JPS63216980A - 複合耐熱性部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は基材の面に施されたコーティング層の密着性を
改善した複合耐熱性部材に関する。

（従来の技術） 高温物質と接して設けられる耐熱性部材は、特に高温物
質の化学的活性が強く耐熱性部材と反応する恐れが強い
ときには、基材となる耐熱性部材の高温物質との接触面
に高温物質と反応し難い物質からなるコーティング層を
設けて、複合耐熱性部材とすることが行われる。

たとえばるつぼの材料において、そのつるぼがウランの
加熱溶解用容器として用いられる場合などがそうである
。−例としてグラファイト製つるぼ基材に、ウランに対
して耐熱・対食性に優れた酸化イツトリウムのコーティ
ング層を設けたものがある。　また基材としてＴａ、　
Ｎｂ、　Ｎｏ、　Ｖ等の高融点金属を使用したものも提
案されている。さらにこれらの基材とコーティング層と
の各材質の熱膨張係数の差に基づく剥離を防止するため
に、コーティング層を異なった材質により多層化したも
のの提案も行われている。

（発明が解決しようとする問題点） 耐食性を兼備する必要がある耐熱性部材は、上述したよ
うにコーティング層を多層化したりして極力基材との熱
膨張差を低減するように配慮しても、なお且つ高温とな
ったときにコーティング層の剥離が頻発し、基材とコー
ティング層との密着強度は十分でなかった。

これをグラファイト基材の場合について考察してみると
、グラファイトの密度に対する線膨張係数、引張り強さ
、ならびにコーティング層とグラファイト間の引張り強
さく密着強度）は、第１０図にそれぞれ符号ｃ、ｄ、ｅ
として示すようになっており、グラファイトの線膨張係
数をコーティング層、たとえば酸化イツトリウムの線膨
張係数（９，３Ｘ　１０−”　／　Ｋ　）に近づけるた
めには、　グラファイトの密度を高くする必要があるが
、これは同時にコーティング層とグラファイト間の密着
強度を低下させる結果となっている。

これは第１１図に示すように、密度の高いグラファイト
「同図（ａ）」は、同図（ｂ）に示す密度の低いグラフ
ァイトよりも、グラファイトの基材１の中に存在する空
孔２が小さく且つ表面も平滑となるので、コーティング
層３が基材１の表面の凹凸に十分食い込まないためであ
る。

さらに高融点金属を基材としたものについてはなお一層
表面の平滑度が高く、これら金属の表面をブラスト等に
よって粗面化した後にコーティング層を施しても、なお
かつ十分な密着強度は得られなかった。

本発明の目的は、耐熱・耐食性のコーティング層の基材
に対する密着性を向上した複合耐熱性部材を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明においては上記目的を達成するために、高温物質
と相対する基材の面に耐熱性のコーティング層を施して
なる複合耐熱性部材において、基材とコーティング層と
の両者に跨ってる繊維材を埋設したことを特徴とする。

（作用） 繊維材が基材とコーティング層間のアンカーとして作用
し、コーティング層の熱変形を防止して基材からの剥離
を防ぎ、且つ基材自体の強度も向上する。

（実施例） 以下１本発明の一実施例を第１図乃至第５図を参照して
説明する。第１図は比較的短い繊維（１（２）以下）を
、第２図は比較的長い繊維を埋設した場合をそれぞれ模
式的に拡大して示す部分断面図である。

第１図において、グラファイト製の基材１は、少なくと
もコーティング層３に接する表面の近傍に、炭素繊維か
らなる多数の繊維材４がそれらの一端が基材１の表面か
ら突出するように埋設されて製作され、この表面に、例
えば溶射法によってこれらの突出した繊維材４をすべて
覆うように。

酸化ジルコニウムのコーティング層３が設けられている
。繊維材４は短い場合は種々の方向を向いているが、長
い場合は第２図に示すようにほぼ同一方向に揃っている
。

次にこれの作用について述べる。

繊維材４は、基材１とコーティング層３とに跨がって埋
設されているので、両者間のアンカー（ａｎｃｈｏｒ）
として作用し１両者間の密着強度が向上する。

基材１とコーティング層３との境界面近傍における繊維
材４の占める割合、すなわち繊維体積率に対する基材１
とコーティング層３間の引張り強さは、短繊維（ａ）と
長繊維（ｂ）についてそれぞれ第３図に示すようになり
、最大で約５倍程度の向上がみられた。繊維体積率が小
さい間は短繊維の方が効果大であるが、これは短繊維は
その方向がランダムに並んでいるためである。しかしな
がら繊維体積率が４０％以上になると繊維間が狭くなり
、コーティング層３を形成するための酸化ジルコニウム
の溶射粉末が十分に充填されず、空孔を生ずるため製作
困難になるとともに、急速に引張り強さの低下をきたす
。これに対し長繊維は短繊維よりも繊維体積率が大なる
ものまで製作可能である。

繊維体積率は、短繊維の場合５〜３５％、長繊維の場合
１０〜６０％が適し、これ以上では短繊維の場合基材１
の強度が低下し、長繊維の場合基材１とコーティング層
３間の密着度が低下するといえる。

またコーティング層３の厚さを１００−としたとき、コ
ーティング層３内に露出させた繊維長に対する基材１と
コーティング層３間の引張り強さは、第４図に示すよう
になった。このとき上記した繊維体積率は５０％とし、
長繊維を使用した。引張り強さは、露出させた繊維長が
コーティング層３の厚さの４０％に達するまでは繊維長
に従って増加し、その後飽和する。従って繊維長は、コ
ーティング層３の厚さの４０〜８０％が適する。

この結果、グラファイト製の基材１の密度に対するコー
ティング層３と基材１間の引張り強さは、第５図のｆに
示すように基材１自体の引張り強さく第１０図ｄ参照）
とほぼ同等となり、基材１の密度の増加にともなって上
昇する。この場合破断はコーティング層３と基材１間の
界面ではなく基材１内で発生する。同図ｅは繊維材４を
欠くものについて比較のために示した（第１０図ｅ再掲
）。

なお繊維材４の材質は、　グラファイト、　ＳｉＣ。

Ａ１．０．　、　Ｓｉ、Ｎ４等の少なくとも１種から選
ばれれたものとしてもよく、あるいはＷ、　Ｔａ、　Ｎ
ｂ、　Ｍｏ、　Ｔｉ。

Ｚｒ、　Ｎｉ、　Ｆｅ等およびこれらの合金の少なくと
も１種から選ばれたものとすることもできる。

また基材１にはグラファイトの他にＴａ、　Ｎｂ、　Ｍ
。

Ｍ、　Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｎｉ、　Ｆｅ等の金属
、　およびこれらの合金を使用し、これらに上記した各
繊維材４を適用した組合わせとしてもよい。

一例として基材１をＴａとし、ＳｉＣの繊維材４を設け
て酸化ジルコニウムのコーティング層３を施したものに
ついて、繊維体積率に対する基材１とコーティング層３
間の引張り強さを、短繊維（ａ）と長繊維（ｂ）につい
てそれぞれ実験した結果は第６図に示すようになり、引
張り強さく密着強度）は最大的３債程度向上した。同じ
例で長繊維を使用して繊維体積率を５０％とし、コーテ
ィング層３の厚さを１００．とじたときの、　コーティ
ング層３内に露出させた繊維長に対する基材１とコーチ
イン層３間の引張り強さを実験した結果を第７図に示す
、先に提示した第４図と類似の傾向を示し、コーティン
グ層３の厚さの４０〜８０％の繊維長が適する。

ここに繊維材４は、上記したそれぞれの材質のひげ結晶
（ｗｈｉｓｋｅｒ）を用いてもよく、　またコーティン
グ層３については第８図に示すように、基材１側から順
に、たとえばＮｂｇ　Ｚｒ０ｍ　ｅ　”ｆｘＯｓの３層
にしたもの等についても勿論適用可能であり、この際基
材１に最も近い層のみでなく、３層全体に五 わたって繊維材４を延→させるのが有効である。

なお長繊維については第２図に示したように一方向に配
置するのが望ましいが、製作を容易とするため第９図に
示すようなりロス材５を用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複合耐熱性部材の基材とコーティング
層の密着性が強化され、高温においてもコーティング層
が基材から剥離する危険性は極めて希なものとすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の一実施例を示す
断面図、第３図、第４図および第５図はそれぞれ第１図
および第２図の効果を説明する線図、第６図および第７
図はそれぞれ本発明の他の実施例の効果を説明する線図
、第８図および第９図は本発明の他の実施例を示す断面
図、第１０図は従来の複合耐熱性部材の特性を表す線図
、第１１図は従来の複合耐熱性部材を示す断面図である
。 １・・・基材　　　　　３・・・コーティング層４・・
・繊維材 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第　　１　　図　　　　　　　　第　　２　図緘梅舖率
Ｃ−／、） 第　　３　図 第　　４　図 第　　５　図 株堆体＃午（”／、） 第　　６　　図 第８図　　第９図 第　　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高温物質と相対する基材の面に耐熱性コーティング
   層を施してなる複合耐熱性部材において、前記基材と前
   記コーティング層との両者に跨がって繊維材を埋設した
   ことを特徴とする複合耐熱性部材。 ２、前記基材はグラファイトからなり、前記繊維材は炭
   素、グラファイト、ＳｉＣ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｓｉ＿３
   Ｎ＿４の少なくとも１種から選ばれた繊維であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合耐熱性部材
   。 ３、前記基材はグラファイトからなり、前記繊維材は、
   Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｆｅおよび
   これらの合金の少なくとも１種からなる繊維からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合耐熱性
   部材。 ４、前記基材はＴａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
   ｆ、Ｎｉ、Ｆｅおよびこれらの合金の少なくとも１種か
   らなり、前記繊維材は炭素、グラファイト、ＳｉＣ、Ａ
   ｌ＿２Ｏ＿３、Ｓｉ＿３Ｎ＿４の少なくとも１種から選
   ばれた繊維であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の複合耐熱性部材。 ５、前記基材はＴａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
   ｆ、Ｎｉ、Ｆｅおよびこれらの合金から選ばれた少なく
   とも１種からなり、前記繊維材はＷ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ
   、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｆｅおよびこれらの合金の少なく
   とも１種から選ばれた繊維からなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の複合耐熱性部材。