KR100390289B1 - 환경적/열적 장벽층을 갖는 실리콘함유 기판을 포함하는 구조물 - Google Patents

환경적/열적 장벽층을 갖는 실리콘함유 기판을 포함하는 구조물 Download PDF

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제임스엘.스마이얼리크
강엔.리
홍유왕
피터제이.메스크터
아이린티.스피스버그
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Abstract

본 발명은 실리콘이 함유된 기판에 장벽층이 포함된 제품에 관한 것으로서, 상기 실리콘 함유 기판은 고온의 습한 환경에 노출되었을 때 휘발성을 갖는 규소계 기체화학종을 형성함으로써, 침식되거나 질량이 감소되는 것으로 밝혀지고 있는 바, 상기 실리콘 함유 기판은 약 1200℃, 1기압의 수증기압과 같은 열악한 연료환경에 노출되었을 때, 약 1000시간당 6 mils의 비율로 중량감소와 침식이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실리콘 함유 기판을 실리콘의 외측에 휘발성 규소계 기체화학종의 형성을 방지하는 장벽층을 형성하여 침식과 질량감소를 억제하고, 방열기능을 수행하며, 상기 기판의 열팽창과 밀접히 관계되는 장벽층을 갖는 기판이 포함된 구조물을 제공함으로써, 상기 장벽층은 상기 제품이 고온의 습한 환경에 노출시 규소계 기체화학종으로 기화되는 것을 방지하고, 방열층으로서 기능할 수 있으며, 실리콘 함유 기판의 상측과 비슷한 열팽창계수를 갖는 기판의 상측에서 주위에 대한 방열층으로서 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

환경적/열적 장벽층을 갖는 실리콘 함유 기판을 포함하는 구조물{ARTICLE COMPRISING SILICON BASED SUBSTRATE WITH ENVIRONMENTAL/THERMAL BARRIER LAYER}
본 발명은 실리콘과 환경적/열적 보호 작용을 하는 장벽층을 함유하는 기판에 관한 것으로써, 여기서 장벽층은 구조물이 고온의 습기찬(물/증기)환경에 노출되었을 때 Si(OH)x같은 Si 기체 화학종의 생성을 억제하는 역할을 한다.
실리콘을 함유하는 세라믹물질들과 실리콘을 함유하는 금속 합금들은 가스터빈 엔진, 열교환기, 내부연소엔진 같은 고온 적용분야들에 사용되는 구조들에 제안되어져 왔다. 이러한 물질들의 유용한 적용분야 중 하나는 고온의 습기찬 상태에서 작동하는 가스터빈엔진 이다. 이러한 실리콘을 함유하는 기판들이 습기찬 상태에 노출되었을 때 Si(OH)x 나 SiO 같은 휘발성의 Si 화학종 생성으로 인한 질량 감소를 일으킴이 알려져 있다. 예를 들면, 실리콘 카바이드는 1200℃ 약 1 ATM 수증기압의 희박 연료 환경에 노출되었을 때 대략 1000시간당 6 mils 의 비율로 질량감소와 침식이 발생된다. 이것은 실리콘 카바이드 표면의 실리카가 수증기와 반응하여 Si(OH)x같은 휘발성의 실리콘 화학종으로 되는 산화 작용때문이다.
본발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실리콘 함유 기판의 구조물이 고온의 습기찬 환경에 노출되었을 때 Si(OH)x같은 Si 기체 화학종의 형성을 방지하는 장벽층을 만들어 주는데 있다. 또한 본 발명의 다른 목적은 기판 구조물의 열팽창에 부합하는 열보호 기능의 장벽층을 제공하는 것이다. 더불어 이러한 구조물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 질량감소와 침식에 대한 본 발명 장벽층의 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본발명의 실리콘 카바이드 기판 장벽층 샘플 현미경 사진이다.
도 3은 실리콘 카바이드 기판에 중간층을 적용시킨 본발명의 장벽층 샘플의 현미경 사진이다.
도 4는 고온의 습기찬 상태에서 질량감소에 대한 본발명 장벽층의 세가지 견본의 효과에 대한 그래프이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 구조물은 실리콘을 포함하는 기판과 고온의 습기찬 환경에 노출되었을 때 형성되는 Si 기체 화학종을 억제하는 장벽층(barrier layer)이 포함된 것을 특징으로 한다.
그리고 구조물의 제조방법은 실리콘 함유 기판을 공급하는 단계와; 고온의 습기찬 환경에 노출되었을 때 생기는 Si 기체 화학종의 생성을 억제하는 장벽층을 기판에 적용시키는 단계가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 고온 이라는 것은 기판내의 Si 가 습기찬 상태에서 Si(OH)x나/와 SiO를 생성할때의 온도를 의미한다. 상기 습기찬 환경이라는 것은 물 과/이 증기 환경 이라는 것을 의미한다. 상기 실리콘 함유 화합물은 실리콘을 함유하는 세라믹 혹은 금속 합금 이다. 상기 외부 장벽층은 실리콘 함유 기판의 팽창계수의 섭씨온도당 ±3.0 ppm 이내의 열팽창 계수를 가진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
상기 실리콘 함유 기판은 실리콘 함유 세라믹 기판이거나 실리콘을 함유하는 금속 합금이다. 보다 구체화 시키자면 실리콘 함유 기판란 실리콘 카바이드(silicon carbide), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride), 실리콘 알루미늄 옥시나이트라이드(silicon aluminum oxynitride) 같은 실리콘 함유 세라믹 물질 이다. 본 발명의 구현에 따르면 세라믹 기판을 함유하고 있는 실리콘은 섬유나 입자들같은 보다 구체적으로는 섬유-강화(fiber-reinforcing) 매트릭스 기반의 실리콘 같은 강화 매트릭스를 포함하는 실리콘으로 구성되어있다. 적절한 세라믹 기판은 탄소 섬유-강화 실리콘 카바이드 매트릭스(carbon fiber-reinforced silicon carbide matrix)와 실리콘 카바이드 섬유-강화 실리콘 나이트라이드 매트릭스(silicon carbide fiber-reinforced silicon nitride matrix), 실리콘 카바이드 섬유-강화 실리콘 입자(silicon carbide fiber-reinforced silicon paticle) 와 실리콘 매트릭스가 입혀진 실리콘 카바이드 이다. 특히 본발명의 구조물에 사용되는 기판로서의 유용한 실리콘-금속 합금은 몰리브데늄-실리콘 합금(molibdenium-silicon alloy), 니오븀-실리콘 함금(niobium-silicon alloy) 그리고 Si 함유 합금들로서 본 발명의 장벽층과 비슷한 열팽창 계수를 가지는 것들이다.
장벽층은 본발명의 구조물이 알카리 토금속 알루미노실리케이트를 포함하고 있을 때 특히 유용하다. 우선 구현된바에 따르면, 바륨 알루미노실리케이트(barium aluminosilicate), 바륨-알카리 토금속 알루미노실리케이트(barium-alkaline earth metal aluminosilicate) 그리고 특히 바륨-스트론튬 알루미노실리케이트(barium-strontium aluminosilicate)가 선호된다. 장벽층은 약 0.00 ∼ 1.00 mole BaO, 특히 SrO 같은 약 0.00 ∼ 1.00 mole 의 알카리 토금속 의 산화물, 약 1.00 mole 의 Al2O3, 약 2 mole 의 SiO2로 구성되며 , 이때의 BaO와 알카리 토금속 혹은 SrO의 몰합은 약 1.00 mole 이어야 한다. 본 발명에서 보면 장벽층은 약 0.10 ∼ 0.9 mole 최적으로는 약 0.25 ∼ 0.75 mole BaO와 약 0.1 ∼ 0.9 mole 최적으로는 약 0.25 ∼ 0.75 mole SrO , 1.00 mole Al2O3,약 2.00 mole 의 SiO2로 구성되는 것이 좋으며 이때의 BaO와 SrO의 몰합은 약 1.00 mole 이어야 한다. 특히 적절한 본 발명의 세라믹 함유 실리콘을 이용한 장벽층은 약 0.75 mole 의 BaO , 약 0.25 mole 의 SrO, 약 1.00mole 의 Al2O3, 약 2.00 mole SiO2의 조성일때이다.
실리콘함유 기판의 열팽창계수와 장벽층의 열팽창계수간에 일치성을 유지하는 것이 본발명에 있어서 중요한 면이다. 본발명에 따르면 장벽층의 열팽창 계수는 실리콘 열팽창계수의 ± 3.0 ppm(섭씨온도당)내에 있어야 하며 가급적 ± 0.5ppm(섭씨온도당)내에 있는 것이 좋다. 상기한 강화섬유(reinforcing fiber)를 가지거나 혹은 가지지 아니한 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드 매트릭스와 같은 실리콘 함유 세라믹 기판을 본 발명의 바람직한 칼슘 알루미노실리케이트(calcium aluminosilicate) 장벽층과 조합하여 사용하는 경우, 장벽층의 구조적 안정성과 장벽층과 실리콘 함유 기판간의 열팽창계수의 일치성으로 열 안정성을 얻기위해 장벽층이 셀시안 부피 50%이상의 안정한 결정학적 구조를 갖는 것이 필요하다. 바륨-스트론튬 알루미노실리케이트 장벽층의 결정학적 구조는 아래에 설명한 열처리 공정과 응용공정들에 의해 얻어졌다.
장벽층은 구조물 내에 0.5 mils(0.0005 inch)이상의 두께이어야 하며, 가급적 3 ∼ 30 mils, 이상적으로는 3 ∼ 5mils 이어야 좋다. 장벽층은 실리콘 기반의 기판에 알려진 적절한 방법들로 적용될 수 있으나 아래에 기술한 열분사 방법에 의한 것이 좋다.
본 발명의 구조물의 구현에 있어서 중간 층(intermediate layer)은 실리콘 함유 기판과 장벽층 사이에 적용될 수 있다. 중간층은 장벽층과 기판간의 향상된 응착력을 제공 하거나/하고 장벽층과 기판간의 반응들을 억제한다. 중간층은 SiO2, 뮬라이트(mullite), 뮬라이트-바륨 스트론튬 알루미노실리케이트, 실리콘 금속 같은것들로 구성되어 있다. 특히 뮬라이트는 유용한 중간층으로 발견되어졌다. 그러나 뮬라이트 자체만으로는 열분사 제작 과정에서 분해되어 버린다. 이에 따라 장벽층은 뮬라이트-바륨 스트론튬 알루미노실리케이트, 뮬라이트-이트륨 실리케이트(mullite-yttrium silicate) 혹은 뮬라이트 칼슘 알루미노실리케이트로, 뮬라이트를 40 ∼ 80 wt% 바륨 스트론튬 알루미노실리케이트, 이트륨 실리케이트 혹은 칼슘 알루미노실리케이트를 20 ∼ 60 wt% 사이로 구성되는 것이 좋다. 중간층의 두께는 위에서 기술한 장벽층과 마찬가지로 해결되며, 중간층의 제조에 있어서 기존의 방법들과 마찬가지로 하면 되나, 아래에 기술된 열분사 방법을 이용하는 것이 좋다.
결합층은(bond layer) 실리콘함유 기판과 중간층 사이에 제공되어진다. 적절한 결합층은 3 ∼ 6 mils 두께의 실리콘 금속을 함유하고 있다. 대안으로는, 실리콘 함유 기판을 미리 산화시켜서 중간층에 적용시키기전에서 SiO2결합층을 제공할 수 있다.
본 발명의 방법은 실리콘 함유 기판을 제공하고 구조물이 고온의 습기찬 환경에 노출되었을 때 생기는 실리콘 기체 화학종의 형성을 억제시키는 장벽층에 적용된다.
본 발명에 따르면 장벽층은 열분사에 의해 만들어지는 것이 좋다. 장벽층은 870℃ ∼ 1200℃ 사이의 온도로 열분사 됨으로써 눌러진 판자형(splat quenched)의 미세구조가 균형을 이루게 되며, 갈라짐(delamination)을 조절하는 스트레스를 다루는 수단을 제공할 수 있다. 바륨 스트론튬 알루미노실리케이트 세라믹을 함유한 실리콘 장벽층의 제조공정에 따라 구조물이 만들어질 때, 바륨 스트론튬 알루미노실리케이트 장벽층은 장벽층내에 적어도 부피 대비 50% 이상의 셀시안 결정학구조를 갖는 것이 좋다.
셀시안 결정학 구조의 형성은 실리콘 함유 세라믹과 위에서 설명한 바륨 스트론튬 알루미노실리케이트 장벽층의 열팽창계수 간의 일치성을 준다.
실리콘 함유 기판은 장벽층에 적용하기 전에 기판 제작시의 오염을 제거하기 위해 세정되어져야 한다. 실리콘을 기본으로 하는 기판은 장벽층에 적용시키기전에 그리트브라스팅(grit blasting) 단계를 가지는 것이 좋다. 그리트브라스팅 단계에서는 실리콘카바이드 강화 섬유 합성물같은 실리콘 함유 기판 표면의 손상을 방지하기 위해 반드시 조심스럽게 수행되어져야 한다. 그리트브라스팅 단계에 사용되는 입자는 바람직하지 못한 오염을 제거 하기에 충분할만큼 단단해야 하지만 기판의 부식에 의한 제거를 방지하기위해 기판 물질 보다 단단하면 안된다. 게다가 입자는 기판의 충격에 의한 손상을 막기 위해 반드시 작아야 한다. 실리콘 카바이드 세라믹 합성물 기판을 포함하는 구조물의 공정에서 그리트브라스팅은 30 마이크론 크기 미만의 Al2O3입자에서 150 ∼ 200 m/s의 속도로 작업하는 것이 좋다. 앞서 기술한것에 덧붙여, 실리콘 기반의 기판을 중간층 과/나 장벽층을 적용시키기 전에 미리 산화시는 것이 응착력을 개선시키기에 유용하다. 접합층은 100 ∼ 2000 나노미터 사이가 좋다. SiO2접합층의 바람직한 두께는 실리콘카바이드 기판을 800℃ ∼ 1200℃ 사이에서 15분 ∼ 100시간 내로하여 미리 산화시켜 얻을 수 있다.
실리콘 결합층은 그리트브라스팅된 표면에 약870℃, 3 ∼ 6 mils 의 두께로 열분사 하여 바로 적용시킬 수 있다. 중간층은 기판 와/나 결합층과 장벽층 사이에 혹은 결합층과 장벽층 사이에 장벽층에서 사용했던 열분사를 이용하여 만들 수 있다.
위에서 기술했듯이 중간층은 뮬라이트, 뮬라이트-바륨 스트론튬 알루미노실리케이트, 뮬라이트-이트륨 실리케이트, 뮬라이트-칼슘 알루미노실리케이트를 포함하는 것이 좋다.
실리콘 기반의 기판에 이러한 층들을 적용시킨 후, 열분사된 구조의 안정화와 분사된 입자들 간에 그리고 층들과 기판간의 결합을 촉진시키기 위해 열처리 과정을 가진다.
열처리 단계는 1250℃정도에서 24시간 가량 작업한다. 본 발명 구조물의 장점에 대해서는 아래의 실시예에서 명백히 고려되어진다.
<실시예1>
도 1은 0.75BaO·0.25SrO·Al2O3·2SiO2조성의 고온 압축된 벌크 BSAS 와 실리콘 카바이드를 250회의 열 주기(thermal cycle) 테스트를 실온 ∼ 1200℃ 의 높은 증기(high steam), 열악한 연료 조건의 가상 연소 환경에서 실시한 비교 결과를 보여준다.
결과는 실리콘 카바이드가 8mg/cm2의 무게 감소를 보인데 반해 BSAS는 -0.4 mg/cm2의 매우 작은 무게를 얻었음을 보여주고 있다. 이 결과를 볼 때 실리콘카바이드는 이 환경에서 안정하지 못하며 BSAS 시스템이 훨씬 안정함을 알 수 있다.
<실시예2>
도 2는 SiC 합성물 에 코팅된 0.75BaO·0.25SrO·Al2O3·2SiO2조성의 4 mils 두께 BSAS의 절단면이다. BSAS 는 하기 표 1에 개시한 한계요소들을 이용해 실리콘카바이드 합성물에 열분사되었다.
한계요소(parameter) 설정(setting)
플라즈마토치(plasma torch) 메트코 3M(Metco 3M)
노즐(nozzle) GH
어노드(anode) 표준(std.)
파우더 포트(powder port) 메트코 2번(metco #2)
일차 기체(primary gas) 80 메트코 게이지의 아르곤(Ar@80 Metco gage)
이차 기체(secondary gas) 8 메트코 게이지의 수소(H2@8 Metco gage)
기판 온도 850℃
운반 기체(carrier gas) 37 메트코 게이지의 아르곤(Ar@37 Metco gage)
파우더 공급(powder feed) 15 ∼ 20 gpm
중간층 표면
강도(power) 30 kw 25kw
균형상태(stand-off) 2.5 ∼ 3" 5"
기판을 코팅하기전에 27 미크론의 알루미나입자로 150 ∼ 200mps의 속도로 충격을 주는 그리트브라스팅으로 깨끗하게 하였다. 도 2에서 볼 수 있듯이 본 발명품은 훌륭한 장벽층 구조를 가지고 있다.
<실시예3>
도 3 은 실리콘 카바이드 화합물의 실리콘층 위에 4±1 mils 두께로 뮬라이트/BSAS 중간층이 덮여있고, 그 위로 0.75BaO·0.25SrO·Al2O3·2SiO2조성의 BSAS 장벽층이 덮여있는 단면도이다. 이 코팅은 하기 표 2 에 개시한 한계요소 들에 따라 제조되었다.
한계요소(parameter) 설정(setting)
플라즈마토치(plasma torch) 메트코 3M(Metco 3M)
노즐(nozzle) GH
어노드(anode) 표준(std.)
파우더 포트(powder port) 메트코 2번(metco #2)
일차 기체(primary gas) 80 메트코 게이지의 아르곤(Ar@80 Metco gage)
이차 기체(secondary gas) 8 메트코 게이지의 수소(H2@8 Metco gage)
기판 온도 850℃
운반 기체(carrier gas) 37 메트코 게이지의 아르곤(Ar@37 Metco gage)
파우더 공급(powder feed) 15 ∼ 20 gpm
인터페이스 중간층 표면
강도(power) 25kw 30 kw 25kw
균형상태(stand-off) 4" 2.5 ∼ 3" 5"
기판을 코팅하기전에 27 미크론의 알루미나입자로 150 ∼ 200mps의 속도로 충격을 주는 그리트브라스팅으로 깨끗하게 하였다. 도 3에서 볼 수 있듯이 본 발명품은 훌륭한 장벽층 구조를 가지고 있다.
<실시예4>
BSAS (바륨 스트론튬 알루미노실리케이트) 코팅 기반의 장벽층 코팅 시스템은 아래에 기술되어진 중간층을 가지는 실리콘 카바이드 합성물 기판 로부터 제조되었으며, 코팅이 안된 실리콘 카바이드 합성물 기판 (98-17A) 와 함께 가스 터빈 엔진과 비슷한 조건을 만들어주기 위한 고온, 연소환경, 연소기 분석에 노출시켰다.
모든 샘플 BSAS의 코팅은 0.75BaO·0.25SrO·Al2O3·2SiO2의 조성을 가지고 있다. BSAS 코팅과 중간층의 두께는 4±1 mil 이며 아래에 설명된 열 분사에 의해 제조되었다.이 코팅들은 뮬라이트 위의 BSAS (98-17C)와 뮬라이트 위의 BSAS에 BSAS를 덧붙인것(98-17B 와 98-17D) 으로 구성되어진다. 테스트는 1200℃, 200시간의 노출, 연료대 공기 비 0.053, 6기압하에서 이루어졌다. 200시간의 노출이 지난후 코팅이 안된 기판 는 65mg의 질량이 감소했으나 코팅된 기판들은 질량 변화 자료 결과를 볼 때 무게를 얻어, 코팅이 기판을 보호했음을 알 수 있다. 이들 견본들에 있어서 결합층은 사용되지 않았다. 열분사 한계요소 들은 하기 표 3 과 같다.
한계요소(parameter) 설정(setting)
플라즈마토치(plasma torch) 엘릭트로-플라즈마 03CA
노즐(nozzle) 03CA-27
어노드(anode) 03CA-167
파우더 포트(powder port) ext. 90。
일차 기체(primary gas) 14.4 SLM 의 아르곤(Ar@14.4 SLM)
이차 기체(secondary gas) 9.8 SLM 의 수소(H2@9.8 SLM)
기판 온도 1050 ∼ 1250 ℃
운반 기체(carrier gas) 3-6 SLM의 아르곤(Ar@3-6 SLM)
파우더 공급(powder feed) 20 gpm
중간층 표면
강도(power) 45kw 45kw
균형상태(stand-off) 4" 4"
도 4의 결과들은 본발명의 장벽층이 효과적임을 보여준다.
<실시예5>
열팽창 계수(CTE)는 다른 셀시안 값을 갖는 0.75BaO·0.25SrO·Al2O3·2SiO2조성의 BSAS로 측정하였다. 셀시안 값은 BSAS 의 고온 압축된 쿠폰(hot pressed coupon)들을 X-Ray 분석법을 이용하여 얻었다. 열챙창계수에 영향을 미치는 셀시안 값은 하기 표4 와 같다.
% 셀시안 값(% Celsian content) 열팽창계수(CTE)
5 8.1
25 7.4
95 5.2
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 실리콘 함유 기판과 장벽층이 포함된 구조물과, 상기 구조물을 생산하는 방법에 관한 것으로, 상기 장벽층은 상기 구조물이 고온의 습기찬 환경에 노출시 Si 기체 화학종으로 기화되는 것을 방지하고, 상기 장벽층이 실리콘 함유 기판과 비슷한 열팽창 계수를 가짐으로써 방열층으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (60)

  1. 실리콘을 함유하는 기판; 및
    고온의 습한 환경에 노출시 Si 기체 화학종이 형성되는 것을 방지하도록 바륨 스트론튬 알루미노실리케이트를 함유하는 장벽층을 포함하고,
    상기 장벽층은 0.00 ~ 1.00 mole 의 BaO, 0.00 ~ 1.00 mole 의 SrO, 1.0 mole Al2O3, 및 2.00 mole SiO2조성으로 되어있고, 이때의 BaO 와 SrO 의 mole 합은 1.00 mole 인 것을 특징으로 하는 구조물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘을 함유하는 세라믹과 실리콘을 함유하는 금속 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 알루미늄 옥시나이트라이드 중에서 선택된 실리콘 함유 세라믹인 것을 특징으로 하는 구조물.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘을 기본으로하는 매트릭스와 강화 입자를 포함하는 합성물인 것을 특징으로 하는 구조물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 카바이드 섬유-강화 실리콘 카바이드 매트릭스(silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide matrix), 탄소 섬유-강화 실리콘 카바이드 매트릭스(carbon fiber-reinforced silicon carbide matrix), 실리콘 카바이드 섬유-강화 실리콘 나이트라이드(silicon carbide fiber-reinforced silicon nitride)들 중에서 선택되어진 것을 특징으로 하는 구조물.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 몰리브데늄-실리콘 합금(molybdenum-silicon alloys), 니오븀 실리콘 합금(niobium silicon alloys), 철-실리콘 합금(iron-silicon alloys), 철-니켈-실리콘 기반의 합금(iron-nickel-silicon based alloys)들 중에서 선택된 금속 합금 함유 실리콘인 것을 특징으로 하는 구조물.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층은 0.1 mole ~ 0.9 mole BaO와 0.1 mole ~ 0.9 mole SrO 의 조성으로 되어있는 것을 특징으로 하는 구조물.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층은 0.25 mole ~ 0.75 mole BaO 와 0.25 mole ~ 0.75 mole SrO 의 조성으로 되어있는 것을 특징으로 하는 구조물.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층은 0.75 mole BaO 와 0.25mole SrO 의 조성으로 되어있는 것을 특징으로 하는 구조물.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층의 결정학적 구조는 셀시안 부피 50% 이상인 것을 특징으로 하는 구조물.
  22. 삭제
  23. 제 13항에 있어서,
    상기 장벽층의 결정학적 구조는 셀시안 부피 50% 이상인 것을 특징으로 하는 구조물.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층의 열팽창계수는 기판의 열팽창계수의 ±3.0ppm/℃ 내에 드는것을 특징으로 하는 구조물.
  25. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층의 열팽창계수는 기판의 열팽창계수의 ±0.5ppm/℃ 이내에 드는것을 특징으로 하는 구조물.
  26. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층의 두께는 0.5 mils 내지 30 mils 인 것을 특징으로 하는 구조물.
  27. 제 1항에 있어서,
    상기 기판과 장벽층 사이에 중간층이 구성된 것을 특징으로 하는 구조물.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 중간층은 SiO2, 뮬라이트 뮬라이트-바륨 스트론튬 알루미노실리케이트, 뮬라이트-이트륨 실리케이트, 뮬라이트-칼슘 알루미노실리케이트, 및 실리콘 금속 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 중간층은 뮬라이트, 바륨 스트론튬 알루미노실리케이트, 뮬라이트-이트륨 실리케이트, 칼슘 알루미노실리케이트 및 그 혼합물들 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 중간층은 뮬라이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 중간층은 40 ~ 80 wt% 의 뮬라이트와 60 ~ 20 wt% 의 바륨 스트론튬 알루미노실리케이트의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 구조물.
  32. 제 29항에 있어서,
    상기 중간층은 40 ~ 80 wt% 의 뮬라이트와 60 ~ 20 wt% 의 이트륨 실리케이트의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 구조물.
  33. 제 29항에 있어서,
    상기 중간층은 40 ~ 80 wt% 의 뮬라이트와 60 ~ 20 wt% 의 칼슘 알루미노실리케이트의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 구조물.
  34. 제 27항에 있어서,
    상기 기판과 중간층 사이에 결합층이 구성된 것을 특징으로 하는 구조물.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 결합층은 실리콘 금속 이나 SiO2로 구성된 것을 특징으로 하는 구조물.
  36. 제 27항에 있어서,
    상기 중간층은 두께가 0.5 mils 내지 30mils 인 것을 특징으로 하는 구조물.
  37. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층의 두께가 3 ~ 30 mils 사이인 것을 특징으로 하는 구조물.
  38. 제 1항에 있어서,
    상기 장벽층의 두께가 3 ~ 5 mils 사이인 것을 특징으로 하는 구조물.
  39. 제 27항에 있어서,
    상기 중간층의 두께가 3~30 mils 사이인 것을 특징으로 하는 구조물.
  40. 제 27항에 있어서,
    상기 중간층의 두께가 두께가 3~5 mils 사이인 것을 특징으로 하는 구조물.
  41. 제 34항에 있어서,
    상기 결합층의 두께가 3~6 mils 사이인 것을 특징으로 하는 구조물.
  42. 실리콘 함유 기판를 공급하는 단계; 및
    고온의 습한 환경에 노출시 Si 기체 화학종이 형성되는 것을 방지하도록 바륨 스트론튬 알루미노실리케이트를 함유하는 장벽층을 열 분사 방법에 의하여 상기 기판에 적용시키는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 장벽층은 0.00 ~ 1.00 mole 의 BaO, 0.00 ~ 1.00 mole 의 SrO, 1.0 mole Al2O3, 및 2.00 mole SiO2조성으로 되어있고, 이때의 BaO 와 SrO 의 mole 합은 1.00 mole 인 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  43. 제 42항에 있어서,
    상기 장벽층의 열팽창 계수는 기판의 열팽창 계수의 ±3.0ppm/℃ 이내인 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  44. 제 42항에 있어서,
    상기 장벽층의 열팽창 계수는 기판의 열팽창 계수의 ±0.5ppm/℃ 이내인 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  45. 제 42항에 있어서, 상기 기판에 장벽층에 적용시키기 전에 기판를 그리트브라스팅 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  46. 제 45항에 있어서, 그리트브라스트가 30 미크론 이하의 크기를 갖는 알루미나 입자를 가지는 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  47. 제 46항에 있어서, 그리트브라스팅이 150 ~ 200 m/s 의 속도인 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  48. 삭제
  49. 제 42항에 있어서, 상기 장벽층에 적용시키기전에 기판를 미리 산화시는켜 SiO2층을 형성시키는 예비산화단계가 포함된 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  50. 제 49항에 있어서, 상기 예비산화단계는 상기 기판를 800 ~ 1200℃ 로 15분 ~ 100시간 동안 가열하는 것이 포함된 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  51. 제 42항에 있어서, 상기 장벽층의 형성 후에 1250℃에서 24시간동안 열처리 하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  52. 제 42항에 있어서, 상기 열처리 단계는 1250℃에서 24시간동안 열처리 하는 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  53. 제 42항에 있어서, 상기 열분사는 기판를 870℃~1200℃ 사이로 유지시키면서 수행하는 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  54. 제 49항에 있어서, 상기 장벽층의 열팽창계수는 상기 기판 열팽창계수의 ±3.0ppm/℃ 이내인 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  55. 제 49항에 있어서, 상기 장벽층의 열팽창계수는 상기 기판 열팽창계수의 ±0.5ppm/℃ 이내인 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  56. 삭제
  57. 삭제
  58. 제 42항에 있어서, 상기 장벽층은 0.10 mole ~ 0.90 mole BaO, 0.10 mole ~ 0.90 mole SrO 의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  59. 제 42항에 있어서, 상기 장벽층은 0.25 mole ~ 0.75 mole BaO, 0.25mole ~ 0.75 mole SrO 의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
  60. 제 42항에 있어서, 상기 장벽층은 0.75 mole BaO, 0.25 mole SrO 의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 구조물의 제조방법.
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