KR20070016943A - Method for microstructure control of ceramic thermal spray coating - Google Patents

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KR20070016943A KR1020060067148A KR20060067148A KR20070016943A KR 20070016943 A KR20070016943 A KR 20070016943A KR 1020060067148 A KR1020060067148 A KR 1020060067148A KR 20060067148 A KR20060067148 A KR 20060067148A KR 20070016943 A KR20070016943 A KR 20070016943A
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크리스토퍼 더블유. 스트록
찰스 지. 데이비스
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

세그먼트화된 세라믹 코팅을 도포하기 위한 장치는, 하나 이상의 기판을 지지 및 이동시키기 위한 수단; 상기 하나 이상의 기판 근처에 배치되는 하나 이상의 열원으로서, 그중 적어도 하나는 기판의 표면 상의 열 구배 영역을 예열하기 위해 열 스트림을 도포하도록 배치되는 열원; 상기 하나 이상의 열원 근처에 배치되는 재료 증착 장치로서, 상기 표면 상의 열 구배 영역 뒤에 위치하는 증착 영역에 재료를 증착하기 위해 배치되는 재료 증착 장치; 및 상기 하나 이상의 기판의 표면 온도를 감시하기 위한 수단을 포함한다. An apparatus for applying a segmented ceramic coating includes: means for supporting and moving one or more substrates; One or more heat sources disposed near the one or more substrates, at least one of which includes a heat source disposed to apply a heat stream to preheat the thermal gradient region on the surface of the substrate; A material deposition apparatus disposed near the one or more heat sources, the material deposition apparatus disposed to deposit material in a deposition region located behind a thermal gradient region on the surface; And means for monitoring the surface temperature of the at least one substrate.

열원, 열 스트림, 본드 코트층, 세라믹 재료층, 열 구배 영역, 감시 수단, 재료 증착 장치 Heat source, heat stream, bond coat layer, ceramic material layer, thermal gradient region, monitoring means, material deposition apparatus

Description

세라믹 열 분사 코팅의 미세구조 제어 방법 {METHOD FOR MICROSTRUCTURE CONTROL OF CERAMIC THERMAL SPRAY COATING}METHOD FOR MICROSTRUCTURE CONTROL OF CERAMIC THERMAL SPRAY COATING}

도1은 세그먼트화된 세라믹 분사 코팅을 도포하기 위한 기존 시스템의 도시도. 1 shows an existing system for applying a segmented ceramic spray coating.

도2는 코팅 내에 수직 미세크랙 미세구조를 달성하기 위해 세그먼트화된 분사 코팅을 도포하는 방법의 도시도. 2 illustrates a method of applying a segmented spray coating to achieve a vertical microcracks microstructure in a coating.

도3은 본 발명의 세라믹 분사 코팅을 도포하기 위한 시스템의 일 실시예의 도시도. 3 is an illustration of one embodiment of a system for applying a ceramic spray coating of the present invention.

도4는 본 발명의 세라믹 분사 코팅을 도포하기 위한 시스템의 다른 실시예의 도시도. 4 illustrates another embodiment of a system for applying a ceramic spray coating of the present invention.

도5는 본 발명의 세라믹 분사 코팅을 도포하기 위한 시스템의 또 다른 실시예의 도시도. Figure 5 illustrates another embodiment of a system for applying the ceramic spray coating of the present invention.

도6은 본 발명의 세라믹 분사 코팅을 도포하기 위한 시스템의 또 다른 실시예의 도시도. Figure 6 illustrates another embodiment of a system for applying the ceramic spray coating of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10, 34, 100, 200, 300, 400: 기판10, 34, 100, 200, 300, 400: substrate

14, 114, 214, 314, 414, 436: 플라즈마 토치 장치14, 114, 214, 314, 414, 436: plasma torch device

16, 116, 216, 316, 416: 플라즈마 기둥16, 116, 216, 316, 416: plasma column

20, 120, 220, 320, 420: 세라믹 재료20, 120, 220, 320, 420: ceramic materials

22, 132, 232, 332, 432: 증착 영역22, 132, 232, 332, 432: deposition area

24, 430: 가열 영역24, 430: heating zone

30, 122: 본드 코트 층30, 122: bond coat layer

36, 38: 세라믹 코팅층36, 38: ceramic coating layer

42, 236, 336: 열원42, 236, 336: heat source

44: 열분사 증착 장치44: thermal spray deposition apparatus

52: 표면 가열 영역52: surface heating zone

134, 234, 334, 434: 감시 장치134, 234, 334, 434: monitoring device

338: 레이저 빔338: laser beam

본 발명은 열분사 코팅에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 세라믹 코팅에서의 크랙 형성 제어에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to thermal spray coatings, and more particularly to control of crack formation in ceramic coatings.

항공기 분야에 특히 사용되는 현대식 가스 터빈 엔진은 성능 및 효율 향상을 위해 높은 회전 속도와 고온에서 작동한다. 현대식 가스 터빈 엔진의 터빈은 통상 축류(axial flow)형으로 설계되며, 다수의 축류 스테이지를 구비한다. 각각의 축 류 스테이지는 샤프트에 고정되는 디스크의 주위에 반경방향으로 장착된 다수의 블레이드를 포함한다. 블레이드의 선단(tip) 주위에서 가스 유동의 누설을 제한하기 위해 다수의 덕트 세그먼트가 스테이지를 둘러싼다. 이들 덕트 세그먼트는 정지 하우징 또는 케이싱의 내표면에 배치된다. 덕트 세그먼트의 포함은 열 효율을 향상시키는 바, 이는 블레이드 선단 주위에서 누설되는 대신에 스테이지를 통해서 유동하는 가스로부터 보다 많은 일이 얻어지기 때문이다. Modern gas turbine engines, particularly used in aviation, operate at high rotational speeds and high temperatures for improved performance and efficiency. Turbines of modern gas turbine engines are typically designed in axial flow, and have a number of axial flow stages. Each axial stage includes a plurality of blades mounted radially around a disk that is secured to the shaft. Multiple duct segments surround the stage to limit the leakage of gas flow around the tip of the blade. These duct segments are disposed on the inner surface of the stationary housing or casing. Inclusion of the duct segment improves thermal efficiency because more work is obtained from the gas flowing through the stage instead of leaking around the blade tip.

덕트 세그먼트는 블레이드 선단 주위에서의 가스 유동의 누설을 제한하기는 하지만, 누설을 완전히 차단하지는 못한다. 블레이드 선단 주위에서의 가스 유동은 소량이라 하더라도 터빈 효율에 해로운 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 가스 터빈 엔진 설계자는 효과적인 밀봉 구조물을 설계하기 위해 심혈을 기울인다. 이들 구조물은 일반적으로 선단에 내마모성을 부여하는 블레이드 선단 코팅과 조합하여 코팅된 덕트 세그먼트를 구비한다. 작동 시에, 선단은 덕트 세그먼트 상의 코팅에 절입됨으로써 밀봉을 제공한다. 이로인해 블레이드 손상이 방지되고 선단 간극 및 공기 누설 가능성이 최소화된다. Duct segments limit the leakage of gas flow around the blade tip but do not completely block leakage. Gas flows around the blade tip have been found to have a detrimental effect on turbine efficiency, even at low levels. Accordingly, gas turbine engine designers devote themselves to designing effective sealing structures. These structures generally have a duct segment coated in combination with a blade tip coating that imparts wear resistance to the tip. In operation, the tip provides a seal by cutting into the coating on the duct segment. This prevents blade damage and minimizes the potential for tip clearance and air leakage.

보통 세라믹인 작금의 덕트 세그먼트 코팅은 불행히도 침식(erosion)이나 스폴링(spalling)으로 인해 과도한 재료 손실을 겪게 된다. 일반적으로, 침식은 마모 및 부식과 같은 요인으로 인해 코팅 재료가 마멸되는 것이다. 침식은 때로는 엔진 작동 도중의 입자 충돌에 의해 이루어진다. 스폴링 또는 스폴레이션(spallation)은 통상 열응력 및 침습적 열환경에 기인하는 세라믹-금속 경계면에서의 박리(delamination) 크랙킹에 의해 초래된다. 스폴링은 복수의 작은 밀착 체 적의 코팅 재료로 구성되는 본질적으로 단편적인(piecemeal) 코팅 손실이다. Some duct segment coatings, usually ceramics, unfortunately suffer from excessive material loss due to erosion or spalling. Generally, erosion is the wear of the coating material due to factors such as wear and corrosion. Erosion is sometimes caused by particle collisions during engine operation. Spalling or spallation is usually caused by delamination cracking at the ceramic-metal interface due to thermal stresses and invasive thermal environments. Spalling is essentially a piecemeal coating loss consisting of a plurality of small adherent volumes of coating material.

침식 및 스폴링으로 인한 코팅 손실은 대부분 세그먼트 세라믹 코팅에 존재하는 미세크랙에 기인한다. 기판 표면에 나란히 형성되는 미세크랙 또는 수평 미세크랙은 상기 작동 조건 및 환경에 놓였을 때 코팅이 스폴 박리되게 한다. 이와 대조적으로, 수직 방향의 미세크랙은 코팅의 사용 수명을 연장시키는 코팅의 변형 공차를 뒷받침한다. 세그먼트화된 세라믹 코팅에서의 미세크랙 형성의 메카니즘은 열 유도된 응력이다. 코팅 증착 중에 코팅에는 열 구배가 주기적으로 유도된다. 이들 구배는, 코팅이 표면에 오픈 크랙 없이 도포될 수 있도록 제어되며, 이후 각각의 얇은 층이 생성된 후 냉각됨에 따라 표면 수축은 크랙이 표면으로 전파되는데 필요한 응력 레벨을 생성한다. 이후 표면의 재가열은 다음 얇은 코팅층이 도포되기 전에 크랙을 폐쇄한다. 크랙이 그 두께를 통과해서 또는 기판에 평행하게 전파되는 상대적 경향은 크랙 전파가 유도되기 전에 도포되는 층의 두께에 종속된다. Coating losses due to erosion and spalling are largely due to the microcracks present in the segment ceramic coating. Microcracks or horizontal microcracks that form side by side on the substrate surface cause the coating to spall off when subjected to the above operating conditions and environments. In contrast, the vertical microcracks support the deformation tolerances of the coating, which extends the service life of the coating. The mechanism of microcracks formation in segmented ceramic coatings is heat induced stress. Thermal gradients are induced periodically in the coating during coating deposition. These gradients are controlled so that the coating can be applied to the surface without open cracks, and then as each thin layer is created and then cooled, the surface shrinkage creates the stress levels necessary for the cracks to propagate to the surface. The reheating of the surface then closes the cracks before the next thin coating is applied. The relative tendency for cracks to propagate through or parallel to the substrate depends on the thickness of the layer applied before crack propagation is induced.

세라믹 코팅 손실은 블레이드 선단 간격을 증가시키며, 따라서 블레이드 자체에 해로울 뿐 아니라 터빈 효율에도 해롭다. 예를 들어, 블레이드는 엔진이 손실된 추력(thrust)을 보충하기 위해 작동해야 하는 높은 온도로 인해 손상될 수도 있다. 이러한 성능 손실은 세그먼트화된 세라믹 코팅의 품질을 향상시킴으로써 방지될 수 있다. The loss of ceramic coating increases the blade tip spacing, and therefore not only the blade itself, but also the turbine efficiency. For example, blades may be damaged due to the high temperatures at which the engine must operate to compensate for lost thrust. This loss of performance can be prevented by improving the quality of the segmented ceramic coating.

오늘날, 미국 특허 제6,102,656호('656 특허)는 세라믹 코팅을 향상시키기 위한 노력의 일환으로 세그먼트화된 세라믹 코팅을 도포하는 한 가지 방법을 개시하고 있다. 기판 상에 세라믹 코팅을 도포하는 것은 자동화 공정이며 따라서 기판 은 축 주위로 회전하거나 예를 들어 컨베이어를 따라서 직선 방향으로 이동하는 고정구에 배치된다. Today, US Pat. No. 6,102,656 (the '656 patent) discloses one method of applying a segmented ceramic coating in an effort to improve the ceramic coating. Applying a ceramic coating on the substrate is an automated process and the substrate is thus placed in a fixture that rotates about an axis or moves in a straight direction, for example along a conveyor.

'656 특허에 개시되어 있듯이, 기판(10)은 자동화 공정(도1 참조)에서 화살표 12로 도시되는 방향으로 이동할 수 있다. 플라즈마 토치 장치(14)는 기판(10)과 반대 방향인 화살표 26 방향으로 이동하고 플라즈마 기둥(plume)(16)을 방출한다. 플라즈마 기둥(16)은 기판(10)의 표면(18)을 향하는 한 쌍의 실선에 의해 한정된다. 플라즈마 토치 장치(14)는 다량의 세라믹 재료(20)를 화살표 28방향으로 플라즈마 기둥(16)에 방출하는 세라믹 (또는 분말형) 재료 공급기(도시되지 않음)를 구비한다. 세라믹 재료(20)는 플라즈마 기둥(16)에 혼입(entrain)되어 표면(18)을 향해 운반된다. 도시하듯이, 플라즈마 기둥(16)은 표면(18) 상의 가열 영역(24)에 증착 영역(22)이 형성되도록 세라믹 재료(20)보다 넓은 분사 패턴을 갖는다. As disclosed in the '656 patent, the substrate 10 may move in the direction shown by arrow 12 in an automated process (see FIG. 1). The plasma torch device 14 moves in the direction of arrow 26 opposite to the substrate 10 and emits a plasma plume 16. The plasma column 16 is defined by a pair of solid lines facing the surface 18 of the substrate 10. The plasma torch device 14 includes a ceramic (or powdered) material feeder (not shown) that releases a large amount of ceramic material 20 to the plasma column 16 in the direction of the arrow 28. The ceramic material 20 is entrained in the plasma column 16 and carried towards the surface 18. As shown, the plasma column 16 has a wider spray pattern than the ceramic material 20 such that the deposition region 22 is formed in the heating region 24 on the surface 18.

'656 특허는 플라즈마에 의한 표면 가열과 수직 미세크랙킹을 달성하는데 필요한 공기 냉각을 생성하기 위해 부품(기판(10))에 대한 플라즈마 토치의 저속 상대 이동과 함께 사용되는 고 파워 레벨 및 가스 유동에 의존한다. 이들 조건은 설비 능력, 효율과 세라믹 코팅의 미세구조 특징 사이의 절충을 나타낸다. The '656 patent relies on high power levels and gas flows used in conjunction with the slow relative movement of the plasma torch relative to the part (substrate 10) to produce the air cooling required to achieve surface heating by the plasma and vertical microcracking. do. These conditions represent a compromise between plant capacity, efficiency and the microstructural characteristics of the ceramic coating.

작금의 프로세스는 분사 과정에서 발생하는 열적 사이클링과 열 구배의 적절한 능동 제어를 항상 발휘할 수 없다. 수직 크랙 형성과 수평 크랙 형성 사이의 밸런스는 제어하기가 매우 어려우며, 매우 랜덤하게 발생한다. 도1에 도시하듯이, 플라즈마 토치에 의해 생성되는 가열 영역(24)은 증착 영역(22)보다 크며, 증착이 일어나려고 하는 방향보다는 증착이 막 일어난 방향으로 기판 위에서 더 연장되는 바, 즉 가열 영역(24)은 도1에서 증착 영역(22)의 우측보다는 좌측으로 더 연장된다. 표면 가열과 증착 위치 사이의 이러한 관계로 인해, 두께 크랙을 통해서 전파되도록 적절한 구동력만이 존재한다. 그 결과, 한 방향 이상으로 수축이 발생하며, 열적 사이클링은 크랙이 코팅을 통과해서 수직으로뿐만 아니라 코팅 평면 내에서 수평으로 형성되게 한다. 기판에 평행한 수평 크랙은 코팅의 변형 공차 및 내구성을 향상시키지 않으며, 이들 크랙은 실제로 코팅의 스폴링을 초래한다. Today's processes do not always have adequate active control of thermal cycling and thermal gradients that occur during injection. The balance between vertical crack formation and horizontal crack formation is very difficult to control and occurs very randomly. As shown in Fig. 1, the heating region 24 generated by the plasma torch is larger than the deposition region 22, and extends further on the substrate in the direction in which deposition has occurred rather than the direction in which deposition is to occur, i.e., the heating region. 24 extends further to the left than to the right of the deposition region 22 in FIG. Due to this relationship between surface heating and deposition location, there is only a suitable driving force to propagate through the thickness crack. As a result, shrinkage occurs in more than one direction, and thermal cycling causes the cracks to pass through the coating and form horizontally within the coating plane as well as vertically. Horizontal cracks parallel to the substrate do not improve the deformation tolerances and durability of the coating, and these cracks actually result in spalling of the coating.

결과적으로, 크랙킹 및 다공성의 독립 제어를 촉진하기 위한 것뿐만 아니라 세그먼트화된 세라믹 코팅에서의 크랙 형성을 제어함으로써 프로세스 반복성 및 코팅 성능의 일관성을 향상시킬 수 있는 개선된 방법이 요구된다. As a result, there is a need for an improved method that can improve process repeatability and consistency of coating performance by controlling crack formation in segmented ceramic coatings, as well as to promote independent control of cracking and porosity.

본 발명에 따르면, 기판 상에 세그먼트화된 세라믹 분사 코팅을 형성하는 방법은 (1) 기판 근처에 배치되는 하나 이상의 열원(heat source)을 제공하는 단계, (2) 선택적으로(optionally) 다량의 본드 코트 재료를 상기 하나 이상의 열원의 열 스트림 내에 또한 기판 표면의 증착 영역 상에 증착하여 선택적 본드 코트층을 형성하는 단계, (3) 선택적으로 다량의 제1 세라믹 재료를 상기 하나 이상의 열원의 열 스트림 내에 또한 기판의 증착 영역 상에 증착하여 상기 선택적 본드 코트층 상에 선택적 제1 세라믹 재료층을 형성하는 단계, (4) 열 스트림을 상기 제1 세라믹 재료층의 표면의 증착 영역 전방에 위치하는 예열된 열 구배 영역에 도포하여 상기 선택적 제1 세라믹 재료를 팽창시키는 단계, (5) 하나 이상의 양의 추가 세라믹 재료를 열 스트림 내에 또한 예열 팽창된 선택적 제1 세라믹 재료층 상에 증착하여 하나 이상의 추가 세라믹 재료층을 형성하는 단계, (6) 상기 하나 이상의 추가 세라믹 재료층을 냉각시켜 그 안에서의 수직 크랙 전파를 촉진하는 단계, 및 (7) 열 스트림을 상기 하나 이상의 추가 세라믹 재료층의 표면의 예열된 열 구배 영역에 도포하여 추가 세라믹 재료를 팽창시키는 단계를 포함한다. 단계5 내지 단계7은 필요할 경우 일회 이상 반복될 수 있다. According to the present invention, a method of forming a segmented ceramic spray coating on a substrate comprises the steps of (1) providing at least one heat source disposed near the substrate, and (2) optionally a large amount of bond. Depositing a coat material in the heat stream of the one or more heat sources and on the deposition region of the substrate surface to form a selective bond coat layer, (3) optionally depositing a large amount of the first ceramic material in the heat stream of the one or more heat sources And depositing on the deposition region of the substrate to form an optional first ceramic material layer on the selective bond coat layer, (4) preheating the heat stream located in front of the deposition region of the surface of the first ceramic material layer. Applying to the thermal gradient region to expand the optional first ceramic material, (5) preheating one or more amounts of additional ceramic material into the heat stream as well Depositing on the windowed selective first ceramic material layer to form one or more additional ceramic material layers, (6) cooling the one or more additional ceramic material layers to facilitate vertical crack propagation therein, and (7) Applying a heat stream to the preheated thermal gradient region of the surface of the at least one additional ceramic material layer to expand the further ceramic material. Steps 5 to 7 can be repeated one or more times as necessary.

본 발명에 따르면, 세그먼트화된 세라믹 코팅을 도포하기 위한 장치는, 하나 이상의 기판을 지지 및 이동시키기 위한 수단; 상기 하나 이상의 기판 근처에 배치되는 하나 이상의 열원으로서, 그중 적어도 하나는 기판의 표면 상의 열 구배 영역을 예열하도록 열 스트림을 도포하기 위해 배치되는 열원; 상기 하나 이상의 열원 근처에 배치되는 재료 증착 장치로서, 상기 표면 상의 열 구배 영역 뒤에 위치하는 증착 영역에 재료를 증착하기 위해 배치되는 재료 증착 장치; 및 하나 이상의 기판의 표면 온도를 감시(monitor)하기 위한 수단을 광의로 포함한다. According to the present invention, an apparatus for applying a segmented ceramic coating comprises: means for supporting and moving one or more substrates; One or more heat sources disposed near the one or more substrates, at least one of which includes a heat source disposed to apply the heat stream to preheat the thermal gradient region on the surface of the substrate; A material deposition apparatus disposed near the one or more heat sources, the material deposition apparatus disposed to deposit material in a deposition region located behind a thermal gradient region on the surface; And means for monitoring the surface temperature of the one or more substrates broadly.

본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세한 내용은 첨부도면 및 하기 설명에 설명된다. 본 발명의 다른 특징, 목적, 및 장점은 상세한 설명과 도면, 및 청구범위로부터 명백해질 것이다. The details of one or more embodiments of the invention are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages of the invention will be apparent from the description and drawings, and from the claims.

다양한 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소를 지칭한다. Like reference symbols in the various drawings indicate like elements.

세라믹 코팅의 품질을 향상시키기 위해, 본원에 개시된 방법은 코팅 미세구조 내에 존재하는 수직 미세크랙의 양을 증가시키는 것을 제안한다. 수직 미세크 랙은 코팅의 사용 수명을 연장시키는 응력 공차를 제공한다. In order to improve the quality of ceramic coatings, the methods disclosed herein suggest increasing the amount of vertical microcracks present in the coating microstructure. Vertical microcracks provide stress tolerances that extend the service life of the coating.

"평형", "평형을 이루다" 및 그 관련 형태의 용어는, 코팅 내에서의 수직 크랙 전파를 촉진하기 위해 기판 표면과 그 위에 증착되는 연속 코팅 층 사이의 온도 및 열 구배 형성을 전하기 위한 것이다. 본원에 개시된 프로세스 도중에, 코팅 층 내에서는 열 플럭스의 반복된 사이클이 단기간 동안 발생하고, 코팅층 표면을 동적으로 가열하며, 재료의 열 용량 및 전도성으로 인해 열 구배를 초래한다. 열 구배는 예를 들면 수분의 일초와 같은 일정 기간에 걸쳐서 소실될 수 있는 바, 이는 증착된 코팅 층의 수축을 초래하고 수직 크랙을 코팅 층의 표면 쪽으로 래칫이동시킨다. 본원에 개시된 방법을 통해서, 열 플럭스의 사이클이 계속 반복됨으로써 연속적인 코팅 층이 증착된다. The terms “equilibrium”, “balance” and related forms are intended to convey the temperature and thermal gradient formation between the substrate surface and the continuous coating layer deposited thereon to promote vertical crack propagation within the coating. During the process disclosed herein, repeated cycles of heat flux within the coating layer occur for a short period of time, dynamically heating the coating layer surface, resulting in a thermal gradient due to the thermal capacity and conductivity of the material. The thermal gradient can be lost over a period of time, for example one second of moisture, which causes shrinkage of the deposited coating layer and ratchets vertical cracks towards the surface of the coating layer. Through the methods disclosed herein, a continuous coating layer is deposited by repeating the cycle of heat flux.

이제 도2를 참조하면, 코팅 및 기판의 열 팽창, 열 용량, 및 전도성의 재료 특성을 이용하여, 크랙킹 특징을 제어하도록 열 구배가 셋업될 수 있다. 도1에 도시된 종래 기술의 프로세스와 달리, 이들 구배는 증착 이벤트 도중에 기판 위에서의 하나 이상의 분사 토치 또는 기타 열원의 각각의 패스 직전에 및/또는 도중에 코팅 표면의 순간적 가열에 의해 부과된다. 열 구배는 기판에 대한 코팅 표면의 팽창을 초래하며, 이는 세라믹 증착이 일어나는 동안 크랙을 폐쇄시킨다. 각각의 코팅 층이 증착된 후, 구배는 소실될 수 있고, 표면은 수축되어 인장됨으로써 크랙을 표면으로 전파시킨다. 표면 가열, 코팅, 냉각, 및 크랙 전파 사이클은 소정 코팅 두께가 얻어질 때까지 반복된다. 이러한 형태의 제어의 이점에는 미세구조물 형성 및 그 결과적인 특성의 향상된 반복성, 및 크랙킹과 다공성의 독립 제어가 포 함된다. Referring now to FIG. 2, thermal gradients can be set up to control cracking characteristics using the thermal expansion, thermal capacity, and conductive material properties of the coating and substrate. Unlike the prior art process shown in FIG. 1, these gradients are imposed by the instantaneous heating of the coating surface just before and / or during each pass of one or more spray torches or other heat sources on the substrate during the deposition event. The thermal gradient causes expansion of the coating surface relative to the substrate, which closes the cracks during ceramic deposition. After each coating layer is deposited, the gradient can be lost and the surface shrinks and stretches to propagate cracks to the surface. Surface heating, coating, cooling, and crack propagation cycles are repeated until the desired coating thickness is obtained. The benefits of this type of control include the formation of microstructures and improved repeatability of the resulting properties, and independent control of cracking and porosity.

도2에 도시하듯이, 본원에 개시된 코팅 시스템은 일반적으로, 기판(34)의 표면(32) 상에 증착되는 본드 코트층(30), 및 상기 본드 코트층(30) 상에 증착되는 하나 이상의 연속 도포된 세라믹 코팅 층(36, 38)을 포함한다. 증착 이전에, 기판(34)은 당업자가 알고 있는 종래 방법들 중 임의의 한가지 또는 종래 방법들의 조합을 사용하여 오염물이 제거되도록 청소될 수 있다. 예를 들면, 기판(34)을 청소하기 위해 알루미늄 산화물 그릿 블라스팅(grit blasting)이 사용될 수 있다. 기판(34)이 화살표 40방향으로 이동함에 따라, 열원(42)은 열분사 증착 장치(44)에 의해 코팅되는 표면(32) 부분의 앞에 배치되는 표면(32)의 적어도 일부에 열을 가할 수 있다. 열원(42)은 적절한 열적 사이클링을 보장하고 코팅 내에서의 수직 크랙 전파를 초래하기 위해 코팅층이 증착되기 전에 표면(32), 또는 표면(32) 및 예를 들어 층(30, 36, 38)과 같은 증착 코팅층의 온도를 상승시킨다. As shown in FIG. 2, the coating system disclosed herein generally includes a bond coat layer 30 deposited on the surface 32 of the substrate 34, and one or more deposited on the bond coat layer 30. Continuous applied ceramic coating layers 36, 38. Prior to deposition, the substrate 34 may be cleaned to remove contaminants using any one or a combination of conventional methods known to those skilled in the art. For example, aluminum oxide grit blasting may be used to clean the substrate 34. As the substrate 34 moves in the direction of the arrow 40, the heat source 42 can apply heat to at least a portion of the surface 32 disposed in front of the portion of the surface 32 coated by the thermal spray deposition apparatus 44. have. The heat source 42 may be treated with the surface 32 or the surface 32 and, for example, the layers 30, 36, 38, before the coating layer is deposited to ensure proper thermal cycling and result in vertical crack propagation in the coating. The temperature of the same deposition coating layer is raised.

제한적인 의미로서가 아닌 도시를 위한 목적으로, 도2의 코팅 시스템은 본원에서 설명되는 열 구배와 크랙 전파를 나타내는 몇 개의 영역을 포함할 수 있다. 가열 이전에는, 수직 크랙이 증착된 층의 표면까지 전파된 낮은 열 구배 영역(50)이 초기에 존재할 수 있다. 기판(34)이 이동함에 따라, 열원(42)은 낮은 열 구배 영역(50)의 표면 온도를 상승시켜 표면 가열 영역(52)을 형성한다. 표면 가열 영역(52)에서, 상승된 온도는 열 구배를 유도하여 표면을 팽창시키고 그 안의 기존 크랙을 폐쇄시킨다. 기판(34)은 계속 이동하고 표면 가열 영역(52)은 열분사 증착 장치(44)에 노출된다. 열분사 증착 장치(44)는 코팅 증착 영역(54)에서 기존 층(30, 36) 및/또는 표면(32) 상에 다른 연속적인 코팅 재료층(38)을 증착한다. 표면 가열 영역(52)으로서 전술된 팽창된 표면을 신선한 코팅 재료(38)가 커버한다. For purposes of illustration and not of limitation, the coating system of FIG. 2 may include several regions exhibiting thermal gradients and crack propagation described herein. Prior to heating, there may initially be a low thermal gradient region 50 which propagates to the surface of the layer where vertical cracks are deposited. As the substrate 34 moves, the heat source 42 raises the surface temperature of the low thermal gradient region 50 to form the surface heating region 52. In the surface heating zone 52, the elevated temperature induces a thermal gradient to expand the surface and close existing cracks therein. The substrate 34 continues to move and the surface heating area 52 is exposed to the thermal spray deposition apparatus 44. The thermal spray deposition apparatus 44 deposits another continuous coating material layer 38 on the existing layers 30, 36 and / or surface 32 in the coating deposition region 54. Fresh coating material 38 covers the expanded surface described above as surface heating area 52.

기판(34)이 화살표 40방향으로 계속 이동하여 열원(42) 및 증착 장치(44)로부터 멀어짐에 따라, 연속 도포된 코팅 층(30, 36, 38)은 냉각되기 시작하여 표면 냉각 영역(56)을 형성한다. 새롭게 증착된 코팅층(38)과 기존 코팅층(30, 36) 사이의 온도가 평형을 이룸에 따라 인장 응력을 완화하기 위해 수직 크랙은 대기에 노출되는 표면으로 전파되기 시작한다. 기판(34)은 계속 이동하고 층(38)은 계속 냉각되어 낮은 열 구배 영역(58)을 형성하며 이 영역에서 수직 크랙은 층(30, 36 및/또는 38)을 통해서 대기에 노출되는 표면으로 전파된다. As the substrate 34 continues to move in the direction of arrow 40 away from the heat source 42 and deposition apparatus 44, the continuously applied coating layers 30, 36, 38 begin to cool and the surface cooling area 56 To form. As the temperature between the newly deposited coating layer 38 and the existing coating layers 30 and 36 balances, vertical cracks begin to propagate to the surface exposed to the atmosphere to relieve tensile stress. The substrate 34 continues to move and the layer 38 continues to cool to form a low thermal gradient region 58 in which vertical cracks pass through the layers 30, 36 and / or 38 to the surface exposed to the atmosphere. It is spread.

선택적으로, 기판(34)에는 MCrAlY 재료 또는 다른 적합한 재료의 본드 코트(30)가 도포될 수 있다. MCrAlY는 공지된 금속 코팅 시스템을 지칭하며, 여기에서 M은 니켈, 코발트, 철, 또는 그 혼합물을 나타내고, Cr은 크롬을 나타내며, Al은 알루미늄을 나타내고, Y는 이트륨을 나타낸다. MCrAlY 재료는, 소정 조성으로 도포되고 증착 과정 중에 기판과 별로 상호작용(interact)하지 않기 때문에 오버레이 코팅으로도 종종 알려져 있다. MCrAlY 재료의 일부 비제한적인 예로서, 미국 특허 제3,528,861호는 미국 특허 제3,542,530호와 같이 FeCrAlY 코팅을 개시하고 있다. 또한, 미국 특허 제3,649,225호는 MCrAlY 코팅의 증착 이전에 기판에 크롬층이 도포되는 복합 코팅을 개시한다. 미국 특허 제3,676,085호는 CoCrAlY 오버레이 코팅을 개시하며, 미국 특허 제3,754,903호는 특별히 높은 연성을 갖는 NiCoCrAlY 오버레이 코팅을 개시한다. 미국 특허 제4,078,922호는 하프늄 및 이트륨 조합의 존재에 의해 내산화성 향상을 유도하는 코발트 기초 구조 합금을 개시한다. 본 발명의 출원인에게 양도되고 본원에 원용되는 미국 재발행 특허 제32,121호에는 바람직한 MCrAlY 본드 코트 조성이 개시되어 있는 바, 5-40 Cr, 8-35 Al, 0.1-2.0 Y, 0.1-7 Si, 0.1-2.0 Hf, 나머지는 Ni, Co, 및 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 중량 퍼센트 조성 범위를 갖는다. 역시 본 발명의 출원인에게 양도되고 본원에 원용되는 미국 특허 제4,585,481호 또한 참조하기 바란다. Optionally, a bond coat 30 of MCrAlY material or other suitable material may be applied to the substrate 34. MCrAlY refers to a known metal coating system wherein M represents nickel, cobalt, iron, or mixtures thereof, Cr represents chromium, Al represents aluminum, and Y represents yttrium. MCrAlY materials are often known as overlay coatings because they are applied with a predetermined composition and do not interact with the substrate during the deposition process. As some non-limiting examples of MCrAlY materials, US Pat. No. 3,528,861 discloses FeCrAlY coatings, such as US Pat. No. 3,542,530. In addition, US Pat. No. 3,649,225 discloses a composite coating in which a chromium layer is applied to a substrate prior to the deposition of the MCrAlY coating. US 3,676,085 discloses a CoCrAlY overlay coating, and US 3,754,903 discloses a NiCoCrAlY overlay coating with particularly high ductility. US Pat. No. 4,078,922 discloses a cobalt based structural alloy that induces enhanced oxidation resistance by the presence of a hafnium and yttrium combination. U.S. Reissue Patent No. 32,121, assigned to the applicant of the present invention and incorporated herein, discloses a preferred MCrAlY bond coat composition as disclosed herein: 5-40 Cr, 8-35 Al, 0.1-2.0 Y, 0.1-7 Si, 0.1 -2.0 Hf, the balance has a weight percent composition range selected from the group consisting of Ni, Co, and mixtures thereof. See also US Pat. No. 4,585,481, also assigned to the applicant of the present invention and incorporated herein.

상기 MCrAlY 본드 코트(30)는 소정 조성의 치밀하고 균일한 접착 코팅을 생성할 수 있는 임의의 방법에 의해 도포될 수 있다. 이러한 기술에는 스퍼터링, 전자빔 물리 기상 증착, 고속 플라즈마 분사 기술(HVOF, HVAF), 연소 프로세스, 와이어 분사 기술, 레이저빔 클래딩, 전자빔 클래딩 등이 포함되지만 이것에 제한되지는 않는다. 고속 플라즈마 분사 기술에서, 분사 토치는 진공 챔버에서 60torr(60mmHg) 미만의 압력으로 작동하거나 공기와 같은 다른 적절한 분위기에서 작동할 수 있다. 진공 챔버가 사용되면, 기판은 대략 1500℉(816℃) 내지 대략 1900℉(1038℃)의 온도로 가열될 수 있다. 공기 분위기가 사용되면, 기판 온도는 대략 600℉(316℃) 미만의 온도로 유지될 수 있다. The MCrAlY bond coat 30 may be applied by any method capable of producing a dense and uniform adhesive coating of a predetermined composition. Such techniques include, but are not limited to, sputtering, electron beam physical vapor deposition, high speed plasma spraying techniques (HVOF, HVAF), combustion processes, wire spraying techniques, laser beam cladding, electron beam cladding, and the like. In high speed plasma spraying techniques, the spraying torch can operate at a pressure of less than 60 torr (60 mmHg) in a vacuum chamber or in other suitable atmospheres such as air. If a vacuum chamber is used, the substrate may be heated to a temperature of approximately 1500 ° F. (816 ° C.) to approximately 1900 ° F. (1038 ° C.). If an air atmosphere is used, the substrate temperature may be maintained at a temperature below approximately 600 ° F. (316 ° C.).

본드 코트(30)의 입자 크기는 임의의 적절한 크기일 수 있으며, 실시예에서는 대략 15미크론(0.015mm) 내지 대략 60미크론(0.060mm) 사이일 수 있고, 평균 입자 크기는 대략 25미크론(0.025mm)이다. 본드 코트(30)는 임의의 적합한 두께로 도포될 수 있으며, 실시예에서는 대략 5mil(0.127mm) 내지 대략 10mil(0.254mm)의 두께일 수 있다. 일부 실시예에서, 두께는 대략 6mil(0.152mm) 내지 대략 7mil(0.178mm)일 수 있다. The particle size of the bond coat 30 may be any suitable size, and in embodiments may be between approximately 15 microns (0.015 mm) and approximately 60 microns (0.060 mm), with an average particle size of approximately 25 microns (0.025 mm). )to be. Bond coat 30 may be applied to any suitable thickness, and in embodiments may be from about 5 mils (0.127 mm) to about 10 mils (0.254 mm) thick. In some embodiments, the thickness may be approximately 6 mils (0.152 mm) to approximately 7 mils (0.178 mm).

세그먼트화된 세라믹 코팅(36, 38)은 본드 코트(30)에 도포되거나 기판(34) 상에 직접 도포될 수 있다. 세라믹 코팅은 임의의 적절한 두께로 개별 도포되는 하나 이상의 세라믹 층(36, 38)을 포함할 수 있다. 일부 실시예는 대략 20mil(0.508mm) 내지 대략 150mil(3.81mm)의 전체 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예는 대략 50mil(1.270mm)의 전체 두께를 가질 수 있다. 세라믹 코팅은 본원에 기술되는 하나 이상의 연속 분사 공정에서 형성될 수 있다. Segmented ceramic coatings 36, 38 may be applied to bond coat 30 or directly on substrate 34. The ceramic coating may include one or more ceramic layers 36, 38 that are applied individually at any suitable thickness. Some embodiments may have an overall thickness of approximately 20 mils (0.508 mm) to approximately 150 mils (3.81 mm). Other embodiments may have a total thickness of approximately 50 mils (1.270 mm). The ceramic coating may be formed in one or more continuous spray processes described herein.

이제 도3을 참조하면, 본 발명의 시스템이 도시되어 있다. 기판(100)은 당업자가 알 수 있는 자동화 공정에서 화살표 112 방향으로 이동할 수 있다. 분사 토치 장치(114)는 정지 상태를 유지한 채로 기판(100)에 열을 가할 수 있거나, 또는 화살표 126 방향으로 기판(100)과 반대 방향으로 이동할 수도 있다. 분사 토치 장치(114)는 이온화된 종(種:species)을 포함할 수 있는 가열된 가스 기둥(116)을 방출한다. 사용되는 열원의 형태에 의해 열원이 기판(100)의 거동에 대해 이동될 것인지 또는 적소에 유지될 것인지가 결정될 것으로 생각된다. 그러나, 열원은 세라믹 재료를 도포할 때 기판(100)의 표면(118) 상의 증착 영역(132) 이전에 위치하는 열 구배 영역을 예열하도록 배치되는 것이 바람직하다. 대표적인 토치로는 뉴욕주 Westbury 소재의 Sulzer Metco, Inc.에서 시판중인 3MB®과 같은 에어 플라즈마 분사총(spray gun)이 포함되지만 이것에 제한되지는 않는다. Referring now to FIG. 3, a system of the present invention is shown. The substrate 100 may move in the direction of arrow 112 in an automated process known to those skilled in the art. The spray torch device 114 may apply heat to the substrate 100 while maintaining a stationary state, or may move in the direction opposite to the substrate 100 in the direction of arrow 126. The spray torch device 114 emits a heated gas column 116 that may include ionized species. It is contemplated that the type of heat source used will determine whether the heat source will be moved or held in place relative to the behavior of the substrate 100. However, the heat source is preferably arranged to preheat the thermal gradient region located before the deposition region 132 on the surface 118 of the substrate 100 when applying the ceramic material. Representative torches include, but are not limited to, air plasma spray guns such as 3MB ® available from Sulzer Metco, Inc., Westbury, NY.

선택적 본드 코트층(122)이 도포되면, 세라믹(또는 분말형) 재료 공급기(도시되지 않음)는 다량의 세라믹 재료(120)를 화살표 128 방향으로 플라즈마 기둥(116)에 주입한다. 주입되는 세라믹 재료(120)의 방향은 기판(100)의 이동 방향과 동일하고 플라즈마 토치 장치(114)의 이동 방향과 반대인 것이 바람직하다. 세라믹 재료(120)는 플라즈마 기둥(116)에 혼입되며, 표면(118) 쪽으로 운반된다. Once the optional bond coat layer 122 is applied, a ceramic (or powdered) material feeder (not shown) injects a large amount of ceramic material 120 into the plasma column 116 in the direction of arrow 128. The direction of the injected ceramic material 120 is preferably the same as the moving direction of the substrate 100 and opposite to the moving direction of the plasma torch device 114. Ceramic material 120 is incorporated into the plasma column 116 and is carried towards the surface 118.

세라믹 재료(120)는 플라즈마 기둥(116)의 뒷 부분 또는 먼 좌측 절반부에 의해 혼입되어 운반되기에 충분한 힘으로 주입되는 것이 바람직하다. 주입되는 세라믹 재료(120)의 방향 및 속도를 제어함으로써, 프로세스는 이어서 효과적으로 표면(118), 예를 들면 세라믹 재료 증착 영역(132)으로의 세라믹 재료(120) 증착 위치에 대한 제어를 효과적으로 달성한다. 플라즈마 기둥(116)은 세라믹 재료 증착 영역(132)을 둘러싸는 표면(118)을 타격할 때 가열 영역(130)을 생성하며 세라믹 재료(120)의 초기 증착 또는 재증착 이전에 표면(118)을 효과적으로 예열한다. The ceramic material 120 is preferably injected with sufficient force to be incorporated and transported by the back portion or the far left half of the plasma column 116. By controlling the direction and speed of the implanted ceramic material 120, the process then effectively achieves control of the ceramic material 120 deposition location to the surface 118, for example the ceramic material deposition region 132. . Plasma pillar 116 creates a heating region 130 when striking the surface 118 surrounding the ceramic material deposition region 132 and deposits the surface 118 prior to initial deposition or redeposition of the ceramic material 120. Preheat effectively.

통상, 열적 사이클링이 일어나면, 증착된 세라믹 재료는 여러 방향으로 냉각 및 수축을 시작한다. 다른 세라믹 재료층이 증착되면, 세라믹 재료의 얇은 평판으로부터의 열 입력은 코팅 평면 내에서의 크랙을 초래한다. 코팅이 수축 및 가변적 열 구배를 겪기 때문에, 형성되는 미세크랙은 수직하지 않을 수 있는 바, 즉 기판(100)의 표면(118)에 대해 평행할 수 있다. Typically, when thermal cycling occurs, the deposited ceramic material begins to cool and shrink in several directions. If another layer of ceramic material is deposited, heat input from the thin plate of ceramic material results in cracking in the coating plane. As the coating undergoes shrinkage and variable thermal gradients, the microcracks formed may not be vertical, ie parallel to the surface 118 of the substrate 100.

표면(118) 또는 증착된 층, 즉 본드 코트층(122)의 예열은 세라믹 재료 증착 영역(132) 주위의 온도를 상승 및 평형시킬 수 있고, 표면(118) 및/또는 증착된 층과 영역(132)에 증착되는 세라믹 재료 사이에 존재하는 온도차, 즉 열 구배를 감소 시킬 수 있다. 증착된 세라믹 재료의 수축은 기존 세라믹 층에 비해 덜 심해질 것이며, 그 결과 코팅층들 사이의 응력이 감소하고, 기판에 평행한 크랙킹 성향이 감소한다. 또한, 예열이 충분히 빨리 발생하면, 코팅 표면(118)과 기판(100) 사이에 충분한 열 구배가 유도될 것이고, 그 결과 평면 내에는 상기 구배가 소실될 때 크랙을 기판에 수직하게 전파시킬 응력이 생성된다. 결과적인 증착된 세라믹 재료층은 소정의 수직하게 미세크랙킹된 구조를 형성할 가능성이 더욱 높다. Preheating of the surface 118 or deposited layer, ie, the bond coat layer 122, can raise and equilibrate the temperature around the ceramic material deposition region 132 and the surface 118 and / or the deposited layers and regions ( It is possible to reduce the temperature difference, ie, the thermal gradient, present between the ceramic materials deposited on 132. Shrinkage of the deposited ceramic material will be less severe than conventional ceramic layers, as a result of which the stresses between the coating layers are reduced and the propensity for cracking parallel to the substrate is reduced. In addition, if the preheating occurs fast enough, sufficient thermal gradient will be induced between the coating surface 118 and the substrate 100, resulting in a stress in the plane that will propagate the crack perpendicular to the substrate when the gradient is lost. Is generated. The resulting deposited ceramic material layer is more likely to form any vertically fine cracked structure.

예열이 발생하고 열 구배가 제어되는 것이 보장되도록, 증착 프로세스에 걸쳐서 표면(118)의 온도를 측정하기 위해 감시 장치(134)가 사용될 수 있다. 적절한 감시 장치에는 적외선 카메라, 광 고온계(optical pyrometer), 열전쌍, 전술한 장치 중 적어도 하나를 포함하는 조합체 등이 포함되지만 이것에 제한되지는 않는다. 감시 장치(134)는 기판 또는 코팅면 온도에 관한 데이터를 조작자, PLC, 개방 루프 제어와 수동 프로세스 제어의 조합, 또는 자동화된 증착 공정을 제어하는 컴퓨터 등에 제공할 수 있다. The monitoring device 134 can be used to measure the temperature of the surface 118 throughout the deposition process to ensure that preheating occurs and the thermal gradient is controlled. Suitable monitoring devices include, but are not limited to, infrared cameras, optical pyrometers, thermocouples, combinations including at least one of the foregoing devices, and the like. The monitoring device 134 may provide data regarding the substrate or coating surface temperature to an operator, a PLC, a combination of open loop control and manual process control, or a computer controlling an automated deposition process.

이제 도4 및 도5를 참조하면, 도3에 도시된 시스템의 두 가지 대체 실시예가 도시되어 있다. 특히 도4를 참조하면, 기판(200)은 화살표 212 방향으로 이동할 수 있다. 플라즈마 토치 장치(214)는 정지 상태로 유지될 수 있거나, 또는 화살표 226 방향으로 기판(200)과 반대 방향으로 이동하여 플라즈마 기둥(216)을 방출할 수 있다. 선택적 본드 코트층이 도포되면, 세라믹(또는 분말형) 재료 공급기(도시되지 않음)는 다량의 세라믹 재료(220)를 화살표 228 방향으로 플라즈마 기둥(216)에 주입한다. 주입되는 세라믹 재료(220)의 방향은 기판(200)의 이동 방향과 동일 하고 플라즈마 토치 장치(214)의 이동 방향과 반대인 것이 바람직하다. 세라믹 재료(220)는 플라즈마 기둥(216)에 혼입되며, 표면(218) 쪽으로 운반된다. Referring now to FIGS. 4 and 5, two alternative embodiments of the system shown in FIG. 3 are shown. In particular, referring to FIG. 4, the substrate 200 may move in the direction indicated by the arrow 212. The plasma torch device 214 may remain stationary or may move in the opposite direction to the substrate 200 in the direction of arrow 226 to release the plasma column 216. Once the optional bond coat layer is applied, a ceramic (or powdered) material feeder (not shown) injects a large amount of ceramic material 220 into the plasma column 216 in the direction of arrow 228. The direction of the injected ceramic material 220 is preferably the same as the moving direction of the substrate 200 and opposite to the moving direction of the plasma torch device 214. Ceramic material 220 is incorporated into the plasma column 216 and is carried towards the surface 218.

세라믹 재료 증착 영역(232)의 전방에 놓이는 표면 영역(230)을 예열하기 위해 하나 이상의 열원(236)이 사용될 수 있다. 열원(236)은 열 구배와 수축이 방지 및/또는 감소되도록 기판(200) 및 세라믹 재료 증착 영역(232)을 둘러싸는 코팅층의 온도를 상승 및 평형시키기 위해 기판 표면(218) 즉 가열되는 영역(230) 상에 열 빔(238)을 방출하기에 충분한 파워를 가질 수 있다. 열원(236)은 세라믹 재료(220)의 초기 증착 또는 재증착 이전에 기판(200) 및 코팅 층의 온도가 평형을 이루도록 보장하기에 충분한 거리 및 각도로 배치될 수 있다. 열원(236)은 당업자에게 공지되어 있는 임의의 복사 또는 대류성 열원을 포함할 수 있다. 대표적인 열원에는 뉴욕주 Westbury 소재의 Sulzer-Metco, Inc.에서 시판중인 3MB®또는 Diamond Jet 토치와 같은 플라즈마 또는 연소 열분사 토치; 연소 히터 또는 토치; 백열, 종래의 램프 또는 할로겐 램프와 같은 복사 저항 열원; 레이저 열원, 전술한 열원 중 적어도 하나를 포함하는 조합체 등이 포함되지만 이것에 제한되지는 않는다. One or more heat sources 236 may be used to preheat the surface region 230 that lies in front of the ceramic material deposition region 232. The heat source 236 is a substrate surface 218, i.e., a heated region, for raising and equilibrating the temperature of the coating layer surrounding the substrate 200 and the ceramic material deposition region 232 such that thermal gradients and shrinkage are prevented and / or reduced. It may have sufficient power to emit heat beam 238 on 230. The heat source 236 may be disposed at a distance and angle sufficient to ensure that the temperatures of the substrate 200 and coating layer are balanced prior to initial deposition or redeposition of the ceramic material 220. The heat source 236 can include any radiant or convective heat source known to those skilled in the art. Representative heat sources include plasma or combustion thermal spray torches, such as 3MB ® or Diamond Jet torches available from Sulzer-Metco, Inc., Westbury, NY; Combustion heater or torch; Radiation resistant heat sources such as incandescent, conventional lamps or halogen lamps; Laser heat sources, combinations including at least one of the foregoing heat sources, and the like, are included, but are not limited thereto.

전술했듯이, 증착 프로세스에 걸쳐서 표면(218)의 온도를 측정하기 위해 감시 장치(234)가 사용될 수 있다. 적절한 감시 장치에는 적외선 카메라, 광 고온계, 열전쌍, 전술한 장치 중 적어도 하나를 포함하는 조합체, 등이 포함되지만 이것에 제한되지는 않는다. 감시 장치(234)는 기판 및 표면 온도에 관한 데이터를 조작자, PLC, 개방 루프 제어와 수동 프로세스 제어의 조합, 또는 전술한 자동화된 증착 공정을 제어하는 컴퓨터 등에 제공할 수 있다. As noted above, the monitoring device 234 can be used to measure the temperature of the surface 218 over the deposition process. Suitable monitoring devices include, but are not limited to, infrared cameras, optical pyrometers, thermocouples, combinations including at least one of the foregoing devices, and the like. The monitoring device 234 may provide data regarding the substrate and surface temperature to an operator, a PLC, a combination of open loop control and manual process control, or a computer controlling the automated deposition process described above.

이제 도5를 참조하면, 기판(300)은 화살표 312 방향으로 이동할 수 있다. 플라즈마 토치 장치(314)는 정지 상태로 유지될 수 있거나, 또는 화살표 326 방향으로 기판(300)과 반대 방향으로 이동하여 플라즈마 기둥(316)을 방출할 수 있다. 선택적 본드 코트층이 도포되면, 세라믹(또는 분말형) 재료 공급기(도시되지 않음)는 다량의 세라믹 재료(320)를 화살표 328 방향으로 플라즈마 기둥(316)에 주입한다. 주입되는 세라믹 재료(320)의 방향은 기판(300)의 이동 방향과 동일하고 플라즈마 토치 장치(314)의 이동 방향과 반대인 것이 바람직하다. 세라믹 재료(320)는 플라즈마 기둥(316)에 혼입되며, 표면(318) 쪽으로 운반된다. Referring now to FIG. 5, the substrate 300 may move in the direction of arrow 312. The plasma torch device 314 may remain stationary or may move in the opposite direction from the substrate 300 in the direction of arrow 326 to release the plasma pillar 316. Once the optional bond coat layer is applied, a ceramic (or powdered) material feeder (not shown) injects a large amount of ceramic material 320 into the plasma column 316 in the direction of arrow 328. The direction of the ceramic material 320 to be injected is preferably the same as the moving direction of the substrate 300 and opposite to the moving direction of the plasma torch device 314. Ceramic material 320 is incorporated into the plasma column 316 and is carried towards the surface 318.

전술했듯이, 세라믹 재료 증착 영역(332)의 전방에 놓이는 기판 표면 영역(330)을 예열하기 위해 하나 이상의 열원(336)이 사용될 수 있다. 이 대체 실시예에서, 열원(336)은 레이저를 포함할 수 있다. 레이저 열원(336)은 세라믹 재료 증착 영역(332)을 둘러싸는 코팅층의 온도를 상승시켜서 열 구배를 방지 및/또는 감소시키고 코팅 내에서 두께를 통해서 존재하는 크랙을 실질적으로 폐쇄하기에 충분한 기판에 대한 표면 팽창을 초래하기 위해 기판 또는 코팅면(318)의 영역(330)을 가열하기에 충분한 파워 또는 강도를 갖는 레이저 빔(338)을 방출한다. 레이저 열원(336)은 세라믹 재료(320)의 초기 증착 또는 재증착 이전에 코팅 층의 온도가 충분히 상승되도록 보장하기에 충분한 거리 및 각도로 배치될 수 있다. 대표적인 열원에는 당업계에서 용접 및 절단 분야에서 사용되는 레이저 열원이 포함되지만 이것에 제한되지는 않는다. As discussed above, one or more heat sources 336 may be used to preheat the substrate surface region 330 that lies in front of the ceramic material deposition region 332. In this alternative embodiment, the heat source 336 may comprise a laser. The laser heat source 336 raises the temperature of the coating layer surrounding the ceramic material deposition region 332 to prevent and / or reduce thermal gradients and to substantially close cracks present through the thickness in the coating. It emits a laser beam 338 with sufficient power or intensity to heat the area 330 of the substrate or coating surface 318 to cause surface expansion. The laser heat source 336 may be disposed at a distance and angle sufficient to ensure that the temperature of the coating layer is sufficiently raised prior to initial deposition or redeposition of the ceramic material 320. Representative heat sources include, but are not limited to, laser heat sources used in the welding and cutting art in the art.

전술했듯이, 증착 프로세스에 걸쳐서 표면(318)의 온도를 측정하기 위해 감시 장치(334)가 사용될 수 있다. 적절한 감시 장치에는 적외선 카메라, 광 고온계, 열전쌍, 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합체, 등이 포함되지만 이것에 제한되지는 않는다. 감시 장치(334)는 기판 표면 온도에 관한 데이터를 자동화된 증착 공정을 제어하는 조작자에게 직접 제공할 수 있거나, 또는 그러한 데이터를 전술한 자동화 시스템 등에 제공할 수 있다. As noted above, the monitoring device 334 can be used to measure the temperature of the surface 318 over the deposition process. Suitable monitoring devices include, but are not limited to, infrared cameras, optical pyrometers, thermocouples, combinations including at least one of the foregoing, and the like. The monitoring device 334 may provide data relating to the substrate surface temperature directly to an operator who controls the automated deposition process, or may provide such data to the automation system described above.

이제 도6을 참조하면, 도3에 도시된 시스템의 또 다른 대체 실시예가 도시되어 있다. 기판(400)은 화살표 412 방향으로 이동할 수 있다. 제1 플라즈마 토치 장치(414)는 정지 상태로 유지될 수 있거나, 또는 화살표 426 방향으로 기판(400)과 반대 방향으로 이동하여 플라즈마 기둥(416)을 방출할 수 있다. 세라믹 재료 증착 영역(432)의 전방에 놓이는 기존의 코팅 표면 영역, 즉 가열 영역(430)을 예열하기 위해 하나 이상의 열원, 및 바람직하게는 제2 플라즈마 토치 장치(436)가 사용될 수 있다. 제2 플라즈마 토치 장치(436)는 세라믹 재료 증착 영역(432)을 둘러싸는 코팅층의 온도를 상승시켜 표면의 열 구배 및 팽창을 초래하기 위해 표면(418), 즉 가열 영역(430)에 제2 플라즈마 기둥(438)을 방출한다. 제2 플라즈마 토치 장치(436)는 (도시하듯이) 제1 플라즈마 토치 장치(414)와 직렬 연결될 수 있거나, 또는 이와 달리, 독립적으로 전력 공급되고 조작자, PLC, 개방 루프 제어와 수동 프로세스 제어의 조합, 또는 전술한 자동화된 증착 공정을 제어하는 컴퓨터에 의해 제어될 수도 있다. 토치 장치(414, 436)는 코팅 재료를 팽창시켜 그 내부에 서의 관통 두께 크랙을 폐쇄시키기 위해 기존 코팅층의 표면을 가열한다. 토치 장치(436)는 코팅 재료를 팽창시키고 표면 상의 관통 두께 크랙을 폐쇄시키기 위해 기존 코팅층의 표면을 주로 가열할 수 있다. 선택적 본드 코트층이 도포되면, 세라믹(또는 분말) 재료 공급기(도시되지 않음)는 다량의 세라믹 재료(420)를 화살표 428 방향으로 플라즈마 기둥(416)에 주입한다. 세라믹 재료(420)는 플라즈마 기둥(416) 내에 혼입되어 표면(418)을 향해 운반된다. Referring now to FIG. 6, another alternative embodiment of the system shown in FIG. 3 is shown. The substrate 400 may move in the direction of arrow 412. The first plasma torch device 414 may be kept stationary or may move in the direction opposite to the substrate 400 in the direction of arrow 426 to release the plasma pillar 416. One or more heat sources, and preferably a second plasma torch device 436, may be used to preheat the existing coating surface area, ie the heating area 430, that lies in front of the ceramic material deposition area 432. The second plasma torch device 436 raises the temperature of the coating layer surrounding the ceramic material deposition region 432 to cause a thermal gradient and expansion of the surface to cause a second plasma on the surface 418, ie, the heating region 430. Eject pillar 438. The second plasma torch device 436 may be connected in series with the first plasma torch device 414 (as shown), or alternatively, may be powered independently and a combination of operator, PLC, open loop control and manual process control. Or by a computer controlling the automated deposition process described above. Torch devices 414 and 436 heat the surface of the existing coating layer to expand the coating material and close the through thickness crack therein. Torch device 436 may primarily heat the surface of an existing coating layer to expand the coating material and close the through thickness cracks on the surface. Once the optional bond coat layer is applied, a ceramic (or powder) material feeder (not shown) injects a large amount of ceramic material 420 into the plasma column 416 in the direction of arrow 428. Ceramic material 420 is incorporated into the plasma column 416 and is carried towards the surface 418.

제1 및 제2 플라즈마 토치 장치(414, 436)의 가스 유동을 제어함으로써, 각각의 플라즈마 기둥(416, 438)은 표면(418)에 대한 높은 열전달율을 달성하기 위해 독립적으로 신장될 수 있다. 이 효과를 달성하기 위해, 제2 플라즈마 토치 장치(436)는 세라믹 재료(420)의 증착 이전에 충분히 높은 열 구배 및 팽창을 초래하도록 코팅층의 온도가 가열되는 것을 보장하기에 충분한 거리 및 각도로 배치될 수 있다. 제2 플라즈마 토치 장치(436)는 제2 플라즈마 기둥(438)이 표면(418) 및 기존의 임의의 코팅층을 예열할 수 있도록 기판(400)의 표면(418)에 대해 제1 플라즈마 토치 장치(414)보다 가까운 거리에 배치될 수 있다. 제1 플라즈마 토치 장치(414)와 제2 플라즈마 토치 장치(436)에는 당업자에게 공지된 임의의 플라즈마 토치가 포함될 수 있다. 하나의 대표적인 플라즈마 토치로는 뉴욕주 Westbury 소재의 Sulzer Metco, Inc.에서 시판중인 3MB®와 같은 에어 플라즈마 분사총이 포함될 수 있지만, 이것에 제한되지는 않는다. By controlling the gas flow of the first and second plasma torch devices 414, 436, each plasma column 416, 438 can be independently stretched to achieve high heat transfer rates to the surface 418. To achieve this effect, the second plasma torch device 436 is positioned at a distance and angle sufficient to ensure that the temperature of the coating layer is heated to cause a sufficiently high thermal gradient and expansion prior to the deposition of the ceramic material 420. Can be. The second plasma torch device 436 provides a first plasma torch device 414 relative to the surface 418 of the substrate 400 such that the second plasma column 438 can preheat the surface 418 and any existing coating layer. It may be arranged at a closer distance than The first plasma torch device 414 and the second plasma torch device 436 may include any plasma torch known to those skilled in the art. One representative plasma torch may include, but is not limited to, an air plasma spray gun such as 3MB ® available from Sulzer Metco, Inc., Westbury, NY.

전술했듯이, 증착 프로세스에 걸쳐서 표면(418)의 온도를 측정하기 위해 감 시 장치(434)가 사용될 수 있다. 적절한 감시 장치에는 적외선 카메라, 광 고온계, 열전쌍, 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합체, 등이 포함되지만 이것에 제한되지는 않는다. 감시 장치(434)는 코팅 표면 온도에 관한 데이터를 조작자, PLC, 개방 루프 제어와 수동 프로세스 제어의 조합, 또는 전술한 자동화된 증착 공정을 제어하는 컴퓨터 등에 제공할 수 있다. As mentioned above, the monitoring device 434 can be used to measure the temperature of the surface 418 throughout the deposition process. Suitable monitoring devices include, but are not limited to, infrared cameras, optical pyrometers, thermocouples, combinations including at least one of the foregoing, and the like. The monitoring device 434 may provide data regarding the coating surface temperature to an operator, a PLC, a combination of open loop control and manual process control, or a computer controlling the automated deposition process described above.

본원에서 고려된 방법들의 처리 파라미터는 (본드 코트 표면에 대략 수직한) 수직 세그먼트화를 생성하도록 제어되며, 총 형태 및 고정구 기하학적 형태와 같은 변수에 종속적이다. 일반적으로, 근접한 총-대-부품 분사 거리와 비교적 높은 전력 증착이 조합되면 인치당 대략 4 내지 대략 20개의 미세크랙의 바람직한 수직 세그먼트화가 초래되는 것으로 알려졌다. 당업자라면 상이한 분사총, 기판 및/또는 고정구의 사용에 따라 상기 파라미터가 달라질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본원에 개시된 파라미터는 상이한 작동 조건에 대한 다른 적절한 파라미터를 선택하기 위한 가이드로서 사용될 수 있다. The processing parameters of the methods contemplated herein are controlled to produce vertical segmentation (approximately perpendicular to the bond coat surface) and are dependent on variables such as total shape and fixture geometry. In general, the combination of close total-to-part injection distance and relatively high power deposition has been found to result in desirable vertical segmentation of approximately 4 to approximately 20 microcracks per inch. Those skilled in the art will appreciate that the parameters may vary depending on the use of different spray guns, substrates and / or fixtures. Thus, the parameters disclosed herein can be used as a guide for selecting other suitable parameters for different operating conditions.

실시예에서, 세라믹 재료의 분사 증착 도중에, 대략 38인치(0.965m)의 직경을 갖는 원통형 고정구는 대략 5rpm 내지 100rpm, 바람직하게는 대략 25rpm의 속도로 회전할 수 있다. 플라즈마 분사총은 중공 원통형 고정구의 내부에 배치될 수 있다. 개별 부품 코팅 도중의 총-대-부품 각도는 대략 60도 내지 대략 120도 사이일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 90도일 수 있다. 세라믹 층의 제조 도중에 상기 총-대-부품 거리는 대략 2인치(0.05m) 내지 대략 5인치(0.13m) 사이에서 가변적일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 3.25인치(0.083m)일 수 있다. 이러한 근 접한 총 거리는 만족할만한 수직 세그먼트화를 달성하기 위해서 필요할 수 있다. 증착 도중에 회전 고정구 및 기판을 축방향으로 가로지르는 총 횡단 속도는 고정구의 일회전당 대략 0.05인치(0.0013m/rev.) 내지 대략 1 in/Rev.(0.03m/min) 사이일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 0.2in/Rev.(0.05m/Rev.)일 수 있다. In an embodiment, during spray deposition of the ceramic material, the cylindrical fixture having a diameter of approximately 38 inches (0.965 m) may rotate at a speed of approximately 5 rpm to 100 rpm, preferably approximately 25 rpm. The plasma spray gun may be disposed inside the hollow cylindrical fixture. The total-to-part angle during the individual part coating may be between about 60 degrees and about 120 degrees, and in some embodiments may be about 90 degrees. The total-to-part distance during the manufacture of the ceramic layer may vary between approximately 2 inches (0.05 m) and approximately 5 inches (0.13 m), and in some embodiments may be approximately 3.25 inches (0.083 m). This close total distance may be necessary to achieve satisfactory vertical segmentation. The total transversal velocity across the rotational fixture and the substrate axially during deposition can be between about 0.05 inches (0.0013 m / rev.) To about 1 in / Rev. (0.03 m / min) per rotation of the fixture, some implementations In an example it may be approximately 0.2in / Rev. (0.05m / Rev.).

세라믹 재료 공급 속도는 대략 15gram/min 내지 대략 300gram/min 사이일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 90gram/min일 수 있다. 분말을 가압 유지하고 분말 공급을 촉진하기 위해서 질소와 같은 운반 가스 유동이 사용될 수 있다. 유량은 대략 5scfh(standard cubic feet/hour)(0.14scmh(standard cubic meters/hour)) 내지 대략 20scfh(0.57scmh) 사이일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 11scfh(0.31scmh)일 수 있다. 본원에서 표준 조건은 대략 실온(20℃) 및 대략 1기압(101kPa)으로서 정의된다. 총 내에서의 질소 가스와 같은 주요 가스 유동은 대략 60scfh(1.70scmh) 내지 대략 175scfh(4.96scmh) 사이일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 100scfh(2.83scmh)일 수 있다. 마찬가지로, 총 내에서의 수소와 같은 보조 가스 유동은 대략 5scfh(0.14scmh) 내지 대략 30scfh(0.85scmh) 사이일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 18scfh(0.51scmh)일 수 있다. 총 전압은 대략 60볼트 내지 대략 80볼트 사이일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 75볼트일 수 있다. 마찬가지로, 총 전류는 대략 500암페어 내지 대략 900암페어 사이일 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 700암페어일 수 있다. 본원에 개시된 프로세스 파라미터를 감안하면, 당업자는 이들 파라미터가 분말 형태, 분말 크기, 및 특히 사용되는 총의 형태, 상대 속도 및 운동, 사용되는 표면 예열 방법을 포함하지만 이것 에 제한되지 않는 변수에 종속됨을 알 수 있을 것이다. The ceramic material feed rate may be between about 15 grams / min and about 300 grams / min, and in some embodiments may be about 90 grams / min. Carrier gas flows, such as nitrogen, can be used to pressurize the powder and to facilitate powder feeding. The flow rate can be between about 5 scfh (standard cubic feet / hour) (0.14scmh (standard cubic meters / hour)) to about 20 scfh (0.57scmh), and in some embodiments may be about 11 scfh (0.31scmh). Standard conditions are defined herein as approximately room temperature (20 ° C.) and approximately 1 atmosphere (101 kPa). The main gas flow, such as nitrogen gas in the gun, may be between about 60 scfh (1.70 sccmh) and about 175 scfh (4.96 sccmh), and in some embodiments may be approximately 100 scfh (2.83 sccmh). Likewise, an auxiliary gas flow, such as hydrogen in the gun, may be between about 5 scfh (0.14scmh) and about 30 scfh (0.85scmh), and in some embodiments may be about 18 scfh (0.51scmh). The total voltage may be between about 60 volts and about 80 volts, and in some embodiments may be about 75 volts. Likewise, the total current may be between about 500 amps and about 900 amps, and in some embodiments may be about 700 amps. Given the process parameters disclosed herein, those skilled in the art will recognize that these parameters are dependent on variables including, but not limited to, powder form, powder size, and in particular the form of gun used, relative speed and motion, and the method of surface preheating used. You will know.

본 발명의 시스템 및 방법은 코팅 증착 및 크랙 형성의 독립적인 제어를 용이하게 한다. 본원에 개시된 시스템 및 방법은 크랙 형성에 직접 영향을 미치는 변수를 측정 및 제어함으로써 크랙 형성을 책임지는 열 구배를 제어하며, 분사 및 크랙킹 변수를 독립적으로 제어할 수 있도록 보조 열원을 사용할 수 있다. 크랙 구조물 및 코팅 다공성의 독립적 제어는 소정 열 전도성, 내식성, 마모성, 밀도, 및 기타 관련 크랙 구조물 및 코팅 특징을 달성하기 위해 화학 조성, 다공성, 및 크랙 구조물을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. The systems and methods of the present invention facilitate independent control of coating deposition and crack formation. The systems and methods disclosed herein can use an auxiliary heat source to control the thermal gradient responsible for crack formation by measuring and controlling variables that directly affect crack formation, and to independently control injection and cracking parameters. Independent control of crack structure and coating porosity may be achieved by varying chemical composition, porosity, and crack structure to achieve desired thermal conductivity, corrosion resistance, abrasion, density, and other related crack structure and coating characteristics.

본 발명은, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 모드를 단지 예시하기 위한 것으로 간주되고, 부품의 형태, 크기, 및 배치와 작동의 상세의 수정에 영향을 받기 쉬운, 본원에 개시 및 도시된 내용에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 대신에 본 발명은 청구범위에 의해 한정되는 그 사상 및 범위에 포함되는 모든 그러한 변형예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is considered merely to illustrate the best mode for carrying out the invention and is susceptible to modifications of the form, size, and details of placement and operation of the parts, as disclosed and shown herein. It should be understood that it is not limited. Instead, it is to be understood that the invention includes all such modifications falling within the spirit and scope defined by the claims.

Claims (20)

기판 상에 세그먼트화된 세라믹 분사 코팅을 형성하는 방법이며, A method of forming a segmented ceramic spray coating on a substrate, (1) 기판 근처에 배치되는 하나 이상의 열원을 제공하는 단계, (1) providing at least one heat source disposed near the substrate, (2) 선택적으로 다량의 본드 코트 재료를 상기 하나 이상의 열원의 열 스트림 내에 또한 상기 기판의 표면의 증착 영역 상에 증착하여 선택적 본드 코트층을 형성하는 단계, (2) optionally depositing a large amount of bond coat material in the heat stream of the one or more heat sources and on the deposition region of the surface of the substrate to form a selective bond coat layer, (3) 선택적으로 다량의 제1 세라믹 재료를 상기 하나 이상의 열원의 상기 열 스트림 내에 또한 상기 기판의 상기 증착 영역 상에 증착하여 상기 선택적 본드 코트층 상에 선택적 제1 세라믹 재료층을 형성하는 단계, (3) optionally depositing a large amount of first ceramic material in the heat stream of the one or more heat sources and on the deposition region of the substrate to form an optional first ceramic material layer on the selective bond coat layer, (4) 상기 열 스트림을 상기 제1 세라믹 재료층의 표면의 상기 증착 영역의 전방에 위치하는 예열된 열 구배 영역에 도포하여 상기 선택적 제1 세라믹 재료를 팽창시키는 단계, (4) applying the heat stream to a preheated heat gradient region located in front of the deposition region of the surface of the first ceramic material layer to expand the optional first ceramic material, (5) 하나 이상의 추가 세라믹 재료를 상기 열 스트림 내에 또한 상기 예열 팽창된 선택적 제1 세라믹 재료층 상에 증착하여 하나 이상의 추가 세라믹 재료층을 형성하는 단계, (5) depositing at least one additional ceramic material in the heat stream and on the preheated expanded first ceramic material layer to form at least one additional ceramic material layer, (6) 상기 하나 이상의 추가 세라믹 재료층을 냉각시켜 그 안에서의 수직 크랙 전파를 촉진하는 단계, 및 (6) cooling said at least one additional ceramic material layer to promote vertical crack propagation therein, and (7) 상기 열 스트림을 상기 하나 이상의 추가 세라믹 재료층의 표면의 상기 예열된 열 구배 영역에 도포하여 상기 추가 세라믹 재료를 팽창시키는 단계를 포함 하는 세그먼트화된 세라믹 분사 코팅 형성 방법. (7) applying the heat stream to the preheated thermal gradient region of the surface of the one or more additional ceramic material layers to expand the additional ceramic material. 제1항에 있어서, 상기 단계 (5) 내지 (7)은 일회 이상 반복되는 세그먼트화된 세라믹 분사 코팅 형성 방법. The method of claim 1 wherein steps (5) to (7) are repeated one or more times. 제1항에 있어서, 상기 열 스트림 도포 단계는 하나 이상의 열원을 사용하여 상기 열 스트림을 도포하는 것을 포함하는 세그먼트화된 세라믹 분사 코팅 형성 방법. The method of claim 1, wherein applying the heat stream comprises applying the heat stream using one or more heat sources. 제3항에 있어서, 상기 열 스트림 도포 단계는 두 개의 열원을 사용하여 상기 열 스트림을 도포하는 것을 포함하는 세그먼트화된 세라믹 분사 코팅 형성 방법. 4. The method of claim 3, wherein applying the heat stream comprises applying the heat stream using two heat sources. 제1항에 있어서, 상기 제1 세라믹 재료층 및 상기 하나 이상의 추가 세라믹 재료층의 온도를 감시하는 단계를 추가로 포함하는 세그먼트화된 세라믹 분사 코팅 형성 방법. The method of claim 1, further comprising monitoring the temperature of the first ceramic material layer and the at least one additional ceramic material layer. 세그먼트화된 세라믹 코팅을 도포하기 위한 장치이며, A device for applying a segmented ceramic coating, 하나 이상의 기판을 지지 및 이동시키기 위한 수단; Means for supporting and moving one or more substrates; 상기 하나 이상의 기판 근처에 배치되는 하나 이상의 열원으로서, 그중 적어도 하나는 기판의 표면 상의 열 구배 영역을 예열하도록 열 스트림을 도포하기 위 해 배치되는 열원; One or more heat sources disposed near the one or more substrates, at least one of which is arranged to apply a heat stream to preheat the thermal gradient region on the surface of the substrate; 상기 하나 이상의 열원 근처에 배치되는 재료 증착 장치로서, 상기 표면 상의 상기 열 구배 영역 뒤에 위치하는 증착 영역에 재료를 증착하기 위해 배치되는 재료 증착 장치; 및 A material deposition apparatus disposed near the one or more heat sources, the material deposition apparatus disposed to deposit material in a deposition region located behind the thermal gradient region on the surface; And 상기 하나 이상의 기판의 표면 온도를 감시하기 위한 수단을 포함하는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. And a means for monitoring the surface temperature of said at least one substrate. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 열원은 토치, 복사 열원, 대류 열원, 및 레이저 방출 열원 중 적어도 하나를 포함하는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. 7. The segmented ceramic coating applicator of claim 6, wherein the at least one heat source comprises at least one of a torch, a radiant heat source, a convective heat source, and a laser emitting heat source. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 열원은 토치를 포함하고, 제2 열원은 복사 열원, 대류 열원, 및 레이저 방출 열원 중 적어도 하나를 포함하는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. The apparatus of claim 6, wherein the one or more heat sources comprise a torch and the second heat source comprises at least one of a radiant heat source, a convective heat source, and a laser emitting heat source. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 열원은 복사 열원, 대류 열원, 및 레이저 방출 열원 중 적어도 하나를 포함하는 제1 열원과, 복사 열원, 대류 열원, 및 레이저 방출 열원 중 적어도 하나를 포함하는 제2 열원을 포함하는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. The method of claim 6, wherein the one or more heat sources comprise a first heat source comprising at least one of a radiant heat source, a convective heat source, and a laser radiated heat source, and a second heat source comprising at least one of a radiant heat source, a convective heat source, and a laser radiated heat source. A segmented ceramic coating applicator comprising a heat source. 제6항에 있어서, 상기 재료 증착 장치는 세라믹 재료 증착 장치를 포함하는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. 7. The segmented ceramic coating application device of claim 6, wherein the material deposition device comprises a ceramic material deposition device. 제6항에 있어서, 상기 재료 증착 장치는 본드 코트 재료 증착 장치를 포함하는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. 7. The segmented ceramic coating applicator of claim 6 wherein the material deposition apparatus comprises a bond coat material deposition apparatus. 제6항에 있어서, 상기 재료 증착 장치는 한 가지 형태 이상의 재료를 증착할 수 있는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. 7. The segmented ceramic coating applicator of claim 6 wherein the material deposition apparatus is capable of depositing one or more types of materials. 제12항에 있어서, 상기 한 가지 형태 이상의 재료는 세라믹 재료 및 본드 코트 재료를 포함하는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. 13. The segmented ceramic coating applicator of claim 12 wherein the at least one type of material comprises a ceramic material and a bond coat material. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 기판을 지지 및 이동시키기 위한 상기 수단은 상기 하나 이상의 기판을 제1 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 재료 증착 장치는 다량의 재료를 상기 하나 이상의 기판에 대해 제2 방향으로 상기 하나 이상의 기판 상에 증착하도록 설계되는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. The apparatus of claim 6, wherein the means for supporting and moving the one or more substrates may move the one or more substrates in a first direction, and the material deposition apparatus is adapted to transfer a large amount of material to the one or more substrates. Segmented ceramic coating application device designed to deposit on the one or more substrates in a direction. 제14항에 있어서, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향과 동일하거나 반대인 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. 15. The segmented ceramic coating applicator of claim 14 wherein the first direction is the same as or opposite to the second direction. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 기판을 지지 및 이동시키기 위한 상기 수단은 상기 하나 이상의 기판을 제1 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 하나 이상의 열원은 상기 하나 이상의 기판에 대해 제3 방향으로 이동할 수 있는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. The apparatus of claim 6, wherein the means for supporting and moving the one or more substrates may move the one or more substrates in a first direction and the one or more heat sources may move in a third direction relative to the one or more substrates. Segmented ceramic coating applicator. 제16항에 있어서, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향과 반대인 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. 17. The segmented ceramic coating applicator of claim 16 wherein the third direction is opposite to the first direction. 제6항에 있어서, 상기 재료 증착 장치는 다량의 재료를 상기 하나 이상의 기판 상에 제2 방향으로 증착하도록 설계되며, 상기 하나 이상의 열원은 상기 재료 증착 장치에 대해 제3 방향으로 이동할 수 있는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. The material deposition apparatus of claim 6, wherein the material deposition apparatus is designed to deposit a large amount of material on the one or more substrates in a second direction, wherein the one or more heat sources are movable in a third direction with respect to the material deposition apparatus. Ceramic coating applicator. 제18항에 있어서, 상기 제2 방향은 상기 제3 방향과 동일하거나 반대인 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. 19. The segmented ceramic coating applicator of claim 18 wherein the second direction is the same as or opposite to the third direction. 제6항에 있어서, 상기 감시 수단은 적외선 카메라, 광 고온계, 및 열전쌍 중 적어도 하나를 포함하는 세그먼트화된 세라믹 코팅 도포 장치. The apparatus of claim 6, wherein said monitoring means comprises at least one of an infrared camera, an optical pyrometer, and a thermocouple.
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