KR20200075355A - Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof - Google Patents

Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20200075355A
KR20200075355A KR1020180163939A KR20180163939A KR20200075355A KR 20200075355 A KR20200075355 A KR 20200075355A KR 1020180163939 A KR1020180163939 A KR 1020180163939A KR 20180163939 A KR20180163939 A KR 20180163939A KR 20200075355 A KR20200075355 A KR 20200075355A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
top coating
substrate
forming
oxide substrate
coating layer
Prior art date
Application number
KR1020180163939A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102197552B1 (en
Inventor
오윤석
이성민
한윤수
김형태
Original Assignee
한국세라믹기술원
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 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020180163939A priority Critical patent/KR102197552B1/en
Publication of KR20200075355A publication Critical patent/KR20200075355A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102197552B1 publication Critical patent/KR102197552B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/85Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87Ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62222Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/0072Heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/4505Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application
    • C04B41/4523Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application applied from the molten state ; Thermal spraying, e.g. plasma spraying
    • C04B41/4527Plasma spraying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/4505Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application
    • C04B41/4535Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application applied as a solution, emulsion, dispersion or suspension
    • C04B41/4539Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application applied as a solution, emulsion, dispersion or suspension as a emulsion, dispersion or suspension
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5024Silicates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances

Abstract

The present invention relates to a non-oxide substrate including a densified top coating, and also relates to a method for manufacturing the non-oxide substrate including the densified top coating. In the present invention, provided is a substrate including a densified coating layer by densifying the coating of a substrate (a base material), thereby providing a shielding coating layer with improved high temperature chemical stability.

Description

치밀화된 탑 코팅을 포함한 비산화물 기판 및 이의 제조 방법 {NON OXIDE SUBSTRATE COMPRISING DENSIFIED TOP COATING AND METHOD OF FORMING THEREOF}Non-oxide substrate including densified top coating and its manufacturing method {NON OXIDE SUBSTRATE COMPRISING DENSIFIED TOP COATING AND METHOD OF FORMING THEREOF}

본 발명은 치밀화된 탑 코팅을 포함한 비산화물 기판에 관한 것이며, 또한 이러한 치밀화된 탑 코팅을 포함한 비산화물 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-oxide substrate comprising a densified top coating, and also to a method for producing a non-oxide substrate comprising such a densified top coating.

방위산업, 우주항공 및 첨단 산업에 적용되는 소재들은 극한 사용 환경인 초고온, 고압, 화학적 열화 등의 에 노출되는 대표적 소재들이다. 따라서 터빈 엔진 및 주변기기 등과 같은 핵심부품 소재에 대한 내열성, 경량화 그리고 내부식성을 갖춘 복합소재 개발과 그 소재를 유지하고 보호할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 이러한 복합소재 중 내구성이 높고 고온안정성이 높은 탄화규소(SiC, silicon carbide) 기반의 세라믹 복합체 (CMC, ceramic matrix composites) 소재가 초고온 사용환경용 소재로서 가스터빈엔진 및 주변 부품 등 여러 분야에 사용할 수 있는 소재로 주목받고 있다. Materials applied to the defense industry, aerospace, and high-tech industries are representative materials exposed to extreme use environments such as high temperature, high pressure, and chemical deterioration. Therefore, the development of composite materials with heat resistance, light weight, and corrosion resistance for core component materials such as turbine engines and peripheral devices, and the technology to maintain and protect the materials are required. Among these composite materials, ceramic matrix composites (CMC) based on silicon carbide (SiC), which is durable and has high temperature stability, is used for various applications such as gas turbine engines and peripheral parts as materials for ultra-high temperature environments. It is attracting attention as a material.

하지만 SiC의 경우 1300 ℃ 이상의 고온 환경에서 CMAS (calcium-magnesium aluminosilicate)나 수분 등에 반복적으로 노출되는 환경에서는 침식 및 산화 등의 화학적 열화가 가속화될 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 고온에서 화학적 열화 현상을 억제하고, Si계 CMC기재를 고온, 수분, 고압의 연료, 등 산화, 침식 환경에서 보호하고자 환경 차폐 코팅 기술(EBC)의 연구가 이루어지고 있다.However, in the case of SiC, it is known that chemical deterioration such as erosion and oxidation may be accelerated in an environment repeatedly exposed to CMAS (calcium-magnesium aluminosilicate) or moisture in a high temperature environment of 1300°C or higher. Therefore, research on environmental shielding coating technology (EBC) is being conducted to suppress chemical deterioration at high temperatures and to protect Si-based CMC substrates from high temperature, moisture, high pressure fuel, and other oxidation and erosion environments.

항공기 터빈 엔진, 발전기 터빈의 재료는 SiC, Si3N4와 같은 재료가 이용되고, 이러한 재료들은 수분이나 산소에 매우 취약한 문제점이 있고, 고온에서 내화학성이 필요하다. 사용온도가 1200 내지 1800℃이므로 고온에서 내화학성(화학적 열화를 막음)이 필요하다.Materials such as SiC and Si 3 N 4 are used as materials for aircraft turbine engines and generator turbines, and these materials are very vulnerable to moisture and oxygen, and require chemical resistance at high temperatures. Since the use temperature is 1200 to 1800℃, chemical resistance (preventing chemical deterioration) at high temperature is necessary.

이러한 고온에서 내열성 및 내화학성을 나타내는 코팅에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 실정이다.At present, research on coatings exhibiting heat resistance and chemical resistance at high temperatures has been continuously conducted.

본 발명에서는 고온에서 기판(모재)의 내열성 및 내화학성을 확보하기 위해 코팅을 치밀화하는 방법 및 이렇게 치밀화된 코팅층을 갖는 기판을 제공하고자 한다.In the present invention, to provide a method for densifying the coating to secure the heat resistance and chemical resistance of the substrate (base material) at a high temperature, and to provide a substrate having the densified coating layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법은, 비산화물 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 본드 코팅층을 형성하는 단계; 상기 본드 코팅층 상에 이트륨 실리케이트 또는 희토류 실리케이트로 이루어진 탑 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계를 포함한다.A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate according to an embodiment of the present invention comprises: preparing a non-oxide substrate; Forming a bond coating layer on the substrate; Forming a top coating layer made of yttrium silicate or rare earth silicate on the bond coating layer; And densifying the top coating layer.

상기 비산화물 기판은 실리콘계 비산화물 기판이다.The non-oxide substrate is a silicon-based non-oxide substrate.

상기 본드 코팅층은 실리콘계 물질로 이루어진다.The bond coating layer is made of a silicon-based material.

상기 본드 코팅층 상에 이트륨 실리케이트 또는 희토류 실리케이트로 이루어진 탑 코팅층을 형성하는 단계는, 하소된 이트륨 실리케이트 또는 하소된 란타넘족 희토류 실리케이트 원료 분말이 분산된 현탁액을 준비하는 단계; 서스펜션 플라즈마 스프레이(SPS: Suspension Plasma Spray) 방법을 이용해 상기 현탁액을 모재에 분사하여 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 코팅막을 열처리하는 단계를 포함한다.Forming a top coating layer made of yttrium silicate or rare earth silicate on the bond coating layer comprises: preparing a suspension in which calcined yttrium silicate or calcined lanthanum rare earth silicate raw powder is dispersed; Coating the suspension by spraying the suspension onto a base material using a Suspension Plasma Spray (SPS) method; And heat-treating the coated coating film.

상기 희토류 실리케이트는 란타넘족 희토류 실리케이트이다. 상기 란타넘족 희토류 원소는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 이다.The rare earth silicate is a lanthanide rare earth silicate. The lanthanide rare earth elements are La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.

상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계는, 치밀화를 위한 코팅액을 제조하는 단계; 상기 코팅액에 상기 탑 코팅층이 형성된 기판을 담그는 단계; 및 상기 기판을 건조시킨 후 열처리하는 단계를 포함한다.The step of densifying the top coating layer includes: preparing a coating solution for densification; Dipping the substrate in which the top coating layer is formed in the coating solution; And drying the substrate and then heat-treating it.

상기 치밀화를 위한 코팅액은 희토류계 산화물, Al2O3, SiO2, ZrO2 중 어느 하나 이상을 액상화시킨 것을 포함한다.The coating solution for densification includes liquefying any one or more of rare earth oxides, Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 .

상기 치밀화를 위한 코팅액은 상기 기판의 사용 온도에 따라 제어된다.The coating solution for densification is controlled according to the temperature of use of the substrate.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법은, 실리콘계 비산화물 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 실리콘계 본드 코팅층을 형성하는 단계; 상기 본드 코팅층 상에 이트륨 실리케이트 또는 희토류 실리케이트로 이루어진 탑 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계를 포함하고, 상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계는, 치밀화를 위한 코팅액을 제조하는 단계; 상기 코팅액에 상기 탑 코팅층이 형성된 기판을 담그는 단계; 및 상기 기판을 건조시킨 후 열처리하는 단계를 포함한다.A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate according to a further embodiment of the present invention includes preparing a silicon-based non-oxide substrate; Forming a silicon-based bond coating layer on the substrate; Forming a top coating layer made of yttrium silicate or rare earth silicate on the bond coating layer; And densifying the top coating layer, and densifying the top coating layer comprises: preparing a coating solution for densification; Dipping the substrate in which the top coating layer is formed in the coating solution; And drying the substrate and then heat-treating it.

상기 치밀화를 위한 코팅액은 희토류계 산화물, Al2O3, SiO2, ZrO2 중 어느 하나 이상을 액상화시킨 것을 포함한다.The coating solution for densification includes liquefying any one or more of rare earth oxides, Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 .

상기 치밀화를 위한 코팅액은 상기 기판의 사용 온도에 따라 제어된다.The coating solution for densification is controlled according to the temperature of use of the substrate.

본 발명에서는 기판(모재)의 코팅을 치밀화함으로써 치밀화된 코팅층을 포함한 기판을 제공하여, 이를 통해 고온 화학적 안정성이 향상된 차폐 코팅층을 제공한다.The present invention provides a substrate including a densified coating layer by densifying the coating of the substrate (base material), thereby providing a shielding coating layer having improved high-temperature chemical stability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비산화물 기판에 탑 코팅을 형성하는 방법을 순서도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑 코팅을 치밀화하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 치밀화 과정이 이루어지지 아니한 기판과 치밀화 과정이 이루어진 기판에 대한 모식도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치밀화 과정을 수행하는 모식도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 치밀화 과정이 이루어지지 아니한 기판과 치밀화 과정이 이루어진 기판에 대한 SEM 이미지를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
1 shows a flow chart of a method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of forming a top coating on a non-oxide substrate according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a flow chart of a method for densifying the top coating according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B respectively show schematic views of a substrate on which the densification process is not performed and a substrate on which the densification process is performed.
5 is a schematic diagram for performing a densification process according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B show SEM images of a substrate on which densification is not performed and a substrate on which densification is performed, respectively.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, and like reference numbers throughout the drawings are used to indicate similar elements. For purposes of illustration, various descriptions are presented to provide an understanding of the invention. However, it is apparent that these embodiments can be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are presented in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may be variously modified and may have various forms, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises" or "have" are intended to indicate the presence of features, steps, acts, components, parts or combinations thereof described in the specification, one or more other features or steps. It should be understood that it does not preclude the existence or addition possibility of the operation, components, parts or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법의 순서도를 도시한다.1 shows a flow chart of a method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법은, 비산화물 기판을 준비하는 단계(S 110); 상기 기판 상에 본드 코팅층을 형성하는 단계(S 120); 상기 본드 코팅층 상에 이트륨 실리케이트 또는 희토류 실리케이트로 이루어진 탑 코팅층을 형성하는 단계(S 130); 및 상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계(S 140)를 포함한다.As shown in Figure 1, a method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate according to an embodiment of the present invention, preparing a non-oxide substrate (S 110); Forming a bond coating layer on the substrate (S 120); Forming a top coating layer made of yttrium silicate or rare earth silicate on the bond coating layer (S 130); And densifying the top coating layer (S 140).

S 110 단계에서는 비산화물 기판을 준비한다. 비산화물 기판은 실리콘계 비산화물 기판이 이용된다. 코팅이 이루어지는 기판(모재)은 SiC 또는 Si3N4인 것이 이용될 수 있으며, 이러한 기판은 방위산업, 우주항공 및 첨단 산업에 적용되는 소재들은 극한 사용 환경인 초고온, 고압, 화학적 열화 등의 에 노출되는 대표적 소재들이다. 터빈 엔진 및 주변기기 등과 같은 핵심부품으로 이용된다. In step S 110, a non-oxide substrate is prepared. As the non-oxide substrate, a silicon-based non-oxide substrate is used. SiC or Si 3 N 4 may be used as the substrate (base material) on which the coating is made, and these substrates are used for defense applications, aerospace, and high-tech industries, such as ultra-high temperature, high pressure, and chemical degradation. These are representative materials to be exposed. It is used as core parts such as turbine engine and peripheral equipment.

S 120 단계에서는 기판 상에 본드 코팅층을 형성한다. 본드 코팅층은 실리콘계 물질로 이루어지는 것이 이용될 수 있으며, 기타 본딩 역할을 하는 재료가 이용 가능할 수 있다. 본드 코팅층은 기판과 탑 코팅 사이에서 서로를 연결시켜주는 역할을 하며 기판 보호 배리어 역할도 한다. 본드 코팅층은 바람직하게는 기판과 탑 코팅층의 재료의 각각의 열팽창 계수의 사이의 값에 있는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해 온도 변화에 따른 열팽창에 의한 변화율을 최소화하여 탑 코팅층이 잘 유지되도록 한다.In step S 120, a bond coating layer is formed on the substrate. The bond coating layer may be made of a silicon-based material, and other bonding materials may be used. The bond coating layer serves to connect each other between the substrate and the top coating, and also serves as a substrate protection barrier. It is preferable to use a material that is in a value between the coefficient of thermal expansion of each of the materials of the substrate and the top coating layer as the bond coating layer. This minimizes the rate of change due to thermal expansion due to temperature change so that the top coating layer is well maintained.

S 130 단계에서는 본드 코팅층 상에 이트륨 실리케이트 또는 희토류 실리케이트로 이루어진 탑 코팅층을 형성한다. 코팅막의 모재는 위에서 설명한 것처럼 터빈, 발전기 등의 모재에 코팅된다. 모재는 SiC 또는 Si3N4로 이루어져 있다. 코팅막은 수분 또는 산소가 모재로 침투하는 것을 억제함으로써 궁극적으로 모재의 신뢰성을 향상시킨다. 본 발명에서는 탑 코팅 및 이후 설명하는 치밀화 코팅 단계를 추가로 거침으로써 더욱 고온에서 내열성 및 내화학성을 확보한다. In step S 130, a top coating layer made of yttrium silicate or rare earth silicate is formed on the bond coating layer. The base material of the coating film is coated on a base material such as a turbine or a generator as described above. The base material is made of SiC or Si 3 N 4 . The coating film ultimately improves the reliability of the base material by inhibiting moisture or oxygen from penetrating the base material. In the present invention, heat resistance and chemical resistance are secured at a higher temperature by additionally passing through a top coating and a densification coating step described later.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비산화물 기판에 탑 코팅을 형성하는 방법을 순서도를 도시한다. 탑 코팅을 형성하는 방법은, 하소된 이트륨 실리케이트 또는 하소된 란타넘족 희토류 실리케이트 원료 분말이 분산된 현탁액을 준비하는 단계(S 210); 서스펜션 플라즈마 스프레이(SPS: Suspension Plasma Spray) 방법을 이용해 상기 현탁액을 모재에 분사하여 코팅하는 단계(S 220); 및 상기 코팅된 코팅막을 열처리하는 단계(S 230)를 포함한다.2 is a flowchart illustrating a method of forming a top coating on a non-oxide substrate according to an embodiment of the present invention. A method of forming a top coating includes preparing a suspension in which calcined yttrium silicate or calcined lanthanum rare earth silicate raw material powder is dispersed (S 210); Spraying and coating the suspension on the base material using a suspension plasma spray (SPS) method (S 220); And heat-treating the coated coating film (S 230).

S 210 단계에서는 하소된 이트륨 실리케이트 또는 하소된 란타넘족 희토류 실리케이트 원료 분말이 분산된 현탁액을 준비한다. 원료 분말들을 일정 비율로 혼합하고 볼 밀 등을 통해 혼합한 후 고온에서 하소하여 분말을 준비하고 이를 이용해 서스펜션을 준비한다. 란타넘족 희토류 원소는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 중에서 이용된다. 현탁액을 준비하는 단계에서 용매로는 에탄올 및 증류수가 이용될 수 있다.In step S 210, a suspension in which calcined yttrium silicate or calcined lanthanum rare earth silicate raw material powder is dispersed is prepared. After mixing the raw powders in a certain ratio, mixing them through a ball mill, etc., calcining them at a high temperature to prepare the powders, and using this to prepare a suspension. Lanthanum rare earth elements are used from La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Ethanol and distilled water may be used as solvents in preparing the suspension.

S 220 단계에서는 서스펜션 플라즈마 스프레이(SPS: Suspension Plasma Spray) 방법을 이용해 상기 현탁액을 모재에 분사하여 코팅할 수 있다. 이 경우 일반적인 용사 코팅 또는 대기 플라즈마 용사(APS: Air Plasma Spray)도 가능하다. 일반적인 용사 코팅을 이용하는 경우에는 현탁액 대신 과립화 분말원료를 이용해서 코팅을 진행하게 된다. 또한, 일반적인 용사 코팅의 이용시 S 210 단계에서는 과립분말을 목표 조성에 맞게 준비하는 과정을 진행한다. 또한, 일반 용사 코팅의 경우, 과립화 분말 원료를 이용하여 모재에 분사하여 코팅을 진행한다. 서스펜션 플라즈마 스프레이(SPS, Suspension plasma spray)법은 액적 상태의 미소 크기 입자 원료를 사용하여 분말 형태의 원료를 사용하는 대기 플라즈마 용사에 비하여, 용사 되는 액적의 입자 사이즈가 약 수마이크론 정도로 작아 대기 플라즈마 용사에 비해 치밀하고 높은 밀도의 코팅층을 얻을 수 있다. 플라즈마 형성 가스로 He, Ar, N2, H2를 이용한다.In step S 220, the suspension may be coated by spraying the suspension on a base material using a suspension plasma spray (SPS) method. In this case, a general thermal spray coating or air plasma spray (APS) is also possible. In the case of using a conventional thermal spray coating, coating is performed using a granulated powder raw material instead of a suspension. In addition, in the case of using a general thermal spray coating, in step S 210, a process of preparing granule powder according to a target composition is performed. In addition, in the case of a general thermal spray coating, coating is performed by spraying the base material using a granulated powder raw material. Suspension plasma spray (SPS) method uses a small-sized particle material in the form of droplets, compared to atmospheric plasma sprays using powdered raw materials, and the particle size of the sprayed droplets is as small as a few microns, resulting in atmospheric plasma spraying. Compared to this, a denser and higher density coating layer can be obtained. He, Ar, N 2 and H 2 are used as the plasma forming gas.

S 230 단계에서는 코팅된 코팅막을 열처리한다. 열처리는 용도 및 상태에 따라 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며, 대표적으로는 플레임(flame)에 의한 융착 방식 또는 코팅층을 형성한 이후 램프에 의한 가열 방식을 이용할 수 있으며, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. S 230 단계의 열처리는 필수적인 단계는 아니며 필요한 경우에만 적용될 수 있고, 이러한 열처리는 일반 용사 코팅의 경우에도 기본적으로 필수 공정은 아니나 필요에 따라 이용될 수 있다.In step S 230, the coated coating film is heat treated. The heat treatment may be performed in various ways depending on the use and condition, and typically, a fusion method by flame or a heating method by a lamp after forming a coating layer may be used, but is not limited thereto. The heat treatment of step S 230 is not an essential step and can be applied only when necessary, and such a heat treatment is not an essential process even in the case of a general thermal spray coating, but can be used as needed.

S 140 단계에서는 탑 코팅층을 치밀화하는 단계를 수행한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑 코팅을 치밀화하는 방법의 순서도를 도시한다.In step S 140, the step of densifying the top coating layer is performed. Figure 3 shows a flow chart of a method for densifying the top coating according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 도시된 것처럼, 탑 코팅층을 치밀화하는 단계는, 치밀화를 위한 코팅액을 제조하는 단계(S 310); 코팅액에 상기 탑 코팅층이 형성된 기판을 담그는 단계(S 320); 및 기판을 건조시킨 후 열처리하는 단계(S 330)를 포함한다.As shown in Figure 3, the step of densifying the top coating layer, the step of preparing a coating solution for densification (S 310); Dipping the substrate in which the top coating layer is formed in a coating solution (S 320); And drying and heat-treating the substrate (S330).

본 발명에서는 탑 코팅만 한 경우 기공 또는 균열들이 관찰됨을 확인하고, 이러한 기공 또는 균열들을 치밀화시키는 치밀화 코팅을 수행함으로써 더욱 내열성 및 내화학성을 높였다. 이러한 기공 또는 균열들은 보통 수십 nm 내지 mm 크기이며 이러한 기공 또는 균열을 통해 외부 가스가 산화 또는 침식 등을 일으킬 수 있으므로 기공 또는 균열 크기를 줄이는 치밀화 과정이 필요하다.In the present invention, when only the top coating was performed, it was confirmed that pores or cracks were observed, and the heat resistance and chemical resistance were further enhanced by performing a densification coating to densify these pores or cracks. These pores or cracks are usually several tens of nm to mm in size, and through these pores or cracks, an external gas may cause oxidation or erosion, and thus a densification process to reduce the size of the pores or cracks is required.

이러한 치밀화를 위한 코팅액은 희토류계 산화물, Al2O3, SiO2, ZrO2 중 어느 하나 이상을 액상화시킨 것을 이용한다. 액상화 가능한 희토류계 산화물이면 이용 가능할 수 있다. As the coating liquid for densification, a liquid obtained by liquefying any one or more of rare earth oxides, Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 is used. It may be available as long as it is a liquefied rare earth oxide.

치밀화를 위한 코팅액은 기판의 사용 온도에 따라 제어될 수 있다. 즉, 해당 기판(모재)의 사용 온도에 따라 고온 내구성이 좋은 희토류계 산화물을 이용할 수도 있고, 사용 온도가 아주 높지 않다면 Al2O3, SiO2, ZrO2 중 하나를 이용할 수도 있는 것이다. 즉, 사용 온도에 따라 치밀화를 위한 코팅 재료가 상이하게 제어될 수 있다. 구체적인 코팅액의 제조, 코팅 및 열처리 과정은 이하의 실시예에서 추가적으로 설명하도록 하겠다.The coating solution for densification can be controlled according to the temperature of use of the substrate. That is, a rare earth-based oxide having good high-temperature durability may be used depending on the use temperature of the substrate (base material), or one of Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 may be used if the use temperature is not very high. That is, the coating material for densification can be controlled differently according to the use temperature. The manufacturing, coating, and heat treatment processes of the specific coating solution will be further described in the following examples.

지금까지 설명한 본 발명의 방법에 따라 제조된 치밀화된 탑 코팅을 포함한 비산화물 기판은, 고온 내열성 및 고온에서 내화학성을 나타낸다. 따라서, 이러한 비산화물 기판은 화학 플랜트, 항공기 엔진, 원자력 발전소, 우주 항공 재료로 이용 가능하다.The non-oxide substrate including the densified top coating prepared according to the method of the present invention described so far exhibits high temperature heat resistance and chemical resistance at high temperature. Thus, these non-oxide substrates can be used in chemical plants, aircraft engines, nuclear power plants, and aerospace materials.

지금까지 본 발명의 내용에 대해서 설명하였으며, 이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.The contents of the present invention have been described so far, and the contents of the present invention will be further described below with specific examples.

코팅 기재는 두께 3㎜, 직경 1inch의 코인 형태의 소결체 탄화규소(Silicon carbide, SiC, 99.9%, MAX-TECH, Korea) 기판을 이용하였다. 기판재와 코팅층의 부착력 증대를 위해 코팅 전에 기판 표면을 샌드 블라스팅으로 처리하였다. 이후 아세톤으로 30분간 초음파 세척 후 건조한 뒤 용사하였다.As the coating substrate, a coin-shaped sintered silicon carbide (Silicon carbide, SiC, 99.9%, MAX-TECH, Korea) substrate having a thickness of 3 mm and a diameter of 1 inch was used. To increase the adhesion between the substrate material and the coating layer, the surface of the substrate was treated by sand blasting before coating. Then, after 30 minutes of ultrasonic cleaning with acetone, dried and sprayed.

코팅층 제조는 본드 코팅 및 탑 코팅으로 이루어진 이중 층 구조로 제조하였다. 본드 코팅 소재로는 Si(99.9%, Vesta, Sweden) 분말을 사용하였고, 탑 코팅으로는 Ytterbium disilicate(Yb2Si2O7)분말을 이용하였다. Yb2Si2O7 탑 코트를 제조하기 위한 원료 분말로는 Yb2O3 (99.9%, Materion, USA, 4μm) 와 SiO2 (99.9%, kojundo chemical, Japan, 4μm)분말을 1:2(mol. ratio)로 볼 밀을 통해 6시간 혼합하여 1500℃에서 12시간 하소한 Yb2Si2O7 분말을 준비하였다. 하소 조건은 승온 속도 5℃/min으로 12시간 동안 열처리한 후 1500℃ 조건을 선택하여 서스펜션 제조에 적용하였다. 10 wt%의 Yb2Si2O7과 에탄올 용매 900ml에 분산제로 dibuthyl phosphate를 0.5wt% 첨가하여 24시간 동안 지르코니아볼을 이용하여 볼 밀법으로 입자사이즈 약 4μm 사이즈의 서스펜션을 제조하였다. 본드 코팅 제조를 위한 서스펜션은 Si 분말을 10 wt% 준비하여 에탄올 용매 900ml에 투입하여 제조하였으며, 이때 분산제로 dibuthyl phosphate 0.5 wt%를 첨가하였다. 본드 코팅용 서스펜션은 4시간 동안 볼밀링을 통해 제조하였다. 이때 입자 사이즈는 약 3μm수준으로 관찰되었다.The coating layer was prepared by a double layer structure consisting of a bond coating and a top coating. Si (99.9%, Vesta, Sweden) powder was used as the bond coating material, and Ytterbium disilicate (Yb 2 Si 2 O 7 ) powder was used as the top coating. Yb 2 Si 2 O 7 raw material powder for manufacturing top coat is Yb 2 O 3 (99.9%, Materion, USA, 4μm) and SiO 2 (99.9%, kojundo chemical, Japan, 4μm) powder 1:2( mol. ratio) and mixed for 6 hours through a ball mill, calcined at 1500°C for 12 hours, Yb 2 Si 2 O 7 The powder was prepared. The calcination condition was heat-treated at a heating rate of 5° C./min for 12 hours, and then 1500° C. conditions were selected and applied to the suspension preparation. A suspension having a particle size of about 4 μm was prepared by a ball mill method using zirconia balls for 24 hours by adding 0.5 wt% of dibuthyl phosphate as a dispersant to 10 wt% of Yb 2 Si 2 O 7 and ethanol solvent 900 ml. The suspension for the manufacture of the bond coating was prepared by preparing 10 wt% of Si powder in 900 ml of ethanol solvent, and at this time, 0.5 wt% of dibuthyl phosphate was added as a dispersant. The suspension for bond coating was prepared through ball milling for 4 hours. At this time, the particle size was observed at a level of about 3 μm.

플라즈마 스프레이 코팅 공정은 회전 테이블에 기판을 고정하고, 250 RPM로 회전하여 서스펜션을 용사하여 코팅층을 제조하였다. 본드 코팅과 탑 코팅을 제조 하기 이전에 Ar과 N2 가스의 혼합 조건 (Ar : N2 = 80 : 20)으로 70회 동안 플라즈마 조사를 통하여 예열을 하였다. 이때 기판재의 표면온도는 270℃ 였다. 기판재 표면에 본드 코팅을 증착하고자 예열과 같은 조건으로 플라즈마 용사하여 Si 본드 코트 층을 제조하였다. 탑 코팅은 1500℃ 하소한 분말로 제조한 서스펜션을 이용하여 Yb2Si2O7 조성으로 이루어진 코팅층을 제조하고자 하였다. 이때 가스 조건을 Ar 60-80 %, N2 10-20 %, H2 10-20 %을 분당 45 ml으로 흘려 투입하였고, 230A의 전류량 조건으로 코팅을 진행하였다.In the plasma spray coating process, the substrate was fixed to a rotating table, and rotated at 250 RPM to spray the suspension to prepare a coating layer. Before preparing the bond coating and the top coating, the mixture was preheated through plasma irradiation for 70 times under a mixed condition of Ar and N 2 gas (Ar:N 2 =80:20). At this time, the surface temperature of the substrate material was 270°C. In order to deposit the bond coating on the surface of the substrate material, a Si bond coat layer was prepared by plasma spraying under conditions such as preheating. The top coating was intended to prepare a coating layer composed of a composition of Yb 2 Si 2 O 7 using a suspension made of 1500°C calcined powder. At this time, Ar 60-80% of gas conditions, 10-20% of N 2, and 10-20% of H 2 were flowed at 45 ml per minute, and coating was performed under the current condition of 230A.

이렇게 제작된 본드 코팅 및 탑 코팅이 이루어진 기판의 모식도는 도 4a에서 도시되어 있다.The schematic diagram of the substrate having the bond coating and the top coating thus produced is illustrated in FIG. 4A.

이후 치밀화 과정을 진행하게 된다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치밀화 과정을 수행하는 모식도를 도시하고, 도 4b는 도 4a의 기판에 대해 치밀화 과정이 이루어진 모식도를 도시한다.Thereafter, the process of densification is performed. 5 shows a schematic diagram of performing a densification process according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B shows a schematic diagram of a densification process for the substrate of FIG. 4A.

치밀화 과정은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 코팅액을 제조한다. 코팅액은 에탄올 100ml 에 Ytterbium(III) Nitrate pentahydrate(N3O3Yb·5H2O) 2mol + Tetraethyl orthosilicate(C8H20O4Si) 2mol 등을 각각 넣어 교반한다. 탑코팅(Yb-Si-O (Yb2SiO5, Yb2Si2O7)이 도 4a와 같이 기 적용된 시편을 제조된 코팅액에 담가, 탈포하며(기포제거) 건조시킨다. (진공 오븐, 60 ℃에서 1시간 건조) 이후 상압에서 1400 ℃에서 5시간 동안 열처리하였다.The densification process is performed as follows. First, a coating solution is prepared. The coating solution was stirred by adding 2 mol of Ytterbium(III) Nitrate pentahydrate (N 3 O 3 Yb·5H 2 O) + 2 mol of Tetraethyl orthosilicate (C 8 H 20 O 4 Si) to 100 ml of ethanol. Top-coated (Yb-Si-O (Yb 2 SiO 5 , Yb 2 Si 2 O 7 )) is immersed in the prepared coating solution as shown in Figure 4a, defoamed (bubble removed) and dried (vacuum oven, 60 After drying at 1 C for 1 hour), heat treatment was performed at 1400 C for 5 hours at normal pressure.

도 6a 및 도 6b는 각각 치밀화 과정이 이루어지지 아니한 기판과 치밀화 과정이 이루어진 기판에 대한 SEM 이미지를 도시한다.6A and 6B show SEM images of a substrate on which densification is not performed and a substrate on which densification is performed, respectively.

도 6a 및 도 6b의 윗 이미지는 각각 치밀화 과정이 이루어지지 아니한 기판과 치밀화 과정이 이루어진 이후의 기판에 대한 SEM 이미지로서 보는 것처럼 기공 또는 균열이 치밀화 이전에서는 많이 보이지만 치밀화 이후 급격히 줄어들었다.6A and 6B, as shown in the SEM images of the substrates after which the densification process was not performed and the substrates after the densification process, respectively, the pores or cracks were much seen before densification, but were rapidly reduced after densification.

도 6a 및 도 6b의 아래 이미지는 각각 치밀화 과정이 이루어지지 아니한 기판 및 치밀화 과정이 이루어진 기판에 대한 습윤 산화 시험 후 무게 변화를 나타내는 것이다. 습윤 산화 저항성 평가는 1400℃의 온도에서 100hrs 동안 H2O 90% + O2 10% 분위기에서 진행되었다. 치밀화 과정이 이루어지지 아니한 경우에는 습윤 산화 시험 후 무게 변화가 0.08mg/cm2h였고, 치밀화 과정이 이루어진 경우에는 습윤 산화 시험 후 무게 변화가 0.0014mg/cm2h였다. 이를 통해서 치밀화 과정이 이루어진 경우 약 80배 이상의 내습윤산화 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다. The images below of FIGS. 6A and 6B respectively show weight changes after a wet oxidation test for a substrate on which the densification process is not performed and a substrate on which the densification process is performed. The wet oxidation resistance evaluation was conducted in an atmosphere of H 2 O 90% + O 2 10% for 100 hrs at a temperature of 1400°C. If the support which have a densification process was conducted, the weight change is 0.08mg / cm 2 h after wet oxidation test, when the densification process is a wet oxidation comprising the weight change 0.0014mg / cm was 2 h after test. Through this, it was confirmed that when the densification process was performed, the wet oxidation resistance of about 80 times or more was improved.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable any person of ordinary skill in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art of the present invention, and the general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention should not be limited to the embodiments presented herein, but should be interpreted in the broadest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

Claims (14)

비산화물 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 본드 코팅층을 형성하는 단계;
상기 본드 코팅층 상에 이트륨 실리케이트 또는 희토류 실리케이트로 이루어진 탑 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계를 포함하는,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
Preparing a non-oxide substrate;
Forming a bond coating layer on the substrate;
Forming a top coating layer made of yttrium silicate or rare earth silicate on the bond coating layer; And
Comprising the step of densifying the top coating layer,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 비산화물 기판은 실리콘계 비산화물 기판인,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
According to claim 1,
The non-oxide substrate is a silicon-based non-oxide substrate,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 본드 코팅층은 실리콘계 물질로 이루어진,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
According to claim 1,
The bond coating layer is made of a silicon-based material,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 본드 코팅층 상에 이트륨 실리케이트 또는 희토류 실리케이트로 이루어진 탑 코팅층을 형성하는 단계는,
하소된 이트륨 실리케이트 또는 하소된 란타넘족 희토류 실리케이트 원료 분말이 분산된 현탁액을 준비하는 단계;
서스펜션 플라즈마 스프레이(SPS: Suspension Plasma Spray) 방법을 이용해 상기 현탁액을 모재에 분사하여 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 코팅막을 열처리하는 단계를 포함하는,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
According to claim 1,
The step of forming a top coating layer made of yttrium silicate or rare earth silicate on the bond coating layer,
Preparing a suspension in which calcined yttrium silicate or calcined lanthanide rare earth silicate raw powder is dispersed;
Coating the suspension by spraying the suspension onto a base material using a Suspension Plasma Spray (SPS) method; And
Comprising the step of heat-treating the coated coating film,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 희토류 실리케이트는 란타넘족 희토류 실리케이트인,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
According to claim 1,
The rare earth silicate is a lanthanide rare earth silicate,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 5 항에 있어서,
상기 란타넘족 희토류 원소는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 인,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
The method of claim 5,
The lanthanide rare earth elements are La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu phosphorus,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계는,
치밀화를 위한 코팅액을 제조하는 단계;
상기 코팅액에 상기 탑 코팅층이 형성된 기판을 담그는 단계; 및
상기 기판을 건조시킨 후 열처리하는 단계를 포함하는,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
According to claim 1,
The step of densifying the top coating layer,
Preparing a coating solution for densification;
Dipping the substrate in which the top coating layer is formed in the coating solution; And
Comprising the step of heat treatment after drying the substrate,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 7 항에 있어서,
상기 치밀화를 위한 코팅액은 희토류계 산화물, Al2O3, SiO2, ZrO2 중 어느 하나 이상을 액상화시킨 것을 포함하는,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
The method of claim 7,
The coating solution for densification comprises liquefying any one or more of rare earth oxides, Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 ,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 7 항에 있어서,
상기 치밀화를 위한 코팅액은 상기 기판의 사용 온도에 따라 제어되는,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
The method of claim 7,
The coating solution for densification is controlled according to the temperature of use of the substrate,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
실리콘계 비산화물 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 실리콘계 본드 코팅층을 형성하는 단계;
상기 본드 코팅층 상에 이트륨 실리케이트 또는 희토류 실리케이트로 이루어진 탑 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계를 포함하고,
상기 탑 코팅층을 치밀화하는 단계는,
치밀화를 위한 코팅액을 제조하는 단계;
상기 코팅액에 상기 탑 코팅층이 형성된 기판을 담그는 단계; 및
상기 기판을 건조시킨 후 열처리하는 단계를 포함하는,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
Preparing a silicon-based non-oxide substrate;
Forming a silicon-based bond coating layer on the substrate;
Forming a top coating layer made of yttrium silicate or rare earth silicate on the bond coating layer; And
Comprising the step of densifying the top coating layer,
The step of densifying the top coating layer,
Preparing a coating solution for densification;
Dipping the substrate in which the top coating layer is formed in the coating solution; And
Comprising the step of heat treatment after drying the substrate,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 10 항에 있어서,
상기 치밀화를 위한 코팅액은 희토류계 산화물, Al2O3, SiO2, ZrO2 중 어느 하나 이상을 액상화시킨 것을 포함하는,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
The method of claim 10,
The coating solution for densification comprises liquefying any one or more of rare earth oxides, Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 ,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 10 항에 있어서,
상기 치밀화를 위한 코팅액은 상기 기판의 사용 온도에 따라 제어되는,
비산화물 기판에 치밀화된 탑 코팅을 형성하는 방법.
The method of claim 10,
The coating solution for densification is controlled according to the temperature of use of the substrate,
A method of forming a densified top coating on a non-oxide substrate.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되며,
고온에서 내화학성을 나타내는,
치밀화된 탑 코팅을 포함한 비산화물 기판.
It is prepared according to the method of any one of claims 1 to 12,
Chemical resistance at high temperature,
Non-oxide substrate with densified top coating.
제 13 항에 있어서,
상기 비산화물 기판은 화학 플랜트, 항공기 엔진, 원자력 발전소, 우주 항공 재료로 이용 가능한,
치밀화된 탑 코팅을 포함한 비산화물 기판.
The method of claim 13,
The non-oxide substrate can be used as a chemical plant, aircraft engine, nuclear power plant, aerospace material,
Non-oxide substrate with densified top coating.
KR1020180163939A 2018-12-18 2018-12-18 Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof KR102197552B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180163939A KR102197552B1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180163939A KR102197552B1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200075355A true KR20200075355A (en) 2020-06-26
KR102197552B1 KR102197552B1 (en) 2020-12-31

Family

ID=71136672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180163939A KR102197552B1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102197552B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060047463A (en) * 2004-05-13 2006-05-18 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 Silicon based substrate hafnium oxide top environmental/thermal top barrier layer and method for preparing
JP2007230856A (en) * 2006-03-01 2007-09-13 United Technol Corp <Utc> Coating composition and process for depositing protective coating
KR20120027205A (en) * 2009-04-02 2012-03-21 쿠라미크 엘렉트로닉스 게엠베하 Metal/ceramic substrate
KR20150113546A (en) * 2014-03-31 2015-10-08 인베스트세라믹(주) The composition of ceramic suspension for the ceramic suspension thermal spray coating to the metal surface

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060047463A (en) * 2004-05-13 2006-05-18 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 Silicon based substrate hafnium oxide top environmental/thermal top barrier layer and method for preparing
JP2007230856A (en) * 2006-03-01 2007-09-13 United Technol Corp <Utc> Coating composition and process for depositing protective coating
KR20120027205A (en) * 2009-04-02 2012-03-21 쿠라미크 엘렉트로닉스 게엠베하 Metal/ceramic substrate
KR20150113546A (en) * 2014-03-31 2015-10-08 인베스트세라믹(주) The composition of ceramic suspension for the ceramic suspension thermal spray coating to the metal surface

Also Published As

Publication number Publication date
KR102197552B1 (en) 2020-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6771861B2 (en) Compositions and Methods for Spraying Airtight Rare Earth Environmentally Resistant Films
US8334062B1 (en) Environmental barrier coating
JP6082755B2 (en) Aqueous slurry for producing thermal and environmental barrier coatings and method for making and applying the same
CN107428623B (en) Thermal and environmental barrier coating for ceramic substrates
US7595114B2 (en) Environmental barrier coating for a component and method for fabricating the same
US20110033630A1 (en) Techniques for depositing coating on ceramic substrate
WO2016129591A1 (en) Coated member and method for producing coated member
US20070065672A1 (en) Silicon based substrate with hafnium containing barrier layer
RU2752182C2 (en) Part comprising a substrate and a protective barrier
WO2002103074A1 (en) Thermal barrier coating material and method for production thereof, gas turbine member using the thermal barrier coating material, and gas turbine
US20180347049A1 (en) Sintered-bonded high temperature coatings for ceramic turbomachine components
EP3243925A1 (en) Coated member, coating material and method for producing coated member
JP2005325014A (en) Article comprising substrate and top barrier layer and method of preparing it
JP2007229704A (en) High-density protective coating, method for manufacturing the same and coated article
US20110020655A1 (en) Coating structure and surface processing method
KR20180134382A (en) COATING STRUCTURE, TURBINE PARTS HAVING THEM
KR102197552B1 (en) Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof
RU2719964C2 (en) Part containing coating for protection against cmas compounds
Li et al. Oxidation resistance and thermal shock behavior of tri-layer Si/Si–Yb2SiO5/Yb2SiO5–SiC environmental barrier coatings at 1300° C
JP4090335B2 (en) Corrosion resistant ceramics
KR102259348B1 (en) Environmental shield coating comprising non oxide substrate and method of fabricating thereof
KR102155938B1 (en) Method of fabricating crystalline coating using suspension plasma spray and crystalline coating fabricated thereof
JP2003201191A (en) Corrosion resistant ceramic
US20240109813A1 (en) Oxidation barrier materials and process for ceramic matrix composites
JP2007106644A (en) Ceramic member and its manufacturing method

Legal Events

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