JPH0735314B2 - 耐熱・耐酸化性高強度部材 - Google Patents
耐熱・耐酸化性高強度部材Info
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- JPH0735314B2 JPH0735314B2 JP63223758A JP22375888A JPH0735314B2 JP H0735314 B2 JPH0735314 B2 JP H0735314B2 JP 63223758 A JP63223758 A JP 63223758A JP 22375888 A JP22375888 A JP 22375888A JP H0735314 B2 JPH0735314 B2 JP H0735314B2
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Description
（産業上の利用分野） 本発明は、高強度であって、しかも耐熱性および耐酸化
性にも優れていることが要求される構造体の部分，部品
および製品の素材として好適に利用される耐熱・耐酸化
性高強度部材に関するものである。 （従来の技術） 近年、構造体の部分，部品および製品を構成する素材に
対する要求特性が一段と厳しくなり、従来の金属系の材
料や樹脂系の材料ではこのような要求特性に十分対応し
きれなくなってきており、セラミックス系の材料が盛ん
に開発され、また、繊維強化金属（FRM）や繊維強化セ
ラミックス（FRC）、さらには炭素繊維／炭素複合材（C
/C材）などの複合材料が開発され、そして実用に供され
るようになってきている。 このC/C材は、軽量でかつ高強度であるため比強度の点
においてすぐれており、また耐熱性および耐酸化性が比
較的良好であって熱による損耗や強度低下が従来の金属
系の材料に比べてかなり少ないものであるので、宇宙航
空機器用部材や原子力設備用部材などのごとく苛酷な条
件下にさらされる用途に適しているものといえる。 このC/C材の製造方法として、カーボン繊維／フェノー
ルやグラファイト繊維／フェノール，カーボン繊維）ピ
ッチやグラファイト繊維／ピッチなどといった素材を一
次焼成により炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化す
るためにピッチ含浸と焼成とを繰返すレジン・チャー法
や、カーボン繊維もしくはグラファイト繊維で編んだ骨
材に炭化水素を熱分解して生成する炭素を蒸着する蒸着
法（CVD法）などがあり、二次元タイプのC/C材のほか、
三次元タイプ，四次元タイプなどのような多次元に繊維
が配向したC/C材の開発もなされている。 このように、C/C材は、従来の金属系の材料に比べる
と、軽量で強度的に優れしかも耐熱・耐酸化性が比較的
良好であり、熱による損耗や強度低下が少ないといえる
が、例えば、宇宙往還機などのように宇宙での活動後に
大気圏に再突入するような場合には、とくに空力加熱を
受ける部分でかなりの高温となり、C/C材では800℃位と
なったところで表面から酸化消耗してくる。 そこで、C/C材の表面における酸化消耗を抑制するため
の耐酸化表面処理法も開発されている。 この耐酸化表面処理法としては、例えば、10％アルミナ
（Al2O3）,30％珪素（Si）,60％炭化珪素（SiC）からな
る粉末をグラファイト製のレトルト内でC/C材のまわり
に詰め、アルゴン雰囲気中において約1650℃で加熱して
C/C材の表面をSiCに転化させ、この後の冷却過程で、C/
C材とSiCとの間における熱膨張差によって微少なクラッ
クを生ずるので、この微少なクラックをテトラエチルオ
ルトシリケート（TEOS）で処理してSiO2で含浸するよう
にした耐酸化表面処理法があった。また、SiCに生ずる
微少なクラックをシリコン改質剤で処理してSiO2で含浸
するようにした耐酸化表面処理法もあった（例えば、TE
OS処理に関しては、CERAMIC BULLETIN VOL.60,No.11（1
981）に記載されている。）。 （発明が解決しようとする課題） このようなC/C材の表面にTEOS処理を行ったSiC被覆層を
設けた場合には、C/C材が空力加熱を受けて酸化消耗す
るのを防止し、より高温での使用が可能となるが、およ
そ1400℃位に達すると表面のSiCが酸化してSiO2とな
り、このSiO2がおよそ1700℃位で溶融して航行中に飛散
することにより消耗される。 したがって、例えば、空力加熱を受けることによって17
00℃を超えるような温度に加熱されたときでも十分に耐
えうる部材が必要とされる場合には、上記の表面にTEOS
処理を行ったSiC被覆層を設けたC/C材では要求を十分に
満たすことができないという課題があった。 （発明の目的） 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
もので、構造部材として必要な高強度を有していると共
に、耐熱性および耐酸化性にも優れており、例えば、空
力加熱を受けることによって1800℃を超えるような温度
に加熱されたときでも酸化消耗が少なく十分に耐えるこ
とが可能である軽量な耐熱・耐酸化性高強度部材を提供
することを目的としている。
性にも優れていることが要求される構造体の部分，部品
および製品の素材として好適に利用される耐熱・耐酸化
性高強度部材に関するものである。 （従来の技術） 近年、構造体の部分，部品および製品を構成する素材に
対する要求特性が一段と厳しくなり、従来の金属系の材
料や樹脂系の材料ではこのような要求特性に十分対応し
きれなくなってきており、セラミックス系の材料が盛ん
に開発され、また、繊維強化金属（FRM）や繊維強化セ
ラミックス（FRC）、さらには炭素繊維／炭素複合材（C
/C材）などの複合材料が開発され、そして実用に供され
るようになってきている。 このC/C材は、軽量でかつ高強度であるため比強度の点
においてすぐれており、また耐熱性および耐酸化性が比
較的良好であって熱による損耗や強度低下が従来の金属
系の材料に比べてかなり少ないものであるので、宇宙航
空機器用部材や原子力設備用部材などのごとく苛酷な条
件下にさらされる用途に適しているものといえる。 このC/C材の製造方法として、カーボン繊維／フェノー
ルやグラファイト繊維／フェノール，カーボン繊維）ピ
ッチやグラファイト繊維／ピッチなどといった素材を一
次焼成により炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化す
るためにピッチ含浸と焼成とを繰返すレジン・チャー法
や、カーボン繊維もしくはグラファイト繊維で編んだ骨
材に炭化水素を熱分解して生成する炭素を蒸着する蒸着
法（CVD法）などがあり、二次元タイプのC/C材のほか、
三次元タイプ，四次元タイプなどのような多次元に繊維
が配向したC/C材の開発もなされている。 このように、C/C材は、従来の金属系の材料に比べる
と、軽量で強度的に優れしかも耐熱・耐酸化性が比較的
良好であり、熱による損耗や強度低下が少ないといえる
が、例えば、宇宙往還機などのように宇宙での活動後に
大気圏に再突入するような場合には、とくに空力加熱を
受ける部分でかなりの高温となり、C/C材では800℃位と
なったところで表面から酸化消耗してくる。 そこで、C/C材の表面における酸化消耗を抑制するため
の耐酸化表面処理法も開発されている。 この耐酸化表面処理法としては、例えば、10％アルミナ
（Al2O3）,30％珪素（Si）,60％炭化珪素（SiC）からな
る粉末をグラファイト製のレトルト内でC/C材のまわり
に詰め、アルゴン雰囲気中において約1650℃で加熱して
C/C材の表面をSiCに転化させ、この後の冷却過程で、C/
C材とSiCとの間における熱膨張差によって微少なクラッ
クを生ずるので、この微少なクラックをテトラエチルオ
ルトシリケート（TEOS）で処理してSiO2で含浸するよう
にした耐酸化表面処理法があった。また、SiCに生ずる
微少なクラックをシリコン改質剤で処理してSiO2で含浸
するようにした耐酸化表面処理法もあった（例えば、TE
OS処理に関しては、CERAMIC BULLETIN VOL.60,No.11（1
981）に記載されている。）。 （発明が解決しようとする課題） このようなC/C材の表面にTEOS処理を行ったSiC被覆層を
設けた場合には、C/C材が空力加熱を受けて酸化消耗す
るのを防止し、より高温での使用が可能となるが、およ
そ1400℃位に達すると表面のSiCが酸化してSiO2とな
り、このSiO2がおよそ1700℃位で溶融して航行中に飛散
することにより消耗される。 したがって、例えば、空力加熱を受けることによって17
00℃を超えるような温度に加熱されたときでも十分に耐
えうる部材が必要とされる場合には、上記の表面にTEOS
処理を行ったSiC被覆層を設けたC/C材では要求を十分に
満たすことができないという課題があった。 （発明の目的） 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
もので、構造部材として必要な高強度を有していると共
に、耐熱性および耐酸化性にも優れており、例えば、空
力加熱を受けることによって1800℃を超えるような温度
に加熱されたときでも酸化消耗が少なく十分に耐えるこ
とが可能である軽量な耐熱・耐酸化性高強度部材を提供
することを目的としている。
（課題を解決するための手段） 本発明の第１請求項に係る耐熱・耐酸化性高強度部材
は、炭素繊維／炭素複合材の表面部分の一部ないしは全
部に窒化アルミニウム層を有する構成となっていること
を特徴としており、本発明の第２請求項に係る耐熱・耐
酸化性高強度部材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部分
の一部ないしは全部に窒化アルミニウム層を有し、前記
窒化アルミニウム層の表面部分の一部ないしは全部に酸
化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ばれ
る被覆層を有する構成となっていることを特徴としてお
り、本発明の第３請求項に係る耐熱・耐酸化性高強度部
材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部分の一部ないしは
全部に窒化イットリウム層を有する構成となっているこ
とを特徴としており、本発明の第４請求項に係る耐熱・
耐酸化性高強度部材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部
分の一部ないしは全部に窒化イットリウム層を有し、前
記窒化イットリウム層の表面部分の一部ないしは全部に
酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ば
れる被覆層を有する構成となっていることを特徴として
おり、上記のような耐熱・耐酸化性高強度部材の構成を
前述した従来の課題を解決するための手段としている。 本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材において、基材
となる炭素繊維／炭素複合材（C/C材）は、その製造方
法において特に限定されず、例えば、強化材となる炭素
繊維には平織や綾織したものが用いられ、マトリックス
結合材としてはフェノール系，フラン系，ピッチ系など
のものが用いられ、カーボン繊維／フェノール，グラフ
ァイト繊維／フェノール，カーボン繊維／ピッチ，グラ
ファイト繊維／ピッチなどといった素材を一次焼成によ
って炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するために
ピッチ含浸と焼成を繰り返すレジン・チャー法や、カー
ボン繊維またはグラファイト繊維で編んだ骨材に炭化水
素を熱分解して生成する炭素を蒸着する蒸着法や、それ
らの組み合わせ法などによって製造されたものが適用さ
れ、C/C材の製造方法は特に限定されない。 そして、このC/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒
化アルミニウム（AlN）層を有するものとするに際して
は、一実施態様において、密閉容器内に、C/C材からな
る基材とAlNを収容したるつぼとを設置し、密閉容器内
を例えば10-4Torr程度に減圧しそしてArが電離した雰囲
気にして前記C/C基材の表面をスパッタ洗浄する前処理
を行う。次いで、るつぼ内のAlNに対しEBガンにより電
子ビームを照射して前記AlNを蒸発させ、前記スパッタ
洗浄しそして予熱した状態のC/C基材の表面部分の一部
ないし全部にAlNを蒸着させて、例えば、25〜50μｍ程
度の厚さの窒化アルミニウム層を被覆したものとする手
法を採用することができる。 そして、必要に応じて、N2ガスを加圧源とする熱間等静
圧圧縮（HIP）を行うことによって、例えば2000℃程度
の高温で例えば2000Kgf/cm2程度の圧力で加圧し、窒素
が不足しているアルミニウム単体の部分が存在している
可能性がある窒化アルミニウム層にN2を供給して、未反
応のAlが存在しない窒化アルミニウム層に形成するとと
もに、C/C材に対する窒化アルミニウム層のなじみをさ
らに良好なものとする。 このように、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を
有するものとすることによって、構造材として必要な高
強度を有し、耐熱性および耐酸化性にも優れた耐熱・耐
酸化性高強度部材となる。 また、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を有する
ものとする他の実施態様においては、前記密閉容器内の
るつぼに、AlNの代わりにAlを入れておくと共に、密閉
容器内でＮが電離した状態にし、C/C材の表面部分をス
パッタ洗浄したのち、前記Alに電子ビームを照射してAl
を蒸発させ、このAlが雰囲気中のＮと結合した窒化アル
ミニウム層をC/C材の表面部分に形成させるようにする
こともできる。 この場合、密閉容器内の雰囲気は例えば10-4Torr程度の
減圧雰囲気であることから、蒸発したすべてのAlがAlN
に反応しない金属Alを含んだ窒化アルミニウム層がC/C
材の表面に形成される可能性があるが、このようなとき
には、前述したと同様にしてN2ガスを加圧源とする熱間
等静圧圧縮を行い、金属Alのすべてを窒化することによ
り、耐熱・耐酸化性の優れた窒化アルミニウム層が形成
されるようにすることも望ましい。 さらに、C/C材の表面に窒化アルミニウム層を有するも
のとする他の実施態様においては、C/C材の所要表面にA
lN粉等を置いた状態にすると共に加熱装置の内部を真
空,ArまたはN2雰囲気にし、例えば2350℃位まで誘導加
熱を行うことによってAlN粉を溶融状態とし、凝固後にC
/C材の表面部分の一部または全部に窒化アルミニウム層
が形成されているものとすることもできる。この場合、
窒化アルミニウム層がC/C材の少なくとも表面部分に一
部浸透しているような形態とすることももちろん可能で
ある。また、誘導加熱の際の雰囲気は当初において真空
またはArとし、途中から例えば1.5atm程度のN2雰囲気と
して、純金属Alのない窒化アルミニウム層を形成させる
ようになすこともできる。 そして、この場合にも、誘導加熱による窒化アルミニウ
ム層の形成後に、N2ガスを加圧源とした熱間等静圧圧縮
を行うようにすることによって、窒化アルミニウム層の
C/C基材に対するなじみ性がより一層良好なものとなる
ようにすることも必要に応じて望ましい。 また、AlN粉等の代わりにAl粉等をC/C基材の所要表面部
分に置いた状態にすると共に誘導加熱装置の内部を例え
ば1.5atm程度のN2雰囲気にして、誘導加熱を行うことに
より、Alを溶融しかつ必要に応じてC/C基材の表面部分
にAlを一部含浸させるとともにN2と反応させ、これによ
ってC/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化アルミ
ニウム層が形成されるようになすこともできる。 この場合、誘導加熱装置の内部をN2雰囲気とせず、誘導
加熱によってC/C材の表面部分にAl層を形成させ、その
後N2ガスを加圧源とする熱間等静圧圧縮によってC/C材
の表面部分に窒化アルミニウム層を形成させるようにす
ることもできる。 さらに、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を有す
るものとする他の実施態様においては、溶融したAl中に
C/C材を浸漬し、その後N2ガスを加圧源とする熱間等静
圧圧縮を行ったり、N2雰囲気中で誘導加熱を行ったりし
て、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を形成させ
るようにすることもできる。 さらにまた、C/C材の表面部分にイオンプレーティング
によってAl層を形成させ、その後同様にN2ガスを加圧源
とする熱間等静圧圧縮を行ったり、N2雰囲気中で誘導加
熱を行ったりすることにより、C/C材の表面部分に窒化
アルミニウム層を形成させるようにすることもできる。 このように、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を
有するものとすることによって、構造体の強度はC/C材
によって保持されるとともに、耐熱・耐酸化性は窒化ア
ルミニウムによって良好なものとなる。そして、例え
ば、1700℃程度の高温において４時間程度の長時間さら
されるような環境においては、AlNの一部がAl2O3に変化
し、C/C材よりも熱膨張係数の大きいAl2O3が形成され
て、熱膨張係数の差による剥離を生ずることもありうる
が、例えば宇宙往還機の再突入の場合のごとく10分ない
しは20分というような短時間の場合にはさほどの支承は
なく十分に優れた耐熱・耐酸化性を有するものとなって
いる。 次に、前記窒化アルミニウム層の表面部分の一部ないし
は全部に、酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのう
ちから選ばれる被覆層を有するものとするに際しては、
例えば、上記酸化ハフニウム（HfO2）および／または酸
化ジルコニウム（ZrO2）の粉末を用いたプラズマ溶射を
行うことによって、例えば、0.1〜0.2mm程度の厚さのHf
O2やZrO2よりなる被覆層を形成させる。 したがって、酸化ハフニウム（HfO2）の融点は約2800
℃，酸化ジルコニウム（ZrO2）の融点は約2700℃であっ
て、耐熱・耐酸化性に著しく優れたものであり、酸素を
含有する高温度の雰囲気中で酸化消耗を生じたときに
は、酸化ハフニウム粉末および／または酸化ジルコニウ
ム粉末を用いたプラズマ溶射を再度行うことによって、
表面部分に窒化アルミニウム層を有するC/C材の再使用
が可能となる。 次に、C/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化イッ
トリウム（YN）層を有するものとする実施態様において
は、密閉容器内に、C/C材からなる基材とYNを収容した
るつぼとを設置し、密閉容器内を例えば10-4Torr程度に
減圧すると共にArが電離した雰囲気にして基材表面をス
パッタ洗浄し、次いでるつぼ内のYNに電子ビームを照射
して前記YNを蒸発させ、基材の表面部分の一部ないし全
部にYNを蒸着させて、例えば、25〜50μｍ程度の窒化イ
ットリウム層を被覆したものとする手法を採用すること
ができる。 そして、必要に応じて、N2ガスを加圧源とした熱間等静
圧圧縮を行うことによって、例えば2000℃程度の高温で
かつ2000Kgf/cm2程度に高温加圧し、YN分子の安定化を
はかるとともに、C/C材に対する窒化イットリウム層の
なじみをさらに良好なものとする。 このように、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を
有するものとすることによって、構造材として必要な高
強度を有し、耐熱性および耐酸化性にも優れた耐熱・耐
酸化性高強度部材となる。 また、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を有する
ものとする他の実施態様においては、前記密閉容器内の
るつぼに、YNの代わりにＹを入れておくとともに、密閉
容器内でＮが電離した雰囲気に形成しておき、C/C材の
表面をスパッタ洗浄したのち、前記Ｙに電子ビームを照
射してＹを蒸発させ、このＹが雰囲気中のＮと結合した
窒化イットリウム層をC/C材の表面部分に形成させるよ
うにすることもできる。 そして、この場合にも必要に応じてN2ガスを加圧源とす
る熱間等静圧圧縮を行うことによって、YN分子構造の安
定化をはかると共に、窒化イットリウムのC/C材に対す
るなじみを良好なものにできるようにすることも望まし
い。 さらに、C/C材の表面に窒化イットリウム層を有するも
のとする他の実施態様においては、C/C材の所要表面にY
N粉等を置いた状態にすると共に加熱装置の内部を真空,
ArまたはN2雰囲気にして誘導加熱することにより、YNを
溶融状態とし、凝固後にC/C材の表面部分の一部ないし
は全部に窒化イットリウム層が形成されているものとな
すようにすることもできる。この場合、窒化イットリウ
ム層がC/C材の少なくとも表面部分に一部浸透している
ような形態とすることももちろん可能である。また、必
要に応じてN2ガスを加圧源とした熱間等静圧圧縮を行う
ようにして、窒化イットリウム層のC/C材に対するなじ
みをさらに良好なものとすることもできる。 また、上記実施態様の場合には、YN粉を用いているが、
C/C材の所要表面にＹ粉を置いた状態にすると共に加熱
装置の内部を例えば1.5atm程度のN2雰囲気にして、誘導
加熱することにより、Ｙを溶融しかつ必要に応じてC/C
材の表面部分にＹを一部含浸させると共にN2と反応させ
て、C/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化イット
リウム層が形成されるようになすこともできる。 この場合、誘導加熱装置の内部をN2雰囲気とせず、誘導
加熱によってC/C材の表面部分にＹ層を形成させ、その
後N2ガスを加圧源とする熱間等静圧圧縮を行うことによ
って、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を形成さ
せるようにすることもできる。 次に、前記窒化イットリウム層の表面部分の一部または
全部に、さらに酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウム
のうちから選ばれる被覆層を有するものとするに際して
は、例えば、上記酸化ハフニウム（HfO2）の粉末や酸化
ジルコニウム（ZrO2）の粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、例えば、0.1〜0.2mm程度の厚さのHfO2
やZrO2よりなる被覆層を形成させる。 そして、この実施態様における耐熱・耐酸化性高強度部
材において、酸化ハフニウム（HfO2）の融点は約2800
℃，酸化ジルコニウム（ZrO2）の融点は約2700℃であっ
て、耐熱・耐酸化性に著しく優れたものであり、高温の
酸化雰囲気中においた場合にＹが一部酸化してY2O3とな
り、このY2O3はZrO2の安定化に寄与するものとなる。ま
た、表層部分の酸化消耗を生じたときには、酸化ハフニ
ウム粉末および／または酸化ジルコニウム粉末を用いた
プラズマ溶射を再度行うことによって、表面部分に窒化
イットリウム層を有するC/C材の再使用が可能となる。 （発明の作用） 本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材は、炭素繊維／
炭素複合材（C/C材）の表面部分の一部または全部に、
融点が約2300℃でかつ低熱膨張係数の窒化アルミニウム
および融点が約2600℃でかつ低熱膨張係数の窒化イット
リウムのうちから選ばれる窒化物層を有するものである
から、C/C材を基材としていることにより高強度を有す
るものとなっており、かつまた表面部分に高融点でかつ
低熱膨張係数の窒化物層を有していることにより耐熱性
および耐酸化性が良好であってしかも表層部分の剥離が
生じがたいものとなっている。 また、必要に応じて、前記窒化アルミニウム層および窒
化イットリウム層のうちから選ばれる窒化物層の表面部
分の一部または全部に、融点が約2800℃の酸化ハフニウ
ムおよび融点が約2700℃の酸化ジルコニウムのうちから
選ばれる被覆層を有しているものとした場合に、耐熱性
および耐酸化性はより一層優れたものとなっている。そ
して、この場合に、C/C材の熱膨張係数と、酸化ハフニ
ウムおよび酸化ジルコニウムの熱膨張係数との間に差は
存在するが、これらの間に熱膨張係数の小さい窒化アル
ミニウムや窒化イットリウムが介在しているので、高温
時における熱膨張係数の差にもとづく剥離のおそれは、
著しく小さなものとなる。 （実施例） 次に、本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材の実施例
を比較例とともに説明する。 実施例１ 厚さ1.5mmのC/C材とAlNを収容したるつぼとを密閉容器
内に設置し、この密閉容器内を10-4TorrのAr電離雰囲気
にして、前記C/C材の表面をスパッタ洗浄し、EBガンよ
りるつぼ内のAlNに対して電子ビームを照射することに
よって、このAlNを蒸発させ、450℃に予熱したC/C材の
表面にAlNを40μｍの厚さで付着させ、次いで熱間等静
圧圧縮により温度2000℃，圧力2000KgF/cm2の条件での
加熱加圧を行って、C/C材の表面部分に窒化アルミニウ
ム層を有する実施例１の耐熱・耐酸化性高強度部材を作
製し、後記する評価試験に供した。 実施例２ 実施例１において作製したC/C材の表面部分に窒化アル
ミニウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ハフニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行う
ことによって、窒化アルミニウム層の表面部分に厚さ0.
18mmの酸化ハフニウム層を有する実施例２の耐熱・耐酸
化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供した。 実施例３ 実施例１において作製したC/C材の表面部分に窒化アル
ミニウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、窒化アルミニウム層の表面部分に厚さ
0.18mmの酸化ジルコニウム層を有する実施例３の耐熱・
耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供し
た。 実施例４ 厚さ1.5mmのC/C材とYNを収容したるつぼとを密閉容器内
に設置し、この密閉容器内を10-4TorrのAr電離雰囲気に
して、前記C/C材の表面をスパッタ洗浄し、EBガンより
るつぼ内のYNに対して電子ビームを照射することによっ
て、このYNを蒸発させ、450℃に予熱したC/C材の表面に
YNを40μｍの厚さで付着させ、次いで熱間等静圧圧縮に
より温度2000℃，圧力2000Kgf/cm2の条件での加熱加圧
を行って、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を有
する実施例４の耐熱・耐酸化性高強度部材を作製し、後
記する評価試験に供した。 実施例５ 実施例４において作製したC/C材の表面部分に窒化イッ
トリウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ハフニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行う
ことによって、窒化イットリウム層の表面部分に厚さ0.
18mmの酸化ハフニウム層を有する実施例５の耐熱・耐酸
化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供した。 実施例６ 実施例４において作製したC/C材の表面部分に窒化イッ
トリウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、窒化イットリウム層の表面部分に厚さ
0.18mmの酸化ジルコニウム層を有する実施例６の耐熱・
耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供し
た。 比較例１ 厚さ1.5mmのC/C材を何んら表面被覆することなく比較例
１の供試材として後記する評価試験に供した。 比較例２ 密閉容器内で、厚さ1.5mmのC/C材のまわりに、10％Al2O
3−30％Si−60％SiCからなる粉末を詰め、Ar雰囲気中で
1650℃に加熱して,C/C材の表面をSiCに転化させ、冷却
過程で熱膨張係数差により発生するクラック中に、テト
ラエチルオルトシリケート（TEOS）で処理してSiO2を含
浸させた比較例２の供試材を作製し、後記する評価試験
に供した。 比較例３ 厚さ1.5mmのC/C材の表面部分に、酸化ジルコニウム粉末
を用いたプラズマ溶射を行うことによって、厚さ0.18mm
の酸化ジルコニウム層を形成させたが、冷却過程で酸化
ジルコニウム層にクラックが生じて剥離したため、後記
する評価試験に供することはできなかった。 評価試験例 実施例１〜６において作製した供試材と、比較例1,2に
おいて用意した供試材とについて、1600℃×10分の大気
中プラズマトーチ加熱,1700℃×10分の大気中プラズマ
トーチ加熱、および2000℃×10分の大気中プラズマトー
チ加熱を行って、加熱後の酸化消耗量（１平方メートル
あたりの重量減少量）を調べることにより耐熱・耐酸化
性を評価した。この結果を第１表に示す。なお、第１表
における（）内の数値は、重量減少量により算出した板
厚減少量を示している。また、「使用不能」とは、板厚
減少量が1mm以上であったものを示している。 第１表に示すように、C/C材の表面部分に窒化アルミニ
ウム層を有する実施例１および窒化イットリウム層を有
する実施例４の場合には、これらの層を有しないC/C材
そのものである比較例１の場合に比べて、耐熱・耐酸化
性がかなり向上していることが明らかであり、窒化アル
ミニウム層を有する実施例１の場合にはC/C材表面にSiC
被覆およびTEOS処理を施した比較例２の場合よりも耐熱
・耐酸化性に優れていることが認められ、窒化アルミニ
ウム層の表面部分にさらに酸化ハフニウム層および酸化
ジルコニウム層をそれぞれ被覆した実施例２および実施
例３の場合、ならびに窒化イットリウム層の表面部分に
さらに酸化ハフニウム層および酸化ジルコニウム層をそ
れぞれ被覆した実施例５および実施例６の場合には、耐
熱・耐酸化性がさらに向上していることが認められ、宇
宙往還機の大気圏再突入時において1900〜1950℃程度に
まで温度上昇した場合にも十分に耐え得るものであるこ
とが確かめられた。
は、炭素繊維／炭素複合材の表面部分の一部ないしは全
部に窒化アルミニウム層を有する構成となっていること
を特徴としており、本発明の第２請求項に係る耐熱・耐
酸化性高強度部材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部分
の一部ないしは全部に窒化アルミニウム層を有し、前記
窒化アルミニウム層の表面部分の一部ないしは全部に酸
化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ばれ
る被覆層を有する構成となっていることを特徴としてお
り、本発明の第３請求項に係る耐熱・耐酸化性高強度部
材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部分の一部ないしは
全部に窒化イットリウム層を有する構成となっているこ
とを特徴としており、本発明の第４請求項に係る耐熱・
耐酸化性高強度部材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部
分の一部ないしは全部に窒化イットリウム層を有し、前
記窒化イットリウム層の表面部分の一部ないしは全部に
酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ば
れる被覆層を有する構成となっていることを特徴として
おり、上記のような耐熱・耐酸化性高強度部材の構成を
前述した従来の課題を解決するための手段としている。 本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材において、基材
となる炭素繊維／炭素複合材（C/C材）は、その製造方
法において特に限定されず、例えば、強化材となる炭素
繊維には平織や綾織したものが用いられ、マトリックス
結合材としてはフェノール系，フラン系，ピッチ系など
のものが用いられ、カーボン繊維／フェノール，グラフ
ァイト繊維／フェノール，カーボン繊維／ピッチ，グラ
ファイト繊維／ピッチなどといった素材を一次焼成によ
って炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するために
ピッチ含浸と焼成を繰り返すレジン・チャー法や、カー
ボン繊維またはグラファイト繊維で編んだ骨材に炭化水
素を熱分解して生成する炭素を蒸着する蒸着法や、それ
らの組み合わせ法などによって製造されたものが適用さ
れ、C/C材の製造方法は特に限定されない。 そして、このC/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒
化アルミニウム（AlN）層を有するものとするに際して
は、一実施態様において、密閉容器内に、C/C材からな
る基材とAlNを収容したるつぼとを設置し、密閉容器内
を例えば10-4Torr程度に減圧しそしてArが電離した雰囲
気にして前記C/C基材の表面をスパッタ洗浄する前処理
を行う。次いで、るつぼ内のAlNに対しEBガンにより電
子ビームを照射して前記AlNを蒸発させ、前記スパッタ
洗浄しそして予熱した状態のC/C基材の表面部分の一部
ないし全部にAlNを蒸着させて、例えば、25〜50μｍ程
度の厚さの窒化アルミニウム層を被覆したものとする手
法を採用することができる。 そして、必要に応じて、N2ガスを加圧源とする熱間等静
圧圧縮（HIP）を行うことによって、例えば2000℃程度
の高温で例えば2000Kgf/cm2程度の圧力で加圧し、窒素
が不足しているアルミニウム単体の部分が存在している
可能性がある窒化アルミニウム層にN2を供給して、未反
応のAlが存在しない窒化アルミニウム層に形成するとと
もに、C/C材に対する窒化アルミニウム層のなじみをさ
らに良好なものとする。 このように、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を
有するものとすることによって、構造材として必要な高
強度を有し、耐熱性および耐酸化性にも優れた耐熱・耐
酸化性高強度部材となる。 また、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を有する
ものとする他の実施態様においては、前記密閉容器内の
るつぼに、AlNの代わりにAlを入れておくと共に、密閉
容器内でＮが電離した状態にし、C/C材の表面部分をス
パッタ洗浄したのち、前記Alに電子ビームを照射してAl
を蒸発させ、このAlが雰囲気中のＮと結合した窒化アル
ミニウム層をC/C材の表面部分に形成させるようにする
こともできる。 この場合、密閉容器内の雰囲気は例えば10-4Torr程度の
減圧雰囲気であることから、蒸発したすべてのAlがAlN
に反応しない金属Alを含んだ窒化アルミニウム層がC/C
材の表面に形成される可能性があるが、このようなとき
には、前述したと同様にしてN2ガスを加圧源とする熱間
等静圧圧縮を行い、金属Alのすべてを窒化することによ
り、耐熱・耐酸化性の優れた窒化アルミニウム層が形成
されるようにすることも望ましい。 さらに、C/C材の表面に窒化アルミニウム層を有するも
のとする他の実施態様においては、C/C材の所要表面にA
lN粉等を置いた状態にすると共に加熱装置の内部を真
空,ArまたはN2雰囲気にし、例えば2350℃位まで誘導加
熱を行うことによってAlN粉を溶融状態とし、凝固後にC
/C材の表面部分の一部または全部に窒化アルミニウム層
が形成されているものとすることもできる。この場合、
窒化アルミニウム層がC/C材の少なくとも表面部分に一
部浸透しているような形態とすることももちろん可能で
ある。また、誘導加熱の際の雰囲気は当初において真空
またはArとし、途中から例えば1.5atm程度のN2雰囲気と
して、純金属Alのない窒化アルミニウム層を形成させる
ようになすこともできる。 そして、この場合にも、誘導加熱による窒化アルミニウ
ム層の形成後に、N2ガスを加圧源とした熱間等静圧圧縮
を行うようにすることによって、窒化アルミニウム層の
C/C基材に対するなじみ性がより一層良好なものとなる
ようにすることも必要に応じて望ましい。 また、AlN粉等の代わりにAl粉等をC/C基材の所要表面部
分に置いた状態にすると共に誘導加熱装置の内部を例え
ば1.5atm程度のN2雰囲気にして、誘導加熱を行うことに
より、Alを溶融しかつ必要に応じてC/C基材の表面部分
にAlを一部含浸させるとともにN2と反応させ、これによ
ってC/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化アルミ
ニウム層が形成されるようになすこともできる。 この場合、誘導加熱装置の内部をN2雰囲気とせず、誘導
加熱によってC/C材の表面部分にAl層を形成させ、その
後N2ガスを加圧源とする熱間等静圧圧縮によってC/C材
の表面部分に窒化アルミニウム層を形成させるようにす
ることもできる。 さらに、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を有す
るものとする他の実施態様においては、溶融したAl中に
C/C材を浸漬し、その後N2ガスを加圧源とする熱間等静
圧圧縮を行ったり、N2雰囲気中で誘導加熱を行ったりし
て、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を形成させ
るようにすることもできる。 さらにまた、C/C材の表面部分にイオンプレーティング
によってAl層を形成させ、その後同様にN2ガスを加圧源
とする熱間等静圧圧縮を行ったり、N2雰囲気中で誘導加
熱を行ったりすることにより、C/C材の表面部分に窒化
アルミニウム層を形成させるようにすることもできる。 このように、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を
有するものとすることによって、構造体の強度はC/C材
によって保持されるとともに、耐熱・耐酸化性は窒化ア
ルミニウムによって良好なものとなる。そして、例え
ば、1700℃程度の高温において４時間程度の長時間さら
されるような環境においては、AlNの一部がAl2O3に変化
し、C/C材よりも熱膨張係数の大きいAl2O3が形成され
て、熱膨張係数の差による剥離を生ずることもありうる
が、例えば宇宙往還機の再突入の場合のごとく10分ない
しは20分というような短時間の場合にはさほどの支承は
なく十分に優れた耐熱・耐酸化性を有するものとなって
いる。 次に、前記窒化アルミニウム層の表面部分の一部ないし
は全部に、酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのう
ちから選ばれる被覆層を有するものとするに際しては、
例えば、上記酸化ハフニウム（HfO2）および／または酸
化ジルコニウム（ZrO2）の粉末を用いたプラズマ溶射を
行うことによって、例えば、0.1〜0.2mm程度の厚さのHf
O2やZrO2よりなる被覆層を形成させる。 したがって、酸化ハフニウム（HfO2）の融点は約2800
℃，酸化ジルコニウム（ZrO2）の融点は約2700℃であっ
て、耐熱・耐酸化性に著しく優れたものであり、酸素を
含有する高温度の雰囲気中で酸化消耗を生じたときに
は、酸化ハフニウム粉末および／または酸化ジルコニウ
ム粉末を用いたプラズマ溶射を再度行うことによって、
表面部分に窒化アルミニウム層を有するC/C材の再使用
が可能となる。 次に、C/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化イッ
トリウム（YN）層を有するものとする実施態様において
は、密閉容器内に、C/C材からなる基材とYNを収容した
るつぼとを設置し、密閉容器内を例えば10-4Torr程度に
減圧すると共にArが電離した雰囲気にして基材表面をス
パッタ洗浄し、次いでるつぼ内のYNに電子ビームを照射
して前記YNを蒸発させ、基材の表面部分の一部ないし全
部にYNを蒸着させて、例えば、25〜50μｍ程度の窒化イ
ットリウム層を被覆したものとする手法を採用すること
ができる。 そして、必要に応じて、N2ガスを加圧源とした熱間等静
圧圧縮を行うことによって、例えば2000℃程度の高温で
かつ2000Kgf/cm2程度に高温加圧し、YN分子の安定化を
はかるとともに、C/C材に対する窒化イットリウム層の
なじみをさらに良好なものとする。 このように、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を
有するものとすることによって、構造材として必要な高
強度を有し、耐熱性および耐酸化性にも優れた耐熱・耐
酸化性高強度部材となる。 また、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を有する
ものとする他の実施態様においては、前記密閉容器内の
るつぼに、YNの代わりにＹを入れておくとともに、密閉
容器内でＮが電離した雰囲気に形成しておき、C/C材の
表面をスパッタ洗浄したのち、前記Ｙに電子ビームを照
射してＹを蒸発させ、このＹが雰囲気中のＮと結合した
窒化イットリウム層をC/C材の表面部分に形成させるよ
うにすることもできる。 そして、この場合にも必要に応じてN2ガスを加圧源とす
る熱間等静圧圧縮を行うことによって、YN分子構造の安
定化をはかると共に、窒化イットリウムのC/C材に対す
るなじみを良好なものにできるようにすることも望まし
い。 さらに、C/C材の表面に窒化イットリウム層を有するも
のとする他の実施態様においては、C/C材の所要表面にY
N粉等を置いた状態にすると共に加熱装置の内部を真空,
ArまたはN2雰囲気にして誘導加熱することにより、YNを
溶融状態とし、凝固後にC/C材の表面部分の一部ないし
は全部に窒化イットリウム層が形成されているものとな
すようにすることもできる。この場合、窒化イットリウ
ム層がC/C材の少なくとも表面部分に一部浸透している
ような形態とすることももちろん可能である。また、必
要に応じてN2ガスを加圧源とした熱間等静圧圧縮を行う
ようにして、窒化イットリウム層のC/C材に対するなじ
みをさらに良好なものとすることもできる。 また、上記実施態様の場合には、YN粉を用いているが、
C/C材の所要表面にＹ粉を置いた状態にすると共に加熱
装置の内部を例えば1.5atm程度のN2雰囲気にして、誘導
加熱することにより、Ｙを溶融しかつ必要に応じてC/C
材の表面部分にＹを一部含浸させると共にN2と反応させ
て、C/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化イット
リウム層が形成されるようになすこともできる。 この場合、誘導加熱装置の内部をN2雰囲気とせず、誘導
加熱によってC/C材の表面部分にＹ層を形成させ、その
後N2ガスを加圧源とする熱間等静圧圧縮を行うことによ
って、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を形成さ
せるようにすることもできる。 次に、前記窒化イットリウム層の表面部分の一部または
全部に、さらに酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウム
のうちから選ばれる被覆層を有するものとするに際して
は、例えば、上記酸化ハフニウム（HfO2）の粉末や酸化
ジルコニウム（ZrO2）の粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、例えば、0.1〜0.2mm程度の厚さのHfO2
やZrO2よりなる被覆層を形成させる。 そして、この実施態様における耐熱・耐酸化性高強度部
材において、酸化ハフニウム（HfO2）の融点は約2800
℃，酸化ジルコニウム（ZrO2）の融点は約2700℃であっ
て、耐熱・耐酸化性に著しく優れたものであり、高温の
酸化雰囲気中においた場合にＹが一部酸化してY2O3とな
り、このY2O3はZrO2の安定化に寄与するものとなる。ま
た、表層部分の酸化消耗を生じたときには、酸化ハフニ
ウム粉末および／または酸化ジルコニウム粉末を用いた
プラズマ溶射を再度行うことによって、表面部分に窒化
イットリウム層を有するC/C材の再使用が可能となる。 （発明の作用） 本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材は、炭素繊維／
炭素複合材（C/C材）の表面部分の一部または全部に、
融点が約2300℃でかつ低熱膨張係数の窒化アルミニウム
および融点が約2600℃でかつ低熱膨張係数の窒化イット
リウムのうちから選ばれる窒化物層を有するものである
から、C/C材を基材としていることにより高強度を有す
るものとなっており、かつまた表面部分に高融点でかつ
低熱膨張係数の窒化物層を有していることにより耐熱性
および耐酸化性が良好であってしかも表層部分の剥離が
生じがたいものとなっている。 また、必要に応じて、前記窒化アルミニウム層および窒
化イットリウム層のうちから選ばれる窒化物層の表面部
分の一部または全部に、融点が約2800℃の酸化ハフニウ
ムおよび融点が約2700℃の酸化ジルコニウムのうちから
選ばれる被覆層を有しているものとした場合に、耐熱性
および耐酸化性はより一層優れたものとなっている。そ
して、この場合に、C/C材の熱膨張係数と、酸化ハフニ
ウムおよび酸化ジルコニウムの熱膨張係数との間に差は
存在するが、これらの間に熱膨張係数の小さい窒化アル
ミニウムや窒化イットリウムが介在しているので、高温
時における熱膨張係数の差にもとづく剥離のおそれは、
著しく小さなものとなる。 （実施例） 次に、本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材の実施例
を比較例とともに説明する。 実施例１ 厚さ1.5mmのC/C材とAlNを収容したるつぼとを密閉容器
内に設置し、この密閉容器内を10-4TorrのAr電離雰囲気
にして、前記C/C材の表面をスパッタ洗浄し、EBガンよ
りるつぼ内のAlNに対して電子ビームを照射することに
よって、このAlNを蒸発させ、450℃に予熱したC/C材の
表面にAlNを40μｍの厚さで付着させ、次いで熱間等静
圧圧縮により温度2000℃，圧力2000KgF/cm2の条件での
加熱加圧を行って、C/C材の表面部分に窒化アルミニウ
ム層を有する実施例１の耐熱・耐酸化性高強度部材を作
製し、後記する評価試験に供した。 実施例２ 実施例１において作製したC/C材の表面部分に窒化アル
ミニウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ハフニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行う
ことによって、窒化アルミニウム層の表面部分に厚さ0.
18mmの酸化ハフニウム層を有する実施例２の耐熱・耐酸
化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供した。 実施例３ 実施例１において作製したC/C材の表面部分に窒化アル
ミニウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、窒化アルミニウム層の表面部分に厚さ
0.18mmの酸化ジルコニウム層を有する実施例３の耐熱・
耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供し
た。 実施例４ 厚さ1.5mmのC/C材とYNを収容したるつぼとを密閉容器内
に設置し、この密閉容器内を10-4TorrのAr電離雰囲気に
して、前記C/C材の表面をスパッタ洗浄し、EBガンより
るつぼ内のYNに対して電子ビームを照射することによっ
て、このYNを蒸発させ、450℃に予熱したC/C材の表面に
YNを40μｍの厚さで付着させ、次いで熱間等静圧圧縮に
より温度2000℃，圧力2000Kgf/cm2の条件での加熱加圧
を行って、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を有
する実施例４の耐熱・耐酸化性高強度部材を作製し、後
記する評価試験に供した。 実施例５ 実施例４において作製したC/C材の表面部分に窒化イッ
トリウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ハフニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行う
ことによって、窒化イットリウム層の表面部分に厚さ0.
18mmの酸化ハフニウム層を有する実施例５の耐熱・耐酸
化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供した。 実施例６ 実施例４において作製したC/C材の表面部分に窒化イッ
トリウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、窒化イットリウム層の表面部分に厚さ
0.18mmの酸化ジルコニウム層を有する実施例６の耐熱・
耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供し
た。 比較例１ 厚さ1.5mmのC/C材を何んら表面被覆することなく比較例
１の供試材として後記する評価試験に供した。 比較例２ 密閉容器内で、厚さ1.5mmのC/C材のまわりに、10％Al2O
3−30％Si−60％SiCからなる粉末を詰め、Ar雰囲気中で
1650℃に加熱して,C/C材の表面をSiCに転化させ、冷却
過程で熱膨張係数差により発生するクラック中に、テト
ラエチルオルトシリケート（TEOS）で処理してSiO2を含
浸させた比較例２の供試材を作製し、後記する評価試験
に供した。 比較例３ 厚さ1.5mmのC/C材の表面部分に、酸化ジルコニウム粉末
を用いたプラズマ溶射を行うことによって、厚さ0.18mm
の酸化ジルコニウム層を形成させたが、冷却過程で酸化
ジルコニウム層にクラックが生じて剥離したため、後記
する評価試験に供することはできなかった。 評価試験例 実施例１〜６において作製した供試材と、比較例1,2に
おいて用意した供試材とについて、1600℃×10分の大気
中プラズマトーチ加熱,1700℃×10分の大気中プラズマ
トーチ加熱、および2000℃×10分の大気中プラズマトー
チ加熱を行って、加熱後の酸化消耗量（１平方メートル
あたりの重量減少量）を調べることにより耐熱・耐酸化
性を評価した。この結果を第１表に示す。なお、第１表
における（）内の数値は、重量減少量により算出した板
厚減少量を示している。また、「使用不能」とは、板厚
減少量が1mm以上であったものを示している。 第１表に示すように、C/C材の表面部分に窒化アルミニ
ウム層を有する実施例１および窒化イットリウム層を有
する実施例４の場合には、これらの層を有しないC/C材
そのものである比較例１の場合に比べて、耐熱・耐酸化
性がかなり向上していることが明らかであり、窒化アル
ミニウム層を有する実施例１の場合にはC/C材表面にSiC
被覆およびTEOS処理を施した比較例２の場合よりも耐熱
・耐酸化性に優れていることが認められ、窒化アルミニ
ウム層の表面部分にさらに酸化ハフニウム層および酸化
ジルコニウム層をそれぞれ被覆した実施例２および実施
例３の場合、ならびに窒化イットリウム層の表面部分に
さらに酸化ハフニウム層および酸化ジルコニウム層をそ
れぞれ被覆した実施例５および実施例６の場合には、耐
熱・耐酸化性がさらに向上していることが認められ、宇
宙往還機の大気圏再突入時において1900〜1950℃程度に
まで温度上昇した場合にも十分に耐え得るものであるこ
とが確かめられた。
以上説明してきたように、本発明に係る耐熱・耐酸化性
高強度部材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化
アルミニウム層または窒化イットリウム層を有し、必要
に応じてそれらの上にさらに酸化ハフニウムおよび酸化
ジルコニウムのうちから選ばれる被覆層を有する構成と
なっているものであるから、炭素繊維／炭素複合材を基
材とすることにより高強度が得られると共に、熱膨張係
数が炭素繊維／炭素複合材の熱膨張係数に近い窒化アル
ミニウムまたは窒化イットリウムを表面部分に有してい
ることから、高温酸化雰囲気中での炭素繊維／炭素複合
材の酸化消耗を防止して耐熱・耐酸化性の良好なものに
なっていると同時に、熱膨張係数差に起因する窒化アル
ミニウム層および窒化イットリウム層のクラックないし
は剥離の発生を防ぐものになっており、窒化アルミニウ
ム層および窒化イットリウム層の表面部分にさらに酸化
ハフニウムや酸化ジルコニウムから選ばれる被覆層を有
するものとすることによって、耐熱・耐酸化性はさらに
向上したものにすることが可能であり、炭素繊維／炭素
複合材と酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムとの間には
熱膨張係数に差があるものの、これらの間に前記酸化ハ
フニウムや酸化ジルコニウムの熱膨張係数よりも小さい
熱膨張係数の窒化アルミニウム層や窒化イットリウム層
が介在されていることとなるので、酸化ハフニウムや酸
化ジルコニウムからなる被覆層のクラックないしは剥離
の発生を防ぐことが可能であり、例えば、空力加熱を受
けることによって1800℃を超えるような温度に加熱され
たときでも酸化消耗が著しく少なく十分に耐え得るもの
であるという非常に優れた効果がもたらされる。
高強度部材は、炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化
アルミニウム層または窒化イットリウム層を有し、必要
に応じてそれらの上にさらに酸化ハフニウムおよび酸化
ジルコニウムのうちから選ばれる被覆層を有する構成と
なっているものであるから、炭素繊維／炭素複合材を基
材とすることにより高強度が得られると共に、熱膨張係
数が炭素繊維／炭素複合材の熱膨張係数に近い窒化アル
ミニウムまたは窒化イットリウムを表面部分に有してい
ることから、高温酸化雰囲気中での炭素繊維／炭素複合
材の酸化消耗を防止して耐熱・耐酸化性の良好なものに
なっていると同時に、熱膨張係数差に起因する窒化アル
ミニウム層および窒化イットリウム層のクラックないし
は剥離の発生を防ぐものになっており、窒化アルミニウ
ム層および窒化イットリウム層の表面部分にさらに酸化
ハフニウムや酸化ジルコニウムから選ばれる被覆層を有
するものとすることによって、耐熱・耐酸化性はさらに
向上したものにすることが可能であり、炭素繊維／炭素
複合材と酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムとの間には
熱膨張係数に差があるものの、これらの間に前記酸化ハ
フニウムや酸化ジルコニウムの熱膨張係数よりも小さい
熱膨張係数の窒化アルミニウム層や窒化イットリウム層
が介在されていることとなるので、酸化ハフニウムや酸
化ジルコニウムからなる被覆層のクラックないしは剥離
の発生を防ぐことが可能であり、例えば、空力加熱を受
けることによって1800℃を超えるような温度に加熱され
たときでも酸化消耗が著しく少なく十分に耐え得るもの
であるという非常に優れた効果がもたらされる。
Claims (4)
- 【請求項１】炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化ア
ルミニウム層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化性
高強度部材。 - 【請求項２】炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化ア
ルミニウム層を有し、前記窒化アルミニウム層の表面部
分に酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから
選ばれる被覆層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化
性高強度部材。 - 【請求項３】炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化イ
ットリウム層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化性
高強度部材。 - 【請求項４】炭素繊維／炭素複合材の表面部分に窒化イ
ットリウム層を有し、前記窒化イットリウム層の表面部
分に酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから
選ばれる被覆層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化
性高強度部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63223758A JPH0735314B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 耐熱・耐酸化性高強度部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63223758A JPH0735314B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 耐熱・耐酸化性高強度部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274581A JPH0274581A (ja) | 1990-03-14 |
| JPH0735314B2 true JPH0735314B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=16803252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63223758A Expired - Lifetime JPH0735314B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 耐熱・耐酸化性高強度部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0735314B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107460424B (zh) * | 2017-08-23 | 2020-01-21 | 江苏丰辉高空建筑防腐有限公司 | 耐磨耐蚀纳米氮化铝复合涂层 |
-
1988
- 1988-09-06 JP JP63223758A patent/JPH0735314B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0274581A (ja) | 1990-03-14 |
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