JPH03221444A - 耐酸化性炭素系材料 - Google Patents
耐酸化性炭素系材料Info
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- JPH03221444A JPH03221444A JP1743990A JP1743990A JPH03221444A JP H03221444 A JPH03221444 A JP H03221444A JP 1743990 A JP1743990 A JP 1743990A JP 1743990 A JP1743990 A JP 1743990A JP H03221444 A JPH03221444 A JP H03221444A
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Landscapes
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- Laminated Bodies (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、例えばガスタービン部材、高温原子炉部材
、ジェットエンジン部材、ロケット部材、高温化学プラ
ント部材などとして使用され、高温雰囲気下で優れた耐
酸化性を有する耐酸化性炭素系材料に関する。
、ジェットエンジン部材、ロケット部材、高温化学プラ
ント部材などとして使用され、高温雰囲気下で優れた耐
酸化性を有する耐酸化性炭素系材料に関する。
炭素繊維強化炭素などの炭素系材料は、優れた耐熱性を
有するものの高温酸化性雰囲気下ではその表面が酸化さ
れて徐々に劣化してゆく。
有するものの高温酸化性雰囲気下ではその表面が酸化さ
れて徐々に劣化してゆく。
このため、高温における耐酸化性を向上させる手段とし
て、炭素系材料の表面に直接アルミナ、ジルコニア、チ
タニャなどの金属酸化物からなる保護被膜をＣＶＤ広な
どによって設けることが行われている。
て、炭素系材料の表面に直接アルミナ、ジルコニア、チ
タニャなどの金属酸化物からなる保護被膜をＣＶＤ広な
どによって設けることが行われている。
しかしながら、このような金属酸化物からなる保護被膜
を設けた炭素系材料では、母材の炭素系材料と保護被膜
の金属酸化物との熱膨張率の差に基づいて、高温下での
使用に際し、保護被膜に亀裂が入ったり、保護被膜が剥
離したりすることがある。このような不都合を避けるに
は、保護被膜の厚さを数μｍ程度と極めて薄くせざるを
得ない。
を設けた炭素系材料では、母材の炭素系材料と保護被膜
の金属酸化物との熱膨張率の差に基づいて、高温下での
使用に際し、保護被膜に亀裂が入ったり、保護被膜が剥
離したりすることがある。このような不都合を避けるに
は、保護被膜の厚さを数μｍ程度と極めて薄くせざるを
得ない。
しかし、これでは膜厚が不足し、母材を酸化から長時間
にわたって確実に保護することができない問題かある。
にわたって確実に保護することができない問題かある。
また、金属酸化物の種類によっては、保護被膜の金属酸
化物と母材の炭素系材料が高温雰囲気で直接化学反応を
起こし、保護被膜か変質し、保護機能を失うこともある
。
化物と母材の炭素系材料が高温雰囲気で直接化学反応を
起こし、保護被膜か変質し、保護機能を失うこともある
。
よって、この発明の課題は、高温雰囲気下においても亀
裂や剥離などの機械的損傷が生ずることかなく、かつ母
材との化学反応などの化学的損傷か生ずることのない耐
酸化性被膜を有する耐酸化性炭素系材料を提供すること
にある。
裂や剥離などの機械的損傷が生ずることかなく、かつ母
材との化学反応などの化学的損傷か生ずることのない耐
酸化性被膜を有する耐酸化性炭素系材料を提供すること
にある。
かかる課題は、炭素系母材表面に第１の中間層を介して
金属炭化物層を設け、この金属炭化物層上に第２の中間
層を介して金属酸化物層を設け、第１の中間層を炭素と
金属炭化物とから、第２の中間層を金属炭化物と金属酸
化物とから構成した多層構造の被膜を設けることによっ
て解決される。
金属炭化物層を設け、この金属炭化物層上に第２の中間
層を介して金属酸化物層を設け、第１の中間層を炭素と
金属炭化物とから、第２の中間層を金属炭化物と金属酸
化物とから構成した多層構造の被膜を設けることによっ
て解決される。
最外層か高温酸化性雰囲気下で最も安定な金属酸化物か
らなっているため、優れた耐酸化性を発揮する。また、
金属酸化物層と母材との中間には、金属酸化物および炭
素のいずれにも反応しない金属炭化物からなる層がある
ため、母材の炭素と金属酸化物との反応が防止される。
らなっているため、優れた耐酸化性を発揮する。また、
金属酸化物層と母材との中間には、金属酸化物および炭
素のいずれにも反応しない金属炭化物からなる層がある
ため、母材の炭素と金属酸化物との反応が防止される。
さらに、第１および第２の中間層によって熱膨張係数等
の差が緩衝され、金属酸化物層および金属炭化物層の割
れや剥離が防止される。
の差が緩衝され、金属酸化物層および金属炭化物層の割
れや剥離が防止される。
以下、この発明の詳細な説明する。
第１図は、この発明の耐酸化性炭素系材料の一例を示す
もので、図中符号１は炭素系母材である。
もので、図中符号１は炭素系母材である。
この炭素系母材１には、例えば、炭素、黒鉛あるいはこ
れらを炭素繊維で強化した炭素繊維強化炭素などが用い
られる。
れらを炭素繊維で強化した炭素繊維強化炭素などが用い
られる。
この炭素系母材１の表面上には第１の中間層２が設けら
れている。この第１の中間層２は、この第１の中間層２
の上に設けられる金属炭化物層３を構成する金属炭化物
と母材１の炭素とからなる層であって、好ましくは、こ
の二つの成分の組成がその厚さ方向に連続的あるいは段
階的に変化し、母材ｌ側に這い部分ては炭素か多く、金
属炭化物層３に近い部分では金属炭化物か多いような傾
斜組成層であることか望ましい。この第１の中間層２は
、よって１層または２層以上の多層構造となることかあ
り、その全厚さは、約２５〜７５μｍ程度とされるが、
これに限られることはない。この第１の中間層２の形成
には通常のＣＶＤ法などか用いられ、組成の変化は、２
以上の気体原料の組成比あるいは気体原料の組み合わせ
およびその組成比を時間的に変化させることにまり遠戚
できる。また、炭素と金属炭化物との混合物を塗布し、
焼成する方法でもよく、この混合物の組成比を順次変化
させて多層構造の第１の中間層２を作ることかできる。
れている。この第１の中間層２は、この第１の中間層２
の上に設けられる金属炭化物層３を構成する金属炭化物
と母材１の炭素とからなる層であって、好ましくは、こ
の二つの成分の組成がその厚さ方向に連続的あるいは段
階的に変化し、母材ｌ側に這い部分ては炭素か多く、金
属炭化物層３に近い部分では金属炭化物か多いような傾
斜組成層であることか望ましい。この第１の中間層２は
、よって１層または２層以上の多層構造となることかあ
り、その全厚さは、約２５〜７５μｍ程度とされるが、
これに限られることはない。この第１の中間層２の形成
には通常のＣＶＤ法などか用いられ、組成の変化は、２
以上の気体原料の組成比あるいは気体原料の組み合わせ
およびその組成比を時間的に変化させることにまり遠戚
できる。また、炭素と金属炭化物との混合物を塗布し、
焼成する方法でもよく、この混合物の組成比を順次変化
させて多層構造の第１の中間層２を作ることかできる。
さ与に、焼成後に炭素および金属炭化物となる液状の前
駆体の混合物を塗布し、焼成する方法でもよく、同様に
その混合比を順次変化させて多層構造の傾斜組成層とす
ることかできる。
駆体の混合物を塗布し、焼成する方法でもよく、同様に
その混合比を順次変化させて多層構造の傾斜組成層とす
ることかできる。
また、この第１の中間層３は、多孔質であってもよく、
勿論緻密な無孔質であってもよい。
勿論緻密な無孔質であってもよい。
このような第１の中間層２上には、上述のように、金属
炭化物層３が設けられている。この金属炭化物層３は、
ケイ素、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、
トリウムなどの金属の炭化物の１種または２種以上の混
合物からなるものである。この金属炭化物層３の厚さは
１０〜５０μｍ程度が好ましいが、この範囲に限られる
ものではない。金属炭化物層３の形成には、ＣＶＤ法、
スバ、タ法などの他に金属炭化物粉末スラリーを塗布し
、不活性雰囲気で焼成する方法や金属炭化物の液状前駆
体を塗布し、焼成する方法などが用いられる。金属炭化
物層３は多孔質であってもよく、また２層以上の多層構
造でもよい。
炭化物層３が設けられている。この金属炭化物層３は、
ケイ素、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、
トリウムなどの金属の炭化物の１種または２種以上の混
合物からなるものである。この金属炭化物層３の厚さは
１０〜５０μｍ程度が好ましいが、この範囲に限られる
ものではない。金属炭化物層３の形成には、ＣＶＤ法、
スバ、タ法などの他に金属炭化物粉末スラリーを塗布し
、不活性雰囲気で焼成する方法や金属炭化物の液状前駆
体を塗布し、焼成する方法などが用いられる。金属炭化
物層３は多孔質であってもよく、また２層以上の多層構
造でもよい。
さらに、この金属炭化物層３上には第２の中間層４が設
けられている。この第２の中間層４は、この層４の上に
設けられる金属酸化物層５を構成する金属酸化物と金属
炭化物層３を構成する金属炭化物とからなる層であって
、好ましくは第１の中間層２と同様に、この二成分の組
成がその厚さ方向に連続的あるいは段階的に変化し、金
属炭化物層３に近い部分では金属炭化物が多く、金属酸
化物層５に近い部分では金属酸化物が多いような傾斜組
成層であることが望ましい。この第２の中間層４の厚さ
は、約２５〜７５μｍ程度が好ましい。また、第２の中
間層４の形成方法は、第１の中間層２の形成に用いられ
た方法がそのまま適用できる。
けられている。この第２の中間層４は、この層４の上に
設けられる金属酸化物層５を構成する金属酸化物と金属
炭化物層３を構成する金属炭化物とからなる層であって
、好ましくは第１の中間層２と同様に、この二成分の組
成がその厚さ方向に連続的あるいは段階的に変化し、金
属炭化物層３に近い部分では金属炭化物が多く、金属酸
化物層５に近い部分では金属酸化物が多いような傾斜組
成層であることが望ましい。この第２の中間層４の厚さ
は、約２５〜７５μｍ程度が好ましい。また、第２の中
間層４の形成方法は、第１の中間層２の形成に用いられ
た方法がそのまま適用できる。
さらに、この第２の中間層２上に最外層となる金属酸化
物層５が設けられている。この金属酸化物層５は、アル
ミニウム、ケイ素、マグネシウム、チタン、／ハフニウ
ム、ハフニウム、クロム、トリウムなどの金属の酸化物
の１種または２種以上の混合物からなるものである。金
属酸化物層５の厚さは、要求される耐酸化性の度合によ
っても異なるか、通常は１０〜１００μｍ程度とされる
。
物層５が設けられている。この金属酸化物層５は、アル
ミニウム、ケイ素、マグネシウム、チタン、／ハフニウ
ム、ハフニウム、クロム、トリウムなどの金属の酸化物
の１種または２種以上の混合物からなるものである。金
属酸化物層５の厚さは、要求される耐酸化性の度合によ
っても異なるか、通常は１０〜１００μｍ程度とされる
。
金属酸化物層５の形成は、金属炭化物層３の形成方法と
同様の方法か用いられる。
同様の方法か用いられる。
このような構成の耐酸化性炭素系材料にあっては、最外
層の金属酸化物層５によって、高い耐酸化性か得られる
。また金属酸化物層５と母材１との中間には金属炭化物
層３が存在することにより、高温での母材１の炭素と金
属酸化物層５の金属酸化物との反応が防止される。さら
に、第１および第２の中間層２，４か存在することによ
り、熱膨張係数等の差が緩衝され、割れ、剥離か生ずる
ことがなく、かつ母材ｌと金属炭化物層３とのおよび金
属炭化物層３と金属酸化物層５との接合強度も高いもの
となる。
層の金属酸化物層５によって、高い耐酸化性か得られる
。また金属酸化物層５と母材１との中間には金属炭化物
層３が存在することにより、高温での母材１の炭素と金
属酸化物層５の金属酸化物との反応が防止される。さら
に、第１および第２の中間層２，４か存在することによ
り、熱膨張係数等の差が緩衝され、割れ、剥離か生ずる
ことがなく、かつ母材ｌと金属炭化物層３とのおよび金
属炭化物層３と金属酸化物層５との接合強度も高いもの
となる。
炭素系母材ｌとして、径７μｍの炭素繊維からなる二次
元織物を複数枚積層しこの積層物の空隙（約４５体積％
）に炭素を充填した炭素繊維強化炭素を用いた。この炭
素系母材１の表面に、炭素と炭化ケイ素からなる第１の
中間層２を形成した。
元織物を複数枚積層しこの積層物の空隙（約４５体積％
）に炭素を充填した炭素繊維強化炭素を用いた。この炭
素系母材１の表面に、炭素と炭化ケイ素からなる第１の
中間層２を形成した。
これの形成にはＣＶＤ法を用い、気体原料として初めは
メタン、水素比（体積比）か１０：９０のものを用い、
その組成を経時的に、連続的に変化させ最後にはメタン
四塩化ケイ素 水素比が５１５：８０のものを用いる
ことによって膜組成が連続的に変化するようにした。処
理温度は１４００°Ｃてあり、膜厚は５０μｍ、気孔率
Ｏ％であった。
メタン、水素比（体積比）か１０：９０のものを用い、
その組成を経時的に、連続的に変化させ最後にはメタン
四塩化ケイ素 水素比が５１５：８０のものを用いる
ことによって膜組成が連続的に変化するようにした。処
理温度は１４００°Ｃてあり、膜厚は５０μｍ、気孔率
Ｏ％であった。
この第１の中間層２上に炭化ケイ素からなる厚さ２０μ
ｍの金属炭化物層３を設けた。この金属炭化物層３の形
成は、第１の中間層２の形成後、そのままの条件で延長
することで行われた。気孔率０％。
ｍの金属炭化物層３を設けた。この金属炭化物層３の形
成は、第１の中間層２の形成後、そのままの条件で延長
することで行われた。気孔率０％。
この金属炭化物層３上に、炭化ケイ素とスピネル（Ａ
（ｌｔｏ ３ ・Ｍ ｇ○）とからなる厚さ５０μｍの
第２の中間層４を設けた。この第２の中間層４は、三層
構造で、金属炭化物層３側から、順に炭化ケイ素とスピ
ネルの混合比が３：１，１：１１．３の組成となってい
る。この層の形成方法は炭化ケイ素とスピネルとの混合
粉を塗布し、アルゴン雰囲気中で焼成する方法によった
。よって、この層は約２０〜４０体積％の気孔率を有す
る多孔質層である。
（ｌｔｏ ３ ・Ｍ ｇ○）とからなる厚さ５０μｍの
第２の中間層４を設けた。この第２の中間層４は、三層
構造で、金属炭化物層３側から、順に炭化ケイ素とスピ
ネルの混合比が３：１，１：１１．３の組成となってい
る。この層の形成方法は炭化ケイ素とスピネルとの混合
粉を塗布し、アルゴン雰囲気中で焼成する方法によった
。よって、この層は約２０〜４０体積％の気孔率を有す
る多孔質層である。
最゛後に、この第２の中間層４上にスピネルからなる厚
さ３０μｍの金属酸化物層５を設けた。この層５は二層
構造となっており、下層はスピネル粉末を塗布し、アル
コン中で焼成することで形成し、上層はアルミニウムゾ
ルとマグネシウムゾルとの混合物を塗布し、焼成するこ
とで緻密な膜とした。
さ３０μｍの金属酸化物層５を設けた。この層５は二層
構造となっており、下層はスピネル粉末を塗布し、アル
コン中で焼成することで形成し、上層はアルミニウムゾ
ルとマグネシウムゾルとの混合物を塗布し、焼成するこ
とで緻密な膜とした。
このようにして得られた炭素系材料の被膜表面を、高速
火炎で表面温度１８００℃まで加熱する操作を２０サイ
クル繰り返したが、最外層の金属酸化物層５には剥離、
割れの発生が認められず、酸化も受けなかった。
火炎で表面温度１８００℃まで加熱する操作を２０サイ
クル繰り返したが、最外層の金属酸化物層５には剥離、
割れの発生が認められず、酸化も受けなかった。
これに対して、同様の炭素系母材１上に直接金属酸化物
層５を同様の方法で設けようとしたが、亀裂か入った膜
しか形成てきなかった。また、同様の加熱テストを行っ
たところ、金属酸化物層５が完全に剥離し、母材表面が
著しい酸化を受けた。
層５を同様の方法で設けようとしたが、亀裂か入った膜
しか形成てきなかった。また、同様の加熱テストを行っ
たところ、金属酸化物層５が完全に剥離し、母材表面が
著しい酸化を受けた。
以上説明したように、この発明の耐酸化性炭素系材料は
炭素系母材表面に第１の中間層を介して金属炭化物層が
設けられ、この金属炭化物層上に第２の中間層を介して
金属酸化物層か設けられてなり、第１の中間層が炭素と
金属炭化物とからなり、第２の中間層か金属炭化物と金
属酸化物とからなるものであるので、高温下においても
亀裂や剥離などか生じることがなく、かつ母材との化学
反応などが生じることのない耐酸化性被膜を有するもの
となり、高い耐熱性、耐酸化性、耐食性を兼ね備えた材
料となる。
炭素系母材表面に第１の中間層を介して金属炭化物層が
設けられ、この金属炭化物層上に第２の中間層を介して
金属酸化物層か設けられてなり、第１の中間層が炭素と
金属炭化物とからなり、第２の中間層か金属炭化物と金
属酸化物とからなるものであるので、高温下においても
亀裂や剥離などか生じることがなく、かつ母材との化学
反応などが生じることのない耐酸化性被膜を有するもの
となり、高い耐熱性、耐酸化性、耐食性を兼ね備えた材
料となる。
第１図は、この発明の耐酸化性炭素系材料の一例を示す
概略断面図である。 １・・・・・・炭素系母材、２・・・・第１の中間層、
３・・・・金属炭素物層、４ ・・・・第２の屯間層、
５・・・金属酸化物層。
概略断面図である。 １・・・・・・炭素系母材、２・・・・第１の中間層、
３・・・・金属炭素物層、４ ・・・・第２の屯間層、
５・・・金属酸化物層。
Claims (2)
- （１）炭素系母材表面に第１の中間層を介して金属炭化
物層が設けられ、この金属炭化物層上に第２の中間層を
介して金属酸化物層が設けられてなり、第１の中間層が
炭素と金属炭化物とからなり、第２の中間層が金属炭化
物と金属酸化物とからなることを特徴とする耐酸化性炭
素系材料。 - （２）第１および第２の中間層は、その組成が連続的あ
るいは段階的に変化する傾斜組成層であることを特徴と
する請求項（１）記載の耐酸化性炭素系材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1743990A JP2827387B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 耐酸化性炭素系材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1743990A JP2827387B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 耐酸化性炭素系材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03221444A true JPH03221444A (ja) | 1991-09-30 |
| JP2827387B2 JP2827387B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=11944059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1743990A Expired - Fee Related JP2827387B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 耐酸化性炭素系材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2827387B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999023278A1 (de) * | 1997-11-03 | 1999-05-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Erzeugnis, insbesondere bauteil einer gasturbine, mit keramischer wärmedämmschicht |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2884550B1 (fr) * | 2005-04-15 | 2010-09-17 | Snecma Moteurs | Piece pour proteger le bord d'attaque d'une pale |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP1743990A patent/JP2827387B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999023278A1 (de) * | 1997-11-03 | 1999-05-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Erzeugnis, insbesondere bauteil einer gasturbine, mit keramischer wärmedämmschicht |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2827387B2 (ja) | 1998-11-25 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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