、本開示は、ケイ素含有材料を含む基板と、基板の上に設けられた耐環境コーティング(EBC)と、基板とEBCとの間に設けられ、ケイ素を含むボンドコートとを備えた物品を提供する。物品は、ボンドコートが900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物を形成するのに有効な量のホウ素を供給するように設けられたホウ素源をさらに備える。
いくつかの実施形態では、酸化物は約0.5重量%以上のホウ素を含む。いくつかの実施形態では、酸化物は約10重量%以下のホウ素を含む。いくつかの実施形態では、酸化物は実質的に非晶質かつ実質的に耐失透性である。いくつかの実施形態では、酸化物はボンドコートとEBCとの間に設けられる。いくつかの実施形態では、ボンドコートはホウ素源を含む。いくつかの実施形態では、基板、EBC又はその両方がホウ素源を含む。いくつかの実施形態では、ホウ素源はケイ素固溶体中に元素態ホウ素を含む。いくつかの実施形態では、ホウ素源は含ホウ素化合物を含む。いくつかの実施形態では、EBCはボンドコートに近接した多孔層を含む。
いくつかの実施形態では、EBCは気密層を備える。いくつかのかかる実施形態では、EBCはホウ素源を含む。いくつかの実施形態では、ホウ素源の少なくとも一部は、ボンドコートの少なくとも一部とEBCの少なくとも一部との間に挟持される。いくつかのかかる実施形態では、ホウ素源の少なくとも別の一部は、基板、EBC、ボンドコート又は上記のいずれかを含む組合せの内部に設けられる。いくつかの実施形態では、物品は、EBCとボンドコートとの間に設けられた酸化物の層をさらに備え、酸化物の層はケイ素及び約0.1重量%以上のホウ素を含む。いくつかの実施形態では、基板のケイ素含有材料はセラミックマトリックス複合材料(CMC)である。
別の態様において、本開示は、ケイ素含有材料を含む基板と、基板の上に設けられた耐環境コーティング(EBC)と、基板とEBCとの間に設けられ、ケイ素を含むボンドコートと、ケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含み、ボンドコートに隣接する酸化物とを備えた物品を提供する。
いくつかの実施形態では、酸化物は少なくとも0.5重量%のホウ素をさらに含む。いくつかの実施形態では、酸化物は実質的に非晶質かつ耐失透性である。いくつかの実施形態では、物品は、ボンドコートが900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときに酸化物に対してホウ素を供給するように設けられたホウ素源をさらに備える。いくつかのかかる実施形態では、ボンドコートはホウ素源を含む。上記以外のいくつかのかかる実施形態では、基板、EBC又はその両方がホウ素源を含む。
別の態様において、本開示は、構成部品を製造する方法を提供する。この方法は、ケイ素を含むボンドコートをケイ素含有基板上に設ける工程と、ボンドコート上に耐環境コーティング(EBC)を設ける工程とを含む。この方法は、ボンドコートが900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物を形成するのに有効な量のホウ素を供給するように設けられたホウ素源を提供する工程とをさらに含む。
いくつかの実施形態では、上記方法は、ケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物を形成するためにボンドコートを酸化環境中で加熱する工程をさらに含む。いくつかの実施形態では、酸化物は約0.5重量%以上のホウ素を含む。いくつかの実施形態では、酸化物は約10重量%以下のホウ素を含む。いくつかの実施形態では、酸化物は実質的に非晶質かつ耐失透性である。いくつかの実施形態では、ボンドコートはホウ素源を含む。いくつかの実施形態では、基板、EBC又はその両方がホウ素源を含む。
いくつかの実施形態では、基板のケイ素含有材料はセラミックマトリックス複合材料(CMC)である。いくつかの実施形態では、ホウ素源は酸化物の形成中に気体副産物を生成し、ボンドコート上にEBCを設ける工程は、ボンドコートに近接する多孔層を形成する工程を含み、それによって気体副産物が多孔層中を移動できるようにする。
いくつかの実施形態では、ボンドコート上にEBCを設ける工程は、ホウ素を含有する気体副産物がその形成中に酸化物から流出するのを防止する気密層を形成する工程を含む。
いくつかの実施形態では、ホウ素源を提供する工程は、ボンドコートの少なくとも一部とEBCの少なくとも一部との間に挟持される中間層の内部にホウ素源の少なくとも一部を提供する工程を含む。いくつかのかかる実施形態では、上記方法は、基板、EBC、及びボンドコートの一以上の内部にホウ素源の少なくとも一部を提供する工程をさらに含む。
本開示の上記及び他の態様、特徴、及び効果は、以下に示す本開示のさまざまな態様の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによって明らかになるだろう。
本開示と見なされる内容は、本書の末尾に記載する特許請求の範囲において具体的に指摘し、明確に規定している。本開示の上記及び他の特徴、態様、及び効果は以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによってより容易に理解できるだろう。
結晶化石英ガラスのサンプルの一部の画像である。 ホウ素を約1%含むホウケイ酸ガラスの一部の画像である。 本開示に係る物品の一部の断面を示す図である。 本開示に係る別の物品の一部の断面を示す図である。 本開示に係るさらに別の物品の一部の断面を示す図である。 本開示に係るさらに別の物品の一部の断面を示す図である。 本開示に係るさらに別の物品の一部の断面を示す図である。 本開示に係るさらに別の物品の一部の断面を示す図である。 本開示に係るさらに別の物品の一部の断面を示す図である。
以下、本開示の例示的実施形態について詳細に説明する。また、いくつかの例を添付の図面に示す。図中、同一もしくは同様の部分にはできるかぎり同じ参照番号を用いている。
基板(例えば、ケイ素含有セラミックマトリックス複合材料(CMC)基板)を備えた一部の物品は、耐環境コーティング(EBC)(例えば、酸化物含有EBC)を備えうる。その目的は、熱遮断保護性能を与えることと、揮発や腐食による基板の後退を防止することにある。EBCと基板との間の接着性を高めるために、また可能性として犠牲酸化層の機能を提供するために、上述のように、基板とEBCとの間にボンドコートを施してもよい。
ケイ素含有基板(例えば、セラミック基板)とEBCとの間にケイ素含有ボンドコートを施すと、ボンドコートが熱暴露中に酸化してシリカの酸化物スケール(熱成長酸化物(TGO)層ともいう)が生じうることを本願発明者らは認識した。また本願発明者らの発見によると、純粋なシリカ酸化物は最初は非晶質だが、シリカは高温条件下等において失透する傾向が強い。例えば、図1は、約1482℃の空気に約99時間にわたって暴露した石英ガラスのサンプルの画像である。図1に示すように、このシリカサンプルはその厚さ全体にわたって結晶化している。
結晶化したシリカ酸化物の層(例えば、TGO層)を冷却すると、応力を発生する有害な相転移によってかかる層に亀裂が生じる傾向があることを、本願発明者らはさらに認識した。例えば、基板、ケイ素含有ボンドコート、実質的に結晶性のシリカTGO層、及びEBCを備えた物品を比較的高い温度から冷却すると、応力を発生する有害な相転移が結晶性のシリカTGO層において生じることがある。それによってシリカTGO層の内部に複数の亀裂が発生する。かかるシリカTGO層に亀裂が生じると、EBCの機械的完全性が損なわれるとともに、熱サイクル環境中で動作する場合にEBCの剥離が促進され、最終的にスポーリングに至る恐れがある。こうした性質から、実質的に結晶性のシリカTGO層が一部のEBCの剥離やスポーリングの発生源となりえ、それがかかる被覆物品の高温性能を劣化させるのだと本願発明者らは判断するに至った。
シリカTGO層の失透(すなわち結晶化)を防止もしくは抑止し、それによって対応するEBCの剥離及びスポーリングを生じにくくするため、本開示はその一部において物品中に十分な量のホウ素を提供することを対象とする。このとき、非晶質構造を実質的に安定化する上で十分な量のホウ素が酸化物層に供給されるようにする。ホウ素を添加したシリカ担持酸化物の組成物は、高温で酸化雰囲気に暴露されたときに、ホウ素を含有しない類似の酸化物に比べて結晶化が起こりにくい。そのため、非晶質構造を少なくとも部分的に安定化する上で十分な量のホウ素を含むシリカ担持酸化物を、本明細書では「実質的に耐失透性の」と称する。本願発明者らは、ホウ素を添加した酸化物(以下「ホウ素添加酸化物」)層が高い耐失透性を有することを見出したのである。例えば、図2は、約1重量%のホウ素を含有するホウケイ酸ガラスのサンプルの画像である。このサンプルでは、図1に示した上述の石英ガラスのサンプルと同じ条件を用いている。図2に示すように、図1の石英ガラスサンプルが全体にわたって実質的に完全に失透しているのとは対照的に、ホウケイ酸ガラスのサンプルを暴露しても比較的弱い表面失透しか生じていない。
したがって、本開示は、ホウ素を用いることによって結晶化酸化物とは対照的に耐失透性の酸化物(例えば、TGO)を生成する。例えば、図3に示すように、本開示は、基板12(例えば、ケイ素含有セラミック材料)と、基板12上に設けられたEBC16と、基板12とEBC16との間に設けられ、ケイ素を含むボンドコート14とを備えた物品10(例えば、タービン構成品)を提供する。物品10は、0.1重量%以上のホウ素を含み、ボンドコート14に隣接する、酸化物層18をさらに備えうる。
ボンドコート14は、酸化物層18を形成するために酸化剤との反応によって酸化可能であってもよい。いくつかのかかる実施形態では、ボンドコート14が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときに酸化物層18が0.1重量%以上のホウ素を含むべく酸化物層18に有効量のホウ素を供給するように、物品10は物品10内に設けられるホウ素源20を任意選択で含んでいてもよい。少なくともその一部がボンドコート14から形成される酸化物層18は、物品10の運用中に従来型のTGOとして形成してもよく、かつ/又は例えば物品10の熱処理によって事前に形成してもよい。ホウ素源20のホウ素は固溶体の形態で供給してもいいし、第2相として供給してもよい。かかるホウ素添加TGO酸化物層18は、連続層としてよいいし、不連続層としてもよい。いくつかの他の実施形態では、ボンドコート14が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにTGO酸化物層18にホウ素添加を行うホウ素源20を備えるのではなく(或いは、それに加えて)、物品10は、事前に堆積した酸化物層18又は事前に堆積したホウ素添加酸化物層18、をボンドコート14に隣接して備えてもよい。このように、例えば、ホウ素添加酸化物層18は、少なくとも部分的に熱成長した酸化物であってもなくてもよく、またホウ素源20は備わっていてもいなくてもよい。
物品10はあらゆる用途に使用しうる。例えば、ボンドコート14が900℃超の温度に加熱される高温用途(例えば、タービンエンジン内)でもいいし、ボンドコート14が900℃超の温度には加熱されない比較的低温の用途でもいい。このように、ある特定の使用の間にホウ素添加酸化物層18が形成されてもいいし、されなくてもよい。物品10の内部にホウ素源20が含まれる場合、ホウ素源20は、(その用法にかかわらず)900℃より高温の酸化条件下において酸化物層18に添加されて0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物層18を形成するのに十分な量のホウ素を有しうる。言い換えると、ホウ素源20は、ボンドコート14が(例えば、物品10の使用中等に)900℃超の温度で酸化条件に暴露された場合に、0.1重量%以上のホウ素を含む耐失透性のホウ素添加酸化物層18が形成されることをホウ素源20が促進するように設けられる。それにより、ホウ素源20は劣化しやすい結晶性酸化物層の形成を防止しうる。例えば、ホウ素源20は、ボンドコート14が900℃超の温度で酸化条件に暴露されているときに十分な量のホウ素が固相拡散によって酸化物層18に供給され、0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物層18がそれによって形成されるように設けられうる。いくつかの実施形態では、ホウ素源20のホウ素はそれによって酸化物層18中に拡散可能となるように移動できうる。いくつかの実施形態では、ホウ素添加酸化物層18はシリカ及び酸化ホウ素を含みうる。いくつかの実施形態では、ホウ素添加酸化物層18はホウケイ酸ガラスを含みうる。
ホウ素添加酸化物層18(例えば、0.1重量%以上のホウ素を含む)を形成するのに有効な量のホウ素を供給するために必要となるホウ素源20のホウ素量は、さまざまな要因によって異なりうる。例えば、ホウ素添加酸化物層18の形成に必要なホウ素源20のホウ素量は、少なくとも部分的には、物品10の設計において想定される動作温度、ボンドコート14の組成、EBC16の組成、ホウ素源20の組成、及びホウ素源20から酸化物層18までの相対距離、に依存しうる。別の例として、ホウ素源20は、成長する酸化物層18に対して経時的に少しずつホウ素添加を行ってもよい(言い換えると、ホウ素源20は、成長する酸化物層18に段階的にホウ素を供給することによって経時的に消耗しうる)。したがって、酸化物層18がある程度ホウ素添加された(すなわち、酸化物層18が含むホウ素が0.1重量%未満である)物品10は、酸化物層18がホウ素を含まない物品10に比べて、或いはボンドコート14が酸化される前の物品10に比べて、0.1重量%以上のホウ素を酸化物層18が含むようにホウ素添加するために必要となるホウ素の量が少なくなる。当業者ならわかるだろうが、ホウ素源20の位置、組成、及び量は、ある特定の物品10がある特定条件下でボンドコート14の酸化反応領域に対して有効量のホウ素を供給することを念頭に置いて設計すればよい。
ボンドコート14が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物層18を形成するのに有効な量のホウ素を供給するように、ホウ素源20は設けられうる。しかし、ホウ素添加酸化物層18が形成される具体的なタイミングも、さまざまな要因によって異なりうる。例えば、ホウ素添加酸化物層18がある暴露時間の経過後に形成され、その間にホウ素源20の十分な量のホウ素が酸化物層18内に拡散されるようにしてもよい。別の例として、ホウ素添加酸化物層18が暴露時に速やかに形成されるよう、ホウ素源20はボンドコート14のうち酸化反応が起きる部分に近接した位置に設けてもよい。他の実施形態では、最初はホウ素を含めない状態(例えば、実質的に純粋なシリカ酸化物層)又は含まれるホウ素が0.1重量%未満となるように酸化物を形成し、続いて暴露(例えば、900℃超の温度の酸化環境への暴露)を行うことで、ケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物層18を形成するようにしてもよい。このように、いくつかの実施形態では、ホウ素源20はある時間にわたって酸化物層18にホウ素を供給しうる。詳細は後述するが、いくつかの実施形態では、物品10はボンドコート14の少なくとも一部とEBC16の少なくとも一部との間に挟持される、潜在的に明確な中間層を備えうる。ホウ素源20は少なくともその一部がこの中間層の内部に設けられうる。一例において、ホウ素源20の全体が中間層の内部に設けられうる。したがって、中間層そのものがホウ素源20であってもよい。別の例において、ホウ素源20の一部が中間層の内部に設けられ、一部が基板12、ボンドコート14、及びEBC16の一以上の内部に設けられうる。
いくつかの実施形態では、ホウ素源20は、ボンドコート14が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときに少なくとも0.5重量%のホウ素を含む酸化物層18を形成するのに有効な量のホウ素を供給するように物品10内に設けられうる。いくつかの実施形態では、ホウ素源20は、ボンドコート14が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときに10重量%以下(例えば、約0.1重量%から約10重量%又は約0.5重量%から約10重量%又は約0.5重量%から約6重量%の範囲内の重量パーセント)のホウ素を含む酸化物層18を形成するのに有効な量のホウ素を供給するように物品10内に設けられうる。
ホウ素源20は、元素態ホウ素、含ホウ素化合物又はその組合せを実質的に含みうる。いくつかの実施形態では、ホウ素源20はケイ素固溶体中に元素態ホウ素を又は含ホウ素化合物を、実質的に含みうる。例えば、ホウ素源20は、窒化ホウ素、炭化ホウ素、酸化ホウ素、金属ホウ化物又はその組合せを含みうるが、これらには限定されない。いくつかのかかる実施形態では、ホウ素源20は、遷移金属ホウ化物又は希土類元素のホウ化物(例えば、ホウ化ハフニウム、ホウ化チタン、ホウ化イットリウム、ホウ化ガドリニウム又はホウ化イッテルビウム)を含みうる。
ホウ素源20は、物品10の成分に対して化学的及び熱機械的に適合するように選択しうる。例えば、ホウ素源20は融点が1300℃より高くなるように選択しうる。その場合、物品10は多くの代表的な高温用途において(例えば、高温タービン構成品として)使用可能となる。別の例として、ホウ素源20は、ホウ素化学的活性が比較的低くなるように選択しうる。その場合、ホウ素源20の少なくとも一部をケイ素含有ボンドコート14の内部に設ければ有利でありうる。いくつかの実施形態では、酸化物層18は酸素がボンドコート14又は基板12と相互作用することを防止もしくは阻害しうる。そのような実施形態では、ホウ素源20は酸化物層18の耐酸素拡散性を過度に抑制しないように選択しうる。例えば、金属含有量の多いホウ化物(例えば、希土類ホウ化物)をホウ素源20として選択しうる。そのようなホウ化物を酸化物層18に用いれば、酸化物層18の耐酸素拡散性を過度に抑制することがない。
ホウ素源20は物品10の任意の位置に設けてよい。ただし、ホウ素源20のホウ素が酸化物中に拡散可能、もしくは存在可能であるとする。ホウ素源20は、基板12の内部、ボンドコート14の内部、EBC16の内部、物品10の別の部分の内部、物品10内の追加的な層又はそれらの組合せにおいて設けうる。ホウ素源20を物品10に含める方法もしくは構成は、任意のものを使用してよい。例えば、ホウ素源20は、EBC16又はボンドコート14層と同時に堆積(co−deposit)する等、物品10の一部とともに形成してもいいし、基板12の製造工程の一環として導入してもよい。別の例として、物品10のうちホウ素源20を含む部分をそれが形成された後にホウ素源20で改変してもよい。
上記のように、ホウ素源20は(熱暴露時などに)ある層もしくは部分から別の層もしくは部分へと物品10内を経時的に拡散しうる。その結果、ホウ素源20は最初は物品10のある特定部分内に含まれていても、その後(例えば、物品10の加熱後)にホウ素源20の少なくとも一部が物品10の別の部分(かつ潜在的には酸化物層18のホウ素添加にまだ関与していない部分)へと移行しうる。これも上述したように、ホウ素源20は物品10内を少しずつ拡散して酸化物層18に段階的にホウ素を添加しえ、それによって経時的に消耗しうる。いくつかの実施形態では、ある特定量のホウ素を含むホウ素添加酸化物層18を形成した後、ホウ素源20は、酸化物層18にホウ素添加をそれ以上行うのに有効な量のホウ素をもはや含まないレベルまで消耗しうる。したがって、図3には、ケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物層18が示され、かつ有効なホウ素源20の存在を一般に示す参照番号20が書かれているが、そのような実施形態ではホウ素源20は常に存在してもいいし、必ずしも常に存在していなくてもよい。
上記のように、また図3に示すように、ホウ素源20は暴露中にホウ素添加酸化物層18を形成するにあたって物品10の任意の位置にあってよい。図4に物品110を示す。物品110は、物品110のボンドコート114内にホウ素源120を含む。物品110は上述した図3の物品10と実質的に同様である。したがって、同様の態様又は機能には頭に「1」を付けた類似の参照番号を用いることにし、その態様又は機能(並びにその代替的な実施形態)に関する上記の説明は物品110にもそのまま当てはまる。ホウ素源120は最初からボンドコート114内に設けてもいいし、どこか別の場所(例えば、基板112内)に設けた後にボンドコート114内に移動(例えば、拡散)してもよい。なお、物品110内にはホウ素添加酸化物層がまだ形成されていない可能性もあるため、図4にはホウ素添加酸化物層を描いていない。例えば、ボンドコート114(又は物品110そのもの)はホウ素添加酸化物層を形成するほど酸化環境中で十分に加熱されなかったかもしれない。ただし、図4の物品110に矢印で示すように、ボンドコート114内のホウ素源120は、ボンドコート114内で拡散してボンドコート114の酸化反応領域に到達し、ボンドコート114が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物層を形成するのに有効な量のホウ素を供給するのに有効である。
図4に示すように、ボンドコート114は基板112上に設けられえ、EBC116はボンドコート114上に設けられうる。ケイ素含有ボンドコート114は基板112の耐酸化性を向上しうる又は基板112に耐酸化性を与えうる、かつ/又は基板112とEBC116との間の接着性を高めうる。基板112とEBC116とに挟持されるボンドコート114の厚さは、例えば、約25〜約350マイクロメートルでありうる。
上述のように、いくつかの実施形態では、ボンドコート114はケイ素を含む(例えば、基板112がケイ素担持材料を含む場合)。例えば、いくつかの実施形態のボンドコート114は、実質的に元素態ケイ素である(可能性として、固溶体の形態で又は第2相として与えられる、ホウ素源120を含む)。いくつかの実施形態では、ボンドコート114は1層以上の元素態ケイ素を実質的に含みうる。他の実施形態では、ボンドコート114は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、金属ケイ化物、ケイ素合金又はケイ素の代わりに、もしくはケイ素に加えて、それらの混合物を実質的に含みうる。ボンドコート114はシリカ、希土類ケイ酸塩、希土類アルミノケイ酸塩、及び/又はアルカリ土類アルミノケイ酸塩等の酸化物相を含みうる(その内部にホウ素源120が含まれる)。ケイ素含有ボンドコート114は酸化剤との反応によって酸化可能でありうる。また場合によっては、以下で詳述するように気体生成物を生成することがある。
図5に物品210を示す。物品210は、物品210のEBC216内にホウ素源220を含む。物品210は上述した物品10及び110と実質的に同様である。したがって、同様の態様又は機能には頭に「2」を付けた類似の参照番号を用いることにし、その態様又は機能(並びにその代替的な実施形態)に関する上記の説明は物品210にもそのまま当てはまる。ホウ素源220は最初からEBC216内に設けてもいいし、どこか別の場所(例えば、EBC216の上)に設けた後にEBC216内に移動してもよい。なお、物品210内にはホウ素添加酸化物層がまだ形成されていない可能性もあるため、図5にはホウ素添加酸化物層を描いていない。ただし、図5の物品210に矢印で示すように、EBC216内のホウ素源220は、EBC216内で拡散して、ボンドコート214が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物層を形成するのに有効な量のホウ素を供給するのに有効である。
図5に示すように、EBC216はボンドコート214上に設けられてボンドコート214と直接的又は間接的に接着するようにボンドコート214上に設けられる。物品210のEBC216は物品210の外表面を規定しうる。したがって、EBC216は物品210の周囲の環境と相互作用しえ、基板212及び/又はボンドコート214(並びに中間層があれば中間層)を保護しうる。EBC216はシーリング機能、反応遮断機能、後退抑止機能、及び/又は熱遮断機能の多くを行いうる。
EBC216はセラミック材料(例えば、酸化物)を含みうる。いくつかの実施形態では、EBC216はケイ酸塩をベースとしうる。一例において、EBC216は、ケイ素及び/又はシリカを含み、かつケイ素担持基板212に塗着される、接着層214上に設けられうる。EBC216それ自体は1層以上の層でありうる。いくつかの実施形態では、EBC216層は1種類以上の希土類ケイ酸塩(例えば、RE2Si27及び/又はRE2SiO5)を含みうる。ただし、REはY、Er、Yb、Sc、及びLuの1種類以上を含む。いくつかの実施形態では、EBC216はアルカリ土類アルミノケイ酸塩(例えば、アルミノケイ酸バリウム又はアルミノケイ酸バリウムストロンチウム)を含みうる。
図6に物品310を示す。物品310は、物品310の基板312内にホウ素源320を含む。物品310は上述した物品10、110、及び210と実質的に同様である。したがって、同様の態様又は機能には頭に「3」を付けた類似の参照番号を用いることにし、その態様又は機能(並びにその代替的な実施形態)に関する上記の説明は物品310にもそのまま当てはまる。ホウ素源320は最初から基板312内に含まれてもいいし、どこか別の場所に設けた後に基板312内に拡散させてもよい。なお、物品310内にはホウ素添加酸化物層がまだ形成されていない可能性もあるため、図6にはホウ素添加酸化物層を描いていない。ただし、図6の物品310に矢印で示すように、基板312のホウ素源320は、基板312及びボンドコート314内で拡散してボンドコート314の酸化反応領域に到達し、ボンドコート314が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物層を形成するのに有効な量のホウ素を供給するのに有効である。
いくつかの実施形態では、基板312はケイ素を含みうる。一例として示すと、基板312はケイ素を含みえ、かつ機械的、物理的、及び/又は化学的な高温特性を目的として選択されうる。基板312は、約1100℃より高い動作温度で10,000時間を超える時間にわたって燃焼環境にさらすことが可能でありうる。一例において、物品310の基板312はセラミック材料(例えば、セラミックマトリックス複合材料(CMC)材料、より具体的な例として例えばセラミック繊維で強化したセラミック基材)を含みうる。CMCを用いたかかる実施形態では、上記繊維及び/又は基材(マトリックス)は炭化ケイ素を含みうる。ケイ素含有CMC基板312の例として、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、及びその混合物を含む基材(マトリックス)及び/又は繊維が挙げられるが、これには限定されない。物品310内に使用されうるCMC基板312の若干の例としては、炭化ケイ素マトリックスと炭化ケイ素繊維の組合せ(SiC−SiC)、窒化ケイ素マトリックスと炭化ケイ素繊維の組合せ(Si34−SiC)、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の組合せ(Si34/SiC−SiC)を含むCMC基板312が挙げられるが、これには限定されない。
いくつかの実施形態では、ホウ素源320は、基板312の形成時にケイ素の溶融溶浸(MI)によって最初から基板312内に含まれうる。例えば、MI処理は、被覆されたケイ素含有繊維(又は他の強化用繊維)の予成形品を得る工程を含みうる。多孔質のマトリックス組成物(例えばSiC及びC粒子を含むマトリックス組成物)も生成されて予成形品に導入されうる。MI処理は、Si−B合金の形態の液体Siを予成形品に添加する工程をさらに含みうる。予成形品に添加される液体Si−B合金はマトリックス組成物内のCと反応してさらなるSiCを形成しうる。液体Si−B合金の一部はCとの反応に費やされうる一方、それ以外の一部はCMC基板312内に残留しうる。そのような未消費のSi−B合金は基板312内のホウ素源320を形成しえ、それが基板312及びボンドコート314内を拡散し、その結果、ボンドコート314が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物層を形成する酸化反応に関与することができる。
いくつかの他の実施形態では、ホウ素源320は、基板312の形成時にポリマー含浸焼成法(PIP)によって最初から基板312内に含まれうる。例えば、かかるPIP処理は、強化用繊維(例えば、SiC繊維)の予成形品を得る工程を含みうる。低粘性前駆体を予成形品に含浸してもよい(例えば、強化用繊維の細孔内、及び/又は強化用繊維の間、に導入しうる)。いくつかの実施形態では、マトリックス前駆体はホウ素源320を含みうる。PIP処理は、予成形品中のマトリックス前駆体を非酸化雰囲気中で硬化及び/又は熱分解(すなわちセラミック化)して強化用繊維の周囲にセラミック基材を形成する工程をさらに含みうる。含浸と熱分解の工程は、セラミック基材の多孔率が最終的に許容レベルまで下がり、ホウ素源320を内包するセラミック基板312が形成されるように、複数回にわたって繰り返しうる。
上述のように、いくつかの実施形態では、マトリックス前駆体組成物はホウ素源320を含みうる。かかる実施形態では、ホウ素源320は、熱分解(及び結晶化)後も、形成されたCMC基板312内に残留するように選択されうる。このように、ホウ素源320は熱分解(及び結晶化)後も基板312内に存在し、CMC基板312及びボンドコート314内を拡散して、その結果、ボンドコート314が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び約0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物領域が形成される、ボンドコート314の酸化反応に関与することができる。いくつかの実施形態では、マトリックス前駆体組成物は、ホウ素を含む有機ケイ素ポリマー、例えば、ホウ素含有化学種を含むポリカルボシラン(例えば、SiC強化用繊維に使用する場合)や、ホウ素含有化学種を含むポリシラザン(例えば、SiCNもしくはSi34強化用繊維に使用する場合)等を含みうる。いくつかの実施形態では、マトリックス前駆体組成物は、ポリボロカルボシラザン(polyborocarbosilazane)及び/又はポリボロカルボシラン(polyborocarbosilane)を含みうる。それらはホウ素化学種を追加的に含んでもいいし、含まなくてもよい。
いくつかの他の実施形態では、ホウ素源320は、化学気相含浸法(CVI)によって基板312の形成時に最初から基板312内に含まれうる。例えば、かかるCVI処理は、強化用繊維(例えば、SiC繊維)の予成形品を得る工程を含みうる。気体状のマトリックス前駆体組成物も得られえ、予成形品の内部で生じる気相反応によって予成形品中に含浸されうる(例えば、強化用繊維の細孔内、及び/又は強化用繊維の間、に導入されうる)。例えば、気体状のマトリックス前駆体組成物を入れた反応器内で予成形品を加熱しうる。予成形品にマトリックス前駆体組成物を含浸すると、気体が分解し、強化用繊維の表面にセラミックの堆積物が形成されてセラミック基材が形成されうる。含浸と緻密化の工程は、予成形品の細孔が実質的に閉じてCMC基板312が形成されるまで繰り返しうる。
かかるCVI処理における気体状のマトリックス前駆体組成物はホウ素源320を含みうる。かかる実施形態では、気体状のマトリックス前駆体組成物に含まれるホウ素源320は、CMC基板312を形成する含浸、分解、及び緻密化工程の後も、ホウ素又は含ホウ素化合物(例えば、ホウ化ケイ素)として、マトリックス中に残留しうる。このように、ホウ素源320は含浸、分解、及び緻密化の後も基板312内に存在し、CMC基板312及びボンドコート314内を拡散して、その結果、ボンドコート314が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び約0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物領域が形成される、ボンドコート314の酸化反応に関与することができる。いくつかの実施形態では、気体状のマトリックス前駆体組成物はホウ素含有ガスでありうる。いくつかの実施形態では、気体状のマトリックス前駆体組成物はSi、C、ホウ素化学種を含みうる。いくつかのかかる実施形態では、気体状のマトリックス前駆体組成物はシラン、ハロゲン化物、及び/又は炭化水素、及びホウ素化学種を含みうる。いくつかの実施形態では、気体状のマトリックス前駆体組成物は、ホウ素を含む気体であって、分解及び/又は緻密化すると(例えば、プロセス温度及び/又はガス濃度に応じて)ホウ素とSiCとの溶液又は離散的なSiBx相を形成する気体でありうる。いくつかの実施形態では、ホウ素含有ガスは、ホウ酸トリイソプロピル、トリメチルホウ素、トリエチルホウ素、トリフェニルボラン、ジボラン、アンモニアボラン、ボラジン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン、及びハロゲン化ホウ素の少なくとも一つを含みうる。
上述のように、ある特定のホウ素源(例えば、窒化ホウ素)は分解によって気体副産物を生成しえ、ホウ素添加酸化物領域が形成されるボンドコートの酸化反応に関与しうる。図7に物品410を示す。物品410は、酸化反応において分解すると気体副産物を生成する、かかるボンドコート414を含む。物品410は上述した物品10、110、210、及び310と実質的に同様である。したがって、同様の態様又は機能には頭に「4」を付けた類似の参照番号を用いることにし、その態様又は機能(並びにその代替的な実施形態)に関する上記の説明は物品410にもそのまま当てはまる。
図7に示すように、分解によって気体副産物を生成する、かかるボンドコート414を含む物品410は、多孔層430を備えたEBC416を含みうる。EBC416の多孔層430は、EBC416の他のどの位置よりもボンドコート414に近い位置に設けられうる。多孔層430は、ボンドコート414の酸化時に形成される気体副産物がガス発生領域から逃げ出すことで、比較的高い圧力が蓄積されるのを防止するように動作可能でありうる。これによってEBC416の剥離が防止されうる。例えば、多孔層430は、気体副産物が多孔層430を通り抜けることによってガス発生領域から流出するのに十分な多孔性を有しうる。EBC416の多孔層430は、ボンドコート414及び/又は基板412がホウ素源420を含む場合に有利でありうる。
図8に物品510を示す。物品510は、分解時に、ホウ素を含有する気体副産物を生成する。物品510は上述した物品10、110、210、310、及び410と実質的に同様である。したがって、同様の態様又は機能には頭に「5」を付けた類似の参照番号を用いることにし、その態様又は機能(並びにその代替的な実施形態)に関する上記の説明は物品510にもそのまま当てはまる。物品510は、EBC516が気密層540を備えている点において物品410と異なっている。気密層540は、ホウ素を含有する気体副産物が物品510から出ていくのを防ぐとともに、大気が物品510に入り込むのを防止している。これにより、約0.1重量%以上のホウ素を含むホウ素添加酸化物領域の形成を促進するだけの十分な供給量のホウ素を維持又は放出している。EBC516の気密層540は、EBC516がホウ素源520を含む場合に有利でありうる。かかる実施形態では、EBC516のうち少なくともホウ素源520を含む部分は、気密層540と酸化反応部位(例えば、TGO層)との間に位置しうる。
図9に、本開示に係る別の物品610の一部を示す。物品610は上述した物品10、110、210、310、410、及び510と実質的に同様である。したがって、同様の態様又は機能には頭に「6」を付けた類似の参照番号を用いることにし、その態様又は機能(並びにその代替的な実施形態)に関する上記の説明は物品610にもそのまま当てはまる。物品610は、ボンドコート614のうち酸化反応が進行している(もしくはこれから生じる)部分に近接して設けられる中間層650を備える。例えば、中間層650は、ボンドコート614の少なくとも一部とEBC616の少なくとも一部との間に挟持されうる。したがって、この中間層650は、ボンドコート614上に形成される(もしくは位置する)酸化物層のすぐ隣に、或いは酸化物層がこれから形成される位置に、設けられうる。
ホウ素源620の少なくとも一部は中間層650内に設けられうる。中間層650内のホウ素源620は酸化物層に近接しているため、中間層650内のホウ素源620は、ボンドコート614が酸化条件に暴露されると酸化物層へのホウ素添加をただちに開始できる。このように、かかるホウ素は、暴露時間にわたって酸化物(例えば、TGO)にホウ素添加するために物品610内を拡散する必要がない。中間層650内のホウ素源620は、比較的短い暴露時間の間に比較的多量のホウ素を酸化物に添加しうる。別の例として、中間層650は連続的もしくは非連続的なホウケイ酸塩層を含む。事前に堆積したホウケイ酸塩の中間層650は、したがって、ボンドコート614の酸化時に厚みを増すホウ素含有酸化物層又はホウ素含有TGO層でありうる。かかる例ではホウ素源620は備わっていてもいいし、備わっていなくてもいい。
いくつかの実施形態では、ホウ素源620の全体が中間層650内に存在する。他の実施形態では、ホウ素源620の少なくとも一部が中間層650内に備わり、ホウ素源620の少なくとも別の部分が物品610の別の部分(例えば、基板612、ボンドコート614、及び/又はEBC616の内部)に設けられる。ホウ素源620のうち中間層650内に存在する部分は、ボンドコート614が酸化条件に暴露されると酸化物層へのホウ素添加をただちに開始しえ、ホウ素源620のうち物品610の別の場所に設けられる部分はその後の暴露時間にわたって酸化物層にホウ素添加を行いうる。
本明細書に開示する物品は、少なくともその一部において、高温用途に用いる任意の物品、構成部品又は構造物を形成しうる。例えば、本明細書に開示する物品は、少なくともその一部において、タービンブレード、燃焼器、シュラウド、ノズル、及び/又は熱シールドでありうる。本明細書に開示する物品のある部分もしくは層(例えば、当該物品の基板、ボンドコート、及びEBC)は、当業者にとって周知の、かかる部分もしくは層を作製するための従来方法を用いて作製しうる。例えば、本明細書に開示する物品のうち少なくともボンドコート及びEBCは、当業者にとって周知の、かかる層又は部分を作製するための従来方法を用いて作製しうる。かかる従来方法の例として、一般に、プラズマ溶射法(例えば、乾燥粉末、懸濁液、もしくは溶液を用いた大気又は減圧プラズマ溶射法)、フレーム溶射法(例えば、HVOF(高速酸素燃料)溶射法やHVAF(高速空気燃料)溶射法)、化学蒸着法(CVD)、物理蒸着法(例えば、電子ビーム物理蒸着法(EBPVD)やスパッタリング)、ゾルゲル法、スラリ処理(例えば、浸漬、噴射、電気泳動析出、テープ成形、圧延、及び塗装)、並びにそれらの方法の組合せが挙げられるが、これらに限定するべきではない。本明細書に開示する物品の当該部分又は層が最初に形成されたら、次なる処理(例えば、乾燥、熱分解、■焼、焼結)を行ってもよく、任意選択にお
いてさらなる処理(例えば、ホウ素含有前駆体への暴露)を実施してもよい。
これまでに行った説明は例示が目的であって限定が目的ではないことに留意されたい。例えば、これまで説明してきた実施形態(及び/又はその態様)を互いに組合せて用いてもよい。また、ある特定の状況もしくは材料に適合するよう、本開示の範囲を逸脱することなく、本開示の教示に対して多くの改変が可能である。本明細書に記載する材料の寸法及び種類は本開示のパラメータを定義することを意図したものであって、決して限定的なものはなく、例示的実施形態を示すにすぎない。上記の説明を検討すれば、当業者は他の多くの実施形態に想到しよう。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲、並びに添付の特許請求の範囲によって権利が与えられる均等物の全範囲を参照して判断するべきものである。
本明細書の説明において、「含む/備える(including)」及び「ここで(in which)」の語はそれぞれ「包含する/具備する(comprising)」及び「ここにおいて(wherein)」の語と等価である平易な英語として用いられている。また、下記の特許請求の範囲において「第1」、「第2」等の語が用いられている場合、それらは単に区別のために用いているにすぎず、対象における順番や位置に関する条件を示すものではない。さらに、下記の特許請求の範囲の限定が、機能の記述の後に「する手段」の文言が続き、それ以外に構造の記述がない形式で明示的に書かれている場合を除き、特許請求の範囲のかかる限定はミーンズ・プラス・ファンクション形式では書かれておらず、また米国特許法第112条第6項に照らして解釈されることを意図していない。
本明細書は、最良の形態を含む例を用いて本開示の実施形態をいくつか開示している。また、装置もしくはシステムの作製と使用、並びに内包される方法の実施を含め、当業者が本開示の実施形態を実施できるように書かれている。本開示の特許可能範囲は特許請求の範囲によって規定されるとともに、当業者が想到する他の例を含みうる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、或いは特許請求の範囲の文言と大差のない等価な構造要素を有する場合に、特許請求の範囲の範囲内にあるものと考えられる。
本明細書において先頭に「a」もしくは「an」が付いた単数形の要素又は工程は、複数でないことが明記される場合を除き、複数のかかる要素又は工程を排除しないものと理解するべきである。また、本開示の「一実施形態」という表現は、記載の特徴を備えた新たな実施形態の存在を排除すると解釈されることを意図しない。さらに、実施形態が、ある特定の特性を有する一つ又は複数の要素を「備える」、「含む」又は「有する」と記載される場合、そうでないことが明記されない限り、その実施形態は同じ特性を有するかかる要素を追加的に含みうる。
以上、本発明を限られた数の実施形態に沿ってのみ詳述してきたが、本発明がここに開示する実施形態に限定されないことは容易に理解されるはずである。むしろ、本開示は、これまでに記載していないが本開示の主旨及び範囲と同等の変形、改変、代替又は等価なアレンジメントをいくつでも盛り込むように変更することができる。また、本発明のさまざまな実施形態についてこれまで記載してきたが、本開示の各種態様は記載した実施形態の一部しか含まない場合がありうることを理解するべきである。したがって、本開示は上述の説明によって限定されるものと見なしてはならず、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
[実施態様1]
ケイ素含有材料を含む基板(12)と、
基板(12)の上に設けられた耐環境コーティング(EBC)(16)と、
基板(12)とEBC(16)との間に設けられたボンドコート(14)であって、ケイ素を含むボンドコート(14)と、
ボンドコート(14)が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物(18)を形成するのに有効な量のホウ素を供給するように設けられたホウ素源(20)と
を含む物品(10)。
[実施態様2]
酸化物(18)は約0.5重量%以上のホウ素を含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様3]
酸化物(18)は約10重量%以下のホウ素を含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様4]
酸化物(18)は実質的に非晶質かつ実質的に耐失透性である、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様5]
酸化物(18)はボンドコート(14)とEBC(16)との間に設けられる、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様6]
ボンドコート(14)はホウ素源(20)を含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様7]
基板(12)、EBC(16)又はその両方がホウ素源(20)を含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様8]
ホウ素源(20)はケイ素固溶体中に元素態ホウ素を含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様9]
ホウ素源(20)は含ホウ素化合物を含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様10]
EBC(16)はボンドコート(14)に近接した多孔層(430)を含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様11]
EBC(16)は気密層(540)を含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様12]
EBC(16)はホウ素源(20)を含む、実施態様11に記載の物品(10)。
[実施態様13]
ホウ素源(20)の少なくとも一部はボンドコート(14)の少なくとも一部とEBC(16)の少なくとも一部との間に挟持される、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様14]
ホウ素源(20)の少なくとも別の一部は、基板(12)、EBC(16)、ボンドコート(14)又はこれらのいずれかを含む組合せの内部に設けられる、実施態様13に記載の物品(10)。
[実施態様15]
EBC(16)とボンドコート(14)との間に設けられた酸化物の層(18)であって、ケイ素及び約0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物の層(18)をさらに含む、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様16]
基板(12)のケイ素含有材料はセラミックマトリックス複合材料(CMC)である、実施態様1に記載の物品(10)。
[実施態様17]
ケイ素含有材料を含む基板(12)と、
基板(12)の上に設けられた耐環境コーティング(EBC)(16)と、
基板(12)とEBC(16)との間に設けられたボンドコート(14)であって、ケイ素を含むボンドコート(14)と、
ケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む、ボンドコート(14)に隣接する酸化物(18)と、
を備えた物品(10)。
[実施態様18]
酸化物(18)は少なくとも0.5重量%のホウ素をさらに含む、実施態様17に記載の物品(10)。
[実施態様19]
酸化物(18)は実質的に非晶質かつ耐失透性である、実施態様17に記載の物品(10)。
[実施態様20]
ボンドコート(14)が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときに酸化物(18)に対してホウ素を供給するように設けられたホウ素源(20)をさらに含む、実施態様17に記載の物品(10)。
[実施態様21]
ボンドコート(14)はホウ素源(20)を含む、実施態様20に記載の物品(10)。
[実施態様22]
基板(12)、EBC(16)又はその両方がホウ素源(20)を含む、実施態様20に記載の物品(10)。
[実施態様23]
ケイ素を含むボンドコート(14)をケイ素含有基板(12)上に設ける工程と、
ボンドコート(14)上に耐環境コーティング(EBC)(16)を設ける工程と、
ボンドコート(14)が900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物(18)を形成するのに有効な量のホウ素を供給するように設けられたホウ素源(20)を提供する工程と、
を含む、構成部品の製造方法。
[実施態様24]
ケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物(18)を形成するためにボンドコート(14)を酸化環境中で加熱する工程をさらに含む、実施態様23に記載の方法。
[実施態様25]
酸化物(18)は約0.5重量%以上のホウ素を含む、実施態様23に記載の方法。
[実施態様26]
酸化物(18)は約10重量%以下のホウ素を含む、実施態様23に記載の方法。
[実施態様27]
酸化物(18)は実質的に非晶質かつ耐失透性である、実施態様23に記載の方法。
[実施態様28]
ボンドコート(14)はホウ素源(20)を含む、実施態様23に記載の方法。
[実施態様29]
基板(12)、EBC(16)又はその両方がホウ素源(20)を含む、実施態様23に記載の方法。
[実施態様30]
基板(12)のケイ素含有材料はセラミックマトリックス複合材料(CMC)である、実施態様23に記載の方法。
[実施態様31]
ホウ素源(20)は酸化物(18)の形成中に気体副産物を生成し、ボンドコート(14)上にEBC(16)を設ける工程は、ボンドコート(14)に近接する多孔層(430)を形成する工程を含み、それによって気体副産物が多孔層中を移動できるようにする、実施態様23に記載の方法。
[実施態様32]
ボンドコート(14)上にEBC(16)を設ける工程は、ホウ素を含有する気体副産物がその形成中に酸化物(18)から流出するのを防止する気密層(540)を形成する工程を含む、実施態様23に記載の方法。
[実施態様33]
ホウ素源(20)を提供する工程は、ボンドコート(14)の少なくとも一部とEBC(16)の少なくとも一部との間に挟持される中間層(650)の内部にホウ素源(20)の少なくとも一部を提供する工程を含む、実施態様23に記載の方法。
[実施態様34]
基板(12)、EBC(16)、及びボンドコート(14)の一以上の内部にホウ素源(20)の少なくとも一部を提供する工程をさらに含む、実施態様33に記載の方法。
10、110、210、310、410、510、610 物品
12、112、212、412、612 基板
14、114、314、414、614ボンドコート
16、116、216、416、516、616 耐環境コーティング(EBC)
18 酸化物層
20、120、220、320、420、520、620 ホウ素源
214 ボンドコート、接着層
312 ケイ素含有CMC基板、セラミック基板
430 多孔層
540 気密層
650 中間層

Claims (13)

  1. ケイ素含有材料を含む基板と、
    基板の上に設けられた耐環境コーティング(EBC)と、
    基板とEBCとの間に設けられたボンドコートであって、ケイ素を含むボンドコートと、
    ボンドコートが900℃超の温度で酸化環境に暴露されているときにケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物を形成するのに有効な量のホウ素を供給するように設けられたホウ素源と
    含み、
    前記ボンドコートまたは前記EBCが前記ホウ素源を含む、物品。
  2. 酸化物が0.5重量%以上のホウ素を含む、請求項1に記載の物品。
  3. 酸化物が10重量%以下のホウ素を含む、請求項1に記載の物品。
  4. 酸化物が実質的に非晶質かつ実質的に耐失透性である、請求項1に記載の物品。
  5. 酸化物がボンドコートとEBCとの間に設けられる、請求項1に記載の物品。
  6. 基板、EBC又はその両方が前記ホウ素源を含む、請求項1に記載の物品。
  7. 前記ホウ素源がケイ素固溶体中に元素態ホウ素を含む、請求項1に記載の物品。
  8. 前記ホウ素源が含ホウ素化合物を含む、請求項1に記載の物品。
  9. EBCがボンドコートに近接した多孔層及び気密層の少なくとも一つを含む、請求項1に記載の物品。
  10. ホウ素源の少なくとも一部がボンドコートの少なくとも一部とEBCの少なくとも一部との間に挟持される、請求項1に記載の物品。
  11. ホウ素源の少なくとも別の一部が、基板、EBC、ボンドコート又はこれらのいずれかを含む組合せの内部に設けられる、請求項10に記載の物品。
  12. EBCとボンドコートとの間に設けられた酸化物の層であって、ケイ素及び0.1重量%以上のホウ素を含む酸化物の層をさらに含む、請求項1に記載の物品。
  13. 基板のケイ素含有材料がセラミックマトリックス複合材料(CMC)である、請求項1に記載の物品。
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