KR20230126209A

KR20230126209A - 낮은 열관성 및 낮은 열전도율을 갖는 복합 산화물형 열차폐 코팅

Info

Publication number: KR20230126209A
Application number: KR1020237014924A
Authority: KR
Inventors: 타일러 제임스 해링턴; 티모시 태드로스 샤로벰
Original assignee: 오를리콘 메트코 (유에스) 아이엔씨.
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2023-08-29
Also published as: EP4274808A1; WO2022150304A1; CN117043110A; JP2024501159A; CA3197162A1

Abstract

본 발명은 낮은 열관성 및 열전도율을 갖는 복합 산화물형 열차폐 코팅에 관한 것으로, 열 손실 감소 및 엔진 효율 증가로 이어지는 낮은 열관성을 나타내는 고도의 복합 산화 조성물이 온도 변동 코팅용으로 제공된다. 상기 조성물은 5 mol% 이상의 농도를 갖는 적어도 5개 상이한 성분으로 구성된 산화물을 포함한다. 산화물은 단일 페이즈 또는 멀티 페이즈의 고용체를 형성할 수 있다. 산화물 코팅은 추가의 페이즈를 갖는 조성물과 혼합되거나, 또는 열관성을 더 줄이기 위해 높은 다공성을 가질 수 있다. 산화물은 다음과 금속 및/또는 반금속 중 적어도 5개를 포함할 수 있다: Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Ni, Cu, Zn, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, Be, Mg, Ca, Sr, Ba ,Al, Ga, Sn, Sb, Tl, Pb, Bi, B, Si, Ge, As, Sb, Te, 또는 Po.

Description

낮은 열관성 및 낮은 열전도율을 갖는 복합 산화물형 열차폐 코팅

상호관련참조

본 출원은 2021년 1월 5일에 출원된 미국 가출원 번호 63/134,009의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 전체 개시 내용이 본원에 명시적으로 참조로 포함된다.

기술분야

열차폐 코팅(이하 "TBC", thermal barrier coating)은 낮은 열전도율을 나타내는 세라믹 기반 코팅을 말한다. 일반적으로 열전도율은 최소화하는 것이 바람직하다. 본 발명의 예시적인 실시예는 일반적으로 (1) 연소 엔진(combustion engine)에 사용되는 온도 변동 코팅(temperature swing coating), 및 (2) 항공우주/산업용 가스 터빈(IGT) 부품에 사용되는 TBC 등의 두 가지 분야에 적용하기 위한 낮은 열전도율을 나타내는 고 엔트로피 산화물(HEO, high entropy oxide) 재료에 관한 것이다.

연소 엔진용 고 엔트로피 산화물을 온도 변동 코팅에 사용하는 경우, 낮은 열용량 및 낮은 열전도율을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 통상적으로 엔진 블록 및 피스톤을 통한 열 손실이 최소화될 경우, 연소 엔진의 연료 효율은 높아진다. 이를 위해서는 내부의 엔진 표면에 낮은 열전도율을 갖는 코팅을 적용할 필요가 있다. 낮은 열전도율 층은 연소 이벤트 동안 연소실 내의 열을 효과적으로 유지시키는 역할을 한다. 그러나 실린더 벽과 피스톤 표면에 과도한 열이 축적되면, 인입되는 연료 공기 혼합물이 연소실에 들어갈 때 가열되는데, 이러한 현상은 화염에 앞서 미연소 가스의 자발적 점화를 유발하거나(노킹 현상) 또는 연료 공기 혼합물의 자발적 사전 점화를 유발할 수 있다. 이는 코팅이 급격한 온도 변화에 저항할 때 발생하며, 따라서 코팅 및 엔진 블록의 온도 프로파일(temperature profile)이 엔진 작동 중에 정상 상태(定常狀態, steady state)의 조건에 접근하게 된다.

코팅의 온도가 정상 상태에 도달하는 것을 방지하기 위해, 코팅은 또한 낮은 비열 용량(specific heat capacity)을 가져야 한다. 낮은 비열 용량과 낮은 열전도율의 결합에 의해 낮은 열관성(thermal inertia)을 유발한다. 낮은 열관성으로 인해 코팅 온도가 "스윙(swing)"될 수 있는데, 이는 연소 이벤트가 발생할 때는 코팅 표면이 뜨겁지만 엔진의 다음 스트로크에서 연료를 흡입하기 전에는 코팅 표면이 빠르게 냉각됨에 따라, 연료/공기 혼합물의 가열을 저해하는 형상을 의미한다. 낮은 열관성을 갖는 코팅은 코팅을 통해 주변으로 전달되는 열의 양을 제한함과 동시에 표면 벽에 열을 거의 보유하지 않도록 구성된다. 이러한 코팅은 향상된 연비 외에도 코팅된 엔진 부품에 더 높은 경도, 증가된 캐비테이션(cavitation) 및 내마모성을 제공한다.

항공우주/산업용 가스 터빈(IGT) 분야에 적용하기 위해 고 엔트로피 산화물을 열차폐 코팅에 사용하는 경우, 사용 재료는 높은 인성(toughness)과 더불어 낮은 열전도율을 동시에 갖도록 하는 것이 바람직하다. TBC의 인성은 일반적으로 가열로 사이클 테스트(FCT, furnace cycle testing)에 의해 측정되며, 이때 코팅은 고온 및 저온의 사이클에 노출되어 측정되도록 구성된다. 코팅의 인성이 높을수록 피로파괴 전에 많은 사이클을 견딜 수 있다.

TBC 적용을 위한 고 엔트로피 산화물이 합성 및 제안되었다. 그러나 고 엔트로피 산화물의 합성방법과 더불어 이들을 "온도 변동(temperature swing)" 코팅에 사용하는 방법은 공지되어 있지 않다. 또한, 온도 변동 특성에 대한 복합 산화물의 열관성 적용방법과 관련된 개념도 공지되어 있지 않다. 또한, 높은 인성과 더불어 낮은 열전도율에 특화된 고 엔트로피 산화물의 설계도 공지되어 있지 않다.

고 엔트로피 산화물은 수백만 개의 상이한 잠재적인 재료 조성물을 집약하며, 고 엔트로피 산화물에는 내재하지 않은 특정한 특성이 있는데, 이러한 특성에는 열전도율, 비열 및 인성이 포함된다.

본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 낮은 열관성 및 낮은 열전도율을 갖는 복합 산화물형 열차폐 코팅을 제공하는 것이다.

예시적인 실시예에서, 본 발명은 용사 기술(thermal spray technique)을 통해 임의의 구성요소들로 구성된 엔진 부품들에 도포될 수 있는 일련의 산화물 코팅 조성물을 제공하며, 이러한 조성물은 낮은 열관성 및 효과적인 온도 변동 특성을 나타내도록 구성된다. 또한, 이러한 코팅은 연소 엔진의 연비를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 고 엔트로피 산화물(HEO) 재료를 온도 변동 코팅에 사용하는 방법에 관한 것이다. 실시예에서, HEO 재료는 특정 환경에서 사용하기 위한 화학적, 기계적 및 열적 특성을 정밀하게 조정 가능하도록 구성된다. 실시예에서, HEO 재료는 고농도(> 5 mol%)를 갖는 적어도 5개의 산화물 성분을 함유한다. 산화물 시스템의 화학적 장애는 심각한 포논 산란 현상(phonon scattering)을 일으키는데, 이는 본질적으로 낮은 열전도율로 이어진다. 조성물의 함량 제어에 의해 낮은 비열 용량과 더불어 최종적으로 낮은 열관성을 갖는 조성물을 생성할 수 있으며, 이때 열관성은 열용량, 열전도율 및 밀도의 곱의 제곱근으로 정의된다.

조성물의 원자 크기 및 질량 분산을 최대화함으로써 최소의 포논 산란율과 더불어 최소의 열전도율을 제공하도록 구성된다. 조성물의 평균 원자 질량을 최소화할 경우 최소의 비열 용량 및 밀도를 갖게 할 수 있다. 본 발명에서는 낮은 열전도율과 낮은 열용량의 적절한 조합에 의해 낮은 열관성과 더불어 양호한 온도 변동 특성을 갖는 산화물을 제공하도록 구성된다.

본 발명에 따라 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 낮은 열관성 및 낮은 열전도율을 갖는 복합 산화물형 열차폐 코팅이 제공된다.

일 실시예에서, 5 mol%를 초과하는 적어도 5개의 상이한 이원 산화물(binary oxide)을 포함하는 복합 산화물로 구성된 조성물이 연소 엔진의 온도 변동 코팅(temperature swing coating)에 사용된다. 일 실시예에서, 복합 산화물은 M_xO_y 의 일반식으로 표시되며, 여기서 M은 적어도 5개의 상이한 산화물로 형성된 금속 양이온(metallic cation)의 그룹을 나타내고, x는 금속 양이온(M) 또는 원자의 수를 나타내며, y는 산소 음이온(O) 또는 원자의 수를 나타낸다.

본 발명의 실시예에서, 적어도 5개의 상이한 산화물로 형성된 금속 양이온(M)은 다음을 포함할 수 있다:

- Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba를 포함하는 적어도 하나의 알칼리 토금속(alkaline earth metal);

- 적어도 하나, 바람직하게는 둘 이상의 Sc, Y,Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re,Fe, Ru, Co, Ni, Cu, 및 Zn과 같은 전이 금속(transition metal);

- Al, Ga, Sn, Sb, Tl, Pb 및 Bi를 포함하는 하나 이상의 후-전이 금속(post-transition metal);

- La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb 및 Lu를 포함하는 하나 이상의 란탄계 금속(lanthanides); 및

- B, Si, Ge, As, Sb, Te 및 Po를 포함하는 하나 이상의 반금속(semimetal).

본 발명의 실시예에서, 다음과 같은 금속이 낮은 열관성을 갖는 자동차용 복합 산화물형 TBC에 사용될 수 있다:

(1) Mg 및 Ca와 같은 알칼리 토금속;

(2) Y, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni와 같은 전이 금속;

(3) Al 및 Sn과 같은 후-전이 금속;

(4) La, Ce, Gd, Dy, Yb 등의 란탄계 금속; 및

(5) Si와 같은 반금속.

본 발명의 실시예에서, 조성물은 싱글-페이즈(single-phase) 고용체(固溶體, solid solution) 또는 멀티-페이즈(multi-phase) 시스템을 형성할 수 있다.

전술한 조성물은 상당히 다양한 크기 및 질량을 갖는 개별 원자들(individual atoms)을 사용하여 샘플 조성물의 질량 및 변형 장애(strain disorder)를 증가시킴으로써, 코팅의 열 전도성을 감소시킨다. 100,000개 이상의 관심 조성물 각각에 대한 질량, 변형 분산(strain variance) 및 평균 원자 질량의 정확한 계산은 컴퓨터 소프트웨어의 도움으로 수행된다. 그런 다음 계산된 값을 그래픽으로 정렬함으로써, 공간 내에서 최소의 열관성을 갖는 조성물을 결정할 수 있도록 구성된다.

질량 산란 값(mass scattering value)은 아래의 공식 (1)에서 계산되며, 여기서 는 i번째 원소의 원자 질량이고 은 모든 n 원소의 평균 원자 질량이다:

(1)

상기 방정식으로부터 35보다 큰 질량 산란 값은 산화물이 싱글-페이즈일 때 1 Wm^-1K^-1 미만의 열 전도율 값을 초래한다는 것이 밝혀졌다. 5개 이상의 산화물로 구성된 집합은 본질적으로 싱글-페이즈를 형성하지 않으며, 평가 실시된 8개의 산화물 실험 중 3개만이 싱글-페이즈 구조를 나타냄을 알 수 있다.

일부 실시예에서, 고 엔트로피 산화 조성물에 대한 질량 산란 값은 35 이상이다. 바람직한 실시예에서, 고 엔트로피 산화물 조성물에 대한 질량 산란 값은 40 이상이다. 더욱 바람직한 실시예에서, 고 엔트로피 산화 조성물에 대한 질량 산란 값은 42.5 이상이다.

또한, 총 산란 값은 산화 조성물의 열전도율에 대한 훌륭한 예측 인자라는 것이 밝혀졌다. 총 산란 값이 높을수록 열전도율 값이 낮다. 산화 조성물의 총 산란 값은 위에서 설명한 질량 산란 값과 변형 산란 값의 합으로 계산된다. 변형 산란 값 δ는 아래의 공식 (2)로부터 계산되며, 여기서 c _i 는 조성물이고, r _i 는 산화물 시스템의 i번째 양이온의 이온 반경이며, n은 시스템의 양이온의 총 수량이다.

(2)

일부 실시예에서, 고 엔트로피 산화 조성물에 대한 총 산란 값은 30 이상이다. 바람직한 실시예에서, 고 엔트로피 산화 조성물에 대한 총 산란 값은 35 이상이다. 더 바람직한 실시예에서, 고 엔트로피 산화 조성물에 대한 총 산란 값은 40 이상이다.

우수한 온도 변동 특성을 달성하기 위해서는, 코팅 재료가 3.0 W m^-1K^-1 미만, 바람직하게는 1.5 W m^-1K^-1 미만, 더욱 바람직하게는 0.8 W m^-1K^-1 미만의 열전도율을 가져야 한다.

일부 실시예에서, 본 발명은 "온도 변동(temperature swing)" 코팅을 제공한다. 온도 변동 코팅은 3.0 J m^-2K^-1s^-1/2 미만, 바람직하게는 2.0 J m^-2K^-1s^-1/2 미만, 및 보다 바람직하게는 1.5 J m^-2K^-1s^-1/2 미만의 열관성을 갖는 코팅 조성물로 정의된다.

우수한 온도 변동 특성을 달성하기 위해서는, 코팅 재료가 900 J kg^-1K^-1 미만, 바람직하게는 600 J kg^-1K^-1 미만, 더욱 바람직하게는 600 J kg^-1K^-1 미만의 비열 용량 및 낮은 열전도율을 가져야 한다.

우수한 인성(toughness) 특성을 달성하기 위해서는, 합금이 우수한 인성을 갖는 정방정계 구조(tetragonal structure)를 가질 필요가 있다. 그러나 지르코니아(zirconia)와 같은 일반적인 정방정계 산화물에 대한 도펀트 농도(dopant concentration)에는 일정한 제한이 있으며, 그 이전의 구조는 덜 거친 형태의 입방 구조가 된다. 일반적인 도펀트 농도는 대략 7~10%이다. 그러나 비록 정방정계가 고 엔트로피 산화물의 고유한 특징은 아닐지라도, 고 엔트로피 산화물 공간(high entropy oxide space)에 의해 정방정계 구조를 유지하면서 더 높은 농도의 도펀트를 사용할 수 있도록 구성된다.

산화물 공극 농도(oxide vacancy concentration)는 산화물 재료의 정방정성을 결정하는 지표로서 제시된다. 일부 실시예에서, 산화물 공극 농도는 0.05 미만이다. 바람직한 실시예에서, 산화물 공극 농도는 0.0375 미만이다. 더욱 바람직한 실시예에서, 산화물 공극 농도는 0.025 미만이다.

TBC의 인성은 일반적으로 터빈 엔진의 가열 및 냉각과 관련된 주기적인 열 응력을 시뮬레이션하기 위한 가열로 사이클 테스트(FCT, furnace cycle testing)를 통해 측정된다. 이러한 FCT 테스트에서, MCrAlY 결합 코팅이 TBC 재료를 평가하는 데 일반적으로 사용된다.

열차폐 코팅(TBC)으로 적용시, 1차 복합 산화물은 선택적으로 금속 합금, 산화물 및/또는 탄화물과 같이 추가의 페이즈를 가진 조성물과 혼합될 수 있다. 1차 복합 산화물은 선택적으로 열관성을 감소시키기 위해 다양한 레벨의 상대 밀도(relative density)(즉, 다공성)로 표면에 도포될 수 있다. 코팅은 스파크 점화식 균질 충전(HCSI, homogeneous charge with spark ignition) 및/또는 압축 점화식 성층 충전(SCCI, stratified charge with compression ignition) 및/또는 압축 점화식 균질 충전(HCCI, homogeneous charge compression ignition) 타입의 엔진의 내부 실린더 표면에 도포될 수 있다. 엔진은 2행정 또는 4행정 엔진일 수 있다. 일부 실시예에서, 코팅은 피스톤 또는 엔진 블록에 직접 도포된다. 일 실시예에서, 산화물 코팅은 중간 본드 코팅(intermediate bond coating)(예컨대, MCrAlY 조성물)의 상부에 도포된다. 상부의 열차폐 코팅은 고속 산소 연료(HVOF, high velocity oxygen fuel), 대기 플라즈마 분무(APS, atmospheric plasma spray), 물리 기상 증착(PVD, physical vapor deposition) 등과 같은 용사 기술(thermal spray technique)에 의해 도포될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

실시예들

일부 실시예에서 HEO TBC는 다음을 포함한다:

- 50~90 wt% ZrO₂;

- 0.5~8 wt% MgO 및/또는 TiO₂;

- 0.5~10 wt% Y₂O₃; 및

- 3~20 wt%의 Yb₂O₃, La₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, HfO₂, 및 CeO₂ 를 포함하는 총 잔류 산화물.

HEO-4로 명명된 하나의 바람직한 실시예에서, HEO TBC는 다음을 포함한다:

- 7.5~11.5 wt% Y₂O₃;

- 13~20 wt% M₂O₃ (가장 바람직하게는 Yb₂O₃);

- 17~26 wt% MO₂(가장 바람직하게는 Ti₂O₂ 및/또는 CeO₂), 더욱 바람직하게는, 5~9 wt% TiO₂, 및 11~18 wt% CeO₂; 및

- 밸런스(balance) ZrO₂.

HEO-7로 명명된 또 다른 바람직한 실시예에서, HEO TBC는 다음을 포함한다:

- 6~9 wt% MO (바람직하게는 MgO);

- 0.5~1.5 wt% Y₂O₃;

- 2.5~4 wt% M₂O₃ (가장 바람직하게는 M=La, 또는 Gd), 더욱 바람직하게는 1~2 wt% La₂O₃, 및 1~3 wt% Gd₂O₃ 포함; 및

- 밸런스 ZrO₂.

HEO-8로 명명된 또 다른 바람직한 실시예에서, HEO TBC는 다음을 포함한다:

- 0.4~0.6 wt% MO (바람직하게는 MgO);

- 1.2~1.8 wt% Y₂O₃;

- 5.5~9 wt% M₂O₃ (가장 바람직하게는 M= Yb, La, Gd, 또는 Dy), 더욱 바람직하게는 2~4 wt% Yb₂O₃, 2~4 wt% La₂O₃, 및 2~3 wt% Dy₂O₃ 포함;

- 13~21 wt% MO₂ (가장 바람직하게는 CeO₂ _,HfO₂ _,또는 TiO₂), 더욱 바람직하게는 2.5~4 wt% CeO₂ 및 6.6~9.8 wt% HfO₂, 13~21 wt% CeO₂, 또는 2.5~4 wt% TiO₂, 및 6.6~9.8 wt% CeO₂; 및

- 밸런스 ZrO₂.

HEO-12로 명명된 또 다른 바람직한 실시예에서, HEO TBC는 다음을 포함한다:

- 17~26 wt% M₂O₃ (가장 바람직하게는 Yb₂O₃ 및 Sm₂O₃), 더욱 바람직하게는 12~20 wt% Yb₂O₃, 및 3~6 wt% Sm₂O₃;

- 13.5~20.5 wt% MO₂(바람직하게는 CeO₂); 및

- 6~9 wt% M₂O₅ (바람직하게는 Nb₂O₅).

아래의 표 1은 계산된 질량 산란 값(mass scattering values), 변형 산란 값(strain scattering values), 총 산란 값(total scattering values) 및 예시적인 실시예에 따른 산화물에 대한 산화물 공극 농도(oxide vacancy concentration)를 나타낸다. 위에서 논의된 바와 같이, HEO-4, HEO-7, HEO-12, HEO-8A, HEO-8B 및 HEO-8C는 본 발명의 예시적인 실시예를 나타낸다. 이러한 예시적인 실시예는 높은 총 산란 값과 더불어 낮은 산화물 공극 농도의 양방 특성을 나타낸다. 표 1에서 볼 수 있듯이, 테스트된 대부분의 HEO는 이러한 양방 특성이 있지 않으므로, 따라서 높은 총 산란 값과 더불어 낮은 산화물 공극 농도를 나타내는 것이 고 엔트로피 산화물의 고유 특성은 아니다. 또한, 표준 열차폐 코팅 재료 및 이트리아 안정화식 지르코니아(YSZ, ttria stabilized zirconia)도 표 1에 포함되어 있는데, 이들은 본원에 기술된 총 산란 값을 만족하지 않은 것으로 나타났다.

재료 구분	질량 산란 값	변형 산란 값	총 산란 값	산화물 공극 농도
HEO-1	42.6	10.9	53.5	0.25
HEO-2	44.3	9.1	53.4	0.25
HEO-3	26.4	9.9	36.3	0.2
HEO-4	33.4	10.2	43.6	0.06
HEO-5	50.2	12.7	62.9	0.25
HEO-6	46.5	10.7	57.2	0.2
HEO-7	36.1	4.8	40.9	0.11
HEO-8	28.9	7.7	36.6	0.04
HEO-9	44	13	57	0.15
HEO-10	52.4	10.2	62.6	0.29
HEO-11	20.6	12.2	32.8	0.33
HEO-12	27.4	9.1	36.5	0.01
HEO-8A	23.6	7.5	31.1	0.03
HEO-8B	25.7	8	33.7	0.03
HEO-8C	23.3	7.6	30.9	0.03
YSZ	0.7	5.5	6.2	0.02

표 1에 제시된 모든 HEO는 1400℃에서 10시간 동안 소결시킨 후, 기판상에 플라즈마 분무하는 분무 건조 기술(spray drying technique)과 유사한 방식으로 제조되었다. 모든 샘플에서 MCrAlY 본드 코팅(MCrAlY bond coating)이 기판의 초기 층으로 사용되었다. 그런 다음 첫 번째 실험에서 각 HEO를 본드 코팅에 직접 분무하였다. 두 번째 실험에서 표준 8 YSZ 코팅을 본드 코팅 위에 중간층으로 도포하고 HEO 코팅을 상단 코팅으로 도포하였다. 최종 생성된 코팅은 소결 전후의 열전도율을 포함한 후속 물리적 테스트, 및 가열로 사이클 테스트(FCT)를 거쳤다. 중간 YSZ 층의 사용 여부 또는 누락은 FCT 수명과 관련이 있다.

아래의 표 2는 예시적인 실시예에 따른 산화물의 코팅 특성을 나타낸다. 열전도율 값은 W/mK로 표시되며 FCT 결과는 사이클(cycle)로 표시된다. 표 2에서 볼 수 있듯이, HEO 코팅은 높은 FCT 사이클 수명과 더불어 우수한 인성을 갖는 것으로 나타났다. 높은 FCT 사이클 수명은 낮은 산소 공극 농도를 갖는 HEO 조성물에만 해당된다.

재료 구분	열전도율	FCT w/ YSZ	FCT w/o YSZ
HEO-1	1.22	< 20	< 20
HEO-2	1.3	< 20	< 20
HEO-3	1.21	< 20	< 20
HEO-4	0.77	< 20	< 20
HEO-5	1.29	< 20	20~60
HEO-6	1.04	< 20	< 20
HEO-7	0.93	96~116	60~96
HEO-8	0.91	240~260	370~390
HEO-9	1.26	104	< 20
HEO-10	1.18	< 20	< 20
HEO-11	1	100	85
HEO-12	0.95	1035	20
HEO-8A	1	920+	73
HEO-8B	1	1050+	477
HEO-8C	1	950+	53

일부 실시예에서, HEO 코팅은 본드 코팅에 직접 분무시 200 사이클 이상의 FCT 수명을 갖는다. 바람직한 실시예에서, HEO 코팅은 본드 코팅에 직접 분무시 250 사이클 이상의 FCT 수명을 갖는다. 여전히 바람직한 실시예에서, HEO 코팅은 본드 코팅에 직접 분무시 300 사이클 이상의 FCT 수명을 갖는다.

일부 실시예에서, HEO 코팅은 본드 코팅 상에 분무된 중간 8YSZ 층 상에 분무시 200 사이클 이상의 FCT 수명을 갖는다. 바람직한 실시예에서, HEO 코팅은 본드 코팅 상에 분무된 중간 8YSZ 층 상에 분무시 500 사이클 이상의 FCT 수명을 갖는다. 여전히 바람직한 실시예에서, HEO 코팅은 본드 코팅 상에 분무된 중간 8YSZ 층 상에 분무시 900 사이클 이상의 FCT 수명을 갖는다.

또한, 적어도 본 발명은 예컨대 단순성 또는 효율성과 같은 특정한 예시적인 실시예의 개시에 의해 그것을 만들고 사용할 수 있는 방식으로 본 명세서에 개시되기 때문에, 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 추가 요소 또는 추가 구조의 제공 없이도 실시될 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 전술한 실시예들은 단지 설명의 목적으로 제공된 것이며 결코 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 점에 유의한다. 본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 여기에서 사용된 용어들은 설명 및 예시를 위한 것으로서 한정적인 것으로 이해되어서는 아니 된다. 첨부된 특허청구범위 내에서, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고, 현재 기술되고 수정된 바와 같은 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 본 발명이 특정 수단, 재료 및 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 본원에 개시된 특정 사항으로만 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 내에 있는 것과 같은 기능적으로 동등한 모든 구조, 방법 및 용도로 확장된다.

Claims

고 엔트로피 산화물(HEO, high entropy oxide) 재료에 있어서,
1.5 W m^-1K^- ¹보다 낮은 열전도율 값을 갖는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
35 이상의 총 산란 값(total scattering value)을 갖는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
30 이상의 총 산란 값을 갖는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
3.0 J m^-2K^-1s^-1/2 미만의 비열 용량(specific heat capacity)을 갖는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
900 J kg^-1K^-1 미만의 비열 용량을 갖는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
HEO 재료의 90% 이상이 정방정 구조(tetragonal structure)로 제공되는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
HEO 물질은 0.05 이하의 산화물 공극 농도(oxide vacancy concentration)를 갖는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
열차폐 코팅을 형성하기 위한 물질의 사용을 추가로 포함하는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
연소실(combustion chamber)용 코팅을 형성하기 위한 물질의 사용을 추가로 포함
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
HEO 물질은 일반식 M_xO_y로 표시되며, 여기서 M은 적어도 5개의 상이한 산화물로 형성된 금속 양이온(metallic cation)의 그룹을 나타내고, x는 금속 양이온(M) 또는 원자의 수를 나타내며, y는 산소 음이온(O) 또는 원자의 수를 나타내는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
HEO 물질은 일반식 M_xO_y로 표시되며, 여기서 M은 주기율표의 Ⅱ족의 적어도 하나의 원소를 나타내고, x는 금속 양이온(M) 또는 원자의 수를 나타내며, y는 산소 음이온(O) 또는 원자의 수를 나타내는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
HEO 물질은 일반식 M_xO_y로 표시되며, 여기서 M은 적어도 하나의 란탄계 금속(lanthanides)을 나타내고, x는 금속 양이온(M) 또는 원자의 수를 나타내며, y는 산소 음이온(O) 또는 원자의 수를 나타내는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
HEO 물질은 일반식 M_xO_y로 표시되며, 여기서 M은 적어도 하나의 전이 금속(transition metal)을 나타내고, x는 금속 양이온(M) 또는 원자의 수를 나타내며, y는 산소 음이온(O) 또는 원자의 수를 나타내는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
7.5~11.5 wt% Y₂O₃;
13~20 wt% M₂O₃ 산화물;
17~26 wt% MO₂ 산화물; 및
밸런스(balance) ZrO₂ 를 포함하는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
6~9 wt% MO 산화물;
0.5~1.5 wt% Y₂O₃;
2.5~4 wt% M₂O₃ 산화물; 및
밸런스 ZrO₂ 를 포함하는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제1항에 있어서,
7.5~11.5 wt% Y₂O₃;
13~20 wt% M₂O₃ 산화물;
17~26 wt% MO₂ 산화물; 및
밸런스 ZrO₂ 를 포함하는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료에 있어서,
0.4~0.6 wt% MO 산화물;
1.2~1.8 wt% Y₂O₃;
5.5~9 wt% M₂O₃ 산화물;
2~4 wt% MO₂ 산화물; 및
밸런스 ZrO₂ 를 포함하는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료,
제1항에 있어서,
0.4~0.6 wt% MO 산화물;
1.2~1.8 wt% Y₂O₃;
5.5~9 wt% M₂O₃ 산화물;
13~21 wt% MO₂ 산화물; 및
밸런스 ZrO₂ 를 포함하는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.
제18항에 있어서,
MO 산화물은 MgO이고, M₂O₃ 산화물은 Yb₂O₃, La₂O₃, Gd₂O₃, 및 Dy₂O₃ 로 구성된 그룹에서 선택되며, MO₂ 산화물은 CeO₂, HfO₂, 및 TiO₂로 구성된 그룹에서 선택되는
고 엔트로피 산화물(HEO) 재료.