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公開番号2025158969
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-17
出願番号2025062926
出願日2025-04-07
発明の名称環境バリアコーティングの調製方法、セラミックマトリックス複合体及び/または環境バリアコーティングの細孔の封止方法、および複合構造体
出願人アールティーエックスコーポレイション,RTX CORPORATION
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B32B 18/00 20060101AFI20251009BHJP(積層体)
要約【課題】改良された環境バリアコーティング(EBC)システムを提供する。
【解決手段】環境バリアコーティング(EBC)であって、EBC及び関連するセラミック材料(CMC)への腐食性材料の侵入を抑制するために1つ以上のシーリング層が組み込まれた、EBCが開示される。シーリング層は、イットリウム酸化物(Y₂O₃)、ランタン酸化物(La₂O₃)、イッテルビウム酸化物(Yb₂O₃)、ハフニウム酸化物(HfO₂)、ジルコニウム酸化物(ZrO₂)、ハフニウムシリコン酸化物(HfSiO₄)、ジルコニウムシリコン酸化物(ZrSiO₄)、イッテルビウムシリコン酸化物(Yb₂Si₂O₇)、及び/またはアルミニウム酸化物(Al₂O₃)層であり、原子層堆積法によって被覆される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
環境バリアコーティングの調製方法であって、
ａ）１つ以上の層を備えるボンドコートをセラミックマトリックス複合体（ＣＭＣ）基材に被覆して、コーティングされたＣＭＣ基材を提供することと、
ｂ）１つ以上の層を備えるトップコートを、前記コーティングされたＣＭＣ基材に被覆することと、を含み、
少なくとも１つのシーリング層が、（ｉ）前記ボンドコートと前記ＣＭＣ基材との間、（ｉｉ）前記ボンドコートと前記トップコートとの間、（ｉｉｉ）前記ボンドコートの層の間、（ｉｖ）前記トップコートの層の間、及び／または（ｖ）前記トップコートの上面に被覆され、
前記少なくとも１つのシーリング層が、イットリウム酸化物（Ｙ
２
Ｏ
３
）、ランタン酸化物（Ｌａ
２
Ｏ
３
）、イッテルビウム酸化物（Ｙｂ
２
Ｏ
３
）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ
２
）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ
２
）、ハフニウムシリコン酸化物（ＨｆＳｉＯ
４
）、ジルコニウムシリコン酸化物（ＺｒＳｉＯ
４
）、イッテルビウムシリコン酸化物（Ｙｂ
２
Ｓｉ
２
Ｏ
７
）、及び／またはアルミニウム酸化物（Ａｌ
２
Ｏ
３
）層であり、前記少なくとも１つのシーリング層が、原子層堆積法によって被覆される、前記方法。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記少なくとも１つのシーリング層が、前記ボンドコートと前記ＣＭＣ基材との間に被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのシーリング層が、前記ボンドコートと前記トップコートとの間に被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ボンドコートが複数の層を含み、前記少なくとも１つのシーリング層が前記ボンドコートの層の間に被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トップコートが複数の層を含み、前記少なくとも１つのシーリング層は前記トップコートの層の間に被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのシーリング層が、前記トップコートの上面に被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのシーリング層が０．２～１μｍの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのシーリング層が０．０５～２μｍの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのシーリング層が、トリス（エチルシクロペンタジエニル）イットリウム及び水またはトリス（メチルシクロペンタジエニル）イットリウム及び水を前駆体として用いた原子層堆積法によって生成されたイットリウム酸化物（Ｙ
２
Ｏ
３
）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのシーリング層が、Ｌａ（２，２，６，６－テトラメチル－３，５－ヘプタン－ジオン）
３
、Ｌａ（シクロペンタジエニル）
３
、またはＬａ（イソプロピルシクロペンタジエニル）
３
と、水またはオゾンと、を前駆体として用いた原子層堆積法によって生成されたランタン酸化物（Ｌａ
２
Ｏ
３
）を含む、請求項１に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、セラミックマトリックス材料（ＣＭＣ）の保護のために使用される環境バリアコーティング（ＥＢＣ）及びそれを製造する方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
セラミックマトリックス材料（ＣＭＣ）は、高熱環境を呈する用途、例えば、ガスタービンエンジンの高温コンポーネント、及び宇宙船で再突入のために使用される遮熱システムで、使用されることが多い。これらの材料は高温に耐えることができるが、腐食力の影響により経時的に劣化する。例えば、Ｓｉを含有するＣＭＣでは、高温水蒸気の存在下でＳｉが揮発しやすい。結果として生じるＳｉの損失は、亀裂の形成及びＣＭＣの劣化につながり、最終的にはＣＭＣで形成された構成要素の破損につながる。
【０００３】
過酷な環境及びそれに伴う腐食力からＣＭＣを保護するために、環境バリアコーティングシステムが使用される。例えば、ＥＢＣは、ＣＭＣの表面及び内部が（細孔及び亀裂を介した浸透により）高温の水蒸気に曝されることを低減し、それによりＣＭＣの劣化を減少させ、ＣＭＣから製造された構成要素の動作寿命を延長する。
【０００４】
ＥＢＣは、通常は多層構造である。例えば、ＥＢＣは、ＣＭＣ基材の表面に被覆された初期ボンドコートとトップコートとからなる２層システムであり得る。他のＥＢＣシステムは、より多くの層、例えば、多層のボンドコート及びトップコート層、またはボンドコート層、内側トップコート層、及び外側トップコート層を有し得る。
【０００５】
ＥＢＣ自体が、高温蒸気の浸透の影響を受けやすい場合があり、これは、ＥＢＣシステムの最終的な破損につながる恐れがある。例えば、ＥＢＣの層は、細孔及び／または亀裂を示す場合があり、これにより、高温の水蒸気がその内部に浸透してＥＢＣシステムの劣化を誘発し、場合によっては高温蒸気がＣＭＣ基材に到達することを可能にする。
【０００６】
ＣＭＣから作製された構成要素の劣化を抑制し、動作寿命を増加させる改善された能力を示す新規なＥＢＣシステム、ならびにそのような改善された能力を備えるＥＢＣシステムを製造するための新規な方法を提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、上記の不利な点が低減されるように、冒頭で述べた種類のＥＢＣシステムを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
広義には、本開示は、細孔及び／もしくは亀裂を封止し、ならびに／または接着を促進するために、原子層堆積法（ＡＬＤ）を使用して、ＥＢＣシステムの１つ以上の層上に、または基材とＥＢＣシステムとの間に、比較的薄いシーリング層を提供することに関する。また、本開示は、原子層堆積法によって被覆されたシーリング層を使用した、ＥＢＣ及びそれに関連するＣＭＣへの腐食性材料の侵入の抑制における改善にも関する。
【０００９】
本開示の一実施形態によれば、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）を調製するための方法が提供され、ここでは、
ａ）１つ以上の層を備えるボンドコートがセラミックマトリックス複合体（ＣＭＣ）基材に被覆されて、コーティングされたＣＭＣ基材が提供され、また、
ｂ）１つ以上の層を備えるトップコートが、コーティングされたＣＭＣ基材に被覆され、
少なくとも１つのシーリング層が、（ｉ）ボンドコートとＣＭＣ基材との間、（ｉｉ）ボンドコートとトップコートとの間、（ｉｉｉ）ボンドコートの層の間、（ｉｖ）トップコートの層の間、及び／または（ｖ）トップコートの上面に被覆され、
少なくとも１つのシーリング層が、イットリウム酸化物（Ｙ
２
Ｏ
３
）、ランタン酸化物（Ｌａ
２
Ｏ
３
）、イッテルビウム酸化物（Ｙｂ
２
Ｏ
３
）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ
２
）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ
２
）、ハフニウムシリコン酸化物（ＨｆＳｉＯ
４
）、ジルコニウムシリコン酸化物（ＺｒＳｉＯ
４
）、イッテルビウムシリコン酸化物（Ｙｂ
２
Ｓｉ
２
Ｏ
７
）、及び／またはアルミニウム酸化物（Ａｌ
２
Ｏ
３
）層であり、少なくとも１つのシーリング層が、原子層堆積法によって被覆される。
【００１０】
本開示の更なる実施形態によれば、セラミックマトリックス複合体及び／または環境バリアコーティング（ＥＢＣ）の細孔を封止する方法であって、
セラミックマトリックス複合体（ＣＭＣ）基材の表面に、または環境バリアコーティング（ＥＢＣ）の層の表面に、原子層堆積法によって少なくとも１つのシーリング層を被覆することを含み、
少なくとも１つのシーリング層が、イットリウム酸化物（Ｙ
２
Ｏ
３
）、ランタン酸化物（Ｌａ
２
Ｏ
３
）、イッテルビウム酸化物（Ｙｂ
２
Ｏ
３
）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ
２
）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ
２
）、ハフニウムシリコン酸化物（ＨｆＳｉＯ
４
）、ジルコニウムシリコン酸化物（ＺｒＳｉＯ
４
）、イッテルビウムシリコン酸化物（Ｙｂ
２
Ｓｉ
２
Ｏ
７
）、及び／またはアルミニウム酸化物（Ａｌ
２
Ｏ
３
）層である、方法が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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