JP2000302575A - 耐酸化コーティング - Google Patents
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Classifications
-
- 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
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
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- 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
- C04B41/5022—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 vitreous materials
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】使用中にセラミックスマトリックスにクラック
が発生、進展しても酸化を防止することができる耐酸化
コーティングを提供する。 【解決手段】 高温下で使用される部材の表面に施され
る耐酸化コーティングであって、酸化してガラスを形成
する元素を含むバインダーに、酸素と容易に結合して低
融点酸化物を生じる元素を含む化合物を混合して生成さ
れる。
が発生、進展しても酸化を防止することができる耐酸化
コーティングを提供する。 【解決手段】 高温下で使用される部材の表面に施され
る耐酸化コーティングであって、酸化してガラスを形成
する元素を含むバインダーに、酸素と容易に結合して低
融点酸化物を生じる元素を含む化合物を混合して生成さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温下で使用され
る部材の表面に施される耐酸化コーティングに関する。
る部材の表面に施される耐酸化コーティングに関する。
【０００２】高温下で使用される部材の一つに繊維強化
セラミックスがある。この繊維強化セラミックスは、セ
ラミックスマトリックスをセラミックス繊維で強化した
複合材料であって、繊維とマトリックスとの界面にカー
ボンや窒化ホウ素等のすべり層を形成させることによ
り、強度を発現させている。ところが、これを高温酸化
雰囲気で使用すると、界面が酸化されて酸化物が形成さ
れ、繊維強化セラミックスの靭性が低下し、脆化する。
セラミックスがある。この繊維強化セラミックスは、セ
ラミックスマトリックスをセラミックス繊維で強化した
複合材料であって、繊維とマトリックスとの界面にカー
ボンや窒化ホウ素等のすべり層を形成させることによ
り、強度を発現させている。ところが、これを高温酸化
雰囲気で使用すると、界面が酸化されて酸化物が形成さ
れ、繊維強化セラミックスの靭性が低下し、脆化する。
【０００３】この靱性脆化を防止するため、特開平10−
259070号公報には空隙の発生しているセラミックスマト
リックスに対し、空隙をガラスマトリックスで塞さいで
酸化を防止する技術が開示されている。
259070号公報には空隙の発生しているセラミックスマト
リックスに対し、空隙をガラスマトリックスで塞さいで
酸化を防止する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高温下で繊維
強化セラミックス等の部材に荷重をかけて使用する場
合、荷重の大きさや衝撃の程度により、セラミックスマ
トリックス等の部材表面にクラックが発生することがあ
る。このようにクラックが発生した状態のまま、その部
材を高温下で使用すると、クラック面に酸化物が形成さ
れ、靱性が低下し、脆化してしまう。また、前記公報の
方法では、使用中に発生、進展したクラック（空隙）に
対しては、酸化を十分に防止することができないという
問題点がある。
強化セラミックス等の部材に荷重をかけて使用する場
合、荷重の大きさや衝撃の程度により、セラミックスマ
トリックス等の部材表面にクラックが発生することがあ
る。このようにクラックが発生した状態のまま、その部
材を高温下で使用すると、クラック面に酸化物が形成さ
れ、靱性が低下し、脆化してしまう。また、前記公報の
方法では、使用中に発生、進展したクラック（空隙）に
対しては、酸化を十分に防止することができないという
問題点がある。
【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、使用中にセラミックスマトリックスにクラック
が発生、進展しても酸化を防止することができる耐酸化
コーティングを提供することを目的とする。
もので、使用中にセラミックスマトリックスにクラック
が発生、進展しても酸化を防止することができる耐酸化
コーティングを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明では、高温下で使用される部材の表
面に施される耐酸化コーティングであって、酸化してガ
ラスを形成する元素を含むバインダーに、酸素と容易に
結合して低融点酸化物を生じる元素を含む化合物を混合
して生成される、ことを特徴とする耐酸化コーティング
が提供される。
め、請求項1の発明では、高温下で使用される部材の表
面に施される耐酸化コーティングであって、酸化してガ
ラスを形成する元素を含むバインダーに、酸素と容易に
結合して低融点酸化物を生じる元素を含む化合物を混合
して生成される、ことを特徴とする耐酸化コーティング
が提供される。
【０００７】本発明の耐酸化コーティングは、酸化して
ガラスを形成する元素を含むバインダーに、酸素と容易
に結合して低融点酸化物を生じる元素を含む化合物を混
合して生成されるので、高温下で使用しているときに被
コーティング材の表面にクラックが生じても、コーティ
ングが開口部に追従してクラックの進展を防止すること
ができる。また、コーティング内に侵入してきた酸素を
酸化物にしているので、クラックに酸素が到達するのを
阻止することができる。
ガラスを形成する元素を含むバインダーに、酸素と容易
に結合して低融点酸化物を生じる元素を含む化合物を混
合して生成されるので、高温下で使用しているときに被
コーティング材の表面にクラックが生じても、コーティ
ングが開口部に追従してクラックの進展を防止すること
ができる。また、コーティング内に侵入してきた酸素を
酸化物にしているので、クラックに酸素が到達するのを
阻止することができる。
【０００８】さらに、請求項２ないし４に記載した発明
では、前記バインダーはシリコン系バインダーであるこ
とが好ましく、前記化合物はＴｉＢ2であることが好ま
しく、前記部材は繊維強化セラミックスであることが好
ましい。
では、前記バインダーはシリコン系バインダーであるこ
とが好ましく、前記化合物はＴｉＢ2であることが好ま
しく、前記部材は繊維強化セラミックスであることが好
ましい。
【０００９】シリコン系バインダーは、安価で入手しや
すく、化学的に安定しており、取扱いやすい。また、Ｔ
ｉＢ2は、他の元素とネットワークを形成してコーティ
ング膜を緻密にする働きを有する。緻密な膜が形成され
ると、大きな荷重が加わってもクラックが生じにくい。
また、繊維強化セラミックスは、ガスタービン部品等の
ように高温酸化雰囲気で使用されることが多いので、か
かる部材に本発明を適用すると非常に効果的である。
すく、化学的に安定しており、取扱いやすい。また、Ｔ
ｉＢ2は、他の元素とネットワークを形成してコーティ
ング膜を緻密にする働きを有する。緻密な膜が形成され
ると、大きな荷重が加わってもクラックが生じにくい。
また、繊維強化セラミックスは、ガスタービン部品等の
ように高温酸化雰囲気で使用されることが多いので、か
かる部材に本発明を適用すると非常に効果的である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、繊維強化セラミ
ックスに本発明の耐酸化コーティングを施した構成を示
す模式図である。1はセラミックス繊維で、例えば、耐
高温性に優れた、炭素繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素
繊維等が用いられる。2はセラミックスマトリックス
で、例えば、耐高温性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ
素、ジルコニア、アルミナ、炭化チタン等が用いられ
る。3は本発明の耐酸化コーティングで、Ｓｉ（シリコ
ン）系バインダーとＴｉＢ2（ホウ化チタン）により生
成される。なお、Ｓｉ系バインダーとは、Ｓｉ，Ｃ，
Ｈ，Ｏの元素からなる化合物で、焼成することによりガ
ラスになる液体をいう。４はセラミックスマトリックス
２に発生したクラックである。繊維強化マトリックスの
製作中や高温下で使用中に荷重（特に衝撃荷重）が加わ
ったときに発生する。
て、図面を参照して説明する。図1は、繊維強化セラミ
ックスに本発明の耐酸化コーティングを施した構成を示
す模式図である。1はセラミックス繊維で、例えば、耐
高温性に優れた、炭素繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素
繊維等が用いられる。2はセラミックスマトリックス
で、例えば、耐高温性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ
素、ジルコニア、アルミナ、炭化チタン等が用いられ
る。3は本発明の耐酸化コーティングで、Ｓｉ（シリコ
ン）系バインダーとＴｉＢ2（ホウ化チタン）により生
成される。なお、Ｓｉ系バインダーとは、Ｓｉ，Ｃ，
Ｈ，Ｏの元素からなる化合物で、焼成することによりガ
ラスになる液体をいう。４はセラミックスマトリックス
２に発生したクラックである。繊維強化マトリックスの
製作中や高温下で使用中に荷重（特に衝撃荷重）が加わ
ったときに発生する。
【００１１】本発明の耐酸化コーティングは、酸化して
ガラスを形成する元素を含むバインダーに、酸素と容易
に結合して低融点酸化物を生じる元素を含む化合物を混
合して生成されることを特徴とする。ここで、酸化して
ガラスを形成する元素を含むバインダーとしては、図１
に示すＳｉ系のほか、Ａｌ（アルミニウム），Ｚｒ（ジ
ルコニウム），Ｌｉ（リチウム），Ｎａ（ナトリウ
ム），Ｃａ（カルシウム），K（カリウム）等が使用さ
れ得る。また、酸素と容易に結合して低融点酸化物を生
じる元素を含む化合物としては、図１に示すＴｉＢ2の
ほか、Ｂ（ホウ素）やＰｂ（鉛）の化合物等が使用され
得る。
ガラスを形成する元素を含むバインダーに、酸素と容易
に結合して低融点酸化物を生じる元素を含む化合物を混
合して生成されることを特徴とする。ここで、酸化して
ガラスを形成する元素を含むバインダーとしては、図１
に示すＳｉ系のほか、Ａｌ（アルミニウム），Ｚｒ（ジ
ルコニウム），Ｌｉ（リチウム），Ｎａ（ナトリウ
ム），Ｃａ（カルシウム），K（カリウム）等が使用さ
れ得る。また、酸素と容易に結合して低融点酸化物を生
じる元素を含む化合物としては、図１に示すＴｉＢ2の
ほか、Ｂ（ホウ素）やＰｂ（鉛）の化合物等が使用され
得る。
【００１２】次に、コーティングプロセスについて、図
2を参照して説明する。先ず、被コーティング材を、ア
セトンやメチルエチルケトン等の有機溶剤で洗浄後、乾
燥させる（Ｓ１）。ここで使用した被コーティング材
は、炭化ケイ素繊維／炭化ケイ素マトリックスの繊維強
化セラミックスである。次に、ＴｉＢ2粉末とＳｉ系バ
インダーを、所定の重量比で混合し、ぺ一スト状液体を
作る（Ｓ２）。ここで使用したＳｉ系バインダーは、Ｓ
ｉＯ2とＢ2Ｏ3を主成分とするものであり、重量比は、
（ＴｉＢ2粉末）：（Ｓｉ系バインダー）＝６：４であ
る。次に、このぺ一スト状液体をはけで被コーティング
材に塗布し（Ｓ３）、室温で十分に乾燥する（Ｓ４）。
Ｓ２からＳ４までのステップは、必要な膜厚に応じて適
宜繰り返す。その後、１００ＭＰａ以上の圧力で加圧処
理を行い（Ｓ５）、７００℃以上の温度で、３０分以上
熱処理し、ガラス化した膜を形成する（Ｓ６）。Ｓ５及
びＳ６のステップにより、ＴｉＢ2の一部分がＢ2Ｏ3と
なり、Ｓｉ系バインダーのＳｉＯ2と結合して割れのな
い緻密な膜を形成する。
2を参照して説明する。先ず、被コーティング材を、ア
セトンやメチルエチルケトン等の有機溶剤で洗浄後、乾
燥させる（Ｓ１）。ここで使用した被コーティング材
は、炭化ケイ素繊維／炭化ケイ素マトリックスの繊維強
化セラミックスである。次に、ＴｉＢ2粉末とＳｉ系バ
インダーを、所定の重量比で混合し、ぺ一スト状液体を
作る（Ｓ２）。ここで使用したＳｉ系バインダーは、Ｓ
ｉＯ2とＢ2Ｏ3を主成分とするものであり、重量比は、
（ＴｉＢ2粉末）：（Ｓｉ系バインダー）＝６：４であ
る。次に、このぺ一スト状液体をはけで被コーティング
材に塗布し（Ｓ３）、室温で十分に乾燥する（Ｓ４）。
Ｓ２からＳ４までのステップは、必要な膜厚に応じて適
宜繰り返す。その後、１００ＭＰａ以上の圧力で加圧処
理を行い（Ｓ５）、７００℃以上の温度で、３０分以上
熱処理し、ガラス化した膜を形成する（Ｓ６）。Ｓ５及
びＳ６のステップにより、ＴｉＢ2の一部分がＢ2Ｏ3と
なり、Ｓｉ系バインダーのＳｉＯ2と結合して割れのな
い緻密な膜を形成する。
【００１３】以上のプロセスにより形成された本発明の
耐酸化コーティングは、比較的軟化点が低いので、高温
下で使用しているときにセラミックスマトリックスにク
ラックが生じても、その開口部に追従して膜形状を維持
する。また、膜が緻密に形成されているので、コーティ
ング自体にクラックが生じにくい。したがって、コーテ
ィング層下への酸素の侵入を防止することができる。さ
らに、コーティング層内に拡散した酸素がＴｉＢ2に取
り込まれる（ＴｉＢ2は酸化される）ことによる酸素侵
入阻止効果も発揮される。なお、ＴｉＢ2とＳｉ系バイ
ンダーとの混合比は、繊維強化セラミックスの使用環境
やバインダーの種類等により異なるが、軟化したときの
粘度が、膜形状を維持しつつ、酸化防止効果を発揮する
ように調整される。
耐酸化コーティングは、比較的軟化点が低いので、高温
下で使用しているときにセラミックスマトリックスにク
ラックが生じても、その開口部に追従して膜形状を維持
する。また、膜が緻密に形成されているので、コーティ
ング自体にクラックが生じにくい。したがって、コーテ
ィング層下への酸素の侵入を防止することができる。さ
らに、コーティング層内に拡散した酸素がＴｉＢ2に取
り込まれる（ＴｉＢ2は酸化される）ことによる酸素侵
入阻止効果も発揮される。なお、ＴｉＢ2とＳｉ系バイ
ンダーとの混合比は、繊維強化セラミックスの使用環境
やバインダーの種類等により異なるが、軟化したときの
粘度が、膜形状を維持しつつ、酸化防止効果を発揮する
ように調整される。
【００１４】本発明の耐酸化コーティングを有する試験
片について、ＪＩＳＲ１６０１に規定された3点曲げク
リープ試験を行った結果を（表１）に示す。なお、仕様
は以下の通りである。 試験片：三次元繊維強化セラミックス（炭化ケイ素繊維
／炭化ケイ素マトリックス） 繊維体積率：４０％ コーティング厚さ：０．３ｍｍ 試験片形状：厚み×幅×長さ＝３×４×４０ｍｍ 支点問距離：３０ｍｍ
片について、ＪＩＳＲ１６０１に規定された3点曲げク
リープ試験を行った結果を（表１）に示す。なお、仕様
は以下の通りである。 試験片：三次元繊維強化セラミックス（炭化ケイ素繊維
／炭化ケイ素マトリックス） 繊維体積率：４０％ コーティング厚さ：０．３ｍｍ 試験片形状：厚み×幅×長さ＝３×４×４０ｍｍ 支点問距離：３０ｍｍ
【００１５】
【表１】
【００１６】（表１）に示すように、コーティングされ
た試験片の高温寿命は、コーティングしていない試験片
に比べ大幅に伸びていることがわかる。
た試験片の高温寿命は、コーティングしていない試験片
に比べ大幅に伸びていることがわかる。
【００１７】
【発明の効果】上述したように、本発明の耐酸化コーテ
ィングは、Ｓｉ系バインダーにＴｉＢ2を混合して生成
されるので、次の効果を奏する。 （１）緻密な膜が形成されるので、高温下でも膜形状を
維持することができ、酸素の侵入を阻止して繊維強化セ
ラミックスの酸化を防止することができる。 （２）比較的軟化点が低いので、高温下で使用している
ときにセラミックスマトリックスにクラックが生じて
も、クラックの開口部に追従して膜形状を維持すること
ができ、酸素の侵入を阻止して繊維強化セラミックスの
酸化を防止することができる。 （３）高温下においてコーティングに侵入した酸素はＴ
ｉＢ2と容易に結合するので、セラミックスマトリック
ス内部に酸素が拡散するのを阻止することができ、繊維
強化セラミックスの酸化を防止することができる。
ィングは、Ｓｉ系バインダーにＴｉＢ2を混合して生成
されるので、次の効果を奏する。 （１）緻密な膜が形成されるので、高温下でも膜形状を
維持することができ、酸素の侵入を阻止して繊維強化セ
ラミックスの酸化を防止することができる。 （２）比較的軟化点が低いので、高温下で使用している
ときにセラミックスマトリックスにクラックが生じて
も、クラックの開口部に追従して膜形状を維持すること
ができ、酸素の侵入を阻止して繊維強化セラミックスの
酸化を防止することができる。 （３）高温下においてコーティングに侵入した酸素はＴ
ｉＢ2と容易に結合するので、セラミックスマトリック
ス内部に酸素が拡散するのを阻止することができ、繊維
強化セラミックスの酸化を防止することができる。
【図1】繊維強化セラミックスに本発明の耐酸化コーテ
ィングを施した構成を示す模式図である。
ィングを施した構成を示す模式図である。
【図2】コーティングプロセスを示す図である。
１ セラミックス繊維 ２ セラミックスマトリックス ３ コーティング ４ クラック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 隆 東京都田無市向台町３丁目５番１号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内 (72)発明者 大槻 浩 東京都中野区若宮２丁目55番５号 株式会 社鷺宮製作所内 (72)発明者 金子 俊夫 東京都中野区若宮２丁目55番５号 株式会 社鷺宮製作所内
Claims (4)
- 【請求項１】高温下で使用される部材の表面に施される
耐酸化コーティングであって、酸化してガラスを形成す
る元素を含むバインダーに、酸素と容易に結合して低融
点酸化物を生じる元素を含む化合物を混合して生成され
る、ことを特徴とする耐酸化コーティング。 - 【請求項２】前記バインダーは、シリコン系バインダー
であることを特徴とする、請求項１に記載の耐酸化コー
ティング。 - 【請求項３】前記化合物は、ＴｉＢ2であることを特徴
とする、請求項１又は２に記載の耐酸化コーティング。 - 【請求項４】前記部材は、繊維強化セラミックスである
ことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載
の耐酸化コーティング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11114512A JP2000302575A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 耐酸化コーティング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11114512A JP2000302575A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 耐酸化コーティング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000302575A true JP2000302575A (ja) | 2000-10-31 |
Family
ID=14639619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11114512A Pending JP2000302575A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 耐酸化コーティング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000302575A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005522395A (ja) * | 2002-04-09 | 2005-07-28 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 複合材でできた部品の酸化からの保護 |
| JP2007500665A (ja) * | 2003-07-31 | 2007-01-18 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 炭素を含む複合材料部品の酸化に対する保護層、およびそのように保護された部品 |
| JP2008127275A (ja) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | United Technol Corp <Utc> | 抗酸化コーティングの方法および被覆製品 |
-
1999
- 1999-04-22 JP JP11114512A patent/JP2000302575A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005522395A (ja) * | 2002-04-09 | 2005-07-28 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 複合材でできた部品の酸化からの保護 |
| JP2011093797A (ja) * | 2002-04-09 | 2011-05-12 | Snecma Propulsion Solide | 複合材でできた部品の酸化からの保護 |
| JP2007500665A (ja) * | 2003-07-31 | 2007-01-18 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 炭素を含む複合材料部品の酸化に対する保護層、およびそのように保護された部品 |
| JP4782677B2 (ja) * | 2003-07-31 | 2011-09-28 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 炭素を含む複合材料部品の酸化に対する保護層、およびそのように保護された部品 |
| JP2008127275A (ja) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | United Technol Corp <Utc> | 抗酸化コーティングの方法および被覆製品 |
| US7951459B2 (en) | 2006-11-21 | 2011-05-31 | United Technologies Corporation | Oxidation resistant coatings, processes for coating articles, and their coated articles |
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