JP2011046598A - 高温セラミック部品用の溶剤系耐環境コーティング - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンに存在する高温水蒸気環境内で使用するのに適したセラミック部品用の耐環境コーティングの提供。
【解決手段】高温セラミック部品用の耐環境コーティング１２は、ボンドコート層１４と；任意のシリカ層１５と；少なくとも１つの遷移層１６であって、希土類二ケイ酸塩又はドープ希土類二ケイ酸塩からなる該遷移層の約８５〜約９９容量％の主要遷移材料と、予め定義したドープ組成物からなる二次材料、及びそれらの混合物からなる群から選択される、該遷移層の１〜約１５容量％の二次材料を含む、少なくとも１つの遷移層１６とからなる。この遷移層は、少なくとも有機溶剤、主要遷移材料及び少なくとも１つのスラリー焼結助剤からなるスラリーとして部品に塗布され、スラリー焼結助剤と主要遷移材料の間の反応によって、その０％〜約１５容量％の多孔率を有する遷移層が形成される。
【選択図】図１

Description

本明細書で説明する実施形態は、概して、高温セラミック部品用の溶剤系耐環境コーティングに関する。より詳細には、本明細書で説明する実施形態は、概して、高温セラミック部品で使用するための焼結助剤からなる溶剤系耐環境コーティングに関する。本出願は、その開示全体が参照によって本明細書に組み込まれている２００９年７月３１日出願の米国仮出願第６１／２３０２７９号の優先権を主張する。

ガスタービンエンジンの効率性を高めるために、高い運転温度が絶えず求められている。しかしながら、運転温度が上昇するにつれて、エンジンの部品の高温耐久性もそれに対応して向上させなければならない。高温性能の飛躍的な進歩は、鉄、ニッケル及びコバルト基超合金の調合によって達成された。超合金はガスタービンエンジン全体で使用される部品で広く用いられているが、特に高温部分において、代わりの軽量部品材料が提案されている。

セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）は、セラミックマトリックス相によって取り囲まれる補強材からなる材料の種類である。そのような材料は、特定のモノリシックセラミックス（即ち、補強材を伴わないセラミック材料）と共に、現在高温用途で使用されている。これらのセラミック材料は超合金と比較して軽量であるが、それでもそれらから作製される部品に強度と耐久性を提供することができる。従って、そのような材料は、例えば翼形（例えば、タービン及びベーン）、燃焼器、シュラウド及びその他の、これらの材料によってもたらされる軽量化及び高温性能の恩恵を受ける部品など、ガスタービンエンジンの高温部分に使用される多くのガスタービン部品用として現在考慮されている。

ＣＭＣ及びモノリシックセラミック部品に耐環境コーティング（ＥＢＣ）を被覆して、高温エンジン部分の悪環境から該部品を保護することができる。ＥＢＣは、シリコン含有ＣＭＣ及びモノリシックセラミックスを急速に酸化させる可能性がある高温燃焼環境の腐食性ガスに対して密度の高い気密シールを提供することができる。更に、酸化ケイ素は高温水蒸気の中で安定するのではなく、むしろ揮発性（ガス状）水酸化ケイ素種に変換することができる。従って、ＥＢＣは、そのような酸化及び揮発プロセスによるセラミック部品の寸法変化を防止するのを助けることができる。残念なことに、ＥＢＣを塗布するのに現在使用されているプラズマ溶射及び蒸着（即ち、化学蒸着法（ＣＶＤ）及び電子ビーム物理蒸着法（ＥＢＰＶＤ））等の標準の工業被覆プロセスに関連して幾つかの望ましくない問題が存在し得る。

従って、ガスタービンエンジンに存在する高温水蒸気環境内で使用するのに適したセラミック部品用の耐環境コーティングの必要性が残されている。

本明細書の実施形態は、概して、高温セラミック部品用の耐環境コーティングであって、ボンドコート層と；任意のシリカ層と；少なくとも１つの遷移層であって、希土類二ケイ酸塩又はドープ希土類二ケイ酸塩からなる該遷移層の約８５〜約１００容量％の主要遷移材料と、Ｆｅ_２Ｏ_３、鉄ケイ酸塩、希土類鉄酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライト、希土類アルミン酸塩、希土類アルミノケイ酸塩、ＴｉＯ_２、希土類チタン酸塩、Ｇａ_２Ｏ_３、希土類ガリウム酸塩、ＮｉＯ、ニッケルケイ酸塩、希土類ニッケル酸化物、Ｌｎｂ金属、Ｌｎｂ_２Ｏ_３、Ｌｎｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、Ｌｎｂ_２ＳｉＯ_５、ホウケイ酸ガラス、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類希土類酸化物、アルカリ土類希土類ケイ酸塩、及びそれらの混合物からなる群から選択される、該遷移層の０〜約１５容量％の二次材料を含む、少なくとも１つの遷移層とからなり、該遷移層は、少なくとも有機溶剤、該主要遷移材料及び少なくとも１つのスラリー焼結助剤からなるスラリーとして該部品に塗布され、該スラリー焼結助剤と該主要遷移材料の間の反応によって、該遷移層の０％〜約１５容量％の多孔率を有する該遷移層がもたらされるコーティングに関する。

本明細書の実施形態はまた、概して、高温セラミック部品用の耐環境コーティングであって、シリコンからなるボンドコート層と；任意のシリカ層と；少なくとも１つの遷移層であって、希土類二ケイ酸塩又はドープ希土類二ケイ酸塩からなる該遷移層の約８５〜約１００容量％の主要遷移材料と、該遷移層の０〜約１５容量％の二次材料を含む少なくとも１つの遷移層と；外層であって、希土類一ケイ酸塩又はドープ希土類一ケイ酸塩からなる該外層の約８５〜約１００容量％の主要外部材料と、該外層の０〜約１５容量％の該二次材料を含む外層、該主要外部材料からなる中間層、柔軟層であって、ＢＳＡＳ及び希土類ドープＢＳＡＳから選択される該柔軟層の約８５〜約１００容量％の主要柔軟材料と、Ｌｎ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、Ｌｎ_２ＳｉＯ_５、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライト、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、約０〜約１５容量％の二次柔軟材料を含む柔軟層のいずれか１つ以上とからなっており、該遷移層、該外層、及び該柔軟層は、有機溶剤、該主要遷移材料及び少なくとも１つのスラリー焼結助剤からなる該遷移層、外層、又は柔軟層の少なくとも１つのスラリーとして該部品に塗布され、該スラリー焼結助剤と該主要材料の間の反応によって、その０〜約１５容量％の多孔率を有する該遷移層、その約０〜約３０容量％の多孔率を有する該外層、及びその約０〜約１５容量％の多孔率を有する該柔軟層がもたらされるコーティングに関する。

本明細書の実施形態はまた、概して、高温セラミック部品用の耐環境コーティングであって、シリコンからなるボンドコート層と；任意のシリカ層と；少なくとも１つの遷移層であって、希土類二ケイ酸塩又はドープ希土類二ケイ酸塩からなる該遷移層の約８５〜約９９容量％の主要遷移材料と、該遷移層の１〜約１５容量％の二次材料を含む少なくとも１つの遷移層と；希土類一ケイ酸塩又はドープ希土類一ケイ酸塩からなるその約８５〜約９９容量％の主要外部材料と、その１〜約１５容量％の該二次材料を含む外層、該主要外部材料からなる中間層、及び、ＢＳＡＳ及び希土類ドープＢＳＡＳから選択されるその約８５〜約９９容量％の主要柔軟材料と、Ｌｎ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、Ｌｎ_２ＳｉＯ_５、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライト、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるその約１〜約１５容量％の二次柔軟材料を含む柔軟層のいずれか１つ以上とからなっており、該遷移層、該外層、及び該柔軟層は、有機溶剤、該主要遷移材料及び少なくとも１つのスラリー焼結助剤からなる該遷移層、外層、又は柔軟層の少なくとも１つのスラリーとして該部品に塗布され、該スラリー焼結助剤と該主要材料の間の反応によって、その約０．０１〜約１５容量％の多孔率を有する該遷移層、その約０．０１〜約３０容量％の多孔率を有する該外層、及びその約０．０１〜約１５容量％の多孔率を有する該柔軟層がもたらされるコーティングに関する。

これら及びその他の特徴、態様及び利点は、当業者であれば以下の開示から明らかになるであろう。

本明細書は、本発明を詳細に指摘し、且つ明確に主張する特許請求の範囲で結ばれているが、本明細書に記載の実施形態は、同様の参照番号が同様の要素を特定する添付図面と関連した以下の説明から、より良く理解されるであろうと考えられている。

本明細書の説明に従った耐環境コーティングを有する部品の一実施形態の概略横断面図である。 本明細書の実施例１に従ったＳｉＣ−ＳｉＣ ＣＭＣ上のＥＢＣコーティングのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）断面である。 本明細書の実施例２に従ったＳｉＣ−ＳｉＣ ＣＭＣ上のＥＢＣコーティングのＳＥＭ断面である。 本明細書の実施例３に従ったＳｉＣ−ＳｉＣ ＣＭＣ上のＥＢＣコーティングのＳＥＭ断面である。

本明細書で説明する実施形態は、概して、高温セラミック部品用の溶剤系耐環境コーティングに関する。より詳細には、本明細書の実施形態は、概して、高温セラミック部品で使用するための焼結助剤からなる溶剤系耐環境コーティングを説明する。

より詳細には、本明細書で説明するＥＢＣは焼結温度を低下させ得る焼結助剤を有する溶剤系スラリーを含むことによって、本明細書で以下に説明するように、高い焼結温度にさらされることによって部品に損傷を与えることなく下層の部品を高温燃焼中に発生するガスによる腐食から保護するための気密シールとして作用し得る高密度のＥＢＣ層の形成を促進する。

本明細書で説明するＥＢＣは、ＣＭＣ又はモノリシックセラミックスとの併用に適している。本明細書で用いられている「ＣＭＣ」は、シリコン含有マトリックス／補強材を意味する。本明細書で利用できるＣＭＣの一部の例としては、これに限定すべきではないが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及びそれらの混合物からなるマトリックス／補強繊維を有する材料を挙げることができる。本明細書で用いられている「モノリシックセラミックス」は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及びそれらの混合物からなる材料を意味する。本明細書において、ＣＭＣ及びモノリシックセラミックスは「セラミックス」と総称される。

本明細書で使用する用語「バリアコーティング」とは、耐環境コーティング（ＥＢＣ）を指すことができる。本明細書のバリアコーティングは、ガスタービンエンジンに存在するような高温環境（例えば、約２１００°Ｆ（１１４９℃）の運転温度）で見られる「セラミック部品」又は単に「部品」１０での使用に適している。そのようなセラミック部品の例としては、例えば、燃焼器部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、ヒートシールド、及びベーンを挙げることができる。

より詳細には、ＥＢＣ１２は、図１に概略的に示し、本明細書で以下に記載するように、ボンドコート層１４、任意のシリカ層１５、少なくとも１つの遷移層１６、任意の柔軟層１８、任意の中間層２２、及び任意の外層２０の様々な組み合わせを含むコーティングシステムからなっている。

ボンドコート層１４はシリコン金属、ケイ化物、又はそれらの組み合わせからなっており、一般的に約０．１ミル〜約６ミルの厚さを有する。本明細書で以下に説明するような塗布方法が原因で、シリコンボンドコート層がない一部の局所領域が存在するが、これは許容可能である。例えば、ボンドコート層は、一実施形態では、部品の表面の約１００％を、別の実施形態では、部品の表面積の約９０％以上を覆う。

本明細書で用いられている「ケイ化物」としては、希土類（Ｌｎ）ケイ化物、ケイ化クロム（例えば、ＣｒＳｉ_３）、ケイ化ニオブ（例えば、ＮｂＳｉ_２、ＮｂＳｉ_３）、ケイ化モリブデン（例えば、ＭｏＳｉ_２、ＭｏＳｉ_３）、ケイ化タンタル（例えば、ＴａＳｉ_２、ＴａＳｉ_３）、ケイ化チタン（例えば、ＴｉＳｉ_２、ＴｉＳｉ_３）、ケイ化タングステン（例えば、ＷＳｉ_２、Ｗ_５Ｓｉ_３）、ケイ化ジルコニウム（例えば、ＺｒＳｉ_２）、及びケイ化ハフニウム（例えば、ＨｆＳｉ_２）が挙げられる。

本明細書で用いられている「（Ｌｎ）」で表される「希土類」は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、及びそれらの混合物の希土類元素を意味する。

シリカ層１５は非晶質又は結晶質であってよく、約０．０ミル〜約０．２ミルの所期厚さを有する。しかしながら、シリカ層１５の厚さは時間と共に増加し得る。具体的には、ボンドコート層１４におけるシリコンはＥＢＣの耐用年数の間にゆっくり酸化してシリカ層１５の厚さを徐々に増加させることができる。このボンドコート層１４の酸化によって下層のセラミック部品を酸化から保護することができるが、これはボンドコートがセラミック部品よりも酸化するからである。シリカ層１５は、一部の実施形態では、本明細書で以下に定義されるように、シリカ層への焼結助剤の拡散により、ドープ組成物によってドープすることもできる。

遷移層１６は、以下に定義されるように、希土類二ケイ酸塩、ドープ希土類二ケイ酸塩、又は二次材料を含有するドープ希土類二ケイ酸塩からなっている。より詳細には、遷移層１６は、遷移層の約８５〜約１００容量％の主要遷移材料及び遷移層の約１５容量％以下の二次材料を、一実施形態では、遷移層の約８５〜約９９容量％の主要遷移材料及び遷移層の約１〜約１５容量％の二次材料を含んでいる。別の実施形態では、遷移層１６は１００％の主要遷移材料からなっており、後述するように、主要遷移材料をドープすることができる。

本明細書で用いられている「主要遷移材料」は、希土類二ケイ酸塩（Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）又はドープ希土類二ケイ酸塩を意味する。本明細書で用いられている「ドープ希土類二ケイ酸塩」は、本明細書で以下に定義されるように、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、ニッケル（Ｎｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルカリ、アルカリ土類、及びＬｎｂ希土類からなる群から選択される「ドープ組成物」によってドープされたＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７を意味する。本明細書全体で用いられている「二次材料」は、（予め定義したような）ドープ組成物からなる材料を意味しており、具体的には、Ｆｅ_２Ｏ_３、鉄ケイ酸塩、希土類鉄酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライト、希土類アルミン酸塩、希土類アルミノケイ酸塩、ＴｉＯ_２、希土類チタン酸塩、Ｇａ_２Ｏ_３、希土類ガリウム酸塩、ＮｉＯ、ニッケルケイ酸塩、希土類ニッケル酸化物、Ｌｎｂ金属、Ｌｎｂ_２Ｏ_３、Ｌｎｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、Ｌｎｂ_２ＳｉＯ_５、ホウケイ酸ガラス、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類希土類酸化物、アルカリ土類希土類ケイ酸塩、及びそれらの混合物からなる群から選択することができる。主要材料に含まれる任意のドープ組成物は、任意の二次材料に含有されるドープ組成物と一致しなければならない（例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３二次材料とＦｅドープＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７；ＴｉＯ_２二次材料とＴｉドープＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７；又は希土類ニッケル酸化物二次材料とＮｉドープＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）。

各々の遷移層１６は約０．１ミル〜約４０ミルの厚さを有し、以下に記載するように下位層に対して作製及び塗布される。一実施形態では、２つ以上の遷移層が存在する。そのような場合、各々の遷移層は主要遷移材料及び二次材料の同じ又は異なる組み合わせからなっている。遷移層１６は、その０〜約１５容量％、別の実施形態では、その約０．０１〜約１５容量％の多孔度を有する。

同様に、外層２０は、希土類一ケイ酸塩、ドープ希土類一ケイ酸塩、又は二次材料を含有するドープ希土類一ケイ酸塩からなっている。より詳細には、外層２０は、外層の約８５〜約１００容量％の主要外部材料及び外層の約１５容量％以下の既定の二次材料を、一実施形態では、外層の約８５〜約９９容量％の主要外部材料及び外層の約１〜約１５容量％の二次材料を含むことができる。別の実施形態では、外層２０は１００％の主要外部材料からなっており、主要外部材料は後述するようにドープすることができる。

本明細書で用いられている「主要外部材料」は、希土類一ケイ酸塩、又はドープ希土類一ケイ酸塩を意味する。本明細書で用いられている「ドープ希土類一ケイ酸塩」は、予め定義したように、ドープ組成物によってドープされたＬｎ_２ＳｉＯ_５を意味する。外層２０は、約０．１ミル〜約３ミルの厚さを有し、後述のように下位層に対して作製及び塗布される。外層２０は、一実施形態ではその０〜約３０容量％、別の実施形態ではその約０．０１〜約３０容量％、別の実施形態では約０．０１〜約１５容量％の多孔度を有する。一部の実施形態では、外層２０は、内部に、熱膨張異方性によって運転中に形成し得るクラックを最高約１０クラック／ｍｍの密度で有する可能性がある。

本明細書の実施形態に関して、「Ｌｎｂ希土類金属」、又は単に「Ｌｎｂ」は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、及びイッテルビウムを含む、少なくとも約１４５０℃以下の融点を有する希土類金属のサブセットを意味する。一実施形態では、サブセットは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、及びイッテルビウムを含む、約１３５０℃以下の融点を有するそれらの希土類元素のみを含むことができる。Ｌｎｂ希土類金属を、約１３５７℃の作動限界を有するＳｉＣ−ＳｉＣ ＣＭＣで利用することができる。

本明細書全体で用いられている「アルカリ土類」は、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びバリウム（Ｂａ）を意味し得る。本明細書で用いられている「アルカリ」は、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、及びナトリウム（Ｎａ）を意味する。「鉄ケイ酸塩」は、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４等の化合物、及び希土類鉄ケイ酸塩のガラスを含むことができる。「希土類鉄酸化物」は、ガーネット（Ｌｎ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２）、単斜晶系フェライト（Ｌｎ_４Ｆｅ_２Ｏ_９）、及びペロブスカイト（ＬｎＦｅＯ_３）等の化合物を含むことができる。「希土類アルミン酸塩」は、ガーネット（Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、単斜晶系アルミン酸塩（Ｌｎ_４Ａｌ_２Ｏ_９）、及びペロブスカイト（ＬｎＡｌＯ_３）等の化合物を含むことができる。「希土類アルミン酸塩」は、約３５〜５０ｗｔ％のＬｎ_２Ｏ_３、約１５〜２５ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３、及び約２５〜５０ｗｔ％のＳｉＯ_２からなるガラス状物質を含むことができる。「希土類チタン酸塩」は、Ｌｎ_２Ｔｉ_２Ｏ_７（パイロクロア）及びＬｎ_２ＴｉＯ_５等の化合物を含むことができる。「希土類ガリウム酸塩」は、ガーネット（Ｌｎ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、単斜晶系ガリウム酸塩（Ｌｎ_４Ｇａ_２Ｏ_９）、ペロブスカイト（ＬｎＧａＯ_３）、及びＬｎ_３ＧａＯ_６化合物を含むことができる。「ニッケルケイ酸塩」は、Ｎｉ_２ＳｉＯ_４等の化合物を含むことができる。「ホウケイ酸ガラス」は、約１５重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）と、ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、カリウム（Ｋ_２Ｏ）、リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される約１０％以下のアルカリ酸化物と、約１０％以下のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と、残部シリカ（ＳｉＯ_２）とを含有する非晶質材を意味し得る。「アルカリ土類ケイ酸塩」は、Ｍｇ_２ＳＯ_４、ＭｇＳｉＯ_３、Ｃａ_２ＳｉＯ_４、Ｃａ_３ＳｉＯ_５、Ｃａ_３Ｓｉ_２Ｏ_７、ＣａＳｉＯ_３、Ｂａ_２ＳｉＯ_４、ＢａＳｉＯ_３、Ｂａ_２Ｓｉ_３Ｏ_８、ＢａＳｉ_２Ｏ_５、Ｓｒ_２ＳｉＯ_４、及びＳｒＳｉＯ_３等の化合物を含み得る。「アルカリ土類希土類酸化物」は、ＢａＬｎ_２Ｏ_４、Ｍｇ_３Ｌｎ_２Ｏ_６、ＳｒＬｎ_２Ｏ_４、及びＳｒ_２Ｌｎ_２Ｏ_５等の化合物を含むことができる。「アルカリ土類希土類ケイ酸塩」は、オキシアパタイト材料（即ち、Ａｅ_２Ｌｎ_８Ｓｉ_６Ｏ_２６）を含み得る。

存在する場合、柔軟層１８は、柔軟層の約８５〜約１００容量％の主要柔軟材料及び柔軟層の約１５容量％以下の二次柔軟材料を、一実施形態では、柔軟層の約８５〜約９９容量％の主要柔軟材料及び柔軟層の約１〜約１５容量％の二次柔軟材料を含み得る。別の実施形態では、柔軟層１８は柔軟層の１００容量％の主要柔軟材料からなっており、主要柔軟材料を希土類元素によってドープすることができる。

本明細書で用いられている「主要柔軟材料」は、ＢＳＡＳ、又は希土類ドープＢＳＡＳを意味するのに対して、「二次柔軟材料」は、Ｌｎ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、Ｌｎ_２ＳｉＯ_５、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライト、及びそれらの組み合わせを意味する。柔軟層２０は、約０．１ミル〜約４０ミルの厚さを有し、後述のように作製及び塗布される。柔軟層１８は、一実施形態ではその０〜約３０容量％、別の実施形態ではその約０．０１〜約３０容量％、別の実施形態では約０．０１〜約１５容量％の多孔度を有する。

中間層２２は、存在する場合、予め定義した主要外部材料の希土類一ケイ酸塩又はドープ希土類一ケイ酸塩からなっている。シリカ層と同様に、中間層２２はＥＢＣの耐用年数の間に形成することができる。より詳細には、高温水蒸気が外層２０を透過し、水蒸気が遷移層の主要遷移材料と反応してＳｉＯ_２を揮発させる時に、中間層２２を形成することができる。

例えば、限定されるものではないが、本明細書で説明するＥＢＣシステムは、一実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、及び遷移層１６；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、遷移層１６、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、遷移層１６、柔軟層１８、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、遷移層１６、柔軟層１８、遷移層１６、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、シリカ層１５、及び遷移層１６；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、シリカ層１５、遷移層１６、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、シリカ層１５、遷移層１６、柔軟層１８、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、シリカ層１５、遷移層１６、柔軟層１８、遷移層１６、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、遷移層１６、中間層２２、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、シリカ層１５、遷移層１６、中間層２２、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、シリカ層１５、遷移層１６、中間層２２（運転中に形成することができる）、及び外層２０；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、シリカ層１５、遷移層１６、柔軟層１８、遷移層１６、中間層２２（運転中に形成することができる）、及び外層２０を含むことができる。そのような実施形態は、約１７０４℃（３１００°Ｆ）以下の温度を有する環境での使用に適している。

或いは、ＥＢＣシステムは、部品１０、ボンドコート層１４、遷移層１６、及び柔軟層１８；別の実施形態では、部品１０、ボンドコート層１４、シリカ層１５、遷移層１６、及び柔軟層１８からなっている。そのような実施形態は、約１５３８℃（２８００°Ｆ）以下の温度を有する環境での使用に適している。

当業者は、先に記載した実施形態の他の実施形態も許容可能であること、また、最初に全ての層が必要なわけではなく、むしろエンジン運転中に形成してもよいことを理解するであろう。

ＥＢＣを、以下の説明に従って作製及び塗布することができる。

ボンドコート層１４は、プラズマ溶射法、化学蒸着法、電子ビーム物理蒸着法、溶融シリコン浸漬、スパッタリング法、及び当業者には公知のその他の従来の塗布方法によって塗布される。

前述したように、シリカ層１５はＥＢＣの耐用年数の間に形成することができる。具体的には、周囲大気中の酸素がＥＢＣに存在する外層、柔軟層、及び遷移層のいずれかを介して拡散し、ボンドコート層１４のシリコンと反応してシリカ層１５を形成する。或いは、シリカ層１５は、化学蒸着法、プラズマ溶射法、スラリー析出法、又はその他の従来方法によって意図的に堆積させてもよい。

シリカ層１５と同様に、中間層２２は、前述のように、高温水蒸気が遷移層１６と反応する時、ＥＢＣの耐用年数の間に形成することもできる。

遷移層１６、柔軟層１８、及び外層２０の作製及び塗布プロセスは、層を高密度化するために必要な温度を低下させるための焼結助剤を含む溶剤系スラリー析出サイクルからなっている。スラリー析出サイクルは、後述のように、任意のマスキング、レベリング、焼結助剤浸透、マスク除去、及び結合剤燃焼ステップによるスラリー形成、スラリー塗布、乾燥、及び焼結を一般的に含むことができる。当業者は、様々な組成のスラリーを用いて様々な組成のＥＢＣ層を作製することができること、更に複数のスラリー析出サイクルを用いて特定の層の全体厚さを増加させることができることを理解できよう。各々の層は先に記載した厚さを有し得、主にスラリー固形物負荷、焼結助剤濃度、及び浸漬、溶射又は塗装パス数に応じたスラリー析出サイクルごとの平均厚さを有している。

本明細書の実施形態で説明するスラリーは様々なスラリー組成からなっているが、一般的に、本明細書で以下に説明するように、有機溶剤、セラミック粒子、焼結助剤、及び有機加工助剤を含んでいる。特に、スラリーは、約６．８ｗｔ％〜約９６．１ｗｔ％の溶剤、約０ｗｔ％〜約８．９ｗｔ％の分散剤、約０ｗｔ％〜約１５．４ｗｔ％の可塑剤、約３．９ｗｔ％〜約９３．２ｗｔ％の主要材料、約０ｗｔ％〜約１５．４ｗｔ％の増粘剤、約０ｗｔ％〜約１ｗｔ％の界面活性剤、及び１つの焼結助剤の場合は約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のスラリー焼結助剤、或いは２つの焼結助剤が存在する場合は約０ｗｔ％〜約７９．９ｗｔ％のスラリー焼結助剤、また別の実施形態では、１つの焼結助剤の場合は約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のスラリー焼結助剤、或いは２つの焼結助剤が存在する場合は約０．０１ｗｔ％〜約７９．９ｗｔ％のスラリー焼結助剤からなっている。

より詳細には、そのような溶剤系スラリーにおいて、「有機溶剤」は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ドデカノール、アセトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、メトキシベンゼン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、キシレン、ミネラルスピリット、ナフサ（例えばＶＭ＆Ｐナフサ）、テトラヒドロフラン、エーテル、及びそれらの組み合わせを意味する。

「主要材料」は、作製されている層に応じてＬｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、Ｌｎ_２ＳｉＯ_５、又はＢＳＡＳを意味し得る。

「分散剤」は、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸−ポリエチレンオキシド共重合体、ポリメタクリル酸、ポリエチレンイミン、リン酸エステル、ニシン魚油、ポリエチレンオキシド、ポリシラザン、及びそれらの組み合わせを意味し得る。

「可塑剤」は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセロール、グリセリン、ポリエチレングリコール、フタル酸ジブチル、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）、フタル酸ビス（ｎ−ブチル）、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジ−ｎ−ヘキシル、ジ（プロピレングリコール）ジベンゾアート、ジ（エチレングリコール）ジベンゾアート、トリ（エチレングリコール）ジベンゾアート、及びそれらの組み合わせを意味し得る。

本明細書で用いられている「スラリー焼結助剤」は、スラリーへの含有に適した焼結助剤組成物を意味し得る。一部の実施形態では、鉄酸化物、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化ホウ素、及びアルカリ土類酸化物；カルボニル鉄；鉄金属、アルミニウム金属、ホウ素、ニッケル金属、水酸化鉄、水酸化ガリウム、水酸化アルミニウム、水酸化ニッケル、水酸化チタン、アルカリ土類水酸化物を含む水酸化物；炭酸鉄、炭酸ガリウム、炭酸アルミニウム、炭酸ニッケル、炭酸ホウ素、及びアルカリ土類炭酸塩を含む炭酸塩；シュウ酸鉄、シュウ酸ガリウム、シュウ酸アルミニウム、シュウ酸ニッケル、シュウ酸チタンを含むシュウ酸塩；及び溶剤可溶性鉄塩、溶剤可溶性ガリウム塩、溶剤可溶性アルミニウム塩、溶剤可溶性ニッケル塩、溶剤可溶性チタン塩、溶剤可溶性ホウ素塩、及び溶剤可溶性アルカリ土類塩を含む「溶剤可溶性塩」から選択される、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、また一部の実施形態では、約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のスラリー焼結助剤が存在し得る。柔軟層スラリーの場合、「スラリー焼結助剤」としては、希土類硝酸塩、希土類酢酸塩、希土類塩化物、希土類酸化物、リン酸アンモニウム、リン酸、ポリビニルリン酸、及びそれらの組み合わせが挙げられる。

代替的実施形態では、スラリーは、約０ｗｔ％〜約５９．３ｗｔ％、一実施形態では約０．０１ｗｔ％〜約５９．３ｗｔ％の本明細書で予め定義したＬｎｂ金属スラリー焼結助剤と、約０ｗｔ％〜約２０．６ｗｔ％、一実施形態では約０．０１ｗｔ％〜約２０．６ｗｔ％のＳｉＯ_２スラリー焼結助剤とからなっている。この実施形態では、Ｌｎｂ及びＳｉＯ_２含有量は、Ｌｎｂ対ＳｉＯ_２のモル比が、希土類二ケイ酸塩主要遷移材料を含有するスラリーに関しては約１対１、また希土類一ケイ酸塩主要外部材料を含有するスラリーに関しては約２対１であるように維持することができる。

本明細書で用いられている「溶剤可溶性鉄塩」としては、エトキシド、２，４−ペンタジオネート鉄、及びテトラメチルヘプタンジオネート鉄を挙げることができ；「溶剤可溶性ガリウム塩」としては、８−ヒドロキシキノリナートガリウム、２，４−ペンタンジオネートガリウム、ガリウムエトキシド、ガリウムイソプロポキシド、及び２，２，６，６−テトラメチルヘプタンジオネートガリウムを挙げることができ；「溶剤可溶性アルミニウム塩」としては、アルミニウムジ−ｓ−ブトキシドエチルアセトアセテート、アルミニウムジイソプロポキシドエチルアセトアセテート、アルミニウムエトキシド、アルミニウムエトキシエトキシエトキシド、３，５−ヘプタンジオナートアルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム９−オクタデセニルアセトアセテートジイソプロポキシド、アルミニウム２，４−ペンタンジオネート、アルミニウムペンタンジオネートビス（エチルアセトアセテート）、２，２，６，６−テトラメチル３，５−ヘプタンジオナートアルミニウム、及びアルミニウムフェノキシドを挙げることができ；「溶剤可溶性ニッケル塩」としては、ニッケル２，４−ペンタジオネート、ニッケル２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネートを挙げることができ；「溶剤可溶性チタン塩」としては、チタンアリルアセテートトリイソプロポキシド、チタンビス（トリエタノールアミン）ジイソプロポキシド、チタンブトキシド、チタンジ−ｎ−ブトキシドビス（２−エチルヘキサノエート）、チタンジイソプロポキシド（ビス−２，４−ペンタンジオネート）、チタンジイソプロポキシドビス（テトラメチルヘプタンジオネート）、チタンエトキシド、チタンジイソプロポキシドビス（エチルアセトアセテート）、チタン２−エチルヘキソキシド、ヨウ化チタントリイソプロポキシド、チタンイソブトキシド、チタンイソプロポキシド、チタンメタクリレートトリイソプロポキシド、チタンメタクリルオキシエチルアセトアセテートトリイソプロポキシド、チタンメトキシド、チタンメトキシプロポキシド、チタンメチルフェノキシド、チタンｎ−ノニルオキシド、酸化チタンビス（ペンタンジオネート）、酸化チタンビス（テトラメチルヘプタンジオネート）、及びチタンｎ−プロポキシドを挙げることができ；「溶剤可溶性ホウ素塩」としては、ホウ素エトキシド、ホウ素ブトキシド、ホウ素イソプロポキシド、ホウ素メトキシド、ホウ素メトキシエトキシド、ホウ素ｎ−プロポキシドを挙げることができ；また「溶剤可溶性アルカリ土類塩」としては、カルシウムイソプロポキシド、カルシウムメトキシエトキシド、カルシウムメトキシド、カルシウムエトキシド、ストロンチウムイソプロポキシド、ストロンチウムメトキシプロポキシド、ストロンチウム２，４−ペンタンジオネート、ストロンチウム２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネート、マグネシウムエトキシド、マグネシウムメトキシド、マグネシウムメトキシエトキシド、マグネシウム２，４−ペンタンジオネート、マグネシウムｎ−プロポキシド、バリウムイソプロポキシド、バリウムメトキシプロポキシド、バリウム２，４−ペンタンジオネート、バリウム２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネートを挙げることができる。

「増粘剤」は、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリ（イソブチルメタクリレート）、ポリ［（ｎ−ブチルメタクリレート−コ−イソブチルメタクリレート）］、メチルメタクリレート共重合体、メタクリル酸エチル共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリビニルピロリドン、エチルセルロース、ニトロセルロース、及びその他の溶剤可溶性セルロース誘導体、並びにそれらの組み合わせを意味する。

「界面活性剤」は、フルオロカーボン、ジメチルシリコン、及びエトキシ化アセチレンジオール構造からなる群から選択される組成物（例えば、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ（サーフィノール）（登録商標）４２０及び５０２等のＳｕｒｆｙｎｏｌ（登録商標）シリーズ（エアプロダクツ・アンド・ケミカルズ・インコーポレイテッド）の市販界面活性剤）、及びそれらの組み合わせを意味する。

また、本明細書で用いられている「有機加工助剤」は、スラリーに含まれる任意の分散剤、可塑剤、増粘剤、及び界面活性剤を意味する。これらの有機加工助剤は、主に加工中に蒸発して焼結後のコーティングに存在しなくなる炭素及びその他の元素からなっている。

スラリーは、前述のスラリー成分のいずれか又は全てを容器内の混合体と混ぜ合わせることによって形成することができる。混合物は、当業者には公知の従来技術、例えば、約１インチ（約２５．４ｍｍ）直径のアルミナ又はジルコニア混合体による振とう、約０．２５インチ〜約１インチ（約０．６４ｃｍ〜約２．５４ｃｍ）直径のアルミナ又はジルコニア混合体を用いたボールミル粉砕、約１ｍｍ〜約５ｍｍ直径のジルコニア系混合体を用いたアトライターミル粉砕、約１ｍｍ〜約５ｍｍ直径のジルコニア系混合体を用いた遊星ボールミル粉砕、又は超音波エネルギーの同時適用による機械的混合又は攪拌を用いて混合することができる。混合体又は超音波エネルギーは、スラリー内のどんな凝集したセラミック粒子をも分解することができる。存在する全ての混合体は、その後、例えば機械的引っ張りによって除去される。

予め添加されていない場合、増粘剤は必要に応じてスラリーに添加され、得られた混合物は、増粘剤が一般的に約５〜約６０分後に完全に溶解するまで、機械的攪拌、圧延、混合、振とうなどの方法、及びその他の同様の方法によって攪拌される。

同様に、予め添加されていない場合、焼結助剤の添加を続けて行ってもよく、それに加えて約５〜約６０分間かかるであろうが焼結助剤が溶解するまで前述の方法を用いて混合が行われる。

全てのスラリー成分が混合された時点で、スラリーを、例えばスラリーの初期混合後又はコーティング層の堆積のためのスラリー使用後に、存在する可能性のあるあらゆる不純物を除去するために様々なメッシュサイズのスクリーンで濾過することができる。３２５メッシュスクリーンを、例えば、約４４ミクロン以上の平均サイズを有する不純物を除去するために使用することができる。

混合及び任意の濾過後、スラリーは、スラリー内の気泡の捕捉を避けるためにゆっくりした圧延、ゆっくりした機械的混合、又はその他の同様の方法によって無期限に攪拌することができる。一実施形態では、スラリーは加工中に蒸発した量に相当する追加の溶剤を添加することによって再生される。或いは、混合した時点で、適用の必要があるまでスラリーを取っておいてもよい。当業者には理解されるように、先の実施形態は本明細書で説明するスラリー組成物を作製する１つの方法を記載しており、下記の実施例で記載したようにその他の方法も許容できる。

選択的に、スラリーを塗布する前にセラミック部品にマスキングを適用して、部品の特定領域の被覆を防ぐことができる。マスキングは、テープ、工具、及び塗装接着剤を含むがこれに限定されるものではない当業者に公知の従来技術を用いて行われる。

セラミック部品の所望のマスキングの全てが完了した時点で、スラリーを部品に塗布して被覆部品を作製することができる。スラリーは、スラリー浴への部品の浸漬、或いは部品へのスラリーの塗装、圧延、スタンピング、溶射、又は注入を含むがこれに限定されるものではない、当業者に公知の任意の従来のスラリー析出法を用いて部品（又は先に塗布した層の上部）に塗布することができる。スラリーの塗布は、手動で行ってもよく、自動化してもよい。

スラリーが部品に塗布された時点で、スラリーがまだ濡れている間、スラリーは余分なスラリー材料を除去するために水平にされる。水平化は、余分なスラリー材料を除去するために、例えば、部品のスピニング、回転、つり下げ、場合によって応用振動を用いた滴下だがこれに限らない従来技術を用いて、又はドクターブレードを用いて行われる。スラリー塗布と同様に、水平化は手動で行っても自動化してもよい。

次に、被覆部品を乾燥させる。乾燥は、二次容器内に存在する更なる有機溶剤を有する密閉領域内で行われる。これによって、雰囲気を有機溶剤によって飽和させることができるので、乾燥プロセスを遅らせるのを助けることができる。このプロセスは有機溶剤を利用するので、あまり湿気に弱くはならない。乾燥速度を制御するために温度変化を使用することができるが、当業者には理解されるように、温度は有機溶剤の印加点未満で維持することができる。被覆部品を真空室に配置して、真空を抜くことによって、乾燥を促進することもできる。

乾燥後、存在する全てのマスキングは、テープ及び接着剤の剥離、テープ及び接着剤の熱分解、又は汎用工具の取り外しによって除去される。マスキング除去後に残るでこぼこの縁は、鋭利な又は研磨工具を用いて削り又は切り取られる。

次に、有機加工助剤の燃焼は、残留溶剤が蒸発して、有機加工助剤を熱分解することができるように、高温環境に乾燥した部品を配置することによって行われる。一実施形態では、有機加工助剤の燃焼は、乾燥した部品を約１℃／分〜約１５℃／分の速度で約４００℃〜約１０００℃の温度に加熱し、部品をこの温度で約０〜約１０時間保持することによって行われる。別の実施形態では、被覆部品が約２℃／分〜約６℃／分の速度で約６００℃〜約８００℃の温度に加熱され、この温度で部品を約０〜約１０時間保持する。別の実施形態では、保持時間は、保持せずに目標温度までゆっくり上昇させた後に、異なる速度で別の温度に上昇又は低下させることによって省くことができる。別の実施形態では、結合剤の燃焼が、被覆部品を約４００℃〜約１４００℃の温度に加熱された炉に配置することによって急速に起こり得る。

その後、乾燥した部品を焼結させて、耐環境コーティングを有する部品を作製する。焼結は、コーティングに対して高密度化と強度の付与とを同時に行う働きをすることができる。更に、ＥＢＣの遷移及び柔軟層の場合、焼結はエンジン環境に存在する高温水蒸気に対して気密シールを付与することができる。外層の場合、焼結によって、エンジン環境への粒子汚染（即ち、ゴミや砂）の結果として発生する可能性のあるカルシウム−ケイ酸アルミン酸マグネシウム（ＣＭＡＳ）等の溶融ケイ酸塩の浸透に対する高密度バリアを提供することができる。焼結は、従来の炉を用いて、又は、例えばマイクロ波焼結、レーザ焼結、赤外線焼結等の方法を用いて行うことができる。

焼結は、乾燥した部品を約１℃／分〜約１５℃／分の速度で約１１００℃〜約１７００℃の温度に加熱し、部品をその温度で約０〜約２４時間保持することによって行うことができる。別の実施形態では、焼結は、被覆部品を約５℃／分〜約１５℃／分の速度で約１３００℃〜約１３７５℃の温度に加熱し、部品をその温度で約０〜約２４時間保持することによって行うことができる。別の実施形態では、焼結は、被覆部品を約１０００℃〜約１４００℃の温度に加熱された炉に配置することによって急速に起こり得る。

結合剤の燃焼及び焼結の熱処理は、周囲空気雰囲気、又は不活性ガスが水素、希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等）、又はそれらの混合物から選択される不活性ガス雰囲気において行われる。一実施形態では、不活性ガス雰囲気は、希土類金属が溶解する前に酸化物に変換しないようにＬｎｂ及びＳｉＯ_２焼結助剤と共にしようすることができる。Ｌｎｂ金属を金属状態で維持することによって、液相焼結とＳｉＯ_２による後続反応を促進することができる。

代替的実施形態では、マスキングの除去、有機加工助剤の燃焼、及び焼結が行われる前に、ＥＢＣの全ての層を順に重ねて塗布することができる。当業者には理解できるように、各々の層の塗布後、次の層の塗布前に層を乾燥、又は部分的に乾燥しなければならない。

別の実施形態では、所望の結果を得るためにスラリーの遷移又は外層に対して焼結助剤を直接添加する必要はない。焼結助剤はＥＢＣスラリーの１つの層に添加することができ、焼結中、焼結助剤はＥＢＣを通って残りの層に拡散することができる。別の実施形態では、焼結助剤のない主要材料スラリーは、層を塗布し、それを乾燥させてから、後述するように熱処理前にまた焼結助剤からなるゾル−ゲル溶液を浸透させることによって高密度化することができる。

浸透は、ＥＢＣ材料の厚い層の高密度化も同時に可能にする。更に、浸透は、コーティングが望み通りに高密度でない場合、焼結後により多くの焼結助剤を添加するための方法である。浸透に使用されるゾル−ゲル溶液は、予め定義したような有機溶剤と溶剤可溶性塩焼結助剤の溶液、又は水と水溶性塩焼結助剤の水溶液であってよい。

本明細書で用いられている「水溶性塩焼結助剤」は、硝酸鉄及び酢酸鉄等の「水溶性鉄塩」；硝酸ガリウム及び酢酸ガリウム等の「水溶性ガリウム塩」；硝酸アルミニウム及び酢酸アルミニウム等の「水溶性アルミニウム塩」；硝酸ニッケル及び酢酸ニッケル等の「水溶性ニッケル塩」；塩化チタン等の「水溶性チタン塩」；ホウ酸及びホウ酸アンモニウム等の「水溶性ホウ素塩」；及びＭｇ（ＮＯ_３）_２、Ｃａ（ＮＯ_３）_２、Ｓｒ（ＮＯ_３）_２、Ｂａ（ＮＯ_３）_２、ＭｇＣ_２Ｈ_３Ｏ_２、ＣａＣ_２Ｈ_３Ｏ_２、ＳｒＣ_２Ｈ_３Ｏ_２、及びＢａＣ_２Ｈ_３Ｏ_２等を含む「水溶性アルカリ土類塩」を意味し得る。

本明細書で用いられている「焼結助剤」は、予め定義したように、「スラリー焼結助剤」、「溶剤可溶性焼結助剤」、又は「水溶性塩焼結助剤」のいずれかを意味し得る。理論によって制限するつもりはないが、本明細書のＥＢＣ実施形態に焼結助剤を含有させることによって主要材料の拡散速度を増加させることができ、表面積の縮小（即ち、高表面積粒子が固化して高密度のコーティングを形成する）は焼結助剤がない場合よりも低温で生じ得るようになる。前述したように、低温（即ち、約１３５７℃以下）での焼結は、エンジン環境からの熱蒸気の透過に左右されない非常に高密度の（即ち、遷移層では約８５％以上、柔軟層では約７０％以上、外層では約７０％以上の）コーティングをもたらすだけでなく、高温への長時間の暴露による下層の部品の機械的特性の劣化防止にも役立つ。

焼結助剤は、ＥＢＣに含まれる焼結助剤の量及びコーティングが焼結温度にさらされる時間に応じて様々な方法で作用することができる。例えば、一実施形態では、焼結助剤は、主要材料（即ち、主要遷移、外部又は柔軟材料）に完全に溶解して、材料を「ドープ」することができる。別の実施形態では、主要材料に溶解する焼結助剤の量が限度を超える場合、焼結助剤の残りの不溶性部分が主要材料と反応して二次材料（即ち、二次遷移、外部、又は柔軟材料）を形成することができる。別の実施形態では、主要材料及び二次材料は上記したように残留焼結助剤と共に存在し得る。

これらの後者の２つの実施形態では、二次材料が高温水蒸気において高揮発性である、例えばこれに限らないが、アルカリケイ酸塩、アルカリ土類ケイ酸塩、ムライト、鉄ケイ酸塩、ホウケイ酸ガラス、ニッケルケイ酸塩、並びに鉄、アルミニウム、チタン、ガリウム、ニッケル、ホウ素、アルカリ、及びアルカリ土類化合物の残留焼結助剤である場合、ＥＢＣの中間層又は柔軟層（存在する場合）のどちらかにおいて二次材料の総容積が、多孔率を（更に存在する場合は残留焼結助剤を）加えて約１５容量％以下にとどまる限り、気密シールを維持することができる。或いは、これらの後者の２つの実施形態では、二次材料が高温水蒸気において揮発に強い耐性を示す場合、例えば二次材料が、例えば希土類酸化物、希土類チタン酸塩、希土類鉄化合物、希土類ガリウム酸塩、希土類アルミン酸塩、及び希土類アルミノケイ酸塩だがこれに限らない化合物を含有する希土類からなる場合、気密シールを維持するためにはＥＢＣの中間又は柔軟層（存在する場合）における多孔率が約１５容量％以下にとどまっている必要がある。

低級の焼結助剤では、高密度化コーティング層は検出可能な二次材料を最初は何も含んでいない可能性があることに留意する必要がある。一部の実施形態では、二次材料は決して検出可能にはならない。しかしながら、その他の実施形態では、エンジン環境において高温水蒸気に何時間も暴露した後、Ｘ線回析、電子顕微鏡法、電子分散分光法（ＥＤＳ）等の技術を用いて、二次材料を検出可能にすることができる。

本明細書で説明したＥＢＣ実施形態は、現在のＥＢＣ及びその作製方法を上回る様々な利益を提供することができる。具体的には、前述したように、本明細書のＥＢＣ実施形態に焼結助剤を含有させることによって低温（即ち、約１３５７℃以下）での焼結を可能にすることができる。これは、エンジン環境からの熱蒸気の透過に左右されない非常に高密度の（即ち、遷移層では約８５％以上、外層及び柔軟層の各々では約７０％以上の）コーティングをもたらすだけでなく、高温への長時間の暴露による下層の部品の機械的特性の劣化を防ぐのを助けることもできる。また、本明細書に記載の実施形態は、各種層への焼結助剤の取り込みによって可能となるスラリー析出プロセスの使用によって、現在のＥＢＣよりも少ない費用で作製することができる。更に、本実施形態は、薄層（＜２ミル）を塗布する場合でも、プラズマ溶射等の従来技術よりもより均一な厚さを有するＥＢＣを提供することができる。更に、スラリー析出プロセスは、内部部品通路へのＥＢＣの塗布のみならず、追加の研磨ステップなしで滑らかな表面仕上げを行う能力も提供することができる。

ＥＢＣは、修復すべき小さい且つ／又は狭い欠陥（例えば、約１０ミクロン〜約５ｍｍの直径、又は約１０ミクロン〜約１ｍｍの幅）を生じる場合がある。以下の修復プロセスは本明細書で説明したＥＢＣに適用でき、本明細書で以下に説明するように、個々のＥＢＣ層の焼結後、又は塗布されたＥＢＣ全体の焼結後に行われる。

一実施形態では、ＥＢＣは本明細書で説明した方法を用いて塗布されているので、修復は１つ以上の個別層の欠陥を改善することを含む。この実施形態では、修復は、所定層の焼結後に欠陥を有する層を作製するのに使用されたのと同じスラリー材料からなる修復スラリーを塗布することによって行うことができる。例えば、遷移層が焼結後に欠陥を生じた場合、最初の遷移層の塗布で使用されたのと同じ遷移層スラリー材料からなる「遷移層修復スラリー」を用いて欠陥を修復することができる。一実施形態では、修復スラリーは、コーティングの修復部分の乾燥及び焼結時の縮みを減少させることができるように、元のスラリー層よりも高い固形物負荷の主要材料セラミック粒子を含んでもよい。特に、修復スラリーにおける主要材料セラミック粒子の固形物負荷は、約３０〜約５５容量％（それとは対照的に層を作製するのに使用された一実施形態の元のスラリーでは約１０容量％以上、別の実施形態の元のスラリーでは約１０〜約５５容量％）であってよい。修復スラリーは前述のものを含む任意の従来方法を用いて塗布され、得られた「修復コーティング」はＥＢＣのその後の層の塗布前に本明細書で前述したように加工される。

代替的実施形態では、修復は、ＥＢＣ全体の塗布及び焼結後に欠陥を修正することを含む。この実施形態では、修復は、欠陥を有するＥＢＣに対して既定の遷移層スラリーに含まれるのと同じ材料（即ち、主要遷移材料、焼結助剤、及び任意で二次材料）からなる遷移層修復スラリーを用いて行われる。この特定の修復スラリーは、ＥＢＣに存在するあらゆる欠陥に浸透し、焼結後の修復ＥＢＣコーティングに対して気密シールを提供することができる。また、遷移層修復スラリーの固形物負荷は少なくとも約３０〜５５容量％であってもよい。

更に、修復プロセスは任意の組成を有するプラズマ溶射ＥＢＣの表面粗度を低下させるために使用される。具体的には、プラズマ溶射ＥＢＣの表面粗度が許容できない場合、コーティングはその上に前述の遷移層スラリー又は外層スラリーのどちらかを塗布することによって滑らかにすることができる。プラズマ溶射ＥＢＣの上に塗布すると、遷移層スラリー又は外層スラリーは、プラズマ溶射コーティングのあらゆる割れ目、溝、又はでこぼこの部分を埋めて、許容程度まで表面粗度を低下させることができる。より詳細には、遷移層スラリー又は外層スラリーの厚さに応じて、プラズマ溶射ＥＢＣの表面粗度は、２００マイクロインチＲａ以上、一実施形態では４０マイクロインチＲａ〜２００マイクロインチＲａ、別の実施形態では４０マイクロインチＲａ〜１５０マイクロインチＲａに低下させることができる。遷移層スラリー又は外層スラリーは、一実施形態では少なくとも約０．５ミル、別の実施形態では約０．５ミル〜約３ミルの厚さを有することができる。その後、塗布された遷移層スラリーを前述のように加工して、許容可能な表面粗度を有する修復ＥＢＣを作製することができる。追加のスラリー層を、必要に応じてＥＢＣに塗布してもよい。

そのような修復プロセスは、コーティング全体を剥がして再塗布するのとは対照的に、コーティングの塗布又は寿命の間様々な場所で局在欠陥を修復する能力を提供することができる。これは、更に、時間、労力、及び材料の節約をもたらすことができる。

従来の空気プラズマ溶射法を用いて、ＳｉＣ−ＳｉＣ ＣＭＣコーティングにシリコンボンドコートを塗布した。次に、主要遷移材料スラリーを、まずプラスチック容器内で、十分な０．２５インチ（６．３５ｍｍ）直径の球状ジルコニア媒体を容器の底に並べて、
イッテルビウム二ケイ酸塩（主要遷移材料）、鉄酸化物ナノ粒子（焼結助剤）、エタノール（溶剤）、及びポリエチレンイミン（分散剤）を混合することによって作製した。この混合物を１５時間ローラーミルに配置した。ローラーミルから容器を取り除いた後、ジルコニア媒体を除去し、スラリーを３２５メッシュスクリーンによって濾過してあらゆる大径粒子の凝集体を除去した。

得られた主要遷移材料スラリー（スラリーＡ）は、５６．１１％のイッテルビウム二ケイ酸塩、０．５４％の鉄酸化物、０．５７％のポリエチレンイミン、及び残部エタノール（全て重量パーセント）からなっていた。シリコン被覆セラミック部品をスラリーＡに浸漬し、周囲条件で乾燥し、１０℃／分で１０００℃まで熱処理して残留有機材料を燃焼させた。次に、温度を１０℃／分で１０００℃〜１３４４℃に上昇させ、１０時間保持して、鉄ドープイッテルビウム二ケイ酸塩からなる遷移層を形成した。全ての熱処理は、空気中で行った。加熱環境によって、１５容量％未満の多孔率を有する遷移層が得られた。これらの浸漬、乾燥、及び熱処理プロセスを８回繰り返して、遷移層の層厚を形成した。

次に、主要外部材料スラリーを、まずプラスチック容器内で、十分な０．２５インチ（６．３５ｍｍ）直径の球状ジルコニア媒体を容器の底に並べて、イッテルビウム一ケイ酸塩（主要外部材料）、鉄酸化物ナノ粒子（焼結助剤）、エタノール（溶剤）、及びボリエチレンイミン（分散剤）を混合することによって作製した。この混合物を１５時間ローラーミルに配置した。ローラーミルから容器を取り除いた後、ジルコニア媒体を除去し、スラリーを３２５メッシュスクリーンによって濾過してあらゆる大径粒子の凝集体を除去した。

得られた主要外部材料スラリー（スラリーＢ）は、６１．１９％のイッテルビウム一ケイ酸塩、０．２９％の鉄酸化物、０．６１％のポリエチレンイミン、及び残部エタノール（全て重量パーセント）からなっていた。シリコン及び遷移層被覆セラミック部品をスラリーＢに浸漬し、周囲条件で乾燥し、スラリーＢに再浸漬し、周囲条件で乾燥し、１０℃／分で１０００℃まで熱処理してあらゆる残留有機材料を燃焼させた。次に、温度を１０℃／分で１０００℃〜１３４４℃に上昇させ、１０時間保持して、遷移層を高密度化した。熱処理後、層は鉄ドープイットリウム一ケイ酸塩からなっていた。全ての熱処理は空気中で行った。加熱環境によって、１５容量％未満の多孔率を有する遷移層が得られた。浸漬、乾燥、及び熱処理を２回繰り返して、外層の層厚を形成した。

図２は、空気プラズマ溶射シリコンボンドコート（１００）、薄いシリカ層（３．９マイクロメートル）（１０２）、遷移層（１０４）、及び外層（１０６）を有する本コーティング微細構造のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。外層及び遷移層は鉄ドープ主要材料（それぞれ、イッテルビウム一ケイ酸塩及びイッテルビウム二ケイ酸塩）のみからなっているように見え、Ｘ線回析はＥＢＣに含まれる二次材料を何ら検出することができなかった。層のＥＤＳ分析は、鉄酸化物が主要材料に溶解していることを示した。

実施例１のＥＢＣによって被覆されたＣＭＣ（１０１）を、２４００°Ｆ（１３１６℃）の水蒸気に１０００時間さらした。図３は、シリコンボンドコート（１００）、約７．０マイクロメートル厚に増加したシリカ層（１０２）、鉄ドープイッテルビウム二ケイ酸塩遷移層（１０４）、及びクラックを有する高密度化イッテルビウム一ケイ酸塩外層（１０６）を有する、高温水蒸気暴露後の本コーティングのＳＥＭ顕微鏡写真を示す。一部のイッテルビウム二ケイ酸塩は、蒸気試験の静的雰囲気における高いガス状シリコン含有量の人為結果として一ケイ酸塩層のクラックの周囲に形成された。

原理を証明するために、スラリー析出プロセスを用いて主要遷移層をシリコン金属ウェハ上に堆積させた。主要遷移材料スラリーを、まずプラスチック容器内で、十分な０．２５インチ（６．３５ｍｍ）直径の球状ジルコニア媒体を容器の底に並べて、イッテルビウム二ケイ酸塩粉末（主要遷移材料）、酸化ガリウム粉末（焼結助剤）、エタノール（溶剤）、及びポリエチレンイミン（分散剤）を混合することによって作製した。この混合物を１５時間ローラーミルに配置した。ローラーミルから容器を取り除いた後、ジルコニア媒体を除去し、スラリーを３２５メッシュスクリーンによって濾過してあらゆる大径粒子の凝集体を除去した。

得られた主要遷移材料スラリー（スラリーＣ）は、５６．３５％のイッテルビウム二ケイ酸塩、０．６４％の酸化ガリウム、０．５７％のポリエチレンイミン、及び残部エタノール（全て重量パーセント）からなっていた。シリコン被覆セラミック部品をスラリーＣに浸漬し、周囲条件で乾燥し、スラリーＣに再浸漬し、周囲条件で乾燥し、１０℃／分で１０００℃まで熱処理してあらゆる残留有機材料を燃焼させた。次に、温度を１０℃／分で１０００℃〜１３４４℃に上昇させ、１０時間保持して、鉄ドープイッテルビウム二ケイ酸塩からなる遷移層を形成した。全ての熱処理は空気中で行った。加熱環境によって、図４に示すように１５容量％未満の多孔率を有する遷移層（１０８）が得られた。電子顕微鏡検査では、このコーティングにおいていかなる二次相も見られなかった。ＥＤＳ分析は、ガリウムがイッテルビウム二ケイ酸塩主要材料に溶解していることを示した。

本明細書は、本発明を開示すると共に、当業者であれば誰でも本発明を作製し使用することができるように、最良の形態を含む例を用いている。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求項によって定義され、当業者が想到し得る他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求項の文言と相違しない構成要素を有する場合、或いは特許請求項の文言と実質的な差異のない同等の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に属するものとする。

Claims (10)

1. 高温セラミック部品（１０）用の耐環境コーティング（１２）であって、
   ボンドコート層（１４）と；
   任意のシリカ層（１５）と；
   少なくとも１つの遷移層（１６）であって、
   希土類二ケイ酸塩又はドープ希土類二ケイ酸塩からなる、該遷移層の約８５〜約９９容量％の主要遷移材料と、
   Ｆｅ_２Ｏ_３、鉄ケイ酸塩、希土類鉄酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライト、希土類アルミン酸塩、希土類アルミノケイ酸塩、ＴｉＯ_２、希土類チタン酸塩、Ｇａ_２Ｏ_３、希土類ガリウム酸塩、ＮｉＯ、ニッケルケイ酸塩、希土類ニッケル酸化物、Ｌｎｂ金属、Ｌｎｂ_２Ｏ_３、Ｌｎｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、Ｌｎｂ_２ＳｉＯ_５、ホウケイ酸ガラス、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類希土類酸化物、アルカリ土類希土類ケイ酸塩、及びそれらの混合物からなる群から選択される、該遷移層の１〜約１５容量％の二次材料を含む、少なくとも１つの遷移層（１６）とからなり；
   前記遷移層は、少なくとも有機溶剤、前記主要遷移材料及び少なくとも１つのスラリー焼結助剤からなるスラリーとして前記部品に塗布され、前記スラリー焼結助剤と前記主要遷移材料の間の反応によって、その０％〜約１５容量％の多孔率を有する前記遷移層がもたらされる、コーティング（１２）。
2. 前記溶剤は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ドデカノール、アセトン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、トルエン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、メトキシベンゼン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、キシレン、ミネラルスピリット、ナフサ、テトラヒドロフラン、エーテル、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のコーティング（１２）。
3. ２つ以上の遷移層（１６）からなる、請求項１又は２のいずれかに記載のコーティング（１２）。
4. 各々の遷移層（１６）は、異なる組み合わせの主要遷移材料と二次遷移材料からなる、請求項３に記載のコーティング（１２）。
5. 外層（２０）であって、
   希土類一ケイ酸塩又はドープ希土類一ケイ酸塩からなる、該外層の約８５〜約９９容量％の主要外部材料、並びに、
   該外層の１〜約１５容量％の前記二次材料を含む外層と；
   前記主要外部材料からなる中間層（２２）と；
   柔軟層（１８）であって、
   ＢＳＡＳ及び希土類ドープＢＳＡＳから選択される、該柔軟層の約８５〜約９９容量％の主要柔軟材料、並びに、
   Ｌｎ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７、Ｌｎ_２ＳｉＯ_５、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライト、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、約１〜約１５容量％の二次柔軟材料を含む柔軟層（１８）と
   のいずれか１つ以上を選択的に有しており、
   前記外層はその約０〜約３０容量％の多孔率を有しており、前記柔軟層はその約０〜約１５容量％の多孔率を有している、請求項１、２、３、又は４のいずれかに記載のコーティング（１２）。
6. 前記遷移層の前記ドープ希土類二ケイ酸塩及び前記外層の前記ドープ希土類一ケイ酸塩は、鉄、アルミニウム、チタン、ガリウム、ニッケル、ホウ素、アルカリ、及びアルカリ土類、並びにＬｎｂ希土類金属からなる、請求項１、２、３、４、又は５のいずれかに記載のコーティング（１２）。
7. 前記遷移層（１６）は約０．１ミル〜約４０ミルの厚さを有し、前記外層（２０）は約０．１ミル〜約３ミルの厚さを有し、前記柔軟層（１８）は約０．１ミル〜約４０ミルの厚さを有している、請求項１、２、３、４、５、又は６のいずれかに記載のコーティング（１２）。
8. 前記高温セラミック部品（１０）は、セラミックマトリックス複合体、即ち、燃焼器部品、タービンブレード、シュラウド、ノズル、ヒートシールド、及びベーンからなる群から選択されるモノリシックセラミックタービンエンジン部品である、請求項１、２、３、４、５、６、又は７のいずれかに記載のコーティング（１２）。
9. 前記スラリー焼結助剤は、鉄酸化物、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化ホウ素、アルカリ土類酸化物、カルボニル鉄、鉄金属、アルミニウム金属、ホウ素、ニッケル金属、水酸化鉄、水酸化ガリウム、水酸化アルミニウム、水酸化ニッケル、水酸化チタン、アルカリ土類水酸化物、炭酸鉄、炭酸ガリウム、炭酸アルミニウム、炭酸ニッケル、炭酸ホウ素、アルカリ土類炭酸塩、シュウ酸鉄、シュウ酸ガリウム、シュウ酸アルミニウム、シュウ酸ニッケル、シュウ酸チタン、溶剤可溶性鉄塩、溶剤可溶性ガリウム塩、溶剤可溶性アルミニウム塩、溶剤可溶性ニッケル塩、溶剤可溶性チタン塩、溶剤可溶性ホウ素塩、及び溶剤可溶性アルカリ土類塩からなる群から選択される、請求項１、２、３、４、５、６、７、又は８のいずれかに記載のコーティング（１２）。
10. 前記スラリー焼結助剤は、Ｌｎｂ金属及びＳｉＯ_２からなる、請求項１、２、３、４、５、６、７、又は８のいずれかに記載のコーティング（１２）。