特許 7612729 金属酸化物および酸素ゲッターを含むボンドコート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-27

(45)【発行日】2025-01-14

(54)【発明の名称】金属酸化物および酸素ゲッターを含むボンドコート

(51)【国際特許分類】

   C04B 41/89 20060101AFI20250106BHJP

   C04B 35/577 20060101ALI20250106BHJP

【ＦＩ】

C04B41/89 K

C04B35/577

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023016102

(22)【出願日】2023-02-06

(65)【公開番号】P2023115002

(43)【公開日】2023-08-18

【審査請求日】2023-06-06

(31)【優先権主張番号】17/665,915

(32)【優先日】2022-02-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(74)【代理人】

【識別番号】100207158

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 研二

(72)【発明者】

【氏名】アナント・アチュト・セトラー

(72)【発明者】

【氏名】ジュリン・ワン

【審査官】安積 高靖

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１００５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３７７０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ４１／８９

Ｃ０４Ｂ ３５／５７７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被覆部品（１００）であって：
炭化ケイ素を含み、表面（１０３）を有するセラミックマトリクス複合基板（１０２）と；
前記セラミックマトリクス複合基板（１０２）の前記表面（１０３）上のボンドコート（１０４）であって、前記ボンドコート（１０４）は、マトリクス相（１１２）内に分散された複数の離散粒子（１１０）を含み、前記複数の離散粒子（１１０）は、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物を含み、前記マトリクス相（１１２）は、ムライトを含む、ボンドコート（１０４）と；
前記ボンドコート（１０４）上の環境バリアコーティング（１０８）と；
を含み、
前記酸素ゲッターは、前記複数の離散粒子（１１０）内に第１の離散粒子（１１１ａ）を形成し、前記遷移金属酸化物は、前記複数の離散粒子（１１０）内に第２の離散粒子（１１１ｂ）を形成する、被覆部品（１００）。

【請求項2】

前記遷移金属酸化物が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項3】

前記ボンドコート（１０４）が、０．１重量％～１０重量％の前記遷移金属酸化物を含む、請求項１又は２に記載の被覆部品（１００）。

【請求項4】

前記ボンドコート（１０４）が、１５％未満の多孔性を有する、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項5】

前記酸素ゲッターは、元素ケイ素、ケイ素合金、シリサイド、またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項6】

前記酸素ゲッターは、元素ケイ素を含む、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項7】

前記ボンドコート（１０４）が、１重量％～３０重量％の酸素ゲッターを含む、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項8】

前記マトリクス相（１１２）が連続相であり、前記マトリクス相（１１２）が前記ボンドコート（１０４）に広がり、前記セラミックマトリクス複合基板（１０２）の表面（１０３）におよび前記環境バリアコーティング（１０８）の内面（１０３）に直接接合される、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項9】

前記マトリクス相（１１２）が、前記ボンドコート（１０４）の６０体積％～９８体積％を規定する、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項10】

前記マトリクス相（１１２）が、実質的にムライトからなる、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項11】

前記環境バリアコーティング（１０８）は、複数の層（１１４）を含み、前記環境バリアコーティング（１０８）の前記層（１１４）のうちの少なくとも１つは、気密層（１１６）を含む、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項12】

前記気密層が前記ボンドコート（１０４）に隣接して、前記気密層が前記環境バリアコーティング（１０８）の内面（１０３）を規定する、請求項１１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項13】

前記環境バリアコーティング（１０８）は、ハフニア層、アルミナ層、希土類二ケイ酸塩層、および希土類一ケイ酸塩層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の被覆部品（１００）。

【請求項14】

被覆部品（１００）を形成する方法であって：
基板（１０２）の表面（１０３）上にボンドコート（１０４）を形成するステップであって、前記ボンドコート（１０４）は、マトリクス相（１１２）内に分散された複数の離散粒子（１１０）を含み、前記複数の離散粒子（１１０）は、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物を含み、前記マトリクス相（１１２）は、ムライトを含む、ステップと；
前記ボンドコート（１０４）上に環境バリアコーティング（１０８）を形成するステップであって、前記複数の離散粒子（１１０）が、溶融されたときに、前記基板（１０２）の前記表面（１０３）と前記環境バリアコーティング（１０８）の内面（１０３）との間のマトリクス相（１１２）内に含まれる、ステップと；
を含み、
前記酸素ゲッターは、前記複数の離散粒子（１１０）内に第１の離散粒子（１１１ａ）を形成し、前記遷移金属酸化物は、前記複数の離散粒子（１１０）内に第２の離散粒子（１１１ｂ）を形成する、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］ 本発明は、一般に、セラミック部品、特にケイ素ベースのセラミックマトリクス部品上の環境バリアコーティングと共に使用するためのボンドコート、並びにその形成方法及び使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］ ガスタービンエンジンの効率を改善するために、より高い動作温度が絶えず求められている。しかしながら、動作温度が上昇するにつれて、エンジンの構成部品の高温耐久性もそれに対応して増加しなければならない。鉄、ニッケル、コバルトをベースにした超合金の形成により、高温性能の著しい進歩が達成された。それでも、超合金から構成された多くの高温ガス経路部品では、遮熱コーティング（ＴＢＣ）を利用して部品を絶縁することができ、耐荷重合金とコーティング表面との間にかなりの温度差を維持することができ、したがって、構造部品の熱露出を制限することができる。

【0003】

［０００３］ 超合金は、ガスタービンエンジン全体にわたって、特に高温部で使用される部品に広く使用されているが、セラミックマトリクス複合（ＣＭＣ）材料、特に炭化ケイ素繊維強化ＳｉＣおよびＳｉＣ－Ｓｉマトリクス複合材料、いわゆるＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料などの代替の軽量基板材料が提案されている。ＣＭＣおよびモノリシックセラミック部品は、高温エンジン部分の過酷な環境からそれらを保護するために、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）でコーティングすることができる。ＥＢＣは、高温燃焼環境において腐食性ガスに対して高密度の気密シールを提供することができる。

【0004】

［０００４］ 炭化ケイ素および窒化ケイ素セラミックは、乾燥した高温環境において酸化を受ける。この酸化により、材料の表面に不動態酸化ケイ素スケールが生成される。タービンエンジンのような水蒸気を含む湿った高温環境では、酸化と後退の両方が、不動態酸化ケイ素スケールの形成と、それに続く酸化ケイ素の気体状水酸化ケイ素への転化とによって生じる。湿った高温環境における後退を防止するために、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）が、炭化ケイ素および窒化ケイ素材料上に堆積される。

【0005】

［０００５］ 現在、ＥＢＣ材料は希土類ケイ酸塩化合物から作られている。これらの材料は、水蒸気を遮断し、炭化ケイ素または窒化ケイ素表面上の酸化ケイ素スケールに水蒸気が到達するのを防ぎ、それによって後退を防ぐ。しかし、このような材料は、酸素の浸透を防ぐことができず、その結果、下にある基板が酸化される。基板の酸化は、炭素質または亜酸化窒素ガスの放出と共に、不動態酸化ケイ素スケールを生じる。炭素質酸化物（すなわち、ＣＯ、ＣＯ_２）または亜酸化窒素（すなわち、ＮＯ、ＮＯ_２など）のガスは、高密度のＥＢＣを通って脱出することができず、したがって、ブリスタが形成され、ＥＢＣの破砕を引き起こし得る。ケイ素ボンドコートの使用は、今日までのブリスタの問題に対する解決策であった。ケイ素ボンドコートは、ガス状副生成物を放出することなく酸化する（ＥＢＣの下に不動態酸化ケイ素層を形成する）層を提供する。

【0006】

［０００６］ 当業者に向けられた、その最良の態様を含む本発明の完全かつ実施可能な開示は、添付の図面を参照して本明細書に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】［０００７］ボンドコートおよびその上のＥＢＣを含む例示的な被覆部品の断面概略図である。

【図2】［０００８］その中に分散された、第１の離散粒子および第２の離散粒子を含む、複数の離散粒子を有するマトリクスから形成された例示的なボンドコートの側断面図である。

【図3】［０００９］本主題の様々な実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略断面図である。

【図4】［００１０］その中に分散された離散粒子を有するマトリクスから形成されたボンドコートを有する被覆部品を形成する例示的な方法のフローチャート図である。

【図5】［００１１］以下でより詳細に説明される実施例に従って形成された例示的なボンドコートの断面図を示す。

【図6】［００１２］以下でより詳細に説明される実施例に従って形成された例示的なボンドコートの断面図を示す。

【図7】［００１３］以下でより詳細に説明される実施例に従って形成された例示的なボンドコートの断面図を示す。

【図8】［００１４］以下でより詳細に説明される実施例に従って形成された例示的なボンドコートの断面図を示す。

【図9】［００１５］以下でより詳細に説明される実施例に従って形成された比較ボンドコートの断面図を示す。

【図10】［００１６］以下でより詳細に説明されて形成された別の比較ボンドコートの断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［００１７］ 本明細書および図面における参照符号の反復使用は、本発明の同一または類似の特徴または要素を表すことを意図している。

【0009】

定義
［００１８］ 本明細書で使用されるように、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用されてもよく、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。

【0010】

［００１９］ 化学元素は、元素の周期表に一般的に見られるような、それらの一般的な化学略語を用いて、本開示において議論される。たとえば、水素はその一般的な化学略号Ｈで表され、ヘリウムはその一般的な化学略号Ｈｅで表され、その他もである。本明細書中で使用される場合、「ＲＥ」は、希土類元素または希土類元素の混合物を指す。より詳細には、「ＲＥ」は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、またはそれらの混合物の希土類元素を指す。

【0011】

［００２０］ 本明細書中で使用される場合、「アルミナ」は、Ａｌ_２Ｏ_３の形態の酸化アルミニウムを指す。

【0012】

［００２１］ 本明細書中で使用される場合、「シリカ」は、ＳｉＯ_２の形態の酸化ケイ素を指す。

【0013】

［００２２］ 逆に、「元素ケイ素」とは、偶発的な不純物を除いて、合金材料が存在しないケイ素を指す。当技術分野では「ケイ素金属」と呼ばれることもある。ケイ素元素の融点は約１４１４℃である。

【0014】

［００２３］ 本明細書中で使用される場合、用語「ムライト」は、一般に、アルミナおよびシリカを含有する鉱物を指す。すなわち、ムライトは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）の比が約３対２（例えば、アルミナ対シリカの３対２の１０モル％以内）である、アルミナとシリカの化合物である。しかしながら、約２対１の比がムライトとしても報告されている（例えば、アルミナ対シリカの２対１の１０モル％以内）。

【0015】

［００２４］ 本明細書中で使用される場合、「遷移金属」は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、およびランタニド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、およびＬｕ）の金属元素を指す。

【0016】

［００２５］ 本明細書中で使用される場合、用語「実質的に含まない」は、前記成分を完全に含まないか、または微量の前記成分を含むことを意味すると理解される。「微量」は、かろうじて検出可能であり、対象組成物の機能的または美的特性に対して何の利益ももたらさない化学成分の量的レベルである。「実質的に含まない」という用語はまた、完全に含まないことを包含する。

【0017】

［００２６］ 本開示において、層が別の層または基板の「上に（ｏｎ）」または「上に（ｏｖｅｒ）」と記載される場合、明示的に反対のことが記載されていない限り、層は、互いに直接接触するか、または層間に別の層または特徴を有し得ることが理解されるべきである。したがって、これらの用語は、単に、互いに対する層の相対位置を説明するものであり、上または下の相対位置は、観察者に対する装置の向きに依存するので、必ずしも「上」を意味するものではない。

【0018】

［００２７］ 次に、本発明の実施形態を詳細に参照し、その１つ以上の例を図面に示す。各実施例は、本発明の説明のために提供されるものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明において様々な修正および変形を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示された又は記載された特徴を別の実施形態と共に使用して、さらなる実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に入るような修正および変形をカバーすることが意図される。

【0019】

［００２８］ ケイ素ボンドコートの存在は、ケイ素金属の融点が約１４１４℃と比較的低いので、ＥＢＣの動作の上限温度を制限する。これらの融点を超えると、ケイ素ボンドコートは、下にある基板から剥離し、ボンドコートおよびその上のＥＢＣを効果的に除去し得る。最近、酸素ゲッターとしてケイ素粒子を含むボンドコートを利用する高温ＥＢＣが企図されている。

【0020】

［００２９］ しかし、これらの高温ＥＢＣは、中間温度範囲では弱いことが示されている。特に、ボンドコートは、６５０℃～１５００℃の温度で下にある基板への水および酸素の両方の浸透を防止することが望ましい。水の浸透を防止するために、ボンドコート中のいかなる開放気孔も最小化または除去することが望ましい。従って、ＥＢＣにおいて改良されたボンドコートを有することは、ＥＢＣに対してより高い動作温度限界を達成すると同時に、より低い温度および中間の温度においても有効であり続けることが望ましい。

【0021】

［００３０］ 原理的には、ムライト層の液相焼結は、密なムライト層につながり得る。しかしながら、この層中の残留液相は、ムライト中の高い酸化剤透過性経路をもたらし、これは、本質的に、より高い密度の利点を否定する。本明細書に記載される方法およびコーティングは、液相焼結を介してムライトの高密度化をもたらし得るが、高温および低温酸化寿命において重大な不利益を被ることなく、適切な組成選択に対処する。したがって、本明細書に記載される方法およびコーティングは、高密度ムライト層の形成によってＥＢＣの開放気孔を除去することによって、高温および低温の酸化寿命に重大な不利益を被ることなく、水の浸透を防止することができる。

【0022】

［００３１］ 被覆部品は、一般に、その形成および使用の方法と共に、その中に分散された複数の離散粒子を有するマトリクス相を含有するボンドコートを含む。一般に、複数の離散粒子は、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物を含む。いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、遷移金属酸化物の存在は、液相焼結によるムライトの高密度化を助けるが、高温および低温の酸化寿命において重大な不利益を被ることはない。例えば、本明細書に開示された方法は、緻密なムライト層の形成を通じて、ボンドコート中の開放気孔の除去をもたらすことができる。一実施形態では、遷移金属酸化物は、焼結温度（例えば、１４７５℃～１５６５℃）で液相焼結を誘発するが、酸化寿命の著しい低下をもたらさない特定のドーパント化学的性質をボンドコートに加える。

【0023】

［００３２］ ムライトを含有し、離散粒子を含むボンドコートは、１つの特定の実施形態において、一般に、基板の表面とその上の環境バリアコーティング（ＥＢＣ）との間に配置される。図１を参照すると、コーティングシステム１０６をその上に有する表面１０３を有する基板１０２から形成された例示的な被覆部品１００が示されている。一般に、コーティングシステム１０６は、基板の表面１０３上のボンドコート１０４と、ボンドコート１０４上のＥＢＣ１０８とを含む。示された実施形態では、ボンドコート１０４は、その間にいかなる層もなく、表面１０３上に直接ある。

【0024】

［００３３］ 図２の例示的実施形態において、ボンドコート１０４は、その中に分散された複数の離散粒子１１０を有するマトリクス相１１２を有するように示されている。一般に、複数の離散粒子１１０は、それぞれ第１の離散粒子１１１ａおよび第２の離散粒子１１１ｂに対応する酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物を含む。分離した離散粒子１１１ａおよび１１１ｂとして示されているが、特定の実施形態では、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物は、混合粒子を形成してもよい。示された実施形態では、マトリクス相１１２は、ボンドコート１０４の連続相を形成する。さらに、図１に示す実施形態では、マトリクス相１１２は、ボンドコート１０４の厚さに広がり、基板１０２の表面１０３におよびＥＢＣ１０８の内面１０７に直接接合される。

【0025】

［００３４］ 一般に、複数の離散粒子１１０の第１の離散粒子１１１ａは、酸素が基板１０２の下にある表面１０３に到達するのを抑制するように、部品の使用中に酸素と反応し、処理中にコーティングを緻密化するように構成された酸素ゲッターを含む。ボンドコートの離散粒子１１０の第２の離散粒子１１１ｂは、遷移金属酸化物を含む。ほとんどの実施形態において、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物は、異なる粒子（すなわち、第１の離散粒子１１１ａおよび第２の離散粒子１１１ｂ）を形成する。しかし、他の実施形態では、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物は、マトリクス相１１２内で複合粒子を形成する。

【0026】

［００３５］ 遷移金属酸化物は、一般に遷移金属酸化物（ＴＭ_ｘＯ_ｙ、ここでＴＭは遷移金属であり、ｘ、ｙは酸化物の価数のバランスをとる整数である）である。１つの特定の実施形態において、遷移金属酸化物は、特に、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－ＴＭ_ｘＯ_ｙ相図内のＳｉに近接している場合、その金属形態（例えば、元素遷移金属）への化学的還元に対して耐性がある。一般に、いずれのランタニド酸化物も液相焼結助剤となる可能性を有するが、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－ＴＭ_ｘＯ_ｙ相図内の最高温度の共晶組成が特に適していると考えられる。例えば、特に適切な遷移金属酸化物としては、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、またはそれらの混合物が挙げられ得るが、これらに限定されない。

【0027】

［００３６］ 遷移金属酸化物は、単体の酸化物の形態であってもよいし、代替的に、アルミン酸塩－遷移金属酸化物複合体またはケイ酸塩－遷移金属酸化物複合体の形態であってもよい。特定の一実施形態では、例えば、酸化アルミニウムおよび遷移金属酸化物（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３－ＴＭ_ｘＯ_ｙ）から形成されるアルミン酸塩中に遷移金属酸化物を含有させて、アルミン酸塩－遷移金属酸化物複合体を形成することができる。このような実施形態では、追加の酸化アルミニウムは、ムライトと焼結して、アルミニウムに富むムライト組成物を形成することができる。例えば、過剰なＡｌ_２Ｏ_３は、ムライト内に酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３）相を形成することもできる。いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、過剰の酸化アルミニウムを有することは、酸素ゲッターの初期酸化、特にボンドコートおよびその上のＥＢＣ層の処理を遅くするのに役立ち得ると考えられる。さらに、共に複合化された酸化ケイ素および遷移金属酸化物は、改善された反応速度論を導くことができると考えられる。

【0028】

［００３７］ 酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物は、酸素が下にある表面に到達するのを阻止し、ボンドコートを比較的低い多孔性に保ち、および／または比較的高い温度においてさえボンドコートの構造的一体性を維持するのに十分な相対量でボンドコート内に含まれ得る。特定の実施形態において、酸素ゲッターは、ボンドコート中に１重量％～３０重量％、例えば、１重量％～１０重量％含まれ得る。特定の実施形態において、遷移金属酸化物は、ボンドコート中に０．１重量％～１０重量％、例えば１重量％～５重量％含まれ得る。例えば、遷移金属酸化物は、マトリクス材料の０．１モル％～１０モル％、例えば０．５モル％～５モル％の範囲でボンドコート中に含まれ得る。

【0029】

［００３８］ 一実施形態では、酸素ゲッターは、元素ケイ素などのケイ素を含む。例えば、酸素ゲッターは、酸素ゲッターの少なくとも９５重量％がケイ素であるように（任意の酸素に曝される前に）、例えば、酸素ゲッターの少なくとも９９重量％がケイ素であるように、（ボンドコートの形成時に）本質的にケイ素からなることができる。

【0030】

［００３９］ １つの特定の実施形態において、ボンドコート１０４は、マトリクス相１１２内に含有される遷移金属酸化物および元素ケイ素（共に離散粒子１１０として）の混合物から形成され得る。以下でより詳細に説明するように、ムライト内の元素ケイ素は、マトリクス相内に含有されたままであり、ボンドコート１０４の機能を維持しながら、被覆部品の動作中に溶融することができる。ボンドコート１０４のこのような機能には、基板をその上のＥＢＣに接合すること、およびガスを放出することなく酸素をゲッタリングして、さもなければ気体状の副生成物を生じることになる、下にある基板の酸化を防止することが含まれるが、これらに限定されない。したがって、コーティング部品の動作中（例えば、ガスタービンエンジン内）に、ボンドコート１０４内で液体の離散粒子を利用することができる。ボンドコート１０４は、離散粒子の融点を超えても機能し続けるので、被覆部品は、離散粒子の融点を超える温度で動作させることができる。

【0031】

［００４０］ ケイ素は酸化してＳｉＣからＣＯのようなガスを形成することはないが、水蒸気と接触すると水酸化ケイ素ガス種を形成する。しかし、水酸化ケイ素ガス種の分圧は十分に低いので、それらは有意に気泡を形成しない。さらに、これらの分圧は、外部ガス表面に相互接続された細孔が存在しない限り、後退を抑制する。ムライトマトリクスの密度およびＥＢＣの上層の気密性は、水酸化ケイ素の形成を最小限に抑えるように制御することができる。

【0032】

［００４１］ 一実施形態では、離散粒子は一般に粗く、その酸化反応がボンドコートの厚さにわたって比較的ゆっくりと起こるのに十分な大きさを有する。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、酸化は比較的粗い粒子の薄い表面層上でのみ起こり、より細かい粒子と比較して離散粒子の酸化を効果的に遅くすると考えられる。このように、比較的粗い粒子の存在は、より微細な粒子と比較してより扱いやすい応力状態を生成することができ、従って、より少ない亀裂傾向をもたらす。さらに、比較的粗い粒子の酸化は、より小さな粒子で見られる鋭い反応フロントの代わりに、ボンドコートの厚さ内に拡散した反応ゾーンを生成することができる。さらに、離散粒子は、コーティングの製造プロセス中に酸化または蒸発を受ける。粗い粒子は、そのような劣化を遅らせるという利点を提供し、したがって、ボンドコート中の粒子の所望の割合を維持するのに役立ち得る。

【0033】

［００４２］ 上述したように、複数の離散粒子は、酸素ゲッターの酸化反応がボンドコートの厚さにわたって比較的ゆっくりと起こるように、比較的大きなサイズ（すなわち、粗い粒子）を有する。しかし、離散粒子１１０のサイズが大きすぎるおよび／または含有量が多すぎる場合、酸素ゲッターが液化する温度（例えば、ケイ素を含む場合は１４１４℃を超える温度）での使用において、離散粒子は連続相を形成し得る。多すぎる連続相（液化された大きすぎる離散粒子によって形成される）は、コーティングの破砕をもたらす可能性がある。

【0034】

［００４３］ 例えば、複数の離散粒子は、その体積の５０％以上（例えば、その体積の７５％以上）が、１０μｍ～１００μｍの平均サイズを有する粒子から形成される。１つの実施形態において、複数の離散粒子は、その体積の５０％以上（例えば、その体積の７５％以上）が、２０μｍ～７５μｍの平均サイズを有する粒子から形成される。１つの特定の実施形態において、複数の離散粒子は、その体積の５０％以上（例えば、その体積の７５％以上）が、３０μｍ～５０μｍの平均サイズを有する粒子から形成される。したがって、いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、これらの比較的大きな粒子の存在は、酸化反応を遅くして拡散反応ゾーンを形成し、膨張による応力を減少させ、亀裂を抑制すると考えられる。

【0035】

［００４４］ ボンドコート１０４の構成にかかわらず、酸素ゲッターの溶融時に、離散粒子１１０は、基板１０２の表面１０３と環境バリアコーティング１０８の内面１０７との間のマトリクス相１１２内に含まれる。すなわち、マトリクス相１１２は、ボンドコート１０４の厚さに広がり、基板１０２の表面１０３におよび環境バリアコーティング１０８の内面１０７に結合される３次元ネットワークを形成してもよい。このように、マトリクス相１１２は、基板１０２の表面１０３および環境バリアコーティング１０８と共に作用して、基板１０２の表面１０３から剥離することなくボンドコート１０４の一体性を維持しながら、その中に溶融酸素ゲッターを含有する。

【0036】

［００４５］ 従って、マトリクス相１１２は、ボンドコート１０４に構造的一体性を提供する量でボンドコート１０４に含まれ、一方、離散粒子１１０の酸素ゲッターは、十分な量の酸素ゲッターをその中に組み込みながら、酸素ゲッターがケイ素である場合には、元素ケイ素の融点（すなわち、約１４１４℃）を超えるような動作温度で溶融される。マトリクス相１１２はまた、離散粒子１１０に到達するための酸化剤、すなわち酸素または水蒸気の拡散を制限するように機能する。一実施形態では、マトリクス相は、ボンドコート１０４の少なくとも６０体積％を規定することができる（例えば、ボンドコート１０４の少なくとも６０体積％はムライトを含むことができる）。特定の実施形態では、ボンドコート１０４は、６０体積％～９８体積％のマトリクス相（例えば、ムライト）、例えば６５体積％～９６体積％のマトリクス相（例えば、ムライト）、例えば７５体積％～９５体積％のマトリクス相（例えば、ムライト）を含むことができる。

【0037】

［００４６］ 逆に、離散粒子１１０の酸素ゲッターは、酸素が下にある基板１０２に到達するのを防ぐために、酸素ゲッターとして作用するのに十分な量でボンドコート１０４に含まれる。特定の一実施形態では、酸素ゲッターは、ケイ素金属（すなわち、元素ケイ素）、ケイ素合金（例えば、ケイ素共晶合金）、シリサイド、またはそれらの混合物から形成され得る。このように、酸素ゲッターは、酸素ゲッターの組成に応じて、ボンドコート１０４が約１４００℃～約２５５０℃の温度に達したときに溶融することができる。いくつかの実施形態において、マトリクス相１１２は、ムライトを含み、約１８２５℃から１８９０℃の融点を有する。ある状況下では、ボンドコート１０４の温度は、酸素ゲッターの融点より高く、マトリクス相１１２の融点より低くすることができ、その結果、酸素ゲッターは溶融する。例えば、酸素ゲッターは、約１４１４℃（すなわち、元素ケイ素の融点）～約１４８５℃の融点を有し得る。特定の実施形態において、酸素ゲッターは、１４１５℃、１４５０℃、１５５０℃、および／または１６００℃のボンドコート温度で溶融されるケイ素材料から形成されてもよい。

【0038】

［００４７］ 例えば、ボンドコート１０４は、特定の実施形態において、２％～４０体積％の離散粒子１１０（すなわち、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物の混合物の全体積）、例えば、４％～３５体積％の離散粒子１１０（例えば、５％～２５体積％の離散粒子１１０）を含むことができる。

【0039】

［００４８］ 特定の実施形態では、約１９００℃以下（例えば、約１４００℃～約１９００℃）の融点を有するシリサイドは、酸素ゲッターとして離散粒子１１０内にあってもよい。特定のシリサイドの融点を決定することは、Ｓｉ相図を使用して容易に達成することができる。

【0040】

［００４９］ 特定の実施形態において、離散粒子内の酸素ゲッターは、マトリクス亀裂を回避するために、基板およびムライトとの最小の熱膨張係数ミスマッチ（例えば、１℃あたり約２～３ ｐｐｍ以下）を有し得る。しかしながら、当業者であれば、ゲッター相の体積分率を減少させることによって、より大きな膨張係数ミスマッチに対応できることを知っている。別の特定の実施形態では、酸素ゲッターは、ムライト層およびその亀裂における応力を低減するために、酸化時の体積増加が最小限（例えば、１５０％以下、好ましくは１００％以下、より好ましくは体積膨張ではなく酸化時の体積減少）であるべきである。膨張係数ミスマッチおよび酸化による体積変化の要件を満たす離散粒子の多くの実施形態が可能である。一実施形態において、酸素ゲッターは、元素ケイ素を含み、純粋な元素ケイ素であってもよい。別の実施形態では、酸素ゲッターは、ケイ素合金および／またはシリサイドを含む。酸素ゲッターが元素ケイ素を含む実施形態では、ボンドコートは「ムライト／Ｓｉボンドコート」と呼ばれることがある。ケイ素酸化は、それが非晶質シリカを形成する場合には約１１５％から約１３０％の体積膨張を生じ、結晶質シリカを形成する場合には約８５％の体積膨張を生じる。しかし、酸化生成物は最初は例外なく非晶質であり、その後時間とともに結晶質になり得る。

【0041】

［００５０］ 酸素ゲッターの他の実施形態としては、ニッケル、コバルト、クロム、またはこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。これらの酸素ゲッターは、特定の実施形態において、ケイ素、ケイ素合金、及び／又はシリサイドと共に使用されてもよい。例えば、ニッケルは、基板およびムライトとの膨張ミスマッチがはるかに大きい（１℃当たりほぼ８ｐｐｍ）。したがって、許容されるニッケルの最大体積分率は、１ｐｐｍ／℃未満のミスマッチを有するケイ素のそれよりも低いであろう。しかし、ニッケルは、非晶質シリカに転化するケイ素の約１１５％～約１３０％と比較して、酸化時に約６５％の体積膨張を有する。一方、クロムは、ニッケルよりも基板およびムライトとの膨張ミスマッチが小さい。また、ケイ素（１４１０°Ｃ）およびニッケル（１４５５°Ｃ）と比較して、融点が高い（１９０７°Ｃ）。

【0042】

［００５１］ マトリクス相１１２は、酸化物材料、特に、酸素ゲッターの融点よりも高い融点を有する酸化物材料を含むことができる。さらに、マトリクス相１１２は、高い動作温度であっても、離散粒子１１０の酸素ゲッターと一般に反応しない酸化物材料を含むことができる。１つの特定の実施形態において、マトリクス相１１２は、酸素ゲッターの融点よりも高い融点を有する結晶化ムライトから形成される。特定の実施形態において、ムライトは、約１８２５℃～１８９０℃の融点を有し、一般に、酸素ゲッターおよび／または離散粒子１１０の遷移金属酸化物と反応しない。

【0043】

［００５２］ 一実施形態において、マトリクス相１１２は、約１０モル％の過剰のアルミナまでの、過剰のアルミナを有するムライトを含むことができる。例えば、マトリクス相１１２は、約３対２から約３．５対２までの化学量論比で、または約２対１から約２．２５対１までの化学量論比で、アルミナおよびシリカから形成されたムライトを含んでもよい。別の実施形態では、マトリクス相１１２は、過剰のシリカを含有するムライトを含むことができる。

【0044】

［００５３］ ムライトは、一般に、１６５０℃（例えば、１２００℃～１６５０℃）までであっても、関心のある全ての温度において、酸素に対して比較的遅い拡散速度を有する。１２００℃を超える温度では、ムライトよりも低い酸素拡散速度を有する唯一の他の結晶質酸化物はアルミナであると考えられ、これは基板と比較して非常に高い膨張係数を有し、破砕なしに緻密なコーティングとして堆積させることができない。ムライトは、ＳｉＣ ＣＭＣ基板１０２と同様の熱膨張係数（「ＣＴＥ」）を有するが、ムライトのＣＴＥは、ＳｉＣと正確に一致しない。ボンドコート１０４が厚すぎる場合、ムライトとＳｉＣのＣＴＥのわずかなミスマッチが、亀裂および／または剥離などの熱膨張に関連する問題を引き起こす可能性がある。例えば、２０ミル（すなわち、５０８μｍ）の厚さを有するボンドコート１０４は、動作温度に繰り返し曝された後に、ＣＴＥミスマッチに関連する問題を引き起こすと考えられる。他方、１５ミル以下、例えば１ミルから１５ミル（すなわち、３８１μｍ以下、例えば２５．４μｍから３８１μｍ）の最大厚さを有するボンドコート１０４は、ＣＴＥのミスマッチによる重大な問題なしに、そのような動作温度に耐えると考えられる。１つの特定の実施形態では、ボンドコート１０４は、３ミルから１０ミル（すなわち、１２７μｍ、例えば７６．２μｍから２５４μｍ）など、１０ミルの最大厚さを有する。

【0045】

［００５４］ 上述のように、ムライト系マトリクス相中の酸素ゲッターと遷移金属酸化物との組み合わせは、比較的低い多孔度を有するボンドコートをもたらす。一実施形態において、ボンドコートは、ＡＳＴＭ Ｅ２１０９－０１に従って測定されるとき、１５％未満の多孔度を有する。

【0046】

［００５５］ 特定の一実施形態では、基板１０２は、セラミックマトリクス複合材料（「ＣＭＣ」）から形成される。本明細書で使用される場合、セラミック－マトリクス－複合材料または「ＣＭＣ」は、セラミックマトリクス相によって囲まれた補強材料（例えば、強化繊維）を含む材料のクラスを指す。一般に、強化繊維はセラミックマトリクスに構造的一体性を提供する。ＣＭＣのマトリクス材料のいくつかの例は、非酸化物ケイ素ベースの材料（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの混合物）、酸化物セラミック（例えば、酸炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、アルミノケイ酸塩、またはそれらの混合物）、またはそれらの混合物を含むことができるが、これらに限定されない。必要に応じて、セラミック粒子（例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、およびそれらの組み合わせの酸化物）および無機充填剤（例えば、パイロフィライト、ウォラストナイト、マイカ、タルク、カイアナイト、およびモンモリロナイト）もまた、ＣＭＣマトリクス内に含まれ得る。

【0047】

［００５６］ ＣＭＣの強化繊維のいくつかの例は、非酸化物ケイ素系材料（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはそれらの混合物）、非酸化物炭素系材料（例えば、炭素）、酸化物セラミック（例えば、酸炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、ムライトなどのアルミノケイ酸塩、またはそれらの混合物）、またはそれらの混合物を含むことができるが、これらに限定されない。

【0048】

［００５７］ 一般に、特定のＣＭＣは、繊維のタイプ／マトリクスのタイプの組み合わせと呼ばれることがある。例えば、炭素繊維強化炭化ケイ素の場合はＣ／ＳｉＣ、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素の場合はＳｉＣ／ＳｉＣ、炭化ケイ素繊維強化窒化ケイ素の場合はＳｉＣ／ＳｉＮ、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素／窒化ケイ素マトリクス混合物の場合はＳｉＣ／ＳｉＣ－ＳｉＮなどである。他の例では、ＣＭＣは、マトリクスと、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、アルミノケイ酸塩、およびそれらの混合物などの酸化物系材料を含む強化繊維とから構成されてもよい。アルミノケイ酸塩は、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）のような結晶質材料、並びにガラス状アルミノケイ酸塩を含むことができる。

【0049】

［００５８］ 特定の実施形態では、強化繊維は、マトリクス内に含まれる前に束ねられ、および／または被覆されてもよい。例えば、繊維の束は、一方向強化テープのような強化テープとして形成することができる。複数のテープを一緒に積層して、プリフォーム部品を形成することができる。繊維束は、プリフォームを形成する前に、またはプリフォームの形成後に、スラリー組成物を含浸させることができる。次いで、プリフォームは、プリフォーム内に高チャー残留物を生成するための硬化またはバーンアウトのような熱処理、および所望の化学組成を有するＣＭＣ材料から形成される部品に到達するための、ケイ素による溶融浸透のようなその後の化学処理を受けることができる。

【0050】

［００５９］ このような材料は、特定のモノリシックセラミック（すなわち、強化材料なしのセラミック材料）と共に、高温用途に特に適している。さらに、これらのセラミック材料は、超合金と比較して軽量であるが、それから作られた部品に強度および耐久性を与えることができる。したがって、このような材料は、現在、ガスタービンエンジンのより高温部分に使用される多くのガスタービン部品、例えば、翼形部（例えば、タービン及び翼）、燃焼器、シュラウド及び他の同様の部品に対して検討されており、これらの材料は、これらの材料が提供することができるより軽量でより高温の能力から利益を得るであろう。

【0051】

［００６０］ 本明細書中で使用される場合、環境バリアコーティングまたは「ＥＢＣ」は、セラミック材料の１つまたは複数の層を含むコーティングシステムを指し、その各々は、下にあるＣＭＣに対して特異的または多機能保護を提供する。ＥＢＣは、一般に、希土類ケイ酸塩コーティング（例えば、スラリーまたはＡＰＳ堆積イッテルビウム二ケイ酸イットリウム（ＹｂＹＤＳ）などの希土類二ケイ酸塩）、アルカリ土類アルミノケイ酸塩（例えば、ある範囲のＢａＯ、ＳｒＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、および／またはＳｉＯ_２組成を有するなどのバリウム－ストロンチウム－アルミニウムケイ酸塩（ＢＳＡＳ）を含む）、気密層（例えば、希土類二ケイ酸塩）、および／または外側コーティング（例えば、スラリーまたはＡＰＳ堆積一ケイ酸イットリウム（ＹＭＳ）などの希土類一ケイ酸塩を含む）などの複数の層を含む。１つ以上の層が所望によりドープされてもよく、ＥＢＣはまた、摩耗性コーティングで被覆されてもよい。

【0052】

［００６１］ 上述したように、ボンドコート１０４は、ＥＢＣ１０８と共に使用して、ケイ素ボンドコートのみ（マトリクス相なし）を使用する場合と比較して高い動作温度を有する被覆部品１００を形成することができる。ＥＢＣ１０８は、希土類ケイ酸塩（例えば、一ケイ酸塩および二ケイ酸塩）、アルミノケイ酸塩（例えば、ムライト、バリウムストロンチウムアルミノケイ酸塩（ＢＳＡＳ）、希土類アルミノケイ酸塩など）、ハフニア、ジルコニア、安定化ハフニア、安定化ジルコニア、希土類ハフネート、希土類ジルコン酸塩、希土類酸化ガリウムなどを含むがこれらに限定されない、典型的なＥＢＣまたは遮熱コーティング（「ＴＢＣ」）層化学種から選択される材料から形成される１つ以上の層の任意の組み合わせを含むことができる。ＥＢＣは、ハフニア層、アルミナ層、またはその両方を含むことができる。代替的または追加的に、ＥＢＣは、希土類二ケイ酸塩層、希土類一ケイ酸塩層、またはその両方を含むことができる。

【0053】

［００６２］ ＥＢＣ１０８は、複数の個々の層１１４から形成されてもよい。示される実施形態では、ＥＢＣ１０８は、溶融時にボンドコート１０４内に離散粒子１１０の酸素ゲッターを収容するように、ボンドコート１０４上に直接配置された気密層１１６を含む。一実施形態では、この気密層は、厚さ２ミルまで、例えば好ましくは厚さ約０．１ミルから約１ミル（例えば、厚さ約０．１ミルから約０．５ミル）のムライトである。離散粒子１１０の酸素ゲッターは、酸素と反応性である（例えば、酸化ケイ素を形成する）ので、動作温度での酸素への部品１００の曝露時に生成されるガス状酸化物（例えば、炭素酸化物）は最小限である。したがって、ボンドコート１０４を通るガスエスケープ層は必要なく、気密層はＥＢＣ１０８内に含まれてもよい。ボンドコート１０４への水蒸気の侵入を防止するために、気密層を有することも望ましい。一実施形態において、気密層１１６は、ボンドコート１０４上に直接配置されてもよいが、ＥＢＣ１０８内の他の場所に配置されてもよい。

【0054】

［００６３］ 被覆部品１００は、ガスタービンエンジンに存在する部品、例えば、燃焼器部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、熱シールド、及び翼のような高温環境で見られる部品としての使用に特に適している。特に、被覆部品１００は、ガスタービンの高温ガス流路内に配置されたＣＭＣ部品であってもよく、これにより、コーティングシステム１０６は、下にある基板１０２に対して環境バリアを形成し、高温ガス流路にさらされたときにガスタービン内の部品１００を保護する。特定の実施形態では、ボンドコート１０４は、被覆部品１００が約１４７５℃～約１６５０℃の動作温度に曝される一方で、ボンドコート１０４がこれらの動作温度によって実質的に影響を受けないように構成される。したがって、ボンドコート１０４は、約１４７５℃～約１６５０℃の動作温度への曝露に耐えることができる。

【0055】

［００６４］ 図３は、本開示の例示的実施形態による、ガスタービンエンジンの概略断面図である。より詳細には、図３の実施形態では、ガスタービンエンジンは、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ばれる高バイパスターボファンジェットエンジン１０である。図３に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（基準のために設けられた縦軸１２に平行に延びる）および半径方向Ｒを規定する。一般に、ターボファンエンジン１０は、ファンセクション１４と、ファンセクション１４の下流に配置されたコアタービンエンジン１６とを備える。ターボファンエンジン１０を参照して以下に説明するが、本開示は、産業用及び舶用ガスタービンエンジン及び補助動力ユニットを含むターボジェット、ターボプロップ及びターボシャフトガスタービンエンジンを含む一般的なターボ機械に適用可能である。また、炭化水素燃料の燃焼から生じるものなど、気相に水蒸気を含む他の高温用途にも適用可能である。

【0056】

［００６５］ 図示される例示的なコアタービンエンジン１６は、一般に、環状入口２０を規定する実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。ケーシング１８は、直列の流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを収容する。高圧（ＨＰ）スプールまたはシャフト３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動的に接続する。低圧（ＬＰ）スプールまたはシャフト３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動的に接続する。

【0057】

［００６６］ 図示される実施形態では、ファンセクション１４は、離間してディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示されるように、ファンブレード４０は、一般的に半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延在する。各ファンブレード４０は、ファンブレード４０のピッチを一斉に集合的に変化させるように構成された適切な作動部材４４に作動的に結合されたファンブレード４０によって、ピッチ軸Ｐを中心としてディスク４２に対して回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、および作動部材４４は、ＬＰシャフト３６によって、オプションのパワーギアボックス４６を横切って、縦軸１２を中心に共に回転可能である。パワーギアボックス４６は、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的なファン回転速度まで減速するための複数のギアを含む。

【0058】

［００６７］ 図３の例示的な実施形態をさらに参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するように空気力学的に輪郭形成された回転可能なフロントナセル４８によって覆われる。さらに、例示的なファンセクション１４は、ファン３８および／またはコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向に囲む環状ファンケーシングまたは外側ナセル５０を含む。ナセル５０は、円周方向に間隔を置いて配置された複数の出口ガイド翼５２によってコアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができることを理解されたい。さらに、ナセル５０の下流セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分の上に延在して、その間にバイパス空気流通路５６を規定することができる。

【0059】

［００６８］ ターボファンエンジン１０の作動中、一定量の空気５８が、ナセル５０および／またはファンセクション１４の関連する入口６０を通ってターボファンエンジン１０に入る。一定量の空気５８がファンブレード４０を通過すると、矢印６２で示す空気の第１の部分がバイパス空気流路５６に導かれ又は送られ、矢印６４で示す空気の第２の部分がＬＰ圧縮機２２に導かれる又は送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との間の比は、一般にバイパス比として知られている。次いで、空気６４の第２の部分の圧力は、それが高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼セクション２６内に送られるにつれて増加し、そこで燃料と混合され、燃焼されて燃焼ガス６６を提供する。

【0060】

［００６９］ 燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って送られ、ここで、燃焼ガス６６からの熱エネルギーおよび／または運動エネルギーの一部が、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービン静翼６８と、ＨＰスプールまたはシャフト３４に結合されたＨＰタービン動翼７０との連続段を介して抽出され、これにより、ＨＰスプールまたはシャフト３４を回転させ、これにより、ＨＰ圧縮機２４の作動を支持する。次いで、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、ここで、熱エネルギーおよび運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に連結されたＬＰタービン静翼７２と、ＬＰスプールまたはシャフト３６に連結されたＬＰタービン動翼７４との連続段を介して燃焼ガス６６から抽出され、これにより、ＬＰスプールまたはシャフト３６を回転させ、それによって、ＬＰ圧縮機２２の動作および／またはファン３８の回転を支持する。

【0061】

［００７０］ その後、燃焼ガス６６は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って流れ、推進力を提供する。同時に、空気６２の第１の部分の圧力は、空気６２の第１の部分がターボファンエンジン１０のファンノズル排気セクション７６から排気される前にバイパス空気流路５６を通って送られるにつれて実質的に増加し、推進力も提供する。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０及びジェット排気ノズルセクション３２は、コアタービンエンジン１６を通して燃焼ガス６６を送るための高温ガス通路７８を少なくとも部分的に規定する。

【0062】

［００７１］ セラミック部品をコーティングするための方法も一般に提供される。例えば、図４は、基板の表面上にコーティングシステムを形成する例示的な方法４００の図を示す。４０２において、ボンドコート１０４に関して上述したように、マトリクス相内に含まれる離散粒子を含むように、ボンドコートが基板の表面上に形成される。一実施形態では、ボンドコートは、空気プラズマスプレーによって形成される。別の実施形態では、それは、所望の化学の液体懸濁液が空気プラズマスプレーに使用される懸濁液プラズマスプレーによって形成される。さらに別の実施形態では、コーティングは、低圧プラズマスプレーによって形成される。さらに別の実施形態では、１つまたは複数の被覆層は、スラリーコーティングプロセスとそれに続く層の焼結によって形成されてもよい。異なるコーティング層は、これらのプロセスのうちの１つまたは複数によって形成されてもよい。

【0063】

［００７２］ ４０４において、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）がボンドコート上に形成される。上述のように、離散粒子は、溶融されると、基板の表面と環境バリアコーティングの内面との間のマトリクス相内に含有される。

【0064】

実施例
［００７３］ 連続ムライト相内に分散された酸素ゲッターと遷移金属酸化物との混合物を用いて、例示的なボンドコート材料を調製し、遷移金属酸化物なしの比較ボンドコート材料を調製した。

【0065】

［００７４］ 図５は、熱試験後の、例示的なボンドコート材料を含むペレットの写真を示す。例示的なボンドコート材料を含むペレットは、マトリクス材料としての７５．５重量％のムライト、ムライトをアルミニウムリッチに形成するための１２．７重量％のＡｌ_２Ｏ_３、酸素ゲッターとしての９．６重量％の元素ケイ素、および遷移金属酸化物としての２．１重量％のＬｕ_２Ｏ_３から形成された。例示的なボンドコート材料は、ムライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ケイ素、およびＬｕ_２Ｏ_３の粉末混合物をペレットに冷間プレスし、続いて減圧焼結することによって形成された。このボンドコート材料は、コーティングではないが、例示的なボンドコート材料として役立った。次いで、ペレットを、空気中で１４８０℃～１５４０℃の温度で１０時間加熱試験に供して、層内に多孔性が形成されるかどうかを決定した。示されるように、ペレット内の多孔性は、熱試験後でさえ、実質的に排除されている。

【0066】

［００７５］ 図６は、熱試験後の例示的なボンドコート材料を含有するペレットの写真を示す。例示的なボンドコート材料を含むペレットは、マトリクス材料としての７６．６重量％のムライト、ムライトをアルミニウムリッチに形成するための１２．９重量％のＡｌ_２Ｏ_３、酸素ゲッターとしての９．８重量％の元素ケイ素、および遷移金属酸化物としての０．７重量％のＳｃ_２Ｏ_３から形成された。例示的なボンドコート材料は、ムライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ケイ素、およびＳｃ_２Ｏ_３の粉末混合物をペレットに冷間プレスし、続いて減圧焼結することによって形成された。このボンドコート材料は、コーティングではないが、例示的なボンドコート材料として役立った。次いで、ペレットを、空気中で１４８０℃～１５４０℃の温度で１０時間加熱試験に供して、層内に多孔性が形成されるかどうかを決定した。示されるように、ペレット内の多孔性は、熱試験の後でさえ、極めて小さい。

【0067】

［００７６］ 図７は、熱試験後の例示的なボンドコート材料を含有するペレットの写真を示す。例示的なボンドコート材料を含むペレットは、マトリクス材料としての７６．５重量％のムライト、ムライトをアルミニウムリッチに形成するための１２．８重量％のＡｌ_２Ｏ_３、酸素ゲッターとしての９．８重量％の元素ケイ素、および遷移金属酸化物としての０．９重量％のＴｉＯ_２から形成された。例示的なボンドコート材料は、ムライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ケイ素、およびＴｉＯ_２の粉末混合物をペレットに冷間プレスし、続いて減圧焼結することによって形成された。このボンドコート材料は、コーティングではないが、例示的なボンドコート材料として役立った。次いで、ペレットを、空気中で１４８０℃～１５４０℃の温度で１０時間加熱試験に供して、層内に多孔性が形成されるかどうかを決定した。示されるように、ペレット内の多孔性は、熱試験の後でさえ、極めて小さい。

【0068】

［００７７］ 図８は、熱試験後の例示的なボンドコート材料の断面図を示す。例示的なボンドコート材料は、マトリクス材料として８５体積％のムライト、ムライトをアルミニウムリッチにするための１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３（ムライトおよびケイ素の総重量と比較して）、酸素ゲッターとして１５体積％の元素ケイ素、および遷移金属酸化物として３．２重量％のＬｕ_２Ｓｉ_２Ｏ_７（ムライトおよびケイ素の総重量と比較して）の溶液プラズマスプレーによって形成された。溶液プラズマスプレーの固体画分は以下の通りであった。７７重量％のムライト、１１重量％のＳｉ、９重量％のＡｌ_２Ｏ_３、および３重量％のＬｕ_２Ｓｉ_２Ｏ_７。次いで、このコーティングを、空気中で１５４０℃の温度で１０時間熱試験に供して、層内に多孔性が形成されるかどうかを決定した。示されるように、ボンドコート内の多孔性は、熱試験後でさえ、実質的に除去された。

【0069】

［００７８］ 図９は、熱試験後の、いかなる遷移金属酸化物も存在しない、比較ボンドコート材料を含む、ペレットの写真を示す。比較ボンドコート材料を含むペレットは、マトリクス材料として７７．１重量％のムライト、ムライトをアルミニウムリッチにするための１３重量％のＡｌ_２Ｏ_３、および酸素ゲッターとして９．９重量％の元素ケイ素から形成された。ムライト、Ａｌ_２Ｏ_３およびケイ素の粉末混合物をペレット内に冷間プレスし、続いて減圧焼結することによって、比較ボンドコート材料を形成した。この比較ボンドコート材料は、図５、図６および図７に関して上述したペレットと同じ方法で形成したが、遷移金属酸化物は存在しなかった。次いで、ペレットを、空気中で１４８０℃～１５４０℃の温度で１０時間加熱試験に供して、層内に多孔性が形成されるかどうかを決定した。図９に示すように、熱試験後の比較ペレット内には、有意な開放気孔率が存在する。

【0070】

［００７９］ 図１０は、熱試験後の比較ボンドコート材料の断面図を示す。比較ボンドコート材料は、マトリクス材料として８５体積％のムライト、ムライトをアルミニウムリッチにするための１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３（ムライトおよびケイ素の総重量と比較して）、および酸素ゲッターとして１５体積％の元素ケイ素の溶液プラズマスプレーによって形成された。溶液プラズマスプレー固体画分は、７９重量％のムライト、１２重量％のＳｉ、および９重量％のＡｌ_２Ｏ_３であった。この比較ボンドコートは、図８に関して上述したコーティングと同じ方法で形成されたが、遷移金属酸化物は存在しなかった。次いで、このコーティングを、空気中で１５４０℃の温度で１０時間熱試験に供して、層内に多孔性が形成されるかどうかを決定した。示されるように、ボンドコート内の多孔性は、熱試験後の図８の例示的なボンドコートに示されるものよりもはるかに大きかった。

【0071】

［００８０］ 本開示の態様は、高密度のムライト層の形成を通じてＥＢＣの開放気孔を除去することにより、高温および低温の酸化寿命において重大な不利益を被ることなく、水の浸透を防止する。

【0072】

［００８１］ 本発明のさらなる態様は、以下の条項の主題によって提供される。

【0073】

［００８２］ 被覆部品であって：炭化ケイ素を含み、表面を有するセラミックマトリクス複合基板と；前記基板の前記表面上のボンドコートであって、前記ボンドコートは、マトリクス相内に分散された複数の離散粒子を含み、前記複数の離散粒子は、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物を含み、前記マトリクス相は、ムライトを含む、ボンドコートと；前記ボンドコート上の環境バリアコーティングと；を含む、被覆部品。

【0074】

［００８３］ 前記遷移金属酸化物が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、またはそれらの混合物を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0075】

［００８４］ 前記ボンドコートが、０．１重量％～１０重量％の前記遷移金属酸化物を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0076】

［００８５］ 前記ボンドコートが、１５％未満の多孔性を有する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0077】

［００８６］ 前記酸素ゲッターは、前記複数の離散粒子内に第１の離散粒子を形成し、前記遷移金属酸化物は、前記複数の離散粒子内に第２の離散粒子を形成する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0078】

［００８７］ 前記酸素ゲッターは、元素ケイ素、ケイ素合金、シリサイド、またはそれらの混合物を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0079】

［００８８］ 前記酸素ゲッターは、元素ケイ素を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0080】

［００８９］ 前記ボンドコートが、１重量％～３０重量％の酸素ゲッターを含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0081】

［００９０］ 前記マトリクス相が連続相であり、前記マトリクス相が前記ボンドコートに広がり、前記基板の表面におよび前記環境バリアコーティングの内面に直接接合される、任意の前項に記載の被覆部品。

【0082】

［００９１］ 前記マトリクス相が、前記ボンドコートの６０体積％～９８体積％を規定する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0083】

［００９２］ 前記マトリクス相が、前記ボンドコートの６５体積％～９６体積％を規定する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0084】

［００９３］ 前記マトリクス相が、前記ボンドコートの７５体積％～９５体積％を規定する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0085】

［００９４］ 前記マトリクス相が、実質的にムライトからなる、任意の前項に記載の被覆部品。

【0086】

［００９５］ 前記環境バリアコーティングは、複数の層を含み、前記環境バリアコーティングの前記層のうちの少なくとも１つは、気密層を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0087】

［００９６］ 前記気密層が前記ボンドコートに隣接して、前記気密層が前記環境バリアコーティングの内面を規定する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0088】

［００９７］ 前記ボンドコートが、１４７５℃～１６５０℃の動作温度への曝露に耐えるように構成される、任意の前項に記載の被覆部品。

【0089】

［００９８］ 前記環境バリアコーティングが、ハフニア層、アルミナ層、またはその両方を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0090】

［００９９］ 前記環境バリアコーティングが、希土類二ケイ酸塩層、希土類一ケイ酸塩層、またはその両方を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0091】

［００１００］ 前項の被覆部品を形成する方法。

【0092】

［００１０１］ 被覆部品を形成する方法であって：前記基板の前記表面上にボンドコートを形成するステップであって、前記ボンドコートは、マトリクス相内に分散された複数の離散粒子を含み、前記複数の離散粒子は、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物を含み、前記マトリクス相は、ムライトを含む、ステップと；前記複数の離散粒子が、溶融されたときに、前記基板の前記表面と前記環境バリアコーティングの内面との間のマトリクス相内に含まれるように、前記ボンドコート上に環境バリアコーティングを形成するステップと；を含む、方法。

【0093】

［００１０２］ 前記遷移金属酸化物が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、またはそれらの混合物を含む、任意の前項に記載の方法。

【0094】

［００１０３］ この明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するために、また、任意の装置またはシステムを作製および使用し、任意の組み込まれた方法を実施することを含む本発明を当業者が実施できるようにするために、実施例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と実質的な相違のない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。

【0095】

［００１０４］ 本発明のさらなる態様は、以下の条項の主題によって提供される。

【0096】

［００１０５］ １．被覆部品であって：炭化ケイ素を含み、表面を有するセラミックマトリクス複合基板と；前記セラミックマトリクス複合基板の前記表面上のボンドコートであって、前記ボンドコートは、マトリクス相内に分散された複数の離散粒子を含み、前記複数の離散粒子は、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物を含み、前記マトリクス相は、ムライトを含む、ボンドコートと；前記ボンドコート上の環境バリアコーティングと；を含む、被覆部品。

【0097】

［００１０６］ ２．前記遷移金属酸化物が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、またはそれらの混合物を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0098】

［００１０７］ ３．前記ボンドコートが、０．１重量％～１０重量％の前記遷移金属酸化物を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0099】

［００１０８］ ４．前記ボンドコートが、１５％未満の多孔性を有する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0100】

［００１０９］ ５．前記酸素ゲッターは、前記複数の離散粒子内に第１の離散粒子を形成し、前記遷移金属酸化物は、前記複数の離散粒子内に第２の離散粒子を形成する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0101】

［００１１０］ ６．前記酸素ゲッターは、元素ケイ素、ケイ素合金、シリサイド、またはそれらの混合物を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0102】

［００１１１］ ７．前記酸素ゲッターは、元素ケイ素を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0103】

［００１１２］ ８．前記ボンドコートが、１重量％～３０重量％の酸素ゲッターを含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0104】

［００１１３］ ９．前記マトリクス相が連続相であり、前記マトリクス相が前記ボンドコートに広がり、前記セラミックマトリクス複合基板の表面におよび前記環境バリアコーティングの内面に直接接合される、任意の前項に記載の被覆部品。

【0105】

［００１１４］ １０．前記マトリクス相が、前記ボンドコートの６０体積％～９８体積％を規定する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0106】

［００１１５］ １１．前記マトリクス相が、前記ボンドコートの６５体積％～９６体積％を規定する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0107】

［００１１６］ １２．前記マトリクス相が、前記ボンドコートの７５体積％～９５体積％を規定する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0108】

［００１１７］ １３．前記マトリクス相が、実質的にムライトからなる、任意の前項に記載の被覆部品。

【0109】

［００１１８］ １４．前記環境バリアコーティングは、複数の層を含み、前記環境バリアコーティングの前記層のうちの少なくとも１つは、気密層を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0110】

［００１１９］ １５．前記気密層が前記環境バリアコーティングの内面を規定するように、前記気密層が前記ボンドコートに隣接する、任意の前項に記載の被覆部品。

【0111】

［００１２０］ １６．前記ボンドコートが、１４７５℃～１６５０℃の動作温度への曝露に耐えるように構成される、任意の前項に記載の被覆部品。

【0112】

［００１２１］ １７．前記環境バリアコーティングが、ハフニア層、アルミナ層、またはその両方を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0113】

［００１２２］ １８．前記環境バリアコーティングが、希土類二ケイ酸塩層、希土類一ケイ酸塩層、またはその両方を含む、任意の前項に記載の被覆部品。

【0114】

［００１２３］ １９．被覆部品を形成する方法であって：基板の表面上にボンドコートを形成するステップであって、前記ボンドコートは、マトリクス相内に分散された複数の離散粒子を含み、前記複数の離散粒子は、酸素ゲッターおよび遷移金属酸化物を含み、前記マトリクス相は、ムライトを含む、ステップと；前記ボンドコート上に環境バリアコーティングを形成するステップであって、前記複数の離散粒子が、溶融されたときに、前記基板の前記表面と前記環境バリアコーティングの内面との間のマトリクス相内に含まれる、ステップと；を含む、方法。

【0115】

［００１２４］ ２０．前記遷移金属酸化物が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、またはそれらの混合物を含む、任意の前項に記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】