KR102203857B1 - Method of forming an environmental barrier layer - Google Patents

Method of forming an environmental barrier layer Download PDF

Info

Publication number
KR102203857B1
KR102203857B1 KR1020180170953A KR20180170953A KR102203857B1 KR 102203857 B1 KR102203857 B1 KR 102203857B1 KR 1020180170953 A KR1020180170953 A KR 1020180170953A KR 20180170953 A KR20180170953 A KR 20180170953A KR 102203857 B1 KR102203857 B1 KR 102203857B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
barrier layer
forming
environment
powder
layer
Prior art date
Application number
KR1020180170953A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200080945A (en
Inventor
이기성
서형일
Original Assignee
국민대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국민대학교산학협력단 filed Critical 국민대학교산학협력단
Priority to KR1020180170953A priority Critical patent/KR102203857B1/en
Publication of KR20200080945A publication Critical patent/KR20200080945A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102203857B1 publication Critical patent/KR102203857B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11Oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 모재 상에 실리케이트 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 코팅층을 후처리 하여 상기 내환경 배리어층을 형성하는 후처리 단계;를 포함하고, 상기 후처리 단계는, 상기 코팅층을 1350℃ 내지 1500℃까지 가열하는 가열 단계와 실온까지 냉각시키는 냉각 단계를 3000회 내지 5000회 반복하는 내환경 배리어층의 형성 방법을 개시한다.In one embodiment of the present invention, forming a coating layer by coating a composition for forming an environmental barrier layer including silicate powder on a base material; And a post-treatment step of post-treating the coating layer to form the environmental barrier layer, wherein the post-treatment step includes a heating step of heating the coating layer to 1350°C to 1500°C and a cooling step of cooling to room temperature. Disclosed is a method for forming an environment-resistant barrier layer that is repeated 3000 to 5000 times.

Description

내환경 배리어층의 형성방법{Method of forming an environmental barrier layer}Method of forming an environmental barrier layer {Method of forming an environmental barrier layer}

본 발명의 실시예들은 고온 환경에 노출되는 부품의 표면에 적용 가능한 내환경 배리어층의 형성 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a method of forming an environment resistant barrier layer applicable to a surface of a component exposed to a high temperature environment.

가스 터빈 등과 같이 고온에서 동작하는 장치에서 고온 환경에 직접 노출되는 내열부품은 우수한 내열성, 우수한 기계적 특성뿐 아니라, 가열과 냉각이 반복되는 열피로 환경에서도 우수한 내구성을 유지할 필요가 있다. 일 예로, 탄화규소(SiC)계 소재는 우수한 열적 특성과 기계적 특성을 가지므로 고온에 노출되는 내열부품을 형성하는데 사용될 수 있다. 한편, 가스 터빈 등의 효율 향상 등을 위해서는 가스 터빈 등의 작동온도를 상승시키는 것이 필요하고, 이러한 경우 가스 터빈 등의 작동온도 및 분위기가 내열부품을 이루는 탄화규소계 소재의 특성열화를 일으킬 수 있다. 따라서, 내열부품의 열화 등을 방지하기 위해 내열부품의 표면에는 세라믹 등과 같은 재질로 열차폐층을 형성할 수 있다. 그러나, 장치의 운전과 정지가 반복됨에 따라 급격한 온도변화가 발생하면, 내열부품과 열차폐층 간의 열팽창율의 차이로 인해, 열차폐층이 내열부품으로부터 박리될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 의도적으로 열차폐층에 수직 균열을 형성하여 열차폐층이 내열부품으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 열차폐층에 형성된 수직 균열은 산소나 수분이 탄화규소계 소재로 이루어진 내열부품으로 도달하는 침투 경로가 될 수 있고, 이에 의해 탄화규소와 산소의 반응에 의해 산화층이 형성되거나, 탄화규소와 수분의 반응에 의해 탄화규소의 일부가 기화됨으로써 내열부품의 내구성이 감소될 수 있다.Heat-resistant parts that are directly exposed to a high-temperature environment in a device operating at a high temperature, such as a gas turbine, need to maintain excellent heat resistance, excellent mechanical properties, and excellent durability even in a heat fatigue environment where heating and cooling are repeated. For example, since a silicon carbide (SiC)-based material has excellent thermal and mechanical properties, it can be used to form a heat-resistant component exposed to high temperatures. On the other hand, in order to improve the efficiency of gas turbines, etc., it is necessary to increase the operating temperature of the gas turbine, etc., and in this case, the operating temperature and atmosphere of the gas turbine may cause deterioration of the properties of the silicon carbide-based material forming the heat-resistant part. . Accordingly, in order to prevent deterioration of the heat-resistant part, a heat shielding layer may be formed on the surface of the heat-resistant part made of a material such as ceramic. However, when a rapid temperature change occurs as the operation and stop of the device are repeated, the heat shield layer may peel from the heat resistant component due to a difference in the coefficient of thermal expansion between the heat resistant component and the heat shield layer. To prevent this, by intentionally forming a vertical crack in the heat shield layer, it is possible to prevent the heat shield layer from peeling off from the heat-resistant part. However, the vertical cracks formed in the heat shield layer can become a penetration path through which oxygen or moisture reaches the heat-resistant part made of a silicon carbide-based material, whereby an oxide layer is formed by the reaction of silicon carbide and oxygen, or silicon carbide and moisture Part of the silicon carbide is vaporized by the reaction of, so that the durability of the heat-resistant part may be reduced.

10-168119510-1681195

본 발명의 실시예들은, 고온 환경에 노출되는 부품의 표면에 적용될 때 부품의 표면으로부터 박리되는 것을 방지하고, 외부의 수분이나 산소가 투과하는 것을 차단할 수 있는 내환경 배리어층을 형성하는 방법을 제공한다.Embodiments of the present invention provide a method of forming an environment-resistant barrier layer capable of preventing peeling from the surface of a component when applied to the surface of a component exposed to a high temperature environment and blocking the transmission of external moisture or oxygen do.

본 발명의 일 실시예는, 모재 상에 실리케이트 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 코팅층을 후처리 하여 상기 내환경 배리어층을 형성하는 후처리 단계;를 포함하고, 상기 후처리 단계는, 상기 코팅층을 1350℃ 내지 1500℃까지 가열하는 가열 단계와 실온까지 냉각시키는 냉각 단계를 3000회 내지 5000회 반복하는 내환경 배리어층의 형성 방법을 개시한다.In one embodiment of the present invention, forming a coating layer by coating a composition for forming an environmental barrier layer including silicate powder on a base material; And a post-treatment step of post-treating the coating layer to form the environmental barrier layer, wherein the post-treatment step includes a heating step of heating the coating layer to 1350°C to 1500°C and a cooling step of cooling to room temperature. Disclosed is a method for forming an environment-resistant barrier layer that is repeated 3000 to 5000 times.

본 실시예에 있어서, 상기 후처리 단계에서는, 상기 내환경 배리어층에 복수의 수직 균열들이 형성되고, 형성된 상기 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유되는 과정을 포함할 수 있다.In the present embodiment, the post-treatment step may include a process in which a plurality of vertical cracks are formed in the environmental barrier layer, and at least some of the formed vertical cracks are healed.

본 실시예에 있어서, 상기 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유된 위치는 주변 보다 결정질의 함량이 더 클 수 있다.In the present embodiment, a location where at least some of the plurality of vertical cracks are healed may have a greater crystalline content than the surrounding area.

본 실시예에 있어서, 상기 가열 단계와 상기 냉각 단계 사이에, 상기 코팅층의 가열된 상태를 유지하는 유지 단계를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, between the heating step and the cooling step, it may further include a holding step of maintaining the heated state of the coating layer.

본 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 파우더는, 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 또는 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함할 수 있다.In this embodiment, the silicate powder is yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, or mullite (mullite) powder may be included.

본 실시예에 있어서, 상기 모재는, 탄화규소 소결체 또는 탄화규소 섬유를 강화재로 이용한 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료(SiCf -SiC)로 형성될 수 있다.In this embodiment, the base material may be formed of a silicon carbide sintered body or a silicon carbide-silicon carbide fiber reinforced composite material (SiC f -SiC) using a silicon carbide fiber as a reinforcing material.

본 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 용사코팅법에 의해 형성될 수 있다.In this embodiment, the coating layer may be formed by a thermal spray coating method.

본 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 파우더를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, the step of heat-treating the silicate powder may be further included.

본 실시예에 있어서, 상기 코팅층의 형성 전에, 상기 모재의 표면에 중간층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, before the formation of the coating layer, it may further include forming an intermediate layer on the surface of the base material.

본 실시예에 있어서, 상기 중간층의 열팽창계수는 상기 모재의 열팽창계수와 상기 내환경 배리어층의 열팽창계수 사이 값을 가질 수 있다.In this embodiment, the coefficient of thermal expansion of the intermediate layer may have a value between the coefficient of thermal expansion of the base material and the coefficient of thermal expansion of the environmental barrier layer.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 내환경 배리어층은 복수의 수직균열이 형성된 다음 치유되는 단계를 거쳐 형성됨으로써, 수직균열이 존재할 때의 구조적 안정성을 유지함과 동시에 외부의 산소나 수분이 내환경 배리어층을 투과하는 것을 방지할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the environmental barrier layer is formed through a step of healing after the formation of a plurality of vertical cracks, thereby maintaining structural stability in the presence of vertical cracks and allowing external oxygen or moisture to prevent environmental barriers. It can prevent penetration of the layer. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층이 적용된 내열부품을 포함하는 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성과정 중 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 밀도를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성과정 중 내환경 배리어층에 수직균열이 발생한 상태를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 수직균열이 치유된 상태를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 4의 수직균열이 치유된 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 치유여부에 따른 내환경 배리어층의 안정성을 테스트한 결과를 도시한 도이다.
1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a device including a heat-resistant component to which an environment-resistant barrier layer is applied according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart schematically showing a method of forming an environment-resistant barrier layer according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the density of vertical cracks generated in the environmental barrier layer during the process of forming the environmental barrier layer according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing a state in which vertical cracks have occurred in the environmental barrier layer during the process of forming the environmental barrier layer according to an embodiment of the present invention.
5 is a plan view illustrating a state in which the vertical crack of FIG. 4 is healed.
6 is a cross-sectional view showing a state in which the vertical crack of FIG. 4 is healed.
7 is a diagram showing the results of testing the stability of the environmental barrier layer according to whether or not the vertical cracks generated in the environmental barrier layer are healed.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and a method of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described later in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.In the following embodiments, terms such as first and second are not used in a limiting meaning, but are used for the purpose of distinguishing one component from another component.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In the following examples, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have means that the features or elements described in the specification are present, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or elements in advance.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. In the following embodiments, when a part such as a film, a region, or a component is on or on another part, not only the case directly above the other part, but also another film, region, component, etc. are interposed therebetween. This includes cases where there is.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. In the drawings, components may be exaggerated or reduced in size for convenience of description. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to what is shown.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다. When a certain embodiment can be implemented differently, a specific process order may be performed differently from the described order. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when describing with reference to the drawings, the same or corresponding components will be given the same reference numerals.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층이 적용된 내열부품을 포함하는 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 한편, 도 1은 장치로서 가스 터빈을 예시하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 내환경 배리어층은 항공기의 엔진, 발전소, 항공우주용 부품 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a device including a heat-resistant component to which an environment-resistant barrier layer is applied according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of an environment-resistant barrier layer according to an embodiment of the present invention. It is a flow chart schematically showing the formation method. Meanwhile, although FIG. 1 illustrates a gas turbine as an apparatus, the present invention is not limited thereto, and the environment-resistant barrier layer of the present invention can be applied to various fields such as engines, power plants, and aerospace parts of aircraft.

먼저, 도 1을 참조하면, 가스터빈(gas turbine)은 고온, 고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관으로서, 공기 압축기, 연소실, 터빈 등을 포함할 수 있다. 가스터빈은 공기 압축기로 공기를 압축하고, 압축된 공기는 연소실로 공급한다. 또한, 펌프를 통해 연료를 연소실로 공급하여 압축공기와 함께 연소시키는데, 이때 발생하는 고온, 고압의 가스를 이용하여 출력축을 중심으로 터빈을 회전시킨다. 한편, 터빈 가스 온도는 1,300℃ 이상의 고온일 수 있으므로, 터빈 가스에 직접 노출되는, 연소실, 터빈 등의 내열부품(1000)은 우수한 내열성 및 내구성을 갖추어야 한다. First, referring to FIG. 1, a gas turbine is a rotary heat engine that operates a turbine with high temperature and high pressure combustion gas, and may include an air compressor, a combustion chamber, and a turbine. The gas turbine compresses air with an air compressor, and the compressed air is supplied to the combustion chamber. In addition, fuel is supplied to the combustion chamber through a pump to combust with compressed air, and the turbine is rotated around the output shaft using the high-temperature and high-pressure gas generated at this time. Meanwhile, since the turbine gas temperature may be at a high temperature of 1,300° C. or higher, heat-resistant parts 1000 such as combustion chambers and turbines that are directly exposed to the turbine gas must have excellent heat resistance and durability.

일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 내열부품(1000)은 모재(10)와 모재(10) 상에 형성된 내환경 배리어층(100)을 포함할 수 있다. 또한, 모재(10)와 내환경 배리어층(100) 사이에는 이들 간의 열팽창율의 차이를 완화시킬 수 있는 중간층(20)이 더 형성될 수 있다. For example, as illustrated in FIG. 1, the heat-resistant component 1000 may include a base material 10 and an environment-resistant barrier layer 100 formed on the base material 10. In addition, an intermediate layer 20 capable of reducing a difference in thermal expansion coefficient between the base material 10 and the environment-resistant barrier layer 100 may be further formed.

모재(10)는 일 예로, 탄화규소 소결체 또는 탄화규소 섬유를 강화재로 이용한 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료(SiCf -SiC)로 제조될 수 있다. The base material 10 may be made of, for example, a silicon carbide sintered body or a silicon carbide fiber-reinforced composite material (SiC f -SiC) using a silicon carbide fiber as a reinforcing material.

탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료는, 탄화규소 섬유로 이루어진 매트릭스 내에 탄화규소가 분산된 구조를 가질 수 있는데, 탄화규소는 화학기상침투법(CVI, Chemical Vapor Infiltration), 액상실리콘침투법(Liquid Silicon Infiltration), 폴리머 함침 및 열분해법(Polymer Impregnation and Pyrolysis) 등의 방법으로 탄화규소 섬유로 이루어진 매트릭스 내의 공극으로 침투될 수 있다.The silicon carbide-silicon carbide fiber-reinforced composite material may have a structure in which silicon carbide is dispersed in a matrix composed of silicon carbide fibers. Silicon Infiltration), Polymer Impregnation and Pyrolysis, etc. may penetrate into the voids in the matrix made of silicon carbide fibers.

내환경 배리어층(100)은 실리케이트(Silicate)를 포함할 수 있다. 일 예로, 내환경 배리어층(100)은 이터븀 실리케이트(Yb2SiO5), 이트륨 실리케이트 (Y2SiO5) 및 뮬라이트(mullite) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 내환경 배리어층(100)은 모재(10)가 고온의 환경에 노출되는 것을 방지할 수 있다. The environment-resistant barrier layer 100 may include silicate. For example, the environment-resistant barrier layer 100 may include at least one of ytterbium silicate (Yb 2 SiO 5 ), yttrium silicate (Y 2 SiO 5 ), and mullite. The environment-resistant barrier layer 100 may prevent the base material 10 from being exposed to a high temperature environment.

또한, 내환경 배리어층(100)은 내부에 수직방향으로 형성된 균열이 치유된 영역을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 균열이 치유된 영역은 다른 영역보다 결정질의 함량이 더 높으며, 이에 의해 균열이 형성된 상태에서와 마찬가지로 내환경 배리어층(100)이 박리되는 것이 방지될 수 있다. In addition, the environment-resistant barrier layer 100 may include a region in which a crack formed in the vertical direction is healed. As will be described later, the region in which the crack is healed has a higher crystalline content than the other regions, whereby the environment-resistant barrier layer 100 can be prevented from being peeled off as in a state in which the crack is formed.

또한, 내환경 배리어층(100) 내부의 균열은 치유된 상태 즉, 메워진 상태이므로, 균열을 통해 외부의 수분이나 산소가 내환경 배리어층(100)을 투과하는 것이 방지되며, 이에 의해 탄화규소 소결체 또는 탄화규소 섬유를 강화재로 형성된 모재(10)가 산소 및/또는 수분과 반응하여 내열부품(1000)의 내구성이 감소하는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the crack inside the environmental barrier layer 100 is in a healed state, that is, a filled state, external moisture or oxygen through the crack is prevented from passing through the environmental barrier layer 100, thereby preventing the silicon carbide sintered body. Alternatively, the base material 10 formed of the silicon carbide fiber as a reinforcing material may react with oxygen and/or moisture to prevent a decrease in the durability of the heat-resistant component 1000.

중간층(20)은 모재(10)와 내환경 배리어층(100)을 접합시킨다. 중간층(20)의 열팽창계수는 모재(10)의 열팽창계수와 내환경 배리어층(100)의 열팽창계수의 사이의 값을 가질 수 있다. 중간층(20)은 실리콘(Silicon)을 포함할 수 있다. 일 예로, 중간층(20)은 실리콘, 질화실리콘, 산화실리콘 등일 수 있다. 따라서, 중간층(20)은 모재(10)와 내환경 배리어층(100) 간의 열팽창 차이를 완화시켜 내환경 배리어층(100)이 모재(10)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 중간층(20)은 일 예로, 단일층으로 형성될 수 있다. The intermediate layer 20 bonds the base material 10 and the environment-resistant barrier layer 100. The thermal expansion coefficient of the intermediate layer 20 may have a value between the thermal expansion coefficient of the base material 10 and the thermal expansion coefficient of the environmental barrier layer 100. The intermediate layer 20 may include silicon. For example, the intermediate layer 20 may be silicon, silicon nitride, silicon oxide, or the like. Accordingly, the intermediate layer 20 can prevent the environmental barrier layer 100 from being peeled off from the base material 10 by reducing a difference in thermal expansion between the base material 10 and the environment-resistant barrier layer 100. As an example, the intermediate layer 20 may be formed as a single layer.

내환경 배리어층(100)을 형성하는 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 모재(10) 상에 중간층(20)을 형성하는 단계(S10), 중간층(20) 상에 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계(S20), 코팅층을 후처리하여 내환경 배리어층을 형성하는 후처리 단계(S30)를 포함할 수 있다.The method of forming the environment-resistant barrier layer 100, as shown in FIG. 2, the step of forming the intermediate layer 20 on the base material 10 (S10), forming the environment-resistant barrier layer on the intermediate layer 20 It may include a step of forming a coating layer by coating the solvent composition (S20), a post-treatment step (S30) of forming an environment-resistant barrier layer by post-treating the coating layer.

상술한 바와 같이, 모재(10)는 탄화규소 소결체로 제조되거나 또는 화학기상침투법(CVI, Chemical Vapor Infiltration), 액상실리콘침투법(Liquid Silicon Infiltration), 폴리머 함침 및 열분해법(Polymer Impregnation and Pyrolysis) 등의 방법으로 형성된 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료(SiCf -SiC)로 제조될 수 있다.As described above, the base material 10 is made of a silicon carbide sintered body or chemical vapor infiltration (CVI), liquid silicon infiltration (Liquid Silicon Infiltration), polymer impregnation and pyrolysis (Polymer Impregnation and Pyrolysis) It can be made of a silicon carbide-silicon carbide fiber-reinforced composite material (SiC f -SiC) formed by a method such as

중간층(20)은 플라즈마 용사, PVD, CVD, PECDV 또는 실리콘을 포함하는 타켓을 사용한 스퍼터링법 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. The intermediate layer 20 may be formed by a method such as plasma spraying, PVD, CVD, PECDV, or a sputtering method using a target containing silicon.

내환경 배리어층 형성용 조성물은 실리케이트 파우더를 포함할 수 있다. 구체적으로, 내환경 배리어층 형성용 조성물은 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 또는 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함할 수 있다. The composition for forming an environment-resistant barrier layer may include silicate powder. Specifically, the composition for forming an environment-resistant barrier layer is yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, or mullite (mullite) powder may be included.

일 예로, 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 또는 뮬라이트(mullite) 파우더를 고온고압의 플라즈마 기류 내에 장입시켜 용융 또는 반용융 상태로 형성한 다음, 이를 고속으로 중간층(20) 상에 기계적으로 코팅하여 코팅층을 형성할 수 있다. 한편, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더는 혼합되어 이터븀 실리케이트(Yb2SiO5)를 형성하며, 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더는 혼합되어 이트륨 실리케이트 (Y2SiO5)를 형성할 수 있다.For example, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, or mullite powder at high temperature and high pressure It is charged in a plasma air stream to form a molten or semi-melted state, and then, it is mechanically coated on the intermediate layer 20 at high speed to form a coating layer. Meanwhile, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder are mixed to form ytterbium silicate (Yb 2 SiO 5 ), and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) 2 ) The powder may be mixed to form yttrium silicate (Y 2 SiO 5 ).

다른 예로, 내환경 배리어층 형성용 조성물은 결합제(binder), 분산제(dispersant), 소포제(defoamer), 이형제(release agent) 등을 더 포함하고, 용사코팅에 의해 중간층(20) 상에 코팅될 수 있다. 용사코팅에 의해 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하는 경우에는, 내환경 배리어층 형성용 조성물은 열처리된 파우더를 포함할 수 있다. As another example, the composition for forming an environment-resistant barrier layer further includes a binder, a dispersant, a defoamer, a release agent, etc., and may be coated on the intermediate layer 20 by thermal spray coating. have. When the composition for forming an environmental barrier layer is coated by thermal spray coating, the composition for forming an environmental barrier layer may include heat-treated powder.

파우더의 열처리는 일 예로, 1100℃ 내지 1300℃의 온도에서 2시간 이상 수행될 수 있다. 열처리 온도가 1100℃ 보다 낮으면, 파우더가 적절한 강도를 유지할 수 없어 코팅이 불균일하게 이루어질 수 있으며, 반면에 열처리 온도가 1300℃ 보다 높으면 파우더의 강도가 지나치게 증가하여 코팅시 파우더의 용융이 이루어지지 않아 불균일한 코팅층이 형성될 수 있다.For example, the heat treatment of the powder may be performed for 2 hours or more at a temperature of 1100°C to 1300°C. If the heat treatment temperature is lower than 1100℃, the powder cannot maintain proper strength, and the coating may be made uneven. On the other hand, if the heat treatment temperature is higher than 1300℃, the strength of the powder increases excessively and the powder does not melt during coating. A non-uniform coating layer may be formed.

또한, 용사코팅시에는 파우더의 공급 속도(feed rate), 플라즈마 건의 전압/전류(voltage/current)의 크기, 플라즈마 건의 이동속도(spray rate), 플라즈마 건과 모재(100) 간의 거리(분사 거리, spray distance) 등을 제어함으로써, 코팅층의 성질을 조절할 수 있다. 예를 들어, 파우더 공급속도, 플라즈마 건의 이동속도가 너무 작거나, 또는 분사거리가 너무 큰 경우는 코팅층의 밀도가 감소하며, 반대의 경우는 치밀한 코팅층이 형성될 수 있다.In addition, during thermal spray coating, the feed rate of the powder, the size of the voltage/current of the plasma gun, the spray rate of the plasma gun, the distance between the plasma gun and the base material 100 (spray distance, spray distance), etc., the properties of the coating layer can be adjusted. For example, if the powder supply speed, the moving speed of the plasma gun is too small, or the spray distance is too large, the density of the coating layer decreases, and in the opposite case, a dense coating layer may be formed.

내환경 배리어층 형성용 조성물을 중간층(20) 상에 코팅한 후에는 이를 후처리 하여 내환경 배리어층(100)을 형성한다. After coating the composition for forming an environment-resistant barrier layer on the intermediate layer 20, post-treatment thereof is performed to form the environment-resistant barrier layer 100.

후처리 단계에서는 형성된 코팅층을 1350℃ 내지 1500℃까지 가열하는 가열 단계와 실온까지 냉각시키는 냉각 단계를 복수 회 반복한다. 3000회 내지 5000회, 바람직하게는 4000회 내지 5000회 반복한다. 이하에서는 1회 가열 단계와 1회 냉각 단계를 1 cycle 이라고 한다. 각 cycle에서는 1350℃ 내지 1500℃까지 코팅층을 가열한 후에, 이를 30분 내지 60분 유지하는 유지단계를 포함될 수 있다. In the post-treatment step, the heating step of heating the formed coating layer to 1350°C to 1500°C and the cooling step of cooling to room temperature are repeated a plurality of times. It repeats 3000 to 5000 times, preferably 4000 to 5000 times. Hereinafter, one heating step and one cooling step are referred to as one cycle. In each cycle, after heating the coating layer to 1350°C to 1500°C, a holding step of maintaining it for 30 to 60 minutes may be included.

이와 같은 후처리 단계 과정에는 내환경 배리어층(100)에 복수의 수직 균열이 형성되고, 형성된 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유되는 과정이 포함된다. The post-treatment step process includes a process in which a plurality of vertical cracks are formed in the environmental barrier layer 100 and at least some of the formed plurality of vertical cracks are healed.

후처리 단계의 초기 내지 중기, 예를 2000 cycle 내지 3000 cycle 까지는 내환경 배리어층(100)에 수직 균열이 형성된다. 내환경 배리어층(100)에 수직 균열이 형성되면 내환경 배리어층(100)이 구조적으로 안정화된 상태를 가지게 된다. 따라서, 내환경 배리어층(100)에 급격한 온도 변화가 발생하더라도 수직 균열에 의해 열응력이 보상됨으로써, 내환경 배리어층(100)이 모재(10)로부터 박리되거나 파손되는 것이 방지될 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 수직균열은 외부의 수분 및/또는 산소의 침투 경로가 될 수 있다. Vertical cracks are formed in the environment-resistant barrier layer 100 from the early to the middle of the post-treatment step, for example, from 2000 cycles to 3000 cycles. When vertical cracks are formed in the environmental barrier layer 100, the environmental barrier layer 100 has a structurally stabilized state. Therefore, even if a sudden temperature change occurs in the environmental barrier layer 100, the thermal stress is compensated by vertical cracking, so that the environmental barrier layer 100 can be prevented from being peeled off or damaged from the base material 10. However, as described above, the vertical crack may be a penetration path of external moisture and/or oxygen.

후처리 단계의 중기, 예를 들어 3000 cycle 내지 4000 cycle 이후에는, 형성되었던 수직균열이 치유될 수 있다. 이는 수직균열이 이미 형성되어 구조적으로 안정화된 내환경 배리어층(100)을 1350℃ 이상의 고온으로 반복적으로 가열하고 냉각함에 따라, 추가적인 수직균열이 형성되기 보다는 내환경 배리어층(100)이 공융반응에 의해 부분적으로 용융되고 재결정화하는 과정을 통해 수직균열을 메우기 때문인데, 이때 수직균열에는 결정상이 상대적으로 많이 형성되게 된다. 즉, 수직 균열이 치유된 영역은 주변 영역보다 결정상이 함량이 상대적으로 많게 된다. In the middle of the post-treatment stage, for example after 3000 cycles to 4000 cycles, the vertical cracks that have formed can be healed. This is because vertical cracks are already formed and structurally stabilized environmental barrier layer 100 is repeatedly heated and cooled to a high temperature of 1350°C or higher, so that the environmental barrier layer 100 is prevented from forming additional vertical cracks. This is because the vertical cracks are partially melted and recrystallized to fill up the vertical cracks. At this time, a relatively large number of crystal phases are formed in the vertical cracks. That is, the area where the vertical crack is healed has a relatively higher content of crystal phase than the surrounding area.

예를 들어, 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 이용하여 코팅층을 형성하고 이를 후처리 하는 경우는, 수직 균열이 치유된 영역이 주변보다 Al2O3 결정상의 함량이 크게 되며, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 이용하여 코팅층을 형성하고 이를 후처리 하는 경우는, 수직 균열이 치유된 영역이 주변보다 SiO2의 결정상을 많이 포함할 수 있다. For example, in the case of forming a coating layer using a composition for forming an environment-resistant barrier layer containing mullite powder and post-treating it, the area where the vertical crack is healed has an Al 2 O 3 crystalline content higher than the surrounding area. When the coating layer is formed and post-treated using a composition for forming an environmental barrier layer containing ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, the vertical crack is healed. The region may contain more crystalline phases of SiO 2 than the periphery.

결정상은 유리상에 비해 열팽창계수가 크다. 따라서, 내환경 배리어층(100)에 급격한 온도 변화가 발생한다 하더라도 수직균열이 치유된 영역이 버퍼 기능을 함으로써, 내환경 배리어층(100)은 응력 저항성 및 피로 저항성을 가지며, 내환경 배리어층(100)의 구조적 안정성이 유지될 수 있다. 따라서, 수직 균열이 메워지더라도 균열이 형성된 상태와 마찬가지로 내환경 배리어층(100)이 모재(10)로부터 박리되거나 파손되는 것이 방지되며, 이와 동시에 수분 및/또는 산소의 침투경로가 차단되어, 내열부품(1000)의 내구성이 감소하는 것을 방지할 수 있다.The crystalline phase has a higher coefficient of thermal expansion than the glass phase. Therefore, even if a sudden temperature change occurs in the environmental barrier layer 100, the region from which the vertical crack is healed serves as a buffer, so that the environmental barrier layer 100 has stress resistance and fatigue resistance, and the environmental barrier layer ( 100) structural stability can be maintained. Therefore, even if the vertical crack is filled, the environment-resistant barrier layer 100 is prevented from being peeled off or damaged from the base material 10 as in the state in which the crack is formed, and at the same time, the penetration path of moisture and/or oxygen is blocked, thereby preventing heat resistance. It is possible to prevent the durability of the component 1000 from decreasing.

이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are for explaining the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited by the following examples. The following examples can be appropriately modified and changed by those skilled in the art within the scope of the present invention.

< 내환경 배리어층의 형성><Formation of environmental barrier layer>

실시예 1: 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료로 형성된 모재상에, 실리콘을 증착하여 중간층을 형성하고, 중간층 상에 뮬라이트(mullite)를 포함하는 내환경 배리어층을 형성하였다.Example 1: On a base material formed of a silicon carbide-silicon carbide fiber-reinforced composite material, silicon was deposited to form an intermediate layer, and an environment-resistant barrier layer including mullite was formed on the intermediate layer.

내환경 배리어층은 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 용사코팅하여 중간층 상에 코팅층을 형성한 후, 후처리 공정을 수행하여 형성하였다. 후처리 공정은 분당 5℃의 승온 속도로 1350℃까지 올리는 가열 단계와 실온까지 냉각하는 냉각 단계를 5000 cycle 진행하였다.The environment-resistant barrier layer was formed by thermal spray coating a composition for forming an environment-resistant barrier layer including mullite powder to form a coating layer on the intermediate layer, and then performing a post-treatment process. The post-treatment process performed 5000 cycles of a heating step of raising to 1350°C at a rate of 5°C per minute and a cooling step of cooling to room temperature.

실시예 2: 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료로 형성된 모재상에, 실리콘을 증착하여 중간층을 형성하고, 중간층 상에 이터븀 실리케이트(Yb2SiO5)를 포함하는 내환경 배리어층을 형성하였다. Example 2: On the base material formed of silicon carbide-silicon carbide fiber reinforced composite material, silicon was deposited to form an intermediate layer, and an environment-resistant barrier layer including ytterbium silicate (Yb 2 SiO 5 ) was formed on the intermediate layer. .

내환경 배리어층은 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 사용하여 용사코팅에 의해 중간층 상에 코팅층을 형성한 다음, 실시예 1과 동일한 후처리 공정을 수행하여 형성하였다.As the environmental barrier layer, a coating layer was formed on the intermediate layer by thermal spray coating using a composition for forming an environmental barrier layer containing ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, and then carried out. It was formed by performing the same post-treatment process as in Example 1.

<후처리 과정 중 수직 균열의 밀도 변화><Density change of vertical crack during post-treatment process>

도 3의 A는 실시예 1의 후처리 공정 중 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 밀도의 변화를 나타내고 있으며, 도 3의 B는 실시예 2의 후처리 공정 중 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 밀도의 변화를 나타내고 있다. 도 3에서 수직 균열의 밀도는 후처리 단계의 각 cycle 마다 표면을 촬영한 후, 단위 길이(1 mm)의 직선 상에 걸쳐있는 균열의 개수를 센 것이다.3A shows the change in the density of the vertical cracks generated in the environmental barrier layer during the post-treatment process of Example 1, and FIG. 3B shows the change in the environmental barrier layer during the post-treatment process of Example 2. It shows the change in the density of vertical cracks. In FIG. 3, the density of vertical cracks is the number of cracks over a straight line of unit length (1 mm) after photographing the surface in each cycle of the post-treatment step.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, A의 경우는 3000 cycle까지 수직 균열의 개수가 증가하다가 그 이후는 감소하고, B의 경우는 2000 cycle까지 수직 균열의 개수가 증가하다가 그 이후는 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3에서는 5000 cycle까지만 그 결과를 도시하고 있는데, 그 이유는 5000 cycle 이후에는 A와 B 모두 수직 균열의 개수가 급격히 감소한 상태를 유지한다. 따라서, 내환경 배리어층의 제조 시간 등을 고려할 때 후처리 단계에서 가열 단계와 냉각 단계는 5000회까지 반복하는 것이 바람직하다.As can be seen from Fig. 3, in the case of A, the number of vertical cracks increases up to 3000 cycles, and then decreases, and in the case of B, the number of vertical cracks increases until 2000 cycles, and then decreases thereafter. I can. In addition, the result is shown only up to 5000 cycles in FIG. 3, because after 5000 cycles, both A and B maintain a state in which the number of vertical cracks is rapidly decreased. Therefore, it is preferable to repeat the heating step and the cooling step up to 5000 times in the post-treatment step in consideration of the manufacturing time of the environmental barrier layer.

수직 균열이 감소한 이유는, 상술한 바와 같이, 이미 수직균열이 형성되어 구조적으로 안정화된 내환경 배리어층을 1350℃ 이상의 고온으로 반복적으로 가열하고 냉각함으로써, 추가적인 수직균열이 형성되기 보다는 내환경 배리어층의 조성들이 공융반응에 의해 부분적으로 용융되고 재결정화하는 과정을 통해 수직균열을 메우기 때문이며, 이때 수직 균열이 치유된 영역은 주변 영역보다 결정상이 함량이 상대적으로 많게 되므로, 내환경 배리어층은 구조적으로 안정화된 상태를 유지할 수 있다.The reason for the decrease in vertical cracks is that, as described above, by repeatedly heating and cooling the structurally stabilized environmental barrier layer at a high temperature of 1350°C or higher, rather than forming additional vertical cracks, the environmental barrier layer This is because the composition of is partially melted by eutectic reaction and fills up the vertical crack through the process of recrystallization.At this time, the region where the vertical crack is healed has a relatively higher content of crystalline phase than the surrounding region, so that the environmental barrier layer is structurally It can maintain a stable state.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성과정 중 내환경 배리어층에 수직균열이 발생한 상태를 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4의 수직균열이 치유된 상태를 도시한 평면도이며, 도 6은 도 4의 수직균열이 치유된 상태를 도시한 단면도이다.4 is a plan view showing a state in which vertical cracks have occurred in the environmental barrier layer during the process of forming the environmental barrier layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the vertical crack of FIG. 4 is healed. It is a plan view, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the vertical crack of FIG. 4 is healed.

도 4는 상기 실시예 2에 의해 형성된 내환경 배리어층(100)의 제조 과정 중 가열 단계와 냉각 단계를 3000회 반복된 결과로써, 수직균열(C)이 형성된 것을 알 수 있다. 또한, 도 5와 도 6은 실시예 2에 의해 형성된 내환경 배리어층(100)의 제조 과정 중 가열 단계와 냉각 단계를 5000회 반복된 결과로써, 수직균열(C)이 치유된 것을 알 수 있다. 즉, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 수직 균열(C)은 후처리 단계를 거치면서 형성되었다가 치유됨을 알 수 있다. 또한, 수직 균열(C)이 치유된 영역은 주변에 비해 결정질의 함량이 높게 되는데, 이는 도 6에 도시된 바와 같이 수직 균열(C)에 치유된 영역은 주변과 구별되는 것을 알 수 있다. 4 is a result of repeating the heating step and the cooling step 3,000 times during the manufacturing process of the environment-resistant barrier layer 100 formed according to the second embodiment, and it can be seen that the vertical crack C is formed. In addition, as a result of repeating the heating step and the cooling step 5000 times during the manufacturing process of the environment-resistant barrier layer 100 formed according to Example 2, it can be seen that the vertical crack C is healed. . That is, as shown in Figs. 4 to 6, it can be seen that the vertical crack C is formed through the post-treatment step and then healed. In addition, the area where the vertical crack C is healed has a higher crystalline content than the surrounding area. As shown in FIG. 6, it can be seen that the area healed by the vertical crack C is distinguished from the surrounding area.

도 7은 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 치유여부에 따른 내환경 배리어층의 안정성을 테스트한 결과한 도시한 도이다. 7 is a diagram showing the results of testing the stability of the environmental barrier layer according to whether or not the vertical cracks generated in the environmental barrier layer are healed.

도 7은 실시예 2에 의해 형성된 내환경 배리어층을 포함하는 내열부품의 내구성 테스트 결과로써, 도 7의 (A)는 도 5와 마찬가지로 가열 단계와 냉각 단계를 5000회 반복하여 형성한 내환경 배리어층을 포함하는 내열부품을 고온의 수증기 분위기에 노출시킨 결과이며, 도 7의 (B)는 도 4와 마찬가지로 가열 단계와 냉각 단계를 3000회 반복하여 형성한 내환경 배리어층을 포함하는 내열부품을 고온의 수증기 분위기에 노출시킨 결과이다.7 is a durability test result of a heat-resistant component including an environment-resistant barrier layer formed according to Example 2. FIG. 7A is an environment-resistant barrier formed by repeating the heating step and the cooling step 5000 times as in FIG. It is a result of exposing the heat-resistant part including the layer to a high-temperature steam atmosphere, and FIG. 7B shows a heat-resistant part including an environment-resistant barrier layer formed by repeating the heating step and the cooling step 3,000 times as in FIG. 4. It is the result of exposure to a high-temperature steam atmosphere.

도 7의 (A)는 내환경 배리어층의 탈락 및 기재의 손상이 발생하지 않은 반면, 도 7의 (B)는 내환경 배리어층의 탈락이 발생하지는 않았으나, 기재의 질량이 감소하여 파손된 결과를 나타낸다. 도 7의 (B)의 경우는 수직 크랙을 통해 수분이 기재로 침투하여 기재와 반응함으로써, 수산화실리콘이 형성되었기 때문이다. 7(A) shows that the environment-resistant barrier layer did not fall off and the substrate was not damaged, while FIG. 7(B) shows that the environment-resistant barrier layer did not come off, but the mass of the base material was reduced, resulting in damage. Represents. In the case of (B) of FIG. 7, this is because silicon hydroxide is formed by allowing moisture to penetrate into the substrate and react with the substrate through vertical cracks.

즉, 본원발명에 의하면, 후처리 단계를 거쳐 내환경 배리어층을 형성하므로, 내환경 배리어층의 탈락 등이 방지하고, 수분 등이 내환경 배리어층을 투과하는 것을 차단할 수 있으므로, 기재의 내구성이 감소하는 것을 방지할 수 있음을 알 수 있다.In other words, according to the present invention, since the environment-resistant barrier layer is formed through a post-treatment step, dropping of the environment-resistant barrier layer, etc. can be prevented, and moisture and the like can be blocked from penetrating the environment-resistant barrier layer. It can be seen that the reduction can be prevented.

10: 모재
20: 중간층
100: 내환경 배리어층
10: base material
20: middle layer
100: environmental barrier layer

Claims (10)

모재 상에 실리케이트 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 코팅층을 후처리 하여 상기 내환경 배리어층을 형성하는 후처리 단계;를 포함하고,
상기 후처리 단계는, 상기 코팅층을 1350℃ 내지 1500℃까지 가열하는 가열 단계와 실온까지 냉각시키는 냉각 단계를 3000회 내지 5000회 반복하는 내환경 배리어층의 형성 방법.
Forming a coating layer by coating a composition for forming an environmental barrier layer including silicate powder on a base material; And
Including; a post-treatment step of forming the environmental barrier layer by post-treating the coating layer,
In the post-treatment step, a heating step of heating the coating layer to 1350°C to 1500°C and a cooling step of cooling to room temperature are repeated 3000 to 5000 times.
제1항에 있어서,
상기 후처리 단계에서는, 상기 내환경 배리어층에 상기 내환경 배리어층의 두께 방향으로 복수의 수직 균열들이 형성되고, 형성된 상기 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유되는 과정을 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 1,
In the post-treatment step, a plurality of vertical cracks are formed in the environmental barrier layer in a thickness direction of the environmental barrier layer, and at least some of the formed vertical cracks are healed. Method of formation.
제2항에 있어서,
상기 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유된 위치는 주변 보다 결정상의 함량이 더 큰 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 2,
A method of forming an environment-resistant barrier layer at a location where at least some of the plurality of vertical cracks are healed has a larger crystalline content than the surrounding.
제1항에 있어서,
상기 가열 단계와 상기 냉각 단계 사이에, 상기 코팅층의 가열된 상태를 유지하는 유지 단계를 더 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 1,
Between the heating step and the cooling step, the method of forming an environment-resistant barrier layer further comprising a maintaining step of maintaining the heated state of the coating layer.
제1항에 있어서,
상기 실리케이트 파우더는, i)산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, ii)산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 또는 iii)뮬라이트(mullite) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 1,
The silicate powder is i) yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, ii) ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, or iii) mullite (mullite) A method of forming an environment-resistant barrier layer containing powder.
제1항에 있어서,
상기 모재는, 탄화규소 소결체 또는 탄화규소 섬유를 강화재로 이용한 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료(SiCf -SiC)로 형성된 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 1,
The base material is a method of forming an environment-resistant barrier layer formed of a silicon carbide sintered body or a silicon carbide fiber-reinforced composite material (SiC f -SiC) using a silicon carbide fiber as a reinforcing material.
제1항에 있어서,
상기 코팅층은 용사코팅법에 의해 형성되는 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 1,
The coating layer is a method of forming an environment-resistant barrier layer formed by a thermal spray coating method.
제7항에 있어서,
상기 코팅층을 형성하는 단계 전에, 상기 실리케이트 파우더를 열처리하는 단계를 더 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 7,
Before the step of forming the coating layer, the method of forming an environment-resistant barrier layer further comprising the step of heat-treating the silicate powder.
제1항에 있어서,
상기 코팅층의 형성 전에, 상기 모재의 표면에 중간층을 형성하는 단계를 더 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 1,
Before the formation of the coating layer, the method of forming an environment-resistant barrier layer, further comprising forming an intermediate layer on the surface of the base material.
제9항에 있어서,
상기 중간층의 열팽창계수는 상기 모재의 열팽창계수와 상기 내환경 배리어층의 열팽창계수 사이 값을 가지는 내환경 배리어층의 형성 방법.
The method of claim 9,
The thermal expansion coefficient of the intermediate layer is a method of forming an environmental barrier layer having a value between the coefficient of thermal expansion of the base material and the coefficient of thermal expansion of the environmental barrier layer.
KR1020180170953A 2018-12-27 2018-12-27 Method of forming an environmental barrier layer KR102203857B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180170953A KR102203857B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Method of forming an environmental barrier layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180170953A KR102203857B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Method of forming an environmental barrier layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200080945A KR20200080945A (en) 2020-07-07
KR102203857B1 true KR102203857B1 (en) 2021-01-15

Family

ID=71602595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180170953A KR102203857B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Method of forming an environmental barrier layer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102203857B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000355753A (en) 1999-04-15 2000-12-26 United Technol Corp <Utc> Article having substrate containing silicon and barrier layer containing yttrium, and its production
JP2002188458A (en) 2000-12-18 2002-07-05 Toshiba Corp Repairing method and repair equipment for gas turbine parts, and gas turbine parts and gas turbine system for power generation using the repair method
KR100383178B1 (en) 1999-04-15 2003-05-12 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 method for applying a barrier layer to a silicon based substrate
KR100390290B1 (en) 1999-04-15 2003-07-04 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 Article comprising silicon based substrate with calcium aluminosilicate environmental/thermal barrier layer
KR101802158B1 (en) 2016-06-15 2017-11-30 한국전력공사 Manufacturing method for functional coated powder and functional coated powder prepared the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101681195B1 (en) 2015-07-29 2016-12-12 창원대학교 산학협력단 Thermal Barrier Coating System with Self-Healing Ability

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000355753A (en) 1999-04-15 2000-12-26 United Technol Corp <Utc> Article having substrate containing silicon and barrier layer containing yttrium, and its production
KR100383178B1 (en) 1999-04-15 2003-05-12 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 method for applying a barrier layer to a silicon based substrate
KR100390290B1 (en) 1999-04-15 2003-07-04 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 Article comprising silicon based substrate with calcium aluminosilicate environmental/thermal barrier layer
JP2002188458A (en) 2000-12-18 2002-07-05 Toshiba Corp Repairing method and repair equipment for gas turbine parts, and gas turbine parts and gas turbine system for power generation using the repair method
KR101802158B1 (en) 2016-06-15 2017-11-30 한국전력공사 Manufacturing method for functional coated powder and functional coated powder prepared the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200080945A (en) 2020-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6733908B1 (en) Multilayer article having stabilized zirconia outer layer and chemical barrier layer
JP5953947B2 (en) Environment-coated ceramic matrix composite parts and method for producing the same
JP6865554B2 (en) Goods with excellent high temperature performance
CA2976181C (en) Coated member and method of manufacturing the same
US10774007B2 (en) Fast-densified ceramic matrix composite
US20110059321A1 (en) Method of repairing a thermal barrier coating and repaired coating formed thereby
JP2016528135A (en) Environmental barrier for heat-resistant substrates containing silicon
US11512379B2 (en) Post deposition heat treatment of bond coat and additional layers on ceramic or CMC substrate
CN104529498A (en) One-step preparation method of multi-layer environmental barrier coatings through spark plasma sintering (SPS)
CN108534178A (en) Seal assembly for the component for penetrating CMC liner
CN109642467A (en) Turbine system with seal member
CN109071367B (en) Coating structure, turbine component having the coating structure, and method for manufacturing the coating structure
KR102203857B1 (en) Method of forming an environmental barrier layer
US20120308836A1 (en) Composite article having silicate barrier layer and method therefor
US11873604B2 (en) Environment-resistive coated reinforcement fiber applicable to fiber-reinforced composite
US20220204415A1 (en) Part made of silicon-based ceramic or cmc and method for producing such a part
US20200199028A1 (en) Seal coats to prevent silicon loss during re-melt infiltration of si containing composites
CA3049080A1 (en) Part comprising a substrate and an environmental barrier
KR102334321B1 (en) Composition of an environmental barrier layer and structure comprising the environmental barrier layer
JP4117529B2 (en) Method for producing ceramic matrix composite member
US10544063B2 (en) Method of fabricating a ceramic matrix composite
US20190161416A1 (en) Pretreatment of High Temperature Ceramic Composites
KR102259348B1 (en) Environmental shield coating comprising non oxide substrate and method of fabricating thereof
CN106298471A (en) The method for annealing of sic semiconductor device
CN117125991A (en) Method for integrally preparing boride superhigh temperature ceramic coating through mixing

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant