JPH04139084A - Production of surface-coated carbon material - Google Patents

Production of surface-coated carbon material

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JPH04139084A
JPH04139084A JP2261660A JP26166090A JPH04139084A JP H04139084 A JPH04139084 A JP H04139084A JP 2261660 A JP2261660 A JP 2261660A JP 26166090 A JP26166090 A JP 26166090A JP H04139084 A JPH04139084 A JP H04139084A
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coated
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洋文 志村
Shinya Sasaki
信也 佐々木
Kazuhiro Hasegawa
和広 長谷川
Masaru Sato
勝 佐藤
Nobuhiko Narita
成田 暢彦
Kenji Hirano
兼次 平野
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Abstract

PURPOSE:To improve the oxidation and wear resistances of a carbon material by coating the surface of the carbon material with a high m.p. metal by laser- plasma hybrid spraying or further coating the coated surface with a metal silicide. CONSTITUTION:The surface of a carbon material is coated with a high m.p. metal or the carbide thereof by laser-plasma hybrid spraying. The metal is Mo or W and the carbide is MoxCy or WC. The coated surface may further be coated with a metal silicide by laser-plasma hybrid spraying, plasma spraying or laser spraying. MoSi2 or WSi2 is used as the silicide.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、炭素材料の表面を改質して、耐酸化性、耐摩
耗性等の特性を向上し、航空宇宙分野、機械分野等へ適
用可能な炭素材料を得るための表面被覆炭素材料の製造
方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention improves properties such as oxidation resistance and wear resistance by modifying the surface of carbon materials, and is applicable to the aerospace field, mechanical field, etc. The present invention relates to a method for producing a surface-coated carbon material to obtain an applicable carbon material.

[従来の技術] 炭素材料は、非酸化性雰囲気では最も耐熱性の大きな材
料であるため、ホットプレス型、熱遮蔽材、原子炉内壁
等の高温部材として広く用いられている。
[Prior Art] Carbon materials are the most heat-resistant materials in non-oxidizing atmospheres, and are therefore widely used as high-temperature members such as hot press molds, heat shielding materials, and inner walls of nuclear reactors.

しかし、酸化性雰囲気下では、500℃程度の低温から
急速に酸化され、炭素材料の持つ優れた特性は発揮され
ない。
However, in an oxidizing atmosphere, carbon materials are rapidly oxidized starting from a low temperature of about 500° C., and the excellent properties of carbon materials are not exhibited.

ところで、1300℃を越える高温下で室温と同程度の
強度を維持する材料は、炭素材料以外に存在しないため
、炭素材料の耐酸化性を改善することは、タービンブレ
ード、宇宙往還機用主構造材、ロケットエンジンノズル
等、その使用範囲を飛躍的に広げ、周辺技術の革新に寄
与するところが極めて大である。
By the way, there are no materials other than carbon materials that maintain the same strength as at room temperature at temperatures exceeding 1,300 degrees Celsius, so improving the oxidation resistance of carbon materials is important for turbine blades and the main structure of spacecraft. It will dramatically expand the scope of its use in materials, rocket engine nozzles, etc., and will greatly contribute to the innovation of peripheral technologies.

従来、この炭素材料の耐酸化性を改善するために、種々
の方法が検討され、実用に供されてきた。その中で、化
学気相蒸着法(以下、CVD法という、)によるセラミ
ック被覆は、最も一般的に行われている方法の−っであ
り、各種化合物を被覆することができる。しかし、この
方法では、大型部材に均一に被覆することが困難であり
、例えば1mを越える材料への被覆は、設備の制約上は
とんど行えない。また、成膜に時間がかかる、厚膜皮膜
の形成は困難であるなど、欠点が多かった。
Conventionally, various methods have been studied and put to practical use in order to improve the oxidation resistance of this carbon material. Among these, ceramic coating by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) is the most commonly used method, and can coat various compounds. However, with this method, it is difficult to uniformly coat a large member, and for example, it is almost impossible to coat a material over 1 m due to equipment constraints. In addition, there were many drawbacks such as it took a long time to form a film and it was difficult to form a thick film.

上記CVD法と並んで最も一般的に行われている方法に
は、プラズマ溶射法がある。この方法では、母材が大き
なものでも溶射可能なことが、前述のCVD法と比べた
場合の利点であるが、通常の溶射法では母材の温度が数
百度程度にしか達せず、溶射皮膜と母材間の反応が進行
しないため、密着性の良好な耐酸化皮膜が得られない。
Along with the above-mentioned CVD method, the most commonly used method is the plasma spraying method. The advantage of this method compared to the CVD method mentioned above is that it can spray even large base materials, but with normal thermal spraying, the temperature of the base material only reaches a few hundred degrees, and the sprayed coating cannot be coated. Since the reaction between the base material and the base material does not proceed, an oxidation-resistant film with good adhesion cannot be obtained.

減圧非酸化雰囲気であれば、母材を高淵に加熱すること
が可能になるが、この場合、プラズマの速度が速く、溶
射粉末が充分に溶解しきれないまま母材上に到達するた
め、緻密な皮膜が得られず、また非導電性の高融点材料
であるThe、などでは、プラズマの電気的エネルギー
を付与しIこくいため、溶射は困難である。
In a reduced-pressure, non-oxidizing atmosphere, it is possible to heat the base material to a high depth, but in this case, the plasma speed is high and the spray powder reaches the base material without being fully dissolved. Thermal spraying is difficult because a dense film cannot be obtained and the electrical energy of the plasma is not imparted to the material, such as The, which is a non-conductive high melting point material.

[発明が解決しようとする課題] 本発明の技術的課題は、表面被覆炭素材料の製造に際し
、母材である炭素材料を適切に加熱することにより、そ
の母材と溶射皮膜の界面での反応を有効に促進させ、そ
れによって炭素材料に対する密着力が太き(かつ緻密な
皮膜を形成可能にした技術を得ることにある。
[Problems to be Solved by the Invention] The technical problem of the present invention is to prevent the reaction at the interface between the base material and the thermal spray coating by appropriately heating the carbon material that is the base material when producing the surface-coated carbon material. The object of the present invention is to obtain a technology that effectively promotes the formation of a carbon material, thereby making it possible to form a thick film (and a dense film) with strong adhesion to carbon materials.

[課題を解決するための手段、作用] 上記課題を解決するための本発明の方法は、炭素材料の
表面に、レーザ・プラズマハイブリッド溶射により、高
融点金属もしくはその炭化物を被覆することを特徴とす
るものである。
[Means and effects for solving the problems] The method of the present invention for solving the above problems is characterized by coating the surface of a carbon material with a high melting point metal or its carbide by laser-plasma hybrid spraying. It is something to do.

上記方法によって得られた被覆炭素材料の上には、レー
ザ・プラズマハイブリッド溶射、プラズマ溶射またはレ
ーザ溶射により金属シソサイドを被覆することができ、
さらに、その被覆炭素材料の上に、断熱性を有する酸化
物皮膜または耐エロージョン・コロージョン皮膜を被覆
することができる。
The coated carbon material obtained by the above method can be coated with metal sisoside by laser-plasma hybrid spraying, plasma spraying or laser spraying,
Further, the coated carbon material can be coated with an oxide film or an erosion/corrosion resistant film having heat insulating properties.

上記方法において、高融点金属もしくはその炭化物とし
ては、Mo,l’l、MOXCFまたはwcの中から選
ばれた少なくとも一種以上の材料を用いることができ、
また、金属シリサイドとしては、MOSi2または11
Siiを用いることができる。さらに、断熱性を有する
酸化物皮膜または耐エロージヨン・コo −ショ:/皮
膜トシテハ、Z r Ox + Hf O、+ A l
 * Os + M g O及びThe2の中から選ば
れた単一または複数の材料を用いることができる。
In the above method, as the high melting point metal or its carbide, at least one material selected from Mo, l'l, MOXCF or wc can be used,
In addition, as metal silicide, MOSi2 or 11
Sii can be used. Furthermore, an oxide film having heat insulating properties or an erosion-resistant film, ZrOx + HfO, + Al
* Single or multiple materials selected from Os + M g O and The2 can be used.

本発明の方法についてさらに具体的に説明すると、先ず
、本発明において用いることのできる炭素材料は、一般
炭素材料、等方性炭素材料等の特殊炭素材料、炭素繊維
強化炭素複合材料等、種々のものから用途に応じて選択
することができる。
To explain the method of the present invention more specifically, first, carbon materials that can be used in the present invention include various carbon materials such as general carbon materials, special carbon materials such as isotropic carbon materials, and carbon fiber reinforced carbon composite materials. You can choose from them depending on the purpose.

その中でも、炭素繊維強化炭素複合材料(以下、C/C
コンポジットと略す。)は、高温強度に特に優れている
ため、高温下における構造材として極めて好ましい。
Among them, carbon fiber reinforced carbon composite materials (hereinafter referred to as C/C
Abbreviated as composite. ) has particularly excellent high-temperature strength and is therefore extremely preferred as a structural material under high temperatures.

炭素材料上に耐酸化性に優れた皮膜を被覆する前には、
予め該炭素材料に予熱処理を施すのが望ましい。この予
熱工程は、炭素材料表面の吸着水やその他の不純物を除
去し、かつ炭素材料の表面温度を上昇させることにより
、高融点金属もしくはその炭化物との反応性を向上させ
るためのもので、通常は炭素材料を1000℃以上に加
熱することにより行われる。
Before coating a carbon material with a film with excellent oxidation resistance,
It is desirable to preheat the carbon material in advance. This preheating process removes adsorbed water and other impurities on the surface of the carbon material and increases the surface temperature of the carbon material to improve its reactivity with high melting point metals or their carbides. is carried out by heating the carbon material to 1000°C or higher.

本発明においては、炭素材料上の第一層目、すなわち熱
応力緩和層としての高融点金属もしくはその炭化物の被
覆は、レーザ・プラズマハイブリッド溶射法によって行
うことに特徴がある。
The present invention is characterized in that the first layer on the carbon material, ie, the coating of a high melting point metal or its carbide as a thermal stress relaxation layer, is performed by a laser-plasma hybrid thermal spraying method.

ここで、レーザ・プラズマハイブリッド溶射法とは、母
材となる炭素材料へのプラズマ溶射と同時に、レーザ、
特に炭素材料に極めて大きな吸収率を持つ炭酸ガスレー
ザ等を母材に照射し、高融点金属もしくはその炭化物な
溶射と同時に炭素材料と反応させ、皮膜の密着性を図ろ
うとするものである。
Here, the laser-plasma hybrid thermal spraying method refers to plasma spraying on the carbon material that is the base material, and at the same time,
In particular, the idea is to irradiate the base material with a carbon dioxide laser or the like, which has an extremely high absorption rate for carbon materials, and react with the carbon material at the same time as high-melting point metals or their carbides are sprayed, thereby improving the adhesion of the coating.

このレーザ・プラズマハイブリッド溶射においては、レ
ーザとして、高出力レーザ、特に炭素材料に極めて大き
な吸収率を持つ炭酸ガスレーザ等を用い、大気圧下でも
差し支えないが、減圧下でハイブリッド溶射を行うのが
より望ましい。この場合に、レーザ出力は2kw以上、
さらに好ましくは3kw以上とし、減圧下で溶射する場
合には、500m+nHg以下、さらに好ましくは35
0maHg以下にするのがよい。
In this laser-plasma hybrid thermal spraying, a high-power laser, especially a carbon dioxide laser, which has an extremely high absorption rate for carbon materials, is used as the laser, and although it can be used under atmospheric pressure, it is better to perform hybrid thermal spraying under reduced pressure. desirable. In this case, the laser output is 2kW or more,
More preferably 3kw or more, and when spraying under reduced pressure, 500m+nHg or less, more preferably 35
It is best to keep it below 0 maHg.

この方法によれば、レーザの持つ高エネルギーを利用し
て、プラズマだけでは溶解しきれない高融点金属もしく
はその炭化物を完全に溶解することができ、しかもレー
ザにより炭素材料自身も加熱されて超高温になるため、
両者間の反応も容易に進行し、密着性の高い被覆皮膜を
形成することができる。
According to this method, by using the high energy of the laser, it is possible to completely melt high melting point metals or their carbides that cannot be melted by plasma alone, and the carbon material itself is also heated by the laser to an extremely high temperature. In order to become
The reaction between the two also proceeds easily, and a highly adhesive coating film can be formed.

この方法によって炭素材料上に高融点金属もしくはその
炭化物の皮膜を形成した場合には、炭素材料とその皮膜
間に新規な炭化物の反応層を生じるために、皮膜の密着
性を著しく向上させることができる。すなわち、レーザ
・プラズマハイブリッド溶射法によれば、炭素材料の内
部に1から500μmの反応層を生じさせることができ
、それによって、高融点金属もしくはその炭化物の密着
性を向上させることができる。
When a film of a high melting point metal or its carbide is formed on a carbon material by this method, a new reaction layer of carbide is generated between the carbon material and the film, so the adhesion of the film can be significantly improved. can. That is, according to the laser-plasma hybrid thermal spraying method, a reaction layer of 1 to 500 μm can be formed inside the carbon material, thereby improving the adhesion of the high melting point metal or its carbide.

このレーザ・プラズマハイブリッド溶射法では、プラズ
マ溶射により新たな原料粉末が常に供給されており、溶
射材料と炭素材料間の反応が途切れることなく行われる
ため、前記反応層の層厚を自由に制御できる。さらに、
この方法によれば、レーザの出力、原料粉末の供給量等
の調整により、前記反応層を傾斜組成にすることも可能
であるために、皮膜の密着性向上効果は大きい。
In this laser-plasma hybrid thermal spraying method, new raw material powder is constantly supplied by plasma spraying, and the reaction between the thermal spray material and the carbon material occurs without interruption, so the thickness of the reaction layer can be freely controlled. . moreover,
According to this method, it is possible to make the reaction layer have a gradient composition by adjusting the laser output, the supply amount of raw material powder, etc., and therefore the effect of improving the adhesion of the film is large.

また、この工程では、高温で母材の炭素と反応し、炭化
物をつくり大きな密着力が得られる材料で、且つ使用温
度−では炭化物の生成が起こりにく(、且つ炭素を透過
しにくい高融点金属もしくはその炭化物を用いる必要が
ある。本発゛明においては、特に炭化物生成自由エネル
ギーの大きく、しかも高融点金属であるMo、W、また
はそれらの炭化物であるMOXCFI胃Cの中から選ば
れた少なくとも一種以上の材料が好適に用いられる。す
なわち、低融点材料の場合には、使用温度に加熱したと
きに溶融して熱応力緩和層としての役目を果たさず、低
温で炭化物を形成し易い材料の場合には、炭化による体
積膨張のため皮膜の剥離が生じ易くなる。また、自由エ
ネルギーの小さい材料は、炭化反応が進行し易くなるた
め、好ましくない。
In addition, in this process, we use a material that reacts with carbon in the base material at high temperatures to form carbides and obtain great adhesion, and that is difficult to form carbides at the operating temperature (and has a high melting point that makes it difficult for carbon to pass through). It is necessary to use a metal or its carbide.In the present invention, a metal selected from among Mo, W, which is a metal with a large carbide formation free energy and a high melting point, or MOXCFI, which is a carbide thereof, is used. At least one kind of material is preferably used.In other words, in the case of a low melting point material, a material that does not melt when heated to the operating temperature and does not serve as a thermal stress relaxation layer, and that easily forms carbides at low temperatures. In this case, the film is likely to peel off due to volumetric expansion due to carbonization.In addition, materials with low free energy are not preferable because the carbonization reaction tends to proceed.

第−層の膜厚は、10〜300LLmであることが好ま
しい。すなわち、膜厚カ月0μmに満たない場合は、熱
応力緩和層としての機能が期待できず、逆に膜厚が30
0μIを越えると、−度被着された皮膜がレーザ・プラ
ズマ溶射のエネルギーにより破壊されるからである。
The thickness of the -th layer is preferably 10 to 300 LLm. In other words, if the film thickness is less than 0 μm, it cannot be expected to function as a thermal stress relaxation layer;
This is because if it exceeds 0 μI, the deposited film will be destroyed by the energy of laser plasma spraying.

第−層は、炭素材料に対して以下に説明する第二層皮膜
を被覆しようとする場合に、その密着性を改善すること
を主目的として被覆するものであり、この皮膜の形成に
は大きな意義がある。
The main purpose of the second layer is to improve the adhesion of the carbon material when applying the second layer, which will be explained below. it makes sense.

第二層としては、以下に詳細に説明する金属シリサイド
ばかりでなく、例えば、Al−Mg合金、あるいはCu
、 TiC,WC,Fe等を用いることもできる。
The second layer may be made of not only metal silicide, which will be explained in detail below, but also, for example, Al-Mg alloy or Cu.
, TiC, WC, Fe, etc. can also be used.

ここで、Al−Mg合金やCuを被覆した場合、その材
料は反射鏡等として用いるのに適し、またTiC。
Here, when coated with Al-Mg alloy or Cu, the material is suitable for use as a reflecting mirror, etc., and TiC.

WC:、 Fe等を被覆した場合には耐摩耗性等の特性
を有する工作機械部品として有効に利用することができ
る。
When coated with WC:, Fe, etc., it can be effectively used as machine tool parts having characteristics such as wear resistance.

第二層目として被覆するのに好適な金属シリサイドは、
レーザ・プラズマハイブリッド溶射、プラズマ溶射また
はレーザ溶射により被着すればよい。この層は、母材や
第−層が易酸化性材料であるため、酸素の拡散を防止す
るために有効である。さらに詳述すれば、この層に酸素
が到達すると、金属シリサイド中のSiが酸素と反応し
てSiO□となり、このSiO□層が酸素の献散を防止
するのである。
Metal silicides suitable for coating as a second layer are:
It may be deposited by laser/plasma hybrid spraying, plasma spraying, or laser spraying. This layer is effective in preventing oxygen diffusion since the base material and the second layer are easily oxidizable materials. More specifically, when oxygen reaches this layer, Si in the metal silicide reacts with the oxygen to form SiO□, and this SiO□ layer prevents oxygen from dissipating.

金属シリサイドとしては、Mo5izまたはWSiiを
用いることが好ましい。すなわち、第−層の熱応力緩和
層がMo、W及びその炭化物であるため、それらとの親
和性において上記MoSi、またはWSizが好ましい
のである。
As the metal silicide, it is preferable to use Mo5iz or WSii. That is, since the thermal stress relaxation layer of the -th layer is made of Mo, W, and their carbides, the above-mentioned MoSi or WSiz is preferable in terms of compatibility with them.

この皮膜は、第−層との密着力が大きいため、減圧プラ
ズマ溶射のみでも皮膜の作製は可能であるが、緻密性を
要求される場合には、レーザ・プラズマハイブリッド溶
射法が好ましい。
Since this film has a strong adhesion to the second layer, it is possible to produce the film by low-pressure plasma spraying alone, but if denseness is required, a laser-plasma hybrid spraying method is preferred.

第二層目の膜厚は、50〜300μ履が好ましい。The thickness of the second layer is preferably 50 to 300 microns.

すなわち、50μm以下であれば、繰り返し便用により
すぐに消耗してしまうためであり、逆に300μmを越
えると、緻密な皮膜のため割れが発生し易くなるからで
ある。
That is, if it is less than 50 μm, it will be quickly worn out due to repeated use, and if it exceeds 300 μm, cracks will easily occur due to the dense film.

本発明においては、第三層目にレーザ・プラズマハイブ
リッド溶射またはプラズマ溶射により熱遮蔽皮膜として
の酸化膜を被覆する。この層は、雰囲気温度が急激に変
化した場合、下層各層間の熱応力が急激に増加、するこ
とを防止するために設けるものである。そのため、熱伝
導率の低い材料を用いることが好ましい。本発明では、
Zr0a、Hf0a、A120m、MgO及びThe、
が好適に用いられる。
In the present invention, the third layer is coated with an oxide film as a heat shielding film by laser-plasma hybrid spraying or plasma spraying. This layer is provided to prevent the thermal stress between the lower layers from increasing rapidly when the ambient temperature changes suddenly. Therefore, it is preferable to use a material with low thermal conductivity. In the present invention,
Zr0a, Hf0a, A120m, MgO and The,
is preferably used.

第三層目は、レーザ・プラズマハイブリッド溶射により
緻密化することもできるが、ThOz以外はプラズマ溶
射単独で皮膜を形成して多孔質化することにより、熱伝
導率が低い膜を得ることもできる。ただし、この場合で
も下層との密着性を大きくするために、一部レーザ・プ
ラズマハイブリッド溶射を行うことが好ましい。
The third layer can be densified by laser-plasma hybrid spraying, but with the exception of ThOz, a film with low thermal conductivity can also be obtained by forming a film using plasma spraying alone and making it porous. . However, even in this case, it is preferable to partially perform laser-plasma hybrid thermal spraying in order to increase the adhesion with the lower layer.

第三層目の膜厚は、300〜1000μmの範囲が好ま
しい。300μmより薄いと、断熱材としての特性が満
足されず、1000μlを越えると皮膜の熱応力が大き
くなりすぎ、剥離を促進するからである。
The thickness of the third layer is preferably in the range of 300 to 1000 μm. If it is thinner than 300 μl, the properties as a heat insulating material will not be satisfied, and if it exceeds 1000 μl, the thermal stress of the film will become too large, promoting peeling.

第三層にThO□を用いていない場合に必要に応じて被
着される第四層目は、レーザ・プラズマハイブリッド溶
射によるThO□層である。プラズマ溶射では、温度が
低く、溶射粉末が短時間しか加熱されないため、高強度
な皮膜の作製が困難である。
The fourth layer, which is optionally deposited when ThO□ is not used for the third layer, is a ThO□ layer formed by laser-plasma hybrid spraying. In plasma spraying, the temperature is low and the spray powder is heated only for a short time, making it difficult to produce a high-strength coating.

逆に、炭酸ガスレーザ等の赤外線レーザは、酸化物に極
めてよく吸収される波長であり、またエネルギー密度が
大きいために短時間でThOaを溶解できる温度まで加
熱でき、そのためハイブリッド溶射が有効である。
Conversely, an infrared laser such as a carbon dioxide laser has a wavelength that is extremely well absorbed by oxides and has a high energy density, so it can be heated to a temperature that can melt ThOa in a short time, making hybrid thermal spraying effective.

なお、1500℃以上の酸化雰囲気下では、酸化物層を
透過する酸素量が大きいため、第二層である酸素バリヤ
ー層(金属シリサイド層)の寿命が短くなる。このよう
な雰囲気で長時間使用する場合、第二層と第三層間にP
t、 Ir、 Rh等の酸化物を作らず、酸素を透過し
にくい皮膜なレーザ・プラズマハイブリッド溶射法、電
気化学メツキ法等によって被覆することができる。
Note that in an oxidizing atmosphere of 1500° C. or higher, the amount of oxygen permeating through the oxide layer is large, so the life of the second layer, the oxygen barrier layer (metal silicide layer), is shortened. When used for a long time in such an atmosphere, there should be no P between the second and third layers.
It can be coated by a laser-plasma hybrid thermal spraying method, an electrochemical plating method, etc., which does not create oxides such as t, Ir, Rh, etc., and which makes it difficult for oxygen to pass through.

以上の方法によって、耐酸化性に優れた炭素材料を製造
することができる。
By the above method, a carbon material with excellent oxidation resistance can be manufactured.

特に、上述した皮膜の形成にレーザ・プラズマハイブリ
ッド溶射を用いると、レーザのもつ高エネルギー レー
ザ・プラズマハイブリッド溶射により完全に溶融した溶
射材料が絶えず供給される等の理由により、第−層皮膜
形成と同時に、炭素材料の内部方向へ前記高融点金属も
しくはその炭化物との反応層が生じ、しかもその反応層
の性状(密度、厚さ、傾斜組成の有無)をレーザ出力、
原料粉末の供給量等の調整により自由に制御することが
できる。また、レーザを用いた溶射法では、他の溶射法
と異なり、溶射粉末を完全に溶解した上で、被覆が行え
るため、緻密な皮膜を作製することが可能になる。
In particular, when laser-plasma hybrid thermal spraying is used to form the above-mentioned coating, it is difficult to form the first layer coating due to the high energy of the laser and the constant supply of completely melted spraying material due to the laser-plasma hybrid thermal spraying. At the same time, a reaction layer with the high melting point metal or its carbide is generated in the interior direction of the carbon material, and the properties of the reaction layer (density, thickness, presence or absence of graded composition) are measured by laser output.
It can be freely controlled by adjusting the amount of raw material powder supplied. Furthermore, unlike other thermal spraying methods, the thermal spraying method using a laser allows the coating to be performed after completely melting the thermal spray powder, making it possible to produce a dense coating.

[実施例] (実施例1) 等方性黒鉛なレーザ・プラズマハイブリッド溶射用真空
チャンバーに入れ、0. ITorrになるまで減圧し
た。0.1Torrで約5分保持後、この等方性黒鉛の
表面を炭酸ガスレーザで赤熱するまで予熱して、不純物
除去等の前処理を行った。この時のレーザ出力は3kw
であった。この後、非酸化性雰囲気を保持したまま、胃
、Mo、ICを上記炭素材料上にレーザ・プラズマハイ
ブリッド溶射により被覆した。レーザ出力は3 km、
プラズマ溶射出力は800Aとした。・ 得られた材料について不活性雰囲気下で加熱試験を行い
、皮膜の剥離の有無を調べた。その結果を表1に示す、
以下の各表中の○印は剥離の無いことを示している。
[Example] (Example 1) Isotropic graphite was placed in a vacuum chamber for laser-plasma hybrid thermal spraying and heated to 0. The pressure was reduced to ITorr. After holding at 0.1 Torr for about 5 minutes, the surface of this isotropic graphite was preheated with a carbon dioxide laser until it became red hot, and pretreatment such as impurity removal was performed. The laser output at this time is 3kw
Met. Thereafter, while maintaining a non-oxidizing atmosphere, the above carbon material was coated with gastric material, Mo, and IC by laser-plasma hybrid spraying. Laser output is 3 km,
The plasma spraying output was 800A. - A heating test was conducted on the obtained material under an inert atmosphere to check for peeling of the film. The results are shown in Table 1.
The ○ mark in each table below indicates that there was no peeling.

表   1 温   度     1000℃   1500℃保持
時間(Hr)   12    2W被覆黒鉛   O
○ MO被覆黒鉛   O○ 臂C被覆黒鉛   O○ (比較例1) 実施例1において用いたのと同様の等方性黒鉛を真空チ
ャンバーに入れ、0. ITorrで約5分保持後、こ
の等方性黒鉛の表面を炭酸ガスレーザで赤熱するまで予
熱して、不純物除去等の前処理を行った。この時のレー
ザ出力は3kwであった。この後、真空チャンバーにA
rを導入し、100 Torrの圧力で、W、Moを炭
素材料上にプラズマ溶射により被覆した。また、肛につ
いては、30OTorrの圧力で同様にプラズマ溶射に
より被覆した。プラズマ溶射出力は800Aとした。
Table 1 Temperature 1000℃ 1500℃ Holding time (Hr) 12 2W coated graphite O
○ MO-coated graphite ○ ○ Arm C-coated graphite ○ ○ (Comparative Example 1) Isotropic graphite similar to that used in Example 1 was placed in a vacuum chamber and heated to 0. After holding at ITorr for about 5 minutes, the surface of this isotropic graphite was preheated with a carbon dioxide laser until it became red hot, and pretreatment such as impurity removal was performed. The laser output at this time was 3 kW. After this, A
W and Mo were coated on the carbon material by plasma spraying at a pressure of 100 Torr. Further, the anus was similarly coated by plasma spraying at a pressure of 30 OTorr. The plasma spraying output was 800A.

得られた溶射皮膜の状態を表2に示す。Table 2 shows the condition of the obtained thermal spray coating.

表   2 (比較例2) 溶射圧力を100Torrにした以外はすべて比較例1
のと同様の条件で、wCを等方性黒鉛上に被覆したが、
WCが十分に溶融しなかったため、炭素材料のエロージ
ョンが生じ、皮膜の形成も認められなかった。
Table 2 (Comparative Example 2) Comparative Example 1 except that the spraying pressure was 100 Torr.
wC was coated on isotropic graphite under the same conditions as in
Since the WC was not sufficiently melted, erosion of the carbon material occurred and no film formation was observed.

(実施例2) 実施例1によって第−層皮膜を形成したII、Mo及び
WC被覆黒鉛を、第−層皮膜の形成に用いた真空チャン
バーに入れ、0.1Torrになるまで真空ポンプで減
圧した。その後、Arガスを導入して、真空チャンバー
内を300Torrに保持し、前記試料にそれぞれMo
Si2をプラズマ溶射により被覆した。プラズマ溶射時
の出力“は800Aとした。
(Example 2) The II-, Mo- and WC-coated graphite on which the first layer film was formed according to Example 1 was placed in the vacuum chamber used for forming the first layer film, and the pressure was reduced to 0.1 Torr using a vacuum pump. . After that, Ar gas was introduced to maintain the inside of the vacuum chamber at 300 Torr, and Mo
Si2 was coated by plasma spraying. The output during plasma spraying was 800A.

得られた試料について、不活性雰囲気下で加熱試験を行
い、皮膜の剥離の有無を調べた。その結果を表3に示す
The obtained sample was subjected to a heating test under an inert atmosphere to check for peeling of the film. The results are shown in Table 3.

表   3 温   度          1000℃  130
0℃  1500℃保持時間(Hr)      l 
   1   1W/MoSix被覆黒鉛   ○  
 ○   ○Mo/&4osiz被覆黒鉛   ○  
 O○WC/&4oSi 2被覆黒鉛   O○   
○(実施例3) MOSi2を被覆する場合にレーザ・プラズマハイブリ
ッド溶射法を用いた以外は、実施例2と同様の条件で、
炭素材料上に皮膜を形成した。レーザ・プラズマハイブ
リッド溶射によるMoSi2被覆において、レーザ出力
は2kw、プラズマ溶射出力は800Aとした。
Table 3 Temperature 1000℃ 130
0℃ 1500℃ holding time (Hr) l
1 1W/MoSix coated graphite ○
○ ○Mo/&4osiz coated graphite ○
O○WC/&4oSi 2 coated graphite O○
○ (Example 3) The same conditions as Example 2 were used, except that a laser-plasma hybrid spraying method was used when coating MOSi2.
A film was formed on the carbon material. In the MoSi2 coating by laser-plasma hybrid thermal spraying, the laser output was 2 kW and the plasma spraying output was 800 A.

得られた試料について、大気雰囲気中で加熱試験を行い
、皮膜の剥離の状態を調べた。また、実施例2において
得られた試料についても同様の加熱試験を行った。その
結果を表4に示す。
The obtained sample was subjected to a heating test in the air to examine the state of peeling of the film. Further, a similar heating test was also conducted on the sample obtained in Example 2. The results are shown in Table 4.

表 温   度          1000℃  130
0℃  1500℃保持時間(Hrl      1 
  1   1[実施例2の試料] W/Mo5ia被覆黒鉛  ○   ○   OMo/
MoSi2被覆黒鉛  ○   0OIC/Mo5zz
被覆黒鉛  O○   ○[本実施例の試料] W/MoSix被覆黒鉛  ○   ○   ○Mo/
MoSi 2被覆黒鉛  ○   ○   ○IC/M
oSi 2被覆黒鉛  O○   ○(実施例4) 実施例3で得られたところのII/Mo5iz被覆黒鉛
、Mo/MoSi2被覆黒鉛、及びIC/Mo5ii被
覆黒鉛のそれぞれに、ZrO□及びThe、の被覆を行
った。ZrO□の被覆に関しては、プラズマ溶射で、T
hO□の被覆に関してはレーザ・プラズマハイブリッド
溶射により被覆を行った。
Surface temperature 1000℃ 130
0℃ 1500℃ holding time (Hrl 1
1 1 [Sample of Example 2] W/Mo5ia coated graphite ○ ○ OMo/
MoSi2 coated graphite ○ 0OIC/Mo5zz
Coated graphite O○ ○ [Sample of this example] W/MoSix coated graphite ○ ○ ○Mo/
MoSi 2 coated graphite ○ ○ ○IC/M
oSi2 coated graphite O○○ (Example 4) II/Mo5iz coated graphite, Mo/MoSi2 coated graphite, and IC/Mo5ii coated graphite obtained in Example 3 were coated with ZrO□ and The, respectively. I did it. Regarding ZrO□ coating, T
The coating of hO□ was performed by laser-plasma hybrid spraying.

プラズマ溶射による2rO□の被覆条件は、プラズマ電
流を85OAとした。
The coating conditions of 2rO□ by plasma spraying were such that the plasma current was 85OA.

以上の方法により得られたW/Mo51g/Zr0z/
Th0t被覆黒鉛、Mo/Mo5iz/Zr0z/Th
02被覆黒鉛、及びWC/Mo5ia/Zr0z/Th
0z被覆黒鉛について、不活性ガス雰囲気下で加熱試験
を行った。その結果を表5に示す。
W/Mo51g/Zr0z/ obtained by the above method
Th0t coated graphite, Mo/Mo5iz/Zr0z/Th
02 coated graphite and WC/Mo5ia/Zr0z/Th
A heating test was conducted on the 0z coated graphite under an inert gas atmosphere. The results are shown in Table 5.

表   5 温   度                 100
0℃    1500℃W/Mo5z2/zro2/r
ho2被覆黒鉛  ○    ○Mo/Mo5iz/Z
r0z/Th0z被覆黒鉛  O○IC/Mo5z2/
ZrO□/ThOx被覆黒鉛  O○[発明の効果] 以上に詳述した本発明の方法によれば、表面被覆炭素材
料の製造に際し、レーザ・プラズマハイブリッド溶射に
よる適切な加熱により、その母材と溶射皮膜の界面での
反応を有効に促進させ、そ れによって炭素材料に対する密着力が大きくかつ緻密な
皮膜を形成することができる。
Table 5 Temperature 100
0℃ 1500℃W/Mo5z2/zro2/r
ho2 coated graphite ○ ○Mo/Mo5iz/Z
r0z/Th0z coated graphite O○IC/Mo5z2/
Zr0 The reaction at the interface of the film is effectively promoted, thereby forming a dense film with strong adhesion to the carbon material.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.炭素材料の表面に、レーザ・プラズマハイブリッド
溶射により、高融点金属もしくはその炭化物を被覆する
ことを特徴とする表面被覆炭素材料の製造方法。
1. A method for producing a surface-coated carbon material, which comprises coating the surface of a carbon material with a high-melting point metal or its carbide by laser-plasma hybrid spraying.
2.請求項1に記載の方法によって得られた被覆炭素材
料の上に、レーザ・プラズマハイブリッド溶射、プラズ
マ溶射またはレーザ溶射により金属シリサイドを被覆す
ることを特徴とする表面被覆炭素材料の製造方法。
2. A method for producing a surface-coated carbon material, which comprises coating the coated carbon material obtained by the method according to claim 1 with metal silicide by laser-plasma hybrid spraying, plasma spraying, or laser spraying.
3.請求項2に記載の方法によって得られた被覆炭素材
料の上に、断熱性を有する酸化物皮膜または耐エロージ
ョン・コロージョン皮膜を被覆することを特徴とする表
面被覆炭素材料の製造方法。
3. A method for producing a surface-coated carbon material, which comprises coating the coated carbon material obtained by the method according to claim 2 with an oxide film having heat insulating properties or an erosion- and corrosion-resistant film.
4.請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の方法に
おいて、高融点金属もしくはその炭化物として、Mo,
W,Mo_xC_yまたはWCの中から選ばれた少なく
とも一種以上の材料を用いることを特徴とする表面被覆
炭素材料の製造方法。
4. In the method according to any one of claims 1 to 3, as the high melting point metal or its carbide, Mo,
A method for producing a surface-coated carbon material, characterized in that at least one material selected from W, Mo_xC_y, or WC is used.
5.請求項2または請求項3に記載の方法において、金
属シリサイドとして、MoSi_2またはWSi_2を
用いることを特徴とする表面被覆炭素材料の製造方法。
5. 4. The method for producing a surface-coated carbon material according to claim 2 or 3, wherein MoSi_2 or WSi_2 is used as the metal silicide.
6.請求項3に記載の方法において、断熱性を有する酸
化物皮膜または耐エロージヨン・コロージヨン皮膜とし
て、ZrO_2,HfO_2,Al_2O_2,MgO
及びThO_2の中から選ばれた単一または複数の材料
を用いることを特徴とする表面被覆炭素材料の製造方法
6. In the method according to claim 3, as the oxide film having heat insulating properties or the erosion- and corrosion-resistant film, ZrO_2, HfO_2, Al_2O_2, MgO
A method for producing a surface-coated carbon material, characterized in that a single material or a plurality of materials selected from ThO_2 and ThO_2 are used.
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