KR100611136B1 - 열 절연층을 가지며 고온 가스에 노출될 수 있는 제품 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 니켈, 코발트 또는 철을 기재로 하는 초합금으로 이루어진 금속 베이스 바디(1)를 포함하는, 고온 가스 덕트(터빈 버킷, 열차폐물 등)용 부품에 관한 것이다. 접착제층(2)은 또한 알루미늄산화물 형성제/크롬산화물 형성제로서도 작용한다. 열 절연층(4)은 피로클로르 또는 페로프스카이트 구조를 갖는 삼원계 산화물 또는 유사-삼원계 산화물로 구성된다. 상기 산화물은 어떠한 상 안정화제 없이도 실온과 용융 온도 사이에서 위상 안정적이다. 본 발명은 또한 상기 부품을 제조하기 위한 대기 플라즈마 주입 방법 또는 전자-빔-PVD 방법에 관한 것이다.

Description

열 절연층을 가지며 고온 가스에 노출될 수 있는 제품 및 그 제조 방법 {HOT-GAS EXPOSABLE PRODUCT FITTED WITH A HEAT-INSULATING LAYER AND A METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 세라믹 코팅 제품에 관한 것으로, 특히 산업 가스 터빈내의 고온 가스 덕트에서 사용하기 위한 세라믹 코팅 부품에 관한 것이다. 본 발명은 또한 열 절연층(thermal barrier layer)을 갖는 제품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
상기 방식의 제품은 니켈, 코발트 또는 철을 기재로 하는 금속 합금의 베이스 바디를 포함한다. 이와 같은 제품은 무엇보다도 가스 터빈의 부품으로서, 특히 가스 터빈 버킷 또는 열차폐물로서 사용된다. 이 부품들은 공격적인 연소 가스의 고온 가스 흐름에 노출된다. 그렇게 때문에 상기 부품들은 높은 열적 부하를 견딜 수 있어야 한다. 또한 상기 부품들은 산화 및 부식에 강할 필요가 있다. 무엇보다 예컨대 가스 터빈 버킷과 같은 가동 부품에서 뿐 아니라 정적인 부품에서도 또한 기계적인 요구사항들이 제기될 수 있다. 고온 가스에 노출 가능한 부품들이 내부에 사용되는 가스 터빈의 성능 및 효율은 작동 온도가 증가함에 따라 상승된다. 높은 효율 및 높은 성능에 도달하기 위해서, 특히 높은 온도에 노출되는 가스 터빈 부품은 세라믹 재료로 코팅된다. 상기 재료는 고온 가스 흐름과 금속 기판 사이에서 열 절연층으로서 작용한다.
코딩에 의해서 금속 베이스 바디는 공격적인 고온 가스 흐름으로부터 보호된다. 최근의 부품들은 각각 고유의 과제를 수행하는 적어도 다수의 코팅을 포함한다. 그에 따라 다중층 시스템이 제공된다.
가스 터빈의 성능 및 효율이 작동 온도가 증가함에 따라 상승되기 때문에, 코팅 시스템을 개선하여 가스 터빈의 성능을 더 높이고자 하는 노력이 여러차례 시도되었다.
이러한 개선의 관점에서, 첫번째 시도는 접착층의 최적화이다. US-PS 4,321,310호에서는 낮은 표면 조도를 갖는 MCrAlY-접착층의 실시예를 개시한다. 그 다음에 상기 층 위에 알루미늄 산화물로 이루어진 층이 형성된다. 상기 층에 의해서 열 절연층의 접착이 현저하게 개선된다.
US-PS 4,880,614호에서는, MCrAlY로 이루어진 접착층과 금속 베이스 바디 사이에 고순도의 알루미늄층을 제공하는 것을 개시한다. 이 알루미늄은 접착층 상에 조밀한 Al2O3-층을 형성하도록 사용된다. 이러한 조치에 의해서 코팅된 부품의 수명이 연장된다.
US-PS 5,238,752호에서는 니켈알루미나이드 또는 백금알루미나이드로 이루어진 접착층이 제안된다. 상기 접착층 상에는 알루미늄산화물로 이루어진 층이 형성된다. 이 층 위에 열 절연층이 제공된다.
US-PS 5,262,245호에는, 알루미늄산화물층이 베이스 바디의 재료로 이루어진 산화층으로서 형성되는 것이 기술되어 있다. 이를 위해서 베이스 바디는 니켈을 기재로 하는 합금을 포함하는데, 이 합금은 강하게 산화물을 형성하는 합금 성분을 함유한다.
US-PS 4,676,994호에서는, 베이스 바디상에 알루미늄산화물을 형성하는 층의 실시예가 개시된다. 상기 층의 표면에는 알루미늄산화물이 형성된다. 그 위에 조밀한 세라믹 층이 증착된다. 이 세라믹층은 화학량론적으로 미달되는 조밀한 세라믹 재료로 이루어진다. 상기 층은 산화물, 질화물, 탄화물, 붕화물, 규화물 또는 다른 굴절성 세라믹 재료일 수 있다. 이 세라믹층상에 열 절연층이 제공된다.
전술한 US-특허 공보들의 주된 내용은, 열 절연층이 칼럼 형태의 미세 구조물을 포함한다는 것이다. 이 경우 칼럼 형태 미세 구조물의 미세 결정 칼럼은 베이스 바디의 표면에 대해 수직으로 연장한다. 세라믹 재료로서 안정화된 지르콘산화물이 제안된다. 안정화제로서는 칼슘산화물, 마그네슘산화물, 세륨산화물 및 특히 이트륨산화물이 고려된다. 안정화제는, 입방체로부터 4각형으로 그리고 그 다음에 단사 결정 구조로의 상전이를 방지하기 위해서 필요하다. 실제로 4각형의 상은 약 90%까지 안정화된다.
US-PS 4,321,311호에 따르면, 베이스 바디 및 열 절연층이 상이한 열팽창 계수를 가짐으로써 온도 변동시 열 절연층내에서 형성되는 응력을 감소시키기 위해서 열 절연층내에 부피가 있는 결함이 제공된다. 열 절연층은 칼럼 형태의 구조를 가지며, 이러한 구조물은 이트륨산화물로 안정화된 지르코늄산화물로 이루어진 코팅의 개별 칼럼 사이에 틈을 갖는다.
온도 변동시의 응력 문제를 해결하기 위한 다른 제안은 US-PS 5,236,787호에 기술되어 있다. 상기 간행물에 따르면, 베이스 바디와 열 절연층 사이에는 금속-세라믹-혼합물로 구성된 중간층이 삽입된다. 이 경우 상기 중간층의 금속 부분은 베이스 바디 방향으로 증가하고 열 절연층 방향으로 감소된다. 반대로 세라믹 부분은 베이스 바디의 근처에서는 낮고 열 절연층 근처에서는 높다. 열 절연층으로서는 세륨산화물 부분을 갖는, 이트륨산화물로 안정화된 지르콘산화물이 제안된다. 열 절연층은 플라즈마 용사(spraying)에 의해서 또는 PVD-프로세스에 의해서 베이스 바디상에 증착된다. 이트륨산화물-안정화제가 차지하는 량은 8 내지 20 중량-%이다.
US-PS 4,764,341호에는 얇은 금속층을 세라믹상에 결합하는 것이 기술되어 있다. 금속층으로서는 니켈, 코발트, 구리, 및 상기 금속들의 합금이 사용된다. 금속층을 세라믹 기판에 결합하기 위해서 세라믹 기판상에는 알루미늄산화물, 크롬산화물, 티탄산화물 또는 지르콘산화물과 같은 중간 산화물이 제공되는데, 이 중간 산화물은 충분히 높은 온도에서 산화에 의해 금속 코팅으로부터 성분이 결합됨으로써 삼원계 산화물(ternary oxide)을 형성한다.
본 발명의 목적은, 열 절연층을 포함하며 고온 가스에 노출될 수 있는 제품을 제공하는 것이다. 추가의 목적은, 열 절연층을 갖는 제품을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 지금까지의 열 절연층-재료가 주로 유사 이원계 세라믹(pesudobinary ceramic)이라는 인식으로부터 출발한다. 상기와 같은 세라믹 재료는 AB2 또는 A2B3의 일반적인 구조식으로 기술될 수 있는 것이다. 이 경우에는 지르콘산화물을 기재로 하는 재료가 가장 바람직한 것으로 나타났다. 그러나 지르콘산화물은 이미 900℃ 부터 노화 현상을 보인다. 이러한 노화 현상은 지르콘산화물-열 절연층이 소결됨으로써 야기된다. 상기 현상에 의해서 열 절연층내에 공극 및 부피가 있는 결함의 형성이 감소된다. 그에 따라, 열 절연층-재료 및 베이스 바디-재료의 상이한 열팽창 계수로 인해 야기되는 응력은 점점 더 나쁘게 감소될 수 있다. 상기 소결 과정은 재료의 오염에 의해서 강화된다. 소결 과정은 고온 가스 성분과 열 절연층의 상호 작용, 베이스 바디 재료 및 접착층 재료와 열 절연층의 상호 작용에 의해서 추가로 강화된다. 특히 안정화제로 사용되는 이트륨산화물이 상기 노화를 촉진한다. 예를 들어 10,000 시간의 전 부하 작동시에 가스 터빈은 긴 수명을 갖는 것이 바람직하기 때문에, 지르콘산화물로 만들어진 열절연층을 갖는 부품의 허용가능한 표면 온도는 1,250℃로 제한된다. 이와 같은 최대 허용 표면 온도에 의해서 가스 터빈의 성능 및 효율이 결정되고 제한된다.
본 발명에 따른 제품은 삼원계(ternary) 또는 유사 삼원계(pseudoternary) 산화물을 함유하는 세라믹 열 절연층을 포함한다. 상기 산화물은 바람직하게 피로클로르-구조 또는 페로프스카이트-구조를 갖는다. 열 절연층의 재료는 바람직하게 실온으로부터 용융 온도에 이르기까지 상전이되지 않는다. 따라서 안정화제의 첨가는 필요치 않다. 용융 온도는 각각의 화학적 결합에 의존한다. 바람직한 용융 온도는 2,150℃ 이상이다.
바람직하게 베이스 바디와 열 절연층 사이에는 결합 산화물(bonding oxide)을 갖는 결합층이 배치된다. 이 층은 예를 들어 산소를 공급함으로써 형성될 수 있는데, 이 때 결합층이 열 절연층과 베이스 바디 사이에 배치된 접착제층의 산화에 의해서 형성되는 것이 바람직하다. 접착제층의 산화는 열 절연층을 제공하기 전에 미리 이루어지거나 혹은 산소 함유 대기 내에서 상기 제품을 사용하는 동안에도 이루어질 수 있다. 이 경우 접착제층은 특히 산화물을 형성하는 금속 원소를 포함한다. 이와 마찬가지로 결합층은 금속 베이스 바디의 합금의 산화에 의해서 직접 형성될 수도 있다. 이를 위해 베이스 바디의 합금은 상응하는 금속 원소를 함유한다. 결합 산화물은 바람직하게는 크롬산화물 및/또는 알루미늄산화물이다.
본 발명에 따른 제품은 바람직하게는, 예를 들어 가스 터빈 버킷, 가스 터빈의 연소 챔버의 열차폐 부품 또는 내연 기관의 부품과 같은 열 기계의 부품이다. 예를 들어 터빈 버킷 또는 열차폐물와 같은 가스 터빈의 부품들은 특히, 니켈, 크롬 또는 철을 기재로 하는 초합금으로 구성된 베이스 바디를 갖는다. 베이스 바디상에는 특히 MCrAlY-접착제층이 있다. 이 층은 산화 보호층으로서도 이용되는데, 그 이유는 공기 중에서 또는 실제로 산소를 함유하는 다른 모든 주변에서 (늦어도 상기 부품을 사용할 때) 알루미늄 및/또는 크롬의 일부분이 산화되기 때문이다. 이와 같은 접착제층 상에 열 절연층이 있다. 이 열 절연층은 삼원계 또는 유사 삼원계 산화물로 구성된다. 상기 층은 바람직하게는 피로클로르-구조 (pyrochlore structure) 또는 페로프스카이트-구조(perovskite structure)를 갖는다. 이 경우 삼원계 산화물이라는 것은 3가지의 상이한 화학적 원소의 원자로 이루어진 물질을 의미한다. 유사 삼원계 산화물이라는 것은 3가지 이상의 상이한 화학 원소의 원자를 포함하지만 상기 원자들이 다만 3가지 상이한 원소 그룹에만 속하는 물질이며, 이 경우 3가지 상이한 원소 그룹의 각각에서 상기 개별 원소의 원자들은 결정학적인 관점으로 볼 때 동일한 작용을 한다.
상기 세라믹 물질은 열 절연층에 대해 요구되는 낮은 열 전도성을 나타낸다. 이러한 열전도성은 특히 더 높은 온도에서 지르콘산화물의 열전도성과 비교될 수 있다. 열 절연층의 세라믹 물질은 또한 베이스 바디 재료의 열팽창 계수와 양립될 수 있는 열팽창 계수를 갖는다. 열팽창 계수는 약 9*10-6/K이다. 삼원계 산화물을 함유하는 열 절연층의 세라믹 물질은 바람직하게 실온과 용융 온도 사이에서 상이 안정적인 것이 바람직하다. 그에 따라 노화 현상을 촉진하는 안정화제가 필요없게 된다. 또한, MCrAlY 접착제층을 사용하여 열 절연층이 베이스 바디 상에 안정적으로 접착되는 것이 보장된다. 그밖에, 열 절연층의 세라믹 물질의 증발율이 매우 적다는 점이 강조되어야 한다. 예를 들면 란탄하프네이트의 증기 배출율은 1,600℃에서 1,000 시간당 0.4㎛이다.
열 절연층을 제공하기 위한 방법과 관련된 목적은 본 발명에 따라, 대기 플라즈마 용사에 의해서 또는 예컨대 EB-PVD(Electron Beam Physical Vapor Deposition)-방법과 같은 PVD-방법을 통해 삼원계 산화물, 특히 피로클로르-세라믹 및 페로프스카이트-세라믹을 갖는 코팅이 이루어지는 열 절연층을 제공하는 과정을 통해 달성된다. 상기 2가지 방법에서는 방법 파라미터를 적절하게 선택함으로써 원하는 다공성을 갖는 층이 형성될 수 있다. 칼럼 형태의 미세 구조물도 형성될 수 있다. 이 경우, 코팅을 위해 이용되는 출발 물질은 완성된 코팅 재료와 동일한 화학적 및 결정학적 성질을 반드시 가질 필요는 없다. 특히 란탄하프네이트의 경우에는, 코팅 과정의 출발 물질을 위해서 2개의 이원계 산화물로 구성된 분말 혼합물이 사용될 수 있다. 이 때 2가지 분말의 질량비는 나중에 코팅 과정에 의해서 형성되는, 부품상에 있는 열 절연층의 화학량론적인 조성과 일치한다. 예를 들어 란탄하프네이트로 구성된 열 절연층은, EB-PVD-프로세스에서 출발 물질로서 하프늄산화물 및 란탄산화물의 혼합물을 사용함으로써 형성될 수 있다. 이 경우 란탄산화물에 대한 하프늄 산화물의 몰비는 1.29이다.
열 절연층을 위한 삼원계 또는 유사 삼원계 산화물을 갖는, 특히 피로클로르-구조 또는 페로프스카이트-구조를 갖는 세라믹 물질이 실시예를 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.
도 1은 피로클로르 구조의 한 평면을 위에서 바라본 평면도이고,
도 2는 피로클로르 구조의 단위정의 부분도이며,
도 3은 페로프스카이트-구조의 단위정이고,
도 4는 페로프스카이트-구조의 단위정을 도 1에 비해서 1/2, 1/2, 1/2 만큼 변위시킨 것이며,
도 5는 터빈 버킷의 일부 단면의 횡단면이다.
피로클로르 구조를 갖는 삼원계 산화물을 형성하는 세라믹 물질로 이루어진 열 절연층에서 결정 구조는 단위정 당 88개의 원자를 갖는다. 상기 삼원계 산화물의 일반적인 화학 구조식은 A2B2O7이다. 이 경우 "A" 및 "B"는 금속 이온이다. "O"는 산소이다.
피로클로르-구조는 하기에서 기술된다 (도 1). 상대적으로 더 작은 B-양이온은 산소 원자와 정 8면체의 형태로 배위 결합된다. 상기 정 8면체는, 인접한 정 8면체와 하나의 산소 원자를 공유하는 3차원 네트워크를 형성한다. 이 경우 상대적으로 더 큰 A-양이온은 6각형의 링 안에 있는데, 이 링은 B-양이온의 배위 결합 정 8면체의 산소 원자에 의해 형성된다. 각각 A-양이온 위 및 아래에는 산소 원자가 링표면에 대해 수직으로 위치한다. 이 때 산소 원자의 결합 길이는 상기 링의 산소 원자에 대한 결합 길이 보다 약간 더 짧다. 그럼으로써 A-양이온은 6각형의 이중-피라미드 형태로 산소와 배위 결합된다. 피로클로르-구조의 다른 설명(도 2)에서 이 구조는 상기 양이온에 대한 2가지 타입의 배위 결합 다면체로 형성된다. 이 경우 상대적으로 더 작은 B-양이온은 6개의 등거리 산소 원자를 삼각형 안티페리즘(Antiperismen)의 형태로 배위 결합한다.
비교적 큰 A-양이온은 6개의 등거리 산소 원자에 의해 배위 결합되며 2개의 추가 산소 원자는 약간 더 짧은 결합 길이를 갖는다. 이 8개의 산소 원자는 A-양이온의 둘레에 비틀어진 입방체를 형성한다.
상기 구조를 설명하는 데 있어서의 어려움은 특히, - 어떤 화학적 원소가 A-양이온 및 B-양이온을 위해서 실제로 존재하는지에 따라 - 양이온과 산소 원자 사이의 결합 길이가 상이한 경우에는 배위 결합 다면체가 변형된다는 점에 있다. 그렇기 때문에, 분말 회절식 측정을 하더라도 상이한 원자의 상호 배위 결합에 대한 확실한 결과가 나타나지 않을 수도 있다. 그런 경우에는, 분말 회절식 측정으로부터 얻어지는 2θ-값을 사용함으로써 그것을 특정할 필요가 있으며, 이것은 상기 피로클로르 구조를 특정하기 위해 충분하다. 하기 표에서는 피로클로르에 대해 특성을 나타내는 강도의 2θ-값 및 관련 hkl-값이 나타난다.
2θ hkl
29.2 111
33.2 200
47.8 220
56.7 311
59.4 222
69.8 400
77.2 331
79.6 420
89.0 511/311
검사 분말의 오염으로 인해 제 1소수위의 범위에서는 2θ-값과 약간의 편차가 나타날 수 있다. 분말 회절식 측정시에는 시스템적인 에러도 나타날 수 있다. 이러한 에러는 기본적으로 2가지 방식으로 상기 측정된 2θ-값에 영향을 미칠 수 있다: 한편으로는 측정된 2θ-값이 전체적으로 더 큰 또는 더 작은 2θ-값으로 변위될 수 있다. 그러나 이 경우에도 인접한 2개의 2θ-값 사이의 간격은 동일하다. 다른 한편으로는, 강도가 전체적으로 2θ값 이상으로 늘어진 상태로 나타날 수 있다. 그럼에도 불구하고, 측정된 샘플에서 인접한 2θ-값의 간격 비율은 제시된 표의 인접한 2θ-값의 상응하는 간격 비율과 동일하다.
일반적인 화학 구조식에서 A-양이온 및 B-양이온은 희토류 금속 및 알류미늄(일반적으로: A3+-양이온) 그리고 하프늄, 지르콘 및 세륨(일반적으로: B4+-양이온)인 것이 바람직하다.
열 절연층에 삼원계 산화물, 특히 피로클로르 구조를 갖는 삼원계 산화물을 제공하기 위해서는 하기의 물질이 특히 적합하다: 란탄하프네이트(La2Hf2O7), 란탄지르코네이트(La2Zr2O7), 알루미늄하프네이트(Al2Hf2O7), 세륨하프네이트(Ce2Hf2O7), 세륨지르코네이트(Ce2Zr2O7), 알루미늄세레이트(Al2Ce2O7) 및 란탄세레이트(La2Ce2O7) - 피로클로르 구조를 갖는 적합한 코팅 재료내에는 또한 유사 삼원계 산화물도 포함될 수 있다. 이 산화물은 예를 들어 구조식 La2(HfZr)O7 또는 (CeLa)Hf2O7을 가질 수 있다. 또한 예컨대 La2(Hf1.5Zr0.5)O7과 같은 비완전수 지수를 갖는 화합물도 고려된다. A-양이온 뿐만 아니라 B-양이온이 동시에 다수의 원소를 가지는 것도 가능하다.
상기 화합물은 이 화합물을 구성하는 원소에 비해서 다수 Mol-%의 용해도 범위를 나타내는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써, 조성이 화학량론적 수치를 약간 초과하거나 미달하는 경우에도 침전물의 형성이 피해진다. 상기 화합물은 또한 추가로 넓은 온도 범위 위에서도 상이 안정한 것을 특징으로 한다. 이것은, 피로클로르 구조가 고온 가스 덕트의 작동과 관련한 온도 범위에서 유지된다는 것을 의미한다. 따라서 La2Hf2O2 및 La2Zr2O7는 1,500℃를 지날 때까지 그 결정 구조가 변하지 않는다. 그에 따라 안정화제의 첨가도 필요없게 된다. 그 결과, 재료의 노화를 증대시키는 안정화제의 작용이 배제된다. 따라서 허용되는 작동 온도는 더 높은 값으로 상승된다.
페로프스카이트-구조를 갖는 코팅 재료는 일반적인 화학 구조식 ABO3를 갖는다. 페로프스카이트-구조를 갖는 화합물은, A-양이온이 B-양이온에 비해서 상대적으로 더 작다는 점에서 마찬가지로 일반적인 화학식 ABO3를 갖는 일메나이트 구조를 갖는 화합물과 상이하다. 페로프스카이트-구조는 결정학적으로 충분히 신뢰할만한 것으로 서술된다. 상기 구조는 피로클로르 구조보다 훨씬 더 작다. 페로프스카이트-구조는 단위정 내에 4개의 원자를 갖는다. 페로프스카이트-구조의 단위정은 도 3에서 재현된다. 도 4는 도 3의 단위정에 비해서 1/2, 1/2, 1/2 만큼 변위된 페로프스카이트-구조의 단위정을 보여준다. 더 작은 A-양이온은 속이 찬 원으로, 더 큰 B-양이온은 해칭된 원으로 그리고 산소 음이온은 속이 빈 원으로 도시되었다. 도 3 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 페로프스카이트 구조는 입방 구조이다. 상기 구조내에서 더 큰 B-이온은 원소 입방체의 코너를 차지하고, 더 작은 A-이온은 중앙을 차지하며, O-이온은 표면의 중심을 차지한다 (도 4). 이 구조는, 더 큰 B-이온 및 O-이온이 함께 입방적으로 가장 조밀한 구 충전을 형성하는 구조로도 기술될 수 있는데, 상기 충전시에 정 8면체 틈의 1/4은 A-이온으로 채워진다. B-이온은 각각 12개의 O-이온에 의해 입방-정 8면체의 형태로 배위 결합되고, O-이온에는 각각 4개의 B-이온 및 2개의 A-이온이 인접한다.
열 절연층 재료로서는 특히 하기의 화합물이 사용된다: 이테르븀지르코네이트(YbZrO3), 이테르븀하프네이트(YbHfO3), 칼슘지르코네이트(CaZrO3) 및 칼슘하프네이트(CaHfO3). 본 경우에 특히 바람직한 것은 이테르븀지르코네이트 및 이테르븀하프네이트이다.
페로프스카이트-구조를 갖는 열 절연층 재료에서도, A-그룹 또는 B-그룹의 모든 양이온이 동일한 원소에 속할 필요는 없다. 따라서 본 경우에도 유사 삼원계 산화물의 결합은 예를 들어 구조식 Yb(Zr0.5Hf0.5)O3 등으로 가능하다.
용융 온도에 이르기까지가 아니라면, 피로클로르 구조를 갖는 코팅 재료와 마찬가지로, 페로프스카이트 구조를 갖는 재료도 또한 실온에서부터 높은 온도값까지 상전이가 나타나지 않는다. 이러한 이유에서 상기 페로프스카이트 구조를 갖는 재료는 피로클로르 구조를 갖는 코팅 재료와 마찬가지로 바람직하다.
도 5에는, 자세하게 도시되지 않은 가스 터빈 버킷 또는 가스 터빈의 연소 챔버의 열차폐 부재의 일부 단면이 도시되어 있다. 특히 니켈, 코발트 또는 철을 기재로 하는 초합금으로 구성된 베이스 바디(1)상에 접착제층(2)이 제공된다. 이 접착제층(2)은 금속-크롬-알루미늄-이트륨-(MCrAlY)-합금으로 구성된다. 접착제층(2)은 열 절연층(4)과 베이스 바디(1) 사이의 접착을 보장하기 위해서 이용된다. 접착제층내에 함유된 알루미늄 및/또는 크롬은 알루미늄산화물 형성제/크롬산화물 형성제로서 이용된다. 알루미늄산화물 또는 크롬산화물로 이루어진 결합층(3), 특히 산소 배리어로서 베이스 바디(1)를 산화로부터 보호하는 조밀한 능동층이 형성된다. 열 절연층(4)은 바람직하게 대기 플라즈마 용사에 의해서 또는 예를 들어 EB-PVO-방법과 같은 PVD-방법에 의해서 베이스 바디(1)상에 제공된다. 대기 플라즈마 용사가 적층 방법으로서 사용되면, 방법 파라미터는 열 절연층(4)내에 원하는 다공성이 설정되도록 선택될 수 있다. EB-PVO-방법에 의해서는 열 절연층(4) 내에 칼럼 형태 구조가 형성될 수 있다. 이 경우 미소 결정 칼럼은 베이스 바디(1)의 표면에 대해 수직으로 연장한다. 열 절연층(4)은 예를 들어 란탄하프네이트로 구성된다. 열 절연층(4)은 비교적 느슨한 미세 구조를 갖는다. 열 절연층은 공극 또는 부피가 있는 다른 결함을 포함하고 있다. 상기 열 절연층은 칼럼 형태의 미세 구조로서도 또한 비교적 느슨한 구조를 특징으로 한다. 이와 같은 느슨한 구조는 고온 가스 흐름시에 소정의 부식 감도를 갖는다. 상기 부식 현상으로부터 보호하기 위한 조치로서, 열 절연층(4)의 표면은 도면에 도시된 바와 같이 조밀하고 콤팩트한 보호층(5)을 형성하도록 용융될 수 있다. 보호층(5)은 예를 들어 레이저 재용융에 의해 형성될 수 있다.
열 절연층(4)을 직접 베이스 바디(1)상에 제공하는 것도 또한 가능하다. 이 경우에 이미 베이스 바디(1)의 합금은 예컨대 크롬산화물 및/또는 알루미늄산화물과 같은 결합 산화물을 형성하기에 적합하도록 형성된다. 그러면 이 결합 산화물이 결합층(3)을 형성하게 된다.

Claims (15)

  1. 고온 가스에 노출될 수 있으며, 삼원계 또는 유사 삼원계 산화물을 함유하는 세라믹 열 절연층(4)이 결합되는 금속 베이스 바디(1)를 포함하는 제품에 있어서,
    상기 산화물이 구조식 A2B2O7의 피로클로르-결정 구조를 갖고, 여기서, A는 란탄, 알루미늄, 세륨 또는 그 혼합물이고, B는 하프늄, 지르코늄, 세륨 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 제품.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 산화물이 란탄하프네이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 제품.
  5. 고온 가스에 노출될 수 있으며, 삼원계 또는 유사 삼원계 산화물을 함유하는 세라믹 열 절연층(4)이 결합되는 금속 베이스 바디(1)를 포함하는 제품에 있어서,
    상기 산화물이 구조식 ABO3의 페로프스카이트-결정 구조를 가지며, 이 때 A는 이테븀이거나, 칼슘이며 B는 하프늄인 것을 특징으로 하는 제품.
  6. 제 1항, 제4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 바디(1)와 상기 열 절연층(4) 사이에 결합 산화물을 포함하는 결합층(3)이 형성되는 것을 특징으로 하는 제품.
  7. 제 1항, 제4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합 산화물을 형성하는 접착제층(2)을 상기 베이스 바디(1)와 상기 열 절연층(4) 사이에 포함하는 것을 특징으로 하는 제품.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 결합 산화물이 알루미늄산화물, 크롬산화물 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제품.
  9. 제 1항, 제4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화물이 실온과 1,250℃를 초과하는 최대 허용 사용 온도 사이에서는 상전이되지 않는 것을 특징으로 하는 제품.
  10. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 산화물이 2,150℃ 보다 높은 온도에서 용융 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 제품.
  11. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 열 절연층(4)이 공극 또는 부피가 있는 다른 결함을 갖는 것을 특징으로 하는 제품.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 열 절연층(4)이 칼럼 형태의 미세 구조물을 가지며, 미세 결정의 축방향은 베이스 바디(1)의 표면상에서 수직으로 향하는 것을 특징으로 하는 제품.
  13. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제품이 연소 기계, 특히 가스 터빈의 고온 가스 부하를 받는 부품인 것을 특징으로 하는 제품.
  14. 금속 베이스 바디(1)를 가지며 고온 가스 부하를 받는 제품을 제조하기 위한 방법으로서, 구조식 A2B2O7의 피로클로르-결정 구조를 갖는 삼원계 또는 유사 삼원계 산화물을 함유하는 세라믹 열 절연층(4)을 플라즈마 주입에 의해서 또는 PVD-방법, 특히 전자-빔-PVD-방법에 의해서 베이스 바디(1)상에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 7항에 있어서,
    상기 결합 산화물이 알루미늄산화물, 크롬산화물 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제품.
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