KR20200080945A - Method of forming an environmental barrier layer - Google Patents

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Abstract

One embodiment of the present invention discloses a method for forming an environmental barrier layer, which comprises: a coated layer forming step of coating a composition for forming the environmental barrier layer including silicate powder on a base material; and a post-treatment step of forming the environmental barrier layer by post-treating the coated layer. In the post-treatment step, a heating step of heating the coated layer to 1350 to 1500°C and a cooling step of cooling to a room temperature are repeated 3000 to 5000 times. Embodiments of the present invention provide the method for forming the environmental barrier layer capable of blocking permeation of external moisture or oxygen.

Description

내환경 배리어층의 형성방법{Method of forming an environmental barrier layer}Method of forming an environmental barrier layer

본 발명의 실시예들은 고온 환경에 노출되는 부품의 표면에 적용 가능한 내환경 배리어층의 형성 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relates to a method of forming an environment-resistant barrier layer applicable to a surface of a component exposed to a high temperature environment.

가스 터빈 등과 같이 고온에서 동작하는 장치에서 고온 환경에 직접 노출되는 내열부품은 우수한 내열성, 우수한 기계적 특성뿐 아니라, 가열과 냉각이 반복되는 열피로 환경에서도 우수한 내구성을 유지할 필요가 있다. 일 예로, 탄화규소(SiC)계 소재는 우수한 열적 특성과 기계적 특성을 가지므로 고온에 노출되는 내열부품을 형성하는데 사용될 수 있다. 한편, 가스 터빈 등의 효율 향상 등을 위해서는 가스 터빈 등의 작동온도를 상승시키는 것이 필요하고, 이러한 경우 가스 터빈 등의 작동온도 및 분위기가 내열부품을 이루는 탄화규소계 소재의 특성열화를 일으킬 수 있다. 따라서, 내열부품의 열화 등을 방지하기 위해 내열부품의 표면에는 세라믹 등과 같은 재질로 열차폐층을 형성할 수 있다. 그러나, 장치의 운전과 정지가 반복됨에 따라 급격한 온도변화가 발생하면, 내열부품과 열차폐층 간의 열팽창율의 차이로 인해, 열차폐층이 내열부품으로부터 박리될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 의도적으로 열차폐층에 수직 균열을 형성하여 열차폐층이 내열부품으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 열차폐층에 형성된 수직 균열은 산소나 수분이 탄화규소계 소재로 이루어진 내열부품으로 도달하는 침투 경로가 될 수 있고, 이에 의해 탄화규소와 산소의 반응에 의해 산화층이 형성되거나, 탄화규소와 수분의 반응에 의해 탄화규소의 일부가 기화됨으로써 내열부품의 내구성이 감소될 수 있다.In a device operating at a high temperature, such as a gas turbine, a heat-resistant component exposed directly to a high-temperature environment needs to maintain excellent durability in excellent heat resistance and excellent mechanical properties, as well as in a thermal fatigue environment where heating and cooling are repeated. As an example, silicon carbide (SiC)-based materials have excellent thermal and mechanical properties and can be used to form heat-resistant parts exposed to high temperatures. On the other hand, in order to improve the efficiency of a gas turbine, etc., it is necessary to increase the operating temperature of the gas turbine, etc. In this case, the operating temperature and atmosphere of the gas turbine, etc., may cause deterioration of the properties of the silicon carbide-based material constituting the heat-resistant component. . Therefore, a heat shield layer may be formed of a material such as ceramic on the surface of the heat resistant component to prevent deterioration of the heat resistant component. However, when a sudden temperature change occurs as the operation and stop of the device are repeated, the thermal barrier layer may be peeled from the thermally resistant component due to a difference in thermal expansion coefficient between the thermally resistant component and the thermally shielded layer. To prevent this, it is possible to intentionally form a vertical crack in the heat shield layer to prevent the heat shield layer from being peeled off from the heat resistant component. However, the vertical crack formed in the heat shield layer may be a penetration path for oxygen or moisture to reach a heat-resistant component made of a silicon carbide-based material, whereby an oxide layer is formed by reaction of silicon carbide and oxygen, or silicon carbide and moisture Due to the vaporization of a part of the silicon carbide by the reaction of the durability of the heat-resistant component can be reduced.

본 발명의 실시예들은, 고온 환경에 노출되는 부품의 표면에 적용될 때 부품의 표면으로부터 박리되는 것을 방지하고, 외부의 수분이나 산소가 투과하는 것을 차단할 수 있는 내환경 배리어층을 형성하는 방법을 제공한다.Embodiments of the present invention, when applied to the surface of a component exposed to a high-temperature environment, provides a method of forming an environment-resistant barrier layer that prevents peeling from the surface of the component and blocks external moisture or oxygen from permeating do.

본 발명의 일 실시예는, 모재 상에 실리케이트 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 코팅층을 후처리 하여 상기 내환경 배리어층을 형성하는 후처리 단계;를 포함하고, 상기 후처리 단계는, 상기 코팅층을 1350℃ 내지 1500℃까지 가열하는 가열 단계와 실온까지 냉각시키는 냉각 단계를 3000회 내지 5000회 반복하는 내환경 배리어층의 형성 방법을 개시한다.One embodiment of the present invention, forming a coating layer by coating a composition for forming an environmental barrier layer comprising a silicate powder on a base material; And a post-treatment step of forming the environment-resistant barrier layer by post-processing the coating layer; and the post-treatment step includes a heating step of heating the coating layer to 1350°C to 1500°C and a cooling step of cooling to room temperature. Disclosed is a method of forming an environment resistant barrier layer that is repeated 3000 to 5000 times.

본 실시예에 있어서, 상기 후처리 단계에서는, 상기 내환경 배리어층에 복수의 수직 균열들이 형성되고, 형성된 상기 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유되는 과정을 포함할 수 있다.In the present embodiment, in the post-treatment step, a plurality of vertical cracks may be formed in the environment resistant barrier layer, and at least some of the formed vertical cracks may be cured.

본 실시예에 있어서, 상기 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유된 위치는 주변 보다 결정질의 함량이 더 클 수 있다.In this embodiment, the location where at least some of the plurality of vertical cracks are healed may have a larger crystalline content than the surroundings.

본 실시예에 있어서, 상기 가열 단계와 상기 냉각 단계 사이에, 상기 코팅층의 가열된 상태를 유지하는 유지 단계를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, between the heating step and the cooling step, may further include a holding step for maintaining the heated state of the coating layer.

본 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 파우더는, 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 또는 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함할 수 있다.In this embodiment, the silicate powder, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, or mullite (mullite) powder.

본 실시예에 있어서, 상기 모재는, 탄화규소 소결체 또는 탄화규소 섬유를 강화재로 이용한 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료(SiCf -SiC)로 형성될 수 있다.In this embodiment, the base material may be formed of a silicon carbide-silicon carbide fiber reinforced composite material (SiC f -SiC) using a silicon carbide sintered body or silicon carbide fibers as a reinforcing material.

본 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 용사코팅법에 의해 형성될 수 있다.In this embodiment, the coating layer may be formed by a thermal spray coating method.

본 실시예에 있어서, 상기 실리케이트 파우더를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, it may further include the step of heat-treating the silicate powder.

본 실시예에 있어서, 상기 코팅층의 형성 전에, 상기 모재의 표면에 중간층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, before forming the coating layer, the step of forming an intermediate layer on the surface of the base material may be further included.

본 실시예에 있어서, 상기 중간층의 열팽창계수는 상기 모재의 열팽창계수와 상기 내환경 배리어층의 열팽창계수 사이 값을 가질 수 있다.In this embodiment, the thermal expansion coefficient of the intermediate layer may have a value between the thermal expansion coefficient of the base material and the thermal expansion coefficient of the environment-resistant barrier layer.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 내환경 배리어층은 복수의 수직균열이 형성된 다음 치유되는 단계를 거쳐 형성됨으로써, 수직균열이 존재할 때의 구조적 안정성을 유지함과 동시에 외부의 산소나 수분이 내환경 배리어층을 투과하는 것을 방지할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the environment-resistant barrier layer is formed through a step in which a plurality of vertical cracks are formed and then healed, thereby maintaining structural stability when vertical cracks are present, and at the same time, external oxygen or moisture is an environmental barrier. It is possible to prevent penetration of the layer. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층이 적용된 내열부품을 포함하는 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성과정 중 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 밀도를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성과정 중 내환경 배리어층에 수직균열이 발생한 상태를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 수직균열이 치유된 상태를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 4의 수직균열이 치유된 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 치유여부에 따른 내환경 배리어층의 안정성을 테스트한 결과를 도시한 도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a device including a heat resistant component to which an environment resistant barrier layer is applied according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart schematically showing a method of forming an environment resistant barrier layer according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the density of vertical cracks generated in the environment barrier layer during the process of forming the environment barrier layer according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing a state in which vertical cracks occur in the environment barrier layer during the process of forming the environment barrier layer according to an embodiment of the present invention.
5 is a plan view showing a state in which the vertical crack of FIG. 4 is cured.
6 is a cross-sectional view showing a state in which the vertical crack of FIG. 4 is cured.
7 is a diagram showing the results of testing the stability of the environment barrier layer according to whether or not the vertical cracks generated in the environment barrier layer are cured.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. The present invention can be applied to various transformations and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.In the following examples, terms such as first and second are not used in a limiting sense, but for the purpose of distinguishing one component from other components.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In the following embodiments, the singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the examples below, terms such as include or have are meant to mean that features or components described in the specification exist, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or components.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. In the following embodiments, when a part such as a film, a region, or a component is said to be on or on another part, other films, regions, components, and the like are interposed therebetween, as well as directly above the other part. Also included.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. In the drawings, the size of components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to what is shown.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다. When an embodiment can be implemented differently, a specific process order may be performed differently from the described order. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to that described.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be given the same reference numerals when described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층이 적용된 내열부품을 포함하는 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 한편, 도 1은 장치로서 가스 터빈을 예시하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 내환경 배리어층은 항공기의 엔진, 발전소, 항공우주용 부품 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a device including a heat resistant component to which an environment resistant barrier layer is applied according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view of an environment resistant barrier layer according to an embodiment of the present invention It is a flowchart schematically showing a forming method. Meanwhile, FIG. 1 illustrates a gas turbine as a device, but the present invention is not limited to this, and the environment resistant barrier layer of the present invention can be applied to various fields such as an engine of an aircraft, a power plant, and components for aerospace.

먼저, 도 1을 참조하면, 가스터빈(gas turbine)은 고온, 고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관으로서, 공기 압축기, 연소실, 터빈 등을 포함할 수 있다. 가스터빈은 공기 압축기로 공기를 압축하고, 압축된 공기는 연소실로 공급한다. 또한, 펌프를 통해 연료를 연소실로 공급하여 압축공기와 함께 연소시키는데, 이때 발생하는 고온, 고압의 가스를 이용하여 출력축을 중심으로 터빈을 회전시킨다. 한편, 터빈 가스 온도는 1,300℃ 이상의 고온일 수 있으므로, 터빈 가스에 직접 노출되는, 연소실, 터빈 등의 내열부품(1000)은 우수한 내열성 및 내구성을 갖추어야 한다. First, referring to Figure 1, a gas turbine (gas turbine) is a rotary heat engine that operates a turbine with high-temperature, high-pressure combustion gas, and may include an air compressor, a combustion chamber, a turbine, and the like. The gas turbine compresses air with an air compressor and supplies the compressed air to the combustion chamber. In addition, the fuel is supplied to the combustion chamber through a pump and combusted with compressed air. At this time, the turbine is rotated around the output shaft by using high-temperature, high-pressure gas. On the other hand, since the turbine gas temperature may be 1,300°C or higher, the heat-resistant parts 1000, such as a combustion chamber and a turbine, which are directly exposed to the turbine gas, must have excellent heat resistance and durability.

일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 내열부품(1000)은 모재(10)와 모재(10) 상에 형성된 내환경 배리어층(100)을 포함할 수 있다. 또한, 모재(10)와 내환경 배리어층(100) 사이에는 이들 간의 열팽창율의 차이를 완화시킬 수 있는 중간층(20)이 더 형성될 수 있다. For example, as illustrated in FIG. 1, the heat resistant component 1000 may include a base material 10 and an environment resistant barrier layer 100 formed on the base material 10. In addition, an intermediate layer 20 may be further formed between the base material 10 and the environment-resistant barrier layer 100 to alleviate the difference in thermal expansion coefficient therebetween.

모재(10)는 일 예로, 탄화규소 소결체 또는 탄화규소 섬유를 강화재로 이용한 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료(SiCf -SiC)로 제조될 수 있다. The base material 10 may be made of, for example, a silicon carbide sintered body or a silicon carbide-silicon carbide fiber reinforced composite material (SiC f -SiC) using silicon carbide fibers as a reinforcing material.

탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료는, 탄화규소 섬유로 이루어진 매트릭스 내에 탄화규소가 분산된 구조를 가질 수 있는데, 탄화규소는 화학기상침투법(CVI, Chemical Vapor Infiltration), 액상실리콘침투법(Liquid Silicon Infiltration), 폴리머 함침 및 열분해법(Polymer Impregnation and Pyrolysis) 등의 방법으로 탄화규소 섬유로 이루어진 매트릭스 내의 공극으로 침투될 수 있다.The silicon carbide-silicon carbide fiber-reinforced composite material may have a structure in which silicon carbide is dispersed in a matrix made of silicon carbide fibers, and silicon carbide is a chemical vapor infiltration (CVI) method, a liquid silicon infiltration method (Liquid) Silicon Infiltration), polymer impregnation and pyrolysis (Polymer Impregnation and Pyrolysis) can be penetrated into pores in the matrix made of silicon carbide fibers.

내환경 배리어층(100)은 실리케이트(Silicate)를 포함할 수 있다. 일 예로, 내환경 배리어층(100)은 이터븀 실리케이트(Yb2SiO5), 이트륨 실리케이트 (Y2SiO5) 및 뮬라이트(mullite) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 내환경 배리어층(100)은 모재(10)가 고온의 환경에 노출되는 것을 방지할 수 있다. The environment resistant barrier layer 100 may include a silicate. For example, the environment resistant barrier layer 100 may include at least one of ytterbium silicate (Yb 2 SiO 5 ), yttrium silicate (Y 2 SiO 5 ), and mullite. The environment resistant barrier layer 100 can prevent the base material 10 from being exposed to a high temperature environment.

또한, 내환경 배리어층(100)은 내부에 수직방향으로 형성된 균열이 치유된 영역을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 균열이 치유된 영역은 다른 영역보다 결정질의 함량이 더 높으며, 이에 의해 균열이 형성된 상태에서와 마찬가지로 내환경 배리어층(100)이 박리되는 것이 방지될 수 있다. In addition, the environment resistant barrier layer 100 may include a region in which cracks formed in a vertical direction are cured. As described later, the crack-healed region has a higher crystalline content than the other regions, whereby the environment-resistant barrier layer 100 can be prevented from peeling off as in the state in which the crack is formed.

또한, 내환경 배리어층(100) 내부의 균열은 치유된 상태 즉, 메워진 상태이므로, 균열을 통해 외부의 수분이나 산소가 내환경 배리어층(100)을 투과하는 것이 방지되며, 이에 의해 탄화규소 소결체 또는 탄화규소 섬유를 강화재로 형성된 모재(10)가 산소 및/또는 수분과 반응하여 내열부품(1000)의 내구성이 감소하는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the cracks in the environment barrier layer 100 are in a healed state, that is, in a filled state, moisture or oxygen from outside is prevented from penetrating the environment barrier layer 100 through the cracks, thereby sintering the silicon carbide. Alternatively, the base material 10 formed of a silicon carbide fiber as a reinforcing material may react with oxygen and/or moisture to prevent the durability of the heat-resistant component 1000 from being reduced.

중간층(20)은 모재(10)와 내환경 배리어층(100)을 접합시킨다. 중간층(20)의 열팽창계수는 모재(10)의 열팽창계수와 내환경 배리어층(100)의 열팽창계수의 사이의 값을 가질 수 있다. 중간층(20)은 실리콘(Silicon)을 포함할 수 있다. 일 예로, 중간층(20)은 실리콘, 질화실리콘, 산화실리콘 등일 수 있다. 따라서, 중간층(20)은 모재(10)와 내환경 배리어층(100) 간의 열팽창 차이를 완화시켜 내환경 배리어층(100)이 모재(10)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 중간층(20)은 일 예로, 단일층으로 형성될 수 있다. The intermediate layer 20 bonds the base material 10 and the environment resistant barrier layer 100. The thermal expansion coefficient of the intermediate layer 20 may have a value between the thermal expansion coefficient of the base material 10 and the thermal expansion coefficient of the environment resistant barrier layer 100. The intermediate layer 20 may include silicon. For example, the intermediate layer 20 may be silicon, silicon nitride, silicon oxide, or the like. Therefore, the intermediate layer 20 can alleviate the difference in thermal expansion between the base material 10 and the environment-resistant barrier layer 100 to prevent the environment-resistant barrier layer 100 from peeling off the base material 10. The intermediate layer 20 may be formed as a single layer, for example.

내환경 배리어층(100)을 형성하는 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 모재(10) 상에 중간층(20)을 형성하는 단계(S10), 중간층(20) 상에 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계(S20), 코팅층을 후처리하여 내환경 배리어층을 형성하는 후처리 단계(S30)를 포함할 수 있다.The method of forming the environment resistant barrier layer 100, as shown in FIG. 2, the step of forming the intermediate layer 20 on the base material 10 (S10), and forming the environment resistant barrier layer on the intermediate layer 20 It may include a step of forming a coating layer by coating the composition (S20), a post-treatment step (S30) of post-processing the coating layer to form an environment-resistant barrier layer.

상술한 바와 같이, 모재(10)는 탄화규소 소결체로 제조되거나 또는 화학기상침투법(CVI, Chemical Vapor Infiltration), 액상실리콘침투법(Liquid Silicon Infiltration), 폴리머 함침 및 열분해법(Polymer Impregnation and Pyrolysis) 등의 방법으로 형성된 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료(SiCf -SiC)로 제조될 수 있다.As described above, the base material 10 is made of a silicon carbide sintered body or is chemical vapor infiltration (CVI), liquid silicon infiltration, polymer impregnation and pyrolysis. It may be made of a silicon carbide-silicon carbide fiber reinforced composite material (SiC f -SiC) formed by a method such as.

중간층(20)은 플라즈마 용사, PVD, CVD, PECDV 또는 실리콘을 포함하는 타켓을 사용한 스퍼터링법 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. The intermediate layer 20 may be formed by a method such as plasma spraying, PVD, CVD, PECDV, or sputtering using a target containing silicon.

내환경 배리어층 형성용 조성물은 실리케이트 파우더를 포함할 수 있다. 구체적으로, 내환경 배리어층 형성용 조성물은 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 또는 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함할 수 있다. The composition for forming an environment-resistant barrier layer may include silicate powder. Specifically, the composition for forming an environmental barrier layer is yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, or mullite (mullite) powder.

일 예로, 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 또는 뮬라이트(mullite) 파우더를 고온고압의 플라즈마 기류 내에 장입시켜 용융 또는 반용융 상태로 형성한 다음, 이를 고속으로 중간층(20) 상에 기계적으로 코팅하여 코팅층을 형성할 수 있다. 한편, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더는 혼합되어 이터븀 실리케이트(Yb2SiO5)를 형성하며, 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더는 혼합되어 이트륨 실리케이트 (Y2SiO5)를 형성할 수 있다.For example, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, or mullite powder at high temperature and high pressure After charging in the plasma stream to form a molten or semi-melted state, it can be mechanically coated on the intermediate layer 20 at high speed to form a coating layer. On the other hand, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder are mixed to form ytterbium silicate (Yb 2 SiO 5 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) The powder can be mixed to form yttrium silicate (Y 2 SiO 5 ).

다른 예로, 내환경 배리어층 형성용 조성물은 결합제(binder), 분산제(dispersant), 소포제(defoamer), 이형제(release agent) 등을 더 포함하고, 용사코팅에 의해 중간층(20) 상에 코팅될 수 있다. 용사코팅에 의해 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하는 경우에는, 내환경 배리어층 형성용 조성물은 열처리된 파우더를 포함할 수 있다. As another example, the composition for forming an environment resistant barrier layer further includes a binder, a dispersant, a defoamer, a release agent, etc., and may be coated on the intermediate layer 20 by thermal spray coating. have. In the case of coating the composition for forming the environment barrier layer by thermal spray coating, the composition for forming the environment barrier layer may include powder heat-treated.

파우더의 열처리는 일 예로, 1100℃ 내지 1300℃의 온도에서 2시간 이상 수행될 수 있다. 열처리 온도가 1100℃ 보다 낮으면, 파우더가 적절한 강도를 유지할 수 없어 코팅이 불균일하게 이루어질 수 있으며, 반면에 열처리 온도가 1300℃ 보다 높으면 파우더의 강도가 지나치게 증가하여 코팅시 파우더의 용융이 이루어지지 않아 불균일한 코팅층이 형성될 수 있다.The heat treatment of the powder may be performed, for example, for 2 hours or more at a temperature of 1100°C to 1300°C. If the heat treatment temperature is lower than 1100°C, the powder may not maintain the proper strength, and the coating may be uneven. On the other hand, when the heat treatment temperature is higher than 1300°C, the strength of the powder is excessively increased, so that the powder does not melt during coating. A non-uniform coating layer may be formed.

또한, 용사코팅시에는 파우더의 공급 속도(feed rate), 플라즈마 건의 전압/전류(voltage/current)의 크기, 플라즈마 건의 이동속도(spray rate), 플라즈마 건과 모재(100) 간의 거리(분사 거리, spray distance) 등을 제어함으로써, 코팅층의 성질을 조절할 수 있다. 예를 들어, 파우더 공급속도, 플라즈마 건의 이동속도가 너무 작거나, 또는 분사거리가 너무 큰 경우는 코팅층의 밀도가 감소하며, 반대의 경우는 치밀한 코팅층이 형성될 수 있다.In addition, during spray coating, the feed rate of the powder, the size of the voltage/current of the plasma gun, the spray rate of the plasma gun, the distance between the plasma gun and the base material 100 (injection distance, By controlling the spray distance, etc., it is possible to control the properties of the coating layer. For example, if the powder supply speed, the plasma gun moving speed is too small, or the spray distance is too large, the density of the coating layer decreases, and in the opposite case, a dense coating layer may be formed.

내환경 배리어층 형성용 조성물을 중간층(20) 상에 코팅한 후에는 이를 후처리 하여 내환경 배리어층(100)을 형성한다. After coating the composition for forming the environment resistant barrier layer on the intermediate layer 20, it is post-treated to form the environment resistant barrier layer 100.

후처리 단계에서는 형성된 코팅층을 1350℃ 내지 1500℃까지 가열하는 가열 단계와 실온까지 냉각시키는 냉각 단계를 복수 회 반복한다. 3000회 내지 5000회, 바람직하게는 4000회 내지 5000회 반복한다. 이하에서는 1회 가열 단계와 1회 냉각 단계를 1 cycle 이라고 한다. 각 cycle에서는 1350℃ 내지 1500℃까지 코팅층을 가열한 후에, 이를 30분 내지 60분 유지하는 유지단계를 포함될 수 있다. In the post-treatment step, the heating step of heating the formed coating layer to 1350°C to 1500°C and the cooling step of cooling to room temperature are repeated multiple times. It is repeated 3000 to 5000 times, preferably 4000 to 5000 times. Hereinafter, one heating step and one cooling step are referred to as 1 cycle. In each cycle, after heating the coating layer from 1350°C to 1500°C, a maintenance step of maintaining it for 30 minutes to 60 minutes may be included.

이와 같은 후처리 단계 과정에는 내환경 배리어층(100)에 복수의 수직 균열이 형성되고, 형성된 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유되는 과정이 포함된다. The post-processing step process includes a process in which a plurality of vertical cracks are formed in the environment resistant barrier layer 100 and at least some of the formed vertical cracks are cured.

후처리 단계의 초기 내지 중기, 예를 2000 cycle 내지 3000 cycle 까지는 내환경 배리어층(100)에 수직 균열이 형성된다. 내환경 배리어층(100)에 수직 균열이 형성되면 내환경 배리어층(100)이 구조적으로 안정화된 상태를 가지게 된다. 따라서, 내환경 배리어층(100)에 급격한 온도 변화가 발생하더라도 수직 균열에 의해 열응력이 보상됨으로써, 내환경 배리어층(100)이 모재(10)로부터 박리되거나 파손되는 것이 방지될 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 수직균열은 외부의 수분 및/또는 산소의 침투 경로가 될 수 있다. Vertical cracks are formed in the environmental barrier layer 100 from the initial to the middle of the post-treatment step, for example, from 2000 cycles to 3000 cycles. When a vertical crack is formed in the environment resistant barrier layer 100, the environment resistant barrier layer 100 has a structurally stabilized state. Therefore, even if a rapid temperature change occurs in the environment barrier layer 100, thermal stress is compensated by vertical cracks, so that the environment barrier layer 100 can be prevented from being peeled or damaged from the base material 10. However, as described above, the vertical crack may be an external moisture and/or oxygen penetration path.

후처리 단계의 중기, 예를 들어 3000 cycle 내지 4000 cycle 이후에는, 형성되었던 수직균열이 치유될 수 있다. 이는 수직균열이 이미 형성되어 구조적으로 안정화된 내환경 배리어층(100)을 1350℃ 이상의 고온으로 반복적으로 가열하고 냉각함에 따라, 추가적인 수직균열이 형성되기 보다는 내환경 배리어층(100)이 공융반응에 의해 부분적으로 용융되고 재결정화하는 과정을 통해 수직균열을 메우기 때문인데, 이때 수직균열에는 결정상이 상대적으로 많이 형성되게 된다. 즉, 수직 균열이 치유된 영역은 주변 영역보다 결정상이 함량이 상대적으로 많게 된다. In the middle of the post-treatment phase, for example after 3000 cycles to 4000 cycles, the vertical cracks that have formed can be cured. This is because the vertical crack is already formed and the structurally stabilized environment-resistant barrier layer 100 is repeatedly heated and cooled to a high temperature of 1350°C or higher, so that the environment-resistant barrier layer 100 is used for eutectic reaction rather than formation of additional vertical cracks. This is because the vertical cracks are filled through the process of partially melting and recrystallization, and a relatively large number of crystal phases are formed in the vertical cracks. That is, the area where the vertical cracks are healed has a relatively larger crystal phase content than the surrounding area.

예를 들어, 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 이용하여 코팅층을 형성하고 이를 후처리 하는 경우는, 수직 균열이 치유된 영역이 주변보다 Al2O3 결정상의 함량이 크게 되며, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 이용하여 코팅층을 형성하고 이를 후처리 하는 경우는, 수직 균열이 치유된 영역이 주변보다 SiO2의 결정상을 많이 포함할 수 있다. For example, in the case of forming a coating layer using a composition for forming an environment-resistant barrier layer containing mullite powder and post-processing it, the area where the vertical cracks are healed has a content of Al 2 O 3 crystal phase than that of the surroundings. When the coating layer is formed using a composition for forming an environmental barrier layer comprising ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder and post-treatment, the vertical crack is cured. The region may contain more SiO 2 crystalline phases than the surroundings.

결정상은 유리상에 비해 열팽창계수가 크다. 따라서, 내환경 배리어층(100)에 급격한 온도 변화가 발생한다 하더라도 수직균열이 치유된 영역이 버퍼 기능을 함으로써, 내환경 배리어층(100)은 응력 저항성 및 피로 저항성을 가지며, 내환경 배리어층(100)의 구조적 안정성이 유지될 수 있다. 따라서, 수직 균열이 메워지더라도 균열이 형성된 상태와 마찬가지로 내환경 배리어층(100)이 모재(10)로부터 박리되거나 파손되는 것이 방지되며, 이와 동시에 수분 및/또는 산소의 침투경로가 차단되어, 내열부품(1000)의 내구성이 감소하는 것을 방지할 수 있다.The crystal phase has a larger coefficient of thermal expansion than the glass phase. Therefore, even if a rapid temperature change occurs in the environment barrier layer 100, the area where the vertical crack is cured functions as a buffer, so that the environment barrier layer 100 has stress resistance and fatigue resistance, and the environment barrier layer ( Structural stability of 100) can be maintained. Therefore, even if the vertical crack is filled, the environment-resistant barrier layer 100 is prevented from being peeled off or damaged from the base material 10, as in the state in which the crack is formed, and at the same time, the penetration path of moisture and/or oxygen is blocked, thereby preventing heat. It is possible to prevent the durability of the component 1000 from being reduced.

이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention more specifically, but the scope of the present invention is not limited by the following examples. The following examples can be appropriately modified and changed by those skilled in the art within the scope of the present invention.

< 내환경 배리어층의 형성><Formation of environmental barrier layer>

실시예 1: 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료로 형성된 모재상에, 실리콘을 증착하여 중간층을 형성하고, 중간층 상에 뮬라이트(mullite)를 포함하는 내환경 배리어층을 형성하였다.Example 1: On a base material formed of a silicon carbide-silicon carbide fiber reinforced composite material, silicon was deposited to form an intermediate layer, and an environment resistant barrier layer containing mullite was formed on the intermediate layer.

내환경 배리어층은 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 용사코팅하여 중간층 상에 코팅층을 형성한 후, 후처리 공정을 수행하여 형성하였다. 후처리 공정은 분당 5℃의 승온 속도로 1350℃까지 올리는 가열 단계와 실온까지 냉각하는 냉각 단계를 5000 cycle 진행하였다.The environmental barrier layer was formed by thermal spray coating a composition for forming an environmental barrier layer containing mullite powder to form a coating layer on the intermediate layer, followed by a post-treatment process. In the post-treatment process, a heating step of raising to 1350°C at a heating rate of 5°C per minute and a cooling step of cooling to room temperature were performed for 5000 cycles.

실시예 2: 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료로 형성된 모재상에, 실리콘을 증착하여 중간층을 형성하고, 중간층 상에 이터븀 실리케이트(Yb2SiO5)를 포함하는 내환경 배리어층을 형성하였다. Example 2: On a base material formed of a silicon carbide-silicon carbide fiber reinforced composite material, silicon was deposited to form an intermediate layer, and an environmental barrier layer comprising ytterbium silicate (Yb 2 SiO 5 ) was formed on the intermediate layer. .

내환경 배리어층은 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 사용하여 용사코팅에 의해 중간층 상에 코팅층을 형성한 다음, 실시예 1과 동일한 후처리 공정을 수행하여 형성하였다.The environmental barrier layer is formed by coating the intermediate layer by thermal spray coating using a composition for forming an environmental barrier layer comprising ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, and then performing It formed by performing the same post-treatment process as in Example 1.

<후처리 과정 중 수직 균열의 밀도 변화><Density change of vertical cracks during post-treatment>

도 3의 A는 실시예 1의 후처리 공정 중 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 밀도의 변화를 나타내고 있으며, 도 3의 B는 실시예 2의 후처리 공정 중 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 밀도의 변화를 나타내고 있다. 도 3에서 수직 균열의 밀도는 후처리 단계의 각 cycle 마다 표면을 촬영한 후, 단위 길이(1 mm)의 직선 상에 걸쳐있는 균열의 개수를 센 것이다.3A shows the change in the density of vertical cracks generated in the environment-resistant barrier layer during the post-treatment process of Example 1, and FIG. 3B shows the environment-resistant barrier layer during the post-treatment process of Example 2 It shows the change in the density of vertical cracks. In FIG. 3, the density of vertical cracks is obtained by counting the number of cracks over a straight line of unit length (1 mm) after photographing the surface for each cycle of the post-treatment step.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, A의 경우는 3000 cycle까지 수직 균열의 개수가 증가하다가 그 이후는 감소하고, B의 경우는 2000 cycle까지 수직 균열의 개수가 증가하다가 그 이후는 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3에서는 5000 cycle까지만 그 결과를 도시하고 있는데, 그 이유는 5000 cycle 이후에는 A와 B 모두 수직 균열의 개수가 급격히 감소한 상태를 유지한다. 따라서, 내환경 배리어층의 제조 시간 등을 고려할 때 후처리 단계에서 가열 단계와 냉각 단계는 5000회까지 반복하는 것이 바람직하다.As can be seen in Figure 3, in the case of A, the number of vertical cracks increases up to 3000 cycles, then decreases, and in the case of B, the number of vertical cracks increases up to 2000 cycles, and then decreases. Can. In addition, FIG. 3 shows the results up to 5000 cycles, because the number of vertical cracks in both A and B rapidly decreases after 5000 cycles. Therefore, it is preferable to repeat the heating step and the cooling step up to 5000 times in the post-treatment step when considering the manufacturing time of the environment-resistant barrier layer.

수직 균열이 감소한 이유는, 상술한 바와 같이, 이미 수직균열이 형성되어 구조적으로 안정화된 내환경 배리어층을 1350℃ 이상의 고온으로 반복적으로 가열하고 냉각함으로써, 추가적인 수직균열이 형성되기 보다는 내환경 배리어층의 조성들이 공융반응에 의해 부분적으로 용융되고 재결정화하는 과정을 통해 수직균열을 메우기 때문이며, 이때 수직 균열이 치유된 영역은 주변 영역보다 결정상이 함량이 상대적으로 많게 되므로, 내환경 배리어층은 구조적으로 안정화된 상태를 유지할 수 있다.The reason why the vertical crack is reduced is, as described above, by repeatedly heating and cooling the structurally stabilized environment-resistant barrier layer having a vertical crack at a high temperature of 1350° C. or higher, thereby preventing the formation of additional vertical cracks. This is because the compositions of are partially melted and recrystallized by eutectic reaction to fill the vertical crack, and in this case, the area where the vertical crack is healed has a relatively higher content of crystalline phase than the surrounding area, so the environment-resistant barrier layer is structurally Stabilized state can be maintained.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내환경 배리어층의 형성과정 중 내환경 배리어층에 수직균열이 발생한 상태를 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4의 수직균열이 치유된 상태를 도시한 평면도이며, 도 6은 도 4의 수직균열이 치유된 상태를 도시한 단면도이다.4 is a plan view showing a state in which a vertical crack occurs in the environment barrier layer during the process of forming an environment resistant barrier layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a state in which the vertical crack in FIG. 4 is cured FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the vertical crack of FIG. 4 is cured.

도 4는 상기 실시예 2에 의해 형성된 내환경 배리어층(100)의 제조 과정 중 가열 단계와 냉각 단계를 3000회 반복된 결과로써, 수직균열(C)이 형성된 것을 알 수 있다. 또한, 도 5와 도 6은 실시예 2에 의해 형성된 내환경 배리어층(100)의 제조 과정 중 가열 단계와 냉각 단계를 5000회 반복된 결과로써, 수직균열(C)이 치유된 것을 알 수 있다. 즉, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 수직 균열(C)은 후처리 단계를 거치면서 형성되었다가 치유됨을 알 수 있다. 또한, 수직 균열(C)이 치유된 영역은 주변에 비해 결정질의 함량이 높게 되는데, 이는 도 6에 도시된 바와 같이 수직 균열(C)에 치유된 영역은 주변과 구별되는 것을 알 수 있다. FIG. 4 shows that a vertical crack (C) was formed as a result of repeating the heating step and the cooling step 3000 times during the manufacturing process of the environment resistant barrier layer 100 formed by the second embodiment. 5 and 6, as a result of repeating the heating step and the cooling step 5000 times during the manufacturing process of the environment resistant barrier layer 100 formed in Example 2, it can be seen that the vertical crack C is cured. . That is, as shown in Figures 4 to 6, it can be seen that the vertical crack (C) is formed during the post-treatment step and then healed. In addition, the area where the vertical crack (C) is healed has a higher crystalline content than the surroundings, which shows that the area healed by the vertical crack (C) is distinguished from the surroundings as shown in FIG. 6.

도 7은 내환경 배리어층에 발생된 수직균열의 치유여부에 따른 내환경 배리어층의 안정성을 테스트한 결과한 도시한 도이다. 7 is a diagram showing the result of testing the stability of the environment barrier layer according to whether or not the vertical crack generated in the environment barrier layer is cured.

도 7은 실시예 2에 의해 형성된 내환경 배리어층을 포함하는 내열부품의 내구성 테스트 결과로써, 도 7의 (A)는 도 5와 마찬가지로 가열 단계와 냉각 단계를 5000회 반복하여 형성한 내환경 배리어층을 포함하는 내열부품을 고온의 수증기 분위기에 노출시킨 결과이며, 도 7의 (B)는 도 4와 마찬가지로 가열 단계와 냉각 단계를 3000회 반복하여 형성한 내환경 배리어층을 포함하는 내열부품을 고온의 수증기 분위기에 노출시킨 결과이다.7 is a durability test result of a heat resistant component including the environment resistant barrier layer formed in Example 2, and FIG. 7(A) is an environment resistant barrier formed by repeating the heating step and the cooling step 5000 times as in FIG. As a result of exposing the heat-resistant component including the layer to a high temperature water vapor atmosphere, FIG. 7(B) shows a heat-resistant component including the environment-resistant barrier layer formed by repeating the heating and cooling steps 3000 times as in FIG. 4. This is the result of exposure to a high temperature water vapor atmosphere.

도 7의 (A)는 내환경 배리어층의 탈락 및 기재의 손상이 발생하지 않은 반면, 도 7의 (B)는 내환경 배리어층의 탈락이 발생하지는 않았으나, 기재의 질량이 감소하여 파손된 결과를 나타낸다. 도 7의 (B)의 경우는 수직 크랙을 통해 수분이 기재로 침투하여 기재와 반응함으로써, 수산화실리콘이 형성되었기 때문이다. 7A shows that the environmental barrier layer does not fall off and damage to the substrate does not occur, while FIG. 7B does not cause the environmental barrier layer to fall off, but the mass of the substrate decreases and is damaged. Indicates. This is because in the case of FIG. 7(B), moisture penetrates into the substrate through the vertical crack and reacts with the substrate, thereby forming silicon hydroxide.

즉, 본원발명에 의하면, 후처리 단계를 거쳐 내환경 배리어층을 형성하므로, 내환경 배리어층의 탈락 등이 방지하고, 수분 등이 내환경 배리어층을 투과하는 것을 차단할 수 있으므로, 기재의 내구성이 감소하는 것을 방지할 수 있음을 알 수 있다.That is, according to the present invention, since the environment-resistant barrier layer is formed through a post-treatment step, dropping of the environment-resistant barrier layer can be prevented, and moisture and the like can be prevented from penetrating the environment-resistant barrier layer. It can be seen that it can be prevented from decreasing.

10: 모재
20: 중간층
100: 내환경 배리어층10: base material
20: middle floor
100: environmental barrier layer

Claims (10)

모재 상에 실리케이트 파우더를 포함하는 내환경 배리어층 형성용 조성물을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 코팅층을 후처리 하여 상기 내환경 배리어층을 형성하는 후처리 단계;를 포함하고,
상기 후처리 단계는, 상기 코팅층을 1350℃ 내지 1500℃까지 가열하는 가열 단계와 실온까지 냉각시키는 냉각 단계를 3000회 내지 5000회 반복하는 내환경 배리어층의 형성 방법.Forming a coating layer by coating a composition for forming an environment resistant barrier layer comprising a silicate powder on a base material; And
The post-treatment step of forming the environment-resistant barrier layer by post-processing the coating layer; includes,
The post-treatment step is a method of forming an environment resistant barrier layer that repeats a heating step of heating the coating layer from 1350°C to 1500°C and a cooling step of cooling to room temperature 3000 to 5000 times. 제1항에 있어서,
상기 후처리 단계에서는, 상기 내환경 배리어층에 복수의 수직 균열들이 형성되고, 형성된 상기 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유되는 과정을 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.According to claim 1,
In the post-treatment step, a plurality of vertical cracks are formed in the environment-resistant barrier layer, and at least some of the plurality of vertical cracks formed are cured. 제2항에 있어서,
상기 복수의 수직 균열들 중 적어도 일부가 치유된 위치는 주변 보다 결정질의 함량이 더 큰 내환경 배리어층의 형성 방법.According to claim 2,
A method of forming an environment-resistant barrier layer having a greater crystalline content than surroundings where at least some of the plurality of vertical cracks are healed. 제1항에 있어서,
상기 가열 단계와 상기 냉각 단계 사이에, 상기 코팅층의 가열된 상태를 유지하는 유지 단계를 더 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.According to claim 1,
Between the heating step and the cooling step, the method of forming an environment-resistant barrier layer further comprising a holding step of maintaining the heated state of the coating layer. 제1항에 있어서,
상기 실리케이트 파우더는, 산화이트륨(Y2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 산화이터븀(Yb2O3) 파우더와 실리콘옥사이드(SiO2) 파우더, 또는 뮬라이트(mullite) 파우더를 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.According to claim 1,
The silicate powder includes yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder and silicon oxide (SiO 2 ) powder, or mullite powder. A method of forming an environment resistant barrier layer. 제1항에 있어서,
상기 모재는, 탄화규소 소결체 또는 탄화규소 섬유를 강화재로 이용한 탄화규소-탄화규소 섬유 강화 복합재료(SiCf -SiC)로 형성된 내환경 배리어층의 형성 방법.According to claim 1,
The base material is a method of forming an environmental barrier layer formed of a silicon carbide-silicon carbide fiber reinforced composite material (SiC f -SiC) using a silicon carbide sintered body or silicon carbide fibers as a reinforcing material. 제1항에 있어서,
상기 코팅층은 용사코팅법에 의해 형성되는 내환경 배리어층의 형성 방법.According to claim 1,
The coating layer is a method of forming an environment resistant barrier layer formed by a thermal spray coating method. 제7항에 있어서,
상기 실리케이트 파우더를 열처리하는 단계를 더 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.The method of claim 7,
Method of forming an environment-resistant barrier layer further comprising the step of heat-treating the silicate powder. 제1항에 있어서,
상기 코팅층의 형성 전에, 상기 모재의 표면에 중간층을 형성하는 단계를 더 포함하는 내환경 배리어층의 형성 방법.According to claim 1,
And forming an intermediate layer on the surface of the base material before forming the coating layer. 제9항에 있어서,
상기 중간층의 열팽창계수는 상기 모재의 열팽창계수와 상기 내환경 배리어층의 열팽창계수 사이 값을 가지는 내환경 배리어층의 형성 방법.The method of claim 9,
A method of forming an environmental barrier layer having a value between a thermal expansion coefficient of the intermediate layer and a thermal expansion coefficient of the environmental barrier layer.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000355753A (en) * 1999-04-15 2000-12-26 United Technol Corp <Utc> Article having substrate containing silicon and barrier layer containing yttrium, and its production
JP2002188458A (en) * 2000-12-18 2002-07-05 Toshiba Corp Repairing method and repair equipment for gas turbine parts, and gas turbine parts and gas turbine system for power generation using the repair method
KR100383178B1 (en) * 1999-04-15 2003-05-12 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 method for applying a barrier layer to a silicon based substrate
KR100390290B1 (en) * 1999-04-15 2003-07-04 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 Article comprising silicon based substrate with calcium aluminosilicate environmental/thermal barrier layer
KR101681195B1 (en) 2015-07-29 2016-12-12 창원대학교 산학협력단 Thermal Barrier Coating System with Self-Healing Ability
KR101802158B1 (en) * 2016-06-15 2017-11-30 한국전력공사 Manufacturing method for functional coated powder and functional coated powder prepared the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000355753A (en) * 1999-04-15 2000-12-26 United Technol Corp <Utc> Article having substrate containing silicon and barrier layer containing yttrium, and its production
KR100383178B1 (en) * 1999-04-15 2003-05-12 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 method for applying a barrier layer to a silicon based substrate
KR100390290B1 (en) * 1999-04-15 2003-07-04 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 Article comprising silicon based substrate with calcium aluminosilicate environmental/thermal barrier layer
JP2002188458A (en) * 2000-12-18 2002-07-05 Toshiba Corp Repairing method and repair equipment for gas turbine parts, and gas turbine parts and gas turbine system for power generation using the repair method
KR101681195B1 (en) 2015-07-29 2016-12-12 창원대학교 산학협력단 Thermal Barrier Coating System with Self-Healing Ability
KR101802158B1 (en) * 2016-06-15 2017-11-30 한국전력공사 Manufacturing method for functional coated powder and functional coated powder prepared the same

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