JPH05330916A - ガスタービン用耐熱機械部品 - Google Patents
ガスタービン用耐熱機械部品Info
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- JPH05330916A JPH05330916A JP4163348A JP16334892A JPH05330916A JP H05330916 A JPH05330916 A JP H05330916A JP 4163348 A JP4163348 A JP 4163348A JP 16334892 A JP16334892 A JP 16334892A JP H05330916 A JPH05330916 A JP H05330916A
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温強度と高温での耐酸化特性を改善する。
【構成】 炭化珪素質焼結体からなるガスタービン用耐
熱機械部品において、炭化珪素（ＳｉＣ）７０〜９２重
量％に対して、９０対１０ないし６０対４０の重量組成
比をもって酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）と二酸化珪
素（ＳｉＯ2 ）が合計で８〜３０重量％添加されてい
て、相対密度が理論カサ密度に対して９５％以上であ
り、開気孔率が１％未満であり、室温での曲げ強度と１
４００℃での曲げ強度がいずれも４００ＭＰａ以上であ
り、静止空気中で１４００℃，１００時間酸化させた後
の重量増量が０．２５ｍｇ／ｃｍ2 未満であることを特
徴とするガスタービン用耐熱機械部品。
熱機械部品において、炭化珪素（ＳｉＣ）７０〜９２重
量％に対して、９０対１０ないし６０対４０の重量組成
比をもって酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）と二酸化珪
素（ＳｉＯ2 ）が合計で８〜３０重量％添加されてい
て、相対密度が理論カサ密度に対して９５％以上であ
り、開気孔率が１％未満であり、室温での曲げ強度と１
４００℃での曲げ強度がいずれも４００ＭＰａ以上であ
り、静止空気中で１４００℃，１００時間酸化させた後
の重量増量が０．２５ｍｇ／ｃｍ2 未満であることを特
徴とするガスタービン用耐熱機械部品。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、炭化珪素質焼結体か
らなるガスタービン用耐熱機械部品の改良に関する。
らなるガスタービン用耐熱機械部品の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】ムライトセラミックスの強度や破壊靭性
値を向上させるために、ムライトにホイスカを添加した
り（特開昭６３−３５４６３号公報）、ムライトに炭化
珪素粉末やジルコニア粉末を添加する試みがなされてき
た（特開平１−１０００６１号公報、特開昭６４−３０
６８号公報）。
値を向上させるために、ムライトにホイスカを添加した
り（特開昭６３−３５４６３号公報）、ムライトに炭化
珪素粉末やジルコニア粉末を添加する試みがなされてき
た（特開平１−１０００６１号公報、特開昭６４−３０
６８号公報）。
【０００３】また、酸化アルミニウムを焼結助剤とした
従来例も知られている。たとえば特公昭６０−３４５１
５号公報、同６３−４４７１３号公報では、炭化珪素粉
末にアルミナを焼結助剤として添加することで、焼結が
促進され、高密度かつ高強度の炭化珪素焼結体が提案さ
れている。
従来例も知られている。たとえば特公昭６０−３４５１
５号公報、同６３−４４７１３号公報では、炭化珪素粉
末にアルミナを焼結助剤として添加することで、焼結が
促進され、高密度かつ高強度の炭化珪素焼結体が提案さ
れている。
【０００４】このような系にさらにＡｌＮを主として添
加することにより、高温（１４００℃）で高強度を得る
ことが、特公昭６２−５６１０４号公報に提案されてい
る。
加することにより、高温（１４００℃）で高強度を得る
ことが、特公昭６２−５６１０４号公報に提案されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ムライトセラミックス
は耐酸化特性と耐熱衝撃特性の点では非常に優れた特性
を有するセラミックスであるが、本質的に強度が低く
（２００ＭＰａ程度）、ムライト単体では、高温での強
度が要求されるガスタービンの分野では使用が不可能で
ある。
は耐酸化特性と耐熱衝撃特性の点では非常に優れた特性
を有するセラミックスであるが、本質的に強度が低く
（２００ＭＰａ程度）、ムライト単体では、高温での強
度が要求されるガスタービンの分野では使用が不可能で
ある。
【０００６】また、Ａｌ2 Ｏ3 系炭化珪素は、Ｂ／Ｃ系
炭化珪素と比べ、高温での耐酸化性が劣るという欠点が
あるので、高温（１３００℃以上）で空気にさらされる
ガスタービン部品の材料としては使用が難しい。
炭化珪素と比べ、高温での耐酸化性が劣るという欠点が
あるので、高温（１３００℃以上）で空気にさらされる
ガスタービン部品の材料としては使用が難しい。
【０００７】さらに、ムライト・炭化珪素系の二組成複
合セラミックスは、以前から知られているが、ムライト
を主成分（５０％以上）とし、炭化珪素を副成分にした
ものである。従って強度に問題があった。
合セラミックスは、以前から知られているが、ムライト
を主成分（５０％以上）とし、炭化珪素を副成分にした
ものである。従って強度に問題があった。
【０００８】本発明は機械的強度を高く維持しつつ高温
における耐酸化特性を改善したガスタービン用耐熱機械
部品を提供することを目的としている。
における耐酸化特性を改善したガスタービン用耐熱機械
部品を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は炭化珪素
質焼結体からなるガスタービン用耐熱機械部品におい
て、炭化珪素（ＳｉＣ）７０〜９２重量％に対して、９
０対１０ないし６０対４０の重量組成比をもって酸化ア
ルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）と二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）が
合計で８〜３０重量％添加されていて、相対密度が理論
カサ密度に対して９５％以上であり、開気孔率が１％未
満であり、室温での曲げ強度と１４００℃での曲げ強度
がいずれも４００ＭＰａ以上であり、静止空気中で１４
００℃，１００時間酸化させた後の重量増量が０．２５
ｍｇ／ｃｍ2 未満であることを特徴とするガスタービン
用耐熱機械部品である。
質焼結体からなるガスタービン用耐熱機械部品におい
て、炭化珪素（ＳｉＣ）７０〜９２重量％に対して、９
０対１０ないし６０対４０の重量組成比をもって酸化ア
ルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）と二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）が
合計で８〜３０重量％添加されていて、相対密度が理論
カサ密度に対して９５％以上であり、開気孔率が１％未
満であり、室温での曲げ強度と１４００℃での曲げ強度
がいずれも４００ＭＰａ以上であり、静止空気中で１４
００℃，１００時間酸化させた後の重量増量が０．２５
ｍｇ／ｃｍ2 未満であることを特徴とするガスタービン
用耐熱機械部品である。
【００１０】
【作用】混合粉末の酸化アルミニウム／二酸化珪素の重
量組成比を９０／１０ないし６０／４０にした理由を述
べると、９０／１０を超すと、ＳｉＯ2 成分が不足する
ため、ムライト結晶相の発現が不十分で、耐酸化性が劣
る。逆に、６０／４０未満だと、ＳｉＯ2 成分が過剰と
なり、ガラス相を形成し、高温での粒界軟化が顕著とな
り、高温強度が極端に低下する。
量組成比を９０／１０ないし６０／４０にした理由を述
べると、９０／１０を超すと、ＳｉＯ2 成分が不足する
ため、ムライト結晶相の発現が不十分で、耐酸化性が劣
る。逆に、６０／４０未満だと、ＳｉＯ2 成分が過剰と
なり、ガラス相を形成し、高温での粒界軟化が顕著とな
り、高温強度が極端に低下する。
【００１１】また、炭化珪素／（酸化アルミニウム＋二
酸化珪素）の比を９２／８ないし７０／３０とした理由
は、９２／８を超すと、助剤成分が不足し、緻密化が進
まず、逆に、７０／３０未満だと、炭化珪素の特性が発
現せず、強度が極端に低下するからである。
酸化珪素）の比を９２／８ないし７０／３０とした理由
は、９２／８を超すと、助剤成分が不足し、緻密化が進
まず、逆に、７０／３０未満だと、炭化珪素の特性が発
現せず、強度が極端に低下するからである。
【００１２】相対密度を９５％以上にすることにより材
料強度が高くなり、かつ、強度のばらつきを少なくする
ことができた。
料強度が高くなり、かつ、強度のばらつきを少なくする
ことができた。
【００１３】室温での曲げ強度１４００℃での曲げ強度
をいずれも４００ＭＰａ以上にすることによりガスター
ビン部品に必要な強度を有し、かつ、材料破壊が起き難
くなった。
をいずれも４００ＭＰａ以上にすることによりガスター
ビン部品に必要な強度を有し、かつ、材料破壊が起き難
くなった。
【００１４】開気孔率を１％未満にし全体的に金属光沢
を有することにより耐酸化性を向上させ、かつ、材料強
度のばらつきを抑制できる作用がある。
を有することにより耐酸化性を向上させ、かつ、材料強
度のばらつきを抑制できる作用がある。
【００１５】酸化による重量増量を０．２５mg／ｃｍ2
にしたのは０．２５mg／ｃｍ2 以上だと，酸化による材
料劣化から耐久強度が低下し寿命が短くなるからであ
る。
にしたのは０．２５mg／ｃｍ2 以上だと，酸化による材
料劣化から耐久強度が低下し寿命が短くなるからであ
る。
【００１６】
【実施例】Ａｌ2 Ｏ3 助剤系炭化珪素にＳｉＯ2 を添加
し、焼結体中にムライト結晶相を形成させれば、炭化珪
素の長所（強度）とムライトの長所（耐酸化性）があい
まって、それぞれの材料の欠点を補う材料ができるとい
うことに着目して、本発明を完成した。
し、焼結体中にムライト結晶相を形成させれば、炭化珪
素の長所（強度）とムライトの長所（耐酸化性）があい
まって、それぞれの材料の欠点を補う材料ができるとい
うことに着目して、本発明を完成した。
【００１７】ＳｉＯ2 を添加すると、焼結体中にガラス
相が形成されやすく、高温での強度が低下してしまう場
合が多い。これまでＳｉＯ2 を積極的に添加するものが
少ないのはこの理由によるところが大きいと考えられ
る。
相が形成されやすく、高温での強度が低下してしまう場
合が多い。これまでＳｉＯ2 を積極的に添加するものが
少ないのはこの理由によるところが大きいと考えられ
る。
【００１８】そこで、いろいろな実験の結果、添加する
酸化アルミニウムおよび二酸化珪素に高純度・微細粉末
を用い、酸化アルミニウム／二酸化珪素の組成比と、こ
の混合粉末の添加量をある範囲内に調製し、さらに焼結
条件を最適化することにより、強度を低下させることな
く、耐酸化性の高い焼結体が得られることを発見した。
添加物として高純度のムライト粉末を用いても同様の効
果が得られる。
酸化アルミニウムおよび二酸化珪素に高純度・微細粉末
を用い、酸化アルミニウム／二酸化珪素の組成比と、こ
の混合粉末の添加量をある範囲内に調製し、さらに焼結
条件を最適化することにより、強度を低下させることな
く、耐酸化性の高い焼結体が得られることを発見した。
添加物として高純度のムライト粉末を用いても同様の効
果が得られる。
【００１９】また、常圧焼結のみでも良好な焼結体が得
られるが、熱間静水圧処理（ＨＩＰ）をすることがさら
なる特性の向上に有効であることを究明した。
られるが、熱間静水圧処理（ＨＩＰ）をすることがさら
なる特性の向上に有効であることを究明した。
【００２０】本発明によるガスタービン用耐熱機械部品
は、炭化珪素が７０〜９２重量％であり、残部がＡｌ2
Ｏ3 とＳｉＯ2 質より構成されている。その組成比（重
量比）Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 は、９０／１０〜６０／４
０の範囲である。相対密度が９５％（理論カサ密度に対
し）以上、開気孔率が１％未満であり室温での曲げ強度
と１４００℃での曲げ強度がいずれも４００ＭＰａ以
上、静止空気中１４００℃で１００時間での酸化後の重
量増量が０．２５ｍｇ／ｃｍ2 未満である。
は、炭化珪素が７０〜９２重量％であり、残部がＡｌ2
Ｏ3 とＳｉＯ2 質より構成されている。その組成比（重
量比）Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 は、９０／１０〜６０／４
０の範囲である。相対密度が９５％（理論カサ密度に対
し）以上、開気孔率が１％未満であり室温での曲げ強度
と１４００℃での曲げ強度がいずれも４００ＭＰａ以
上、静止空気中１４００℃で１００時間での酸化後の重
量増量が０．２５ｍｇ／ｃｍ2 未満である。
【００２１】このようなタービン用耐熱機械部品の好適
な製法は、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 の組成においてＡ
ｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 の比（重量）を９０／１０〜６０／
４０の範囲に調整した粉末が１０〜３５重量％で、残部
の９０〜６５重量％が炭化珪粉末からなる混合粉末を成
形して、ガスタービン用耐熱機械部品の成形体を得る工
程と、不活性ガス雰囲気下、１７００℃〜２０００℃の
温度範囲で成形体を常圧焼結する工程を含む製造方法で
ある。
な製法は、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 の組成においてＡ
ｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 の比（重量）を９０／１０〜６０／
４０の範囲に調整した粉末が１０〜３５重量％で、残部
の９０〜６５重量％が炭化珪粉末からなる混合粉末を成
形して、ガスタービン用耐熱機械部品の成形体を得る工
程と、不活性ガス雰囲気下、１７００℃〜２０００℃の
温度範囲で成形体を常圧焼結する工程を含む製造方法で
ある。
【００２２】前述の焼結体をさらに不活性ガス雰囲気３
０〜２０００気圧下、１７００℃〜２０００℃において
ＨＩＰ処理することが好ましい。それにより、相対密度
が９８％（理論カサ密度に対し）以上、室温での曲げ強
度と１４００℃での曲げ強度がいずれも５００ＭＰａ以
上、静止空気中１４００℃で１００時間での酸化後の重
量増量が０．１５ｍｇ／ｃｍ2 未満になる。
０〜２０００気圧下、１７００℃〜２０００℃において
ＨＩＰ処理することが好ましい。それにより、相対密度
が９８％（理論カサ密度に対し）以上、室温での曲げ強
度と１４００℃での曲げ強度がいずれも５００ＭＰａ以
上、静止空気中１４００℃で１００時間での酸化後の重
量増量が０．１５ｍｇ／ｃｍ2 未満になる。
【００２３】焼結温度を１７００℃〜２０００℃にする
理由を述べると、１７００℃未満では、温度が低いた
め、緻密化が進まず、逆に、２０００℃を超えると、炭
化珪素の粒子成長が起こって強度が低下し、添加物の分
解が起こって密度・強度が低下する。
理由を述べると、１７００℃未満では、温度が低いた
め、緻密化が進まず、逆に、２０００℃を超えると、炭
化珪素の粒子成長が起こって強度が低下し、添加物の分
解が起こって密度・強度が低下する。
【００２４】ＨＩＰの条件は圧力を３０〜２０００気圧
にするのが好ましい。３０気圧未満だと、ＨＩＰの効果
が不十分であり、２０００気圧を超すと、実施が困難で
ある。ＨＩＰを実施するとき、温度を１７００℃〜２０
００℃にする理由は、焼結温度の場合と同じである。
にするのが好ましい。３０気圧未満だと、ＨＩＰの効果
が不十分であり、２０００気圧を超すと、実施が困難で
ある。ＨＩＰを実施するとき、温度を１７００℃〜２０
００℃にする理由は、焼結温度の場合と同じである。
【００２５】なお、前述のガスタービン用耐熱機械部品
を構成する焼結体の場合と、それを製造する方法の場合
では、全体に占める炭化珪素の割合が異なる。それは、
焼結により、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 が若干系外に揮散し
て減少するからである。
を構成する焼結体の場合と、それを製造する方法の場合
では、全体に占める炭化珪素の割合が異なる。それは、
焼結により、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 が若干系外に揮散し
て減少するからである。
【００２６】実施例１ β−炭化珪素粉末８０重量％にＡｌ2 Ｏ3 微粉末（平均
粒径が０．０２μｍ、純度が９９．６％）１４．４重量
％と、同社製炭化珪素粉末（平均粒径が０．０１μｍ，
純度が９９．８％）５．６重量％とをエタノール溶媒中
ポットミルにより４８時間混合してスラリーを得た。こ
の際、成形用助剤としてポリビニルアセテートを２％加
えた。エバポレータによってこのスラリーを乾燥した
後、１００ｍｅｓｈの篩で造粒を行い、顆粒を得た。こ
の顆粒を５０□形状の金型により１ｔ／ｃｍ2 の成形圧
で一軸圧縮成形を行なった。この成形体をＡｒガス中６
００℃で脱脂処理した後、Ａｒ雰囲気中、１８５０℃で
３時間焼結した。
粒径が０．０２μｍ、純度が９９．６％）１４．４重量
％と、同社製炭化珪素粉末（平均粒径が０．０１μｍ，
純度が９９．８％）５．６重量％とをエタノール溶媒中
ポットミルにより４８時間混合してスラリーを得た。こ
の際、成形用助剤としてポリビニルアセテートを２％加
えた。エバポレータによってこのスラリーを乾燥した
後、１００ｍｅｓｈの篩で造粒を行い、顆粒を得た。こ
の顆粒を５０□形状の金型により１ｔ／ｃｍ2 の成形圧
で一軸圧縮成形を行なった。この成形体をＡｒガス中６
００℃で脱脂処理した後、Ａｒ雰囲気中、１８５０℃で
３時間焼結した。
【００２７】得られた焼結体の密度を測定した後、３×
４×４０ｍｍの寸法を有する曲げ強度試験片に切り出
し、ＪＩＳ Ｒ−１６０１に従い、常温と１４００℃で
３点曲げ試験を行なった。そのとき、それぞれ、ｎ＝３
とした。
４×４０ｍｍの寸法を有する曲げ強度試験片に切り出
し、ＪＩＳ Ｒ−１６０１に従い、常温と１４００℃で
３点曲げ試験を行なった。そのとき、それぞれ、ｎ＝３
とした。
【００２８】また、同じ試験片を静止空気中１４００℃
で１００時間保持し、酸化前後の重量増を調べた。その
際、重量増をサンプルの表面積で割った値を計算した。
これらの実験結果を表１に示す。
で１００時間保持し、酸化前後の重量増を調べた。その
際、重量増をサンプルの表面積で割った値を計算した。
これらの実験結果を表１に示す。
【００２９】実施例２，３ 実施例１の中で、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の添加量のみを
変えて同様の実験を行なった。
変えて同様の実験を行なった。
【００３０】実施例４，５ 実施例１の中で、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＣ2 の組成比は変え
ないで、ＳｉＣ／（Ａｌ2 Ｏ3 ＋ＳｉＯ2 ）の比のみを
変えて同様の実験を行なった。ただし焼結温度は異な
る。
ないで、ＳｉＣ／（Ａｌ2 Ｏ3 ＋ＳｉＯ2 ）の比のみを
変えて同様の実験を行なった。ただし焼結温度は異な
る。
【００３１】実施例６ 実施例１の酸化アルミニウム＋二酸化珪素に変え、ムラ
イト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）粉末を２０％添加
し、同様の実験を行なった。
イト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）粉末を２０％添加
し、同様の実験を行なった。
【００３２】実施例７，８ 実施例１と実施例４で得られた焼結体をそれぞれＡｒガ
ス中、１８００℃、１０００ｋｇ／ｃｍ2 の条件で２時
間ＨＩＰ処理を行なった。
ス中、１８００℃、１０００ｋｇ／ｃｍ2 の条件で２時
間ＨＩＰ処理を行なった。
【００３３】比較例１〜４ 請求項１の範囲外の組成で同様の実験を行なった。
【００３４】比較例５ ＳｉＯ2 の代わりにＡｌＮを添加した場合の実験を行っ
た。
た。
【００３５】
【発明の効果】本発明のガスタービン用耐熱機械部品
は、表３からも明らかなように、従来例や比較例に比較
して、高温強度にすぐれており、高温空気中での耐酸化
性も抜群である。◆
は、表３からも明らかなように、従来例や比較例に比較
して、高温強度にすぐれており、高温空気中での耐酸化
性も抜群である。◆
【表１】
【表２】
【表３】
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化珪素質焼結体からなるガスタービン
用耐熱機械部品において、炭化珪素（ＳｉＣ）７０〜９
２重量％に対して、９０対１０ないし６０対４０の重量
組成比をもって酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）と二酸
化珪素（ＳｉＯ2 ）が合計で８〜３０重量％添加されて
いて、相対密度が理論カサ密度に対して９５％以上であ
り、開気孔率が１％未満であり、室温での曲げ強度と１
４００℃での曲げ強度がいずれも４００ＭＰａ以上であ
り、静止空気中で１４００℃，１００時間酸化させた後
の重量増量が０．２５ｍｇ／ｃｍ2 未満であることを特
徴とするガスタービン用耐熱機械部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4163348A JPH05330916A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | ガスタービン用耐熱機械部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4163348A JPH05330916A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | ガスタービン用耐熱機械部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05330916A true JPH05330916A (ja) | 1993-12-14 |
Family
ID=15772181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4163348A Pending JPH05330916A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | ガスタービン用耐熱機械部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05330916A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001278685A (ja) * | 2000-01-24 | 2001-10-10 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 炭化珪素部材およびその製造方法 |
| EP1728774A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxide-bonded silicon carbide material |
-
1992
- 1992-06-01 JP JP4163348A patent/JPH05330916A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001278685A (ja) * | 2000-01-24 | 2001-10-10 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 炭化珪素部材およびその製造方法 |
| EP1728774A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxide-bonded silicon carbide material |
| JP2006335594A (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Ngk Insulators Ltd | 酸化物結合炭化珪素質材料 |
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