JPH06183844A - 機能傾斜材料 - Google Patents
機能傾斜材料Info
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- JPH06183844A JPH06183844A JP43A JP33464492A JPH06183844A JP H06183844 A JPH06183844 A JP H06183844A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 33464492 A JP33464492 A JP 33464492A JP H06183844 A JPH06183844 A JP H06183844A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は組織が緻密で優れた耐熱性および高温
強度を有する傾斜機能材料を提供することを目的とす
る。 【構成】２種類以上の組成からなる複合材料で、その表
面層１が実質的にＨｆＯ2 、内部が実質的にサイアロン
系セラミックスであり、これらＨｆＯ2 層とサイアロン
系セラミックス層との間の組成が順次変化することを特
徴とする。
強度を有する傾斜機能材料を提供することを目的とす
る。 【構成】２種類以上の組成からなる複合材料で、その表
面層１が実質的にＨｆＯ2 、内部が実質的にサイアロン
系セラミックスであり、これらＨｆＯ2 層とサイアロン
系セラミックス層との間の組成が順次変化することを特
徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐熱構造材料に適した傾
斜機能材料に関する。
斜機能材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、耐熱構造材料としてセラミックス
が用いられてきている。このことに伴いこのセラミック
スの特性に対する要求が強まり、充分な耐酸化性を有す
ることに加えて、高温下において充分な機械的強度を有
するセラミックスの出現が強く望まれている。
が用いられてきている。このことに伴いこのセラミック
スの特性に対する要求が強まり、充分な耐酸化性を有す
ることに加えて、高温下において充分な機械的強度を有
するセラミックスの出現が強く望まれている。
【０００３】従来、高温に耐える構造材料として用いる
セラミックスとしては非酸化物系のＳｉＣ、ＳｉＮ、サ
イアロンなどがある。また、同じく高温に耐える構造用
セラミックスとして酸化物系のＡｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 も
ある。
セラミックスとしては非酸化物系のＳｉＣ、ＳｉＮ、サ
イアロンなどがある。また、同じく高温に耐える構造用
セラミックスとして酸化物系のＡｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 も
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の非酸化
物系セラミックスはある程度の強度を有するが、耐熱性
すなわち耐酸化性に乏しく、温度１３００℃以上の酸化
雰囲気中では実質的には使用不可能である。また、後者
の酸化物系セラミックスは充分な耐熱性を有してはいる
が、高温での強度、耐クリープ特性といった高温強度の
点が不十分である。
物系セラミックスはある程度の強度を有するが、耐熱性
すなわち耐酸化性に乏しく、温度１３００℃以上の酸化
雰囲気中では実質的には使用不可能である。また、後者
の酸化物系セラミックスは充分な耐熱性を有してはいる
が、高温での強度、耐クリープ特性といった高温強度の
点が不十分である。
【０００５】このように現状の高温に耐える構造材料と
して用いるセラミックスは夫々一長一短があり、充分な
耐熱性と充分な高温強度の両方を兼ね備えたセラミック
スは存在しなかった。
して用いるセラミックスは夫々一長一短があり、充分な
耐熱性と充分な高温強度の両方を兼ね備えたセラミック
スは存在しなかった。
【０００６】ところで、現在セラミックス材料の分野で
は、材料に対する要求が厳しくなるに従い、各種の特性
を有する複合機能材料の開発が進められている。複合機
能材料は単一的に優れたセラミックス材料を層状に重ね
て複合化させ、夫々の材料の長所を組み合わせて全体と
して特性を向上させた材料である。そこで、高温に耐え
る構造材料として用いるセラミックスにおける上記問題
を解決するものとして複合機能材料を用いることが検討
されている。
は、材料に対する要求が厳しくなるに従い、各種の特性
を有する複合機能材料の開発が進められている。複合機
能材料は単一的に優れたセラミックス材料を層状に重ね
て複合化させ、夫々の材料の長所を組み合わせて全体と
して特性を向上させた材料である。そこで、高温に耐え
る構造材料として用いるセラミックスにおける上記問題
を解決するものとして複合機能材料を用いることが検討
されている。
【０００７】しかし、この複合機能材料は、異種材料間
での熱膨張係数の差や組成的な原因から緻密に複合する
ことが困難であり、高温下で熱応力の発生により各層間
で反りや曲りなどの不具合が発生するという問題があ
る。
での熱膨張係数の差や組成的な原因から緻密に複合する
ことが困難であり、高温下で熱応力の発生により各層間
で反りや曲りなどの不具合が発生するという問題があ
る。
【０００８】本願の発明は前記事情に基づいてなさたも
ので、優れた耐熱性および高温強度を有し、且つ組織が
緻密で高温下で反りや曲りに発生することがないセラミ
ックスからなる傾斜機能材料を提供することを目的とす
る。
ので、優れた耐熱性および高温強度を有し、且つ組織が
緻密で高温下で反りや曲りに発生することがないセラミ
ックスからなる傾斜機能材料を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】本願の第１の発明
の傾斜機能材料は、２種類以上の組成からなる複合材料
で、その表面層が実質的にＨｆＯ2 、内部が実質的にサ
イアロン系セラミックスであり、これらＨｆＯ2 層とサ
イアロン系セラミックス層との間の組成が順次変化する
ことを特徴とするものである。
の傾斜機能材料は、２種類以上の組成からなる複合材料
で、その表面層が実質的にＨｆＯ2 、内部が実質的にサ
イアロン系セラミックスであり、これらＨｆＯ2 層とサ
イアロン系セラミックス層との間の組成が順次変化する
ことを特徴とするものである。
【００１０】本願の第２の発明の傾斜機能材料は、２種
類以上の組成からなる複合材料で、その表面層が実質的
にＺｒＯ2 、内部が実質的にサイアロン系セラミックス
であり、これらＺｒＯ2 層とサイアロン系セラミックス
層との間の組成が順次変化することを特徴とするもので
ある。第１の発明および第２の発明の傾斜機能材料に採
用されているＨｆＯ2 とＺｒＯ2 は酸化物系セラミック
スである。
類以上の組成からなる複合材料で、その表面層が実質的
にＺｒＯ2 、内部が実質的にサイアロン系セラミックス
であり、これらＺｒＯ2 層とサイアロン系セラミックス
層との間の組成が順次変化することを特徴とするもので
ある。第１の発明および第２の発明の傾斜機能材料に採
用されているＨｆＯ2 とＺｒＯ2 は酸化物系セラミック
スである。
【００１１】第１の発明および第２の発明の傾斜機能材
料に採用されているサイアロン系セラミックスは、主に
Ｓｉ3 Ｎ4 ーＡｌ2 Ｏ3 ーＡｌＮーＳｉＯ2 系のもので
ある。
料に採用されているサイアロン系セラミックスは、主に
Ｓｉ3 Ｎ4 ーＡｌ2 Ｏ3 ーＡｌＮーＳｉＯ2 系のもので
ある。
【００１２】第１の発明および第２の発明の傾斜機能材
料における内部層のサイアロン系セラミックスは、構成
相がサイアロン組成を満足するものであれば良く、必ず
しも全相がサイアロンである必要がない。すなわち、材
料の内部層にはガラス相などの粒界相を含んでいても良
い。
料における内部層のサイアロン系セラミックスは、構成
相がサイアロン組成を満足するものであれば良く、必ず
しも全相がサイアロンである必要がない。すなわち、材
料の内部層にはガラス相などの粒界相を含んでいても良
い。
【００１３】第１の発明および第２の発明の傾斜機能材
料におけるＨｆＯ2 とＺｒＯ2 の濃度は、図１および図
２に示すように表面層１では１００％であり、内部層２
のサイアロン系セラミックス層では０％であり、表面層
１と内部層２との間の中間層３で連続的または段階的に
順次変化する。
料におけるＨｆＯ2 とＺｒＯ2 の濃度は、図１および図
２に示すように表面層１では１００％であり、内部層２
のサイアロン系セラミックス層では０％であり、表面層
１と内部層２との間の中間層３で連続的または段階的に
順次変化する。
【００１４】第１の発明および第２の発明の傾斜機能材
料において表面層として採用されているＨｆＯ2 は、融
点が３０００℃以上と高く、酸化物系セラミックスであ
るために高温での耐酸化性に優れている。ＺｒＯ2 も同
様に融点が高く、酸化物系セラミックスであるために高
温での耐酸化性に優れている。内部層として採用された
サイアロン系セラミックスは、超高温での強度が優れた
材料である。また、サイアロン系セラミックスは粒界層
をほとんど有しないために高温での強度低下が少ない。
料において表面層として採用されているＨｆＯ2 は、融
点が３０００℃以上と高く、酸化物系セラミックスであ
るために高温での耐酸化性に優れている。ＺｒＯ2 も同
様に融点が高く、酸化物系セラミックスであるために高
温での耐酸化性に優れている。内部層として採用された
サイアロン系セラミックスは、超高温での強度が優れた
材料である。また、サイアロン系セラミックスは粒界層
をほとんど有しないために高温での強度低下が少ない。
【００１５】そして、ＨｆＯ2 とサイアロン系セラミッ
クスとの複合材料、およびＺｒＯ2とサイアロン系セラ
ミックスとの複合材料からなる焼結体は、広い組成範囲
で組織が緻密である。言い換えればＨｆＯ2 とサイアロ
ン系セラミックス、およびＺｒＯ2 とサイアロン系セラ
ミックスの組合せは、緻密なセラミックス焼結体を得る
上で全く適した組合せということができる。その上、Ｈ
ｆＯ2 とサイアロン系セラミックスとの複合材料、およ
びＺｒＯ2 とサイアロン系セラミックスとの複合材料は
サイアロン系セラミックスの強度を大幅に向上させるこ
とが可能である。
クスとの複合材料、およびＺｒＯ2とサイアロン系セラ
ミックスとの複合材料からなる焼結体は、広い組成範囲
で組織が緻密である。言い換えればＨｆＯ2 とサイアロ
ン系セラミックス、およびＺｒＯ2 とサイアロン系セラ
ミックスの組合せは、緻密なセラミックス焼結体を得る
上で全く適した組合せということができる。その上、Ｈ
ｆＯ2 とサイアロン系セラミックスとの複合材料、およ
びＺｒＯ2 とサイアロン系セラミックスとの複合材料は
サイアロン系セラミックスの強度を大幅に向上させるこ
とが可能である。
【００１６】このように第１の発明および第２の発明の
傾斜機能材料を形成するセラミックス焼結体は、ＨｆＯ
2 とサイアロン系セラミックス、およびＺｒＯ2 とサイ
アロン系セラミックスを組合せる点と、ＨｆＯ2 層とサ
イアロン系セラミックス層との間の組成が順次変化す
る、およびＺｒＯ2 層とサイアロン系セラミックス層と
の間の組成が順次変化する点との組合せによって、極め
て緻密な組織を獲得することができる。
傾斜機能材料を形成するセラミックス焼結体は、ＨｆＯ
2 とサイアロン系セラミックス、およびＺｒＯ2 とサイ
アロン系セラミックスを組合せる点と、ＨｆＯ2 層とサ
イアロン系セラミックス層との間の組成が順次変化す
る、およびＺｒＯ2 層とサイアロン系セラミックス層と
の間の組成が順次変化する点との組合せによって、極め
て緻密な組織を獲得することができる。
【００１７】従って、ＨｆＯ2 とサイアロン系セラミッ
クスからなる第１の発明、およびＺｒＯ2 とサイアロン
系セラミックスとからなる第２の発明の傾斜機能材料
は、組織が緻密であって、且つ従来困難であった１３０
０℃以上の高温での酸化を阻止し、高温での強度を確保
して１３００℃以上の高温条件下での使用が可能であり
高温下で使用する耐熱構造材に最適である。
クスからなる第１の発明、およびＺｒＯ2 とサイアロン
系セラミックスとからなる第２の発明の傾斜機能材料
は、組織が緻密であって、且つ従来困難であった１３０
０℃以上の高温での酸化を阻止し、高温での強度を確保
して１３００℃以上の高温条件下での使用が可能であり
高温下で使用する耐熱構造材に最適である。
【００１８】
第１の発明の実施例
【００１９】ＨｆＯ2 粉末（粒径１μm)とＺ値が１．０
となるようにしたβーサイアロン調合粉末を用意した。
ＨｆＯ2 粉末とサイアロン調合粉末とを、その比率が
０：１００から５０：５０を経て１００：０に至るよう
に段階的に順次変化する調合混合を行い調合粉を得た。
となるようにしたβーサイアロン調合粉末を用意した。
ＨｆＯ2 粉末とサイアロン調合粉末とを、その比率が
０：１００から５０：５０を経て１００：０に至るよう
に段階的に順次変化する調合混合を行い調合粉を得た。
【００２０】この調合粉を金型プレスにより加圧して５
０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を成形し、この成
形体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気で焼成を行い焼
結体すなわち傾斜機能セラミックスを製作した。得られ
た焼結体の空孔率を測定したところ５％であり、焼結体
の密度が大変高く充分緻密であった。
０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を成形し、この成
形体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気で焼成を行い焼
結体すなわち傾斜機能セラミックスを製作した。得られ
た焼結体の空孔率を測定したところ５％であり、焼結体
の密度が大変高く充分緻密であった。
【００２１】得られた焼結体に対して、ＨｆＯ2 層を表
面にして１４００℃×１００時間、１６００℃×１００
時間の各条件で酸化試験を行ったところ、ＨｆＯ2 面は
変化せず極めて良好な耐酸化性、すなわち耐熱性を示し
た。
面にして１４００℃×１００時間、１６００℃×１００
時間の各条件で酸化試験を行ったところ、ＨｆＯ2 面は
変化せず極めて良好な耐酸化性、すなわち耐熱性を示し
た。
【００２２】得られた焼結体に対して、サイアロン層を
引っ張り面として１４００℃で曲げ試験を行ったとこ
ろ、６０Ｋｇ／ｍｍ2 と良好な強度、すなわち高温強度
を示した。 第２の発明の実施例
引っ張り面として１４００℃で曲げ試験を行ったとこ
ろ、６０Ｋｇ／ｍｍ2 と良好な強度、すなわち高温強度
を示した。 第２の発明の実施例
【００２３】ＺｒＯ2 粉末（粒径１μm)とＺ値が１．０
となるようにしたβーサイアロン調合粉末を用意した。
ＺｒＯ2 粉末とサイアロン調合粉末を、その比率が０：
１００から５０：５０を経て１００：０に至るように段
階的に順次変化する調合混合して調合粉を得た。
となるようにしたβーサイアロン調合粉末を用意した。
ＺｒＯ2 粉末とサイアロン調合粉末を、その比率が０：
１００から５０：５０を経て１００：０に至るように段
階的に順次変化する調合混合して調合粉を得た。
【００２４】この調合粉を金型プレスにより加圧して５
０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍ成形体を成形し、この成形
体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気で焼成を行い焼結
体すなわち傾斜機能セラミックスを製作した。得られた
焼結体の空孔率を測定したところ５％であり、焼結体の
密度が大変高く充分緻密であった。
０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍ成形体を成形し、この成形
体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気で焼成を行い焼結
体すなわち傾斜機能セラミックスを製作した。得られた
焼結体の空孔率を測定したところ５％であり、焼結体の
密度が大変高く充分緻密であった。
【００２５】得られた焼結体に対して、ＺｒＯ2 層を表
面にして１４００℃×１００時間、１６００℃×１００
時間の各条件で酸化試験を行ったところ、ＺｒＯ2 面は
変化せず極めて良好な耐酸化性、すなわち耐熱性を示し
た。得られた焼結体に対して、サイアロン層を引っ張り
面として１４００℃の下で曲げ試験を行ったところ、５
５Ｋｇ／ｍｍ2 と良好な高温強度を示した。 比較例 １
面にして１４００℃×１００時間、１６００℃×１００
時間の各条件で酸化試験を行ったところ、ＺｒＯ2 面は
変化せず極めて良好な耐酸化性、すなわち耐熱性を示し
た。得られた焼結体に対して、サイアロン層を引っ張り
面として１４００℃の下で曲げ試験を行ったところ、５
５Ｋｇ／ｍｍ2 と良好な高温強度を示した。 比較例 １
【００２６】ＨｆＯ2 粉末（粒径１μm)を金型プレスに
より加圧して５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を
成形し、この成形体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気
で焼成を行い焼結体を製作した。
より加圧して５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を
成形し、この成形体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気
で焼成を行い焼結体を製作した。
【００２７】得られた焼結体の空孔率を測定したところ
４％であった。焼結体に対して１４００℃×１００時
間、１６００℃×１００時間の各条件で酸化試験を行っ
たところ表面は変化せず良好な耐酸化性、すなわち耐熱
性を示した。しかし、焼結体に対して１４００℃の温度
の下で曲げ試験を行ったところ、１０Ｋｇ／ｍｍ2 と低
い高温強度を示した。 比較例 ２
４％であった。焼結体に対して１４００℃×１００時
間、１６００℃×１００時間の各条件で酸化試験を行っ
たところ表面は変化せず良好な耐酸化性、すなわち耐熱
性を示した。しかし、焼結体に対して１４００℃の温度
の下で曲げ試験を行ったところ、１０Ｋｇ／ｍｍ2 と低
い高温強度を示した。 比較例 ２
【００２８】ＺｒＯ2 粉末（粒径１μm)を金型プレスに
より加圧して５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を
成形し、この成形体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気
で焼成を行い焼結体を製作した。
より加圧して５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を
成形し、この成形体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気
で焼成を行い焼結体を製作した。
【００２９】得られた焼結体の空孔率を測定したところ
３％であった。焼結体に対して１４００℃×１００時
間、１６００℃×１００時間の各条件で酸化試験を行っ
たところ表面は変化せず良好な耐酸化性、すなわち耐熱
性を示した。しかし、焼結体に対して１４００℃の温度
の下で曲げ試験を行ったところ、１２Ｋｇ／ｍｍ2 と低
い高温強度を示した。 比較例 ３
３％であった。焼結体に対して１４００℃×１００時
間、１６００℃×１００時間の各条件で酸化試験を行っ
たところ表面は変化せず良好な耐酸化性、すなわち耐熱
性を示した。しかし、焼結体に対して１４００℃の温度
の下で曲げ試験を行ったところ、１２Ｋｇ／ｍｍ2 と低
い高温強度を示した。 比較例 ３
【００３０】サイアロン調合粉末を金型プレスにより加
圧して５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を成形
し、この成形体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気で焼
成を行い焼結体を製作した。
圧して５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を成形
し、この成形体を１７７５℃×４時間、Ａｒ雰囲気で焼
成を行い焼結体を製作した。
【００３１】得られた焼結体の空孔率を測定したところ
３％であった。焼結体に対して１４００℃、１７００℃
の各温度の下で曲げ試験を行ったところ、７０Ｋｇ／ｍ
ｍ2 と高い高温強度を示した。しかし、焼結体に対して
１４００℃×１００時間、１６００℃×１００時間の各
条件で酸化試験を行ったところ、表面が１００ｍｇ／ｍ
ｍ2 以上、１０００ｍｇ／ｍｍ2 以上の酸化増量を示し
耐酸化性が不十分であった。
３％であった。焼結体に対して１４００℃、１７００℃
の各温度の下で曲げ試験を行ったところ、７０Ｋｇ／ｍ
ｍ2 と高い高温強度を示した。しかし、焼結体に対して
１４００℃×１００時間、１６００℃×１００時間の各
条件で酸化試験を行ったところ、表面が１００ｍｇ／ｍ
ｍ2 以上、１０００ｍｇ／ｍｍ2 以上の酸化増量を示し
耐酸化性が不十分であった。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように第１の発明および第
２の発明の傾斜機能材料は、ＨｆＯ2とサイアロン系セ
ラミックスとの組合せ、およびＺｒＯ2 とサイアロン系
セラミックスとの組合せるとともに、これらの層の間の
組成が順次変化するものであるから、高温での耐酸化性
および強度に優れ、しかも組織が緻密で高温下で反りや
曲りが発生することがなく、耐熱構造材料に最適であ
る。
２の発明の傾斜機能材料は、ＨｆＯ2とサイアロン系セ
ラミックスとの組合せ、およびＺｒＯ2 とサイアロン系
セラミックスとの組合せるとともに、これらの層の間の
組成が順次変化するものであるから、高温での耐酸化性
および強度に優れ、しかも組織が緻密で高温下で反りや
曲りが発生することがなく、耐熱構造材料に最適であ
る。
【図１】第１の発明の傾斜機能材料の組成を示す模式
図。
図。
【図２】第２の発明の傾斜機能材料の組成を示す模式
図。
図。
１…表面層、２…内部層、３…中間層。
Claims (2)
- 【請求項１】 ２種類以上の組成からなる複合材料で、
その表面層が実質的にＨｆＯ2 、内部が実質的にサイア
ロン系セラミックスであり、これらＨｆＯ2層とサイア
ロン系セラミックス層との間の組成が順次変化すること
を特徴とする傾斜機能材料。 - 【請求項２】 ２種類以上の組成からなる複合材料で、
その表面層が実質的にＺｒＯ2 、内部が実質的にサイア
ロン系セラミックスであり、これらＺｒＯ2層とサイア
ロン系セラミックス層との間の組成が順次変化すること
を特徴とする傾斜機能材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06183844A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 機能傾斜材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06183844A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 機能傾斜材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06183844A true JPH06183844A (ja) | 1994-07-05 |
Family
ID=18279676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP43A Pending JPH06183844A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 機能傾斜材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06183844A (ja) |
-
1992
- 1992-12-15 JP JP43A patent/JPH06183844A/ja active Pending
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