特表 2024-510072 耐環境コーティング用ＣＭＡＳ耐性トップコート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-06

(54)【発明の名称】耐環境コーティング用ＣＭＡＳ耐性トップコート

(51)【国際特許分類】

   C04B 41/89 20060101AFI20240228BHJP

   C23C 26/00 20060101ALI20240228BHJP

   C23C 4/11 20160101ALI20240228BHJP

   C23C 28/00 20060101ALI20240228BHJP

【ＦＩ】

C04B41/89 K

C23C26/00 C

C23C4/11

C23C28/00 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023541355

(86)(22)【出願日】2022-01-21

(85)【翻訳文提出日】2023-09-05

(86)【国際出願番号】 US2022013318

(87)【国際公開番号】W WO2022159708

(87)【国際公開日】2022-07-28

(31)【優先権主張番号】63/140,339

(32)【優先日】2021-01-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515195347

【氏名又は名称】エリコン メテコ（ユーエス）インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チェン、ディアンイン

【テーマコード（参考）】

4K031

4K044

【Ｆターム（参考）】

4K031AA08

4K031AB04

4K031AB09

4K031CB42

4K031CB47

4K031CB48

4K031DA01

4K031DA04

4K044AA13

4K044AB10

4K044BA12

4K044BA13

4K044BA14

4K044BB04

4K044BB13

4K044BC02

4K044BC12

4K044CA11

4K044CA13

4K044CA14

4K044CA53

(57)【要約】

カルシウム－マグネシウム－アルミノケイ酸塩（ＣＭＡＳ）分解に対する改善された耐性のための耐環境コーティングトップコートが開示される。ＣＭＡＳ緩和組成物は、スピネル含有材料に基づく。基材上のＣＭＡＳ耐性多層構造体であって、該多層構造体が、基材上のボンドコーティング層と、ボンドコーティング層上の気密ＥＢＣ層と、ＣＭＡＳ耐性トップコート層であって、ＡＢ_２Ｏ_４材料（Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ、又はそれらの組合せ；及びＢ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ又はそれらの組合せ）、ＡｘＯｙ（Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物、ＢｘＯｙ（Ｂ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７又はＲＥ_２ＳｉＯ_５ケイ酸塩とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物（ＲＥ＝希土類材料）；希土類酸化物安定化ジルコニアを有するＡＢ_２Ｏ_４；希土類酸化物安定化ハフニアを有するＡＢ_２Ｏ_４；アルミノケイ酸塩を有するＡＢ_２Ｏ_４；希土類ガーネットを有するＡＢ_２Ｏ_４；及びＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３の少なくとも１つを含む、ＣＭＡＳ耐性トップコート層とを含む、ＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材上のＣＭＡＳ耐性多層構造体であって、前記多層構造体が、
前記基材上のボンドコーティング層と、
前記ボンドコーティング層上の気密耐環境コーティング（ＥＢＣ）層と、
ＣＭＡＳ耐性トップコート層であって、
ＡＢ_２Ｏ_４材料（Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ、又はそれらの組合せ；及びＢ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ又はそれらの組合せ）；
ＡｘＯｙ（Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物であって、前記混合物中のＡｘＯｙの重量パーセントが５重量％～９５重量％の範囲である、ＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；
ＢｘＯｙ（Ｂ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物であって、前記混合物中のＢｘＯｙの重量パーセントが５重量％～９５重量％の範囲である、ＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；
ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７又はＲＥ_２ＳｉＯ_５ケイ酸塩（ＲＥ＝Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；
希土類酸化物安定化ジルコニアとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；
希土類酸化物安定化ハフニアとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；
アルミノケイ酸塩とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；
希土類ガーネットとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；及び
ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３のみ、又はＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３を含有する材料
のうち少なくとも１つを含む、ＣＭＡＳ耐性トップコート層と、
を含む、ＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項2】

前記気密耐環境コーティング（ＥＢＣ）層が、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、ＲＥ_２ＳｉＯ_５、ムライト、及びＢＳＡＳ（ＢａＯ－ＳｒＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）
（式中、ＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの１つである）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項3】

前記ボンドコーティング層がＳｉ；Ｓｉ－酸化物（酸化物＝Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＴｉＯ_２ ＴａＯ_２、ＢａＯ、ＳｒＯ）、ケイ化物（ＲＥＳｉ、ＨｆＳｉ_２、ＴａＳｉ_２、ＴｉＳｉ_２）、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７－Ｓｉ；ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７－ケイ化物；ムライト－Ｓｉ；及びムライト－ケイ化物（式中、ＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１つである）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項4】

前記基材がＳｉＣ及びＳｉ_３Ｎ_４のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項5】

前記ＣＭＡＳ耐性トップコート層の厚さが１０μｍ～２０００μｍの範囲内である、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項6】

前記気密ＥＢＣ層の厚さが１０μｍ～１０００μｍの範囲内である、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項7】

前記ボンドコーティング層の厚さが、２μｍ～５００μｍの範囲内である、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項8】

前記基材の厚さが４０ｍｉｌを超える、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１月２２日に出願された米国仮出願第６３／１４０，３３９号の利益及び優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
１．開示の分野
例示的な実施形態は、ケイ素系セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）を保護するためのコーティングに関する。具体的には、例示的な実施形態は、カルシウム－マグネシウム－アルミノケイ酸塩（ＣＭＡＳ）耐性多層コーティング構造に関する。

【背景技術】

【0002】

２．背景情報
一般式ＲＥ_２ＳｉＯ_５（一ケイ酸塩）及びＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７（二ケイ酸塩）を有する希土類ケイ酸塩が、耐環境コーティング（ＥＢＣ）材料候補として一般に使用されている。しかしながら、これらの材料は、ＥＢＣをＣＭＡＳ攻撃から保護することができるとは限らず、ＣＭＡＳ攻撃はＥＢＣの厚みの減少を引き起こす可能性があり、この現象は減肉と呼ばれる。

【発明の概要】

【0003】

酸化及び水蒸気の攻撃からＣＭＣを保護するために、ＥＢＣをＳｉ系ＣＭＣ基材上に堆積させる。高温ガスタービンエンジン環境では、例えば、ＣＭＡＳダストの侵入（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ：貫入）又はＥＢＣとの化学反応により、ＥＢＣが破砕し、したがって下にあるＣＭＣ基材をＣＭＡＳ攻撃から保護することができなくなる可能性がある。

【0004】

希土類ケイ酸塩（ＲＥ_２ＳｉＯ_５又はＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）に基づく現在のＥＢＣ多層構造体は、ＥＢＣをＣＭＡＳ攻撃から完全に保護することができない可能性がある。そのため、新たなＥＢＣ材料は、それらのＣＭＡＳ耐性特性を改善する可能性がある。他のこのような材料は、一般に、希土類酸化物安定化ジルコニア若しくはハフニア、又は希土類ケイ酸塩系に基づく。

【0005】

例示的な実施形態は、ケイ素系ＣＭＣを保護するためのＣＭＡＳ耐性コーティング構造に関する。例示的な実施形態では、トップコートとしてスピネル含有材料（例えば、酸化マグネシウムアルミニウム）を含む多層セラミックコーティング構造体は、ＣＭＡＳ攻撃によるＥＢＣの分解に対する耐性を実質的に改善し、ＥＢＣの分解を低減又は排除する。スピネル含有材料は、多層構造体内の希土類ケイ酸塩ＥＢＣの上にデポジット（堆積）されて、例えば溶融ＣＭＡＳがＥＢＣの希土類ケイ酸塩に侵入又はそれと反応するのを阻止又は防止し、したがって、特に高温でのＣＭＡＳ損傷から下にあるＥＢＣを保護することができる。ＣＭＡＳ耐性に加えて、スピネル含有材料は、様々な例示的な実施形態によれば、ＥＢＣを構成することが多い希土類ケイ酸塩よりも改善された蒸気ベースの減肉耐性を示す。例示的な実施形態では、スピネル系トップコートは、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）の部品寿命、例えばエンジン部品寿命を著しく改善し、したがってＣＭＡＳダスト含有環境でのエンジン寿命を改善することができる。

【0006】

例示的な実施形態では、下にあるＥＢＣをＣＭＡＳ攻撃から保護するために、トップコートの形態のスピネル含有材料を有する多層コーティング構造体が提供される。スピネルは、一般式ＡＢ_２Ｏ_４（Ａは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ又はそれらの組合せの群から選択することができ、Ｂは、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ又はそれらの組合せの群から選択することができる）を有する材料のクラスである。

【0007】

例示的な実施形態では、１３００℃でのＣＭＡＳ試験は、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）プロセスによって生成されたスピネル含有コーティングがＥＢＣ系のＣＭＡＳ侵入を首尾よく防止することを示す。ＣＭＡＳ試験は、例えばＣＭＡＳダスト又は材料等のＣＭＡＳが豊富な環境への多層構造体の曝露であり得る。ＣＭＡＳ組成物及びＣＭＦＡＳ組成物の例を以下の表１に示す。

【表1】

【0008】

例示的な実施形態では、スピネル含有多層構造体は、以下の組成を有し得る。

【0009】

１．ＡＢ_２Ｏ_４材料（Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ、又はそれらの組合せ；及びＢ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ又はそれらの組合せ）。

【0010】

２．ＡｘＯｙ（Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物、混合物中のＡｘＯｙの重量パーセントは、５重量％～９５重量％の範囲である。

【0011】

３．ＢｘＯｙ（Ｂ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物、混合物中のＢｘＯｙの重量パーセントは、５重量％～９５重量％の範囲である。ＢｘＯｙの重量パーセントが９５％超、例えば９９％である場合、ＥＢＣの劣化に対する耐性のスピネルＡＢ_２Ｏ_４によって提供される利点は低減又は排除され、ＢｘＯｙのそのような高い重量パーセント、すなわち９５％超は望ましくない。ＢｘＯｙの重量パーセントが５重量％未満である場合、ＢｘＯｙの量は、ＥＢＣの劣化に対する耐性の利点を提供するのに十分ではなく、ＢｘＯｙのそのような低い重量パーセント、すなわち５％未満は望ましくない。

【0012】

４．ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７又はＲＥ_２ＳｉＯ_５ケイ酸塩（ＲＥ＝Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物。

【0013】

５．希土類酸化物安定化ジルコニアとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物。

【0014】

６．希土類酸化物安定化ハフニアとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物。

【0015】

７．アルミノケイ酸塩とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物。

【0016】

８．希土類ガーネットとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物。

【0017】

９．ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３若しくはＡｌ_２Ｏ_３のみ；又はＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３を含有する材料。

【0018】

１０．上記の組合せ。

【0019】

例示的な実施形態では、ＣＭＡＳ耐性コーティングは、下塗りのボンディングコートとしてＳｉ、ケイ化物、セラミック酸化物、又はセラミックケイ酸塩を有する多層の構成を有することができる。ＥＢＣ層は、希土類ケイ酸塩（ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７ ｏｒ ＲＥ_２ＳｉＯ_５）、ＢＳＡＳ（ＢａＯ－ＳｒＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）、ムライト、又はそれらの混合物を含むことができる。スピネルトップコートは、上述の材料系上にデポジット（堆積）されてもよい。熱溶射によってコーティングを製造するために使用される粉末製造方法は、融合及び粉砕された、凝集した、凝集及び焼結された、又はブレンドされた材料のいずれかであり得る。

【0020】

例示的な実施形態では、ＣＭＡＳ耐性トップコートは、２％～４０％、好ましくは５％～１５％の範囲の空隙率（ｐｏｒｏｓｉｔｙ：多孔度）を有し得る。この範囲外であるＣＭＡＳ耐性コーティングの空隙率は、下にある構造体の良好な保護を効率的に保証しない可能性がある。例えば、空隙率が４０％を超える場合、ＣＭＡＳ耐性コーティングは、下にある構造体の良好な耐浸食性を保証しない可能性がある。ＣＭＡＳ耐性コーティングの空隙率が２％未満である場合、トップコートは緻密すぎ、熱サイクル中に破砕が発生する可能性がある。例示的な実施形態では、ＣＭＡＳ耐性コーティング又はトップコートは、ＣＭＡＳ耐性に加えてより高い歪み耐性を提供するために、多孔質垂直亀裂微細構造又は高密度垂直亀裂微細構造を有する。例示的な実施形態では、ＣＭＡＳ耐性コーティング又はトップコートは、摩耗性層であってもよい。

【0021】

例示的な実施形態では、上述の多層構造体は、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ：Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｙ－Ｆｕｅｌ）、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、プラズマ溶射物理蒸着（ＰＳ－ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、電子ビーム－物理蒸着（ＥＢ－ＰＶＤ）、懸濁液／溶液プラズマ溶射（ＳＰＳ）、懸濁液／溶液ＨＶＯＦ（Ｓ－ＨＶＯＦ）、及びスラリープロセスのいずれか１つを用いてデポジットされ得る。

【図面の簡単な説明】

【0022】

本開示は、本開示の好ましい実施形態の非限定的な例として、言及された複数の図面を参照して、以下の詳細な説明においてさらに説明される。

【0023】

【図1】図１は、様々な例示的な実施形態による、多層ＣＭＡＳ耐性多層構造体を示す。

【0024】

【図2】図２は、様々な例示的な実施形態による、多層ＣＭＡＳ耐性多層構造体を示す。

【0025】

【図3】図３は、様々な例示的な実施形態による、図１のＣＭＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【0026】

【図4】図４は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【0027】

【図5】図５は、様々な例示的な実施形態による、図４のＣＭＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【0028】

【図6】図６は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【0029】

【図7】図７は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＦＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【0030】

【図8】図８は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＦＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【0031】

【図9】図９は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＦＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本開示の様々な態様、実施形態、及び／又は特定の特徴のうちの１つ以上を通じて、具体的に上述及び後述するような利点のうちの１つ以上を引き出すことが意図されている。

【0033】

図１は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＡＳ耐性多層構造体を説明する。図１では、ＣＭＡＳ耐性多層構造体１００は、基材１１０上に堆積される。例示的な実施形態では、ＣＭＡＳ耐性多層構造体１００は、基材１１０上にボンドコーティング層１２０を備える。ボンドコーティング層は、Ｓｉ；Ｓｉ－酸化物（酸化物＝Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＴｉＯ_２ ＴａＯ_２、ＢａＯ、ＳｒＯ）、ケイ化物（ＲＥＳｉ、ＨｆＳｉ_２、ＴａＳｉ_２、ＴｉＳｉ_２）、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７－Ｓｉ；ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７－ケイ化物；ムライト－Ｓｉ；及びムライト－ケイ化物（式中、ＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１つである）のうちの少なくとも１つであってもよく、又はそれらを含んでもよい。

【0034】

例示的な実施形態では、気密ＥＢＣ層１３０がボンドコーティング層１２０上にデポジットされ、気密ＥＢＣ層１３０は、例えばタービンエンジンの高温ガス中に存在する蒸気が、蒸気と反応することが知られているＳｉ及びＣをベースとするセラミックマトリックス複合材であり得る、又はそれを含み得る基材に到達しないように十分に緻密で閉じている。気密ＥＢＣ層１３０は、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、ＲＥ_２ＳｉＯ_５、ムライト、及びＢＳＡＳ（ＢａＯ－ＳｒＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）のうちの少なくとも１つであってもよく、又はそれらを含んでもよく、式中、ＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕのうちの１つである。ＥＢＣは、特に高温での酸化及び水蒸気攻撃からＣＭＣを保護するために、Ｓｉ系セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）層上にデポジットされる。しかしながら、ＣＭＡＳ攻撃の場合、ＥＢＣは侵入（貫入）され得る。

【0035】

例示的な実施形態では、ＣＭＡＳ耐性トップコート層１４０は、気密ＥＢＣ層１３０上にデポジットされる。ＣＭＡＳ耐性トップコート層１４０は、ＡＢ_２Ｏ_４材料（Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ、又はそれらの組合せ；及びＢ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ又はそれらの組合せ）；ＡｘＯｙ（Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｆｅ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物、混合物中のＡｘＯｙの重量パーセントは、５重量％～９５重量％の範囲である；ＢｘＯｙ（Ｂ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物、混合物中のＢｘＯｙの重量パーセントは、５重量％～９５重量％の範囲である；ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７又はＲＥ_２ＳｉＯ_５ケイ酸塩（ＲＥ＝Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；希土類酸化物安定化ジルコニアとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；希土類酸化物安定化ハフニアとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；アルミノケイ酸塩とのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；希土類ガーネットとのＡＢ_２Ｏ_４材料混合物；並びにＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３若しくはＡｌ_２Ｏ_３のみ；又はＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３を含有する材料のうちの少なくとも１つであってもよく、又はそれらを含んでもよい。

【0036】

例示的な実施形態では、表２は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＡＳ耐性多層構造体の構造及び組成を例示する。

【0037】

【表2】

【0038】

例示的な実施形態では、ＣＭＡＳ耐性トップコート、気密ＥＢＣ又はボンドコーティング層をコーティングするためのコーティングプロセスとしては、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ：Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｙ－Ｆｕｅｌ）、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、プラズマ溶射物理蒸着（ＰＳ－ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、電子ビーム－物理蒸着（ＥＢ－ＰＶＤ）、懸濁液／溶液プラズマ溶射（ＳＰＳ）、懸濁液／溶液ＨＶＯＦ（Ｓ－ＨＶＯＦ）、及びスラリープロセスが挙げられる。例えば、以下の表３に示すように、ＡＰＳプロセスは、以下のパラメータを含み得る。

【0039】

【表3】

【0040】

図２は、様々な例示的な実施形態による、多層ＣＭＡＳ耐性多層構造体２００を説明する。図２において、ＣＭＡＳ耐性多層構造体２００は、基材２１０上にボンドコーティング層２２０を含み、ボンドコーティング層２２０上に気密ＥＢＣ層２３０がデポジット（堆積）され、ＣＭＡＳ耐性トップコート層２４０が多層構造体全体にデポジットされる。図２において、層２１０～２４０は、バッファ層２３５が気密ＥＢＣ層２３０とＣＭＡＳ耐性トップコート層２４０との間に配置されることを除いて、図１に示される層１１０～１４０と同様である。例示的な実施形態では、バッファ層２３５は、所定の割合のＥＢＣ層２３０と同様の化合物と、所定の割合のＣＭＡＳ耐性トップコート層２４０と同様の化合物との混合物を含む。

【0041】

図３は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図説する。図３において、様々な例示的な実施形態によれば、ＣＭＡＳ耐性多層構造体は、ＳｉＣセラミック基材上に、トップコートとしてのスピネル－Ａｌ_２Ｏ_３、中間ＥＢＣとしてのＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７層、ボンディングコートとしてのＳｉを含む。具体的には、ＣＭＡＳ耐性層は、スピネル含有コーティングを含む、

【0042】

図４は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図説する。図４において、ＣＭＡＳ耐性多層構造体は、様々な例示的な実施形態による、１３００℃で８時間のＣＭＡＳ試験が行われた後の図３に示すものである。図３及び図４の比較は、スピネル含有トップコートがＥＢＣ系のＣＭＡＳ侵入の防止に成功したことを明らかにする。

【0043】

図５は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図説する。図５において、ＣＭＡＳ耐性多層構造体は、図３及び図４に示すものであり、カルシウム（Ｃａ）マッピングのための領域を示す。コーティング系に侵入したいくつかの元素、例えば、ＣＭＡＳの成分であるＣａが存在するかどうかを決定するために、断面に対してＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）を使用してＣａマッピングを行う。ＣＭＡＳ耐性層の場合、コーティング内部にＣａの存在は検出されず、外部ＣＭＡＳ攻撃がコーティングに侵入して損傷しなかったことを示している。

【0044】

図６は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図説する。図６では、ＣＭＡＳ耐性多層構造体は、図３～図５に示すものであり、様々な例示的な実施形態により、ＣＭＡＳがＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７層に到達せず、スピネル－Ａｌ_２Ｏ_３／ＣＭＡＳ界面で停止したことを示す。図６では、Ｃａマッピングの暗い領域はＣａの存在を示しておらず、ＣＭＡＳは、やはり暗い保護最上層の表面にのみ存在し、したがってＣＭＡＳ耐性層の保護効果を示している。

【0045】

図７は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＦＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図説する。ＣＭＦＡＳは、カルシウム－マグネシウム－鉄－アルミニウム－ケイ酸塩を表し、この場合、（ＣａＯ－６ＭｇＯ－１４ＦｅＯ－１２Ａｌ_２Ｏ_３－４８ＳｉＯ_２）である。図７は、１３００℃で８時間後のＣＭＦＡＳ攻撃（代替試験）及び対応するＣａマッピング後の、トップコートとしてスピネル－８重量％Ａｌ_２Ｏ_３を有するＣＭＡＳ耐性多層構造体のＳＥＭ断面を図説し、ＣＭＡＳ耐性コーティング中にＣａ元素が存在しないことを示す。図７の左側では、多層構造体は、様々な例示的な実施形態により、ＳｉＣセラミック基材上に、スピネル－８重量％Ａｌ_２Ｏ_３を含むトップコートを有するＥＢＣ、中間ＥＢＣ層としてのＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７層、ボンディングコートとしてのＳｉを含む。多層構造体を１３００℃で８時間ＣＭＦＡＳに曝露する。右側は、ＣＭＦＡＳがＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７ＥＢＣ層に到達せず、スピネル－８重量％Ａｌ_２Ｏ_３層／ＣＭＦＡＳ界面で停止したことを示すＣａ元素マッピングを図説する。したがって、スピネル－８重量％Ａｌ_２Ｏ_３コーティングは、１３００℃で８時間後であっても、ＥＢＣ層へのＣＭＦＡＳの侵入を防止するのに成功した。

【0046】

図８は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＦＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図説する。この場合のＣＭＦＡＳは、（ＣａＯ－６ＭｇＯ－１４ＦｅＯ－１２Ａｌ_２Ｏ_３－４８ＳｉＯ_２）である。図８は、１３５０℃で８時間後のＣＭＦＡＳ攻撃（代替試験）及び対応するＣａマッピング後の、トップコートとしてスピネル－８重量％Ａｌ_２Ｏ_３を有するＣＭＡＳ耐性多層構造体のＳＥＭ断面を図説する。図８の左側では、多層構造体は、様々な例示的な実施形態により、ＳｉＣセラミック基材上に、スピネル－８重量％Ａｌ_２Ｏ_３を含むトップコートを有するＥＢＣ、中間ＥＢＣ層としてのＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７層、ボンディングコートとしてのＳｉを含む。多層構造体を１３５０℃で８時間ＣＭＦＡＳに曝露する。右側は、ＣＭＦＡＳがＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７ＥＢＣ層に到達せず、スピネル－８重量％Ａｌ_２Ｏ_３層／ＣＭＦＡＳ界面で停止したことを示すＣａ元素マッピングを図説する。したがって、スピネル－８重量％Ａｌ_２Ｏ_３コーティングは、１３５０℃で８時間後であっても、ＥＢＣ層へのＣＭＦＡＳの侵入を防止するのに成功した。

【0047】

図９は、様々な例示的な実施形態による、ＣＭＦＡＳ耐性多層構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図説する。この場合のＣＭＦＡＳは、（ＣａＯ－６ＭｇＯ－１４ＦｅＯ－１２Ａｌ_２Ｏ_３－４８ＳｉＯ_２）である。図９は、１３５０℃で８時間後のＣＭＦＡＳ攻撃（代替試験）及び対応するＣａマッピング後の、トップコートとしてスピネル－２０重量％Ａｌ_２Ｏ_３を有するＣＭＡＳ耐性多層構造体のＳＥＭ断面を図説する。図９の左側では、多層構造体は、様々な例示的な実施形態により、ＳｉＣセラミック基材上に、スピネル－２０重量％Ａｌ_２Ｏ_３を含むトップコートを有するＥＢＣ、中間ＥＢＣ層としてのＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７層、ボンディングコートとしてのＳｉを含む。多層構造体を１３５０℃で８時間ＣＭＦＡＳに曝露する。右側は、ＣＭＦＡＳがＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７ＥＢＣ層に到達せず、スピネル－２０重量％Ａｌ_２Ｏ_３層／ＣＭＦＡＳ界面で停止したことを示すＣａ元素マッピングを図説している。したがって、スピネル－２０重量％Ａｌ_２Ｏ_３コーティングは、１３５０℃で８時間後であっても、ＥＢＣ層へのＣＭＦＡＳの侵入を防止するのに成功した。

【0048】

本明細書に記載の実施形態の例示は、様々な実施形態の一般的な理解を提供することを意図している。例示は、本明細書に記載の構造又は方法を利用する装置及びシステムの要素及び特徴の全体の完全な説明として役立つことを意図するものではない。多くの他の実施形態は、本開示を検討すれば当業者には明らかであろう。本開示の範囲から逸脱することなく、構造的及び論理的な置換及び変更を行うことができるように、本開示から他の実施形態を利用及び導きだすことができる。さらに、例示は単に代表的なものであり、縮尺通りに描かれていない場合がある。例示内の特定の割合は誇張されている場合があり、一方で他の割合は最小限に抑えられている場合がある。したがって、本開示及び図面は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。

【0049】

本開示の１つ以上の実施形態は、単に便宜上、及び本出願の範囲を任意の特定の発明又は発明概念に自発的に限定することを意図することなく、「発明」という用語によって個々に及び／又は集合的に本明細書において言及され得る。さらに、特定の実施形態を本明細書で例示及び説明したが、同じ又は同様の目的を達成するように設計された任意の後続の構成が、示された特定の実施形態の代わりに使用されてもよいことを理解されたい。本開示は、様々な実施形態のありとあらゆるその後の適合又は変形を網羅することを意図している。上記の実施形態の組合せ、及び本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態は、説明を検討すれば当業者には明らかであろう。

【0050】

本開示の要約は、特許請求の範囲又は意味を解釈又は限定するために使用されないことを理解して提出される。さらに、前述の詳細な説明では、本開示を簡素化する目的で、様々な特徴を一緒にグループ化するか、又は単一の実施形態で説明する場合がある。本開示は、特許請求される実施形態が各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の発明内容は、開示された実施形態のいずれかの特徴の全てよりも少ないものを対象とし得る。したがって、以下の特許請求の範囲は、詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、別個に特許請求される発明内容を規定するものとして独立している。

【0051】

上記で開示された発明内容は、限定ではなく例示と見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨及び範囲内に入る全てのそのような修正、強化、及び他の実施形態を網羅することを意図している。したがって、法によって許容される最大限の範囲で、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の最も広い許容可能な解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限又は限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2022-06-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材上のＣＭＡＳ耐性多層構造体であって、前記多層構造体が、
前記基材上のボンドコーティング層と、
前記ボンドコーティング層上の気密耐環境コーティング（ＥＢＣ）層と、
ＣＭＡＳ耐性トップコート層であって、
ＡＢ_２Ｏ_４材料、
ＡｘＯｙ、ＢｘＯｙ、ＲＥ _２ Ｓｉ _２ Ｏ _７ 、ＲＥ _２ ＳｉＯ _５ ケイ酸塩、希土類酸化物安定化ジルコニア、希土類酸化物安定化ハフニア、アルミノケイ酸塩、及び／又はＲＥガーネットとのＡＢ _２ Ｏ _４ 材料混合物
のうち少なくとも１つを含み、
ここで、Ａ＝Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｆｅ、又はそれらの組合せであり、
Ｂ＝Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ又はそれらの組合せであり、
ＲＥ＝Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕであり、前記混合物中のＡｘＯｙ及びＢｘＯｙの重量パーセントが５重量％～９５重量％の範囲である、
ＣＭＡＳ耐性トップコート層と、
を含む、ＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項2】

前記気密耐環境コーティング（ＥＢＣ）層が、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、ＲＥ_２ＳｉＯ_５、ムライト、及びＢＳＡＳ（ＢａＯ－ＳｒＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）
（式中、ＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの１つである）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項3】

前記ボンドコーティング層がＳｉ；Ｓｉ－酸化物（酸化物＝Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＴｉＯ_２ ＴａＯ_２、ＢａＯ、ＳｒＯ）、ケイ化物（ＲＥＳｉ、ＨｆＳｉ_２、ＴａＳｉ_２、ＴｉＳｉ_２）、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７－Ｓｉ；ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７－ケイ化物；ムライト－Ｓｉ；及びムライト－ケイ化物（式中、Ｒｅは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１つである）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項4】

前記基材がＳｉＣ及びＳｉ_３Ｎ_４のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項5】

前記ＣＭＡＳ耐性トップコート層の厚さが１０μｍ～２０００μｍの範囲内である、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項6】

前記気密ＥＢＣ層の厚さが１０μｍ～１０００μｍの範囲内である、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項7】

前記ボンドコーティング層の厚さが、２μｍ～５００μｍの範囲内である、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【請求項8】

前記基材の厚さが４０ｍｉｌを超える、請求項１に記載のＣＭＡＳ耐性多層構造体。

【国際調査報告】