KR20010046637A

KR20010046637A - High temperature insulation for ceramic matrix composites

Info

Publication number: KR20010046637A
Application number: KR1019990050480A
Authority: KR
Inventors: 게리 비. 메릴; 제이 에이. 모리슨
Original assignee: 랭크 크리스토퍼 제이; 지멘스 웨스팅하우스 파워 코포레이션
Priority date: 1999-11-13
Filing date: 1999-11-13
Publication date: 2001-06-15

Abstract

PURPOSE: A high temperature insulator material for a CMC(Ceramic Material Compound) is provided, which can be used to insulate the CMC of a proper temperature, and has a corrosion resistance and a thermal shock resistance, and has a similar thermal expansion coefficient to the CMC. CONSTITUTION: A ceramic insulation composition material(10) comprises a number of hollow oxide holes(20) of several dimensions, and a phosphate bonding agent and at least one oxide filler powder. Thus, the phosphate bonding agent fills a gap between the above hole and the above filler powder, and therefore the above holes are placed in the phosphate bonding agent and the filler powder so that each hole can contact with at least one other hole. The composition material is stable up to a temperature of about 1600 deg.C, and has a thermal expansion coefficient between 0.0000057 mm/mm deg.C and 0.000001 mm/mm deg.C. And a thermal conductivity of the composition is below about 2.5W/km.

Description

세라믹 매트릭스 복합재용 고온 절연물{HIGH TEMPERATURE INSULATION FOR CERAMIC MATRIX COMPOSITES}HIGH TEMPERATURE INSULATION FOR CERAMIC MATRIX COMPOSITES

본 발명은 일반적으로 고온 세라믹 절연물질 및 세라믹 매트릭스 복합재에의 이용에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to the use of high temperature ceramic insulating materials and ceramic matrix composites.

코팅으로서 사용하는 여러가지 절연재료가 증가된 온도에 대한 밑에 놓인 기판의 저항성을 강화하기 위해 개발되어 왔다. 열 배리어 코팅(TBC)은 통상, 기계의 중요성분들이 성분이 노출되는 증가된 온도로 인해 조기붕괴되는 것으로 부터 보호하기 위해 사용된다. 일반적으로, TBC는 산화에 의한 금속폐기물(산산히 파쇄됨을 통한 것)의 비율을 감소시킴으로써 중요성분들의 수명을 연장시킨다.Various insulating materials used as coatings have been developed to enhance the resistance of underlying substrates to increased temperatures. Thermal barrier coatings (TBCs) are commonly used to protect the importance of the machine from premature collapse due to the increased temperature at which the components are exposed. In general, TBC prolongs the lifespan of critical components by reducing the proportion of metal waste (through shattering) by oxidation.

TBC의 근본적인 단점은 사용될 수 있는 두께에 있어서의 제한이다. 대략 0.5mm의 이 두께제한은 제조-유도 잔류 스트레스, 엄청난 비용, TBC 재료의 요구되는 수명, TBC의 온도제한, 그리고 TBC와 기판의 열팽창 계수에 있어서의 부적합함에 기인한다. 게다가, 종래의 TBC(공기플라즈마 분무 및 물리적 증착 둘다에 의해 가해진 것들)의 미세구조는 공정조건에 의해 결정되며, 융통성이 제한되고, 1000℃ 보다 높은 온도에서 치수 및 열불안정성의 경향이 있다.The fundamental disadvantage of TBC is the limitation in the thickness that can be used. This thickness limit of approximately 0.5 mm is due to manufacturing-induced residual stress, enormous cost, required life of TBC material, temperature limit of TBC, and incompatibility in TBC and substrate thermal expansion coefficients. In addition, the microstructure of conventional TBCs (those applied by both air plasma spraying and physical vapor deposition) are determined by process conditions, have limited flexibility, and tend to be dimensional and thermally unstable at temperatures above 1000 ° C.

TBC에 필적할 만한 재료는 섬유상 세라믹 절연재료이다. 그러나, 이들 재료의 주 단점은 그것들이 매우 불량한 내식성을 가져오는 낮은 밀도를 갖는다는 것이다. 그러므로, 섬유상 세라믹 절연재료는 고속기류 이용분야에 적용 불가능하다.A comparable material to TBC is fibrous ceramic insulating material. However, the main disadvantage of these materials is that they have a low density which results in very poor corrosion resistance. Therefore, fibrous ceramic insulating materials are not applicable to high speed air flow applications.

모노리스식 타일은 고온조건에서 중요성분들을 보호하기 위해 사용되는 또다른 재료이다. 이들 타일은 양호한 내식성 및 절연성을 가지나, 그것들은 열쇼크 손상 및 갑작스런 변동에 의한 고장을 입기쉽다. 그러므로, 열 배리어 코팅, 섬유상 세라믹 절연재료, 또는 모노리스식 세라믹 타일의 사용없이 고온에 견딜 수 있는 절연재료를 제공하는 것이 바람직하다.Monolithic tiles are another material used to protect critical materials in high temperature conditions. These tiles have good corrosion resistance and insulation, but they are susceptible to failure due to heat shock damage and sudden fluctuations. Therefore, it is desirable to provide an insulating material that can withstand high temperatures without the use of thermal barrier coatings, fibrous ceramic insulating materials, or monolithic ceramic tiles.

시중 구입되는 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)는 고온환경에서 많은 가능한 이용분야를 갖는다. 그러나, CMC는 장기간동안 1200℃ 근처의 온도에의 노출에는 제한된다. 게다가, CMC는 금속보다 낮은 전도도와 제조시 속박으로 인해 냉각시 배치에 있어서의 제한점들 때문에 고온( > 1400℃) 또는 높은 열유속 조건하에서 효과적으로 냉각될 수 없다. 그러므로 적당한 온도의 세라믹 매트릭스 복합재를 절연하기 위해 사용될 수 있고, 또한 내식성이며, 열쇼크 저항성이고, CMC와 비교적 유사한 열팽창 계수를 갖는 재료를 제공하는 것이 바람직하다.Commercially available ceramic matrix composites (CMCs) have many possible applications in high temperature environments. However, CMC is limited to exposure to temperatures near 1200 ° C. for long periods of time. In addition, CMC cannot be effectively cooled under high temperature (> 1400 ° C.) or high heat flux conditions due to limitations in placement during cooling due to lower conductivity than metals and bonds in manufacturing. It would therefore be desirable to provide a material that can be used to insulate a ceramic matrix composite at an appropriate temperature, which is also corrosion resistant, heat shock resistant, and has a coefficient of thermal expansion relatively similar to CMC.

유럽 특허공개 No. 007,511,04 (발명의 명칭: "연마조성물", 1997. 1. 2. 출원)는 세라믹터빈 부품을 밀봉하기 위해 사용될 수 있는 세라믹 연마재료를 개시한다. 그러나, 이 재료는 단지 1300℃의 고온용량을 갖는다고 한다.European Patent Publication No. 007,511,04, entitled "Abrasive Composition", filed Jan. 2, 1997, discloses a ceramic abrasive material that can be used to seal ceramic turbine parts. However, this material is said to have a high temperature capacity of only 1300 ° C.

고온 환경에서의 이용을 위해 고강도, 저온 세라믹위에 사용되는 세라믹 절연 조성물이 제공된다. 조성물은 여러가지 치수의 다수의 중공의 산화물 기제 구, 인산염 결합제, 및 적어도 한가지의 산화물 충전제 분말로 이루어지고, 이로써 인산염 결합제가 구와 충전제 분말 사이의 틈을 부분적으로 채우고 있다. 구들은 인산염 결합제와 충전제 분말내에 놓여 각 구가 적어도 하나의 다른 구와 접촉해 있도록 되어 있다.Provided are ceramic insulating compositions for use on high strength, low temperature ceramics for use in high temperature environments. The composition consists of a number of hollow oxide base spheres of various dimensions, a phosphate binder, and at least one oxide filler powder, whereby the phosphate binder partially fills the gap between the sphere and the filler powder. The spheres are placed in phosphate binder and filler powder such that each sphere is in contact with at least one other sphere.

구들은 멀라이트 구, 알루미나 구, 또는 안정화된 지르코니아 구의 어떤 조합도 될 수 있다. 각각의 멀라이트 구는 대략 0.1 내지 1.8mm, 바람직하게는 대략 0.8 내지 대략 1.4mm 범위의 직경을 갖는다. 각각의 알루미나 구는 대략 0.1 내지 대략 1.5mm, 바람직하게는 대략 0.3 내지 대략 1mm 범위의 직경을 가지며, 각각의 안정화된 지르코니아 구는 대략 0.1 내지 대략 1.5mm, 바람직하게는 대략 0.8 내지 대략 1.2mm 범위의 직경을 갖는다.The spheres can be any combination of mullite spheres, alumina spheres, or stabilized zirconia spheres. Each mullite sphere has a diameter in the range of about 0.1 to 1.8 mm, preferably about 0.8 to about 1.4 mm. Each alumina sphere has a diameter in the range of about 0.1 to about 1.5 mm, preferably about 0.3 to about 1 mm, and each stabilized zirconia sphere has a diameter in the range of about 0.1 to about 1.5 mm, preferably about 0.8 to about 1.2 mm. Has

단지 멀라이트 구만이 사용될때, 구는 조성물의 32± 10의 중량 백분율을 갖는다. 단지 알루미나 구만이 사용될때, 구는 조성물의 63± 15의 중량 백분률을 갖는다. 단지 안정화된 지르코니아 구만이 사용될때, 구는 조성물의 58± 15의 중량 백분률을 갖는다. 조성물의 한 바람직한 구체예에서는, 구는 20부피멀라이트 구와 80 부피알루미나 구이다.When only mullite spheres are used, the spheres have a weight percentage of 32 ± 10 of the composition. When only alumina spheres are used, the spheres have a weight percentage of 63 ± 15 of the composition. When only stabilized zirconia spheres are used, the spheres have a weight percentage of 58 ± 15 of the composition. In one preferred embodiment of the composition, the spheres are 20 volumelite spheres and 80 volume alumina spheres.

충전제 분말은 알루미나, 멀라이트, 세리아, 또는 하프니아의 어떤 조합도 될 수 있다. 멀라이트 구와 멀라이트 분말을 함유하는 조성물의 한 바람직한 구체예에서는 멀라이트 구는 32± 10의 중량 백분율을 갖고, 멀라이트 충전제 분말은 32± 15의 중량백분률을 가지며, 인산염 결합제는 슬러리 조성물의 31± 15의 중량 백분률을 갖는다. 이 바람직한 구체예에서, 단지 멀라이트가 충전제 분말로서 사용될때, 인산염 결합제와 멀라이트의 조합은 대략 9,000 센티포이즈의 점도를 갖는다.The filler powder can be any combination of alumina, mullite, ceria, or hafnia. In one preferred embodiment of the composition containing mullite spheres and mullite powder, the mullite spheres have a weight percentage of 32 ± 10, the mullite filler powder has a weight percentage of 32 ± 15, and the phosphate binder is 31 in the slurry composition. It has a weight percentage of ± 15. In this preferred embodiment, when only the mullite is used as the filler powder, the combination of phosphate binder and mullite has a viscosity of approximately 9,000 centipoise.

본 발명의 세라믹 절연조성물의 제조방법이 또한 제공된다. 이 방법은 다음 단계들로 이루어진다: (a) 인산염 결합제와 산화물 충전제 분말로 이루어지는 원료를 혼합하여 점성 슬러리를 형성하는 단계; (b) 지정된 양의 중공의 산화물 기제 구를 슬러리에 첨가하여 슬러리 혼합물을 만드는 단계; (c) 혼합물을 주조하여 예비침지된 몰드로 하는 단계; (d) 점성을 갖는 주물을 건조하도록 두는 단계; (e) 주물의 점도가, 최소 치수변형을 가지면서 몰드로부터 "그린(green)" 바디가 추출되기에 충분히 높을때, "그린" 바디를 제거하는 단계; (f) 그린 바디를 제거한후, 몰드를 (i) 누출된 인산염을 흐르는 물에 세척하고 오븐 건조시킴으로써, 리사이클하고 그리고 (ii) 충분히 건조할때, 몰드의 건조중량이 원래의 건조중량의 대략 1이내일때 몰드를 다시 사용하여 또다른 주조를 행하는 단계; (g) "그린" 바디를 건조 오븐에 옮겨 유리수를 제거하는 단계: (h) 주물을 소성시켜 잔류유리수를 증발시키고 공정에서 인산염을 내화 결합으로 열변환시키는 단계; 그리고 (j) 필요에 따라 기계가공 마무리하는 단계로 이루어진다.Also provided is a method of making a ceramic insulation composition of the present invention. The method consists of the following steps: (a) mixing a raw material consisting of a phosphate binder and an oxide filler powder to form a viscous slurry; (b) adding a designated amount of hollow oxide base sphere to the slurry to form a slurry mixture; (c) casting the mixture into a pre-immersed mold; (d) leaving the casting with viscosity to dry; (e) removing the “green” body when the viscosity of the casting is high enough to extract a “green” body from the mold with minimal dimensional deformation; (f) after removing the green body, the mold is recycled by (i) washing the leaked phosphate in running water and oven drying, and (ii) when dry enough, the dry weight of the mold is approximately 1 of the original dry weight. Performing another casting when again within the mold; (g) transferring the "green" body to a drying oven to remove free water: (h) calcining the casting to evaporate residual free water and thermally converting the phosphate to a refractory bond in the process; And (j) finishing the machining as necessary.

바람직한 과정에서, 본 발명의 세라믹 절연조성물의 제조방법의 단계 (c)는 행하는 시점부터 대략 24시간내에 혼합물을 주조하는 단계를 더 포함하며, 단계 (g)는 대략 80℃에서 건조오븐에 "그린" 바디를 옮겨 유리수를 제거하는 것을 더 포함하고, 단계 (h)는 "그린" 바디가 안정적이 될때 소성 오븐에 주물을 옮기는 것을 더 포함하고, 단계 (i)은 다음 단계들을 더 포함한다: (i1) 대략 120℃의 온도로 소성오븐을 서서히 가열함으로써 소성을 시작하는 단계, (i2) 대부분의 유리수가 증발에 의해 제거될때까지 대략 120℃의 온도에서 소성오븐을 더 체류시키는 단계; (i3) 소성 오븐을 대략 250℃의 온도로 서서히 증가시키는 단계; (i4) 모든 유리수가 증발에 의해 제거될때까지 대략 250℃의 온도에서 온도를 증가 체류시키는 단계; 그리고 (i5) 소성오븐의 온도를 대략 1200℃의 온도로 서서히 증가시켜 내화성 상의 인산염을 형성시키는 단계.In a preferred process, step (c) of the method for producing a ceramic insulation composition of the present invention further comprises the step of casting the mixture within approximately 24 hours from the point of time, wherein step (g) is " green " "Moving the body to remove the free water, step (h) further comprises transferring the casting to the firing oven when the" green "body becomes stable, and step (i) further comprises the following steps: ( i1) starting firing by slowly heating the firing oven to a temperature of approximately 120 ° C., (i2) further retaining the firing oven at a temperature of approximately 120 ° C. until most of the free water is removed by evaporation; (i3) slowly increasing the firing oven to a temperature of approximately 250 ° C .; (i4) increasing the temperature at a temperature of approximately 250 ° C. until all free water is removed by evaporation; And (i5) gradually increasing the temperature of the firing oven to a temperature of approximately 1200 ° C. to form phosphate in the refractory phase.

또 다른 바람직한 과정에서, 단계 (e)는 몰드로부터 추출후의, 짝이되는 기판표면의 윤곽에 일치하도록 "그린" 바디의 형태화의 단계를 더 포함한다. 이 단계는 수행된다면 거의 순(net) 형상화 용량 근처에서 달성될 것이다.In another preferred procedure, step (e) further comprises the step of shaping the "green" body to conform to the contour of the mating substrate surface after extraction from the mold. This step will be accomplished near the net shaping capacity if performed.

도 1은 본 발명의 세라믹 절연 코팅조성물의 바람직한 구체예의 확대사시도이다.1 is an enlarged perspective view of a preferred embodiment of the ceramic insulation coating composition of the present invention.

도 2는 본 발명에 따르는 세라믹 절연 코팅의 바람직한 구체예의 단면을 묘사하는 더욱 확대된 사시도이다.2 is a more enlarged perspective view depicting a cross section of a preferred embodiment of the ceramic insulation coating according to the present invention.

바람직한 구체예의 상세한 설명Detailed Description of the Preferred Embodiments

본 발명은 고온 환경에서의 이용을 위해 고강도의, 저온 세라믹위의 절연체로서 고온세라믹 재료를 사용하는 물질을 제공한다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따르는 세라믹 절연조성물(10)(또는 코팅(10))의 바람직한 구체예의 확대사시도를 도 1에 나타낸다. 이 도면은 또한 세라믹 매트릭스 복합재 기판(8)위에 놓이고 접착제층(9)과 적소에 유지된 세라믹 절연코팅(10)의 단면을 나타낸다.The present invention provides a material using a high temperature ceramic material as an insulator on a high strength, low temperature ceramic for use in a high temperature environment. Referring to the drawings, an enlarged perspective view of a preferred embodiment of the ceramic insulation composition 10 (or coating 10) according to the present invention is shown in FIG. This figure also shows a cross section of the ceramic insulating coating 10 which is placed on the ceramic matrix composite substrate 8 and held in place with the adhesive layer 9.

도 2는 본 발명에 따르는 세라믹 절연코팅(10)의 바람직한 구체예의 단면을 묘사하는 더욱 확대된 사시도를 나타낸다. 코팅(10)은 인산염 결합제와 여러가지 산화물 충전제 분말의 조합물(12)안에 여러가지 치수의 중공의 산화물-기제 구(20)로 이루어진다. 인산염 결합제는 구(20)와 산화물 충전제 분말간의 틈들을 "다리(bridge)놓는 역할"을 한다. 구(20)는 그것들을 코팅(10)의 구체적인 조성에 따라 1600℃에서 안정하게 만들기에 충분한 높은 온도에서 제조된다. 1600℃까지의 소성온도가 치수 안정성이고 화학적으로 안정하며 내식성인 코팅을 만드는데 사용된다.2 shows a more enlarged perspective view depicting a cross section of a preferred embodiment of the ceramic insulation coating 10 according to the invention. The coating 10 consists of hollow oxide-based spheres 20 of various dimensions in a combination 12 of phosphate binder and various oxide filler powders. The phosphate binder serves to "bridge" the gaps between the sphere 20 and the oxide filler powder. The spheres 20 are made at a high temperature sufficient to make them stable at 1600 ° C. depending on the specific composition of the coating 10. Firing temperatures up to 1600 ° C are used to make coatings which are dimensionally stable, chemically stable and corrosion resistant.

치수안정성은 주로 구(20)에 의해 제어된다. 코팅(10)은 구(20)의 비교적 조밀한 배치로 현미경 규모의 폐쇄 다공성을 도입함으로써 개선된 내식성을 달성한다. 바람직하게는, 구(20)는 각 구(20)가 적어도 하나의 다른 구(20)와 접촉해 있도록 배치된다. 더 바람직하게는, 구(20)는 몇개의 다른 구(20), 즉 적어도 3개 또는 4개의 구(20)와 접촉해 있도록 배치된다. 이것은 특히 1600℃ 근처의 고온에서 개선된 치수안정성을 제공한다. 코팅(10)에 존재하는 것과 같은 구 접촉과 결과되는 치수안정성은 종래기술의 코팅에 의해서는 달성되지 않는다. 본 발명에 따르는 조성물(10)은 바람직하게는 대략 1300℃보다 높고, 더 바람직하게는 대략 1600℃까지의 온도에서 안정하다.Dimensional stability is mainly controlled by the sphere 20. Coating 10 achieves improved corrosion resistance by introducing microscopic scale closed porosity in a relatively dense arrangement of spheres 20. Preferably, the spheres 20 are arranged such that each sphere 20 is in contact with at least one other sphere 20. More preferably, the sphere 20 is arranged in contact with some other sphere 20, ie at least three or four spheres 20. This provides improved dimensional stability, especially at high temperatures near 1600 ° C. Spherical contact and resulting dimensional stability, such as present in coating 10, are not achieved by prior art coatings. The composition 10 according to the invention is preferably stable at temperatures above about 1300 ° C. and more preferably up to about 1600 ° C.

인산염 결합제와 조합하여 산화물 충전제 분말은 코팅(10)의 성질을 제어하기 위해 달라질수 있다. 특정한 코팅시스템은 열팽창계수(CTE)의 범위를 카바하도록 조제될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와같이, 코팅(10)의 CTE는 코팅(10)이 기판(8) 위에 적소에 남아있도록 기판(8)의 CTE에 사실상 가능한한 밀접해 있어야 한다. 예로든 코팅(10)인 A 및 B의 여러가지 성질들을 표 1에 나타낸다.The oxide filler powder in combination with the phosphate binder can be varied to control the properties of the coating 10. Certain coating systems can be formulated to cover a range of coefficients of thermal expansion (CTE). As will be appreciated by those skilled in the art, the CTE of the coating 10 should be as close as practical to the CTE of the substrate 8 so that the coating 10 remains in place over the substrate 8. Various properties of the example coatings A and B are shown in Table 1.

재료material AA BB 사용온도(℃)Temperature (℃) 12001200 16001600 CTE (×10^-6mm/mm℃)CTE (× 10 ^-6 mm / mm ℃) 5.855.85 5.855.85 1400℃에서 열전도도(W/mK)Thermal conductivity at 1400 ℃ (W / mK) 1.271.27 2.212.21 1100℃에서 내식성*(g/kg)Corrosion resistance at 1100 ° C * (g / kg) 7.57.5 4.54.5 * 15°충돌각, 900ft/s 부식속도에서 시험* 15 ° impact angle, tested at 900ft / s corrosion rate

열전도도 및 내식성과 같은 물질특성은 충전제 재료 또는 구 조성물의 구체적인 선택에 의해 재단될 수 있다. 본 발명의 코팅재료의 중공의 산화물-기제 구(20)는 멀라이트, 알루미나, 안정화된 지르코니아(보통 이트리아 안정화된 지르코니아) 또는 그것들의 어떤 조합도 될 수 있다. 멀라이트 구의 직경의 바람직한 범위는 대략 0.4 내지 1.8mm, 더 바람직하게는 대략 0.8 내지 대략 1.4mm이다. 알루미나 구의 직경의 바람직한 범위는 대략 0.3 내지 대략 1mm이다. 안정화된 지르코니아 구의 직경의 바람직한 범위는 대략 0.6 내지 대략 1.2mm, 더 바람직하게는 대략 0.8 내지 대략 1mm이다.Material properties such as thermal conductivity and corrosion resistance can be tailored by the specific choice of filler material or sphere composition. The hollow oxide-based sphere 20 of the coating material of the present invention may be mullite, alumina, stabilized zirconia (usually yttria stabilized zirconia) or any combination thereof. The preferred range of diameters of the mullite spheres is approximately 0.4 to 1.8 mm, more preferably approximately 0.8 to approximately 1.4 mm. The preferred range of diameters of the alumina spheres is about 0.3 to about 1 mm. The preferred range of diameters of the stabilized zirconia spheres is about 0.6 to about 1.2 mm, more preferably about 0.8 to about 1 mm.

단지 멀라이트 구, 즉 영국 Keith Ceramics, Inc. 제의 KCM Holospheres가 사용될때, 코팅(10)에서 구(20)의 바람직한 중량백분률은 32± 10, 더 바람직하게는 32± 5, 더 더욱 바람직하게는 대략 32이다. 단지 알루미나 구, 즉 미국 조지아주 아틀란타의 Ceramic Fillers제의 것이 사용된다면, 코팅(10)내 구(20)의 바람직한 퍼센트 백분률은 63± 15, 더 바람직하게는 63± 10, 더더욱 바람직하게는 63± 5, 가장 바람직하게는 대략 63이다. 단지 안정화된 지르코니아 구, 즉 Keith Ceramics, Inc.제의 것이 사용될때, 코팅(10)내 구(20)의 바람직한 중량 백분률은 58± 15, 더 바람직하게는 58± 10, 더 더욱 바람직하게는 58± 5, 가장 바람직하게는 대략 58이다.Only Mullite sphere, namely Keith Ceramics, Inc. Proposed KCM Holospheres When is used, the preferred weight percentage of the spheres 20 in the coating 10 is 32 ± 10, more preferably 32 ± 5, even more preferably approximately 32. If only alumina spheres, ie, those made from Ceramic Fillers, Atlanta, GA, are used, the preferred percentage percentage of spheres 20 in coating 10 is 63 ± 15, more preferably 63 ± 10, even more preferably 63 ± 5, most preferably approximately 63. When only stabilized zirconia spheres, ie those manufactured by Keith Ceramics, Inc., are used, the preferred weight percentage of the spheres 20 in the coating 10 is 58 ± 15, more preferably 58 ± 10, even more preferably 58 ± 5, most preferably approximately 58.

의도한 기판(8)의 CTE에 맞도록 특정한 CTE를 얻기위해 특정한 코팅을 재단하기 위해서는, 구(20)의 조합을 단순히 변경시키면된다. 예를들어서, 모노리스식의 안정화된 지르코니아 구는 최고의 CTE(대략 10×10^-6mm/mm℃)를 가지며, 모노리스식 멀라이트 구는 가장 낮은 값(대략 5.7×10^-6mm/mm℃)을 갖고 모노리스식 알루미나 구는 중간값(대략 8.0×10^-6mm/mm℃)을 갖는다.To tailor the specific coating to obtain a specific CTE to match the CTE of the intended substrate 8, the combination of the spheres 20 may simply be changed. For example, monolithic stabilized zirconia spheres have the highest CTE (approximately 10 × 10 ⁻⁶ mm / mm ° C.) and monolithic mullite spheres have the lowest values (approximately 5.7 × 10 ⁻⁶ mm / mm ° C.). Monolithic alumina spheres have a median (approximately 8.0 × 10 ⁻⁶ mm / mm ° C.).

구(20)의 바람직한 조합은 20부피멀라이트와 80부피알루미나이다. 표 2에 나타낸 바와같이, 이 구 조성물은 0.5972의 선형변화를 내며, 이것은 복합재 A(산화물 기제 CMC재료)에 대한 0.5934의 값과 복합재(B)에 대한 0.6031의 값과 들어맞는다. 복합재(C)(높은 실리카함유 산화물-기제 복합재)에 대해서는 모든 멀라이트 구 조성이 바람직하다.Preferred combinations of the spheres 20 are 20 volumetric light and 80 volume alumina. As shown in Table 2, this sphere composition produces a linear change of 0.5972, which corresponds to a value of 0.5934 for composite A (oxide based CMC material) and 0.6031 for composite (B). For the composite (C) (high silica-containing oxide-based composite) all mullite sphere compositions are preferred.

구 조성Sphere composition 부피비Volume ratio 1000℃에서 선형변화Linear change at 1000 ℃ 산화물/산화물 기판조성물 (1000℃에서 선형변화)Oxide / oxide substrate composition (linear change at 1000 ℃) 멀라이트Mullite 100100 0.56570.5657 0.5631(C)0.5631 (C) 멀라이트와 안정화된 지르코니아Mullite and Stabilized Zirconia 50/5050/50 0.56600.5660 멀라이트와 알루미나Mullite and alumina 50/5050/50 0.57630.5763 멀라이트와 알루미나Mullite and alumina 20/8020/80 0.59720.5972 0.5934(A)와 0.6031(B)0.5934 (A) and 0.6031 (B) 멀라이트와 알루미나Mullite and alumina 10/9010/90 0.62100.6210 멀라이트와 알루미나Mullite and alumina 5/955/95 0.63370.6337 알루미나Alumina 100100 0.63800.6380 안정화된 지르코니아Stabilized Zirconia 100100 0.73250.7325

산화물 충전제 분말은 알루미나, 멀라이트, 세리아, 하프니아 또는 이들의 어떤 조합도 될 수 있다. 바람직하게는 알루미나 또는 멀라이트가 충전제 분말로서 사용되고, 가장 바람직하게는 멀라이트가 그것의 우수한 고온성질때문에 사용된다. 바람직하게는 멀라이트가 사용될때, 코팅(10)내의 산화물 충전제 분말의 중량백분률은 32± 15, 더 바람직하게는 32± 10, 더더욱 바람직하게는 32± 5, 가장 바람직하게는 대략 32이다. 산화물 충전제 분말의 바람직한 중량 백분률은 각각의 다른 원자질량과 입도때문에 달라진다.The oxide filler powder can be alumina, mullite, ceria, hafnia or any combination thereof. Preferably alumina or mullite is used as filler powder and most preferably mullite is used because of its good high temperature properties. Preferably, when mullite is used, the weight percentage of oxide filler powder in coating 10 is 32 ± 15, more preferably 32 ± 10, even more preferably 32 ± 5, most preferably approximately 32. The preferred weight percentages of the oxide filler powders vary due to their different atomic masses and particle sizes.

바람직하게는, 인산염 결합제는 31± 15, 더 바람직하게는 31± 10, 더더욱 바람직하게는 31± 5, 가장 바람직하게는 대략 31의 중량 백분률로 알루미늄 오르토-포스페이트이다. 바람직하게는, 알루미늄 오르토-포스페이트 결합제와 멀라이트 충전제 분말의 조합은 스핀들 번호 7 및 rpm 20을 갖는 BrookfieldRV 점도계로 측정한 대략 9,000 센티포이즈의 점도를 갖는다.Preferably, the phosphate binder is aluminum ortho-phosphate at a weight percentage of 31 ± 15, more preferably 31 ± 10, even more preferably 31 ± 5, most preferably approximately 31. Preferably, the combination of aluminum ortho-phosphate binder and mullite filler powder is Brookfield with spindle number 7 and rpm 20 It has a viscosity of approximately 9,000 centipoise measured by an RV viscometer.

본 발명의 코팅(10)의 제조방법은 다음 단계들:The method of making the coating 10 of the present invention comprises the following steps:

(1) 슬러리를 혼합하는 단계, (2) 슬러리를 주조하는 단계, (3) 조절된 건조단계, (4) "그린" 바디의 제거단계, (5) 소성단계 및 (6) 기계가공단계로 이루어진다. 혼합물은 최종 생성물이 CMC기판(8)과 사실상 동일한 CTE를 지니도록 조제된다.(1) mixing the slurry, (2) casting the slurry, (3) controlled drying, (4) removing the "green" body, (5) firing and (6) machining Is done. The mixture is formulated such that the final product has substantially the same CTE as the CMC substrate 8.

공정은 점성슬러리를 형성하기 위한 원료의 혼합으로 시작되며 두 단계로 달성된다. 첫째, 알루미늄 오르트-인산염과 충전제 분말을 혼합하여 알루미늄 오르토-포스페이트의 50수용액의 정확한 조제로하고 기밀보관한다(2개월까지의 보관수명). 또 다르게는, 알루미늄 오르토-포스페이트의 50수용액으로 시작할 수 있다.The process begins with the mixing of raw materials to form a viscous slurry and is accomplished in two steps. First, the aluminum ortho-phosphate and the filler powder are mixed to make an accurate preparation of 50 aqueous solutions of aluminum ortho-phosphate and kept airtight (storing life up to 2 months). Alternatively, one may start with 50 aqueous solutions of aluminum ortho-phosphate.

주조를 행할때, 정확한 양의 중공의 구(20)를 슬러리에 첨가하고 그 다음 슬러리 혼합물을, 행하기 시작해서 대략 24시간내에 주조한다. 중공의 구(20)를 함유하는 슬러리를 예비침지된 몰드로 주조한다. 몰드를 주조에 앞서 탈이온수로 예비침지하여 주물의 모세관 현상에 의한 건조가 효율적이 되도록 한다. 슬러리를 건조몰드로 주조한다면, 주물로부터의 물이 몰드로 너무 빨리 추출되어 주물상에 건조한 표면을 만들어 더욱 제어된 건조가 일어나는 것을 막게된다. 이것은 비균질한 최종 생성물을 가져올 것이다. 주물의 건조의 중요한 단계에서 점도는 최소의 치수변형을 가지고 몰드로부터 "그린" 바디가 추출되도록하기에 충분히 높다("그린" 바디는 소성 이전의 조성물에 사용되는 용어이다).When casting is made, the correct amount of hollow spheres 20 is added to the slurry and then the slurry mixture is cast within approximately 24 hours starting to run. The slurry containing the hollow sphere 20 is cast into a pre-immersed mold. The mold is pre-soaked with deionized water prior to casting so that drying by capillary action of the casting is efficient. If the slurry is cast into a drying mold, water from the casting is extracted too quickly into the mold, creating a dry surface on the casting, which prevents more controlled drying from occurring. This will result in a heterogeneous end product. In an important step in the drying of the casting, the viscosity is high enough to allow the "green" body to be extracted from the mold with minimal dimensional deformation ("green" body is the term used in the composition before firing).

몰드로부터의 제거후, "그린" 바디는 건조 오븐에(대략 80℃에) 주의깊게 옮겨진다. 바람직한 과정에서, 건조전에, "그린" 바디는 짝이되는 기판표면의 윤곽에 일치하도록 형태화된다. 이 단계는 거의 순 형태화 용량근처에서 달성될 것이다. 건조후에, "그린" 바디는 그 다음으로 소성 오븐에 옮겨진다. 소성의 동안에 느린가열속도가 대략 250℃에서의 체류와 함께 사용되는데, 이것이 모든 유리수가 이 단계에 의해 제거되는 것을 보장한다.After removal from the mold, the “green” body is carefully transferred to a drying oven (at approximately 80 ° C.). In a preferred procedure, prior to drying, the "green" body is shaped to conform to the contour of the mating substrate surface. This step will be achieved near near net shaping capacity. After drying, the "green" body is then transferred to a baking oven. A slow heating rate is used with the residence at approximately 250 ° C. during firing, which ensures that all free water is removed by this step.

대략 250℃와 대략 565℃사이에서, 인산염의 안정된 탈수가 시작되며 이것은 이 온도 범위를 통해 느린 가열속도에 의해 제어된다. 소성 사이클의 멈춤은 인산염 구조에 있어서 화학적인 변화에 제공된다. 이 물질시스템으로부터 물의 제거를 위한 부정확한 과정은 결함있고 약한 미세구조를 가져올 것이다.Between about 250 ° C. and about 565 ° C., stable dehydration of the phosphate begins and is controlled by the slow heating rate through this temperature range. Stoppage of the firing cycle provides a chemical change in the phosphate structure. Inaccurate processes for the removal of water from this material system will result in defective and weak microstructures.

몰드는 "그린" 바디가 제거된후 리사이클된다. 이것은 누출된 인산염을 흐르는 물로 세척해내고 이어서 오븐건조시킴으로써 달성된다. 충분히 건조했을때, 몰드의 건조중량은 몰드가 다시 사용되기 위하여 원래 건조중량의 대략 1이내이어야 한다. 몰드를 12회까지 재사용하는 것을 기대할 수 있다.The mold is recycled after the "green" body is removed. This is accomplished by washing off the leaked phosphate with running water followed by oven drying. When dried sufficiently, the dry weight of the mold must be within approximately 1 of the original dry weight for the mold to be used again. It can be expected to reuse the mold up to 12 times.

소성을 위한 준비에 있어서, 노 공간을 최소화하기 위해 "그린" 바디를 쌓아놓을수 있다.In preparation for firing, "green" bodies can be stacked to minimize furnace space.

결과된 단순화된 소성사이클을 표 3에 나타낸다.The resulting simplified firing cycle is shown in Table 3.

단계번호Step number 시작시간(℃)Start time (℃) 램프속도(℃/분)Ramp speed (℃ / min) 유지온도(℃)Holding temperature (℃) 체류시간(분)Retention time (minutes) 1One 8080 1One 250250 6060 22 250250 33 16001600 240240 33 16001600 1010 주위온도Ambient temperature 끝End

제조공정의 최종단계는 절연코팅(10)을 기계가공하는 것이다.The final step in the manufacturing process is to machine the insulating coating 10.

이 제조공정은 저온단계에서 그린바디의 제거에 의해 몰드가 재사용되도록 허용한다. 이 특징은 다음의 이점을 준다: 두 원료 및 기계가공의 감소, 감소된 폐기물, "그린" 예비성형물을 함께 결합되어 더 복잡한 형태 및/또는 다른 조성물들의 부착을 할 수있다는 점, 몰드재료의 사전제거에 의해 소성을 위한 노내공간의 감소는 소형로를 가져와 저비용의 초기 아웃레이 및 가동비용을 가져온다는 점, 제조사이클시간의 감소, 몰드로부터 "그린"바디의 제거는 재주조(recasting)가 소성과 동시적이도록 허용하고 소비된 몰드로부터 소성된 주물의 노동집약적 파괴의 필요를 없애주는 점, 그리고 단순화된 소성사이클이 가공을 두배로 용이하게한다는 점이다.This manufacturing process allows the mold to be reused by removing the green body at a low temperature step. This feature gives the following advantages: reduction of both raw materials and machining, reduced waste, "green" preforms can be combined together to allow for the attachment of more complex forms and / or other compositions, prior to molding material Reduction of furnace space for firing by removal results in smaller furnaces resulting in lower initial outlay and running costs, reduced manufacturing cycle time, and removal of "green" bodies from molds, recasting Permitting simultaneous processing and eliminating the need for labor-intensive destruction of the fired castings from the spent mold, and the simplified firing cycle doubles the processing.

대략 750℃까지의 온도에서, 인산염 결합제는 소성 공정의 동안에 유연한 유리질 형태로 존재할 수도 있다. 이것은 첫번째 소성의 동안에 형태성형의 가능성을 제공할 수도 있다. 대략 1200℃의 온도까지 재료를 소성함으로써, 인산염 "다리"가 생성되는데 이것은 전이(displacement)형 연마성 시일로서 사용될 수 있는 유연한 매트릭스를 제공한다.At temperatures up to approximately 750 ° C., the phosphate binder may be present in flexible glassy form during the firing process. This may offer the possibility of shaping during the first firing. By firing the material to a temperature of approximately 1200 ° C., a phosphate “leg” is produced, which provides a flexible matrix that can be used as a displacement abrasive seal.

대략 1600℃로 더 열처리함으로써, 물질시스템의 구성성분(입자 및 구)을 연결하는 인산염 "다리" 네트워크가 상당히 변형되어 미세구조내에 더욱 집중되고 조밀화된 인산염 집성물을 형성한다. 새로운 성질을 가진 물질시스템이 이 변화로부터 결과되며, 이것은 1400℃에서의 실온강도의 80까지 보유하고, 유사한 열 전도도와 우수한 내식성(금속 기판에 사용된 현재 유용한 TBC 시스템보다 대략 2배 만큼 더 양호한)을 갖는다.By further heat treatment to approximately 1600 ° C., the phosphate “bridge” network connecting the components (particles and spheres) of the material system is significantly modified to form more concentrated and densified phosphate aggregates in the microstructure. A new material system results from this change, which retains up to 80 of room temperature strength at 1400 ° C., and has similar thermal conductivity and good corrosion resistance (approximately twice as good as currently available TBC systems used in metal substrates). Has

이 물질은 단독으로 소성된 다음 분쇄하여 기판(8)에 결합시키기에 앞서 형태화한다. 접착제(9)는 기판(8)에 따라 다양할 것이다. 그러나, 기판(8)을 이용하여 기판(8)에 직접 코팅도 또한 가능하며 그리고/또는 이용 환경에서 인시튜 경화시키는 것도 가능하다.This material is calcined alone and then shaved prior to bonding to the substrate 8. The adhesive 9 will vary depending on the substrate 8. However, it is also possible to coat the substrate 8 directly with the substrate 8 and / or to cure in situ in the environment of use.

본발명의 세라믹 절연코팅(10)을 위한 가능한 이용분야는 막대하다. 이러한 이용분야는 가스터빈 고열섹션부품 또는 리엔트리 차량 표면에서 일어나는 것들과 같은 높은 열유속 환경을 포함할 것이며 이것들에 제한되지 않는다.Possible applications for the ceramic insulation coating 10 of the present invention are enormous. Such applications would include, but are not limited to, high heat flux environments such as gas turbine high temperature section components or those that occur on reentry vehicle surfaces.

이들 코팅은 산화물 매트릭스 복합재(예를들면, 멀라이트, 알루미노실리게이트 및 알루미나), 탄화규소 매트릭스 복합재(화학증착 인필트레이션 또는 멜트-인필트레이션과 같은 기술로 만듬), 질화규소 매트릭스 복합재(반응결합, 질화, 고온압착 또는 비가압 소결과 같은 수단에 의해 만듬)를 포함하나, 이것들에 제한되지 않는다.These coatings include oxide matrix composites (e.g., mullite, aluminosilicate and alumina), silicon carbide matrix composites (made by techniques such as chemical vapor deposition or melt-infiltration), silicon nitride matrix composites (reaction Produced by means such as bonding, nitriding, hot pressing or non-pressurizing sintering).

코팅(10)의 적용은 코팅(10)을 별도로 형성하고 이어서 중간온도, 즉 약 800℃ - 1000℃에서 경화된 알루미늄 인산염 - 기제 접착제(또는 다른 세라믹 기제 접착제 시스템)를 사용하여 코팅(10)을 기판(8)에 결합시킴으로써 행해질수 있다. 멀라이트 또는 알루미나의 코팅은 경화의 동안에 섬유손상을 방지하기 위해서 및/또는 결합은 용이하게 하기 위해서 결합에 앞서 기판(8)에 적용될 수도 있다. 이들 코팅은 비산화물기판(8)에 결합시킬때 특히 바람직하다.Application of the coating 10 separately forms the coating 10 and then applies the coating 10 using an aluminum phosphate-based adhesive (or other ceramic based adhesive system) cured at an intermediate temperature, ie, about 800 ° C.-1000 ° C. This can be done by bonding to the substrate 8. A coating of mullite or alumina may be applied to the substrate 8 prior to bonding to prevent fiber damage during curing and / or to facilitate bonding. These coatings are particularly preferred when bonded to the non-oxide substrate 8.

본발명의 수많은 특징 및 이점은 본 발명의 구조 및 기능의 상세한 내용과 함께 전술한 설명에 제시하였으나, 그 설명은 단지 예시적인 것임을 이해해야한다. 따라서, 첨부 청구범위에 표현된 용어의 넓은 일반적인 의미가 가리키는 본 발명의 원리내에서 충분히 부품의 형태, 크기 및 배치의 문제에서 특히, 상세히 변화를 가할 수 있다.While numerous features and advantages of the present invention have been set forth in the foregoing description, together with details of the structure and function of the invention, it is to be understood that the description is exemplary only. Accordingly, variations may be made particularly in detail in the matter of form, size and arrangement of the parts within the principles of the invention indicated by the broad general meaning of the terms represented in the appended claims.

본발명의 세라믹 절연코팅을 위한 가능한 이용분야는 막대하다. 이러한 이용분야는 가스터빈 고열섹션부품 또는 리엔트리 차량 표면에서 일어나는 것들과 같은 높은 열유속 환경을 포함할 것이며 이것들에 제한되지 않는다.Possible applications for ceramic insulation coatings of the present invention are enormous. Such applications would include, but are not limited to, high heat flux environments such as gas turbine high temperature section components or those that occur on reentry vehicle surfaces.

Claims

여러가지 치수의 다수의 중공의 산화물 기제 구;Many hollow oxide based spheres of various dimensions;

인산염 결합제, 및Phosphate binders, and

적어도 한가지의 산화물 충전제 분말로 이루어지고, 이로써 상기 인산염 결합제가 상기 구와 상기 충전제 분말 사이의 틈을 부분적으로 채우고 있고;At least one oxide filler powder, whereby the phosphate binder partially fills the gap between the sphere and the filler powder;

이로써 상기 구들은 상기 인산염 결합제와 상기 충전제 분말내에 놓여 각 구가 적어도 하나의 다른 구와 접촉해 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 절연 조성물.Wherein said spheres are placed in said phosphate binder and said filler powder such that each sphere is in contact with at least one other sphere.

제 1 항에 있어서, 대략 1600℃ 까지의 온도에서 안정한 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 1, wherein the composition is stable at temperatures up to approximately 1600 ° C.

제 1 항에 있어서, 대략 5.7×10^-6mm/mm℃ 내지 대략 10×10^-6mm/mm℃의 범위의 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 1 having a coefficient of thermal expansion in the range of about 5.7 × 10 ⁻⁶ mm / mm ° C. to about 10 × 10 ⁻⁶ mm / mm ° C. ⁷ .

제 1 항에 있어서, 대략 2.5W/km 미만의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 1 having a thermal conductivity of less than approximately 2.5 W / km.

제 1 항에 있어서, 1100℃, 15°충돌각, 그리고 900ft/s의 부식속도에서 측정했을 때, 대략 4.5g/kg 내지 대략 7.5g/kg 범위의 내식성을 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 1 having corrosion resistance in the range of approximately 4.5 g / kg to approximately 7.5 g / kg as measured at 1100 ° C., 15 ° impact angle, and a corrosion rate of 900 ft / s.

제 1 항에 있어서, 구들은 다음중 한가지 이상으로 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물; 멀라이트 구; 알루미나 구; 및 안정화된 지르코니아 구.The composition of claim 1, wherein the spheres are selected from one or more of the following; Mullite spheres; Alumina spheres; And stabilized zirconia spheres.

제 6 항에 있어서, 각각의 상기 멀라이트의 구는 대략 0.4 내지 대략 1.8mm 범위의 직경을 가지며;The method of claim 6, wherein each of the mullite spheres has a diameter in the range of about 0.4 to about 1.8 mm;

각각의 상기 알루미나 구는 대략 0.3 내지 대략 1mm 범위의 직경을 가지며;Each said alumina sphere has a diameter in the range of about 0.3 to about 1 mm;

각각의 상기 안정화된 지르코니아 구는 대략 0.6 내지 대략 1.2mm 범위의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.Each stabilized zirconia sphere having a diameter in the range of approximately 0.6 to approximately 1.2 mm.

제 1 항에 있어서, 상기 구는 다음 중 한가지인 것을 특징으로 하는 조성물:The composition of claim 1, wherein the sphere is one of the following:

멀라이트 구(이때 상기 구는 조성물의 32± 10의 중량 백분률을 갖는다);Mullite spheres, wherein the spheres have a weight percentage of 32 ± 10 of the composition;

알루미나 구(이때 상기 구는 조성물의 63± 15의 중량 백분률을 갖는다);Alumina spheres, wherein the spheres have a weight percentage of 63 ± 15 of the composition;

안정화된 지르코니아 구(이때 상기 구는 조성물의 58± 15의 중량 백분률을 갖는다).Stabilized zirconia spheres, wherein the spheres have a weight percentage of 58 ± 15 of the composition.

제 1 항에 있어서, 상기 구는 상기 구의 20부피멀라이트와 상기 구의 80 부피알루미나인 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 1, wherein the sphere is 20 volumite of the sphere and 80 vol alumina of the sphere.

제 1 항에 있어서, 상기 충전제 분말은 다음중 한가지 이상인 것을 특징으로 하는 조성물; 알루미나; 멀라이트; 세리아; 및 하프니아.The composition of claim 1, wherein the filler powder is one or more of the following: Alumina; Mullite; Ceria; And hafnia.

제 1 항에 있어서, 상기 충전제 분말은 멀라이트 충전제 분말인 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 1 wherein the filler powder is a mullite filler powder.

제 1 항에 있어서, 상기 산화물 충전제 분말은 조성물의 32± 15의 중량백분률을 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 1 wherein the oxide filler powder has a weight percentage of 32 ± 15 of the composition.

제 1 항에 있어서, 상기 인산염 결합제는 알루미늄 오르토-포스페이트인 것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 1 wherein the phosphate binder is aluminum ortho-phosphate.

제 13 항에 있어서, 상기 알루미늄 오르토-포스페이트는 조성물의 31± 15의 중량 백분률을 갖는것을 특징으로 하는 조성물.The composition of claim 13, wherein the aluminum ortho-phosphate has a weight percentage of 31 ± 15 of the composition.

제 13 항에 있어서, 상기 충전제 분말은 멀라이트이고, 상기 인산염 결합제와 상기 멀라이트의 상기 조합은 대략 9,000 센티포이즈의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.14. The composition of claim 13, wherein said filler powder is mullite and said combination of said phosphate binder and said mullite has a viscosity of approximately 9,000 centipoise.

다음 단계들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 절연조성물의 제조방법:A method of manufacturing a ceramic insulation composition, comprising the following steps:

(a) 인산염 결합제와 산화물 충전제 분말로 이루어지는 원료를 혼합하여 점성 슬러리를 형성하는 단계;(a) mixing a raw material consisting of a phosphate binder and an oxide filler powder to form a viscous slurry;

(b) 지정된 양의 중공의 산화물 기제 구를 슬러리에 첨가하여 단계(h)의 바디내의 각 구가 적어도 하나의 다른 구와 접촉하도록 하기에 효과적인 양으로 혼합물을 만드는 단계;(b) adding a designated amount of hollow oxide based spheres to the slurry to make the mixture in an amount effective to cause each sphere in the body of step (h) to contact at least one other sphere;

(c) 혼합물을 주조하여 예비침지된 몰드로 하는 단계;(c) casting the mixture into a pre-immersed mold;

(d) 점성을 갖는 주물을 건조하도록 두는 단계;(d) leaving the casting with viscosity to dry;

(e) 주물의 점도가, 최소 치수변형을 가지면서 몰드로부터 "그린(green)" 바디가 추출되기에 충분히 높을때, "그린" 바디를 제거하는 단계;(e) removing the “green” body when the viscosity of the casting is high enough to extract a “green” body from the mold with minimal dimensional deformation;

(f) "그린" 바디를 건조 오븐에 옮겨 유리수를 제거하는 단계;(f) transferring the “green” body to a drying oven to remove free water;

(g) "그린" 바디를 소성 오븐에 옮기는 단계;(g) transferring the “green” body to a firing oven;

(h) "그린" 바디를 소성시키고, 잔류유리수를 증발시키고, 공정에서 인산염을 열 변환시키는 단계; 그리고(h) calcining the "green" body, evaporating the residual free water and thermally converting the phosphate in the process; And

(i) 결합에 앞서 소성된 바디를 기계가공 마무리하는 단계.(i) machining the calcined body prior to joining.

제 16 항에 있어서, 단계 (c)는 행하는 시점부터 대략 24시간내에 혼합물을 주조하는 단계를 더 포함하며,17. The method of claim 16, wherein step (c) further comprises casting the mixture within approximately 24 hours from the time of performing,

단계 (f)에서, 건조오븐은 대략 80℃의 온도를 가지며;In step (f), the drying oven has a temperature of approximately 80 ° C .;

단계 (g)는 "그린" 바디가 안정적이 될때 소성 오븐에 "그린"바디를 주물을 옮기는 것을 더 포함하고,Step (g) further comprises transferring the casting of the "green" body to the firing oven when the "green" body becomes stable,

단계 (h)는 다음 단계들:Step (h) consists of the following steps:

(h1) 대략 250℃의 온도로 소성오븐을 서서히 가열함으로써 소성을 시작하는 단계,(h1) starting firing by slowly heating the firing oven to a temperature of approximately 250 ° C.,

(h2) 소성오븐의 온도를 대략 1600℃의 온도로 서서히 증가시켜 내화성 상의 인산염을 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 절연조성물의 제조방법.(h2) further comprising the step of gradually increasing the temperature of the firing oven to a temperature of approximately 1600 ° C. to form phosphate of the refractory phase.

제 16 항에 있어서, 단계 (e)는 몰드로부터 추출후의, 짝이되는 기판표면의 윤곽에 일치하도록 "그린" 바디의 형태화의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 절연조성물의 제조방법.17. The method of claim 16, wherein step (e) further comprises the step of shaping the "green" body to conform to the contour of the mating substrate surface after extraction from the mold.

제 17 항에 있어서, "그린"바디를 몰드로 부터 제거한 직후,18. The method of claim 17, immediately after removing the "green" body from the mold,

(i) 누출된 인산염을 과잉의 물에 담금으로써 세척해내고;(i) wash off the leaked phosphate by immersing it in excess water;

(ii) 오븐 건조시키고;(ii) oven dried;

(iii) 충분히 건조할때, 몰드의 건조중량이 원래의 건조중량의 대략 1이내일때 몰드를 다시 사용하여 또다른 주조를 행하는 것에 의해 몰드를 리사이클링하는 단계들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 절연조성물의 제조방법.(iii) further comprising the steps of recycling the mold by again using the mold to perform another casting when the dry weight of the mold is within about one of the original dry weight. Manufacturing method.