KR101543751B1 - Ｂｓａｓ 분말 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 총 100%에 대한 산화물의 중량 백분율로 아래의 화학적 조성을 갖는 융합 입자를 수량으로 적어도 95% 포함하고: 0 ≤ BaO ≤ 40.8%; 0 ≤ SrO ≤ 31.8%; 27.2% ≤ Al2O3 ≤ 31.3%; 32% ≤ SiO2 ≤ 36.9%; 기타 물질 ≤ 1%; 산화물 BaO 및 SrO 중 적어도 하나의 양은 0.3%를 초과하고, 입자의 크기는 5㎛ 내지 150㎛의 범위인 분말에 관한 것이다.

Description

ＢＳＡＳ 분말 {BSAS POWDER}
탄화규소(SiC)계 복합 물질, 특히 SiC-SiC 복합체는 가스 터빈, 열교환기, 내연기관 등과 같은 적용에서 특히 유용한 고온 기계적 특성을 갖는다.
그러나, 특히 미국 특허 US-A-6,254,935에 기술된 바와 같이, 수성 환경에서, 즉 물 및/또는 수증기의 존재 하에서, 탄화규소계 복합체는 열화하는 경향이 있다. 이러한 복합체를 보호하기 위하여, 종래 기술에서는 환경적 장벽 코팅(environmental barrier coating)이, 특히 일련의 바륨-스트론튬 알루미노실리케이트(BSAS)층 형태로 적용된다. 유리하게도, BSAS 환경적 장벽 코팅은 복합체가 수성 산화 환경, 특히 수증기의 존재 하에서 고온에서 너무 급속하게 열화하는 것을 방지한다.
환경적 장벽 코팅 성분으로 BSAS의 사용은, 예를 들면, 미국 특허 공개 US 2005/238888, 미국 특허 US-A-6,787,195, 미국 특허 US-A-7,226,668, 또는 논문 "Residual stresses and their effects on the durability of environmental barrier coating for SiC ceramics"(Kang N. Lee외, J. Am. Ceram. Soc, 88 [12] 3483-3488 (2005)), 또는 논문 "Upper temperature limit of environmental barrier coating based on Mullite and BSAS"(Kang N. Lee외, J. Am. Ceram. Soc, 86 [8] 1299-1306 (2003))에 기술되어 있다.
환경적 장벽 코팅은 다양한 기술을 이용하여 제조될 수 있는데, 특히 졸-겔 용액 또는 슬립(slip)을 시작 물질로 하여 플라즈마 분무 또는 함침(impregnation)한 다음 열처리함으로써 제조될 수 있다. 사용된 분말은 BSAS의 서로 다른 염기성 산화물 또는 이들 산화물의 전구체의 혼합물이거나, 예를 들면, 그러한 분말의 혼합물을 소결함으로써 형성된 BSAS 분말 입자일 수 있다. 미국 특허 US-A-6,254,935에 기술된 바와 같이, 플라즈마 분무시, 시작 물질은 매우 급속하게 냉각되어 미세한 비말(droplets)의 형태로 기판에 분무되어 엽편상(lamellar) 구조를 갖는 환경적 장벽 코팅을 형성하며, 엽편상 구조는 90 부피% 초과가 비정질이다.
더욱 효과적인 BSAS계 환경적 장벽 코팅 및 그러한 환경적 장벽 코팅의 제조 방법에 대한 필요성이 제기되고 있다.
본 발명의 목적은 이러한 필요성을 만족시키는데 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 융합된 및 바람직하게는 주조된 입자를 수량으로 적어도 95%, 바람직하게는 적어도 99%, 더욱 바람직하게는 실질적으로 100% 포함하는 분말에 의해 성취되며, 상기 입자는 총 100%에 대한 산화물의 중량 백분율로 "본 발명에 따른 조성"이라고 칭해지는 아래의 화학적 조성을 갖는다:
· 0 ≤ BaO ≤ 40.8%, 바람직하게는 4.6% ≤ BaO ≤ 37.2%, 바람직하게는 25.9% ≤ BaO ≤ 35.4%, 바람직하게는 29.8% ≤ BaO ≤ 33.6%, 더욱 바람직하게는 BaO의 조성은 31.7%와 실질적으로 동일하고;
· 0 ≤ SrO ≤ 31.8%, 바람직하게는 2.8% ≤ SrO ≤ 28.2%, 바람직하게는 4.2% ≤ SrO ≤ 11.7%, 바람직하게는 5.7% ≤ SrO ≤ 8.6%, 더욱 바람직하게는 SrO의 조성은 7.1%와 실질적으로 동일하고;
· 27.2% ≤ Al2O3 ≤ 31.3%, 바람직하게는 27.5% ≤ Al2O3 ≤ 30.8%, 바람직하게는 27.7% ≤ Al2O3 ≤ 28.7%, 바람직하게는 27.9% ≤ Al2O3 ≤ 28.3%, 더욱 바람직하게는 Al2O3의 조성은 28.1%와 실질적으로 동일하고;
· 32% ≤ SiO2 ≤ 36.9%, 바람직하게는 32.4% ≤ SiO2 ≤ 36.3%, 바람직하게는 32.1% ≤ SiO2 ≤ 33.8%, 바람직하게는 32.9% ≤ SiO2 ≤ 33.3%, 더욱 바람직하게는 SiO2의 조성은 33.1%와 실질적으로 동일하고;
·기타 물질(species) ≤ 1%, 바람직하게는 ≤ 0.7%, 더욱 바람직하게는 ≤ 0.5%이고;
산화물 BaO 및 SrO의 적어도 하나의 양, 또는 이들 산화물 각각의 양은 0.3%를 초과하며, (본 발명에 따른 조성을 갖는) 상기 입자의 크기는 5㎛ 내지 150㎛ 사이에 포함된다.
이 분말을 제조하는데 필요한 시작 물질을 용융함으로써, 종래 기술에 사용된 소결 입자 내의 상기 산화물의 분포보다 상기 입자 내에서 다양한 산화물의 분포가 더 균질해진다. 또한, 이것은 분말 입자 사이에 다양한 산화물의 분포가 더 균질함을 의미한다.
또한, 용융액이 수 초, 바람직하게는 적어도 10초, 바람직하게는 적어도 1분 동안 그 형태가 유지될 때, 이러한 용융의 효과가 개선된다.
이 이론에 국한되지 않길 바라며, 본 발명자들은 분말 및 분말의 입자의 이렇게 높은 균질성이 특히, 수성 환경에서 환경적 장벽 코팅의 수명을 향상시키는 것을 고찰한다.
상기 균질성(homogeneity)은 퇴적물(deposit)의 화학적 균일성을 개선할 수 있다. 따라서, 종래 기술에 따른 분말로 얻은 장벽의 경우보다 열팽창 균질성이 더 크다. 이것은 형성된 BSAS층에서 마이크로-크랙의 갯수를 감소시켜 기판을 공격 요소, 특히 수증기로부터 더 잘 보호한다. 또한, 본 발명의 분말로부터 얻은 장벽의 더 양호한 화학적 균질성은 유리하게도 더 양호한 신뢰 수명 모델의 구축을 가능하게 한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 조성을 갖는 입자는 본 발명의 분말의 97 중량% 초과, 바람직하게는 99 중량% 초과, 더욱 바람직하게는 99.9 중량% 초과, 바람직하게는 100 중량%이다.
또한, 본 발명의 분말은 아래의 선택적인 특성들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다:
· 분말의 중간 크기 D50는 20㎛ 초과 및/또는 40㎛ 미만이고; 약 30㎛의 중간 크기가 매우 적합하며;
· 입자 크기는 5㎛ 초과, 또는 10㎛ 초과, 또는 45㎛ 초과 및/또는 140㎛ 미만, 또는 125㎛ 미만 또는 75㎛ 미만이고;
· 변형예에서, 입자 크기는 10㎛ 초과 및/또는 45㎛ 미만이며, 중간 크기 D50는 바람직하게 10㎛ 내지 15㎛ 범위이고;
· 입자는 적어도 부분적으로, 특히 셀시안(celsian) 및 헥사셀시안 상(phase)으로 결정화된다. 특히, 본 발명의 분말은 입자를 수량으로 90% 초과, 바람직하게는 95% 초과, 더욱 바람직하게는 99% 초과하여 포함하거나, 셀시안 및 헥사셀시안 상 전체가 상기 입자의 10 부피% 초과, 또는 15 부피% 초과, 또는 20 부피% 초과인 입자로 구성될 수 있으며;
· 입자의 몰조성은 아래와 같다:
(BaO)1-x·(SrO)x·Al2O3 ·SiO2 (1)
여기서, 0 ≤ x ≤ 1, 바람직하게는 0.1 ≤ x ≤ 0.9, 바람직하게는 0.15 ≤ x ≤ 0.4, 더욱 바람직하게는 0.2 ≤ x ≤ 0.3이고;
· 하나의 실시예에 있어서, 분말은 1 중량% 미만의 멀라이트(mullite), 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 멀라이트를 함유하거나, 심지어 멀라이트를 함유하지 않는다.
또한, 본 발명은:
a) BSAS 전구체를 바람직하게는 적어도 부분적으로 고체의 형태로, 바람직하게는 모두 고체의 형태로 포함하는 시작 장입물(charge)을 준비하는 단계;
b) 시작 장입물을 용융하여 용융액조(molten liquid bath)를 형성하는 단계;
c) 선택적으로 용융액조를 주조한 다음, 용융액을 응고시키는 단계; 및
d) 선택적으로, 특히 밀링(milling)에 의한 분말화(granulometric reduction), 및/또는 입자 선택, 및/또는 탈철(de-ironing), 및/또는 미립화(atomization), 및/또는 응집 이후 열처리에 의해 치밀화하는 단계를 포함하는 방법을 제공하며,
이 방법의 매개변수, 특히 시작 장입물의 매개변수, 및 특히 시작 장입물에 대한 전구체의 특성 및 양(quantity)은 c) 또는 d)단계의 말기에 본 발명에 따른 분말을 수득하도록 결정된다.
유리하게, 상기 방법은 소결 방법보다 더 생산적인 방식으로 BSAS의 입자를 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 유리하게 입자는 높은 화학적 균질성을 갖는다. 즉, 분말의 입자는 모두 실질적으로 동일한 화학적 조성을 갖는다.
이러한 방법에 의해 얻은 분말은 매우 순수하고, 특히 멀라이트를 함유하지 않는다. 유리하게, 이 순도는 수증기의 부식 속도를 감소시킬 수 있다.
b)단계에서, 용융은 특히, 플라즈마 토치, 플라즈마로(plasma furnace), 유도로(induction furnace) 또는 바람직하게는 아크로(arc furnace)를 이용하여 실행될 수 있다. 바람직하게, 용융 유지 시간은 10초 초과, 바람직하게는 1분 초과이며, 플라즈마 토치의 사용을 배제한다.
또한, 본 발명은 특히, 가스 터빈, 열교환기 또는 내연기관의 벽을 보호하기 위한 환경적 장벽 코팅의 제조 방법을 제공하며, 환경적 장벽 코팅은 본 발명에 따른 분말을 포함하는 시작 혼합물로부터 얻은 물질을 화염 분무(flame spraying) 또는 플라즈마 분무함으로써 제조된다.
시작 혼합물은 본 발명에 따른 입자만을 함유할 수 있지만, 변형예에서는 다른 입자, 특히 멀라이트의 입자가 첨가될 수 있다. 상기 다른 입자는 특히, 기판과 BSAS 환경적 장벽 코팅 사이의 열팽창계수의 일치를 촉진시킬 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 본 발명의 입자로부터 얻은 환경적 장벽 코팅을 포함하는 가스 터빈, 열교환기 및 내연기관을 제공한다.
아래의 설명에서 더욱 상세히 알 수 있는 바와 같이, 유리하게 상기 환경적 장벽 코팅은 매우 높은 화학적 균질성을 나타내고, 특히 내구성을 갖는다.
기타 특성 및 장점들은 아래의 설명과 첨부된 도면으로부터 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 비교예의 분말(기준"2") 및 본 발명에 따른 분말(기준"1")에 대해 얻은 X선 회절도로, 가로 좌표는 고려된 각도 범위(angular range) 2θ를 나타내고, "B"로 표시된 회절 피크는 BSAS에 대한 회절 피크이며, "M"으로 표시된 회절 피크는 멀라이트에 대한 회절 피크이다;
도 2 및 도 3은 본 발명의 분말 및 종래 기술에 따른 분말 각각의 맵을 보여준다. 4개의 맵 사진들은 각각 바륨, 스트론튬, 규소, 및 알루미늄 성분들의 분포를 보여준다.
"정의"
· "백분위수" 10(D10), 50(D50) 및 90(D90)는 분말 입자 크기에 대한 누적 입도 분포 곡선 상에서 10%, 50% 및 90% 각각의 수량 백분율에 해당하는 입자 크기이며, 입자 크기는 오름차순으로 분류된다. 예를 들면, 분말의 입자의 10 부피%는 D10 미만의 크기를 갖고, 입자의 90 부피%는 D10를 초과하는 크기를 갖는다. 백분위수는 레이저 입도계를 이용하여 형성되는 입도 분포를 사용하여 결정될 수 있다. D50는 입자들의 집합의 "중간 크기", 즉 이러한 집합의 입자들을 동일한 부피의 제1 및 제2 개체군으로 나누는 크기에 해당하며, 상기 제1 및 제2 개체군은 각각 중간 크기보다 더 크거나 더 작은 입자만을 포함한다.
· "입자 크기"라는 용어는 이러한 입자의 이미지에서 측정된 가장 큰 디멘션(dimension)을 의미한다. 분말의 입자 크기의 측정은 접착 펠트(felt) 위에 펼친 다음, 이 분말의 이미지로부터 이루어진다.
· BSAS "전구체"라는 용어는 제조시 구성성분들의 적어도 하나가 본 발명의 입자의 BSAS에 통합될 수 있는 성분을 의미한다. 전구체의 예는 종래 기술에 사용된 소결 BSAS 입자 분말, 및 알루미나, 실리카, BaO, BaCO3, SrO 및 SrCO3의 분말이다.
· "불순물"이라는 용어는 시작 물질과 함께 반드시 유입되거나 성분들 간의 반응으로부터 생성되는 불가피한 성분을 의미한다. 불순물은 필수 성분이 아니지만 단지 묵인된다. 본 발명에 따른 조성을 갖는 입자의 100%까지의 보충물을 구성하는 "기타 물질"은 불순물을 포함하고, 바람직하게는 불순물로 구성된다.
· "융합(fused) 생성물"이라는 용어는 냉각에 의해 용융액조의 응고로 얻은 생성물을 의미한다.
· "주조(cast) 생성물"이라는 용어는 용융액조가 준비된 다음, 예를 들면, 몰드(mold)로 주조하고 냉각시키는 방법에 의해 얻은 생성물을 의미한다. 액체로 주조될 수도 있고 용융액의 흐름을 생성하는데 사용될 수도 있다. 그 후, 예를 들면, 이 흐름에 가스로 블로잉하여 비말을 형성할 수 있다.
· "용융액조"는 그 형태를 유지하기 위해 용기 내에 포함되어야 하는 매스(mass)이다. 용융액 매스는 약간의 고체 입자를 함유할 수 있지만, 그 양은 상기 매스에 구조를 제공할 정도로 충분하지 않다.
· 본 발명의 입자의 바람직한 몰조성을 나타내는 식(1)에서, 0 ≤ x ≤ 1이다. x가 0일 때, 본 발명의 입자는 스트론튬 알루미노실리케이트(SAS)로 구성된다. x가 1일 때, 본 발명의 입자는 바륨 알루미노실리케이트(BAS)로 구성된다. 명백히 하기 위해, 본 명세서에서 "BSAS"라는 용어는 본 발명의 조성을 갖는 BSAS, SAS 또는 BAS 생성물을 모두 의미하며, 특히 x=0 또는 x=1이라 하더라도, 식(1)에 따른 조성을 갖는 생성물을 의미한다.
본 발명에 따른 분말을 제조하기 위하여, 특히 제조 방법은 아래에 설명되는 a) 내지 d) 방법 단계를 포함한다.
a) 단계에서, 전구체 분말은 실질적으로 균질한 혼합물을 구성하기 위해 혼합된다.
바람직하게, 전구체는 산화물, 특히 BaO, SrO, SiO2 및 Al2O3; 및/또는 상기 산화물의 전구체, 예를 들면, 탄화물 또는 질화물 형태; 및/또는 종래 기술에 따른 BSAS의 분말을 포함하며, 바람직하게는 이들로 구성된다.
본 발명에 있어서, 당업자는, b) 용융 단계의 말기에, 본 발명의 입자의 조성에 따른 조성을 갖는 용융액의 매스를 얻도록 시작 장입물의 조성을 조정한다.
일반적으로, 입자의 화학적 분석은, 적어도 Ba, Sr, Al 및 Si 요소들과 관련하는 한, 시작 장입물의 화학적 분석과 실질적으로 동일하다. 또한, 적절하다면, 예를 들면, 휘발성 산화물의 존재를 고려하거나 환원 조건하에서 용융될 때 SiO2 손실을 고려함에 따라, 시작 조성물의 조성을 조정하는 것은 당업자에게 자명하다.
바람직하게, BaO, SrO, SiO2, Al2O3, 이들 산화물의 전구체, 및 특히, 소결된 또는 분무 열분해로 얻은 종래 기술에 따른 BSAS 입자의 분말 이외의 다른 성분은 시작 장입물에 의도적으로 도입되지 않으며, 존재하는 다른 산화물은 불순물이다.
b)단계에서, 시작 장입물은 바람직하게 전기 아크로에서 용융된다. 전기용융은 다량의 생성물을 양호한 수율로 제조할 수 있게 한다. 그러나, 시작 장입물을 바람직하게 완전히 용융시킬 수 있다면, 유도로, 태양로(solar furnace) 또는 플라즈마로 같은 임의의 공지된 형태의 로가 고려될 수 있다. 산화 조건 또는 환원 조건일 수 있으며, 바람직하게는 산화 조건이다. 그러나, 용융이 환원 분위기에서 실행되면, 수득된 BSAS 분말을 재-산화시키기 위해, 뒤이어 산소 함유 분위기에서 열처리를 실행하는 것이 필요할 것이다.
적절히 산화된 분말을 얻기 위해, 산화 조건하에서 용융을 실행하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 산화 조건하에서 용융은 쇼트 아크(short arc)를 이용하여 실행된다.
b)단계에서, 바람직하게 용융은 쇼트 또는 롱(long)일 수 있는 전기 아크의 조합 작용에 의해 실행되어 환원을 일으키지 않으며, 생성물의 재-산화를 촉진시키기 위해 교반된다.
참조로써 본 명세서에 통합된 프랑스 특허 FR-A-1 208 577 뿐만 아니라 이의 특허 75893 및 82310에 기술된 아크 용융법이 사용될 수 있다.
이 방법은 장입물과 상기 장입물로부터 이격된 적어도 하나의 전극 사이를 아크가 이동하는 전기 아크로를 이용하고, 용융액조 위의 산화 분위기를 유지하며 상기 조를 아크 자체의 작용에 의해, 또는 상기 조 안에 산화 가스(예를 들면, 공기 또는 산소) 기포를 발생시키는 것에 의해, 또는 상기 조에 과산화물 같이 산소를 방출하는 물질을 첨가하는 어느 하나에 의해 상기 조를 교반하면서 환원 작용이 최소로 감소되도록 아크 길이를 조정하는 것으로 이루어진다.
바람직하게, 화학적 균질성을 촉진시키기 위해, 용융으로 얻은 액체는 최소한의 시간, 바람직하게는 10초 초과, 더욱 바람직하게는 1분을 초과하는 시간 동안 용융된 상태를 유지한다. 10초를 초과하는 용융 유지 시간은 주조하기 전에 특별히 균질한 액체를 생성할 수 있다. 반대로, 종래 기술에 따른 환경적 장벽 코팅의 제조시 플라즈마 분무로 얻은 비말은 전통적으로 소결 입자의 분말 또는 분말 BSAS 산화물 전구체의 혼합물을 용융함으로써 형성되지만, 실제적으로 용융 즉시 냉각되므로 화학적 균질성을 촉진시키지 않는다.
c)단계에서, 용융액조는 바람직하게 주조된다. 몰드(mold), 또는 냉각액, 예를 들면 물 속으로 주조(cast)되거나, 예를 들면 블로잉에 의해 분산될 수 있다. 이 모든 방법들은 잘 알려져 있다.
특히, 용융액의 가는 흐름은 작은 액체 비말로 분산될 수 있으며, 비말 대부분은 표면 장력 때문에 실질적으로 구형 형상을 취한다. 상기 분산은, 특히 공기 및/또는 수증기로 블로잉함으로써 성취되거나, 용융 물질을 미립화하는 당업자에게 잘 알려진 기타 임의의 방법을 이용하여 성취될 수 있다. 분산의 냉각으로 액체 비말의 응고가 이루어진다. 0.1㎜[밀리미터] 내지 4㎜의 종래 크기를 갖는 용융 및 주조 BSAS의 입자가 수득된다.
변형예에서, 용융액은 블로잉없이 물 속으로 주조될 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 냉각 속도는, 응고시, 물질의 적어도 10 부피% 또는 적어도 20 부피%를 결정화하도록 조정된다. 따라서, 너무 이른 냉각은 피하고 결정화 열처리가 제공되어야 한다.
d)단계에서, c)단계에서 얻은 용융 및 주조 생성물의 크기는 선택적으로 조정된다. 이를 위하여, 용융 및 주조 블록 또는 입자는 분쇄된 다음, 입도별로 분류될 수 있다.
분급(sieving) 또는 공기를 이용한 분리에 의해 실행될 수 있는 입도 분류 작업 이전에, 밀링시 BSAS 분말로 유입될 수 있는 자성 입자(magnetic particles)를 감소 또는 제거하기 위해 입자들은 탈철 처리를 거칠 수 있다.
고려되는 적용에 완벽히 적응시키기 위해, c)단계 후, 또는 적절하다면, d)단계 후, 분말은 미립화나 응집 이후에 열처리에 의한 치밀화(consolidation)에 의해 더 변형될 수도 있다.
특히 분무 적용에 관하여, 입자 크기는 바람직하게 5㎛ 초과, 또는 10㎛ 초과, 또는 45㎛ 초과 및/또는 140㎛ 미만, 또는 125㎛ 미만, 또는 75㎛ 미만이다. 바람직하게, 상기 크기는 환경적 장벽 코팅을 위한 원하는 두께와 기공률의 함수로서 선택되고, 특히, 10~63; 5~25; 10~45; 45~75; 45~125 마이크론 범위일 수 있다.
특히, 슬립(slip)을 주조하는 것과 관련한 적용에 관하여, 입자 크기는 바람직하게 45㎛ 미만이고, 중간 직경은 바람직하게 10㎛ 내지 15㎛ 범위이다.
본 발명의 분말은 급속 냉각의 경우 비정질이거나, 부분적으로 결정화될 수 있다. 비정질 입자와는 대조적으로, 부분적으로 결정화된 입자는 투명하지 않다. 특히, 본 발명의 분말은 입자를 수량으로 90% 초과, 또는 95% 초과, 또는 99% 초과하여 포함하거나, 셀시안 및 헥사셀시안 상 전체가 입자의 10 부피% 초과, 또는 15 부피% 초과, 또는 20 부피% 초과하는 입자로 구성될 수 있다.
통상적으로 셀시안 및 헥사셀시안 상의 양은 외부 기준(external standard)을 가진 리트벨트(Rietveld)법을 이용하고 브린들리(Brindley) 보정을 이용하여 X선 회절에 의해 종래 기술에 따라 결정된다.
입자 내에서 산화물의 분포의 균질성 산정시, 표준편차"σ"는 아래와 같이 입자 내에서 임의로 선택된 위치에서 "n"번의 측정 또는 "포인트(point)"에 의해 평가될 수 있다:
Figure 112010058716125-pct00001
여기서,
· zi는 입자 내의 "i" 포인트의 위치에서 국소적으로 측정된, 해당 산화물의 중량 함량을 나타낸다.
·
Figure 112010058716125-pct00002
는 z i 값들을 산술적으로 평균함으로써 얻은, 입자 내에서 해당 산화물의 평균 중량 함량으로, 즉
Figure 112010058716125-pct00003
이다.
바람직하게, n은 3 초과, 더욱 바람직하게는 5 초과, 더더욱 바람직하게는 10 초과이다.
σR로 지칭되며, 평균의 백분율로서 표시되는 상대표준편차, 즉 "편차계수"는 아래와 같이 계산된다:
Figure 112010058716125-pct00004
본 발명의 하나의 실시예에서, 입자의 80 중량% 초과, 또는 90 중량% 초과, 95 중량% 초과, 99 중량% 초과, 및 실질적으로 100%는 아래의 상대표준편차 σR를 갖는다:
· SiO2에 대한 상대표준편차 σR SiO2는 4% 미만, 바람직하게는 3% 미만, 바람직하게는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5%미만; 및
· Al2O3에 대한 상대표준편차 σR Al2O3는 4% 미만, 바람직하게는 3% 미만, 바람직하게는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5%미만; 및
· BaO에 대한 상대표준편차 σR BaO는 15% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 바람직하게는 3% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만; 및
· SrO에 대한 상대표준편차 σR SrO는 15% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 바람직하게는 3% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만이다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 입자의 40 중량% 초과, 또는 60 중량% 초과, 80 중량% 초과, 95 중량% 초과, 99 중량% 초과, 및 실질적으로 100%는 아래의 상대표준편차 σR를 갖는다:
· SiO2에 대한 상대표준편차 σR SiO2는 3% 미만, 바람직하게는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5%미만; 및
· Al2O3에 대한 상대표준편차 σR Al2O3는 3% 미만, 바람직하게는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5%미만; 및
· BaO에 대한 상대표준편차 σR BaO는 10% 미만, 바람직하게는 3% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만; 및
· SrO에 대한 상대표준편차 σR SrO는 10% 미만, 바람직하게는 3% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만이다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 입자의 20 중량% 초과, 또는 30 중량% 초과, 40 중량% 초과, 50 중량% 초과, 또는 60 중량% 초과는 아래의 상대표준편차 σR를 갖는다:
· SiO2에 대한 상대표준편차 σR SiO2는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5%미만; 및
· Al2O3에 대한 상대표준편차 σR Al2O3는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5%미만; 및
· BaO에 대한 상대표준편차 σR BaO는 3% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만; 및
· SrO에 대한 상대표준편차 σR SrO는 3% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만이다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 입자의 10 중량% 초과, 또는 15 중량% 초과, 20 중량% 초과, 25 중량% 초과, 또는 30 중량% 초과는 아래의 상대표준편차 σR를 갖는다:
· SiO2에 대한 상대표준편차 σR SiO2는 0.5%미만; 및
· Al2O3에 대한 상대표준편차 σR Al2O3는 0.5%미만; 및
· BaO에 대한 상대표준편차 σR BaO는 1% 미만; 및
· SrO에 대한 상대표준편차 σR SrO는 1% 미만이다.
분말 내에 다양한 입자들 사이의 산화물 분포의 균질성을 결정할 때, 표준편차"σ'"는 아래와 같이 분말의 임의로 선택된 입자에 "n'"번을 측정함으로써 결정될 수 있다:
Figure 112010058716125-pct00005
여기서,
· z'i는 입자에 행해진 몇 번의 국소적 측정의 산술평균으로 선택적으로 계산된, 분말의 "i" 입자 안에 있는 산화물의 중량을 나타낸다.
·
Figure 112010058716125-pct00006
'는 선택된 "n'"개의 입자 내에서 해당 산화물의 평균 중량을 나타낸다. 이 양은 z'i 값들을 산술적으로 평균함으로써 얻는다. 즉:
Figure 112010058716125-pct00007
이다.
바람직하게, n'는 5 초과, 바람직하게는 10 이상이다. 따라서, 상대표준편차는
Figure 112010058716125-pct00008
이다.
바람직하게, 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 조성을 갖는 입자만을 고려할 때, 분말의 산화물 함량에 대한 상대표준편차 σ'R는 다음과 같다:
· SiO2에 대한 상대표준편차 σR'SiO2는 4% 미만, 바람직하게는 2% 미만, 바람직하게는 1.5% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만; 및
· Al2O3에 대한 상대표준편차 σR'Al2O3는 4% 미만, 바람직하게는 2% 미만, 바람직하게는 1.5% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만; 및
· BaO에 대한 상대표준편차 σR'BaO는 15% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 바람직하게는 6% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만; 및
· SrO에 대한 상대표준편차 σR'SrO는 15% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 바람직하게는 6% 미만, 더욱 바람직하게는 1% 미만이다.
본 발명에 따른 분말은, 특히 가스 터빈, 열교환기 또는 내연기관의 벽을 보호하기 위한 환경적 장벽 코팅을 화염 분무 또는 플라즈마 분무에 의해 제조하는데 사용될 수 있다.
이를 위해, 기본적으로 분말을 용융한 다음, 보호 대상 벽에 미세한 비말의 형태로 분무하고, 급속 냉각으로 응고시킨다.
하나의 실시예에서, 비말은 예를 들면, 멀라이트, SiO2, 멀라이트와 바륨-스트론튬 알루미노실리케이트, 멀라이트와 이트륨 실리케이트, 멀라이트와 칼슘 알루미노실리케이트 또는 실리콘 금속으로 형성된 중간층에 분무된다. 이 중간층 자체는 바람직하게 사전 세정되며(pre-cleaned), 예를 들면, 쇼트 블라스팅(short blasting)으로 상기 벽에 증착된 바인딩층, 예를 들면, 금속성 실리콘을 통해 보호되는 보호 대상 벽에 고착될 수 있다. BSAS층을 증착하기 전에, 중간층은, 예를 들면, 약 1250℃에서 약 24시간 동안 열처리될 수 있다.
특정 적용에 있어서, 분무된 물질은 본 발명에 따른 분말과 기타 분말, 특히 멀라이트 분말의 혼합물을 용융함으로써 수득된다.
열분무는 870℃ 내지 1200℃ 범위의 온도에서 실행될 수 있다.
환경적 장벽 코팅의 두께는 10㎛ 초과, 또는 50㎛ 초과, 또는 75㎛ 초과, 및/또는 750㎛ 미만, 또는 125㎛ 미만일 수 있다.
환경적 장벽 코팅을 제조하기 위한 임의의 공지된 방법, 특히 참조로써 본 명세서에 통합된 미국 특허 US-A-6,254,935 또는 US-A-6,387,456에 기술된 방법이 고려될 수 있다.
아래의 비제한적인 실시예들은 본 발명을 설명하기 위해 제공된다.
이러한 실시예에서, 아래의 시작 물질들이 선택되었다: 주어진 백분율은 중량 백분율이다:
· 99 중량%를 초과하는 순도 및 90㎛의 중간 크기 D50를 갖는, ALCAN에 의해 판매되는 알루미나 분말 Al2O3(상표명 AR75);
· 99 중량%를 초과하는 EDTA 순도를 가지며 45㎛ 체(sieve)를 통과하는 입자가 98 중량% 초과인, SPCH에 의해 판매되는 BaCO3 분말;
· 96 중량%를 초과하는 EDTA 순도를 가지며 45㎛ 체를 통과하는 입자가 99 중량% 초과인, SPCH에 의해 판매되는 SrCO3 분말;
· 0㎜ 내지 1㎜의 입도를 갖는, SIFRACO에 의해 판매되는 퇴적 실리카 모래.
중량 백분율로 아래의 화학적 조성을 갖는 50㎏[킬로그램]의 시작 장입물은 상기 시작 물질로부터 준비되었다:
Al2O3: 25%
SiO2: 29.5%
BaCO3: 36.5%
SrCO3: 9%
수득된 시작 장입물은 에루(Heroult) 아크 융합로에서 주조되었다. 쇼트 아크 융합이 실행되어 모든 혼합물을 완전히 그리고 균질하게 녹였다. 산화 생성 조건이 채용되었다. 적용된 전압(tension)은 초기에 450 볼트였고, 이후 안정적인 상태에서는 325 볼트였다. 적용된 에너지는 시작 물질의 약 1800 kWh/T[시간당 킬로와트/톤]였다. 주조시 측정된 용융액 온도는 1900℃ 내지 2100℃ 범위였다.
그런 후, 용융액은 대기 온도에서 물 속으로 주조되었다. 수득된 생성물은 검은색에 투명하지 않은 수 밀리미터의 조각 형태였다.
다음으로, 이 조각들을 쇄석기(jaw crusher)에서 밀링한 다음, 롤러 분쇄기에서 15 바(bar)의 롤러 설정 압력으로 밀링하였다.
그 후, 100㎛ 내지 250㎛ 범위의 크기를 가진 분말의 입자 및 100㎛ 미만의 크기를 가진 입자를 선택하기 위해 분급에 의해 입자 선택을 실행하였다. 100~250㎛ 부분은, 특히 마그네시아로 부분 안정화된 지르코니아 볼을 구비한 항아리 밀링기(jar mill)에서 30분 동안 밀링되었다. 분급은 100㎛ 미만의 크기를 가진 입자를 선택하기 위해 실행되었다. 그 다음, 100㎛ 미만의 크기를 가진 선택된 두 분말을 혼합한 다음, 10㎛ 내지 45㎛ 범위의 크기를 가진 분말의 입자를 선택하기 위해 공기 터빈 분류 단계를 거쳤다.
비교예 분말은 상업적으로 입수가능한, 종래 기술에 따른 소결 BSAS 입자 분말로, D90은 55.5㎛, D50은 31.2㎛ 및 D10은 16.7㎛였다.
특히, 결정상을 확인하기 위한 화학적 분석 및 X선 회절을, 수득된 분말을 대표하는 40㎛ 미만의 중간 크기 D50로 밀링된 시료에 실행하였다.
X선 형광 및 마이크로프로브 화학적 분석을 실행하였다.
표 1은 시험 분말의 중량 조성 및 확인된 상(phase)을 보여준다.
Al2O3(%) SiO2(%) BaO(%) SrO(%) 불순물(%) 결정상
비교예 48.3 29.4 18.2 3.5 0.6 멀라이트 및 BSAS
실시예 1 27.9 32.5 32.5 6.6 0.4 BSAS
표 2는 주요 불순물을 요약한다:
CaO(%) Fe2O3(%) K2O(%) ZrO2(%) Na2O(%) NiO(%) TiO2(%) MgO(%)
비교예 0.02 <0.03 n.d. 0.13 0.12 n.d. <0.02 <0.05
실시예 1 0.05 0.06 0.01 0.14 0.08 0.03 0.01 0.02
n.d.: 검출되지 않음
본 발명의 분말에 있어서, 입자의 실질적으로 100%는 SiO2, Al2O3, SrO 및 BaO를 동시에 포함하였다. 비교예의 분말에 있어서, 입자의 90% 미만은 이들 네 산화물들을 동시에 나타냈다. 따라서, 본 발명의 분말의 다양한 입자들 사이의 화학적 균질성이 현저하다.
도 1은, 입자의 실질적으로 100%가 BSAS 입자인 본 발명의 시험 분말과는 대조적으로, 비교예(도 2)의 분말이 멀라이트를 포함하였음을 보여준다.
도 3의 다양한 사진으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 시험 분말이 단일상이고, 특히 균질하였다. 대조적으로, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 따른 분말은 모폴로지와 조성이 매우 다른 2가지 형태의 입자로 구성되었다.
표 3은 본 발명의 시험 분말의 입자 내에서의 화학적 균질성을 보여주며, 표 4는 종래 기술에 따른 BSAS 분말의 입자에 행해진 화학적 분석을 요약한다.
입자"i" 중량% 포인트 no. 1 포인트 no. 2 포인트 no. 3 포인트 no. 4 포인트 no. 5 평균
Figure 112010058716125-pct00009
또는 z'i 		표준편차σ 상대표준편차σR(%)
입자 no. 1 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.1
32.5
32.4
7.1		 28.3
32.5
32.2
7.1		 28.2
32.8
32.1
7.0		 28.2
32.7
32.0
7.1		 28.1
32.8
32.1
7.0		 28.2
32.6
32.1
7.0		 0.07
0.15
0.15
0.05		 0.25
0.46
0.46
0.71
입자 no. 2 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.5
33.0
31.9
6.6		 28.4
32.8
32.0
6.8		 28.6
33.0
31.7
6.8		 28.3
32.8
32.1
6.8		 28.5
32.9
31.9
6.7		 28.5
32.9
31.9
6.7		 0.12
0.09
0.17
0.09		 0.44
0.26
0.52
1.32
입자 no. 3 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.1
32.9
32.2
6.8		 28.2
33.3
31.7
6.8		 28.1
32.8
32.1
6.9		 28.2
33.2
31.8
6.8		 28.4
33.0
31.8
6.8		 28.2
33.0
31.9
6.8		 0.11
0.22
0.24
0.07		 0.39
0.65
0.76
0.99
입자 no. 4 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.2
33.1
31.5
7.2		 28.3
32.5
31.9
7.3		 27.8
32.4
32.2
7.6		 28.3
32.4
32.0
7.3		 28.2
32.5
32.3
7.1		 28.2
32.6
32.0
7.3		 0.21
0.31
0.32
0.19		 0.75
0.95
1.01
2.54
입자 no. 5 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.4
32.3
32.1
7.2		 28.3
32.6
32.0
7.1		 28.2
32.5
32.1
7.2		 28.0
32.8
32.2
7.0		 28.2
32.7
32.1
7.0		 28.2
32.6
32.1
7.1		 0.14
0.18
0.07
0.12		 0.48
0.56
0.21
1.65
입자 no. 6 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.2
32.8
32.1
6.9		 28.2
33.2
31.7
6.9		 28.2
33.0
31.8
7.0		 28.5
32.5
32.2
6.8		 28.1
32.9
32.1
6.9		 28.2
32.9
32.0
6.9		 0.14
0.25
0.20
0.05		 0.49
0.76
0.63
0.75
입자 no. 7 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.3
32.9
31.8
7.0		 29.7
31.9
31.5
6.9		 28.4
32.6
31.8
7.1		 28.1
32.6
32.3
7.0		 28.2
33.2
31.6
7.0		 28.5
32.7
31.8
7.0		 0.66
0.48
0.31
0.08		 2.30
1.47
0.98
1.15
입자 no. 8 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.8
32.8
32.4
6.0		 28.4
32.8
33.2
5.6		 28.5
33.1
31.8
6.7		 28.4
32.7
33.4
5.5		 28.4
32.8
32.0
6.8		 28.5
32.8
32.6
6.1		 0.16
0.15
0.69
0.58		 0.58
0.44
2.11
9.47
입자 no. 9 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.4
32.7
32.1
6.9		 28.2
32.9
31.9
7.0		 28.1
32.8
32.2
6.9		 29.6
31.5
31.8
7.0		 28.4
32.5
32.2
6.8		 28.5
32.5
32.0
6.9		 0.60
0.55
0.18
0.08		 2.11
1.69
0.57
1.11
입자 no. 10 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.1
32.5
32.3
7.1		 28.7
32.6
31.6
7.1		 27.6
34.2
31.2
7.0		 28.3
32.8
31.9
7.1		 28.3
32.4
32.2
7.1		 28.2
32.9
31.8
7.1		 0.40
0.73
0.47
0.04		 1.42
2.23
1.49
0.57
입자"i" 중량% 포인트 no. 1 포인트 no. 2 포인트 no. 3 포인트 no. 4 포인트 no. 5 평균
Figure 112010058716125-pct00010
또는 z'i 		표준편차σ 상대표준편차σR(%)
입자 no. 1 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 31.6
29.9
30.7
7.9		 29.5
32.8
30.2
7.5		 29.6
32.6
30.5
7.3		 29.7
33.0
30.3
7.0		 28.7
32.9
30.4
8.1		 29.8
32.2
30.4
7.6		 1.07
1.33
0.20
0.42		 3.57
4.13
0.66
5.55
입자 no. 2 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.5
33.3
30.4
7.8		 30.3
32.9
30.6
6.2		 28.4
33.4
29.8
8.5		 28.4
33.6
30.3
7.7		 28.3
33.4
30.3
8.0		 28.8
33.3
30.3
7.6		 0.84
0.24
0.32
0.87		 2.91
0.73
1.06
11.43
입자 no. 3 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 30.5
32.8
30.2
6.5		 29.7
33.3
30.2
6.8		 29.3
33.2
29.9
7.5		 29.6
33.3
29.8
7.2		 28.8
33.5
29.8
7.8		 29.6
33.2
30.0
7.2		 0.63
0.26
0.17
0.77		 2.12
0.79
0.56
10.76
입자 no. 4 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 30.1
32.5
30.9
6.6		 28.0
33.6
30.3
8.1		 30.2
33.0
30.6
6.2		 28.8
33.0
30.6
7.6		 28.5
33.4
30.7
7.4		 29.1
33.1
30.6
7.2		 0.97
0.43
0.22
0.77		 3.35
1.30
0.71
10.76
입자 no. 5 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 28.4
34.1
30.9
6.6		 27.8
33.9
31.2
7.1		 28.5
33.6
31.1
6.8		 29.5
33.2
31.0
6.3		 27.5
34.2
30.7
7.5		 28.3
33.8
31.0
6.9		 0.75
0.39
0.19
0.46		 2.63
1.17
0.60
6.68
입자 no. 6 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 30.7
32.5
30.6
6.2		 31.0
31.3
30.6
7.1		 28.5
32.6
30.3
8.6		 29.7
32.7
30.6
7.1		 30.2
32.6
30.3
6.9		 30.0
32.3
30.5
7.2		 0.97
0.59
0.17
0.89		 3.23
1.84
0.57
12.35
입자 no. 7 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 27.5
35.2
30.6
6.7		 28.7
34.6
30.4
6.3		 27.8
35.0
30.7
6.4		 27.9
34.8
30.7
6.6		 27.9
34.6
30.8
6.7		 28.0
34.9
30.6
6.5		 0.42
0.25
0.14
0.19		 1.50
0.73
0.46
2.87
입자 no. 8 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 29.2
31.0
27.5
12.3		 29.0
30.7
26.8
13.6		 29.5
31.3
28.8
10.5		 29.3
31.5
28.5
10.7		 27.8
16.0
5.6
50.5		 29.0
28.1
23.4
19.5		 0.66
6.74
10.00
17.38		 2.27
24.00
42.67
89.15
입자 no. 9 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 27.5
35.0
30.7
6.7		 28.4
34.3
30.4
6.9		 26.8
35.4
30.4
7.4		 27.4
35.0
30.7
6.9		 28.1
34.5
30.7
6.7		 27.6
34.8
30.6
6.9		 0.64
0.41
0.17
0.27		 2.30
1.18
0.55
3.94
입자 no. 10 % Al2O3
% SiO2
% BaO
% SrO		 29.4
32.9
30.7
6.9		 28.6
33.2
30.5
7.7		 27.9
33.7
30.4
8.0		 28.9
33.1
30.7
7.3		 28.1
33.4
30.8
7.6		 28.6
33.2
30.6
7.5		 0.61
0.31
0.17
0.42		 2.12
0.92
0.57
5.56
끝으로, 표 5는 본 발명의 분말의 다양한 입자들 사이의 현저한 화학적 균질성을 보여준다.
해당 산화물 각각에 대해서, 표 3의 본 발명의 시험 분말의 10개의 입자들의 평균량 "z'i"을 평균하여
Figure 112010058716125-pct00011
'을 계산하였다.
즉,
Figure 112010058716125-pct00012
이다.
표준편차 σ'는 아래와 같이 결정되었다:
Figure 112010058716125-pct00013
예를 들면, Al2O3에 대해서, 평균
Figure 112010058716125-pct00014
'은 각각의 입자마다 5개의 측정 포인트에 대해 얻은 평균의 10개의 입자들에 대한 평균이었다.
본 발명의 실시예 1의 분말
평균
Figure 112010058716125-pct00015
'		 표준편차σ' 상대표준편차σR'
% Al2O3 28.3 0.16 0.57
% SiO2 32.8 0.18 0.56
% BaO 32 0.22 0.68
% SrO 6.9 0.31 4.50
표 4의 종래에 따른 10개의 입자들에 동일한 분석을 실행하여 표 6에 나타난 결과를 얻었다.
비교예의 분말
평균
Figure 112010058716125-pct00016
'		 표준편차σ' 상대표준편차σR'
% Al2O3 28.9 0.78 2.7
% SiO2 32.9 1.91 5.79
% BaO 29.8 2.25 7.56
% SrO 8.4 3.91 46.51
명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 분말의 입자는 현저한 화학적 균질성을 증명한다. 분말 자체는 양호한 균질성을 갖는다; 실제적으로 모든 입자들이 동일한 화학적 조성을 갖는다. 이러한 결과는, 환경적 장벽 코팅을 제공하기 위해 시작 혼합물에 혼합될 때의 본 발명의 분말의 양호한 성능을 설명한다.
본 발명은 비제한적인 예시적 실시예에 의해 설명되고 도시된 실시예에 한정되지 않음은 명백하다.

Claims (25)

  1. 총 100%에 대한 산화물의 중량 백분율로 아래의 화학적 조성을 갖는 융합 입자를 수량으로 적어도 95% 포함하고, 상기 입자들의 크기는 5㎛ 내지 150㎛ 사이에 포함되는 분말:
    · 0.3% ≤ BaO ≤ 40.8%;
    · 0 ≤ SrO ≤ 31.8%;
    · 27.2% ≤ Al2O3 ≤ 31.3%;
    · 32% ≤ SiO2 ≤ 36.9%;
    ·기타 물질 ≤ 1%;
    또는,
    · 0% ≤ BaO ≤ 40.5%;
    · 0.3% ≤ SrO ≤ 31.8%;
    · 27.2% ≤ Al2O3 ≤ 31.3%;
    · 32% ≤ SiO2 ≤ 36.9%;
    ·기타 물질 ≤ 1%;
  2. 제1항에 있어서,
    다음의 조건들을 만족하는 것을 특징을 하는 분말:
    · 4.6% ≤ BaO ≤ 37.2%;
    · 2.8% ≤ SrO ≤ 28.2%;
    · 27.5% ≤ Al2O3 ≤ 30.8%;
    · 32.4% ≤ SiO2 ≤ 36.3%;
    · 기타 물질 ≤ 0.7%.
  3. 제2항에 있어서,
    다음의 조건들을 만족하는 것을 특징을 하는 분말:
    · 25.9% ≤ BaO ≤ 35.4%;
    · 4.2% ≤ SrO ≤ 11.7%;
    · 27.7% ≤ Al2O3 ≤ 28.7%;
    · 32.7% ≤ SiO2 ≤ 33.8%;
    · 기타 물질 ≤ 0.5%.
  4. 제3항에 있어서,
    다음의 조건들을 만족하는 것을 특징을 하는 분말:
    · 29.8% ≤ BaO ≤ 33.5%;
    · 5.7% ≤ SrO ≤ 8.6%;
    · 27.9% ≤ Al2O3 ≤ 28.3%;
    · 32.9% ≤ SiO2 ≤ 33.3%.
  5. 제1항에 있어서,
    아래의 조건들 중 어느 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는 분말:
    a) 입자 크기는 10㎛를 초과하고 최대 150㎛임;
    b) 입자의 크기는 적어도 5㎛ 이고 125㎛보다는 작음;
    c) 입자의 크기는 10㎛ 초과 125㎛ 미만임.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 입자 크기는 45㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 분말.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입자는 적어도 부분적으로 결정화되고,
    셀시안(celsian) 및 헥사셀시안 상(phases) 전체는 상기 입자의 10 부피%를 초과하는 것을 특징으로 하는 분말.
  8. 제1항에 있어서,
    셀시안 및 헥사셀시안 상 전체는 상기 입자의 20 부피%를 초과하는 것을 특징으로 하는 분말.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 입자는 수량으로 상기 분말의 입자의 99%를 초과하는 것을 특징으로 하는 분말.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분말의 80 중량%를 초과하는 입자들은:
    · SiO2에 대한 상대표준편차 σR SiO2가 4% 미만; 및
    · Al2O3에 대한 상대표준편차 σR Al2O3가 4% 미만; 및
    · BaO에 대한 상대표준편차 σR BaO가 15% 미만; 및
    · SrO에 대한 상대표준편차 σR SrO가 15% 미만의 화학적 균질성을 가지며;
    산화물에 대한 상대표준편차 σR는 아래의 식을 이용하여 계산되고:
    Figure 112014010907613-pct00017
    ,
    여기서,
    Figure 112014010907613-pct00018
    이고;
    · n은 해당 입자 내에서 임의로 선택된 위치에서 3번을 초과하는 측정 횟수를 나타내고;
    · zi 는 상기 입자의 "i" 위치에서 국소적으로 측정된, 해당 산화물의 중량을 나타내고; 그리고
    ·
    Figure 112014010907613-pct00019
    는 zi 값들을 산술적으로 평균함으로써 얻은, 상기 입자 내에서 상기 해당 산화물의 평균 중량을 나타내는 것을 특징으로 하는 분말.
  11. 제10항에 있어서,
    다음의 조건들 o) 내지 r) 중 적어도 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는 분말:
    o) 상기 SiO2에 대한 상대표준편차 σR SiO2는 3% 미만;
    p) 상기 Al2O3에 대한 상대표준편차 σR Al2O3는 3% 미만;
    q) 상기 BaO에 대한 상대표준편차 σR BaO는 10% 미만;
    r) 상기 SrO에 대한 상대표준편차 σR SrO는 10% 미만.
  12. 제1항에 있어서,
    총 100%에 대한 중량 백분율로 아래의 화학적 조성을 갖는 융합 입자를 수량으로 100% 포함하고,
    · 0 ≤ BaO ≤ 40.8%;
    · 0 ≤ SrO ≤ 31.8%;
    · 27.2% ≤ Al2O3 ≤ 31.3%;
    · 32% ≤ SiO2 ≤ 36.9%;
    · 기타 물질 ≤ 1%이고;
    상기 산화물 BaO 및 SrO 중 적어도 하나의 함량은 0.3%를 초과하며, 상기 입자의 크기는 5㎛ 내지 150㎛ 사이에 포함되며;
    분말은 분말 내의 산화물의 양의 상대표준편차 σR'가 다음과 같고,
    · 상기 SiO2에 대한 상대표준편차 σR'SiO2가 4% 미만; 및
    · 상기 Al2O3에 대한 상대표준편차 σR'Al2O3가 4% 미만; 및
    · 상기 BaO에 대한 상대표준편차 σR'BaO가 15% 미만; 및
    · 상기 SrO에 대한 상대표준편차 σR'BaO가 15% 미만이 되며,
    산화물에 대한 상대표준편차 σR'는 아래의 식을 이용하여 계산되고:
    Figure 112015028351717-pct00020
    ,
    여기서,
    Figure 112015028351717-pct00021
    이고;
    · n'은 5개를 초과하는 해당 입자의 수를 나타내고;
    · z' i 는 상기 분말의 "i" 입자 내의 산화물의 중량을 나타내고; 그리고
    ·
    Figure 112015028351717-pct00022
    '는 선택된 "n'"개의 입자들에 대한 해당 산화물의 평균 중량을 나타내는 것을 특징으로 하는 분말.
  13. 제12항에 있어서,
    다음의 조건들 s) 내지 v) 중 적어도 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는 분말:
    s) 상기 SiO2에 대한 상대표준편차 σR'SiO2는 1.5% 미만;
    t) 상기 Al2O3에 대한 상대표준편차 σR'Al2O3는 1.5% 미만;
    u) 상기 BaO에 대한 상대표준편차 σR'BaO는 6% 미만;
    v) 상기 SrO에 대한 상대표준편차 σR'SrO는 6% 미만.
  14. a) BSAS의 전구체를 포함하는 시작 장입물을 준비하는 단계;
    b) 상기 시작 장입물을 용융시켜 용융액조를 형성하는 단계;
    c) 용융액을 응고하는 단계; 및
    d) 선택적으로, 아래의 ⅰ) 내지 Ⅴ)의 공정 중 적어도 하나가 수행되는 단계:
    ⅰ) 분말화(granulometric reduction);
    ⅱ) 입자 선택;
    ⅲ) 탈철(de-ironing);
    ⅳ) 미립화(atomization);
    ⅴ) 응집 이후 열처리에 의한 치밀화(consolidation);
    를 포함하고,
    상기 시작 장입물은 상기 분말이 c) 또는 d)단계 말기에 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따르도록 결정되며,
    상기 b)단계에서, 상기 용융액조는 10초를 초과하는 시간 동안 용융된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 분말 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 b)단계에서, 상기 용융액조는 1분을 초과하는 시간 동안 용융된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 분말 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 분말을 시작 물질로 하여 얻어지는 환경적 장벽 코팅을 포함하는 가스 터빈, 열교환기 및 내연기관으로부터 선택되는 장치.
  17. 제14항에 따른 방법에 의해 얻어지는 분말을 시작물질로 하여 얻어지는 환경적 장벽 코팅을 포함하는 가스 터빈, 열교환기 및 내연기관으로부터 선택되는 장치.
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