JP2001225411A - 多孔性の層からなるセラミックコーティングの作成方法および被覆物品 - Google Patents
多孔性の層からなるセラミックコーティングの作成方法および被覆物品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐熱性のためのセラミックコーティングの固
有の断熱特性、すなわち、密度を修正して断熱特性を向
上させる。 【解決手段】 いくつかの層が多孔性を備える層状のセ
ラミックコーティングの製造方法が記載され、このコー
ティングが同様に製造される。異なる温度条件で熱源と
蒸発源または外部加熱器の間に熱防護障壁を周期的に挿
入することにより、異なる層が被覆される。被覆される
につれて、いくつかの層はゾーンＩ構造を備え、またい
くつかの層は、ゾーンＩＩ構造を備える。ゾーンＩ構造
の層の多孔性を増加させるために、熱処理を施すことも
できる。
有の断熱特性、すなわち、密度を修正して断熱特性を向
上させる。 【解決手段】 いくつかの層が多孔性を備える層状のセ
ラミックコーティングの製造方法が記載され、このコー
ティングが同様に製造される。異なる温度条件で熱源と
蒸発源または外部加熱器の間に熱防護障壁を周期的に挿
入することにより、異なる層が被覆される。被覆される
につれて、いくつかの層はゾーンＩ構造を備え、またい
くつかの層は、ゾーンＩＩ構造を備える。ゾーンＩ構造
の層の多孔性を増加させるために、熱処理を施すことも
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性のためのセ
ラミックコーティングの技術分野に関し、また、ガスタ
ービンシールの用途に使用するための研磨可能（ａｂｒ
ａｄａｂｌｅ）なセラミックに関し、特に、耐熱性のた
めのセラミックコーティングと、少なくとも１つの層が
多孔性である複数の層からなる研磨可能なシールとを製
造する方法に関する。
ラミックコーティングの技術分野に関し、また、ガスタ
ービンシールの用途に使用するための研磨可能（ａｂｒ
ａｄａｂｌｅ）なセラミックに関し、特に、耐熱性のた
めのセラミックコーティングと、少なくとも１つの層が
多孔性である複数の層からなる研磨可能なシールとを製
造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、動力源とし
て、またその他発電、流体圧送などのために、広く使用
されている。ガスタービン製造は、より優れた性能、高
い効率、耐用期間の向上に対する顧客の不断の要求に直
面している。効率や性能を向上させる１つの方法は、作
動温度を上昇させることである。作動温度が上昇する
と、通常、エンジンの耐用期間が短くなるとともに、エ
ンジンで効果的に使用できる材料には制限がある。
て、またその他発電、流体圧送などのために、広く使用
されている。ガスタービン製造は、より優れた性能、高
い効率、耐用期間の向上に対する顧客の不断の要求に直
面している。効率や性能を向上させる１つの方法は、作
動温度を上昇させることである。作動温度が上昇する
と、通常、エンジンの耐用期間が短くなるとともに、エ
ンジンで効果的に使用できる材料には制限がある。
【０００３】現在のガスタービンエンジンは、主に、金
属材料で構成されており、エンジンのより高温部には、
ニッケル基超合金、コバルト基超合金が、広く使用され
ている。そのような超合金は、現在、超合金の融点のす
ぐ近く、場合によっては融点を超えるガス温度でエンジ
ンに使用されている。保護がないとこれらの超合金材料
が融解するであろうこのような高温のガスに直接曝され
ないように超合金を保護する手段を同時に実施しなけれ
ば、エンジンの作動温度を上昇させるのは不可能であ
る。そのような手段には、冷却空気の供給（これはエン
ジンの効率を低下させる）、断熱性コーティングなどが
含まれる。
属材料で構成されており、エンジンのより高温部には、
ニッケル基超合金、コバルト基超合金が、広く使用され
ている。そのような超合金は、現在、超合金の融点のす
ぐ近く、場合によっては融点を超えるガス温度でエンジ
ンに使用されている。保護がないとこれらの超合金材料
が融解するであろうこのような高温のガスに直接曝され
ないように超合金を保護する手段を同時に実施しなけれ
ば、エンジンの作動温度を上昇させるのは不可能であ
る。そのような手段には、冷却空気の供給（これはエン
ジンの効率を低下させる）、断熱性コーティングなどが
含まれる。
【０００４】断熱性セラミック材料は、特にこれらの材
料がコーティングや耐熱性コーティングの形態の場合、
本発明の第１の主題である。そのようなコーティング
は、最も一般的には、セラミックから成り、通常、プラ
ズマ溶射、電子ビーム蒸着などによって被覆される。本
発明では、例えば、米国特許第４，４０５，６５９号、
第４，６７６，９９４号、第５，０８７，４７７号など
に記載された、電子ビーム蒸着により被覆されたコーテ
ィングに焦点が当てられる。耐熱性コーティング技術の
最新の状況を検討する例示的な特許には、米国特許第
４，３２１，３１１号、第４，４０５，６６０号、第
５，２６２，２４５号、第５，５１４，４８２号などが
含まれる。
料がコーティングや耐熱性コーティングの形態の場合、
本発明の第１の主題である。そのようなコーティング
は、最も一般的には、セラミックから成り、通常、プラ
ズマ溶射、電子ビーム蒸着などによって被覆される。本
発明では、例えば、米国特許第４，４０５，６５９号、
第４，６７６，９９４号、第５，０８７，４７７号など
に記載された、電子ビーム蒸着により被覆されたコーテ
ィングに焦点が当てられる。耐熱性コーティング技術の
最新の状況を検討する例示的な特許には、米国特許第
４，３２１，３１１号、第４，４０５，６６０号、第
５，２６２，２４５号、第５，５１４，４８２号などが
含まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】タービンエンジンの回
転部品の用途に最も広く使用されている耐熱性コーティ
ングは、米国特許第４，４１９，４１６号に記載されて
いる組成の結合被覆材料であって、本発明の譲受人によ
り開発され、米国特許第４，４０５，６５９号に記載さ
れているように、この結合被覆上に酸化アルミニウムの
薄層と、この酸化アルミニウムの薄層に付着した柱状粒
（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｇｒａｉｎ）から成るセラミック
コーティングを含む。この耐熱性コーティングは成功し
広範囲に受け入れられているにも拘わらず、より進んだ
耐熱性コーティングが求められており、根源的に求めら
れている向上は、固有の断熱特性、すなわち、密度を修
正した断熱特性の向上である。
転部品の用途に最も広く使用されている耐熱性コーティ
ングは、米国特許第４，４１９，４１６号に記載されて
いる組成の結合被覆材料であって、本発明の譲受人によ
り開発され、米国特許第４，４０５，６５９号に記載さ
れているように、この結合被覆上に酸化アルミニウムの
薄層と、この酸化アルミニウムの薄層に付着した柱状粒
（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｇｒａｉｎ）から成るセラミック
コーティングを含む。この耐熱性コーティングは成功し
広範囲に受け入れられているにも拘わらず、より進んだ
耐熱性コーティングが求められており、根源的に求めら
れている向上は、固有の断熱特性、すなわち、密度を修
正した断熱特性の向上である。
【０００６】密度を修正した向上した断熱特性を有する
コーティングが開発されるならば、そのようなコーティ
ングは、現在商業的に使用されているコーティングと同
じ厚みで使用すれば、熱流が減少し、それによって冷却
空気の減少が見込まれ、それに対応してエンジン効率を
上昇させることができ、また、低減した厚みで使用すれ
ば、同程度の断熱特性と熱流が得られるが、コーティン
グの重量は低減させることができるであろう。耐熱性コ
ーティングの重量によって、エンジン作動中に大型航空
機エンジンのタービンブレードの１つに何千ポンドもの
遠心力が生じるため、そのような重量の低減は、特に回
転部品では重要である。ブレードの遠心力を低減するの
は、ブレードに付随するエンジン部品、特に支持ディス
クの設計上の必要性と疑いなく密接に関係している。
コーティングが開発されるならば、そのようなコーティ
ングは、現在商業的に使用されているコーティングと同
じ厚みで使用すれば、熱流が減少し、それによって冷却
空気の減少が見込まれ、それに対応してエンジン効率を
上昇させることができ、また、低減した厚みで使用すれ
ば、同程度の断熱特性と熱流が得られるが、コーティン
グの重量は低減させることができるであろう。耐熱性コ
ーティングの重量によって、エンジン作動中に大型航空
機エンジンのタービンブレードの１つに何千ポンドもの
遠心力が生じるため、そのような重量の低減は、特に回
転部品では重要である。ブレードの遠心力を低減するの
は、ブレードに付随するエンジン部品、特に支持ディス
クの設計上の必要性と疑いなく密接に関係している。
【０００７】ガスタービンの効率も、ガス漏洩を低減す
ることにより向上させることができる。とくに、回転ブ
レードのブレード先端と周囲のケース構造の間の隙間
を、最小限に抑える必要がある。これは、通常、ケース
構造に研磨可能なシール材料を設けることにより実現さ
れる。作動中に、ブレード先端は、研磨可能なシール材
料に溝を切り、従って、ガス漏洩が低減する。例えば、
米国特許第４，０３９，２９６号、第５，５３６，０２
２号参照。
ることにより向上させることができる。とくに、回転ブ
レードのブレード先端と周囲のケース構造の間の隙間
を、最小限に抑える必要がある。これは、通常、ケース
構造に研磨可能なシール材料を設けることにより実現さ
れる。作動中に、ブレード先端は、研磨可能なシール材
料に溝を切り、従って、ガス漏洩が低減する。例えば、
米国特許第４，０３９，２９６号、第５，５３６，０２
２号参照。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、層状セラミッ
ク材料からなり、コーティングとして被覆されるのが好
ましい。構造中の異なる層は、異なる微細構造を有し、
これらの層の少なくとも１つは、相対的に緻密（ｄｅｎ
ｓｅ）でより少ない欠陥を有し、これらの層のもう１つ
は、より緻密でなくより多くの欠陥を有している。より
緻密でない層の構造は、熱処理により変化させて多孔性
を与えることが可能である。多孔性によって、熱伝導性
が低下し、シール用途に対しては、多孔性によって、研
磨可能性も向上する。これらの層は、電子ビーム蒸着に
よって被覆するのが好ましい。これらの層は、基体の温
度や被覆される材料を変えることによって、先に述べた
交互の層と層の密度や多孔性の違いが得られる条件で被
覆するのが好ましい。
ク材料からなり、コーティングとして被覆されるのが好
ましい。構造中の異なる層は、異なる微細構造を有し、
これらの層の少なくとも１つは、相対的に緻密（ｄｅｎ
ｓｅ）でより少ない欠陥を有し、これらの層のもう１つ
は、より緻密でなくより多くの欠陥を有している。より
緻密でない層の構造は、熱処理により変化させて多孔性
を与えることが可能である。多孔性によって、熱伝導性
が低下し、シール用途に対しては、多孔性によって、研
磨可能性も向上する。これらの層は、電子ビーム蒸着に
よって被覆するのが好ましい。これらの層は、基体の温
度や被覆される材料を変えることによって、先に述べた
交互の層と層の密度や多孔性の違いが得られる条件で被
覆するのが好ましい。
【０００９】相対的に緻密な層は、物理蒸着技術に見識
のある者がゾーンＩＩ構造と呼ぶ蒸着物が得られる条件
で、電子ビーム蒸着により被覆される。より緻密でない
層（すなわち、多孔性になる層）も、物理蒸着技術の当
業者がゾーンＩ構造と呼ぶ微細構造が得られる条件で、
ＥＢ−ＰＶＤにより被覆される。ここで使用されるよう
に、ゾーンＩという用語は、蒸着した状態のゾーンＩ構
造、または、蒸着して熱処理を施し多孔性を向上させた
ゾーンＩ構造、を有する層を意味する。
のある者がゾーンＩＩ構造と呼ぶ蒸着物が得られる条件
で、電子ビーム蒸着により被覆される。より緻密でない
層（すなわち、多孔性になる層）も、物理蒸着技術の当
業者がゾーンＩ構造と呼ぶ微細構造が得られる条件で、
ＥＢ−ＰＶＤにより被覆される。ここで使用されるよう
に、ゾーンＩという用語は、蒸着した状態のゾーンＩ構
造、または、蒸着して熱処理を施し多孔性を向上させた
ゾーンＩ構造、を有する層を意味する。
【００１０】得られた構造は、細孔径を増加させかつ細
孔を取り囲むセラミック部分の密度を増加させる焼結に
よって、熱処理を行い多孔性を向上させることができ
る。
孔を取り囲むセラミック部分の密度を増加させる焼結に
よって、熱処理を行い多孔性を向上させることができ
る。
【００１１】本発明のコーティングには、ガスタービン
部品の分野に特殊な用途が見いだせる。そのような部品
には、タービン翼（ブレードやベーン）、研磨可能なシ
ールが含まれ、この研磨可能なシールは、ブレード先端
やナイフエッジと相互作用し好ましくないガス流を低減
するのを目的とする。
部品の分野に特殊な用途が見いだせる。そのような部品
には、タービン翼（ブレードやベーン）、研磨可能なシ
ールが含まれ、この研磨可能なシールは、ブレード先端
やナイフエッジと相互作用し好ましくないガス流を低減
するのを目的とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】電子ビーム技術、スパッタリング
技術などのセラミックの物理蒸着は、広く研究されてい
る。１９６９年に、冶金学および金属組織学の物理学誌
（ソ連）（Ｊｏｕｒｎａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｍ
ｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐ
ｈｙ（ＵＳＳＲ））の第２８巻第８３頁に発表されたビ
ー．エイ．モフチャン（Ｂ．Ａ．Ｍｏｖｃｈａｎ）とエ
イ．ビー．デムチシン（Ａ．Ｂ．Ｄｅｍｃｈｉｓｈｉ
ｎ）による「ニッケル、チタン、タングステン、酸化ア
ルミニウム、酸化ジルコニウムの厚い真空凝縮物の構造
と性質の研究」と題する論文には、異なる条件での材料
の蒸着が検討されている。これらの著者が、初めて、基
体表面温度の関数として電子ビーム物理蒸着したコーテ
ィングの構造を解析した。この論文の図１を、ここで図
１として転載する。１９７４年に、ソーントン（Ｔｈｏ
ｒｎｔｏｎ）は、真空科学技術誌（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ
ｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）１１：６６６．７０
（１９７４）にスパッタ蒸着に関し同様の結論で、同様
の論文を発表した。
技術などのセラミックの物理蒸着は、広く研究されてい
る。１９６９年に、冶金学および金属組織学の物理学誌
（ソ連）（Ｊｏｕｒｎａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｍ
ｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐ
ｈｙ（ＵＳＳＲ））の第２８巻第８３頁に発表されたビ
ー．エイ．モフチャン（Ｂ．Ａ．Ｍｏｖｃｈａｎ）とエ
イ．ビー．デムチシン（Ａ．Ｂ．Ｄｅｍｃｈｉｓｈｉ
ｎ）による「ニッケル、チタン、タングステン、酸化ア
ルミニウム、酸化ジルコニウムの厚い真空凝縮物の構造
と性質の研究」と題する論文には、異なる条件での材料
の蒸着が検討されている。これらの著者が、初めて、基
体表面温度の関数として電子ビーム物理蒸着したコーテ
ィングの構造を解析した。この論文の図１を、ここで図
１として転載する。１９７４年に、ソーントン（Ｔｈｏ
ｒｎｔｏｎ）は、真空科学技術誌（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ
ｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）１１：６６６．７０
（１９７４）にスパッタ蒸着に関し同様の結論で、同様
の論文を発表した。
【００１３】図１には、蒸着中の基体表面温度の関数と
して物理蒸着されたコーティングに生じる３つのゾーン
が示される。ゾーンＩは、多数の欠陥を含む低密度のコ
ーティングであり、ミクロ孔（ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ）、
微小空洞（ｍｉｃｒｏｖｏｉｄ）、転位、空格子点など
が含まれる。ゾーンＩＩは、それぞれの柱状部（ｃｏｌ
ｕｍｎ）がより緻密（ｄｅｎｓｅ）な柱状粒（ｃｏｌｕ
ｍｎａｒ ｇｒａｉｎ）構造であり、単一粒である。ゾ
ーンＩＩＩは、等軸再結晶粒からなる、いっそう緻密
で、本質的に完全に緻密なコーティングである。十分に
は解明されていないが、基体温度が上昇するにつれて密
度が効果的に増加する蒸着特性の変化は、基体表面に衝
突した後の蒸着された原子の高い移動度による、と考え
られている。
して物理蒸着されたコーティングに生じる３つのゾーン
が示される。ゾーンＩは、多数の欠陥を含む低密度のコ
ーティングであり、ミクロ孔（ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ）、
微小空洞（ｍｉｃｒｏｖｏｉｄ）、転位、空格子点など
が含まれる。ゾーンＩＩは、それぞれの柱状部（ｃｏｌ
ｕｍｎ）がより緻密（ｄｅｎｓｅ）な柱状粒（ｃｏｌｕ
ｍｎａｒ ｇｒａｉｎ）構造であり、単一粒である。ゾ
ーンＩＩＩは、等軸再結晶粒からなる、いっそう緻密
で、本質的に完全に緻密なコーティングである。十分に
は解明されていないが、基体温度が上昇するにつれて密
度が効果的に増加する蒸着特性の変化は、基体表面に衝
突した後の蒸着された原子の高い移動度による、と考え
られている。
【００１４】セラミックに対して、モフチャン等は、ゾ
ーンＩとゾーンＩＩの境界が、通常、０．２２〜０．２
６の相同（ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ）温度（相同温度は、
材料の絶対融解温度に対する割合を指す）で、ゾーンＩ
ＩとゾーンＩＩＩの境界が、通常、０．４５〜０．５の
相同温度で、生じることを決定した。
ーンＩとゾーンＩＩの境界が、通常、０．２２〜０．２
６の相同（ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ）温度（相同温度は、
材料の絶対融解温度に対する割合を指す）で、ゾーンＩ
ＩとゾーンＩＩＩの境界が、通常、０．４５〜０．５の
相同温度で、生じることを決定した。
【００１５】コーティングが蒸着される基体表面温度を
制御することによって、３つの異なる構造を備えるよう
に、単一のセラミック組成を蒸着できることが理解され
得る。蒸着したコーティングの微細構造は、基体温度の
関数なので、異なる融解温度の、従って、異なる相同温
度の、異なるセラミック材料が、一定の表面温度の基体
上に蒸着され、異なるゾーン構造を示すであろうことも
理解され得る。
制御することによって、３つの異なる構造を備えるよう
に、単一のセラミック組成を蒸着できることが理解され
得る。蒸着したコーティングの微細構造は、基体温度の
関数なので、異なる融解温度の、従って、異なる相同温
度の、異なるセラミック材料が、一定の表面温度の基体
上に蒸着され、異なるゾーン構造を示すであろうことも
理解され得る。
【００１６】基体表面温度は、コーティングが蒸着され
る表面の温度を指し、この温度は、通常、基体内部（ｂ
ｕｌｋ）温度と異なっており、放射エネルギー束と基体
表面に衝突するコーティング材料により基体表面に投入
されるエネルギーによって影響を受け、外部加熱器を使
用することで上昇させることができる。基体表面温度が
上昇すると、蒸着した原子が横に拡散し、蒸着物の密度
が増加する。
る表面の温度を指し、この温度は、通常、基体内部（ｂ
ｕｌｋ）温度と異なっており、放射エネルギー束と基体
表面に衝突するコーティング材料により基体表面に投入
されるエネルギーによって影響を受け、外部加熱器を使
用することで上昇させることができる。基体表面温度が
上昇すると、蒸着した原子が横に拡散し、蒸着物の密度
が増加する。
【００１７】本発明の要旨は、ゾーンＩ構造を有する少
なくとも１つの層と、ゾーンＩＩ構造またはゾーンＩＩ
Ｉ構造を有する少なくとも１つの層を、蒸着する方法で
ある。蒸着の後に、適切な熱処理を行うこともできる。
適切な熱処理温度の指針は、多孔性が得られるように、
層組成の約０．５〜０．８の相同温度を超える温度にす
ることである。ゾーンＩ構造の層は、隣接したゾーンＩ
Ｉ構造の層の間に配置するのが好ましい。ゾーンＩ構造
は、より緻密でないので、熱流が抑制され、それによっ
て、断熱性が得られる。より緻密でない構造は、さら
に、シール用途に対して、より研磨可能なものになる。
相対的により緻密なゾーンＩＩ構造によって、機械的強
度が得られる。層の厚みは、例えば、０．０５〜５００
０μｍの間で、好ましくは０．１〜１０００μｍの間で
変化させることができる。コーティングの全体の厚み
は、例えば、約１０μｍから、耐熱性コーティングに対
しては約１ｍｍまで、研磨可能なコーティングに対して
は約５ｍｍまでの範囲に亘ることができる。
なくとも１つの層と、ゾーンＩＩ構造またはゾーンＩＩ
Ｉ構造を有する少なくとも１つの層を、蒸着する方法で
ある。蒸着の後に、適切な熱処理を行うこともできる。
適切な熱処理温度の指針は、多孔性が得られるように、
層組成の約０．５〜０．８の相同温度を超える温度にす
ることである。ゾーンＩ構造の層は、隣接したゾーンＩ
Ｉ構造の層の間に配置するのが好ましい。ゾーンＩ構造
は、より緻密でないので、熱流が抑制され、それによっ
て、断熱性が得られる。より緻密でない構造は、さら
に、シール用途に対して、より研磨可能なものになる。
相対的により緻密なゾーンＩＩ構造によって、機械的強
度が得られる。層の厚みは、例えば、０．０５〜５００
０μｍの間で、好ましくは０．１〜１０００μｍの間で
変化させることができる。コーティングの全体の厚み
は、例えば、約１０μｍから、耐熱性コーティングに対
しては約１ｍｍまで、研磨可能なコーティングに対して
は約５ｍｍまでの範囲に亘ることができる。
【００１８】上述した適用で説明したように、本発明の
実際の適用では、例えば、１０層を超えるまたは１００
層をすら超える多数の異なる材料の層が含まれる。さら
に、本発明の実際の適用では、ゾーンＩ構造を焼結さ
せ、より大きな凝集した細孔すなわち多孔性を得るため
に、層状コーティングの蒸着の後で、熱処理を行うの
が、好ましい。そのような、細孔の凝集によって、細孔
と細孔の間の領域でセラミックの密度が増加することに
より、コーティングの機械的特性が向上する。平均細孔
径は、０．０１μｍを、好ましくは０．１μｍを上回
る。得られた細孔は、形状が角のとれた丸みを帯びてお
り、細孔平均径「Ｄ」（複数の直径の測定に基づく）に
対して、細孔壁の最小半径が、０．１Ｄより大きく、好
ましくは０．３Ｄより大きいことを特徴とする。
実際の適用では、例えば、１０層を超えるまたは１００
層をすら超える多数の異なる材料の層が含まれる。さら
に、本発明の実際の適用では、ゾーンＩ構造を焼結さ
せ、より大きな凝集した細孔すなわち多孔性を得るため
に、層状コーティングの蒸着の後で、熱処理を行うの
が、好ましい。そのような、細孔の凝集によって、細孔
と細孔の間の領域でセラミックの密度が増加することに
より、コーティングの機械的特性が向上する。平均細孔
径は、０．０１μｍを、好ましくは０．１μｍを上回
る。得られた細孔は、形状が角のとれた丸みを帯びてお
り、細孔平均径「Ｄ」（複数の直径の測定に基づく）に
対して、細孔壁の最小半径が、０．１Ｄより大きく、好
ましくは０．３Ｄより大きいことを特徴とする。
【００１９】結合被覆（すなわち少なくともアルミナ
層）は、通常、基体と本発明の層状の多孔性コーティン
グの間に配置する。結合被覆には、好ましくは、ＭＣｒ
ＡｌＹコーティングやアルミ化物（ａｌｕｍｉｎｉｄ
ｅ）コーティングとして知られるコーティングが含まれ
る。これら両方の種類のコーティングによって、適切な
純度の緻密な付着性のアルミナ層が形成されるが、本発
明のコーティングが付着するのは、このアルミナ層であ
る。
層）は、通常、基体と本発明の層状の多孔性コーティン
グの間に配置する。結合被覆には、好ましくは、ＭＣｒ
ＡｌＹコーティングやアルミ化物（ａｌｕｍｉｎｉｄ
ｅ）コーティングとして知られるコーティングが含まれ
る。これら両方の種類のコーティングによって、適切な
純度の緻密な付着性のアルミナ層が形成されるが、本発
明のコーティングが付着するのは、このアルミナ層であ
る。
【００２０】本発明の概念は、限定ではなく例示を意図
した以下の実施例を検討することによって、より良く理
解されるであろう。
した以下の実施例を検討することによって、より良く理
解されるであろう。
【００２１】（実施例）重量で、Ｃｒ ５％、Ｃｏ １
０％、Ｍｏ １．９％、Ｗ ５．９％、Ｒｅ３％、Ｔａ
８．７％、Ａｌ ５．６５％、Ｈｆ ０．１％、残部
がＮｉからなる公称組成を有する単結晶超合金基体を用
意した。基体の表面は、アルミナグリットブラストによ
り磨き、約０．００５インチ（１２５μｍ）の公称厚み
で、重量で、Ｃｏ ２２％、Ｃｒ １７％、Ａｌ １
２．５％、Ｈｆ ０．２５％、Ｓｉ ０．４％、Ｙ
０．６％、残部がＮｉからなる公称組成を有する、ＭＣ
ｒＡｌＹ系の薄い結合被覆層を被覆した。この結合被覆
は、通常のプラズマ溶射技術により被覆した。結合被覆
表面は、密度を増加させるために、次に、ガラスビーズ
でピーニングした。次に、熱的に成長する酸化物層（主
にアルミナ）を成長させるために、熱処理工程を実施し
た。この熱処理は、約１０-4ｔｏｒｒ（約１．３×１０
-2Ｐａ）の圧力下、７０ｓｃｃｍの酸素流で、１５００
°Ｆ（８１５．６℃）で１５分間、行った。必要となる
最小の実験で、好ましい酸化物の厚みを成長させられる
であろう。
０％、Ｍｏ １．９％、Ｗ ５．９％、Ｒｅ３％、Ｔａ
８．７％、Ａｌ ５．６５％、Ｈｆ ０．１％、残部
がＮｉからなる公称組成を有する単結晶超合金基体を用
意した。基体の表面は、アルミナグリットブラストによ
り磨き、約０．００５インチ（１２５μｍ）の公称厚み
で、重量で、Ｃｏ ２２％、Ｃｒ １７％、Ａｌ １
２．５％、Ｈｆ ０．２５％、Ｓｉ ０．４％、Ｙ
０．６％、残部がＮｉからなる公称組成を有する、ＭＣ
ｒＡｌＹ系の薄い結合被覆層を被覆した。この結合被覆
は、通常のプラズマ溶射技術により被覆した。結合被覆
表面は、密度を増加させるために、次に、ガラスビーズ
でピーニングした。次に、熱的に成長する酸化物層（主
にアルミナ）を成長させるために、熱処理工程を実施し
た。この熱処理は、約１０-4ｔｏｒｒ（約１．３×１０
-2Ｐａ）の圧力下、７０ｓｃｃｍの酸素流で、１５００
°Ｆ（８１５．６℃）で１５分間、行った。必要となる
最小の実験で、好ましい酸化物の厚みを成長させられる
であろう。
【００２２】イットリア安定化セリア（イットリア１２
ｗｔ％）の異なる層からなり、より緻密でない層とより
緻密な層との間で繰り返す、層状コーティングを、次
に、結合被覆表面に被覆した。コーティング厚みは、各
層につき約０．２５μｍであった。複数対のコーティン
グ層を被覆した。例えば、図２参照。
ｗｔ％）の異なる層からなり、より緻密でない層とより
緻密な層との間で繰り返す、層状コーティングを、次
に、結合被覆表面に被覆した。コーティング厚みは、各
層につき約０．２５μｍであった。複数対のコーティン
グ層を被覆した。例えば、図２参照。
【００２３】これらのコーティング層は、電子ビームを
使用しセラミック材料を蒸発させて被覆した。材料源
は、約４ｋＷの蒸発電力となる、約１０ｋＶの電圧、約
０．４Ａの電流で作動させた電子ビームによって蒸発さ
せた。基体からセラミック源までの離間距離は、約３イ
ンチ（約７６．２ｍｍ）であった。基体は、蒸着中に回
転させた。
使用しセラミック材料を蒸発させて被覆した。材料源
は、約４ｋＷの蒸発電力となる、約１０ｋＶの電圧、約
０．４Ａの電流で作動させた電子ビームによって蒸発さ
せた。基体からセラミック源までの離間距離は、約３イ
ンチ（約７６．２ｍｍ）であった。基体は、蒸着中に回
転させた。
【００２４】ビームを連続して材料源に照射させたま
ま、熱遮蔽用の金属スクリーンを、１６秒間、材料源と
基体の間に配置し、次に、８秒間、その間から外す操作
を、繰り返した。スクリーンは、ステンレス鋼製で、約
４ｍｍの孔を有していた。コーティングは、約４×１０
-6ｔｏｒｒ（約５．３×１０-4Ｐａ）の減圧下で被覆
し、コーティングの化学量論を確保するために、チャン
バ内に、一分間に約７０標準立方センチメートルの流量
で酸素を供給した。
ま、熱遮蔽用の金属スクリーンを、１６秒間、材料源と
基体の間に配置し、次に、８秒間、その間から外す操作
を、繰り返した。スクリーンは、ステンレス鋼製で、約
４ｍｍの孔を有していた。コーティングは、約４×１０
-6ｔｏｒｒ（約５．３×１０-4Ｐａ）の減圧下で被覆
し、コーティングの化学量論を確保するために、チャン
バ内に、一分間に約７０標準立方センチメートルの流量
で酸素を供給した。
【００２５】蒸発ターゲット材料からの熱放射は、電子
ビーム物理蒸着処理中に、基体表面を（基体内部温度を
超えて）加熱する主要な熱源であった。材料源と基体と
の間に配置されたスクリーンがないと、基体表面は、よ
り強く加熱され、材料源から基体への熱流を低減するた
めに、材料源と基体の間にスクリーンを配置すると、基
体表面は、より弱く加熱された。この処理によって、よ
り緻密なゾーンＩＩ構造を有するイットリア−セリア層
と、微小空洞やミクロ孔を備えた、より緻密でないゾー
ンＩ構造を有するイットリア−セリア層を、交互に繰り
返すことができた。例えば、図２参照。蒸着したままの
ゾーンＩＩのイットリア−セリアの多孔性を見積もる
と、例えば、数パーセントと比較的小さく、ゾーンＩの
イットリア−セリアでは、多孔性は、かなり大きい（約
５０％の多孔性）ものであった。
ビーム物理蒸着処理中に、基体表面を（基体内部温度を
超えて）加熱する主要な熱源であった。材料源と基体と
の間に配置されたスクリーンがないと、基体表面は、よ
り強く加熱され、材料源から基体への熱流を低減するた
めに、材料源と基体の間にスクリーンを配置すると、基
体表面は、より弱く加熱された。この処理によって、よ
り緻密なゾーンＩＩ構造を有するイットリア−セリア層
と、微小空洞やミクロ孔を備えた、より緻密でないゾー
ンＩ構造を有するイットリア−セリア層を、交互に繰り
返すことができた。例えば、図２参照。蒸着したままの
ゾーンＩＩのイットリア−セリアの多孔性を見積もる
と、例えば、数パーセントと比較的小さく、ゾーンＩの
イットリア−セリアでは、多孔性は、かなり大きい（約
５０％の多孔性）ものであった。
【００２６】イットリア−セリア組成は、比較的高い蒸
気圧を有し、かなり低めの温度で、明らかに昇華によっ
て、容易に蒸発するが、真の蒸発の際に形成されるよう
な高温の溶融溜まりからは、蒸発しない。イットリア−
セリアなど、比較的高い蒸気圧を有する材料によって
は、イットリア安定化ジルコニアなどの他の材料に比
べ、蒸発中に、より少量の熱しか供給されず、従って、
基体は、より弱く加熱される。これらの場合、基体の温
度を上昇させるために、外部加熱器を使用するのが好ま
しい。この場合、スクリーンは、材料源と基体の間、外
部加熱器と基体の間、またはこれらの両方に、配置して
もよい。
気圧を有し、かなり低めの温度で、明らかに昇華によっ
て、容易に蒸発するが、真の蒸発の際に形成されるよう
な高温の溶融溜まりからは、蒸発しない。イットリア−
セリアなど、比較的高い蒸気圧を有する材料によって
は、イットリア安定化ジルコニアなどの他の材料に比
べ、蒸発中に、より少量の熱しか供給されず、従って、
基体は、より弱く加熱される。これらの場合、基体の温
度を上昇させるために、外部加熱器を使用するのが好ま
しい。この場合、スクリーンは、材料源と基体の間、外
部加熱器と基体の間、またはこれらの両方に、配置して
もよい。
【００２７】要約すると、被覆される基体表面は、スク
リーンを配置せずにイットリア−セリアを蒸着する間、
相対的に高温になり、蒸気は、ゾーンＩＩ構造として凝
縮した。しかしながら、基体表面は、材料源（さらに、
外部加熱器の全て）と基体の間にスクリーンを配置し加
熱を制限してイットリア−セリアを蒸着する間、相対的
に低温になり、付随する蒸気雲は、ゾーンＩ構造として
凝縮した。
リーンを配置せずにイットリア−セリアを蒸着する間、
相対的に高温になり、蒸気は、ゾーンＩＩ構造として凝
縮した。しかしながら、基体表面は、材料源（さらに、
外部加熱器の全て）と基体の間にスクリーンを配置し加
熱を制限してイットリア−セリアを蒸着する間、相対的
に低温になり、付随する蒸気雲は、ゾーンＩ構造として
凝縮した。
【００２８】より低温で蒸着すると結合被覆すなわちア
ルミナ層に適切に付着しないイットリア−セリアや他の
材料の場合（これは上述の外部加熱器を使用するのが好
ましい別の理由である）、最初の層すなわちセラミック
の「結合被覆」として、イットリア安定化ジルコニアな
どのセラミック結合被覆材料の層を使用するのが好まし
い。そのようなセラミック結合被覆は、本出願人によっ
て、「耐久性セラミック被覆を有する物品」という名称
で１９９８年７月７日に米国に出願された米国出願番号
第０９／１１８，５４０号の出願に記載されている。被
覆層は、表面の全範囲が例えば約０．５ｍｉｌｓ（約１
２．７μｍ）まで確実に被覆されるように十分厚くする
必要があるが、例えば、回転部品にコーティングを被覆
する場合のように、特に重量が問題となる場合、連続し
た層を確保するのに必要となる以上に厚くする必要はな
い。
ルミナ層に適切に付着しないイットリア−セリアや他の
材料の場合（これは上述の外部加熱器を使用するのが好
ましい別の理由である）、最初の層すなわちセラミック
の「結合被覆」として、イットリア安定化ジルコニアな
どのセラミック結合被覆材料の層を使用するのが好まし
い。そのようなセラミック結合被覆は、本出願人によっ
て、「耐久性セラミック被覆を有する物品」という名称
で１９９８年７月７日に米国に出願された米国出願番号
第０９／１１８，５４０号の出願に記載されている。被
覆層は、表面の全範囲が例えば約０．５ｍｉｌｓ（約１
２．７μｍ）まで確実に被覆されるように十分厚くする
必要があるが、例えば、回転部品にコーティングを被覆
する場合のように、特に重量が問題となる場合、連続し
た層を確保するのに必要となる以上に厚くする必要はな
い。
【００２９】ガドリニア（ｇａｄｏｌｉｎｉａ）安定化
ジルコニアを使用して、他のサンプルを作成した。この
サンプルは、ガドリニア約３３ｍｏｌ．％、残部が安定
化ジルコニアとして７ＹＳＺを含み、上述した方法と同
様の方法で蒸着した。蒸着したままのコーティングは、
次に、約２２００°Ｆ（約１２０４℃）で約２４時間、
熱処理を行った。得られた層状の多孔性は、図３の参照
番号１０で示される領域に例示される。
ジルコニアを使用して、他のサンプルを作成した。この
サンプルは、ガドリニア約３３ｍｏｌ．％、残部が安定
化ジルコニアとして７ＹＳＺを含み、上述した方法と同
様の方法で蒸着した。蒸着したままのコーティングは、
次に、約２２００°Ｆ（約１２０４℃）で約２４時間、
熱処理を行った。得られた層状の多孔性は、図３の参照
番号１０で示される領域に例示される。
【００３０】図４は、図２について説明した本発明のコ
ーティングと、層状の多孔性のない対応するコーティン
グの、熱伝導性をプロットしたものである。広い温度範
囲に亘って、本発明のコーティングの熱伝導性は、従来
技術のコーティングの熱伝導性より、実質的に低いこと
が理解され得る。評価された温度範囲に亘って、本発明
のコーティングは、従来技術のコーティングの熱伝導性
よりかなり低い熱伝導性を示す。これは、断熱性のかな
りの向上を意味する。
ーティングと、層状の多孔性のない対応するコーティン
グの、熱伝導性をプロットしたものである。広い温度範
囲に亘って、本発明のコーティングの熱伝導性は、従来
技術のコーティングの熱伝導性より、実質的に低いこと
が理解され得る。評価された温度範囲に亘って、本発明
のコーティングは、従来技術のコーティングの熱伝導性
よりかなり低い熱伝導性を示す。これは、断熱性のかな
りの向上を意味する。
【００３１】先の実施例は、セラミック材料の１つの組
成を使用した本発明の例示である。当然ながら、蒸着可
能なセラミック材料には、多くの組成や組み合わせがあ
る。いくつかの変形物や代替物の詳細が、以下に説明さ
れる。
成を使用した本発明の例示である。当然ながら、蒸着可
能なセラミック材料には、多くの組成や組み合わせがあ
る。いくつかの変形物や代替物の詳細が、以下に説明さ
れる。
【００３２】（基体）最も広くは、基体は、超合金は当
然ながら、例えば、セラミック、炭素、炭素複合材など
の高温材料から成る。現在のガスタービンエンジン用に
は、超合金が最も実用的である。超合金は、鉄、ニッケ
ル、コバルトなどを主体とし、降伏強さが、１０００°
Ｆ（５３８℃）で、５０ｋｓｉを上回り、より典型的に
は、１０００°Ｆ（５３８℃）で、１００ｋｓｉを上回
る金属材料である。
然ながら、例えば、セラミック、炭素、炭素複合材など
の高温材料から成る。現在のガスタービンエンジン用に
は、超合金が最も実用的である。超合金は、鉄、ニッケ
ル、コバルトなどを主体とし、降伏強さが、１０００°
Ｆ（５３８℃）で、５０ｋｓｉを上回り、より典型的に
は、１０００°Ｆ（５３８℃）で、１００ｋｓｉを上回
る金属材料である。
【００３３】以下に説明するように、結合被覆は、通
常、確実に基体にコーティングを付着させるのが好まし
いが、いくつかの条件では、いくつかの超合金について
は、結合被覆を被覆しなくてもよい。結合被覆を使用せ
ずに被覆することのできる超合金は、内在的に、高温で
酸化性条件に曝されると超合金の外表面に高純度のアル
ミナの層を成長させることができる。結合被覆を必要と
しない超合金の例は、米国特許第５，２６２，２４５号
に記載されている。
常、確実に基体にコーティングを付着させるのが好まし
いが、いくつかの条件では、いくつかの超合金について
は、結合被覆を被覆しなくてもよい。結合被覆を使用せ
ずに被覆することのできる超合金は、内在的に、高温で
酸化性条件に曝されると超合金の外表面に高純度のアル
ミナの層を成長させることができる。結合被覆を必要と
しない超合金の例は、米国特許第５，２６２，２４５号
に記載されている。
【００３４】本発明のコーティングが例えばアルミナな
どのセラミック材料に被覆される場合は、通常、結合被
覆は必要ではない。
どのセラミック材料に被覆される場合は、通常、結合被
覆は必要ではない。
【００３５】（結合被覆）最も一般的には、結合被覆
は、本発明のコーティング系の一部となる。結合被覆の
必要性は、基体次第であり、さらに、必要とされる耐熱
性コーティング特性、作動温度、所望耐用期間、熱サイ
クルや環境ガス組成などの他の環境要因に依存する。有
用な結合被覆に必要とされる本質的に共通の特徴は、基
体に付着し、熱的にかつ拡散に対して安定であり、さら
に、処理環境で被覆されるセラミック層に付着する安定
なアルミナ層を形成することである。
は、本発明のコーティング系の一部となる。結合被覆の
必要性は、基体次第であり、さらに、必要とされる耐熱
性コーティング特性、作動温度、所望耐用期間、熱サイ
クルや環境ガス組成などの他の環境要因に依存する。有
用な結合被覆に必要とされる本質的に共通の特徴は、基
体に付着し、熱的にかつ拡散に対して安定であり、さら
に、処理環境で被覆されるセラミック層に付着する安定
なアルミナ層を形成することである。
【００３６】本発明に使用することができるさまざまな
結合被覆がある。これらには、上掛け（ｏｖｅｒｌａ
ｙ）コーティングやアルミ化物コーティングが含まれ
る。典型的な上掛けコーティングは、米国特許第３，９
２８，０２６号、第４，４１９，４１６号に記載されて
おり、高温で酸化性条件に曝されると付着性の耐久性の
ある高純度のアルミナの層を成長させるように最適化さ
れたニッケル基超合金やコバルト基超合金の変形であ
る。上掛けコーティングは、基体表面に被覆され、以下
の一般的な、限定されない組成（重量パーセント）を有
するＭＣｒＡｌＹ系被覆によって代表される：Ｃｒ １
０〜３０％、Ａｌ ５〜１５％、Ｙ（Ｙ＋Ｈｆ＋Ｌａ＋
Ｃｅ＋Ｓｃ） ０．０１〜２％、Ｓｉ＋Ｔａ＋Ｐｔ＋Ｐ
ｄ＋Ｒｅ＋Ｒｈ＋Ｏｓ ０〜５％、残部Ｍ（Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、これらの組み合わせ）。上掛けコーティング
は、例えば、プラズマ溶射、ＥＢ−ＰＶＤ、電気めっき
などにより、被覆される。
結合被覆がある。これらには、上掛け（ｏｖｅｒｌａ
ｙ）コーティングやアルミ化物コーティングが含まれ
る。典型的な上掛けコーティングは、米国特許第３，９
２８，０２６号、第４，４１９，４１６号に記載されて
おり、高温で酸化性条件に曝されると付着性の耐久性の
ある高純度のアルミナの層を成長させるように最適化さ
れたニッケル基超合金やコバルト基超合金の変形であ
る。上掛けコーティングは、基体表面に被覆され、以下
の一般的な、限定されない組成（重量パーセント）を有
するＭＣｒＡｌＹ系被覆によって代表される：Ｃｒ １
０〜３０％、Ａｌ ５〜１５％、Ｙ（Ｙ＋Ｈｆ＋Ｌａ＋
Ｃｅ＋Ｓｃ） ０．０１〜２％、Ｓｉ＋Ｔａ＋Ｐｔ＋Ｐ
ｄ＋Ｒｅ＋Ｒｈ＋Ｏｓ ０〜５％、残部Ｍ（Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、これらの組み合わせ）。上掛けコーティング
は、例えば、プラズマ溶射、ＥＢ−ＰＶＤ、電気めっき
などにより、被覆される。
【００３７】アルミ化物コーティングは、基体にアルミ
ニウムを拡散させることによって作成され、例えば、米
国特許第５，５１４，４８２号に記載されている。ここ
で使用されるように、アルミ化物コーティングという用
語は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｈｆ、Ｓ
ｉ、Ｃｒやこれらの混合物を添加して変形させたアルミ
化物コーティングを含む。
ニウムを拡散させることによって作成され、例えば、米
国特許第５，５１４，４８２号に記載されている。ここ
で使用されるように、アルミ化物コーティングという用
語は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｈｆ、Ｓ
ｉ、Ｃｒやこれらの混合物を添加して変形させたアルミ
化物コーティングを含む。
【００３８】例えば、上掛けコーティングとアルミ化物
コーティングの組み合わせを被覆することも知られてお
り、例えば、アルミ化物コーティングは、アルミ化物コ
ーティングの上に上掛けコーティングを被覆すること
も、またその逆にすることもできる。
コーティングの組み合わせを被覆することも知られてお
り、例えば、アルミ化物コーティングは、アルミ化物コ
ーティングの上に上掛けコーティングを被覆すること
も、またその逆にすることもできる。
【００３９】（アルミナ層）アルミナ層は、直接基体上
に形成されようと、結合被覆に形成されようと、本発明
の重要な特徴である。最も一般的には、アルミナ層は、
熱的に成長されるが、この層を成長させるためにスパッ
タリングを使用することも知られている。アルミナ層の
広範囲の厚みは、約０．０１〜２μｍ、好ましくは約
０．１〜０．７μｍである。
に形成されようと、結合被覆に形成されようと、本発明
の重要な特徴である。最も一般的には、アルミナ層は、
熱的に成長されるが、この層を成長させるためにスパッ
タリングを使用することも知られている。アルミナ層の
広範囲の厚みは、約０．０１〜２μｍ、好ましくは約
０．１〜０．７μｍである。
【００４０】（セラミック組成）イットリア−セリアや
ガドリニア−ジルコニアは、上の実施例で説明したが、
物理蒸着により被覆することができるセラミック組成
は、実質的に全て本発明に使用することができる。ガド
リニア−ジルコニアを含む他の適切なセラミックは、本
出願人によって、「耐熱性コーティング系および材料」
という名称で１９９８年１０月１日に米国に出願された
米国出願番号第０９／１６４，７００号の出願および同
一名称で１９９８年５月２２日に米国に出願された米国
出願番号第０８／７６４，４１９号の継続手続出願に開
示されている。
ガドリニア−ジルコニアは、上の実施例で説明したが、
物理蒸着により被覆することができるセラミック組成
は、実質的に全て本発明に使用することができる。ガド
リニア−ジルコニアを含む他の適切なセラミックは、本
出願人によって、「耐熱性コーティング系および材料」
という名称で１９９８年１０月１日に米国に出願された
米国出願番号第０９／１６４，７００号の出願および同
一名称で１９９８年５月２２日に米国に出願された米国
出願番号第０８／７６４，４１９号の継続手続出願に開
示されている。
【００４１】セラミックは、結合被覆や基体と、またコ
ーティングや処理環境に存在するその他のセラミック組
成と、融和性が必要である。セラミックコーティング
は、単一のセラミック組成（上述したもの）や、異なる
層として被覆された異なるセラミック組成から成る。重
要な特徴は、コーティングが、異なるゾーンＩ／ゾーン
ＩＩ（またはゾーンＩＩＩ）層構造を作成するように処
理されることである。使用されるセラミックは、本質的
に低い体積（ｂｕｌｋ）熱伝導性を示すセラミックが好
ましい。これらは、希土類元素を添加した安定化ジルコ
ニア、安定化セリアや、酸化物パイロクロア（ｐｙｒｏ
ｃｈｌｏｒｅ）化合物を含む。
ーティングや処理環境に存在するその他のセラミック組
成と、融和性が必要である。セラミックコーティング
は、単一のセラミック組成（上述したもの）や、異なる
層として被覆された異なるセラミック組成から成る。重
要な特徴は、コーティングが、異なるゾーンＩ／ゾーン
ＩＩ（またはゾーンＩＩＩ）層構造を作成するように処
理されることである。使用されるセラミックは、本質的
に低い体積（ｂｕｌｋ）熱伝導性を示すセラミックが好
ましい。これらは、希土類元素を添加した安定化ジルコ
ニア、安定化セリアや、酸化物パイロクロア（ｐｙｒｏ
ｃｈｌｏｒｅ）化合物を含む。
【００４２】セラミックコーティングの配列は、かなり
変更することができる。最も広い説明では、コーティン
グは、複数の層からなり、少なくとも１つの層は、ゾー
ンＩ構造を有するように被覆される。ゾーンＩ構造は、
続いて、多孔性を形成するすなわち増加させるために、
熱処理を行うのが好ましい。さらに、ゾーンＩ構造は、
機械的な支持や拘束が得られるように、ゾーンＩ構造に
すぐに隣接したゾーンＩＩ構造（またはゾーンＩＩＩ構
造、または両方）の層を備えるのが好ましい。ゾーンＩ
Ｉ／ゾーンＩＩＩ構造を有する層に隔てられて被覆され
た複数のゾーンＩ構造の層が好ましい。
変更することができる。最も広い説明では、コーティン
グは、複数の層からなり、少なくとも１つの層は、ゾー
ンＩ構造を有するように被覆される。ゾーンＩ構造は、
続いて、多孔性を形成するすなわち増加させるために、
熱処理を行うのが好ましい。さらに、ゾーンＩ構造は、
機械的な支持や拘束が得られるように、ゾーンＩ構造に
すぐに隣接したゾーンＩＩ構造（またはゾーンＩＩＩ構
造、または両方）の層を備えるのが好ましい。ゾーンＩ
Ｉ／ゾーンＩＩＩ構造を有する層に隔てられて被覆され
た複数のゾーンＩ構造の層が好ましい。
【００４３】細かい多孔性が、熱流を低減するのに最も
効果的であると考えられる。これは、高温で小さな細孔
は縮み易く、癒着すなわち癒合し易いので、小さな細孔
はより不安定であるという認識と調和する。使用温度が
収縮温度を下回る場合、細孔の癒着は重大な問題とはな
らない。
効果的であると考えられる。これは、高温で小さな細孔
は縮み易く、癒着すなわち癒合し易いので、小さな細孔
はより不安定であるという認識と調和する。使用温度が
収縮温度を下回る場合、細孔の癒着は重大な問題とはな
らない。
【００４４】いくつかの環境では、本発明の断熱性の利
益を損なうことなく、他の層を組み込むことができる。
特定の用途に望まれる熱放射率、硬度、耐摩耗性、耐環
境腐食性（酸化、硫化、窒化など）や、下にあるコーテ
ィング層、結合被覆、基体などに有害な影響を及ぼしか
ねない酸素などの有害な環境種の拡散に対する耐性、な
どの特定の特性が得られるように、例えば、外側の層を
選択することができる。例えば、アルミナは、比較的硬
く、かつ酸素の拡散に対して耐性があるので、外側の層
として好ましい。
益を損なうことなく、他の層を組み込むことができる。
特定の用途に望まれる熱放射率、硬度、耐摩耗性、耐環
境腐食性（酸化、硫化、窒化など）や、下にあるコーテ
ィング層、結合被覆、基体などに有害な影響を及ぼしか
ねない酸素などの有害な環境種の拡散に対する耐性、な
どの特定の特性が得られるように、例えば、外側の層を
選択することができる。例えば、アルミナは、比較的硬
く、かつ酸素の拡散に対して耐性があるので、外側の層
として好ましい。
【００４５】シール用途に対しても、同様の考慮の多く
が適用される。全体のコーティングの厚みは、約１００
ｍｉｌｓ（約２．５４ｍｍ）、好ましくは５０ｍｉｌｓ
（１．２７ｍｍ）と、一般により厚くなる。個々の層の
厚み、細孔体積、細孔径は、研磨可能性に必要とされる
機械的特性が得られるように最適化される。
が適用される。全体のコーティングの厚みは、約１００
ｍｉｌｓ（約２．５４ｍｍ）、好ましくは５０ｍｉｌｓ
（１．２７ｍｍ）と、一般により厚くなる。個々の層の
厚み、細孔体積、細孔径は、研磨可能性に必要とされる
機械的特性が得られるように最適化される。
【図１】基体表面温度の関数としてＥＢ−ＰＶＤにより
蒸着したコーティングの構造を示す。
蒸着したコーティングの構造を示す。
【図２】蒸着した状態での、本発明により被覆したコー
ティングの微細構造を示す。
ティングの微細構造を示す。
【図３】熱処理後の、本発明により被覆した別のコーテ
ィングの微細構造を示す。
ィングの微細構造を示す。
【図４】本発明の例示的なコーティングと、本発明によ
り得られた層状の多孔性のない対応するコーティング
の、熱伝導性を示す。
り得られた層状の多孔性のない対応するコーティング
の、熱伝導性を示す。
１０…層状の多孔性の領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｄ 7/28 7/28 Ｅ Ａ
Claims (16)
- 【請求項１】 少なくとも１つの蒸発源から基体上に複
数のセラミック層を蒸着させることと、 第１の温度で蒸着された少なくとも１つの層と、第１の
温度とは異なる第２の温度で蒸着された少なくとも別の
１つの層、を備えたセラミック材料の交互の層を形成す
るように、蒸着中の温度を切り換えることから成り、 前記層の少なくとも１つはゾーンＩ微細構造を有し、前
記層の少なくとも１つはゾーンＩＩ微細構造を有してい
ることを特徴とする層状セラミックコーティングを基体
上に被覆する方法。 - 【請求項２】 前記温度を切り換えることは、熱流を低
減するために、前記蒸発源と基体の間に周期的に熱遮蔽
用のスクリーンを配置することによって行われることを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 より低い前記温度で蒸着された前記層
は、前記ゾーンＩ微細構造を備える前記層であることを
特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項４】 単一の蒸発源が使用されることを特徴と
する請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記単一の蒸発源は、安定化セリアから
成ることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記単一の蒸発源は、安定化ジルコニア
から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記基体は、主にアルミナから成る表面
層を備えることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記アルミナ層は、厚みが０．１〜２．
０μｍであることを特徴とする請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 前記基体は、ＭＣｒＡｌＹ層、アルミ化
物層、これらの層の組み合わせから成る群から選ばれた
結合被覆を備え、アルミナ層は、前記結合被覆の表面に
配置されることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 前記層の全体の厚みが、約０．０５〜
約５０００μｍであることを特徴とする請求項１記載の
方法。 - 【請求項１１】 前記基体は、付着性のアルミナ層を形
成することができる材料から成り、さらに、前記基体上
にアルミナ層を形成することを特徴とする請求項１記載
の方法。 - 【請求項１２】 前記蒸着することには、少なくとも２
つのセラミック材料源を蒸発させることが含まれること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記セラミック材料源は、異なる組成
を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記基体は、ガスタービンエンジン部
品を規定することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】 前記基体は、付着性のアルミナ層を形
成することができる超合金から成り、さらに、前記基体
上にアルミナ層を形成することを特徴とする請求項１記
載の方法。 - 【請求項１６】 さらに、ゾーンＩ微細構造を有する層
の１つまたは複数に多孔性を形成するために、前記層を
熱処理することを特徴とする請求項１記載の方法。
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