JPH0446062A - サイアロン焼結体およびその製造方法ならびにこれを用いたガスタービン翼 - Google Patents
サイアロン焼結体およびその製造方法ならびにこれを用いたガスタービン翼Info
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- JPH0446062A JPH0446062A JP2152229A JP15222990A JPH0446062A JP H0446062 A JPH0446062 A JP H0446062A JP 2152229 A JP2152229 A JP 2152229A JP 15222990 A JP15222990 A JP 15222990A JP H0446062 A JPH0446062 A JP H0446062A
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Ceramic Products (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〕
本発明は、常温および高温にて高強度を有するサイアロ
ン焼結体およびその製造方法ならびにこれを用いたガス
タービン翼に関するものである。
ン焼結体およびその製造方法ならびにこれを用いたガス
タービン翼に関するものである。
サイアロン焼結体は、高温強度および耐酸化性に優れ、
かつ熱膨張系数が小さく、耐熱衝撃性が非常に大きい等
の利点があるため、近年各方面の分野に利用されている
。
かつ熱膨張系数が小さく、耐熱衝撃性が非常に大きい等
の利点があるため、近年各方面の分野に利用されている
。
サイアロン焼結体としては、一般式Ｓｉ、−ｚＡ１ｚＯ
□Ｎ ＊ −ｚ （０＜ ｚ≦４．２）で示されるβサ
イアロン焼結体が広く実用化されている。最近、Ｍｘ（
Ｓｉ。
□Ｎ ＊ −ｚ （０＜ ｚ≦４．２）で示されるβサ
イアロン焼結体が広く実用化されている。最近、Ｍｘ（
Ｓｉ。
Ａｌ）、、（０２Ｎ）、、（０＜ ｘ ＜２．ＭはＬ
ｉ ＋ Ｃａ ＋ Ｍ ｇおよびＬａ、Ｃｅを除く希土
類元素）の一般式で示されるαサイアロン焼結体あるい
は上記βサイアロンとαサイアロンの混相を有するα／
β混相サイアロン焼結体も切削工具等に利用できること
が特公昭５６−５１１５３号公報、特開昭５８−２０４
８７５号公報等に開示され、各分野で用いられるように
なってきた。
ｉ ＋ Ｃａ ＋ Ｍ ｇおよびＬａ、Ｃｅを除く希土
類元素）の一般式で示されるαサイアロン焼結体あるい
は上記βサイアロンとαサイアロンの混相を有するα／
β混相サイアロン焼結体も切削工具等に利用できること
が特公昭５６−５１１５３号公報、特開昭５８−２０４
８７５号公報等に開示され、各分野で用いられるように
なってきた。
これらサイアロン焼結体のうち、α／β混相サイアロン
は、単一相のサイアロン焼結体に比べ、高強度となると
いう利点を有していることが特開昭６１−９１０６５号
等により知られている。
は、単一相のサイアロン焼結体に比べ、高強度となると
いう利点を有していることが特開昭６１−９１０６５号
等により知られている。
また、高温強度、靭性および耐酸化性に優れた窒化珪素
系の焼結体を得る方法として、特開昭６２−７８１５７
号公報には、ＡＩＮ＋Ａ１．○、／ Ｓ ｌ、 Ｎ ４
を０．０８％未満、Ａｔ、Ｃ）、／ＡＩＮを２％未満と
限定した混合物を焼結後、粒界相を高融点の結晶質に換
えルコト、特開昭６２−２０７７６６号公報には、Ａｌ
、Ｏ，／ＡＩＮを０．２〜２とし、（ＡｌヨＯ，／ＡＩ
Ｎ）／希土類酸化物を０．８以下と限定した混合物を焼
結することが開示されている。
系の焼結体を得る方法として、特開昭６２−７８１５７
号公報には、ＡＩＮ＋Ａ１．○、／ Ｓ ｌ、 Ｎ ４
を０．０８％未満、Ａｔ、Ｃ）、／ＡＩＮを２％未満と
限定した混合物を焼結後、粒界相を高融点の結晶質に換
えルコト、特開昭６２−２０７７６６号公報には、Ａｌ
、Ｏ，／ＡＩＮを０．２〜２とし、（ＡｌヨＯ，／ＡＩ
Ｎ）／希土類酸化物を０．８以下と限定した混合物を焼
結することが開示されている。
特開昭６２−７８１５７号公報、あるいは特開昭６２−
２０７７６６号公報では、ＡＩＮ ＋Ａｌ！Ｏ，が８重
量％を越える焼結体では、高温での耐酸化性および靭性
が劣化するものとされていた。
２０７７６６号公報では、ＡＩＮ ＋Ａｌ！Ｏ，が８重
量％を越える焼結体では、高温での耐酸化性および靭性
が劣化するものとされていた。
また、α／β混相サイアロン焼結体も高温強度はなお十
分ではなく、現在のサイアロン焼結体では、ガスタービ
ン静翼に要求される１３５０℃での最低強度４００ＭＰ
ａ、タービン動翼に要求される１２５０℃での最低強度
６００ＭＰａの条件を満足できるものは得られていない
（ガスタービン翼の要求特性については、セラミックス
ガスタービン調査報告書、日本ファインセラミックス協
会編、１９８８．３参照）。
分ではなく、現在のサイアロン焼結体では、ガスタービ
ン静翼に要求される１３５０℃での最低強度４００ＭＰ
ａ、タービン動翼に要求される１２５０℃での最低強度
６００ＭＰａの条件を満足できるものは得られていない
（ガスタービン翼の要求特性については、セラミックス
ガスタービン調査報告書、日本ファインセラミックス協
会編、１９８８．３参照）。
本発明は、特にガスタービン翼への適用を目的としてな
されたもので、本発明の目的は強度の優れたα／β混相
サイアロン焼結体の高温強度をさらに高めたサイアロン
焼結体およびその製造方法ならびにこれを用いたガスタ
ービン翼を提供することである。
されたもので、本発明の目的は強度の優れたα／β混相
サイアロン焼結体の高温強度をさらに高めたサイアロン
焼結体およびその製造方法ならびにこれを用いたガスタ
ービン翼を提供することである。
本発明は、原子量比がＭＸ（ＳｌＩＡＩＬｔ（０’ｒＮ
）＋ｍ （０＜ ｘ ＜２．ＭはＹ、Ｅｒ、Ｙｂの１種
または２種以上）の一般式で示されるαサイアロン相、
Ｓｉ、−エＡ ｌ ｚ Ｏｚ Ｎ ＊ −ｚ （０＜
Ｚ≦４．２）の一般式で示されるβサイアロン相および
Ｓｉ、Ａｌ、ＯＩＮｔＭ（ＭはＹ。
）＋ｍ （０＜ ｘ ＜２．ＭはＹ、Ｅｒ、Ｙｂの１種
または２種以上）の一般式で示されるαサイアロン相、
Ｓｉ、−エＡ ｌ ｚ Ｏｚ Ｎ ＊ −ｚ （０＜
Ｚ≦４．２）の一般式で示されるβサイアロン相および
Ｓｉ、Ａｌ、ＯＩＮｔＭ（ＭはＹ。
Ｅｒ、Ｙｂの１種または２種以上）の少なくとも１種以
上よりなる粒界相で構成されるサイアロン焼結体であっ
て、前記焼結体は、 ８ ＜ Ａ Ｉ Ｎ ＋Ａ Ｉ＝ Ｏｓ ＜１６ 〔
ｗｔ％］１．２≦ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３≦３ ３ ＜ Ｍ ＊ Ｏ−＜ １０ ［ｗ ｔ％
］７４（Ｓ ｉ、 Ｎ 、 ＜８９ 〔ｗｔ
％］を満たす成形体が焼結され−でなることを特徴とす
るサイアロン焼結体である。
上よりなる粒界相で構成されるサイアロン焼結体であっ
て、前記焼結体は、 ８ ＜ Ａ Ｉ Ｎ ＋Ａ Ｉ＝ Ｏｓ ＜１６ 〔
ｗｔ％］１．２≦ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３≦３ ３ ＜ Ｍ ＊ Ｏ−＜ １０ ［ｗ ｔ％
］７４（Ｓ ｉ、 Ｎ 、 ＜８９ 〔ｗｔ
％］を満たす成形体が焼結され−でなることを特徴とす
るサイアロン焼結体である。
本発明のサイアロン焼結体は、焼結前の成形体の組成割
合が重要で、ＡＩＮ、Ａ１．Ｏ，、Ｍ、Ｏ，（Ｍ＝Ｙ、
Ｅｒ、Ｙｂ）ＴＳｉ３Ｎ４の４つの化合物を特定の関係
を有する組成割合とすることで、本発明の焼結体をα／
β混相のサイアロンとし、特に高温強度の高いものにす
ることができる。特にＡＩＮとＡｌ、Ｏ，の量、混合比
、および焼結性を改善するために添加するＭ、Ｏ，のＭ
が特定の元素であることが必要である。
合が重要で、ＡＩＮ、Ａ１．Ｏ，、Ｍ、Ｏ，（Ｍ＝Ｙ、
Ｅｒ、Ｙｂ）ＴＳｉ３Ｎ４の４つの化合物を特定の関係
を有する組成割合とすることで、本発明の焼結体をα／
β混相のサイアロンとし、特に高温強度の高いものにす
ることができる。特にＡＩＮとＡｌ、Ｏ，の量、混合比
、および焼結性を改善するために添加するＭ、Ｏ，のＭ
が特定の元素であることが必要である。
ＡＩＮ＋Ａｌ、○、量は、安定してα／β混相のサイア
ロン焼結体にすること、および特に高温強度を高めるた
めに、従来の成形体に配合される割合よりも多口にする
ことが必須である。その適正範囲は、８＜ＡＩＮ＋Ａ１
．○、＜１６である。ＡＩＮ＋Ａｌ、Ｏ，量が８ｗｔ％
、および１６％以上であると高温強度が低下し好ましく
ない。
ロン焼結体にすること、および特に高温強度を高めるた
めに、従来の成形体に配合される割合よりも多口にする
ことが必須である。その適正範囲は、８＜ＡＩＮ＋Ａ１
．○、＜１６である。ＡＩＮ＋Ａｌ、Ｏ，量が８ｗｔ％
、および１６％以上であると高温強度が低下し好ましく
ない。
また、ＡＩＮ／Ａｌ、Ｏｓの比が１．２未満および３を
越えると高温強度が低下するのでＡＩＮ／Ａｌ、○。
越えると高温強度が低下するのでＡＩＮ／Ａｌ、○。
の比は１．２≦ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３≦３とする。
Ｍ、○、量は３％以下では、焼結性を改善する効果が少
なく、１０％を越えると粒界相の高温強度以下の原因と
なるため好ましくない。
なく、１０％を越えると粒界相の高温強度以下の原因と
なるため好ましくない。
また、Ｍ、Ｏ，のＭを構成する元素をＹ、Ｅｒ、Ｙｂに
限定したのは、これらの三元素は他の希土類元素に比べ
室温から高温までの曲げ強度の劣化が少ないことを見出
したためである。
限定したのは、これらの三元素は他の希土類元素に比べ
室温から高温までの曲げ強度の劣化が少ないことを見出
したためである。
以上の理由から、上記範囲に組成を限定した。
また、本発明は、Ｓｉ２Ｎ、粉末、ＡＩＮ粉末、Ａｌ、
０．粉末、Ｍ、０．粉末（ＭはＹ、Ｅｒ、Ｙｂの１種ま
たは２種以上）を、 ８＜ＡｌＮ＋Ａｌ２Ｏ３＜１６ 〔ｗｔ％］１．２≦
ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３≦３ ３＜Ｍ、 Ｏ，＜１０ 〔ｗｔ％］７４ ＜
Ｓ １． Ｎ −＜８９ 〔ｗｔ％］を満
たすように混合して成形体となし、該成形体を１５００
〜２０００℃で焼結することを特徴とするサイアロン焼
結体の製造方法である。
０．粉末、Ｍ、０．粉末（ＭはＹ、Ｅｒ、Ｙｂの１種ま
たは２種以上）を、 ８＜ＡｌＮ＋Ａｌ２Ｏ３＜１６ 〔ｗｔ％］１．２≦
ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３≦３ ３＜Ｍ、 Ｏ，＜１０ 〔ｗｔ％］７４ ＜
Ｓ １． Ｎ −＜８９ 〔ｗｔ％］を満
たすように混合して成形体となし、該成形体を１５００
〜２０００℃で焼結することを特徴とするサイアロン焼
結体の製造方法である。
ここで、成形体を構成する各化合物の組成割合の限定理
由は上述した通りである。
由は上述した通りである。
また、焼結温度を１５００〜２０００℃に限定したのは
、１５００℃末溝では、貰圧力をかけたり、高圧のガス
中で焼結しても十分に緻密な焼結体が得られないためで
あり、２０００℃を越えるとたとえ加圧Ｎ、雰囲気中で
焼結する場合でも５ｉ２Ｎ４の分解を抑制できなくなる
からである。なお、焼結の雰囲気については、窒素ガス
雰囲気が望ましく、窒素ガスの圧力は常圧でも高圧でも
構わない。
、１５００℃末溝では、貰圧力をかけたり、高圧のガス
中で焼結しても十分に緻密な焼結体が得られないためで
あり、２０００℃を越えるとたとえ加圧Ｎ、雰囲気中で
焼結する場合でも５ｉ２Ｎ４の分解を抑制できなくなる
からである。なお、焼結の雰囲気については、窒素ガス
雰囲気が望ましく、窒素ガスの圧力は常圧でも高圧でも
構わない。
上述したサイアロン焼結体は、１２００〜１３５０℃以
上での高温強度が優れ、特にガスタービン翼の材料とし
て好ましい。
上での高温強度が優れ、特にガスタービン翼の材料とし
て好ましい。
〔実施例ゴ
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する
。
。
実施例Ｉ
Ｓｉ２Ｎ、粉末（粒径０．７μ麿、α化率９３％）、Ａ
ＩＮ粉末（粒径１μｍ、純度９９％）、Ａ１１ＩＯ，粉
末（粒径０．５μ論、純度９９．５％）、Ｙｂ、０．粉
末（粒径１．５μｍ、純度９９．９％）を用いて、第１
表に示すような種々の組成の配合を行なった。これら粉
末を混合して成形体に成形の後、９気圧の窒素雰囲気中
において、１７８０℃Ｘ ７Ｈｒの条件で焼結を行なっ
た。
ＩＮ粉末（粒径１μｍ、純度９９％）、Ａ１１ＩＯ，粉
末（粒径０．５μ論、純度９９．５％）、Ｙｂ、０．粉
末（粒径１．５μｍ、純度９９．９％）を用いて、第１
表に示すような種々の組成の配合を行なった。これら粉
末を混合して成形体に成形の後、９気圧の窒素雰囲気中
において、１７８０℃Ｘ ７Ｈｒの条件で焼結を行なっ
た。
得られた焼結体の常温での曲げ強度および１３００℃で
の曲げ強度の特性を第１表に示す。
の曲げ強度の特性を第１表に示す。
本実施例では、ＡＩＮとＡｌ、○、の量および重量比の
影響を明らかにするために、ｙｂ、ｏ、の量は一定（６
，０ｗｔ％）にしである。第１表の比較例とは、ＡＩＮ
＋Ａ１．○、の合計量または／およびＡＩＮ／Ａｌ、○
、の比が本発明の範囲外にあるものである。
影響を明らかにするために、ｙｂ、ｏ、の量は一定（６
，０ｗｔ％）にしである。第１表の比較例とは、ＡＩＮ
＋Ａ１．○、の合計量または／およびＡＩＮ／Ａｌ、○
、の比が本発明の範囲外にあるものである。
第１表の強度の評価より、ＡＩＮ／Ａｔ、Ｏ，の重量比
がＡ、１Ｎ／Ａｔ、０．１．２〜３を満たし、かつＡＩ
Ｎ＋Ａｌ、○、の合計量が８ｗｔ％を越え、１６ｗｔ％
を満たすときに高温時の強度劣化が少なく、高い高温強
度が得られることがわかる。
がＡ、１Ｎ／Ａｔ、０．１．２〜３を満たし、かつＡＩ
Ｎ＋Ａｌ、○、の合計量が８ｗｔ％を越え、１６ｗｔ％
を満たすときに高温時の強度劣化が少なく、高い高温強
度が得られることがわかる。
実施例２
実施例１と同様の粉末および各種希土類酸化物粉末（粒
径１．０（，５μｍ、純度９９．９％）を用いて、種々
の組成の配合を行なった。ここでＡＩＮ量、Ａ１、Ｏ１
量はそれぞれ７．０．４．０ｗｔ％一定とした。これら
粉末を混合、成形の後、１８００℃Ｘ５Ｈｒ、常圧窒素
雰囲気中で焼結した。得られた焼結体の特性を第２表に
示す。
径１．０（，５μｍ、純度９９．９％）を用いて、種々
の組成の配合を行なった。ここでＡＩＮ量、Ａ１、Ｏ１
量はそれぞれ７．０．４．０ｗｔ％一定とした。これら
粉末を混合、成形の後、１８００℃Ｘ５Ｈｒ、常圧窒素
雰囲気中で焼結した。得られた焼結体の特性を第２表に
示す。
これより、希土類酸化物としてＹ、Ｅｒ、Ｙｂの１種ま
たは２種以上を選び、かつ希土類酸化物量が３ｗｔ％を
越え１０ｗｔ％未溝のときに高い高温強度が得られガス
タービン翼等に好適であることがわかる。
たは２種以上を選び、かつ希土類酸化物量が３ｗｔ％を
越え１０ｗｔ％未溝のときに高い高温強度が得られガス
タービン翼等に好適であることがわかる。
また、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂの酸化物を添加した場合には、Ｎ
ｄ、Ｓｎ、Ｅｕ、Ｄｙの酸化物を添加した場合より、高
温における曲げ強度の低下が少ないことがわかる。
ｄ、Ｓｎ、Ｅｕ、Ｄｙの酸化物を添加した場合より、高
温における曲げ強度の低下が少ないことがわかる。
以上の実施例より、本発明の製造方法で製造し、Ｙ、Ｅ
ｒ、Ｙｂの１種または２種以上を固溶したβサイアロン
相、βサイアロン相および粒界相からなるサイアロン焼
結体は、特定の組成範囲の成形体を焼結したことを特徴
としており、著しく優−れた高温強度が得られることが
明らかである。
ｒ、Ｙｂの１種または２種以上を固溶したβサイアロン
相、βサイアロン相および粒界相からなるサイアロン焼
結体は、特定の組成範囲の成形体を焼結したことを特徴
としており、著しく優−れた高温強度が得られることが
明らかである。
なお、本実施例以外の焼結方法、例えばホットプレス、
ＨＩＰなどによっても同等の特性を得ることができる。
ＨＩＰなどによっても同等の特性を得ることができる。
〔発明の効果］
本発明によれば、α／β混相サイアロンにおいて、αサ
イアロン中への固溶元素として、Ｙ、Ｅｒ。
イアロン中への固溶元素として、Ｙ、Ｅｒ。
Ｙｂを選び、焼結体を構成する化合物のうち、特に配合
時のＡＩＮ、Ａｌ、Ｏ，の量および比率を選ぶことによ
り、従来より著しく高温強度の高いサイアロン焼結体が
得られる。これにより、ガスタービン翼をはじめとする
高温伺途へのα／β混相サイアロンの適用が可能となる
。
時のＡＩＮ、Ａｌ、Ｏ，の量および比率を選ぶことによ
り、従来より著しく高温強度の高いサイアロン焼結体が
得られる。これにより、ガスタービン翼をはじめとする
高温伺途へのα／β混相サイアロンの適用が可能となる
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 原子量比がＭ＿ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）＿１＿２（Ｏ，Ｎ
）＿１＿６（０＜ｘ＜２，ＭはＹ，Ｅｒ，Ｙｂの１種ま
たは２種以上）の一般式で示されるαサイアロン相、Ｓ
ｉ＿８＿−＿ｚＡｌ＿ｚＯ＿ｚＮ＿２＿−＿ｚ（０＜ｚ
≦４．２）の一般式で示されるβサイアロン相およびＳ
ｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ，Ｍ（ＭはＹ，Ｅｒ，Ｙｂの１種また
は２種以上）の少なくとも１種以上よりなる粒界相で構
成されるサイアロン焼結体であって、前記焼結体は、 ８＜ＡｌＮ＋Ａｌ＿２Ｏ＿２＜１６〔ｗｔ％〕 １．２≦ＡｌＮ／Ａｌ＿２Ｏ＿３≦３ ３＜Ｍ＿２Ｏ＿３＜１０〔ｗｔ％〕 ７４＜Ｓｉ＿２Ｎ＿４＜８９〔ｗｔ％〕 を満たす成形体が焼結されてなることを特徴とするサイ
アロン焼結体。 ２ Ｓｉ＿３Ｎ＿４粉末、ＡｌＮ粉末、Ａｌ＿２Ｏ＿３
粉末、Ｍ＿２Ｏ＿３粉末（ＭはＹ，Ｅｒ，Ｙｂの１種ま
たは２種以上）を、 ８＜ＡｌＮ＋Ａｌ＿２Ｏ＿３＜１６〔ｗｔ％〕 １．２≦ＡｌＮ／Ａｌ＿２Ｏ＿３≦３ ３＜Ｍ＿２Ｏ＿３＜１０〔ｗｔ％〕 ７４＜Ｓｉ＿２Ｎ＿４＜８９〔ｗｔ％〕 を満たすように混合して成形体となし、該成形体を１５
００〜２０００℃で焼結することを特徴とするサイアロ
ン焼結体の製造方法。 ３ 請求項１に記載のサイアロン焼結体で構成したこと
を特徴とするガスタービン翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2152229A JP2988966B2 (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | サイアロン焼結体およびその製造方法ならびにこれを用いたガスタービン翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2152229A JP2988966B2 (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | サイアロン焼結体およびその製造方法ならびにこれを用いたガスタービン翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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1990
- 1990-06-11 JP JP2152229A patent/JP2988966B2/ja not_active Expired - Lifetime
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