JPH04219205A - セラミック製高温部材 - Google Patents
セラミック製高温部材Info
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- JPH04219205A JPH04219205A JP8758191A JP8758191A JPH04219205A JP H04219205 A JPH04219205 A JP H04219205A JP 8758191 A JP8758191 A JP 8758191A JP 8758191 A JP8758191 A JP 8758191A JP H04219205 A JPH04219205 A JP H04219205A
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック製高温部材
に係り、更に詳しくはガスタービン部材等の高温に晒さ
れるセラミック製部材に関する。本セラミック製部材は
ガスタービン用動翼、静翼などに好適に使用することが
できる。
に係り、更に詳しくはガスタービン部材等の高温に晒さ
れるセラミック製部材に関する。本セラミック製部材は
ガスタービン用動翼、静翼などに好適に使用することが
できる。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素、炭化珪素、部分安定化ジルコ
ニアなどのセラミック材は高耐熱性、高耐摩耗性、高硬
度、高耐食性等の優れた特性を有しているため、機械部
品の一部として使用されている。これらのセラミックは
相次ぐ改良、および設計の適性化などによってその利用
分野は広がりつつある。
ニアなどのセラミック材は高耐熱性、高耐摩耗性、高硬
度、高耐食性等の優れた特性を有しているため、機械部
品の一部として使用されている。これらのセラミックは
相次ぐ改良、および設計の適性化などによってその利用
分野は広がりつつある。
【０００３】そして近年になり、次世代エンジンとして
ガスタービンエンジンが注目を集めている。ガスタービ
ンエンジンは高温の燃焼ガスを直接タービンロータに当
て動力を得る回転型エンジンであり、構造上燃焼器以外
の圧縮機、タービンロータおよび回転式熱交換器などの
各要素が回転機械であることに特長を有するものである
。このため、ガスタービンでは、排ガスの低公害性、使
用燃料の多様化、低振動・低騒音性、エンジンの軽量化
等のメリットが期待できるものである。
ガスタービンエンジンが注目を集めている。ガスタービ
ンエンジンは高温の燃焼ガスを直接タービンロータに当
て動力を得る回転型エンジンであり、構造上燃焼器以外
の圧縮機、タービンロータおよび回転式熱交換器などの
各要素が回転機械であることに特長を有するものである
。このため、ガスタービンでは、排ガスの低公害性、使
用燃料の多様化、低振動・低騒音性、エンジンの軽量化
等のメリットが期待できるものである。
【０００４】しかし、上記のようなメリットがあるにも
拘らず、現在までに実用化に至っていない大きな理由と
しては燃費の面で従来エンジンを超えることができない
ためである。従って、ガスタービンエンジンの実用化に
当っては機関熱効率を向上させることが重要な課題であ
り、このためにはタービン入口のガス温度（ＴＩＴ）を
上昇させることが必須条件といえる。ガスタービンが即
、セラミックガスタービンといわれているのは、まさに
この点からであり、耐熱合金よりも耐熱性に優れたセラ
ミック材の実用化・開発が急務となっているのである。
拘らず、現在までに実用化に至っていない大きな理由と
しては燃費の面で従来エンジンを超えることができない
ためである。従って、ガスタービンエンジンの実用化に
当っては機関熱効率を向上させることが重要な課題であ
り、このためにはタービン入口のガス温度（ＴＩＴ）を
上昇させることが必須条件といえる。ガスタービンが即
、セラミックガスタービンといわれているのは、まさに
この点からであり、耐熱合金よりも耐熱性に優れたセラ
ミック材の実用化・開発が急務となっているのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
材を、例えばＴＩＴが１５００℃を超えるような高温用
ガスタービン部材として適用する場合、部分的には１６
００℃を超える温度領域が存在することとなり、セラミ
ック材といえども強度低下が発生し、またエロージョン
（浸食）あるいはコロージョン（腐食）の影響により、
ガスタービン部材としての信頼性の低下、および寿命の
短縮化等の問題が生じてくる。従って、本発明は、上記
したような高温に晒される領域・部材として使用しても
強度低下を生じず、信頼性の高いセラミック製の高温部
材を提供することを目的とするものである。
材を、例えばＴＩＴが１５００℃を超えるような高温用
ガスタービン部材として適用する場合、部分的には１６
００℃を超える温度領域が存在することとなり、セラミ
ック材といえども強度低下が発生し、またエロージョン
（浸食）あるいはコロージョン（腐食）の影響により、
ガスタービン部材としての信頼性の低下、および寿命の
短縮化等の問題が生じてくる。従って、本発明は、上記
したような高温に晒される領域・部材として使用しても
強度低下を生じず、信頼性の高いセラミック製の高温部
材を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そしてその目的は、本発
明によれば、セラミック体の所定位置に、冷却媒体を流
通させるための冷却機構用細孔を備えたセラミック製高
温部材により達成することができる。本発明に係るセラ
ミック製高温部材は、１０００℃以上という高温条件下
で使用されるのに適しており、特にガスタービン用動翼
、静翼等のガスタービン部材として、好ましく用いるこ
とができる。また、冷却媒体を流通させるための冷却機
構用細孔はその径を０．２ｍｍφ以上とすることが、目
詰まりを防止する上で望ましい。
明によれば、セラミック体の所定位置に、冷却媒体を流
通させるための冷却機構用細孔を備えたセラミック製高
温部材により達成することができる。本発明に係るセラ
ミック製高温部材は、１０００℃以上という高温条件下
で使用されるのに適しており、特にガスタービン用動翼
、静翼等のガスタービン部材として、好ましく用いるこ
とができる。また、冷却媒体を流通させるための冷却機
構用細孔はその径を０．２ｍｍφ以上とすることが、目
詰まりを防止する上で望ましい。
【０００７】
【作用】本発明のセラミック製高温部材は、その所定位
置に冷却媒体を流通させるための冷却機構用細孔を備え
ているため、例えばガスタービン部材に適用した場合、
タービン入口ガス温度（ＴＩＴ）を１５００℃以上にす
ることができ、熱効率が大幅に向上する。また、セラミ
ック製高温部材で問題となるシャットダウン時の熱衝撃
を回避することができ、信頼性、寿命が大幅に向上する
。
置に冷却媒体を流通させるための冷却機構用細孔を備え
ているため、例えばガスタービン部材に適用した場合、
タービン入口ガス温度（ＴＩＴ）を１５００℃以上にす
ることができ、熱効率が大幅に向上する。また、セラミ
ック製高温部材で問題となるシャットダウン時の熱衝撃
を回避することができ、信頼性、寿命が大幅に向上する
。
【０００８】本発明のセラミック製高温部材では、その
表面を冷却媒体によりクーリングできるため、ガスター
ビン部材の場合、燃焼ガスとの直接的な接触を回避でき
、エロージョン（浸食）あるいはコロージョン（腐食）
を効果的に防止する。また金属製ガスタービンの冷却と
比較して、冷却媒体量は少量でよく、冷却による熱効率
の低下は少ない。
表面を冷却媒体によりクーリングできるため、ガスター
ビン部材の場合、燃焼ガスとの直接的な接触を回避でき
、エロージョン（浸食）あるいはコロージョン（腐食）
を効果的に防止する。また金属製ガスタービンの冷却と
比較して、冷却媒体量は少量でよく、冷却による熱効率
の低下は少ない。
【０００９】次に、本発明のセラミック製高温部材のう
ちガスタービン部材の製造方法の例を説明する。まず、
化学繊維等の繊維状物を準備する。繊維状物は、目的と
する径と焼成時の収縮を見込んだ割掛率から計算した太
さとする。次いで化学繊維の場合には熱処理を施して繊
維状物を真直とする。なお、金属繊維を用いる場合には
熱処理は必要ではない。
ちガスタービン部材の製造方法の例を説明する。まず、
化学繊維等の繊維状物を準備する。繊維状物は、目的と
する径と焼成時の収縮を見込んだ割掛率から計算した太
さとする。次いで化学繊維の場合には熱処理を施して繊
維状物を真直とする。なお、金属繊維を用いる場合には
熱処理は必要ではない。
【００１０】次に、セラミック原料に焼結助剤を添加混
合後、バインダーを添加し混練して得られる成形原料を
、前記繊維状物が所定位置に配置された金型内に射出し
てガスタービン部材の成形体を得る。次いで、この成形
体を脱脂後、セラミックの種類に応じた焼成温度、焼成
雰囲気下で焼成することにより繊維状物を燃焼消失させ
て、目的の冷却機構用細孔を備えたガスタービン部材を
得ることができる。
合後、バインダーを添加し混練して得られる成形原料を
、前記繊維状物が所定位置に配置された金型内に射出し
てガスタービン部材の成形体を得る。次いで、この成形
体を脱脂後、セラミックの種類に応じた焼成温度、焼成
雰囲気下で焼成することにより繊維状物を燃焼消失させ
て、目的の冷却機構用細孔を備えたガスタービン部材を
得ることができる。
【００１１】図１は上記方法により得られたガスタービ
ン用動翼（回転翼）３を示すもので、羽根部１と翼根部
２とを有し、かつガスタービン用動翼３の所定位置に冷
却機構用細孔４を形成したものである。なお、ガスター
ビン部材に細孔を形成する手段としては、繊維状物を燃
焼消失させる方法のほか、繊維の端部を把持して引き抜
く方法、成形時加工もしくはバインダー仮焼後の乾式加
工、あるいは焼結後の研削加工、超音波加工などの方法
を採用することができる。
ン用動翼（回転翼）３を示すもので、羽根部１と翼根部
２とを有し、かつガスタービン用動翼３の所定位置に冷
却機構用細孔４を形成したものである。なお、ガスター
ビン部材に細孔を形成する手段としては、繊維状物を燃
焼消失させる方法のほか、繊維の端部を把持して引き抜
く方法、成形時加工もしくはバインダー仮焼後の乾式加
工、あるいは焼結後の研削加工、超音波加工などの方法
を採用することができる。
【００１２】セラミック製高温部材の所定位置に配置さ
れる細孔４は冷却機構用であり、冷却媒体が流通する。 冷却媒体としては種類は問わないが、空気、水などを挙
げることができる。本発明の対象とするセラミック材と
しては、一般的に知られているすべてのセミックが適用
でき、例えばアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、部分安定
化ジルコニア、安定化ジルコニアなどに適用できるが、
いわゆる難削材と呼ばれる窒化珪素、炭化珪素、部分安
定化ジルコニアを対象とすることが特に有効である。
れる細孔４は冷却機構用であり、冷却媒体が流通する。 冷却媒体としては種類は問わないが、空気、水などを挙
げることができる。本発明の対象とするセラミック材と
しては、一般的に知られているすべてのセミックが適用
でき、例えばアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、部分安定
化ジルコニア、安定化ジルコニアなどに適用できるが、
いわゆる難削材と呼ばれる窒化珪素、炭化珪素、部分安
定化ジルコニアを対象とすることが特に有効である。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものでは
ない。
明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものでは
ない。
【００１４】（実施例１）窒化珪素原料に、Ｙ２ Ｏ３
、Ｙｂ２ Ｏ３ 、ＳｉＣを焼結助剤として添加し、
混合した後、さらにバインダーを添加し混練して得られ
た成形原料を、ピアノ線材製ワイヤーを所定位置に配置
した射出成形用金型内に射出して、図１に示すような羽
根部１と翼根部２とを有し、かつ多数の冷却孔４を形成
したガスタービン用動翼３を成形した。次に、この成形
体からワイヤーを引き抜いた後、約３００℃で脱脂し、
次いで窒素ガス雰囲気中１７００℃の温度で焼成するこ
とにより、冷却孔４を備えたガスタービン用動翼３を製
造した。
、Ｙｂ２ Ｏ３ 、ＳｉＣを焼結助剤として添加し、
混合した後、さらにバインダーを添加し混練して得られ
た成形原料を、ピアノ線材製ワイヤーを所定位置に配置
した射出成形用金型内に射出して、図１に示すような羽
根部１と翼根部２とを有し、かつ多数の冷却孔４を形成
したガスタービン用動翼３を成形した。次に、この成形
体からワイヤーを引き抜いた後、約３００℃で脱脂し、
次いで窒素ガス雰囲気中１７００℃の温度で焼成するこ
とにより、冷却孔４を備えたガスタービン用動翼３を製
造した。
【００１５】（比較例）実施例１と、ピアノ線材製ワイ
ヤーを射出成形用金型内の所定位置に配置しないこと以
外は、すべて同一の条件で、図３に示すガスタービン用
動翼５を製造した。
ヤーを射出成形用金型内の所定位置に配置しないこと以
外は、すべて同一の条件で、図３に示すガスタービン用
動翼５を製造した。
【００１６】（実施例２）実施例１と同一の成形原料を
用い、これを射出成形用金型内に射出して、図２に示す
形状のガスタービン用静翼１０を成形した。次いで、実
施例１と同一条件で脱脂、焼成を行ない、焼結体のガス
タービン用静翼１０を得た。ここで、ガスタービン用静
翼１０は冷却孔６，７，８，９を備えたものであるが、
冷却孔６は射出成形時、射出成形用金型内の所定位置に
芯金を配置することにより形成した。一方、冷却孔７〜
９は、それぞれ焼結後の研削加工により形成した。
用い、これを射出成形用金型内に射出して、図２に示す
形状のガスタービン用静翼１０を成形した。次いで、実
施例１と同一条件で脱脂、焼成を行ない、焼結体のガス
タービン用静翼１０を得た。ここで、ガスタービン用静
翼１０は冷却孔６，７，８，９を備えたものであるが、
冷却孔６は射出成形時、射出成形用金型内の所定位置に
芯金を配置することにより形成した。一方、冷却孔７〜
９は、それぞれ焼結後の研削加工により形成した。
【００１７】［評価］以上の実施例１，２および比較例
で得られたガスタービン部材を用い、下記のようにして
評価試験を行なった。■実施例１で得られた図１に示す
ガスタービン用動翼３を、冷却孔４に冷却空気を流しな
がら、１５００℃の燃焼ガス流中に１００時間保持した
。その結果、ガスタービン用動翼３の部材表面平均温度
を１１００℃とすることができた。また、燃焼ガスを止
め、試験後のガスタービン用動翼３を観察したところ、
何等変化は見られなかった。
で得られたガスタービン部材を用い、下記のようにして
評価試験を行なった。■実施例１で得られた図１に示す
ガスタービン用動翼３を、冷却孔４に冷却空気を流しな
がら、１５００℃の燃焼ガス流中に１００時間保持した
。その結果、ガスタービン用動翼３の部材表面平均温度
を１１００℃とすることができた。また、燃焼ガスを止
め、試験後のガスタービン用動翼３を観察したところ、
何等変化は見られなかった。
【００１８】■また、実施例２で得られた図２に示すガ
スタービン用静翼１０を、冷却孔６，７，８，９に冷却
空気を流しながら、１５００℃の燃焼ガス流中に１００
時間保持した。その結果、ガスタービン用静翼１０の部
材表面平均温度を１０００℃とするとともに、部材の温
度分布についても温度差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ ）を１
００℃以内にすることができ、シャットダウン時の熱衝
撃を低減することができた。また、燃焼ガスを止め、試
験後のガスタービン用静翼１０を観察したところ、何等
変化は見られなかった。
スタービン用静翼１０を、冷却孔６，７，８，９に冷却
空気を流しながら、１５００℃の燃焼ガス流中に１００
時間保持した。その結果、ガスタービン用静翼１０の部
材表面平均温度を１０００℃とするとともに、部材の温
度分布についても温度差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ ）を１
００℃以内にすることができ、シャットダウン時の熱衝
撃を低減することができた。また、燃焼ガスを止め、試
験後のガスタービン用静翼１０を観察したところ、何等
変化は見られなかった。
【００１９】■比較例で得られた図３のガスタービン用
動翼５を、１５００℃の燃焼ガス流中に１００時間保持
したところ、動翼５の部材表面平均温度が１４００℃と
なった。また、図２に示すガスタービン用静翼１０につ
いて、冷却空気を流さずに１５００℃の燃焼ガス流中に
１００時間保持したところ、静翼１０の部材表面平均温
度が１４００℃となった。この場合、部材の温度分布は
２５０℃となり、シャットダウン時の熱衝撃が大きかっ
た。さらに、試験後、両者を観察したところ、最高温度
（１６５０〜１７００℃）となる領域近傍に、顕著なエ
ロージョンおよびコロージョンが生じていた。
動翼５を、１５００℃の燃焼ガス流中に１００時間保持
したところ、動翼５の部材表面平均温度が１４００℃と
なった。また、図２に示すガスタービン用静翼１０につ
いて、冷却空気を流さずに１５００℃の燃焼ガス流中に
１００時間保持したところ、静翼１０の部材表面平均温
度が１４００℃となった。この場合、部材の温度分布は
２５０℃となり、シャットダウン時の熱衝撃が大きかっ
た。さらに、試験後、両者を観察したところ、最高温度
（１６５０〜１７００℃）となる領域近傍に、顕著なエ
ロージョンおよびコロージョンが生じていた。
【００２０】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のセラミック
製高温部材によれば、冷却媒体を流通させるための冷却
機構用細孔を備えているため、例えばガスタービン部材
に適用した場合、タービン入口ガス温度（ＴＩＴ）を１
５００℃以上にすることができ、熱効率を大幅に向上さ
せることができる。さらに、セラミック製高温部材で問
題となるシャットダウン時の熱衝撃を回避することがで
き、信頼性、寿命を大幅に向上させることができるとい
う利点を有する。
製高温部材によれば、冷却媒体を流通させるための冷却
機構用細孔を備えているため、例えばガスタービン部材
に適用した場合、タービン入口ガス温度（ＴＩＴ）を１
５００℃以上にすることができ、熱効率を大幅に向上さ
せることができる。さらに、セラミック製高温部材で問
題となるシャットダウン時の熱衝撃を回避することがで
き、信頼性、寿命を大幅に向上させることができるとい
う利点を有する。
【図１】本発明の一実施例であるガスタービン用動翼を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例であるガスタービン用静翼
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図３】細孔を有さないガスタービン用動翼を示す斜視
図である。
図である。
１ 羽根部
２ 翼根部
３ ガスタービン用動翼
４ 冷却孔
５ ガスタービン用動翼
６ 冷却孔
７ 冷却孔
８ 冷却孔
９ 冷却孔
１０ ガスタービン用静翼
Claims (5)
- 【請求項１】 セラミック体の所定位置に、冷却媒体
を流通させるための冷却機構用細孔を備えたことを特徴
とするセラミック製高温部材。 - 【請求項２】 １０００℃以上の温度条件下で使用さ
れる請求項１記載のセラミック製高温部材。 - 【請求項３】 ガスタービン部材として用いられる請
求項１記載のセラミック製高温部材。 - 【請求項４】 冷却媒体が空気である請求項１記載の
セラミック製高温部材。 - 【請求項５】 冷却機構用細孔の径が０．２ｍｍφ以
上である請求項１記載のセラミック製高温部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8758191A JPH04219205A (ja) | 1990-03-31 | 1991-03-27 | セラミック製高温部材 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-86000 | 1990-03-31 | ||
| JP02086000 | 1990-03-31 | ||
| JP8758191A JPH04219205A (ja) | 1990-03-31 | 1991-03-27 | セラミック製高温部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04219205A true JPH04219205A (ja) | 1992-08-10 |
Family
ID=26427024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8758191A Withdrawn JPH04219205A (ja) | 1990-03-31 | 1991-03-27 | セラミック製高温部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04219205A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0624858A (ja) * | 1992-03-25 | 1994-02-01 | Ngk Insulators Ltd | セラミック製構造部材 |
| US5342166A (en) * | 1992-04-06 | 1994-08-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic gas-turbine nozzle with cooling fine holes and method for preparing the same |
| JP2001132405A (ja) * | 1999-09-17 | 2001-05-15 | General Electric Co <Ge> | タービンエーロフォイルにおける熱応力を減ずるための装置 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP8758191A patent/JPH04219205A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0624858A (ja) * | 1992-03-25 | 1994-02-01 | Ngk Insulators Ltd | セラミック製構造部材 |
| US5342166A (en) * | 1992-04-06 | 1994-08-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic gas-turbine nozzle with cooling fine holes and method for preparing the same |
| US5425174A (en) * | 1992-04-06 | 1995-06-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for preparing a ceramic gas-turbine nozzle with cooling fine holes |
| JP2001132405A (ja) * | 1999-09-17 | 2001-05-15 | General Electric Co <Ge> | タービンエーロフォイルにおける熱応力を減ずるための装置 |
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