[go: up one dir, main page]

JP2019214750A - Environmental barrier coating, environmental barrier component with the same, and method of manufacturing environmental barrier coating - Google Patents

Environmental barrier coating, environmental barrier component with the same, and method of manufacturing environmental barrier coating Download PDF

Info

Publication number
JP2019214750A
JP2019214750A JP2018111582A JP2018111582A JP2019214750A JP 2019214750 A JP2019214750 A JP 2019214750A JP 2018111582 A JP2018111582 A JP 2018111582A JP 2018111582 A JP2018111582 A JP 2018111582A JP 2019214750 A JP2019214750 A JP 2019214750A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intermediate layer
rare earth
environment
resistant coating
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018111582A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
峰明 松本
Mineaki Matsumoto
峰明 松本
栗村 隆之
Takayuki Kurimura
隆之 栗村
水流 靖彦
Yasuhiko Tsuru
靖彦 水流
秀次 谷川
Hidetsugu Tanigawa
秀次 谷川
芳史 岡嶋
Yoshifumi Okajima
芳史 岡嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2018111582A priority Critical patent/JP2019214750A/en
Publication of JP2019214750A publication Critical patent/JP2019214750A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

【課題】良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境コーティングを提供する。【解決手段】セラミックス基複合材料を主成分として含む基材1上に形成され、最表層2と、基材1と最表層2との間に配置された少なくとも1つの中間層2とを含む耐環境コーティング10であって、最表層2は、希土類安定化ジルコニアにより構成され、イッテルビア安定化ジルコニアを95質量%以上含み、最表層2に接触する第1中間層3aは、希土類安定化ジルコニア又は希土類シリケートのうちの少なくとも一方である希土類化合物を含み、第1中間層3aにおけるイッテルビウムの含有量が、第1中間層3a中の希土類全体に対して90モル%以上である。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an environment resistant coating capable of maintaining good environment resistant performance for a long period of time. SOLUTION: The resistance is formed on a base material 1 containing a ceramic matrix composite material as a main component and includes an outermost surface layer 2 and at least one intermediate layer 2 arranged between the base material 1 and the outermost surface layer 2. In the environmental coating 10, the outermost layer 2 is composed of rare earth-stabilized zirconia, contains 95% by mass or more of ytterbium-stabilized zirconia, and the first intermediate layer 3a in contact with the outermost layer 2 is a rare earth-stabilized zirconia or a rare earth-stabilized zirconia. The ytterbium content of the first intermediate layer 3a is 90 mol% or more, containing at least one rare earth compound of the silicates. [Selection diagram] Figure 1

Description

本開示は、耐環境コーティング、それを備える耐環境部品、及び耐環境コーティングの製造方法に関する。   The present disclosure relates to an environmental coating, an environmental component including the same, and a method of manufacturing the environmental coating.

セラミックス基複合材料(炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素材料(SiC−SiC)、炭素繊維強化炭化ケイ素材料(C−SiC)等)は軽量で、高温での機械的特性が良好である。そのため、セラミックス基複合材料は、航空機エンジン、産業用ガスタービン等の高温部材として有望な材料である。しかし、水蒸気が存在する高温高圧水蒸気酸化環境下では、酸化とともに水蒸気による腐食減肉が生じる。このため、特にガスタービン燃焼環境では、高温高圧水蒸気酸化により耐久性が著しく低下する。そこで、ガスタービン燃焼環境での実用化のためには、高温高圧水蒸気への耐久性(耐環境性能)のある耐環境コーティングの適用が好ましい。そのため、耐環境コーティングの材料として、希土類シリケート(YSi、YSi等)を被覆した材料が開発されつつある。 Ceramic-based composite materials (silicon carbide fiber reinforced silicon carbide material (SiC-SiC), carbon fiber reinforced silicon carbide material (C-SiC), etc.) are lightweight and have good mechanical properties at high temperatures. Therefore, ceramic-based composite materials are promising materials as high-temperature members for aircraft engines, industrial gas turbines, and the like. However, in a high-temperature and high-pressure steam oxidation environment where steam is present, corrosion and wall thinning due to steam occur along with oxidation. For this reason, especially in a gas turbine combustion environment, durability is significantly reduced due to high-temperature and high-pressure steam oxidation. Therefore, for practical use in a gas turbine combustion environment, it is preferable to apply an environment-resistant coating having durability (environment-resistant performance) to high-temperature and high-pressure steam. For this reason, materials coated with rare earth silicates (Y 2 Si 2 O 5 , Y 2 Si 2 O 7, etc.) are being developed as materials for environmentally resistant coatings.

しかしながら、希土類シリケートを用いた場合でも、水蒸気とSiOとの反応によりケイ素が揮発し、耐環境コーティングの減肉が無視できない。また、希土類シリケートは高温でのエロージョン特性が十分ではない。そこで、減肉抑制及びエロージョン特性の改善のため、特許文献1に記載の技術が提案されている。特許文献1には、セラミックス基複合材料で構成された基材上に形成された耐環境コーティングが記載されている。この耐環境コーティングは、イッテルビア安定化ジルコニアを含む最表層と、最表層と基材との間に形成される中間層であって希土類シリケートを含む中間層とを含む。 However, even when a rare earth silicate is used, silicon is volatilized by the reaction between water vapor and SiO 2, and the reduction in thickness of the environmentally resistant coating cannot be ignored. Also, rare earth silicates do not have sufficient erosion characteristics at high temperatures. Therefore, a technique described in Patent Literature 1 has been proposed for suppressing wall thinning and improving erosion characteristics. Patent Literature 1 describes an environment-resistant coating formed on a substrate made of a ceramic-based composite material. The environment-resistant coating includes an outermost layer including ytterbia-stabilized zirconia, and an intermediate layer formed between the outermost layer and the base material, the intermediate layer including rare earth silicate.

国際公開第2016/129588号(特に実施例を参照)WO 2016/129588 (see especially the examples)

イッテルビア安定化ジルコニウムは、高温での機械的特性に優れる。また、イッテルビア安定化ジルコニウムは水蒸気とほとんど反応せず、揮発しにくい。そのため、水蒸気存在下でも減肉抑制が期待できる。   Ytterbia stabilized zirconium has excellent mechanical properties at high temperatures. Further, ytterbia-stabilized zirconium hardly reacts with water vapor and hardly volatilizes. Therefore, suppression of wall thinning can be expected even in the presence of steam.

しかしながら、特許文献1に記載の耐環境コーティングにおいて、耐環境コーティングが繰り返し高熱に晒されると、最表層のイッテルビウムが中間層に熱拡散する。この結果、最表層でのイッテルビウムの濃度が低下し、最表層の相安定性が低下する。これにより、例えば1300℃を超える領域で相変態が起き易く、耐環境コーティングが劣化し易くなる。   However, in the environment-resistant coating described in Patent Document 1, when the environment-resistant coating is repeatedly exposed to high heat, ytterbium in the outermost layer thermally diffuses into the intermediate layer. As a result, the concentration of ytterbium in the outermost layer decreases, and the phase stability of the outermost layer decreases. Thereby, for example, phase transformation easily occurs in a region exceeding 1300 ° C., and the environment-resistant coating is easily deteriorated.

本発明の少なくとも一実施形態は、良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境コーティング、それを備える耐環境部品、及び耐環境コーティングの製造方法を提供することを目的とする。   An object of at least one embodiment of the present invention is to provide an environment-resistant coating capable of maintaining good environment-resistant performance for a long period of time, an environment-resistant component including the same, and a method of manufacturing the environment-resistant coating.

(1)本発明の一実施形態に係る耐環境コーティングは、
セラミックス基複合材料を主成分として含む基材上に形成され、最表層と、前記基材と前記最表層との間に配置された少なくとも1つの中間層とを含む耐環境コーティングであって、
前記最表層は、希土類安定化ジルコニアにより構成され、イッテルビア安定化ジルコニアを95質量%以上含み、
前記最表層に接触する第1中間層は、希土類安定化ジルコニア又は希土類シリケートのうちの少なくとも一方である希土類化合物を含み、
前記第1中間層におけるイッテルビウムの含有量が、前記第1中間層中の希土類全体に対して90モル%以上である
ことを特徴とする。
(1) An environment-resistant coating according to an embodiment of the present invention includes:
An environment-resistant coating formed on a base material including a ceramic-based composite material as a main component and including an outermost layer and at least one intermediate layer disposed between the base material and the outermost layer,
The outermost layer is composed of rare earth stabilized zirconia, and contains 95% by mass or more of ytterbia stabilized zirconia,
The first intermediate layer in contact with the outermost layer includes a rare earth compound that is at least one of rare earth stabilized zirconia and rare earth silicate,
The content of ytterbium in the first intermediate layer is at least 90 mol% with respect to the entire rare earth element in the first intermediate layer.

上記(1)の構成によれば、最表層から第1中間層へのイッテルビウムの熱拡散を抑制でき、最表層の相安定性を高い状態で維持できる。これにより、良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境コーティングを提供できる。   According to the configuration (1), thermal diffusion of ytterbium from the outermost layer to the first intermediate layer can be suppressed, and the phase stability of the outermost layer can be maintained in a high state. Thus, an environment-resistant coating capable of maintaining good environment-resistant performance for a long time can be provided.

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記第1中間層は、少なくとも希土類安定化ジルコニアを含む
ことを特徴とする。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The first intermediate layer contains at least rare earth stabilized zirconia.

上記(2)の構成によれば、第1中間層での希土類シリケートの含有量を減らすことができ、水蒸気とシリケートとの反応に起因する第1中間層の劣化を抑制できる。   According to the above configuration (2), the content of the rare earth silicate in the first intermediate layer can be reduced, and deterioration of the first intermediate layer due to the reaction between the water vapor and the silicate can be suppressed.

(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記第1中間層の熱膨張係数は、8×10−6/K以上10×10−6/K以下である
ことを特徴とする。
(3) In some embodiments, in the above configuration (1) or (2),
The thermal expansion coefficient of the first intermediate layer is not less than 8 × 10 −6 / K and not more than 10 × 10 −6 / K.

上記(3)の構成によれば、第1中間層の熱膨張係数を最表層の熱膨張係数よりも小さくでき、熱応力を緩和できる。   According to the above configuration (3), the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer can be made smaller than that of the outermost layer, and the thermal stress can be reduced.

(4)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(3)の何れか1の構成において、
前記少なくとも1つの中間層は、前記第1中間層に接触する第2中間層であって前記基材の側に配置された第2中間層を含み、
前記第2中間層の熱膨張係数は、前記第1中間層の熱膨張係数よりも小さい
ことを特徴とする。
(4) In some embodiments, in any one of the above configurations (1) to (3),
The at least one intermediate layer includes a second intermediate layer that contacts the first intermediate layer and includes a second intermediate layer disposed on the side of the substrate.
The thermal expansion coefficient of the second intermediate layer is smaller than the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer.

上記(4)の構成によれば、第2中間層の熱膨張係数を最表層及び第1中間層の熱膨張係数よりも小さくでき、熱応力を緩和できる。   According to the configuration (4), the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer can be made smaller than the thermal expansion coefficients of the outermost layer and the first intermediate layer, and the thermal stress can be reduced.

(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、
前記第2中間層の熱膨張係数は、5×10−6/K以上7×10−6/K以下である
ことを特徴とする。
(5) In some embodiments, in the configuration of the above (4),
The thermal expansion coefficient of the second intermediate layer is not less than 5 × 10 −6 / K and not more than 7 × 10 −6 / K.

上記(5)の構成によれば、第2中間層の熱膨張係数を最表層及び第1中間層の熱膨張係数よりも小さくでき、熱応力を緩和できる。   According to the configuration (5), the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer can be made smaller than the thermal expansion coefficients of the outermost layer and the first intermediate layer, and the thermal stress can be reduced.

(6)幾つかの実施形態では、上記(4)又は(5)の構成において、
前記第2中間層は、イッテルビアシリケート及びイットリアシリケートを含み、
前記第2中間層におけるイットリウムの濃度が、前記第1中間層におけるイットリウムの濃度よりも大きい
ことを特徴とする。
(6) In some embodiments, in the configuration of the above (4) or (5),
The second intermediate layer includes ytterbia silicate and yttria silicate,
The yttrium concentration in the second intermediate layer is higher than the yttrium concentration in the first intermediate layer.

上記(6)の構成によれば、第2中間層は最表層に接触しないので、第2中間層中のイットリウムの最表層への熱拡散を抑制できる。これにより、最表層の相安定性を高いまま維持できる。さらには、第2中間層の全体をイッテルビウムで構成する場合と比較して、比較的安価なイットリウムを含むことで、耐環境コーティングの製造コストを削減できる。   According to the configuration of (6), since the second intermediate layer does not contact the outermost layer, the thermal diffusion of yttrium in the second intermediate layer to the outermost layer can be suppressed. Thereby, the phase stability of the outermost layer can be maintained high. Furthermore, compared to the case where the whole of the second intermediate layer is made of ytterbium, the production cost of the environment-resistant coating can be reduced by including the relatively inexpensive yttrium.

(7)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(6)の何れか1の構成において、
前記第1中間層は、前記希土類化合物を95質量%以上含む
ことを特徴とする。
(7) In some embodiments, in any one of the above (1) to (6),
The first intermediate layer contains the rare earth compound in an amount of 95% by mass or more.

上記(7)の構成によれば、耐環境性能を高めることができる。   According to the configuration of (7), environmental resistance can be improved.

(8)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(7)の何れか1の構成において、
前記セラミックス基複合材料は、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素材料又は炭素繊維強化炭化ケイ素材料のうちの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする。
(8) In some embodiments, in any one of the above (1) to (7),
The ceramic-based composite material includes at least one of a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide material and a carbon fiber reinforced silicon carbide material.

上記(8)の構成によれば、基材の強度を向上できる。   According to the configuration of (8), the strength of the base material can be improved.

(9)本発明の一実施形態に係る耐環境部品は、
セラミックス基複合材料を主成分として含む基材と、
上記(1)〜(8)の何れか1つに記載の耐環境コーティングであって前記基材上に形成された耐環境コーティングとを備える
ことを特徴とする。
(9) The environment-resistant component according to one embodiment of the present invention includes:
A base material containing a ceramic-based composite material as a main component,
An environment-resistant coating according to any one of the above (1) to (8), comprising: an environment-resistant coating formed on the substrate.

上記(9)の構成によれば、最表層から第1中間層へのイッテルビウムの熱拡散を抑制でき、最表層の相安定性を高い状態で維持できる。これにより、良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境部品を提供できる。   According to the configuration (9), thermal diffusion of ytterbium from the outermost layer to the first intermediate layer can be suppressed, and the phase stability of the outermost layer can be maintained in a high state. Thereby, it is possible to provide an environment-resistant component capable of maintaining good environmental performance for a long time.

(10)本発明の一実施形態に係る耐環境コーティングの製造方法は、
セラミックス基複合材料を主成分として含む基材上に、最表層と、前記基材と前記最表層との間に配置された少なくとも1つの中間層とを含む耐環境コーティングを製造する方法であって、
前記最表層に接触する第1中間層であって、希土類安定化ジルコニア又は希土類シリケートのうちの少なくとも一方である希土類化合物を含み、イッテルビウムの含有量が、前記第1中間層中の希土類全体に対して90モル%以上である前記第1中間層を製造する第1中間層製造工程と、
希土類安定化ジルコニアにより構成され、イッテルビア安定化ジルコニアを95質量%以上含む前記最表層を製造する最表層製造工程と、を含む
ことを特徴とする。
(10) The method for producing an environment-resistant coating according to one embodiment of the present invention includes:
What is claimed is: 1. A method for producing an environment-resistant coating comprising a top surface layer, and at least one intermediate layer disposed between the base material and the top surface layer, on a base material containing a ceramic-based composite material as a main component, ,
A first intermediate layer that is in contact with the outermost layer and includes a rare earth compound that is at least one of rare earth stabilized zirconia or a rare earth silicate, and the content of ytterbium is reduced with respect to the entire rare earth element in the first intermediate layer. A first intermediate layer manufacturing step of manufacturing the first intermediate layer that is 90 mol% or more;
An outermost layer manufacturing step of manufacturing the outermost layer made of rare earth-stabilized zirconia and containing 95% by mass or more of ytterbia-stabilized zirconia.

上記(10)の構成によれば、最表層から第1中間層へのイッテルビウムの熱拡散を抑制でき、最表層の相安定性を高い状態で維持できる。これにより、良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境コーティングの製造方法を提供できる。   According to the above configuration (10), thermal diffusion of ytterbium from the outermost layer to the first intermediate layer can be suppressed, and the phase stability of the outermost layer can be maintained in a high state. This can provide a method for producing an environment-resistant coating capable of maintaining good environmental performance for a long period of time.

本発明の少なくとも一実施形態は、良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境コーティング、それを備える耐環境部品、及び耐環境コーティングの製造方法を提供できる。   At least one embodiment of the present invention can provide an environment-resistant coating capable of maintaining good environmental performance for a long period of time, an environment-resistant component including the same, and a method of manufacturing the environment-resistant coating.

本発明の一実施形態に係る耐環境コーティングの断面図である。1 is a cross-sectional view of an environment-resistant coating according to an embodiment of the present invention. YbSZ及びYbSiOの総体積に対するYbSZの体積割合(横軸)と、熱膨張係数(縦軸)との関係を示すグラフである。The volume ratio of YbSZ to the total volume of YbSZ and Yb 2 SiO 5 (horizontal axis) is a graph showing the relationship between the thermal expansion coefficient (vertical axis). (Y,Yb)SiO及び(Y,Yb)Siの総体積に対する(Y,Yb)Siの体積割合(横軸)と、熱膨張係数(縦軸)との関係を示すグラフである。(Y, Yb) 2 SiO 5 and (Y, Yb) (Y, Yb) to the total volume of 2 Si 2 O 7 as the volume ratio of 2 Si 2 O 7 (horizontal axis), the thermal expansion coefficient (vertical axis) 6 is a graph showing the relationship of. 本発明の一実施形態に係る耐環境コーティングの製造方法を示すフローチャーである。1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing an environment-resistant coating according to an embodiment of the present invention.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、2つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。さらに、各実施形態において、共通する部材については同じ符号を付すものとし、説明の簡略化のために重複する説明は省略する。   Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the contents described in the following embodiments or the contents described in the drawings are merely examples, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention. In addition, each embodiment can be implemented by arbitrarily combining two or more. Further, in each embodiment, the same members are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted for simplification of the description.

また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.

図1は、本発明の一実施形態に係る耐環境コーティング10の断面図である。耐環境コーティング10は、基材1上に形成されるものであり、最表層2と、基材1と最表層2との間に配置された少なくとも1つの中間層3と、ボンドコート4とを含むものである。中間層3は、例えば、最表層2に接触する第1中間層3aと、第1中間層3aに接触する第2中間層3bであって基材1の側に配置された第2中間層3bとを含む。なお、中間層3は1層のみでもよく、3層以上でもよい。また、ボンドコート4が基材1上に配置されることで、耐環境コーティング10が基材1に支持される。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an environment-resistant coating 10 according to one embodiment of the present invention. The environment-resistant coating 10 is formed on the substrate 1, and includes an outermost layer 2, at least one intermediate layer 3 disposed between the substrate 1 and the outermost layer 2, and a bond coat 4. Including. The intermediate layer 3 is, for example, a first intermediate layer 3a in contact with the outermost layer 2 and a second intermediate layer 3b in contact with the first intermediate layer 3a, and the second intermediate layer 3b arranged on the side of the base material 1 And The intermediate layer 3 may be only one layer or three or more layers. Moreover, the environment-resistant coating 10 is supported by the substrate 1 by disposing the bond coat 4 on the substrate 1.

基材1は、耐環境コーティング10を支持するためのものである。基材1は、セラミックス基複合材料を主成分として含む。ここでいう主成分は、体積を基準として、基材1の通常50%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上をいう。   The substrate 1 is for supporting the environment-resistant coating 10. The base material 1 contains a ceramic-based composite material as a main component. The term “main component” as used herein refers to usually 50% or more, preferably 70% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more, of the substrate 1 on a volume basis.

セラミックス基複合材料(Ceramic Matrix Composites)は、例えば、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素材料(SiC−SiC)又は炭素繊維強化炭化ケイ素材料(C−SiC)のうちの少なくとも一方を含む。SiC−SiC又はC−SiCのうちの少なくとも一方を含むことで、基材1の強度を向上できる。   The ceramic matrix composite (Ceramic Matrix Composites) includes, for example, at least one of a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide material (SiC-SiC) and a carbon fiber reinforced silicon carbide material (C-SiC). By including at least one of SiC-SiC and C-SiC, the strength of the substrate 1 can be improved.

基材1の熱膨張係数は、後記する耐環境コーティング10を構成する各層の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。具体的には、基材1の熱膨張係数は、例えば3.5×10−6/K以上4.5×10−6/K以下とすることが好ましい。熱膨張係数は、例えば、JIS R 1618:2002に基づいて測定できる。なお、本明細書において「熱膨張係数」とは、室温(25℃)から1200℃まで温度を変化させたときに測定される熱膨張係数のことをいう。 The coefficient of thermal expansion of the substrate 1 is preferably smaller than the coefficient of thermal expansion of each layer constituting the environment-resistant coating 10 described later. Specifically, the thermal expansion coefficient of the substrate 1 is preferably, for example, not less than 3.5 × 10 −6 / K and not more than 4.5 × 10 −6 / K. The thermal expansion coefficient can be measured based on, for example, JIS R 1618: 2002. In addition, in this specification, a "thermal expansion coefficient" means the thermal expansion coefficient measured when changing temperature from room temperature (25 degreeC) to 1200 degreeC.

基材1の厚さは特に制限されず、耐環境コーティング10が形成される耐環境部品の種類に応じて、適宜決定すればよい。   The thickness of the substrate 1 is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the type of the environment-resistant component on which the environment-resistant coating 10 is formed.

最表層2は、希土類安定化ジルコニアにより構成され、イッテルビア安定化ジルコニア(Yb安定化ZrO、以下、YbSZという)を95質量%以上含むものである。YbSZを95質量%以上の割合で含む希土類安定化ジルコニアで構成されることで、最表層2の信頼性を高めることができる。具体的には、最表層2の相安定性が高められ、例えば1300℃以上の高温領域においても相変態を抑制できる。このため、熱サイクル特性を向上できる。また、水蒸気との反応抑制により減肉を抑制できる。このため、耐水蒸気性を高めることができる。 The outermost layer 2 is made of rare earth stabilized zirconia and contains 95% by mass or more of ytterbia stabilized zirconia (Yb 2 O 3 stabilized ZrO 2 , hereinafter referred to as YbSZ). By being composed of rare earth stabilized zirconia containing YbSZ in a proportion of 95% by mass or more, the reliability of the outermost layer 2 can be improved. Specifically, the phase stability of the outermost layer 2 is enhanced, and phase transformation can be suppressed even in a high temperature region of, for example, 1300 ° C. or more. Therefore, the heat cycle characteristics can be improved. In addition, thinning can be suppressed by suppressing the reaction with steam. For this reason, steam resistance can be improved.

最表層2に含まれるYbSZは、上記のように、イッテルビア(Yb)で安定化されたジルコニア(ZrO)である。YbSZの全質量のうち、Ybの質量は8質量%以上27質量%以下が好ましく、17質量%程度がより好ましい。Ybがこの質量範囲で含まれることで、耐熱衝撃性及び耐エロージョン性に優れるという利点が得られる。 As described above, YbSZ contained in the outermost layer 2 is zirconia (ZrO 2 ) stabilized with ytterbia (Yb 2 O 3 ). Of the total mass of YbSZ, the mass of Yb 2 O 3 is preferably from 8% by mass to 27% by mass, more preferably about 17% by mass. When Yb 2 O 3 is contained in this mass range, an advantage of excellent thermal shock resistance and erosion resistance can be obtained.

最表層2の厚さは、例えば、耐環境コーティング10全体の10%以上50%以下にすることが好ましい。このようにすることで、耐水蒸気性及び熱サイクル特性が両立するという利点が得られる。   The thickness of the outermost layer 2 is preferably, for example, 10% or more and 50% or less of the entire environment-resistant coating 10. By doing so, there is obtained an advantage that both steam resistance and heat cycle characteristics are compatible.

中間層3は、希土類安定化ジルコニア又は希土類シリケートのうちの少なくとも一方である希土類化合物を含むものである。中間層3は、上記最表層2に接触する第1中間層3aと、第1中間層3aに接触する第2中間層3bであって基材1の側に配置された第2中間層3bとを含む。   The intermediate layer 3 contains a rare earth compound which is at least one of rare earth stabilized zirconia and rare earth silicate. The intermediate layer 3 includes a first intermediate layer 3a in contact with the outermost layer 2, a second intermediate layer 3b in contact with the first intermediate layer 3a, and a second intermediate layer 3b disposed on the base 1 side. including.

最表層2に接触する第1中間層3aは、希土類安定化ジルコニア又は希土類シリケートのうちの少なくとも一方である希土類化合物を含む。そして、第1中間層3aは、希土類化合物を95質量%以上含むことが好ましい。希土類化合物を95質量%以上含むことで、耐環境性能を高めることができる。   The first intermediate layer 3a in contact with the outermost layer 2 contains a rare earth compound which is at least one of rare earth stabilized zirconia and rare earth silicate. The first intermediate layer 3a preferably contains a rare earth compound in an amount of 95% by mass or more. When the rare earth compound is contained in an amount of 95% by mass or more, environmental resistance performance can be improved.

希土類安定化ジルコニアとしては、イッテルビア安定化ジルコニア(YbSZ)が挙げられる。また、希土類シリケートとしては、例えば、希土類モノシリケートが挙げられ、具体的には例えば、YSiO、YbSiO、LuSiO等が挙げられる。これらの中でも、YbSiO(イッテルビウムモノシリケート)が好ましい。 The rare earth stabilized zirconia includes ytterbia stabilized zirconia (YbSZ). Examples of the rare earth silicate include, for example, rare earth monosilicate, and specific examples thereof include Y 2 SiO 5 , Yb 2 SiO 5 , and Lu 2 SiO 5 . Among these, Yb 2 SiO 5 (ytterbium monosilicate) is preferable.

第1中間層3aは、少なくとも希土類安定化ジルコニアを含むことが好ましい。希土類安定化ジルコニアを含むことで、第1中間層3aでの希土類シリケートの含有量を減らすことができ、水蒸気とシリケートとの反応に起因する第1中間層3aの劣化を抑制できる。   The first intermediate layer 3a preferably contains at least rare earth stabilized zirconia. By containing the rare earth stabilized zirconia, the content of the rare earth silicate in the first intermediate layer 3a can be reduced, and the deterioration of the first intermediate layer 3a due to the reaction between the water vapor and the silicate can be suppressed.

また、第1中間層3aは、耐水蒸気性に優れる材料により構成されることが好ましく、具体的には希土類安定化ジルコニア及び希土類シリケートの双方を含む混合相であることが好ましい。具体的には、第1中間層3aは、YbSZ及びYbSiOの混合相であることが特に好ましい。 Further, the first intermediate layer 3a is preferably made of a material having excellent steam resistance, and specifically, is preferably a mixed phase containing both rare earth stabilized zirconia and rare earth silicate. Specifically, the first intermediate layer 3a is particularly preferably a mixed phase of YbSZ and Yb 2 SiO 5 .

また、第1中間層3aにおけるイッテルビウムの含有量が、第1中間層3a中の希土類全体に対して90モル%以上である。これにより、第1中間層3aのイッテルビウム濃度を、最表層2に含まれるイッテルビウム濃度に近づけることができ、イッテルビウムの熱拡散を抑制できる。   Further, the content of ytterbium in the first intermediate layer 3a is 90 mol% or more with respect to the entire rare earth in the first intermediate layer 3a. Thereby, the ytterbium concentration of the first intermediate layer 3a can be made close to the ytterbium concentration contained in the outermost layer 2, and the thermal diffusion of ytterbium can be suppressed.

第1中間層3aの厚さは、例えば20μm以上300μm以下にすることができる。   The thickness of the first intermediate layer 3a can be, for example, not less than 20 μm and not more than 300 μm.

第1中間層3aの熱膨張係数は、8×10−6/K以上10×10−6/K以下であることが好ましい。熱膨張係数がこの範囲にあることで、第1中間層3aの熱膨張係数を最表層2の熱膨張係数よりも小さくでき、熱応力を緩和できる。第1中間層3aの熱膨張係数について、図2を参照しながら説明する。 The thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 3a is preferably not less than 8 × 10 −6 / K and not more than 10 × 10 −6 / K. When the coefficient of thermal expansion is in this range, the coefficient of thermal expansion of the first intermediate layer 3a can be smaller than the coefficient of thermal expansion of the outermost layer 2, and the thermal stress can be reduced. The thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 3a will be described with reference to FIG.

図2は、YbSZ及びYbSiOの総体積に対するYbSZの体積割合(横軸)と、熱膨張係数(縦軸)との関係を示すグラフである。YbSZの割合が0のときの熱膨張係数、即ちYbSiOの熱膨張係数は7.4×10−6/Kである。そして、YbSZの体積割合が大きくなると、熱膨張係数も線形的に大きくなる。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the volume ratio of YbSZ to the total volume of YbSZ and Yb 2 SiO 5 (horizontal axis) and the coefficient of thermal expansion (vertical axis). The thermal expansion coefficient when the ratio of YbSZ is 0, that is, the thermal expansion coefficient of Yb 2 SiO 5 is 7.4 × 10 −6 / K. When the volume ratio of YbSZ increases, the coefficient of thermal expansion linearly increases.

上記のように、第1中間層3aの熱膨張係数は、8×10−6/K以上10×10−6/K以下であることが好ましい。そこで、熱膨張係数が目標領域(8×10−6/K以上10×10−6/K以下)になるように、YbSZの体積割合を0.17以上0.72以下になるようにすることが好ましい。なお、YbSZの割合が0.17のときの第1中間層3aの組成はYb−18.2質量%ZrO−10.3質量%SiOであり、YbSZの割合が0.72のときの第1中間層3aの組成はYb−64.7質量%ZrO−2.9質量%SiOである。 As described above, the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 3a is preferably not less than 8 × 10 −6 / K and not more than 10 × 10 −6 / K. Therefore, the volume ratio of YbSZ is set to be 0.17 or more and 0.72 or less so that the thermal expansion coefficient becomes a target region (8 × 10 −6 / K or more and 10 × 10 −6 / K or less). Is preferred. The composition of the first intermediate layer 3a when the proportion of YbSZ is 0.17 is Yb 2 O 3 -18.2 weight% ZrO 2 -10.3 wt% SiO 2, the proportion of YbSZ 0.72 In this case, the composition of the first intermediate layer 3a is Yb 2 O 3 -64.7% by mass ZrO 2 -2.9% by mass SiO 2 .

第1中間層3aの熱膨張係数は、基材1の熱膨張係数よりも大きく、かつ、最表層2の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。また、第1中間層3aの熱膨張係数と、基材1(後記するボンドコート4を含む)の熱膨張係数との差は4×10−6/K以下とすることが好ましい。具体的には、第1中間層3aの熱膨張係数は、8.6×10−6/K程度がより好ましい。これにより、熱応力を特に緩和できる。なお、このときのYbSZの割合は0.33であり、第1中間層3aの組成はYb−33.5質量%ZrO−7.9質量%SiOである。 The thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 3 a is preferably larger than the thermal expansion coefficient of the base material 1 and smaller than the thermal expansion coefficient of the outermost layer 2. The difference between the coefficient of thermal expansion of the first intermediate layer 3a and the coefficient of thermal expansion of the substrate 1 (including the bond coat 4 described later) is preferably 4 × 10 −6 / K or less. Specifically, the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 3a is more preferably about 8.6 × 10 −6 / K. Thereby, the thermal stress can be particularly reduced. The ratio of YbSZ at this time was 0.33, the composition of the first intermediate layer 3a is Yb 2 O 3 -33.5 weight% ZrO 2 -7.9 wt% SiO 2.

図1に戻って、第2中間層3bは、上記の中間層3に含まれるものであり、第1中間層3aに接触するものであって基材1の側に配置されたものである。   Returning to FIG. 1, the second intermediate layer 3b is included in the above-described intermediate layer 3, is in contact with the first intermediate layer 3a, and is disposed on the side of the base material 1.

第2中間層3bの構成材料は特に制限されず、希土類シリケート、ムライト(3Al−2SiO。熱膨張係数は6×10−6/K)等が挙げられる。希土類シリケートは、希土類モノシリケート(LnSiO)、希土類ダイシリケート(LnSi)、又は、これらの混合層のいずれでもよい。なお、Lnは希土類元素であり、例えばSc、Lu、Gd、Sm、Eu、Nd、Yb、Y等が挙げられ、中でも、Yが好ましい。従って、LnSiOとしてはYSiOが好ましく、LnSiとしてはYSiが好ましい。 The material of the second intermediate layer 3b is not particularly limited, rare earth silicates, mullite (3Al 2 O 3 -2SiO 2. Thermal expansion coefficient of 6 × 10 -6 / K), and the like. The rare earth silicate may be a rare earth monosilicate (Ln 2 SiO 5 ), a rare earth disilicate (Ln 2 Si 2 O 7 ), or a mixed layer thereof. Here, Ln is a rare earth element, and examples thereof include Sc, Lu, Gd, Sm, Eu, Nd, Yb, and Y, and among them, Y is preferable. Therefore, preferably Y 2 SiO 5 as Ln 2 SiO 5, preferably Y 2 Si 2 O 7 as Ln 2 Si 2 O 7.

希土類シリケートは、Yの一部を希土類(Ln)で置換することで相安定性を向上させたものでよい。中でも、例えば、(Y,Ln)SiOと(Y,Ln)Siとの混合相が好ましい。この混合相において、LnとしてYbを含む材料が好ましい。即ち、第2中間層3bは、イッテルビアシリケート(YbSiO及びYbSi)及びイットリアシリケート(YSiO及びYSi)を含むことが好ましい。 The rare earth silicate may have improved phase stability by substituting a part of Y with rare earth (Ln). Among them, for example, a mixed phase of (Y, Ln) 2 SiO 5 and (Y, Ln) 2 Si 2 O 7 is preferable. In this mixed phase, a material containing Yb as Ln is preferable. That is, the second intermediate layer 3b preferably contains ytterbium silicate (Yb 2 SiO 5 and Yb 2 Si 2 O 7 ) and yttria silicate (Y 2 SiO 5 and Y 2 Si 2 O 7 ).

また、第2中間層3bにおけるイットリウムの濃度は、第1中間層3aにおけるイットリウムの濃度よりも大きいことが好ましい。このようにすることで、第2中間層3bは最表層2に接触しないので、第2中間層3b中のイットリウムの最表層2への熱拡散を抑制できる。これにより、最表層2の相安定性を高いまま維持できる。さらには、第2中間層3bの全体をイッテルビウムで構成する場合と比較して、比較的安価なイットリウムを含むことで、耐環境コーティング10の製造コストを削減できる。   The yttrium concentration in the second intermediate layer 3b is preferably higher than the yttrium concentration in the first intermediate layer 3a. By doing so, since the second intermediate layer 3b does not contact the outermost layer 2, it is possible to suppress the thermal diffusion of yttrium in the second intermediate layer 3b to the outermost layer 2. Thereby, the phase stability of the outermost layer 2 can be kept high. Furthermore, by including relatively inexpensive yttrium as compared with the case where the entire second intermediate layer 3b is made of ytterbium, the manufacturing cost of the environment-resistant coating 10 can be reduced.

第2中間層3bの厚さは、例えば20μm以上400μm以下にすることができる。   The thickness of the second intermediate layer 3b can be, for example, not less than 20 μm and not more than 400 μm.

第2中間層3bの熱膨張係数は、第1中間層3aの熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。具体的には例えば、第2中間層3bの熱膨張係数は、5×10−6/K以上7×10−6/K以下であることが好ましい。これにより、第2中間層3bの熱膨張係数を最表層2及び第1中間層3aの熱膨張係数よりも小さくでき、熱応力を緩和できる。 The thermal expansion coefficient of the second intermediate layer 3b is preferably smaller than the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 3a. Specifically, for example, the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer 3b is preferably 5 × 10 −6 / K or more and 7 × 10 −6 / K or less. Thereby, the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer 3b can be made smaller than the thermal expansion coefficients of the outermost layer 2 and the first intermediate layer 3a, and the thermal stress can be reduced.

第2中間層3bの熱膨張係数について、図3を参照しながら説明する。
図3は、(Y,Yb)SiO及び(Y,Yb)Siの総体積に対する(Y,Yb)Siの体積割合(横軸)と、熱膨張係数(縦軸)との関係を示すグラフである。なお、このグラフは、(Y0.8Yb0.2SiOと(Y0.8Yb0.2Siとの混合相において、(Y0.8Yb0.2Siの体積割合を変えたときの熱膨張係数の変化を示すものである。このグラフに示すように、(Y0.8Yb0.2Siの体積割合が大きくなると、熱膨張係数は線形的に小さくなる。
The thermal expansion coefficient of the second intermediate layer 3b will be described with reference to FIG.
3, (Y, Yb) 2 SiO 5 and (Y, Yb) and (Y, Yb) to the total volume of 2 Si 2 O 7 volume ratio of 2 Si 2 O 7 (horizontal axis), the coefficient of thermal expansion ( 6 is a graph showing the relationship with the vertical axis). In this graph, the mixed phases of (Y 0.8 Yb 0.2) and 2 SiO 5 (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7, (Y 0.8 Yb 0.2 3) shows the change in the coefficient of thermal expansion when the volume ratio of 2 Si 2 O 7 is changed. As shown in this graph, as the volume ratio of (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7 increases, the thermal expansion coefficient decreases linearly.

上記のように、第2中間層3bの熱膨張係数は、5×10−6/K以上7×10−6/K以下であることが好ましい。そこで、熱膨張係数が目標領域(5×10−6/K以上7×10−6/K以下)になるように、(Y0.8Yb0.2Siの体積割合を0.1以上0.65以下になるようにすることが好ましい。なお、(Y0.8Yb0.2Siの割合が0.1のときの第2中間層3bの組成はY−22.2質量%Yb−26.8質量%SiOであり、(Y0.8Yb0.2Siの割合が0.65のときの第2中間層3bの組成はY−24.3質量%Yb−20.0質量%SiOである。 As described above, the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer 3b is preferably 5 × 10 −6 / K or more and 7 × 10 −6 / K or less. Therefore, the volume ratio of (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7 is set so that the coefficient of thermal expansion becomes the target region (5 × 10 −6 / K or more and 7 × 10 −6 / K or less). It is preferable to make it 0.1 or more and 0.65 or less. When the ratio of (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7 is 0.1, the composition of the second intermediate layer 3 b is Y 2 O 3 -22.2 mass% Yb 2 O 3 -26. .8 the mass% SiO 2, (Y 0.8 Yb 0.2) the composition of the second intermediate layer 3b at a ratio of 2 Si 2 O 7 is 0.65 Y 2 O 3 -24.3 weight a% Yb 2 O 3 -20.0 weight% SiO 2.

また、第2中間層3bの熱膨張係数と、第1中間層3aの熱膨張係数との差は4×10−6/K以下とすることが好ましい。さらには、第2中間層3bの熱膨張係数と、第2中間層3bに接触する最表層2の熱膨張係数との差も4×10−6/K以下とすることが好ましい。そこで、第2中間層3bの熱膨張係数は、6.3×10−6/K程度がより好ましい。これにより、基材1(ボンドコート4)と第1中間層3aと、第1中間層3aと第2中間層3bと、第2中間層3bと最表層2との各層間での熱膨張係数差を同程度にし易くでき、熱応力を特に緩和できる。なお、このときの(Y0.8Yb0.2Siの割合は0.3であり、第2中間層3bの組成はY−23.6質量%Yb−22.4質量%SiOである。 The difference between the coefficient of thermal expansion of the second intermediate layer 3b and the coefficient of thermal expansion of the first intermediate layer 3a is preferably set to 4 × 10 −6 / K or less. Further, the difference between the coefficient of thermal expansion of the second intermediate layer 3b and the coefficient of thermal expansion of the outermost layer 2 in contact with the second intermediate layer 3b is also preferably 4 × 10 −6 / K or less. Therefore, the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer 3b is more preferably about 6.3 × 10 −6 / K. Thereby, the coefficient of thermal expansion between the base material 1 (bond coat 4), the first intermediate layer 3a, the first intermediate layer 3a, the second intermediate layer 3b, and the second intermediate layer 3b and the outermost layer 2 The difference can be easily made the same, and the thermal stress can be particularly reduced. In this case, the ratio of (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7 is 0.3, and the composition of the second intermediate layer 3b is Y 2 O 3 -23.6 mass% Yb 2 O. 3 is -22.4 wt% SiO 2.

図1に戻って、ボンドコート4は、第1中間層3aを基材1に支持するためのものであり、耐環境コーティング10の一部を構成するものである。ボンドコート4は、例えば、ケイ素、各種シリサイド、ムライト、BSAS(バリウムストロンチウムアルミノシリケート)等の1種又は2種以上を任意に組み合わせて形成できる。   Returning to FIG. 1, the bond coat 4 is for supporting the first intermediate layer 3 a on the base material 1 and constitutes a part of the environment-resistant coating 10. The bond coat 4 can be formed by arbitrarily combining one or more of silicon, various silicides, mullite, BSAS (barium strontium aluminosilicate), and the like.

ボンドコート4の厚さは、例えば20μm以上200μm以下にすることができる。   The thickness of the bond coat 4 can be, for example, not less than 20 μm and not more than 200 μm.

また、ボンドコート4の熱膨張係数は、基材1の熱膨張係数と同程度であることが好ましい。具体的には、ボンドコート4の熱膨張係数と基材1の熱膨張係数との差は、基材1の熱膨張係数の例えば10%以下であることが好ましい。このようにすることで、ボンドコート4と基材1との熱応力を緩和できる。   Further, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the bond coat 4 is substantially equal to the thermal expansion coefficient of the substrate 1. Specifically, the difference between the coefficient of thermal expansion of the bond coat 4 and the coefficient of thermal expansion of the substrate 1 is preferably, for example, 10% or less of the coefficient of thermal expansion of the substrate 1. By doing so, the thermal stress between the bond coat 4 and the substrate 1 can be reduced.

以上の各層を備える耐環境コーティング10の全体の厚さは、上記各層の厚さにより決定されるため一概にはいえないが、例えば、通常200μm以上、また、その上限は、通常1000μm以下、好ましくは500μm以下である。耐環境コーティング10の厚さをこの範囲にすることで、耐水蒸気性と熱サイクル特性とが両立するという利点が得られる。   The total thickness of the environment-resistant coating 10 including each of the above layers is not necessarily specified because it is determined by the thickness of each of the above layers. Is 500 μm or less. By setting the thickness of the environment-resistant coating 10 in this range, there is obtained an advantage that both steam resistance and heat cycle characteristics are compatible.

以上の耐環境コーティング10によれば、最表層2から第1中間層3aへのイッテルビウムの熱拡散を抑制でき、最表層2の相安定性を高い状態で維持できる。これにより、良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境コーティング10を提供できる。   According to the environment-resistant coating 10 described above, thermal diffusion of ytterbium from the outermost layer 2 to the first intermediate layer 3a can be suppressed, and the phase stability of the outermost layer 2 can be maintained in a high state. Thereby, it is possible to provide the environment-resistant coating 10 that can maintain good environmental resistance performance for a long period of time.

また、基材1から最表層2に向かって、熱膨張係数が徐々に大きくなっている。即ち、基材1及びボンドコート4の熱膨張係数よりも第2中間層3bの熱膨張係数が大きく、第2中間層3bの熱膨張係数よりも第1中間層3aの熱膨張係数が大きく、第1中間層3aの熱膨張係数よりも最表層2の熱膨張係数が大きい。このようにすることで、耐環境コーティング10が高温下に晒されたときに耐環境コーティング10に発生する熱応力を緩和できる。これにより、YbSZを含むため基材1の熱膨張係数とは大きく異なる熱膨張係数の最表層2であっても、基材1に対して配置できる。そして、例えば最表層2によって、高い耐水蒸気性能及び高温耐久性を向上でき、耐環境性を向上できる。   Further, the coefficient of thermal expansion gradually increases from the substrate 1 toward the outermost layer 2. That is, the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer 3b is larger than the thermal expansion coefficients of the base material 1 and the bond coat 4, the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 3a is larger than the thermal expansion coefficient of the second intermediate layer 3b, The thermal expansion coefficient of the outermost layer 2 is larger than the thermal expansion coefficient of the first intermediate layer 3a. In this manner, the thermal stress generated in the environment-resistant coating 10 when the environment-resistant coating 10 is exposed to a high temperature can be reduced. Thus, even the outermost layer 2 having a thermal expansion coefficient that is significantly different from the thermal expansion coefficient of the substrate 1 because it contains YbSZ can be arranged with respect to the substrate 1. Then, for example, the outermost layer 2 can improve high steam resistance and high-temperature durability, and can improve environmental resistance.

また、耐環境コーティング10は、例えば耐環境部品(図示しない)に適用可能である。即ち、本発明の一実施形態に係る耐環境部品は、セラミックス基複合材料を主成分として含む基材1と、上記の耐環境コーティング10であって基材1上に形成された耐環境コーティング10とを備えるものである。耐環境部品としては、例えば、航空機エンジン、産業用ガスタービン等に備えられる例えば翼、分割環等が挙げられる。   The environment-resistant coating 10 is applicable to, for example, environment-resistant components (not shown). That is, an environment-resistant component according to one embodiment of the present invention includes a substrate 1 containing a ceramic-based composite material as a main component, and the above-described environment-resistant coating 10 formed on the substrate 1. Is provided. Examples of the environment-resistant components include, for example, wings, split rings, and the like provided in aircraft engines, industrial gas turbines, and the like.

このような耐環境部品によれば、最表層2から第1中間層3aへのイッテルビウムの熱拡散を抑制でき、最表層2の相安定性を高い状態で維持できる。これにより、良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境部品を提供できる。   According to such an environment-resistant component, thermal diffusion of ytterbium from the outermost layer 2 to the first intermediate layer 3a can be suppressed, and the phase stability of the outermost layer 2 can be maintained in a high state. Thereby, it is possible to provide an environment-resistant component capable of maintaining good environmental performance for a long time.

図4は、本発明の一実施形態に係る耐環境コーティング10の製造方法を示すフローチャートである。図4に示す製造方法は、セラミックス基複合材料を主成分として含む基材1上に、最表層2と、基材1と最表層2との間に配置された少なくとも1つの中間層3(第1中間層3a及び第2中間層3b)とを含む耐環境コーティング10(図1参照)を製造する方法である。   FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the environment-resistant coating 10 according to one embodiment of the present invention. The manufacturing method shown in FIG. 4 is based on the method of forming the outermost layer 2 and at least one intermediate layer 3 (first layer) disposed between the substrate 1 and the outermost layer 2 on the substrate 1 containing a ceramic-based composite material as a main component. This is a method for producing an environment-resistant coating 10 (see FIG. 1) including a first intermediate layer 3a and a second intermediate layer 3b).

耐環境コーティング10は、例えば、基材1の表面に、ボンドコート4、第2中間層3b、第1中間層3a及び最表層2をこの順で製造(形成)することで、製造することができる。そこで、まず、基材1上に、ボンドコート4が形成される(ステップS1)。具体的には例えば、ボンドコート4の構成材料(例えばケイ素等)を基材1の表面に例えば溶射することで、ボンドコート4を製造できる。製造条件(例えば時間、温度等)は任意であるが、ボンドコート4が緻密に形成されるように製造条件を決定することが好ましい。   The environment-resistant coating 10 can be manufactured, for example, by manufacturing (forming) the bond coat 4, the second intermediate layer 3b, the first intermediate layer 3a, and the outermost layer 2 on the surface of the substrate 1 in this order. it can. Therefore, first, the bond coat 4 is formed on the substrate 1 (Step S1). Specifically, for example, the bond coat 4 can be manufactured by spraying, for example, a constituent material (for example, silicon) of the bond coat 4 on the surface of the base material 1. The production conditions (for example, time, temperature, etc.) are arbitrary, but it is preferable to determine the production conditions so that the bond coat 4 is formed densely.

次いで、第2中間層3bが、ボンドコート4の表面に形成される(ステップS2)。具体的には例えば、第2中間層3bの構成材料をボンドコート4の表面に配置することで、第2中間層3bを製造できる。第2中間層3bの構成材料は、例えば、上記のように(Y0.8Yb0.2SiOと(Y0.8Yb0.2Siとの混合粉末である。また、構成材料の配置は、例えば、スラリー塗布法、ディップリング法、溶射法、電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD法)等の方法により行うことができる。第2中間層3bの製造条件(例えば時間、温度等)は任意であるが、第2中間層3bが緻密に形成されるように製造条件を決定することが好ましい。 Next, the second intermediate layer 3b is formed on the surface of the bond coat 4 (Step S2). Specifically, for example, the second intermediate layer 3b can be manufactured by disposing the constituent material of the second intermediate layer 3b on the surface of the bond coat 4. The constituent material of the second intermediate layer 3b is, for example, a mixed powder of (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 SiO 5 and (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7 as described above. is there. The constituent materials can be arranged by, for example, a slurry coating method, a dip ring method, a thermal spray method, an electron beam physical vapor deposition method (EB-PVD method), or the like. The manufacturing conditions (for example, time, temperature, etc.) of the second intermediate layer 3b are arbitrary, but it is preferable to determine the manufacturing conditions so that the second intermediate layer 3b is formed densely.

さらに、第1中間層3aが、第2中間層3bの表面に形成される(ステップS3、第1中間層製造工程)。具体的には例えば、第1中間層3aの構成材料を第2中間層3bの表面に配置することで、第1中間層3aを製造できる。第1中間層3aの構成材料は、例えば、第1中間層3aが、希土類安定化ジルコニア又は希土類シリケートのうちの少なくとも一方である希土類化合物を含み、イッテルビウムの含有量が、前記第1中間層中の希土類全体に対して90モル%以上となるような材料である。より具体的には例えば、上記のようにYbSZ及びYbSiOの混合粉末である。 Further, the first intermediate layer 3a is formed on the surface of the second intermediate layer 3b (Step S3, first intermediate layer manufacturing step). Specifically, for example, the first intermediate layer 3a can be manufactured by disposing the constituent material of the first intermediate layer 3a on the surface of the second intermediate layer 3b. As a constituent material of the first intermediate layer 3a, for example, the first intermediate layer 3a contains a rare earth compound which is at least one of rare earth stabilized zirconia and rare earth silicate, and the content of ytterbium is in the first intermediate layer. Is a material that accounts for 90 mol% or more of the entire rare earth element. More specifically, for example, it is a mixed powder of YbSZ and Yb 2 SiO 5 as described above.

第1中間層3aの構成材料の配置は、例えば、原料スラリー(例えば上記混合粉末を含むスラリー)を塗布後焼結する方法、原料スラリー(例えば上記混合粉末を含むスラリー)に浸漬した後に焼結する方法、溶射法、電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD法)等の方法により行うことができる。第1中間層3aの製造条件(例えば時間、温度等)は任意であるが、第1中間層3aが緻密に形成されるように製造条件を決定することが好ましい。   The arrangement of the constituent materials of the first intermediate layer 3a is, for example, a method of applying a raw material slurry (for example, a slurry containing the mixed powder) and then sintering, or a method of immersing the raw material slurry (for example, a slurry containing the mixed powder) and then sintering. EB-PVD method, a thermal spraying method, or an electron beam physical vapor deposition method. Although the manufacturing conditions (for example, time, temperature, etc.) of the first intermediate layer 3a are arbitrary, it is preferable to determine the manufacturing conditions so that the first intermediate layer 3a is formed densely.

最後に、最表層2が、第1中間層3aの表面に形成される(ステップS4、最表層製造工程)。具体的には例えば、具体的には例えば、最表層2の構成材料を第1中間層3aの表面に配置することで、最表層2を製造できる。最表層2の構成材料は、例えば、上記のように、希土類安定化ジルコニアにより構成され、YbSZを95質量%以上含むものである。   Finally, the outermost layer 2 is formed on the surface of the first intermediate layer 3a (Step S4, outermost layer manufacturing step). Specifically, for example, specifically, for example, by arranging the constituent material of the outermost layer 2 on the surface of the first intermediate layer 3a, the outermost layer 2 can be manufactured. The constituent material of the outermost layer 2 is made of, for example, rare earth-stabilized zirconia and contains 95% by mass or more of YbSZ as described above.

最表層2の構成材料の配置は、例えば、原料スラリー(例えば上記YbSZを含むスラリー)を塗布後焼結する方法、原料スラリー(例えば上記YbSZを含むスラリー)に浸漬した後に焼結する方法、溶射法、電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD法)等の方法により行うことができる。最表層2の製造条件(例えば時間、温度等)は任意であるが、最表層2が緻密に形成されるように製造条件を決定することが好ましい。   The arrangement of the constituent materials of the outermost layer 2 is, for example, a method of applying a raw material slurry (for example, the slurry containing the above YbSZ) and then sintering, a method of immersing the raw material slurry (for example, the slurry containing the above YbSZ) and then sintering, And an electron beam physical vapor deposition method (EB-PVD method). The manufacturing conditions (for example, time, temperature, etc.) of the outermost layer 2 are arbitrary, but it is preferable to determine the manufacturing conditions so that the outermost layer 2 is formed densely.

以上の製造方法によれば、最表層2から第1中間層3aへのイッテルビウムの熱拡散を抑制でき、最表層2の相安定性を高い状態で維持できる。これにより、良好な耐環境性能を長期間維持可能な耐環境コーティング10の製造方法を提供できる。   According to the above manufacturing method, thermal diffusion of ytterbium from the outermost layer 2 to the first intermediate layer 3a can be suppressed, and the phase stability of the outermost layer 2 can be maintained in a high state. Thereby, a method for manufacturing the environment-resistant coating 10 capable of maintaining good environmental resistance performance for a long time can be provided.

以下、具体例を挙げて、本発明の一実施形態をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to specific examples.

<層ごとの熱膨張係数の評価>
最表層2の材料として、ZrO−17質量%Yb粉末を用意し、スプレードライ法によって直径約50μmの造粒粉を得た。
<Evaluation of thermal expansion coefficient for each layer>
As a material of the outermost layer 2, ZrO 2 -17% by mass Yb 2 O 3 powder was prepared, and a granulated powder having a diameter of about 50 μm was obtained by a spray drying method.

第1中間層3aの材料として、YbSZとYbSiOとの混合粉末(組成:Yb−34質量%ZrO−8質量%SiO。YbSZの体積割合は0.17以上0.72以下)を用意し、スプレードライ法によって直径約50μmの造粒粉を得た。なお、第1中間層3aは、希土類としてYbのみを含むので、第1中間層3aにおけるYbの含有量は第1中間層3a中の希土類全体に対して90モル%以上(具体的には100モル%)である。 As the material of the first intermediate layer 3a, mixed powder (the composition of the YbSZ and Yb 2 SiO 5: Yb 2 O 3 -34 wt% ZrO 2 -8 wt% SiO 2 volume ratio of .YbSZ 0.17 or 0. 72 or less), and a granulated powder having a diameter of about 50 μm was obtained by a spray drying method. Since the first intermediate layer 3a contains only Yb as a rare earth, the content of Yb in the first intermediate layer 3a is 90 mol% or more with respect to the entire rare earth in the first intermediate layer 3a (specifically, 100%). Mol%).

第2中間層3bの材料として、(Y0.8Yb0.2SiOと(Y0.8Yb0.2Siとの混合粉末(組成:Y−24質量%Yb−22質量%SiO。(Y0.8Yb0.2Siの体積割合は0.1以上0.65以下)を用意し、スプレードライ法によって直径約50μmの造粒粉を得た。 As a material of the second intermediate layer 3b, a mixed powder of (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 SiO 5 and (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7 (composition: Y 2 O 3 − 24% by mass Yb 2 O 3 -22% by mass SiO 2 (volume ratio of (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7 is 0.1 or more and 0.65 or less) prepared by a spray drying method. A granulated powder having a diameter of about 50 μm was obtained.

第2中間層3bの別の材料として、ムライト(3Al−2SiO)を用意し、スプレードライ法によって直径約50μmの造粒粉を得た。 Mullite (3Al 2 O 3 -2SiO 2 ) was prepared as another material of the second intermediate layer 3b, and a granulated powder having a diameter of about 50 μm was obtained by a spray drying method.

ボンドコート4の材料として、市販のSi溶射粉末を用意した。   As a material for the bond coat 4, a commercially available Si sprayed powder was prepared.

以上の各粉末を不活性の基材1上に溶射することで厚さ約2mmの溶射被膜(5種類)を作製し、5種類の模擬層を形成した。即ち、各基材1上に1つの模擬層が形成される。そして、5種類の模擬層のそれぞれについて、室温(25℃)から1200℃までの熱膨張係数を測定した。熱膨張係数の測定はJIS R 1618:2002に準じて行った。測定結果を以下の表1に纏めた。   Each of the above powders was sprayed on the inert substrate 1 to form a sprayed coating (five types) having a thickness of about 2 mm, thereby forming five types of simulated layers. That is, one simulation layer is formed on each substrate 1. Then, for each of the five types of simulated layers, the coefficient of thermal expansion from room temperature (25 ° C.) to 1200 ° C. was measured. The measurement of the thermal expansion coefficient was performed in accordance with JIS R 1618: 2002. The measurement results are summarized in Table 1 below.

なお、表1には、参考として、基材1を模した炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素材料(SiC−SiC)の熱膨張係数も示している。また、表1において、「第2中間層3b(混合粉末)」は(Y0.8Yb0.2SiOと(Y0.8Yb0.2Siとの混合粉末を用いた結果である。さらに、表1において、「第2中間層3b(ムライト)」はムライト粉末を用いた結果である。また、「好適範囲」とは、上記各層の説明において説明した好適範囲のことをいう。 Table 1 also shows, as a reference, the coefficient of thermal expansion of a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide material (SiC-SiC) simulating the base material 1. In Table 1, the “second intermediate layer 3b (mixed powder)” is a mixture of (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 SiO 5 and (Y 0.8 Yb 0.2 ) 2 Si 2 O 7. It is a result using powder. Further, in Table 1, "second intermediate layer 3b (mullite)" is the result of using mullite powder. The “preferred range” refers to the preferred range described in the description of each layer.

Figure 2019214750
Figure 2019214750

表1に示すように、最表層2、第1中間層3a、第2中間層3b(混合粉末、ムライトのそれぞれ)、及びボンドコート4のそれぞれの熱膨張係数は、いずれも、好適範囲に含まれることが確認された。また、第2中間層3b(混合粉末、ムライトのそれぞれ)、第1中間層3a、及び最表層2は、この順で熱膨張係数が大きくなることが確認された。   As shown in Table 1, the thermal expansion coefficients of the outermost layer 2, the first intermediate layer 3a, the second intermediate layer 3b (each of the mixed powder and the mullite), and the bond coat 4 are all included in the preferred ranges. It was confirmed that. Further, it was confirmed that the second intermediate layer 3b (each of the mixed powder and the mullite), the first intermediate layer 3a, and the outermost layer 2 increased in thermal expansion coefficient in this order.

<耐環境コーティングの耐環境性能評価>
実施例として、上記の各材料を用い、上記の図4に示すフローに沿って、耐環境コーティング10を製造した。なお、第2中間層3bとして上記混合粉末を用いた耐環境コーティング10、及び、第2中間層3bとしてムライトを用いた耐環境コーティング10をそれぞれ作製した。作製した耐環境コーティング10は、100μmの最表層2と、100μmの第1中間層3aと、100μmの第2中間層3bとをこの順で備えるものであり、図1に示した構造と同じものである。そして、第2中間層3bと、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素材料(SiC−SiC)製の基材1(厚さ3mm)とを、100μmのボンドコート4により接合した。
<Evaluation of environmental resistance performance of environmental resistant coating>
As an example, the environment-resistant coating 10 was manufactured using each of the above materials and following the flow shown in FIG. An environment-resistant coating 10 using the mixed powder as the second intermediate layer 3b and an environment-resistant coating 10 using mullite as the second intermediate layer 3b were produced. The produced environment-resistant coating 10 has a 100 μm outermost layer 2, a 100 μm first intermediate layer 3a, and a 100 μm second intermediate layer 3b in this order, and has the same structure as that shown in FIG. It is. And the 2nd intermediate | middle layer 3b and the base material 1 (thickness 3mm) made of a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide material (SiC-SiC) were joined by the bond coat 4 of 100 micrometers.

作製した2つの耐環境コーティング10について、表面温度が1200℃になる熱サイクル試験を行った。具体的には、表面温度(最表層2の表面)が1200℃、裏面温度(基材1の表面)が1000℃となるように表面を加熱して裏面を冷却し、5分後に加熱を中止して耐環境コーティング10の全体を100℃以下まで冷却するサイクルを1000サイクル繰り返した。この結果、いずれの耐環境コーティング10においても、剥離は目視で確認できなかった。そのため、本発明の一実施形態に係る耐環境コーティング10は、高温下に繰り返し晒された場合であっても剥離を生じず、耐環境性能に優れることが確認された。   A thermal cycle test was performed on the two environmentally resistant coatings 10 so that the surface temperature became 1200 ° C. Specifically, the front surface is heated so that the surface temperature (the surface of the outermost layer 2) is 1200 ° C. and the back surface temperature (the surface of the base material 1) is 1000 ° C., the back surface is cooled, and the heating is stopped after 5 minutes. The cycle of cooling the entire environment-resistant coating 10 to 100 ° C. or lower was repeated 1,000 times. As a result, in any of the environment-resistant coatings 10, peeling was not visually confirmed. Therefore, it was confirmed that the environment-resistant coating 10 according to one embodiment of the present invention did not peel even when repeatedly exposed to high temperatures, and was excellent in environmental resistance performance.

これは、最表層2及び第1中間層3aのいずれにも、同等程度のイッテルビウムが含まれるためと考えられる。このため、熱サイクルが繰り返し行われても、最表層2と第1中間層3aとの間でのイッテルビウムの熱拡散が抑制され、良好な耐環境性能が長時間維持されたと考えられる。   This is presumably because both the outermost layer 2 and the first intermediate layer 3a contain the same level of ytterbium. Therefore, even if the thermal cycle is repeatedly performed, it is considered that the thermal diffusion of ytterbium between the outermost layer 2 and the first intermediate layer 3a is suppressed, and good environmental resistance performance is maintained for a long time.

また、比較例1として、最表層2に含まれるYbSZ濃度が90質量%であること以外は上記実施例と同様にして、2種類の耐環境コーティングを作製した。また、比較例2として、第1中間層3aが希土類シリケートのみで構成される(YbSZを含まない)こと以外は上記実施例と同様にして、2種類の耐環境コーティングを作製した。従って、比較例1及び2により、4種類の耐環境コーティングが作製された。   Further, as Comparative Example 1, two types of environment-resistant coatings were produced in the same manner as in the above Example except that the YbSZ concentration contained in the outermost layer 2 was 90% by mass. Further, as Comparative Example 2, two types of environmentally-resistant coatings were produced in the same manner as in the above-mentioned Example, except that the first intermediate layer 3a was composed of only a rare earth silicate (not including YbSZ). Therefore, according to Comparative Examples 1 and 2, four types of environmental resistant coatings were produced.

作製した4種類の耐環境コーティングのそれぞれについて、上記実施例1と同様にして熱サイクル試験を行ったところ、いずれも、600〜700サイクル経過時に剥離が目視で確認された。従って、比較例1及び2では、耐環境性能が低いことが確認された。これは、比較例1については、最表層2に含まれる希土類安定化ジルコニアのうちのYbSZ濃度が低く、相安定性が高くない結果、熱サイクル試験に起因する相変態が起こり、剥離が生じたと考えられる。また、比較例2については、第1中間層3aがYbSZを含まないため、最表層2と第2中間層3bとの熱膨張係数差が大きくなりすぎ、熱サイクル試験に起因する熱応力が緩和できず、早期に剥離が生じたと考えられる。   When a thermal cycle test was performed for each of the four types of environmentally resistant coatings produced in the same manner as in Example 1, peeling was visually confirmed after 600 to 700 cycles. Therefore, in Comparative Examples 1 and 2, it was confirmed that the environmental resistance performance was low. This is because, for Comparative Example 1, the YbSZ concentration of the rare earth stabilized zirconia contained in the outermost layer 2 was low and the phase stability was not high, and as a result, phase transformation caused by the heat cycle test occurred, and peeling occurred. Conceivable. In Comparative Example 2, since the first intermediate layer 3a did not contain YbSZ, the difference in thermal expansion coefficient between the outermost layer 2 and the second intermediate layer 3b became too large, and the thermal stress caused by the thermal cycle test was reduced. It is considered that peeling occurred at an early stage.

1 基材
2 最表層
3 中間層
3a 第1中間層
3b 第2中間層
4 ボンドコート
10 耐環境コーティング
Reference Signs List 1 base material 2 outermost layer 3 intermediate layer 3a first intermediate layer 3b second intermediate layer 4 bond coat 10 environment resistant coating

Claims (10)

セラミックス基複合材料を主成分として含む基材上に形成され、最表層と、前記基材と前記最表層との間に配置された少なくとも1つの中間層とを含む耐環境コーティングであって、
前記最表層は、希土類安定化ジルコニアにより構成され、イッテルビア安定化ジルコニアを95質量%以上含み、
前記最表層に接触する第1中間層は、希土類安定化ジルコニア又は希土類シリケートのうちの少なくとも一方である希土類化合物を含み、
前記第1中間層におけるイッテルビウムの含有量が、前記第1中間層中の希土類全体に対して90モル%以上である
ことを特徴とする、耐環境コーティング。
An environment-resistant coating formed on a base material including a ceramic-based composite material as a main component and including an outermost layer and at least one intermediate layer disposed between the base material and the outermost layer,
The outermost layer is composed of rare earth stabilized zirconia, and contains 95% by mass or more of ytterbia stabilized zirconia,
The first intermediate layer in contact with the outermost layer includes a rare earth compound that is at least one of rare earth stabilized zirconia and rare earth silicate,
An environment-resistant coating, wherein the content of ytterbium in the first intermediate layer is 90 mol% or more based on the entire rare earth element in the first intermediate layer.
前記第1中間層は、少なくとも希土類安定化ジルコニアを含む
ことを特徴とする、請求項1に記載の耐環境コーティング。
The environmental coating of claim 1, wherein the first intermediate layer comprises at least rare earth stabilized zirconia.
前記第1中間層の熱膨張係数は、8×10−6/K以上10×10−6/K以下である
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の耐環境コーティング。
The environment resistant coating according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the first intermediate layer is not less than 8 × 10 −6 / K and not more than 10 × 10 −6 / K. 4.
前記少なくとも1つの中間層は、前記第1中間層に接触するとともに前記基材の側に配置された第2中間層を含み、
前記第2中間層の熱膨張係数は、前記第1中間層の熱膨張係数よりも小さい
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の耐環境コーティング。
The at least one intermediate layer includes a second intermediate layer in contact with the first intermediate layer and disposed on the side of the substrate,
The environment-resistant coating according to any one of claims 1 to 3, wherein a thermal expansion coefficient of the second intermediate layer is smaller than a thermal expansion coefficient of the first intermediate layer.
前記第2中間層の熱膨張係数は、5×10−6/K以上7×10−6/K以下である
ことを特徴とする、請求項4に記載の耐環境コーティング。
The environment-resistant coating according to claim 4, wherein the second intermediate layer has a coefficient of thermal expansion of 5 10-6 / K or more and 7 10-6 / K or less.
前記第2中間層は、イッテルビアシリケート及びイットリアシリケートを含み、
前記第2中間層におけるイットリウムの濃度が、前記第1中間層におけるイットリウムの濃度よりも大きい
ことを特徴とする、請求項4又は5に記載の耐環境コーティング。
The second intermediate layer includes ytterbia silicate and yttria silicate,
The environment resistant coating according to claim 4, wherein a concentration of yttrium in the second intermediate layer is higher than a concentration of yttrium in the first intermediate layer.
前記第1中間層は、前記希土類化合物を95質量%以上含む
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の耐環境コーティング。
The environment-resistant coating according to any one of claims 1 to 6, wherein the first intermediate layer contains the rare earth compound in an amount of 95% by mass or more.
前記セラミックス基複合材料は、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素材料(SiC−SiC)又は炭素繊維強化炭化ケイ素材料(C−SiC)のうちの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の耐環境コーティング。
The ceramic-based composite material includes at least one of a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide material (SiC-SiC) and a carbon fiber reinforced silicon carbide material (C-SiC). An environment-resistant coating according to any one of the preceding claims.
セラミックス基複合材料を主成分として含む基材と、
請求項1〜8の何れか1項に記載の耐環境コーティングであって前記基材上に形成された耐環境コーティングとを備える
ことを特徴とする、耐環境部品。
A base material containing a ceramic-based composite material as a main component,
An environment-resistant component, comprising: the environment-resistant coating according to claim 1, wherein the environment-resistant coating is formed on the substrate.
セラミックス基複合材料を主成分として含む基材上に、最表層と、前記基材と前記最表層との間に配置された少なくとも1つの中間層とを含む耐環境コーティングを製造する方法であって、
前記最表層に接触する第1中間層であって、希土類安定化ジルコニア又は希土類シリケートのうちの少なくとも一方である希土類化合物を含み、イッテルビウムの含有量が、前記第1中間層中の希土類全体に対して90モル%以上である前記第1中間層を製造する第1中間層製造工程と、
希土類安定化ジルコニアにより構成され、イッテルビア安定化ジルコニアを95質量%以上含む前記最表層を製造する最表層製造工程と、を含む
ことを特徴とする、耐環境コーティングの製造方法。
What is claimed is: 1. A method for producing an environment-resistant coating comprising a top surface layer, and at least one intermediate layer disposed between the base material and the top surface layer, on a base material containing a ceramic-based composite material as a main component, ,
A first intermediate layer that is in contact with the outermost layer and includes a rare earth compound that is at least one of rare earth stabilized zirconia or a rare earth silicate, and the content of ytterbium is reduced with respect to the entire rare earth element in the first intermediate layer. A first intermediate layer manufacturing step of manufacturing the first intermediate layer that is 90 mol% or more;
A method for producing an outermost surface layer made of rare earth-stabilized zirconia and comprising the outermost layer containing 95% by mass or more of ytterbia-stabilized zirconia.
JP2018111582A 2018-06-12 2018-06-12 Environmental barrier coating, environmental barrier component with the same, and method of manufacturing environmental barrier coating Pending JP2019214750A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018111582A JP2019214750A (en) 2018-06-12 2018-06-12 Environmental barrier coating, environmental barrier component with the same, and method of manufacturing environmental barrier coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018111582A JP2019214750A (en) 2018-06-12 2018-06-12 Environmental barrier coating, environmental barrier component with the same, and method of manufacturing environmental barrier coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019214750A true JP2019214750A (en) 2019-12-19

Family

ID=68919095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018111582A Pending JP2019214750A (en) 2018-06-12 2018-06-12 Environmental barrier coating, environmental barrier component with the same, and method of manufacturing environmental barrier coating

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2019214750A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115369348A (en) * 2022-08-03 2022-11-22 中国科学院上海硅酸盐研究所 An environmental barrier coating with good high temperature stability and its preparation method
CN117902921A (en) * 2024-01-19 2024-04-19 中国航发北京航空材料研究院 High-temperature corrosion-resistant multi-element multiphase environmental barrier coating, and preparation method and application thereof
CN118930320A (en) * 2024-07-24 2024-11-12 郑州大学 A preparation method of graphite-based Yb2O3-TiB2-SiC ceramic coating material

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60190580A (en) * 1984-03-08 1985-09-28 Hitachi Ltd Coating powder for heat-shielding and metallic member having heat shielding coating layer
JP2006028015A (en) * 2004-07-15 2006-02-02 General Electric Co <Ge> Article including environmental barrier wall coating system and method for manufacturing the same
JP2006200037A (en) * 2005-01-21 2006-08-03 General Electric Co <Ge> Thermal / environmental barrier coating with transition layer for silicon-containing materials
JP2007197307A (en) * 2005-12-09 2007-08-09 General Electric Co <Ge> Environmental barrier coating of constituent, and constituent of turbine engine
WO2013183580A1 (en) * 2012-06-04 2013-12-12 株式会社Ihi Environmental barrier coated ceramic matrix composite component and method for manufacturing same
WO2016129591A1 (en) * 2015-02-09 2016-08-18 三菱重工航空エンジン株式会社 Coated member and method for producing coated member
WO2016129588A1 (en) * 2015-02-09 2016-08-18 三菱重工航空エンジン株式会社 Coated member, coating material and method for producing coated member
WO2017213113A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 三菱重工業株式会社 Heat shielding coating, turbine member and gas turbine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60190580A (en) * 1984-03-08 1985-09-28 Hitachi Ltd Coating powder for heat-shielding and metallic member having heat shielding coating layer
JP2006028015A (en) * 2004-07-15 2006-02-02 General Electric Co <Ge> Article including environmental barrier wall coating system and method for manufacturing the same
JP2006200037A (en) * 2005-01-21 2006-08-03 General Electric Co <Ge> Thermal / environmental barrier coating with transition layer for silicon-containing materials
JP2007197307A (en) * 2005-12-09 2007-08-09 General Electric Co <Ge> Environmental barrier coating of constituent, and constituent of turbine engine
WO2013183580A1 (en) * 2012-06-04 2013-12-12 株式会社Ihi Environmental barrier coated ceramic matrix composite component and method for manufacturing same
WO2016129591A1 (en) * 2015-02-09 2016-08-18 三菱重工航空エンジン株式会社 Coated member and method for producing coated member
WO2016129588A1 (en) * 2015-02-09 2016-08-18 三菱重工航空エンジン株式会社 Coated member, coating material and method for producing coated member
WO2017213113A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 三菱重工業株式会社 Heat shielding coating, turbine member and gas turbine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115369348A (en) * 2022-08-03 2022-11-22 中国科学院上海硅酸盐研究所 An environmental barrier coating with good high temperature stability and its preparation method
CN115369348B (en) * 2022-08-03 2024-02-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 Environment barrier coating with good high-temperature stability and preparation method thereof
CN117902921A (en) * 2024-01-19 2024-04-19 中国航发北京航空材料研究院 High-temperature corrosion-resistant multi-element multiphase environmental barrier coating, and preparation method and application thereof
CN118930320A (en) * 2024-07-24 2024-11-12 郑州大学 A preparation method of graphite-based Yb2O3-TiB2-SiC ceramic coating material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6689572B2 (en) Articles having low-expansion and airtight environment-resistant coatings and methods for producing the same
US10717678B2 (en) Coating including a rare earth silicate-based layer including a second phase
US6558814B2 (en) Low thermal conductivity thermal barrier coating system and method therefor
US20110033630A1 (en) Techniques for depositing coating on ceramic substrate
CN105026339B (en) Recession Resistant Ceramic Matrix Composites and Environmental Barrier Coatings
JP6462011B2 (en) Coating member and method for manufacturing coating member
JP2005263625A (en) Turbine component with thermal barrier coating
JP2008045211A (en) Turbine engine component, and coating method thereof
US20110020655A1 (en) Coating structure and surface processing method
JP2008308374A (en) Environmentally resistant coating of silicon carbide fiber reinforced ceramic composites
US10597330B2 (en) Thermal barrier coating for CMAS resistance and low thermal conductivity
CN110198920B (en) Component comprising a substrate and an environmental barrier
JP2019507828A (en) Adhesion promoting layer for bonding a high temperature protective layer on a substrate and method for producing the same
US20140193760A1 (en) Coated article, process of coating an article, and method of using a coated article
JP2019214750A (en) Environmental barrier coating, environmental barrier component with the same, and method of manufacturing environmental barrier coating
JP5656528B2 (en) High temperature resistant member and gas turbine
JP5285486B2 (en) Thermal barrier coating material, thermal barrier coating, turbine component and gas turbine
JPH1025578A (en) Heat resistant member and method of manufacturing the same
Braun et al. Lifetime of environmental/thermal barrier coatings deposited on a niobium silicide composite with boron containing M7Si6‐based bond coat
CN118619714A (en) A hafnium silicate/ytterbium silicate ultra-high temperature environment barrier coating and preparation method thereof
US7943247B2 (en) Insulating material capable of withstanding cyclically varying high temperatures
KR102197552B1 (en) Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof
JP2006328499A (en) Thermal barrier coating, gas turbine high-temperature component, and gas turbine
EP3170918A1 (en) Dvc-coating with fully and partially stabilized zirconia
CN114087026A (en) Turbine blade

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210217

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211026

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20220419