JPH08325085A - セラミックコーティング - Google Patents
セラミックコーティングInfo
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- JPH08325085A JPH08325085A JP12775095A JP12775095A JPH08325085A JP H08325085 A JPH08325085 A JP H08325085A JP 12775095 A JP12775095 A JP 12775095A JP 12775095 A JP12775095 A JP 12775095A JP H08325085 A JPH08325085 A JP H08325085A
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- oxide film
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
- C04B41/5027—Oxide ceramics in general; Specific oxide ceramics not covered by C04B41/5029 - C04B41/5051
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
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- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】保護膜である物理蒸着（ＰＶＤ）による酸化物
膜を、酸化膜と化学気相蒸着膜を中間層として、基材に
コーテイングする。 【効果】保護膜である物理蒸着による酸化物膜自体の耐
酸化性が優れるとともに、保護膜と基材間の密着性が中
間層の化学的親和性およびアンカ効果が増し保護膜の形
成が可能である。
膜を、酸化膜と化学気相蒸着膜を中間層として、基材に
コーテイングする。 【効果】保護膜である物理蒸着による酸化物膜自体の耐
酸化性が優れるとともに、保護膜と基材間の密着性が中
間層の化学的親和性およびアンカ効果が増し保護膜の形
成が可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックコーテイング
に係り、特に、セラミック部材の高温における耐酸化性
を向上させる手法およびコーテイング膜構造に関する。
に係り、特に、セラミック部材の高温における耐酸化性
を向上させる手法およびコーテイング膜構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは耐熱性，高温強度等に優
れ、ガスタービン，エンジン等の高温部材として期待さ
れている。一般に、高温強度部材用セラミックスは、１
０００℃以上の高温領域での強度に優れる窒化珪素（Ｓ
ｉ3Ｎ4）もしくは炭化珪素（ＳｉＣ）が使用される。し
かし、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）で１３００℃以上，炭化珪
素（ＳｉＣ）で１５００℃以上の温度領域では、耐酸化
性の限界を越え、長時間使用した場合、表面には二酸化
珪素（ＳｉＯ2 ）の皮膜が形成されるか皮膜のはく離に
よる減肉が生じ、劣化による信頼性を損なう。
れ、ガスタービン，エンジン等の高温部材として期待さ
れている。一般に、高温強度部材用セラミックスは、１
０００℃以上の高温領域での強度に優れる窒化珪素（Ｓ
ｉ3Ｎ4）もしくは炭化珪素（ＳｉＣ）が使用される。し
かし、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）で１３００℃以上，炭化珪
素（ＳｉＣ）で１５００℃以上の温度領域では、耐酸化
性の限界を越え、長時間使用した場合、表面には二酸化
珪素（ＳｉＯ2 ）の皮膜が形成されるか皮膜のはく離に
よる減肉が生じ、劣化による信頼性を損なう。
【０００３】ガスタービン等でこのようなセラミックス
の高温酸化の欠点を補償するための従来技術は、特開平
4−297721 号公報のように窒化珪素系材料の表面に熱化
学気相蒸着（熱ＣＶＤ）により炭化珪素の保護膜をコー
テイングする例、また、日本セラミックス協会秋季シン
ポジウム予稿集にみられるように、プラズマ溶射により
ジルコニア（ＺｒＯ2 ）を保護膜として設けた例があ
る。
の高温酸化の欠点を補償するための従来技術は、特開平
4−297721 号公報のように窒化珪素系材料の表面に熱化
学気相蒸着（熱ＣＶＤ）により炭化珪素の保護膜をコー
テイングする例、また、日本セラミックス協会秋季シン
ポジウム予稿集にみられるように、プラズマ溶射により
ジルコニア（ＺｒＯ2 ）を保護膜として設けた例があ
る。
【０００４】従来技術のうち、熱化学気相蒸着（熱ＣＶ
Ｄ）による炭化珪素の保護膜は窒化珪素単体の耐酸化温
度を１００℃以上向上させることが可能であり、またプ
ラズマ溶射による保護膜は、膜自体が酸化物であるため
耐酸化性を向上させることを可能とした。
Ｄ）による炭化珪素の保護膜は窒化珪素単体の耐酸化温
度を１００℃以上向上させることが可能であり、またプ
ラズマ溶射による保護膜は、膜自体が酸化物であるため
耐酸化性を向上させることを可能とした。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術により、セラ
ミックスの耐酸化性は向上したが、以下の問題が残され
ている。
ミックスの耐酸化性は向上したが、以下の問題が残され
ている。
【０００６】すなわち、従来技術のうち、熱ＣＶＤによ
る炭化珪素の保護膜は、窒化珪素の耐酸化性を若干向上
させるが、保護膜自体が酸化膜でないため酸化し、全体
系の酸化を本質的に防止することはできない。また、熱
ＣＶＤでは、ジルコニア等保護膜として適当な酸化膜を
形成することは困難である。一方、プラズマ溶射による
保護膜の場合、製法の関係から保護膜の内部構造は比較
的粗であり、保護膜中を雰囲気が通過することを完全に
防止することは困難であるとともに、保護膜と基材間の
密着性に課題を残している。
る炭化珪素の保護膜は、窒化珪素の耐酸化性を若干向上
させるが、保護膜自体が酸化膜でないため酸化し、全体
系の酸化を本質的に防止することはできない。また、熱
ＣＶＤでは、ジルコニア等保護膜として適当な酸化膜を
形成することは困難である。一方、プラズマ溶射による
保護膜の場合、製法の関係から保護膜の内部構造は比較
的粗であり、保護膜中を雰囲気が通過することを完全に
防止することは困難であるとともに、保護膜と基材間の
密着性に課題を残している。
【０００７】本発明の目的は、セラミックスの酸化を防
止可能なコーテイング膜を提供することにある。
止可能なコーテイング膜を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はセラミック基材の表面に化学気相蒸着膜も
しくは、基材の含有元素の酸化物膜を形成し、さらに物
理蒸着により緻密な酸化物保護膜を形成する。
め、本発明はセラミック基材の表面に化学気相蒸着膜も
しくは、基材の含有元素の酸化物膜を形成し、さらに物
理蒸着により緻密な酸化物保護膜を形成する。
【０００９】
【作用】本発明によれば、セラミック基材の表面に化学
気相蒸着膜もしくは、基材の含有元素の酸化物膜が形成
され、その上に物理蒸着により酸化物膜が形成されてい
るため、酸化膜自体は緻密であり、また物理蒸着による
酸化物膜は、基材の含有元素の酸化物膜との化学的親和
性、もしくは化学気相蒸着膜のアンカ効果により、基材
との密着性に優れるため信頼性のある保護膜となること
が可能である。
気相蒸着膜もしくは、基材の含有元素の酸化物膜が形成
され、その上に物理蒸着により酸化物膜が形成されてい
るため、酸化膜自体は緻密であり、また物理蒸着による
酸化物膜は、基材の含有元素の酸化物膜との化学的親和
性、もしくは化学気相蒸着膜のアンカ効果により、基材
との密着性に優れるため信頼性のある保護膜となること
が可能である。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図を用いて説明す
る。
る。
【００１１】図４は従来のセラミックコーテイング保護
膜の例で、セラミック基材１の表面にプラズマ溶射によ
りジルコニア（以下ＺｒＯ2)を保護膜２として設けた例
である。セラミック基材１は窒化珪素（以下Ｓｉ3Ｎ4）
もしくは炭化珪素（以下SiC)が一般に用いられるが、各
材料の耐酸化性の温度限界は、Ｓｉ3Ｎ4で１３００℃、
ＳｉＣで１５００℃あるため、それ以上の温度では表面
から酸化劣化が進行し、またガスタービン等の高温ガス
流中では、生成したＳｉＯ2 がガスによりはく離流出し
減肉等の問題が生じる。図４の従来例では、セラミック
基材１の表面はプラズマ溶射によるＺｒＯ2 の保護膜２
に被覆されているので、酸化物である保護膜２がセラミ
ック基材１の酸化を抑制する効果がある。
膜の例で、セラミック基材１の表面にプラズマ溶射によ
りジルコニア（以下ＺｒＯ2)を保護膜２として設けた例
である。セラミック基材１は窒化珪素（以下Ｓｉ3Ｎ4）
もしくは炭化珪素（以下SiC)が一般に用いられるが、各
材料の耐酸化性の温度限界は、Ｓｉ3Ｎ4で１３００℃、
ＳｉＣで１５００℃あるため、それ以上の温度では表面
から酸化劣化が進行し、またガスタービン等の高温ガス
流中では、生成したＳｉＯ2 がガスによりはく離流出し
減肉等の問題が生じる。図４の従来例では、セラミック
基材１の表面はプラズマ溶射によるＺｒＯ2 の保護膜２
に被覆されているので、酸化物である保護膜２がセラミ
ック基材１の酸化を抑制する効果がある。
【００１２】しかし、ＺｒＯ2 の保護膜２は溶射膜であ
るため、その構造は粗であり、雰囲気の通過を完全に抑
制することは不可能である。また、溶射膜を形成するた
めには、基材表面を５０μｍ以上の粗さにしアンカ効果
をもたせる必要があるが、セラミック基材の強度は表面
の欠陥に敏感であるため、信頼性の観点から寸法の粗さ
をセラミック基材表面に付与することは困難である。そ
の結果、保護膜２とセラミック基材１の密着性が不十分
となることも避けられない。
るため、その構造は粗であり、雰囲気の通過を完全に抑
制することは不可能である。また、溶射膜を形成するた
めには、基材表面を５０μｍ以上の粗さにしアンカ効果
をもたせる必要があるが、セラミック基材の強度は表面
の欠陥に敏感であるため、信頼性の観点から寸法の粗さ
をセラミック基材表面に付与することは困難である。そ
の結果、保護膜２とセラミック基材１の密着性が不十分
となることも避けられない。
【００１３】図１は、本発明の実施例の一つで、セラミ
ック基材１の表面に基材の成分元素の酸化物膜３を設
け、さらにその表面に物理蒸着（以下ＰＶＤ）による酸
化物膜４を構成した例である。本実施例では、セラミッ
ク基材１は窒化珪素（以下Ｓｉ3Ｎ4）もしくはＳｉＣで
あり、基材の成分元素の酸化物膜３は二酸化珪素（以下
ＳｉＯ2 ）である。また、ＰＶＤによる酸化物膜４は、
ＺｒＯ2 もしくはアルミナ（以下Ａｌ2Ｏ3）を用いた。
本実施例で用いたＰＶＤによる酸化物膜４は溶射膜と比
較して構造的に密であり、酸化雰囲気中でも雰囲気の膜
を通したセラミック基材１との直接の接触を防止可能で
ある。また、セラミック基材１とＰＶＤによる酸化物膜
４の中間に基材の成分元素の酸化物膜３を設けたことに
より、本実施例では（Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＣ）−（Ｓｉ
Ｏ2）−（ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3）と膜ごとの組成が構成さ
れ、各膜の相間でそれぞれ珪素（Ｓｉ）もしくは酸素
（Ｏ）を媒介として化学的親和性があり、密着性が従来
例より向上する。基材の成分元素の酸化物膜３(Ｓｉ
Ｏ2）は、セラミック基材１の表面にＳｉＯ2 を塗布後
焼成することにより形成可能であるが、簡便的には、窒
化物であるセラミック基材１を大気炉中にて１時間程度
熱処理することによっても形成可能である。熱処理温度
は窒化珪素の場合１０００℃以上，炭化珪素の場合１４
００℃以上が適当であった。また、ＰＶＤによる酸化物
膜４は、靭性の高いＺｒＯ2 の方が使用後も健全であっ
た。
ック基材１の表面に基材の成分元素の酸化物膜３を設
け、さらにその表面に物理蒸着（以下ＰＶＤ）による酸
化物膜４を構成した例である。本実施例では、セラミッ
ク基材１は窒化珪素（以下Ｓｉ3Ｎ4）もしくはＳｉＣで
あり、基材の成分元素の酸化物膜３は二酸化珪素（以下
ＳｉＯ2 ）である。また、ＰＶＤによる酸化物膜４は、
ＺｒＯ2 もしくはアルミナ（以下Ａｌ2Ｏ3）を用いた。
本実施例で用いたＰＶＤによる酸化物膜４は溶射膜と比
較して構造的に密であり、酸化雰囲気中でも雰囲気の膜
を通したセラミック基材１との直接の接触を防止可能で
ある。また、セラミック基材１とＰＶＤによる酸化物膜
４の中間に基材の成分元素の酸化物膜３を設けたことに
より、本実施例では（Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＣ）−（Ｓｉ
Ｏ2）−（ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3）と膜ごとの組成が構成さ
れ、各膜の相間でそれぞれ珪素（Ｓｉ）もしくは酸素
（Ｏ）を媒介として化学的親和性があり、密着性が従来
例より向上する。基材の成分元素の酸化物膜３(Ｓｉ
Ｏ2）は、セラミック基材１の表面にＳｉＯ2 を塗布後
焼成することにより形成可能であるが、簡便的には、窒
化物であるセラミック基材１を大気炉中にて１時間程度
熱処理することによっても形成可能である。熱処理温度
は窒化珪素の場合１０００℃以上，炭化珪素の場合１４
００℃以上が適当であった。また、ＰＶＤによる酸化物
膜４は、靭性の高いＺｒＯ2 の方が使用後も健全であっ
た。
【００１４】図２は他の本発明の実施例の一つで、セラ
ミック基材１表面に化学気相蒸着膜５を形成後、化学気
相蒸着膜５の表面にＰＶＤによる酸化物膜４を形成した
例である。本実施例では、セラミック基材１とＰＶＤに
よる酸化物膜４との中間に、化学気相蒸着膜５を設け、
緻密な化学気相蒸着膜５により酸化抵抗を向上させ、化
学気相蒸着膜５表面の粗さを利用してアンカ効果を増大
させることが可能である。セラミック基材１がＳｉ3Ｎ4
の場合には、化学気相蒸着膜５としてＳｉ3Ｎ4もしくは
ＳｉＣを用いたが、ＳｉＣの方が化学気相蒸着膜５自体
の耐酸化性がセラミック基材１より高いため、系全体の
耐酸化性が向上した。セラミック基材１がＳｉＣの場
合、化学気相蒸着膜５としてもＳｉＣを用いることが有
効であった。ＰＶＤによる酸化物膜４は、図１の実施例
と同様ＺｒＯ2 もしくはＡｌ2Ｏ3を用いた。
ミック基材１表面に化学気相蒸着膜５を形成後、化学気
相蒸着膜５の表面にＰＶＤによる酸化物膜４を形成した
例である。本実施例では、セラミック基材１とＰＶＤに
よる酸化物膜４との中間に、化学気相蒸着膜５を設け、
緻密な化学気相蒸着膜５により酸化抵抗を向上させ、化
学気相蒸着膜５表面の粗さを利用してアンカ効果を増大
させることが可能である。セラミック基材１がＳｉ3Ｎ4
の場合には、化学気相蒸着膜５としてＳｉ3Ｎ4もしくは
ＳｉＣを用いたが、ＳｉＣの方が化学気相蒸着膜５自体
の耐酸化性がセラミック基材１より高いため、系全体の
耐酸化性が向上した。セラミック基材１がＳｉＣの場
合、化学気相蒸着膜５としてもＳｉＣを用いることが有
効であった。ＰＶＤによる酸化物膜４は、図１の実施例
と同様ＺｒＯ2 もしくはＡｌ2Ｏ3を用いた。
【００１５】図３は、図１と図２のコーテイング構造を
複合させた実施例で、セラミック基材１の表面に化学気
相蒸着膜５を形成し、さらにこの化学気相蒸着膜５の表
面に化学気相蒸着膜の含有元素の酸化物膜７を形成後、
ＰＶＤによる酸化物膜４を施したものである。本実施例
におけるセラミック基材１，化学気相蒸着膜５，PVDに
よる酸化物膜４の組成は図１，図２の実施例と同様であ
るが、化学気相蒸着膜の含有元素の酸化物膜６はＳｉＯ
2 を塗布後焼成もしくは化学気相蒸着膜を大気炉中にて
熱処理することにより形成した。本コーティング構造で
は、緻密な化学気相蒸着膜５により酸化抵抗と粗さを利
用したアンカ効果を増大させるとともに、化学気相蒸着
膜の含有元素の酸化物膜７を利用することにより、基材
から各膜間に（Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＣ）−（Ｓｉ3Ｎ4，Ｓｉ
Ｃ）−（ＳｉＯ2）−（ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3）のように珪
素（Ｓｉ）もしくは酸素（Ｏ）を媒介とした化学的な連
続性をもたせ、膜間の親和性を高めることにより、耐酸
化性を向上させることが可能であった。
複合させた実施例で、セラミック基材１の表面に化学気
相蒸着膜５を形成し、さらにこの化学気相蒸着膜５の表
面に化学気相蒸着膜の含有元素の酸化物膜７を形成後、
ＰＶＤによる酸化物膜４を施したものである。本実施例
におけるセラミック基材１，化学気相蒸着膜５，PVDに
よる酸化物膜４の組成は図１，図２の実施例と同様であ
るが、化学気相蒸着膜の含有元素の酸化物膜６はＳｉＯ
2 を塗布後焼成もしくは化学気相蒸着膜を大気炉中にて
熱処理することにより形成した。本コーティング構造で
は、緻密な化学気相蒸着膜５により酸化抵抗と粗さを利
用したアンカ効果を増大させるとともに、化学気相蒸着
膜の含有元素の酸化物膜７を利用することにより、基材
から各膜間に（Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＣ）−（Ｓｉ3Ｎ4，Ｓｉ
Ｃ）−（ＳｉＯ2）−（ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3）のように珪
素（Ｓｉ）もしくは酸素（Ｏ）を媒介とした化学的な連
続性をもたせ、膜間の親和性を高めることにより、耐酸
化性を向上させることが可能であった。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、セラミック基材は、そ
の表面に化学気相蒸着膜もしくは基材の含有元素の酸化
物膜が形成され、その上に物理蒸着により酸化物膜が形
成されているため、酸化膜自体は緻密であり、また物理
蒸着による酸化物膜は、基材の含有元素の酸化物膜との
化学的親和性、もしくは化学気相蒸着膜のアンカ効果に
より、基材との密着性に優れるため信頼性のある保護膜
となり、耐酸化性の高いコーテイング膜を得ることが可
能となった。
の表面に化学気相蒸着膜もしくは基材の含有元素の酸化
物膜が形成され、その上に物理蒸着により酸化物膜が形
成されているため、酸化膜自体は緻密であり、また物理
蒸着による酸化物膜は、基材の含有元素の酸化物膜との
化学的親和性、もしくは化学気相蒸着膜のアンカ効果に
より、基材との密着性に優れるため信頼性のある保護膜
となり、耐酸化性の高いコーテイング膜を得ることが可
能となった。
【図１】酸化膜を中間層として用いた本発明のコーテイ
ング膜構造の実施例の断面図。
ング膜構造の実施例の断面図。
【図２】化学気相蒸着膜を中間層として用いた本発明の
コーテイング膜構造の実施例の断面図。
コーテイング膜構造の実施例の断面図。
【図３】酸化膜と化学気相蒸着膜を中間層として用いた
本発明のコーテイング膜構造の実施例の断面図。
本発明のコーテイング膜構造の実施例の断面図。
【図４】溶射膜を用いた従来のコーテイング膜の断面
図。
図。
１…セラミック基材、２…保護膜、３…基材の成分元素
の酸化物膜、４…PVDによる酸化物膜、５…化学気相蒸
着膜、６…化学気相蒸着膜の含有元素の酸化物膜分割
面。
の酸化物膜、４…PVDによる酸化物膜、５…化学気相蒸
着膜、６…化学気相蒸着膜の含有元素の酸化物膜分割
面。
Claims (6)
- 【請求項１】セラミック基材表面に、基材の含有元素の
酸化物膜を形成後、前記酸化物膜の表面にさらに物理蒸
着により異種の酸化物膜を形成したことを特徴とするセ
ラミックコーティング。 - 【請求項２】セラミック基材表面に化学気相蒸着膜を形
成後、前記化学気相蒸着膜の表面に物理蒸着により酸化
物膜を形成したことを特徴とするセラミックコーティン
グ。 - 【請求項３】セラミック基材表面に化学気相蒸着膜を形
成後、前記化学気相蒸着膜の表面に化学気相蒸着膜の含
有元素の酸化物膜を形成し、前記酸化膜の表面に物理蒸
着により酸化物膜を形成したことを特徴とするセラミッ
クコーティング。 - 【請求項４】請求項１または３において、基材の含有元
素の酸化物膜もしくは化学気相蒸着膜の含有元素の酸化
物膜は基材表面もしくは化学気相蒸着膜を酸化処理する
ことにより形成したセラミックコーティング。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４において、物理
蒸着による酸化物膜はジルコニア（ＺｒＯ2 ）を主成分
とするセラミックコーティング。 - 【請求項６】請求項１，２，３，４または５のコーティ
ングを表面に施したセラミック基材を用いて構成した要
素を一部に含むガスタービン機関もしくはエンジン機
関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12775095A JPH08325085A (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | セラミックコーティング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12775095A JPH08325085A (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | セラミックコーティング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08325085A true JPH08325085A (ja) | 1996-12-10 |
Family
ID=14967766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12775095A Pending JPH08325085A (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | セラミックコーティング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08325085A (ja) |
-
1995
- 1995-05-26 JP JP12775095A patent/JPH08325085A/ja active Pending
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