JPH0624858A - セラミック製構造部材 - Google Patents
セラミック製構造部材Info
- Publication number
- JPH0624858A JPH0624858A JP6550093A JP6550093A JPH0624858A JP H0624858 A JPH0624858 A JP H0624858A JP 6550093 A JP6550093 A JP 6550093A JP 6550093 A JP6550093 A JP 6550093A JP H0624858 A JPH0624858 A JP H0624858A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- structural member
- pores
- gas turbine
- cooling medium
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- Pending
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- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
- Devices For Post-Treatments, Processing, Supply, Discharge, And Other Processes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 セラミック体3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4を備えたセラミック製構
造部材であり、当該細孔4の内面の表面粗さがRmax が
7μm以下となるように形成した。 【効果】 細孔を有する構造部材であっても、その強度
を材料自体が持つ強度の80%程度まで高めることがで
き、高温用構造部材として安定して使用することができ
る。
させるための冷却機構用細孔4を備えたセラミック製構
造部材であり、当該細孔4の内面の表面粗さがRmax が
7μm以下となるように形成した。 【効果】 細孔を有する構造部材であっても、その強度
を材料自体が持つ強度の80%程度まで高めることがで
き、高温用構造部材として安定して使用することができ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック製構造部材
に係り、更に詳しくはガスタービン部材等の高温に晒さ
れるセラミック製構造部材に関する。本セラミック製構
造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
れるセラミック製構造部材に関する。本セラミック製構
造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おり、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。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への利用が注目を集めて
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。
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おり、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。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への利用が注目を集めて
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。
【0003】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の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の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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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
1600℃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。
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
1600℃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。
【0005】ことに、冷却用媒体を流通させるための冷
却機構を備えたセラミック製構造部材では、冷却用媒体
を流す細孔内面の表面粗さが大きくなると、セラミック
材は脆性材であるため、材料強度が大幅に低下し、構造
部材として使用した場合には、該細孔の部分より破壊す
るに至る。本発明者は、上記した従来の問題点に鑑み、
鋭意検討を行なった結果、冷却用媒体を流通させるため
の細孔の径を所定以下とし、且つ、該細孔の内表面の粗
さを所定以下とすることにより、強度の高いセラミック
構造部材の得られることを見出し、本発明に到達した。
却機構を備えたセラミック製構造部材では、冷却用媒体
を流す細孔内面の表面粗さが大きくなると、セラミック
材は脆性材であるため、材料強度が大幅に低下し、構造
部材として使用した場合には、該細孔の部分より破壊す
るに至る。本発明者は、上記した従来の問題点に鑑み、
鋭意検討を行なった結果、冷却用媒体を流通させるため
の細孔の径を所定以下とし、且つ、該細孔の内表面の粗
さを所定以下とすることにより、強度の高いセラミック
構造部材の得られることを見出し、本発明に到達した。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、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構造部材に
おいて、表面粗さがRmax 7μm以下となるように細孔
内面を形成したことを特徴とするセラミック製構造部材
が提供される。
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構造部材に
おいて、表面粗さがRmax 7μm以下となるように細孔
内面を形成したことを特徴とするセラミック製構造部材
が提供される。
【0007】
【作用】本発明に係るセラミック製構造部材は、100
0℃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3mm
φ以下とすることが、セラミック製構造部材の強度の点
で望ましい。
0℃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3mm
φ以下とすることが、セラミック製構造部材の強度の点
で望ましい。
【0008】また、冷却媒体流通用の細孔の内表面粗さ
をRmax 7μm以下とすることが好ましい。細孔の内表
面粗さがRmax 7μmを超えると、セラミックは脆性材
であるため、材料強度が約1/2以下に低下し、構造部
材として使用した場合、この細孔部から破壊するに至
る。これに対して、細孔の内表面粗さをRmax 7μm以
下とすることにより、その材料強度の50〜80%まで
回復でき、細孔を有するセラミック部品の構造部材とし
ての使用が可能となる。本発明のセラミック製構造部材
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15
00℃以上にすることができ、熱効率が大幅に向上す
る。また、セラミック製構造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、およ
び寿命が大幅に向上する。
をRmax 7μm以下とすることが好ましい。細孔の内表
面粗さがRmax 7μmを超えると、セラミックは脆性材
であるため、材料強度が約1/2以下に低下し、構造部
材として使用した場合、この細孔部から破壊するに至
る。これに対して、細孔の内表面粗さをRmax 7μm以
下とすることにより、その材料強度の50〜80%まで
回復でき、細孔を有するセラミック部品の構造部材とし
ての使用が可能となる。本発明のセラミック製構造部材
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15
00℃以上にすることができ、熱効率が大幅に向上す
る。また、セラミック製構造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、およ
び寿命が大幅に向上する。
【0009】本発明のセラミック製構造部材では、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。
【0010】図1は本発明の一実施例であるガスタービ
ン用動翼の斜視図であり、動翼(回転翼)3は羽根部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。セラミ
ック製構造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ラミックが適用でき、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。
ン用動翼の斜視図であり、動翼(回転翼)3は羽根部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。セラミ
ック製構造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ラミックが適用でき、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。
【0011】本発明のセラミック製構造部材の冷却機構
用細孔の内面を研摩する方法としては、図2に示すよう
な、窒化珪素を原料として得られたセラミック成形体5
に直径2mmの貫通細孔6を開け、該細孔6の外側にマ
スキング7を行なった後、サンドブラスト機8により、
GC#800の砥粒を5kg/cm2 の圧力で貫通細孔
6の内面にサンドブラスト処理を施すことにより、細孔
6の内面を研摩する。
用細孔の内面を研摩する方法としては、図2に示すよう
な、窒化珪素を原料として得られたセラミック成形体5
に直径2mmの貫通細孔6を開け、該細孔6の外側にマ
スキング7を行なった後、サンドブラスト機8により、
GC#800の砥粒を5kg/cm2 の圧力で貫通細孔
6の内面にサンドブラスト処理を施すことにより、細孔
6の内面を研摩する。
【0012】また、図2と同じ貫通細孔を開けたセラミ
ック成形体5について、粒度4μmのダイヤモンドパウ
ダーと粘土を1:10の重量割合としこれに水を加えて
混合した砥粒混合物を、図3に示すように、シリンダー
11により10kg/cm2の圧力で貫通細孔6内に押
込み(砥粒押出し法)、細孔6内面を研摩することがで
きる。また、図4に示すようなめくら細孔9を開けたセ
ラミック成形体5について、上記と同様の砥粒押出し法
により、砥粒混合物をシリンダー11のノズル先端10
よりめくら細孔9内に押込み、めくら細孔内表面を研摩
することができる。
ック成形体5について、粒度4μmのダイヤモンドパウ
ダーと粘土を1:10の重量割合としこれに水を加えて
混合した砥粒混合物を、図3に示すように、シリンダー
11により10kg/cm2の圧力で貫通細孔6内に押
込み(砥粒押出し法)、細孔6内面を研摩することがで
きる。また、図4に示すようなめくら細孔9を開けたセ
ラミック成形体5について、上記と同様の砥粒押出し法
により、砥粒混合物をシリンダー11のノズル先端10
よりめくら細孔9内に押込み、めくら細孔内表面を研摩
することができる。
【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。 (実施例)三種類のセラミックス(材料A:組成 Zr
O2 、材料B:組成 Si3 N4、材料C:組成 Si
C)を用い、各原料に焼結助剤を添加して混合した後、
さらにバインダーを添加し、混練して成形原料を得た。
この成形原料を金型内に充填し、500kg/cm2 の
圧力でプレスして、図5に示すようなセラミック成形体
5を成形し、次いでこの成形体5に5ton/cm2 の
圧力で静水圧加圧成形(CIP)を施した後、空気中5
00℃で仮焼してバインダーを除去し、窒素ガス雰囲気
中1900℃で焼成した。次に、得られた焼結体をボー
ル盤によりドリル加工し、図6及び図7に示すような直
径2mmφの貫通細孔6及びめくら細孔9を開け、これ
らの細孔内面をサンドブラスト法、及び砥粒押出し法に
よって細孔内面を研摩し、所定寸法に仕上げて各試験体
を作製した。
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。 (実施例)三種類のセラミックス(材料A:組成 Zr
O2 、材料B:組成 Si3 N4、材料C:組成 Si
C)を用い、各原料に焼結助剤を添加して混合した後、
さらにバインダーを添加し、混練して成形原料を得た。
この成形原料を金型内に充填し、500kg/cm2 の
圧力でプレスして、図5に示すようなセラミック成形体
5を成形し、次いでこの成形体5に5ton/cm2 の
圧力で静水圧加圧成形(CIP)を施した後、空気中5
00℃で仮焼してバインダーを除去し、窒素ガス雰囲気
中1900℃で焼成した。次に、得られた焼結体をボー
ル盤によりドリル加工し、図6及び図7に示すような直
径2mmφの貫通細孔6及びめくら細孔9を開け、これ
らの細孔内面をサンドブラスト法、及び砥粒押出し法に
よって細孔内面を研摩し、所定寸法に仕上げて各試験体
を作製した。
【0014】得られたそれぞれの試験体について、貫通
細孔6及びめくら細孔9の内表面の粗さの仕上げ程度を
変え、それらに対する4点曲げ強度を測定した。その結
果を図8に示す。これらの結果より、貫通細孔内面の表
面粗さが、Rmax 7μm以下では強度が向上し、Rmax
7μmを超えると強度が低下することがわかる。また内
面の表面粗さを最大でもRmax 7μmとすれば、その材
料強度の80%程度の強度が得られることが分かる。
細孔6及びめくら細孔9の内表面の粗さの仕上げ程度を
変え、それらに対する4点曲げ強度を測定した。その結
果を図8に示す。これらの結果より、貫通細孔内面の表
面粗さが、Rmax 7μm以下では強度が向上し、Rmax
7μmを超えると強度が低下することがわかる。また内
面の表面粗さを最大でもRmax 7μmとすれば、その材
料強度の80%程度の強度が得られることが分かる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
ク製構造部材によれば、冷却用媒体を流通させるための
冷却機構用細孔内面の表面粗さをRmax 7μm以下とす
ることにより、細孔を有する構造部材であっても、その
強度を材料自体のもつ強度の80%程度まで高めること
ができ、高温用構造部材として安定して使用することが
できる。
ク製構造部材によれば、冷却用媒体を流通させるための
冷却機構用細孔内面の表面粗さをRmax 7μm以下とす
ることにより、細孔を有する構造部材であっても、その
強度を材料自体のもつ強度の80%程度まで高めること
ができ、高温用構造部材として安定して使用することが
できる。
【図1】本発明の一実施例であるガスタービン用動翼の
斜視図である。
斜視図である。
【図2】セラミック部材の細孔内面研摩方法の一例を示
す説明図である。
す説明図である。
【図3】セラミック部材の細孔内面研摩方法の他の例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図4】セラミック部材の細孔内面研摩方法のさらに他
の例を示す説明図である。
の例を示す説明図である。
【図5】セラミック成形体の斜視図である。
【図6】貫通細孔を有するセラミック成形体の斜視図で
ある。
ある。
【図7】めくら細孔を開けたセラミック成形体の斜視図
である。
である。
【図8】焼結体の細孔内面粗さと4点曲げ強度との関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
1 羽根部、2 翼根部、3 ガスタービン用動翼、4
冷却機構用細孔、5 セラミック成形体、6 貫通細
孔、7 マスキング、8 サンドブラスト機、9 めく
ら細孔、10 ノズル先端、11 シリンダー。
冷却機構用細孔、5 セラミック成形体、6 貫通細
孔、7 マスキング、8 サンドブラスト機、9 めく
ら細孔、10 ノズル先端、11 シリンダー。
Claims (1)
- 【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セラミック製
構造部材において、表面粗さがRmax 7μm以下となる
ように細孔内面を形成したことを特徴とするセラミック
製構造部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6550093A JPH0624858A (ja) | 1992-03-25 | 1993-03-24 | セラミック製構造部材 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-67649 | 1992-03-25 | ||
| JP6764992 | 1992-03-25 | ||
| JP6550093A JPH0624858A (ja) | 1992-03-25 | 1993-03-24 | セラミック製構造部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0624858A true JPH0624858A (ja) | 1994-02-01 |
Family
ID=26406644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6550093A Pending JPH0624858A (ja) | 1992-03-25 | 1993-03-24 | セラミック製構造部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0624858A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003023062A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Kyocera Corp | ウエハ載置ステージ及びそれを用いた半導体製造装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51122112A (en) * | 1975-03-25 | 1976-10-26 | Westinghouse Electric Corp | Manufacture of ceramic members |
| JPS5454116A (en) * | 1977-10-08 | 1979-04-28 | Tokyo Shibaura Electric Co | Method of making ceramic product |
| JPH04219205A (ja) * | 1990-03-31 | 1992-08-10 | Ngk Insulators Ltd | セラミック製高温部材 |
-
1993
- 1993-03-24 JP JP6550093A patent/JPH0624858A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51122112A (en) * | 1975-03-25 | 1976-10-26 | Westinghouse Electric Corp | Manufacture of ceramic members |
| JPS5454116A (en) * | 1977-10-08 | 1979-04-28 | Tokyo Shibaura Electric Co | Method of making ceramic product |
| JPH04219205A (ja) * | 1990-03-31 | 1992-08-10 | Ngk Insulators Ltd | セラミック製高温部材 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003023062A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Kyocera Corp | ウエハ載置ステージ及びそれを用いた半導体製造装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980616 |