JPH0274581A - 耐熱・耐酸化性高強度部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【９．明の目的】 （産業上の利用分野） 本発明は、高強度であって、しかも耐熱性および耐酸化
性にも優れていることが要求される構造体の部分１部品
および製品の素材として好適に利用される耐熱・耐酸化
性高強度部材に関するものである。 （従来の技術） 近年、構造体の部分９部品および製品を構成する素材に
対する要求特性が一段と厳しくなり、従来の金属系の材
料や樹脂系の材料ではこのような要求特性に十分対応し
きれなくなってきており、セラミックス系の材料が盛ん
に開発され、また、繊維強化金属（ＦＲＭ）やｍｔａ強
化セラミックス（ＦＲＣ）、さらには炭素ａｌｌ／炭素
複合材（Ｃ／Ｃ材）などの複合材料が開発され、そして
実用に供されるようになってきている。 このＣ／Ｃ材は、軽量でかつ高強度であるため比強度の
点においてすぐれており、また耐熱性および耐酸化性が
比較的良好であって熱による損耗や強度低下が従来の金
属系の材料に比べてかなり少ないものであるので、宇宙
航空機器用部材や原子力設備用部材などのごとく苛酷な
条件下にさらされる用途に適しているものといえる。 このＣ／Ｃ材の製造方法としては、カーボン繊ｍ／フェ
ノールやグラファイト繊維／フェノール、カーボン繊維
／ビー２チやグラファイト繊維／ピッチなどといった素
材を一次焼成により炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密
度化するためにビ７チ含浸と焼成とを繰返すレジンφチ
ャー法や、カーボン１ａ誰もしくはグラファイトｍ維で
編んだ骨材に炭化水素を熱分解して生成する炭素を蒸着
する蒸着法（ＣＶＤ法）などがあり、二次元タイプのＣ
／Ｃ材のほか、三次元タイプ、四次元タイプなどのよう
な多次元に繊維が配向したＣ／Ｃ材の開発もなされてい
る。 このように、Ｃ／Ｃ材は、従来の金属系の材料に比べる
と、軽量で強度的に優れしかも耐熱・耐酸化性が比較的
良好であり、熱による損耗や強度低下が少ないといえる
が、例えば、宇宙往還機などのように宇宙での活動後に
大気圏に再突入するような場合には、とくに空力加熱を
受ける部分でかなりの高温となり、Ｃ／Ｃ材では８００
°Ｃ位となったところで表面から酸化消耗してくる。 そこで、Ｃ／Ｃ材の表面における酸化消耗を抑制、する
ための＃酸化表面処理法も開発されている。 この耐酸化表面処理法としては、例えば。 １０％アルミナ（Ａｌ１２０３　）、３０％珪素（Ｓｉ
）、６０％炭化珪素（ＳｉＣ）からなる粉末をグラファ
イト製のレトルト内でＣ／Ｃ材のまわりに詰め、アルゴ
ン雰囲気中において約１６５０℃で加熱してＣ／Ｃ材の
表面をＳｉＣに転化させ、この後の冷却過程で、Ｃ／Ｃ
材とＳｉＣとの間における熱膨張差によって微少なりラ
ックを生ずるので、この微少なりラックをテトラエチル
オルトシリケート（ＴＥ０１）で処理して５ｉ０２で含
浸するようにした耐酸化表面処理法があった。また、Ｓ
ｉＣに生ずる微少なりラックをシリコン改質剤で処理し
て５ｔＯ２で含浸するようにした耐酸化表面処理法もあ
った（例えば、ＴＥＯ３処理に関しては、ＣＥＲＡＭＩ
ＣＢＵＬＬＥＴＩＮ　　ＶＯＬ、６０．Ｎｏ、１１（１
９８１）に記載されている。）。 （発明が解決しようとする課題） このようなＣ／Ｃ材の表面にＴＥＯ３処理を行ったＳｉ
Ｃ被覆層を設けた場合には、Ｃ／Ｃ材が空力加熱を受け
て酸化消耗するのを防止し、より高温での使用が可能と
なるが、およそ１４００℃位に達すると表面のＳｉＣが
酸化して５ｉ０２となり、この５ｉ０２がおよそ１７０
０℃位で溶融して航行中に飛散することにより消耗され
る。 したがって、例えば、空力加熱を受けることによって１
７００℃を超えるような温度に加熱されたときでも十分
に耐えうる部材が必要とされる場合には、上記の表面に
ＴＥＯ３処理を行ったＳｉＣ被覆層を設けたＣ／Ｃ材で
は要求を十分に満たすことができないという課題があっ
た。 （発明の目的） 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
もので、構造部材として必要な高強度を有していると共
に、耐熱性およびｒｋ４ｍ化性にも優れており１例えば
、空力加熱を受けることによって１８００℃を超えるよ
うな温度に加熱されたときでも酸化消耗が少なく十分に
耐えることが可能である軽量な耐熱・耐酸化性高強度部
材を提供することを目的としている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明の第１請求項に係る耐熱・耐酸化性高強度部材は
、炭素繊維／炭素複合材の表面部分の一部ないしは全部
に窒化アルミニウム層を有する構成となっていることを
特徴としており１本発明の第２請求項に係る耐熱・耐酸
化性高強度部材は、炭素［ｉ／炭素複合材の表面部分の
一部ないしは全部に窒化アルミニウム層を有し、前記窒
化アルミニウム層の表面部分の一部ないしは全部に酸化
ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ばれる
被覆層を有する構成となっていることを特徴としており
、本発明の第３請求項に係る耐熱・耐酸化性高強度部材
は、炭素ｉａ維／炭素複合材の表面部分の一部ないしは
全部に窒化イツトリウム層を有する構成となっているこ
とを特徴としており、本発明の第４請求項に係る耐熱・
耐酸化性高強度部材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部
分の一部ないしは全部に窒化イツトリウム層を有し、ｌ
ｌ７７記窒化イツトリウム層の表面部分の一部ないしは
全部に酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちか
ら選ばれる被覆層を有する構成となっていることを特徴
としており、上記のような耐熱・耐酸化性高強度部材の
構成を前述した従来の課題を解決するための手段として
いる。 本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材において、基材
となる炭素繊ｍ／炭素複合材（Ｃ／Ｃ材）は、その製造
方法において特に限定されず、例えば、強化材となる炭
素繊維には平織や綾織したものが用いられ、マトリック
ス結合材としてはフェノール系、フラン系、ピッチ系な
どのものが用いられ、カーボン繊維／フェノール、グラ
ファイト繊維／フェノール、カーボン繊ｍ／ピッチ。 グラファイト繊ｍ／ピッチなどといった素材を一次焼成
によって炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するた
めにピッチ含浸と焼成を繰り返すレジン・チャー法や、
カーボン繊維またはグラファイト繊維で編んだ骨材に炭
化水素を熱分解して生成する炭素を蒸着する蒸着法や、
それらのＭｌみ合わせ法などによって製造されたものが
適用され、Ｃ／Ｃ材の製造方法は特に限定されない。 そして、このＣ／Ｃ材の表面部分の一部ないしは全部に
窒化アルミニウム（Ａ文Ｎ）層を有するものとするに際
しては、−実施７ｈ様において、密閉容器内に、Ｃ／Ｃ
材からなる基材とＡＩＮを収容したるつぼとを設置し、
密閉容器内を例えば１０−’Ｔｏｒｒ程度に減圧しそし
てＡｒが電離した雰囲気にして前記Ｃ／Ｃ基材の表面を
スパッタ洗浄する前処理を行う０次いで、るつぼ内のＡ
ＪｌｊＮに対しＥＢガンにより電子ビームを照射して前
記Ａ！ｌＮを蒸発させ、前記スパッタ洗浄しそして予熱
した状ｙＥのＣ／Ｃ；！！材の表面部分り一部ないし全
部にＡｕＮを蒸着させて、例えば、２５〜５０ｐｍ程度
の厚さの窒化アルミニウム層を被覆したものとする手法
を採用することができる。 そして、必要に応じて、Ｎ２ガスを加圧源とする熱間等
静圧圧縮（ＨＩＰ）を行うことによって、例えば２００
０℃程度の高温で例えば２０００Ｋｇｆ／ｃｍ２程度の
圧力で加圧し、窒素が不足しているアルミニウム中休の
部分が存在している可能性がある窒化アルミニウム層に
Ｎ２を供給して、未反応のＡｎが存在しない窒化アルミ
ニウム層に形成するとともに、Ｃ／Ｃ材に対する窒化ア
ルミニウム層のなじみをさらに良好なものとする。 このように、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化アルミニウム層
を有するものとすることによって、構造材として必要な
高強度を有し、耐熱性および耐酸化性にも優れたｒｔＩ
４熱・耐酸化性高強度部材となる。 また、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化アルミニウム層を有す
るものとする他の実施態様においては前記密閉容器内の
るつぼに、ＡＩＨの代わりにＡＭを入れておくと共に、
密閉容器内でＮが電離した状態にし、Ｃ／Ｃ材の表面部
分をスパッタ洗浄したのち、前記Ａｎに電子ビームを照
射してＡＩを蒸発させ、このＡｎが雰囲気中のＮと結合
した窒化アルミニウム層をＣ／Ｃ材の表面部分に形成さ
せるようにすることもできる。 この場合、密閉容器内の雰囲気は例えば１０″Ｔｏｒｒ
程度の減圧雰囲気であることから、蒸発したすべてのＡ
ｎがＡｕＮに反応しない金属Ａｕを含んだ窒化アルミニ
ウム層がＣ／Ｃ材の表面に形成される可能性があるが、
このようなときには、前述したと同様にしてＮ２ガスを
加圧源とする熱間等静圧圧縮を行い、金属Ａ見のすべて
を窒化することにより、耐熱・＃＃耐酸化性優れた窒化
アルミニウム層が形成されるようにすることも望ましい
。 さらに、Ｃ／Ｃ材の表面に窒化アルミニウム層を有する
ものとする他の実施態様においては、Ｃ／Ｃ材の所要表
面にＡ見Ｎ粉等を置いた状態にすると共に加熱装この内
部を真空、ＡｒまたはＮ２雰囲気にし、例えば２３５０
°Ｃ位まで誘導加熱を行うことによってＡｕＮ粉を溶融
状態とし、凝固後にＣ／Ｃ材の表面部分の一部または全
部に窒化アルミニウム層が形成されているものとするこ
ともできる。この場合、窒化アルミニウム層がＣ／Ｃ材
の少なくとも表面部分に一部浸透しているような形態と
することももちろん

【ＩＴ能である。 また、誘導加熱の際の雰囲気は当初において真空または
Ａｒとし、途中から例えばｌ　、５ａｔｍ程度のＮ２雰
囲気として、純金Ｊｄｊ、Ａ！；Ｌのない窒化アルミニ
ラＬ・層を形成させるようになすこともできる。 そして、この場合にも、誘導加熱による窒化アルミニウ
ム層の形成後に、Ｎ２ガスを加圧源とした熱間等静圧圧
縮を行うようにすることによって、窒化アルミニウム層
のＣ／Ｃ基材に対するなじみ性がより一層良好なものと
なるようにすることも必要装応じて望ましい。 また、Ａ交Ｎ粉等の代わりにＡ９．粉等をＣ／Ｃ２人材
の所要表面部分に置いた状態にすると共に誘導加熱装置
の内部を例えば１．５ａｔｍ程度のＮ２’Ｒ囲気にして
、誘導加熱を行うことにより、Ａｕを溶融しかつ必要に
応じてＣ／Ｃ３材の表面部分にＡ見を一部含浸させると
ともにＮ２と反応させ、これによってＣ／Ｃ材の表面部
分の一部ないしは全部に窒化アルミニウム層が形成され
るようになすこともできる。 この場合、誘導加熱装置の内部をＮ２雰囲気とせず、誘
導加熱によってＣ／Ｃ材の表面部分にＡ１層を形成させ
、その後Ｎ２ガスを加圧源とする熱間等静圧圧縮によっ
てＣ／Ｃ材の表面部分に窒化アルミニウム層を形成させ
るようにすることもできる。 さらに、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化アルミニウム層を有
するものとする他の実施態様においては、溶融したＡ２
中にＣ／Ｃ材を浸漬し、その後Ｎ２ガスを加圧源とする
熱間等静圧圧縮を行ったり、Ｎ２雰囲気中で誘導加熱を
行ったりして、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化アルミニウム
層を形成させるようにすることもできる。 さらにまた、Ｃ／Ｃ材の表面部分にイオンブレーティン
グによってＡ１層を形成させ、その後同様にＮ２ガスを
加圧源とする熱間等静圧圧縮を行ったり、Ｎ２雰囲気中
で誘導加熱を行ったりすることにより、Ｃ／Ｃ材の表面
部分に窒化アルミニウム層を形成させるようにすること
もできる。 このように、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化アルミニウム層
を有するものとすることによって、構造体の強度はＣ／
Ｃ材によって保持されるとともに、＃熟・耐酸化性は窒
化アルミニウムによって良好なものとなる。そして、例
えば、１７００℃程度の高温において４時間程度の長時
間さらされるようなＪｉ：ｉ　ｊ、ｌにおいては、Ａｕ
；ＬＮの一部がＡｌ２Ｏ２に変化し、Ｃ／Ｃ材よりも熱
膨張係数の大きいＡ　ｌ　２０３が形成されて、熱膨張
係数の差による君離を生ずることもありうるが５例えば
宇宙往還機の再突入の場合のごと＜１０分ないしは２０
分間というような短時間の場合にはさほどの支障はなく
十分に優れたＦＭ熱・耐酸化性を有するものとなってい
る。 次に、前記窒化アルミニウム層の表面部分の一部ないし
は全部に、酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのう
ちから選ばれる被覆層を４１するものとするに際しては
１例えば、上記酸化ハフニウム（ＨｆＯｚ）および／ま
たは酸化ジルコニウム（ＺｒＯ，、）の粉末を用いたプ
ラズマ溶射を行うことによって、例えば、Ｏ，ｌ−０，
２ｍｍ程度の厚さのＨｆＯ２やＺｒＯ２よりなる被覆層
を形成させる。 したがって、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）の融点は約２
８００℃、酸化ジルコニウム（Ｚ　ｒ　０２　）　（７
）融点は約２７００℃であッテ、耐熟拳耐酸化性に著し
く優れたものであり、酸素を含有する高温度の雰囲気中
で酸化消耗を生じたときには、酸化ハフニウム粉末およ
び／または酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射
を再度行うことによって１表面部分に窒化アルミニウム
層を有するＣ／Ｃ材の再使用が可能となる。 次に、Ｃ／Ｃ材の表面部分の一部ないしは全部に窒化イ
ツトリウム（ＹＮ）層を有するものとする実施態様にお
いては、密閉容器内に、Ｃ／Ｃ材からなる基材とＹＮを
収容したるつぼとを設置し、密閉容器内を例えば１０−
’Ｔｏｒｒ程度に減圧すると共にＡｒが電離した雰囲気
にして基材表面をスパッタ洗浄し、次いでるつぼ内のＹ
Ｎに電子ビームを照射して前記ＹＮＩＡ発させ、基材の
表面部分の一部ないし全部にＹＮを蒸１１′させて。 例えば、２５〜５０ｇｍ程度の窒化イツトリウム層を被
覆したものとする手法を採用することができる。 そして、必要に応じて、Ｎ２ガスを加圧源とした熱間等
静圧圧縮を行うことによって、例えば２０００℃程度の
高温でかつ２０００Ｋｇｆ／Ｃｍ２程度に高温加圧し、
ＹＮ分子の安定化をはかるとともに、Ｃ／Ｃ材に対する
窒化イツトリウム層のなじみをさらに良好なものとする
。 このように、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化イツトリウム層
を有するものとすることによって、構造材として必要な
高強度を有し、耐熱性および耐酸化性にも優れた耐熱・
耐酸化性高強度部材となる。 また、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化イツトリウム層を有す
るものとする他の実施態様においては、前記密閉容器内
のるつぼに、ＹＮの代わりにＹを入れておくとともに、
密閉容器内でＮが電離した雰ＦＭ気に形成しておき、Ｃ
／Ｃ材の表面をスパッタ洗浄したのち、前記Ｙに電子ビ
ームを照射してＹを蒸発させ、このＹが雰囲気中のＮと
結合した窒化イツトリウム層をＣ／Ｃ材の表面部分に形
成させるようにすることもできる。 そして、この場合にも必要に応じてＮ２ガスを加圧源と
する熱間等静圧圧縮を行うことによって、ＹＮ分子構造
の安定化をはかると共に、窒化イツトリウムのＣ／Ｃ材
に対するなじみを良好なものにできるようにすることも
望ましい。 さらに、Ｃ／Ｃ材の表面に窒化イツトリウム層を有する
ものとする他の実施態様においては、Ｃ／Ｃ材の所要表
面にＹＮ粉等を置いた状態にすると共に加熱装置の内部
を真空、ＡｒまたはＮ２雰囲気にして誘導加熱すること
により、ＹＮを溶融状態とし、凝固後にＣ／Ｃ材の表面
部分の一部ないしは全部に窒化イツトリウム層が形成さ
れているものとなすようにすることもできる。この場合
、窒化イツトリウム層がＣ／Ｃ材の少なくとも表面部分
に一部侵透しているような形態とすることももちろん可
能である。また、必要に応じてＮ２ガスを加圧源とした
熱間等静圧圧縮を行うようにして、窒化イツトリウム層
のＣ／Ｃ材に対するなじみをさらに良好なものとするこ
ともできる。 また、上記実施態様の場合には、ＹＮ粉を用いているが
、Ｃ／Ｃ材の所要表面にＹ粉を置いた状態にすると共に
加熱装置の内部を例えば１．５ａｔｍ程度のＮ２雰囲気
にして、誘導加熱することにより、Ｙを溶融しかつ必要
に応じてＣ／Ｃ材の表面部分にＹを一部含浸させると共
にＮ２と反応させて、Ｃ／Ｃ材の表面部分の一部ないし
は全部に窒化イツトリウム層が形成されるようになすこ
ともできる。 この場合１．誘導加熱装置の内部をＮ２雰囲気とせず、
誘導加熱によってＣ／Ｃ材の表面部分にＹ層を形成させ
、その後Ｎ２ガスを加圧源とする熱間等静圧圧縮を行う
ことによって、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化イツトリウム
層を形成させるようにすることもできる。 次に、前記窒化イツトリウム層の表面部分の一部または
全部に、さらに酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウム
のうちから選ばれる被ｒｒＪ層を有するものとするに際
しては、例えば、上記酸化ハフニウム（Ｈｆ　０２　）
の粉末や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の粉末を用いた
プラズマ溶射を行うことによって、例えば、０．１〜０
．２ｍｍ程度の厚さのＨｆＯ２やＺｒＯ２よりなる被覆
層を形成させる。 そして、この実施態様における耐熱・耐酸化性高強度部
材において、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）の融点は約２
８００℃、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の融点は約２
７００℃であって、＋１　熱・耐酸化性に著しく優れた
ものであり高温の酸化雰囲気中においた場合にＹが一部
酸化してＹ２Ｏ３となり、このＹ２Ｏ，はＺｒ０２（７
）安定化に寄グーするものとなる。また、表層部分の酸
化消耗を生じたときには、酸化ハフニウム粉末および／
または酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を再
度行うことによって、表面部分に窒化イツトリウム層を
有するＣ／Ｃ材の１４使用が１丁能となる。 （発明の作用） 本発明に係る耐熱・耐醇化性高強度部材は炭末繊維／炭
素複合材（Ｃ／Ｃ材）の表面部分の一部または全部に、
融点が約２３００℃でかつ低熱膨張係数の窒化アルミニ
ウムおよび融点が約２６００″Ｃでかつ低熱膨張係数の
窒化イツトリウムのうちから選ばれる窒化物層を有する
ものであるから、Ｃ／Ｃ材を基材としていることにより
高強度を有するものとなっており、かつまた表面部分に
高融点でかつ低熱膨張係数の窒化物層を有していること
により耐熱性および耐酸化性が良好であってしかも表層
部分の剥離が生じがたいものとなっている。 また、必要に応じて、前記窒化アルミニウム層および窒
化イツトリウム層のうちから選ばれる窒化物層の表面部
分の一部または全部に、融点が約２８００℃の酸化ハフ
ニウムおよび融点が約２７００℃の酸化ジルコニウムの
うちから選ばれる被″８！層を有しているものとした場
合に、耐熱性および耐酸化性はより一層優れたものとな
っている。そして、この場合に、Ｃ／Ｃ材の熱膨張係数
と、酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムの熱膨張係
数との間に差は存在するが、これらの間に８膨張係数の
小さい窒化アルミニウムや窒化イツトリウムが介在して
いるので、高温時における熱膨張係数の差にもとづ＜ｉ
ｑ＃のおそれは、著しく小さなものとなる。 （実施例） 次に、本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材の実施例
を比較例とともに説明する。 実施例１ 厚さ１．５ｍｍのＣ／Ｃ材とＡｉＮを収容したるつぼと
を密閉容器内に設置し、この密閉容器内を１０−Ｔ　ｏ
　ｒ　ｒノＡ　ｒ’ｒｆｌ離雰囲気にして、前記Ｃ／Ｃ
材の表面をスパー、夕洗浄し、ＥＢガンよりるつぼ内の
Ａ！；ＬＮに対して電子ビームを照射することによって
、このＡＩＮを蒸発させ、４５０℃に予熱したＣ／Ｃ材
の表面にＡＩＮを４０１Ｌｍの厚さで付着させ１次いで
熱間等静圧圧縮により温度２０００℃、圧力２０００Ｋ
ｇｆ／ｃｍ２の条件での加熱加圧を行って、Ｃ／Ｃ材の
表面部分に窒化アルミニウム層を有する実施例１の耐熱
・耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供
した。 及凰Ａヱ 実施例１において作製したＣ／Ｃ材の表面部分に窒化ア
ルミニウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面
部分に、酸化ハフニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、窒化アルミニウム層の表面部分に厚さ
０．１８ｍｍの酸化ハフニウム層を有する実施例２の耐
熱・耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に
供した。 実施例３ 実施例１において作製したＣ／Ｃ材の表面部分に窒化ア
ルミニウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面
部分に、酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を
行うことによって、窒化アルミニウム層の表面部分に厚
さ０．１８ｍｍの酸化ジルコニウム層を有する実施例３
の＃熟・耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試
験に供した。 実】１九Ａ 厚さ１．５ｍｍのＣ／Ｃ材とＹＮを収容したるつぼとを
密閉容器内に設置し、この密閉容器内を１０−’Ｔｏｒ
ｒのＡｒ電離雰囲気にして、前記Ｃ／Ｃ材の表面をスパ
ッタ洗浄し、ＥＢガンよりるつぼ内のＹＮに対して電子
ビームを照射することによって、このＹＮを蒸発させ、
４５０℃に予熱したＣ／Ｃ材の表面にＹＮを４０ｐｍの
厚さで付着させ２次いで熱間等静圧圧縮により温度２０
００℃、圧力２０００Ｋｇｆ／ｃｍ２の条件での加熱加
圧を行って、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化イツトリウム層
を右する実施例４のｌｌ１ｉＪ熱・耐酸化性高強度部材
を作製し、後記する評価試験に供した。 実施例５ 実施例４において作製したＣ／Ｃ材の表面部分に窒化イ
ツトリウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面
部分に、酸化ハフニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、窒化イツトリウム層の表面部分に厚さ
０．１８ｍｍの酸化ハフニウム層を有する実施例５の耐
熱・耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に
供した。 実施例６ 実施例４において作製したＣ／Ｃ材の表面部分に窒化イ
ツトリウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面
部分に、酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を
行うことによって、窒化イツトリウム層の表面部分に厚
さ０．１８ｍｍの酸化ジルコニウム層を有する実施例６
の耐熱・Ｎ酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試
験に供した。 比較例１ 厚さ１．５ｍｍのＣ／Ｃ材を何んら表面被覆することな
く比較例１の供試材として後記する評価試験に供した。 比較例２ 密閉容器内で、厚さ１．５ｍｍのＣ／Ｃ材のまわりに、
１０％Ａ文２０３３０％５ｉ−６０％ＳｉＣからなる粉
末を詰め、Ａｒ雰囲気中で１６５０℃に加熱して、Ｃ／
Ｃ材の表面をＳｉＣに転化させ、冷却過程でｆ！Ｊ膨張
係数差により発生するクラック中に、テトラエチルオル
トラ９ケー）　（ＴＥ０１）で処理してＳｉＯ，＋を含
浸させた比較例２の供試材を作製し、後記する評価試験
に供した。 比較例３ 厚さ１．５ｍｍのＣ／Ｃ材の表面部分に、酸化ジルコニ
ウム粉末を用いたプラズマ溶射を行うことによって、厚
さ０．１８ｍｍの酸化ジルコニウム層を形成させたが、
冷却過程で酸化ジルコニウム層にクラックが生じて剥離
したため、後記する評価試験に供することはできなかっ
た。 １１す価試験例 実施例１〜６において作製した供試材と、比較例１．２
において用意した供試材とについて１６００℃ＸＩＯ分
の大気中プラズマトーチ加、９．１７００℃×ｌＯ分の
大気中プラズマトーチ加熱、および２０００’ＱＸ１０
分の大気中プラズマトーチ加熱を行って、加熱後の酸化
消耗量（１平方メートルあたりの重量減少量）を調べる
ことにより耐熱・耐酸化性を評価した。この結果を第１
表に示す、なお、ｍ１表における（　）内の数値は、重
量減少量により算出した板厚減少量を示している。また
、「使用不能」とは、板厚減少ｈ１が１ｍｍ以上であっ
たものを示している。 第１表に示すように、Ｃ／Ｃ材の表面部分に窒化アルミ
ニウム層を有する実施例１および窒化イツトリウム層を
イＩする実施例４の場合には、これらの層を有しないＣ
／Ｃ材そのものである比較例１の場合に比べて、耐熱・
耐酸化性がかなり向」−シていることが明らかであり、
窒化アルニミウム層を有する実施例１の場合にはＣ／Ｃ
材表面にＳｉＣ被覆およびＴＥＯ３処理を施した比較例
２の場合よりも耐熱・耐酸化性に優れていることが認め
られ、窒化アルミニウム層の表面部分にさらに酸化ハフ
ニウム層および酸化ジルコニウム層をそれぞれ被覆した
実施例２および実施例３の場合、ならびに窒化イツトリ
ウム層の表面部分にさらに酸化ハフニウム層および酸化
ジルコニウム層をそれぞれ被覆した実施例５および実施
例６の場合には、耐熱・耐酸化性がさらに向上している
ことが認められ、宇宙往還機の大気圏再突入時において
１９００−１９５０°Ｃ程度にまで温度上昇した場合に
も十分に耐え得るものであることが確かめられた。

【発明の効果】

以上説明してきたように、本発明に係る耐熱−耐酸化性
高強度部材は、炭素ｍｍ／炭素複合材の表面部分に窒化
アルミニウム層または窒化イツトリウム層を有し、必要
に応じてそれらの上にさらに酸化ハフニウムおよび酸化
ジルコニウムのうちから選ばれる被覆層を有する構成と
なっているものであるから、炭素繊維／炭素複合材を基
材とすることにより高強度が得゛られると共に、熱膨張
係数が炭素ｍｍ／炭素複合材の熱膨張係数に近い窒化ア
ルミニウムまたは窒化イツトリウムを表面部分に有して
いることから、高温酸化雰囲気中での炭素縁ｍ／炭素複
合材の酸化消耗を防止して耐熱・耐酸化性の良好なもの
になっていると同時に、熱膨張係数差に起因する窒化ア
ルミニウム層および窒化イツトリウム層のクラッタない
しは剥離の発生を防ぐものになっており、窒化アルミニ
ウム層および窒化イツトリウム層の表面部分にさらに酸
化ハフニウムや酸化ジルコニウムから選ばれる被覆層を
有するものとすることによって、耐熱−耐酸化性はさら
に向上したものにすることが可能であり、炭素繊維／炭
素複合材と酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムとの間に
は熱膨張係数に差があるものの、これらの間に前記酸化
ハフニウムや酸化ジルコニウムの熱膨張係数よりも小さ
い熱膨張係数の窒化アルミニウム層や窒化イツトリウム
層が介在されていることとなるので、酸化ノ＼フニウム
や酸化ジルコニウムからなる被覆層のクラックないしは
剥離の発生を防ぐことが可能であり、例えば、空力加熱
を受けることによって１８００℃を超えるような温度に
加熱されたときでも酸化消耗が著しく少なく十分に耐え
得るものであるという非常に優れた効果がもたらされる
。 特許出願人　　　日産自動車株式会社 代理人弁理士　　小　　塩　　　豊

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化アルミニ
   ウム層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化性高強度
   部材。
2. （２）炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化アルミニ
   ウム層を有し、前記窒化アルミニウム層の表面部分に酸
   化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ばれ
   る被覆層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化性高強
   度部材。
3. （３）炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化イットリ
   ウム層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化性高強度
   部材。
4. （４）炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化イットリ
   ウム層を有し、前記窒化イットリウム層の表面部分に酸
   化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ばれ
   る被覆層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化性高強
   度部材。