JP2002293672A - Corrosion-resistant ceramic and its manufacturing method - Google Patents

Corrosion-resistant ceramic and its manufacturing method

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JP2002293672A
JP2002293672A JP2001098709A JP2001098709A JP2002293672A JP 2002293672 A JP2002293672 A JP 2002293672A JP 2001098709 A JP2001098709 A JP 2001098709A JP 2001098709 A JP2001098709 A JP 2001098709A JP 2002293672 A JP2002293672 A JP 2002293672A
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oxide
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide corrosion-resistant ceramic which has excellent adherence even at 800-1,600 deg.C and a long-lived surface-coated layer, consists of a nonoxide ceramic sintered compact and is manufactured easily at a low cost. SOLUTION: A layer of the multiple oxide of the element of group 3a in the periodic table and a transition metal element, for example, the layer of the multiple oxide shown by the formula: RE2 (Six M1-x )2 O7 (wherein RE is the element of group 3a in the periodic table; M is the transition metal element; 0<=x<1) is formed on the surface of the nonoxide ceramic sintered compact.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高温用部材として、
特に、ピストンピン、エンジンバルブ等の自動車用部品
やガスタービンエンジン用部品などの熱機関用部品とし
て好適に使用される耐食性セラミックス及びその製造方
法に関する。
The present invention relates to a high-temperature member,
In particular, the present invention relates to a corrosion-resistant ceramic suitably used as a component for a heat engine such as a component for a vehicle such as a piston pin or an engine valve or a component for a gas turbine engine, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体、サ
イアロン質焼結体等の非酸化物セラミック焼結体は、エ
ンジニアリングセラミックスとして知られており、種々
の用途に供されている。例えば、窒化珪素質焼結体やサ
イアロン質焼結体は耐熱性、耐熱衝撃性、耐摩耗性及び
耐酸化性に優れることから、ガスタービンやタ−ボロ−
タ等の熱機関用部品としての応用が進められている。ま
た、炭化珪素質焼結体は高強度、耐熱性に優れているた
め機械部品などに広く用いられている。このようなセラ
ミックスに対しては、さらにその使用条件が高温化する
に際して、高温における強度及び耐酸化特性、耐腐食性
のさらなる改善が求められている。かかる要求に対し
て、これまで焼結助剤及び粒界相の検討や焼成条件等を
改善する等各種の改良に加えて付着力の高い酸化保護膜
を作製することにより改善が進められてきた。
2. Description of the Related Art Non-oxide ceramic sintered bodies such as silicon nitride based sintered bodies, silicon carbide based sintered bodies, and sialon based sintered bodies are known as engineering ceramics and are used for various purposes. . For example, a silicon nitride-based sintered body and a sialon-based sintered body have excellent heat resistance, thermal shock resistance, wear resistance, and oxidation resistance.
Applications as heat engine components such as heat pumps are being promoted. Silicon carbide sintered bodies are widely used for mechanical parts and the like because of their high strength and excellent heat resistance. As for such ceramics, further improvement in strength, oxidation resistance, and corrosion resistance at high temperatures is required when the usage conditions are further increased. In response to such demands, improvement has been promoted by producing an oxide protective film having a high adhesion in addition to various improvements such as examination of sintering aids and grain boundary phases and improvement of firing conditions. .

【0003】例えば、特開平9−183676号公報で
は、窒化珪素またはサイアロンを主成分とする焼結体表
面を、SiOを主体とするガラス層により被覆するこ
とにより、高温における機械的強度と耐酸化性の改善が
図られている。また、特開平5−238855号公報に
は、窒化珪素質焼結体上に、耐酸化性の良好なAl
、ZrOなどをCVDや溶射の手法でコーティング
して保護膜を形成し、耐酸化性、耐エロージョン、コロ
ージョン性を向上することが提案されている。更に、特
開2000−007472号公報には、窒化珪素や炭化
珪素などの珪化物セラミックスにRESiO又はR
Si(RE=希土類元素)を積層することに
より、耐酸化性及び耐食性を改善することが提案されて
いる。
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-183676, the surface of a sintered body mainly composed of silicon nitride or sialon is coated with a glass layer mainly composed of SiO 2 , so that the mechanical strength and acid resistance at high temperatures are increased. The improvement of the chemical nature is aimed at. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-238855 discloses that a silicon nitride-based sintered body is coated with Al 2 O having good oxidation resistance.
3, ZrO 2 and the like were coated with CVD and thermal spraying technique a protective film is formed, oxidation resistance, erosion, it is possible to improve the corrosion resistance has been proposed. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-007472 discloses that silicide ceramics such as silicon nitride and silicon carbide are made of RE 2 SiO 5 or R 2 SiO 5.
It has been proposed to improve oxidation resistance and corrosion resistance by laminating E 2 Si 2 O 7 (RE = rare earth element).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−183676号公報のように、表面にガラス層を形
成する方法では、静的な条件下での特性向上の効果はあ
るが、実際のエンジン中で高温高圧高速ガスに曝される
と蒸発により表面被覆層が急速に消耗し、寿命が短いと
いう問題があった。また、特開平5−238855号公
報に記載の方法では、基材との熱膨脹率の違いにより剥
離し易く、また高温腐食により表面被覆層が急速に消耗
するという問題があった。さらに、特開2000−00
7472号公報に記載の方法では、産業用大型ガスター
ビンエンジンのようなより高温で、より高圧、且つ腐食
性の高い環境下で使用する場合には、腐食による保護膜
の劣化が大きいため、寿命が短くなるという問題があっ
た。
However, in the method of forming a glass layer on the surface as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-183676, there is an effect of improving the characteristics under static conditions. When exposed to a high-temperature, high-pressure, high-speed gas, the surface coating layer is rapidly consumed by evaporation, resulting in a short life. In addition, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-238855 has a problem that it is easily peeled off due to a difference in thermal expansion coefficient from a substrate, and the surface coating layer is rapidly consumed due to high-temperature corrosion. Further, JP-A-2000-00
According to the method described in Japanese Patent No. 7472, when used in a higher temperature, higher pressure, and highly corrosive environment such as an industrial large gas turbine engine, the protection film is greatly deteriorated due to corrosion. However, there is a problem that the length is shortened.

【0005】従って、本発明は、800〜1600℃付
近の高温域においても優れた付着力を有するとともに、
寿命の長い表面被覆層を有する非酸化物セラミック焼結
体から成る耐食性セラミックスを簡易且つ低コストで提
供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has excellent adhesive force even in a high temperature range around 800 to 1600 ° C.,
An object of the present invention is to provide a corrosion-resistant ceramic made of a non-oxide ceramic sintered body having a long-life surface coating layer simply and at low cost.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、非酸化
物セラミック焼結体の表面に、周期律表第3a族元素と
遷移金属元素とを含む複合酸化物層を設けてなることを
特徴とする耐食性セラミックスが提供される。本発明に
よれば、更に、非酸化物セラミックス焼結体の表面に、
遷移金属元素と周期律表第3a族元素との複合酸化物を
塗布した後、1300〜1900℃の温度で熱処理し、
複合酸化物層を形成することを特徴とする耐食性セラミ
ックスの製造方法が提供される。
According to the present invention, a composite oxide layer containing a Group 3a element of the periodic table and a transition metal element is provided on the surface of a non-oxide ceramic sintered body. A characteristic corrosion resistant ceramic is provided. According to the present invention, further, on the surface of the non-oxide ceramics sintered body,
After applying a composite oxide of a transition metal element and a Group 3a element of the periodic table, heat-treating at a temperature of 1300 to 1900 ° C.
A method for producing a corrosion-resistant ceramic, comprising forming a composite oxide layer, is provided.

【0007】本発明の耐食性セラミックスは、非酸化物
セラミック焼結体表面に、周期律表第3a族元素及び遷
移金属元素の複合酸化物層を設けたことが重要な特徴で
あり、このような複合酸化物層の形成により、高温、高
圧及び高速のガスに曝されても剥離や消耗が抑制され、
その結果、耐酸化性、耐エロージョン、コロージョンの
著しい改善を実現したものである。
An important feature of the corrosion-resistant ceramic of the present invention is that a composite oxide layer of a Group 3a element of the periodic table and a transition metal element is provided on the surface of the non-oxide ceramic sintered body. Due to the formation of the composite oxide layer, exfoliation and consumption are suppressed even when exposed to high temperature, high pressure and high speed gas,
As a result, remarkable improvements in oxidation resistance, erosion resistance and corrosion are realized.

【0008】本発明において、基材である非酸化物セラ
ミック焼結体としては、窒化珪素、炭化珪素及びサイア
ロンのうち少なくとも1種を主成分とものであることが
最も好適である。即ち、このような非酸化物セラミック
焼結体表面に、前記複合酸化物の層を設けることによ
り、非酸化物セラミックスが持つ本来の高温特性を維持
し、且つ腐食に強い耐食性セラミックスを得ることがで
きる。
In the present invention, it is most preferable that the non-oxide ceramic sintered body as the base material contains at least one of silicon nitride, silicon carbide and sialon as a main component. That is, by providing a layer of the composite oxide on the surface of such a non-oxide ceramic sintered body, it is possible to maintain the original high-temperature characteristics of the non-oxide ceramic and obtain a corrosion-resistant ceramic which is resistant to corrosion. it can.

【0009】本発明において、基材である非酸化物セラ
ミック焼結体との熱膨張差を低減し、保護層である複合
酸化物層の剥がれを有効に防止するという見地から、該
複合酸化物層の厚みは、30〜300μmであることが
好ましい。また、上記複合酸化物を構成する遷移金属元
素としては、Zr、Hf及びTiのうち少なくとも1種
であることが好ましい。これにより、高温、高圧、且つ
高速のガスに曝されても剥離や消耗を抑制し、耐酸化
性、耐エロージョン、コロージョンを著しく改善するこ
とができる。更に、前記複合酸化物は、熱的に安定であ
るという点で、下記式(1): RE …(1) 式中、REは、周期律表第3a族元素であり、Mは、遷
移金属元素である、で表されるものであることが好まし
い。また、本発明においては、上記式(1)の複合酸化
物の遷移金属元素Mの一部をケイ素原子で置換した構造
の複合酸化物を用いることもできる。このようなケイ素
置換複合酸化物は、下記式(2): RE(Si1−x …(2) 式中、REは、周期律表第3a族元素であり、Mは、遷
移金属元素であり、xは、0<x<1を満足する数であ
る、で表わされる。即ち、このようなケイ素置換複合酸
化物は、化学的により安定であり、このような複合酸化
物の層を設けることにより、耐食性の一層の向上を実現
できる。また、上記式(2)において、ケイ素原子の置
換割合を示す数xは、0.5≦x<0.9であることが
好ましい。これにより、前記非酸化物セラミックス焼結
体と複合酸化物層間の熱膨張差を低減できるので、表面
に形成された複合酸化物層の剥がれを有効に防止でき
る。
In the present invention, from the viewpoint of reducing the difference in thermal expansion with the non-oxide ceramic sintered body as the base material and effectively preventing the composite oxide layer as the protective layer from peeling off, The thickness of the layer is preferably from 30 to 300 μm. The transition metal element constituting the composite oxide is preferably at least one of Zr, Hf and Ti. Thereby, even when exposed to a high-temperature, high-pressure, and high-speed gas, peeling and consumption can be suppressed, and oxidation resistance, erosion resistance, and corrosion can be significantly improved. Further, in view of the fact that the composite oxide is thermally stable, the following formula (1): RE 2 M 2 O 7 (1) wherein RE is a Group 3a element of the periodic table, M is preferably a transition metal element. Further, in the present invention, a composite oxide having a structure in which a part of the transition metal element M of the composite oxide of the above formula (1) is substituted with a silicon atom can also be used. Such silicon-substituted compound oxide represented by the following formula (2): RE in 2 (Si x M 1-x ) 2 O 7 ... (2) Equation, RE is a periodic table Group 3a element, M Is a transition metal element, and x is a number satisfying 0 <x <1. That is, such a silicon-substituted composite oxide is chemically more stable, and by providing such a composite oxide layer, further improvement in corrosion resistance can be realized. Further, in the above formula (2), it is preferable that the number x indicating the replacement ratio of silicon atoms satisfies 0.5 ≦ x <0.9. Thereby, the difference in thermal expansion between the non-oxide ceramics sintered body and the composite oxide layer can be reduced, so that peeling of the composite oxide layer formed on the surface can be effectively prevented.

【0010】また、本発明の耐食性セラミックスは、非
酸化物セラミック焼結体表面に、前記複合酸化物を塗布
し、1000〜1900℃の温度で熱処理することによ
り製造することができるが、複合酸化物が塗布される焼
結体の表面粗さRa(JISB0601)は、0.7μ
m〜3μmの範囲にあることが好ましい。これにより、
非酸化物セラミックス焼結体と、その表面に被覆された
複合酸化物層との結合力を高め、高温、高圧、高速のガ
スに曝されても、複合酸化物層の剥離や消耗を有効に抑
制することができる。
The corrosion-resistant ceramic of the present invention can be produced by applying the composite oxide to the surface of a non-oxide ceramic sintered body and heat-treating the composite oxide at a temperature of 1000 to 1900 ° C. The surface roughness Ra (JIS B0601) of the sintered body on which the material is applied is 0.7 μm.
It is preferably in the range of m to 3 μm. This allows
Increases the bonding strength between the non-oxide ceramic sintered body and the composite oxide layer coated on its surface, effectively exfoliating and eroding the composite oxide layer even when exposed to high-temperature, high-pressure, high-speed gas. Can be suppressed.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】(非酸化物セラミック焼結体)後
記で詳述する複合酸化物の保護層を形成する非酸化物セ
ラミック焼結体としては、金属の炭化物、窒化物、硼化
物及び珪化物等、種々のものが公知であり、本発明で
は、これらの何れをも使用することができるが、特に、
窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体及びサイアロン質
焼結体を用いた場合に、本発明は最も有効である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Non-Oxide Ceramic Sintered Body) The non-oxide ceramic sintered body forming a composite oxide protective layer, which will be described in detail later, includes metal carbides, nitrides, borides and the like. Various substances such as silicides are known, and in the present invention, any of these can be used.
The present invention is most effective when a silicon nitride based sintered body, a silicon carbide based sintered body, and a sialon based sintered body are used.

【0012】例えば、窒化珪素質焼結体は、高密度、高
強度、高靭性で機械的信頼性が高いものの、高温燃焼ガ
ス雰囲気中での耐食性に劣るため、表面を、後述する複
合酸化物の保護層で被覆することにより、耐食性を改善
でき、高温構造部品として寿命を長くできる。本発明に
おいては、かかる窒化珪素質焼結体の中でも、特に、焼
結助剤として周期律表第3a族元素の酸化物(或いは焼
成により酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩等)やSi
を用いての焼成により得られたものが好適である。
即ち、このような窒化珪素質焼結体は、表面に形成され
る複合酸化物の保護層と同一の結晶相が粒界に析出して
おり、この結果、耐酸化性及び耐腐食性の一層の改善を
図ることができるからである。尚、このような焼結助剤
に由来する成分の酸化物換算での含有量は、トータルで
20モル%以下であるのがよい。これら成分の含有量が
あまり多いと、窒化珪素質焼結体の優れた特性が損なわ
れるおそれがあるからである。
For example, a silicon nitride-based sintered body has high density, high strength, high toughness and high mechanical reliability, but has poor corrosion resistance in a high-temperature combustion gas atmosphere. By coating with a protective layer, the corrosion resistance can be improved and the life as a high-temperature structural component can be prolonged. In the present invention, among such silicon nitride-based sintered bodies, oxides of a Group 3a element of the periodic table (or carbonates, nitrates, etc., which can form oxides by firing) and Si as sintering aids are particularly preferred.
Those obtained by firing using O 2 are preferred.
That is, in such a silicon nitride-based sintered body, the same crystal phase as that of the composite oxide protective layer formed on the surface is precipitated at the grain boundary, and as a result, oxidation resistance and corrosion resistance are further improved. This is because it is possible to improve. In addition, the content of the component derived from such a sintering aid in terms of oxide is preferably 20 mol% or less in total. If the content of these components is too large, the excellent characteristics of the silicon nitride sintered body may be impaired.

【0013】また、炭化珪素質焼結体は、高温強度に優
れるものの、高温燃焼ガス雰囲気中での耐食性に劣る。
従って、その表面を、後述する複合酸化物の保護層で被
覆することにより、耐酸化性及び耐食性を改善でき、高
温構造部品としての寿命を長くできる。
Further, the silicon carbide sintered body is excellent in high temperature strength, but is inferior in corrosion resistance in a high temperature combustion gas atmosphere.
Therefore, by coating the surface with a composite oxide protective layer described later, oxidation resistance and corrosion resistance can be improved, and the life as a high-temperature structural component can be extended.

【0014】さらに、サイアロン質焼結体は、優れた機
械的強度、靭性、耐熱衝撃性により耐磨耗工具、タービ
ン翼またはエンジン部品として実用されている。しか
し、サイアロンにおいても高温燃焼ガス雰囲気中では耐
食性が劣り、高温特性が劣化するが、後述する複合酸化
物の保護層を表面に設けることにより、高温燃焼ガス雰
囲気中での耐食性及び耐酸化性を改善し、寿命を長くす
ることができる。尚、上述した炭化珪素質焼結体やサイ
アロン質焼結体においても、その優れた特性が損なわれ
ない限りの量で、例えば、主結晶である炭化珪素やサイ
アロンを80重量%以上含有する限り、焼結助剤等に由
来する成分や他の結晶を含有していてもよいことは勿論
である。
Further, the sialon-based sintered body has been put to practical use as a wear-resistant tool, a turbine blade or an engine component due to its excellent mechanical strength, toughness and thermal shock resistance. However, sialon also has poor corrosion resistance and degrades high-temperature characteristics in a high-temperature combustion gas atmosphere.However, by providing a composite oxide protective layer described later on the surface, corrosion resistance and oxidation resistance in a high-temperature combustion gas atmosphere are reduced. Can improve and prolong life. In the above-mentioned silicon carbide-based sintered body and sialon-based sintered body, as long as the excellent properties are not impaired, for example, as long as the silicon carbide or sialon as the main crystal is contained in an amount of 80% by weight or more. Of course, it may contain a component derived from a sintering aid or the like or another crystal.

【0015】(複合酸化物層)本発明においては、上述
した非酸化物セラミック焼結体の表面に、遷移金属元素
及び周期律表第3a族元素の複合酸化物の保護層を設け
ることにより、非酸化物セラミック焼結体が有する特性
を維持しつつ、高温高圧高速ガスに曝されても剥離や消
耗を抑制し、耐酸化性、耐エロージョン、コロージョン
性等の耐食性を著しく改善することができる。
(Composite Oxide Layer) In the present invention, a protective layer of a composite oxide of a transition metal element and a Group 3a element of the periodic table is provided on the surface of the non-oxide ceramic sintered body described above. While maintaining the properties of the non-oxide ceramic sintered body, it can suppress peeling and wear even when exposed to high temperature, high pressure and high speed gas, and can significantly improve corrosion resistance such as oxidation resistance, erosion resistance, corrosion resistance, etc. .

【0016】即ち、SiO、ZrO、Al
ムライト、コージェライト、YAGなどの保護膜を、非
酸化物セラミック焼結体の表面に設けることは従来公知
であるが、遷移金属元素と周期律表第3a族元素との複
合酸化物の結晶相は、これらの保護膜に比して、高温酸
化性雰囲気でも非常に安定であるという特性を有してい
ることから、優れた耐酸化性及び耐腐食性が発揮され
る。また、融点が高いため、耐熱性に優れ、高温での寿
命が長い。
That is, SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 ,
It is conventionally known that a protective film such as mullite, cordierite, or YAG is provided on the surface of a non-oxide ceramic sintered body, but the crystal phase of a composite oxide of a transition metal element and a Group 3a element in the periodic table is known. Has a characteristic that it is very stable even in a high-temperature oxidizing atmosphere as compared with these protective films, and thus exhibits excellent oxidation resistance and corrosion resistance. In addition, since it has a high melting point, it has excellent heat resistance and has a long life at high temperatures.

【0017】本発明において、複合酸化物を構成する周
期律表第3a族元素とは、所謂希土類元素であり、S
c、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、
Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuで
あり、これらの中でも、特に、Yb、Er、Luが形成
する結晶の結合強度が強く、また熱的に安定で高融点化
合物であるという観点で好適であり、更に、安価で入手
しやすいという観点でYが好適である。また、遷移金属
元素とは、周期律表第4a〜7a族元素、第8族元素、
第1b及び2b族元素を意味する。具体的には、第4a
〜7a族元素として、Ti、Zr、Hf、V、Nb、T
a、Cr、Mo、W、Mn等、第8族元素として、F
e、Co、Ni等、第1b及び2b族元素として、Cu
及びZn等を例示することができる。本発明において
は、これらの中でも、特にZr、Hf及びTiの少なく
とも1種であることが、熱的に安定で高融点化合物であ
るという観点で好適である。
In the present invention, the Group 3a element of the periodic table constituting the composite oxide is a so-called rare earth element,
c, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu,
Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. Among these, Yb, Er, and Lu are particularly high in the bonding strength of the crystal formed, and are thermally stable and high melting point compounds. Y is preferable from the viewpoint of low cost and easy availability. Further, the transition metal element refers to a group 4a to 7a group element, a group 8 element,
Group 1b and 2b elements are meant. Specifically, 4a
Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
a, Cr, Mo, W, Mn, etc.
e, Co, Ni, etc.
And Zn and the like. In the present invention, among these, at least one of Zr, Hf and Ti is particularly preferable from the viewpoint of being thermally stable and a high melting point compound.

【0018】本発明において、上記のような遷移金属元
素と周期律表第3a族元素との複合酸化物の具体例とし
ては、下記式(1): RE …(1) 式中、REは、周期律表第3a族元素であり、Mは、遷
移金属元素である、で表されるもの、例えば、Gd
、LaHf、LuTi 等を例示
することができる。即ち、このような式(1)で表され
る組成を有する複合酸化物の結晶は、熱的に安定である
という特徴を有している。
In the present invention, the above-mentioned transition metal element
Examples of complex oxides of silicon and elements of group 3a of the periodic table
The following formula (1): RE2M2O7 (1) wherein RE is an element of Group 3a of the periodic table, and M is
A transfer metal element, for example, Gd2Z
r2O7, La2Hf2O7, LuTi2O 7Examples
can do. That is, it is expressed by such an equation (1).
Complex oxide crystals having a composition that is thermally stable
It has the feature of.

【0019】また、本発明においては、上記式(1)で
表される複合酸化物中の遷移元素Mの一部をケイ素原子
で置換した複合酸化物、例えば下記式(2): RE(Si1−x …(2) 式中、REは、周期律表第3a族元素であり、Mは、遷
移金属元素であり、xは、0<x<1を満足する数であ
る、で表わされケイ素置換複合酸化物を用いることもで
きる。かかるケイ素置換複合酸化物は、化学的により安
定であり、このような複合酸化物の保護層を設けること
により、耐食性の一層の向上を実現でき、また、基材で
ある非酸化物セラミック焼結体と保護層間の熱膨張率の
差を低減できる上で有利となる。特に、式(2)中のx
が、0.5≦x<0.9、さらには0.6≦x≦0.8
であるケイ素置換複合酸化物の保護層を設けることが、
耐酸化性、耐エロージョン、コロージョン性を顕著に改
善するために好適である。即ち、遷移元素Mの一部をS
i(珪素)で置換することにより、窒化珪素、炭化珪素
及びサイアロンといった非酸化物セラミックスまたはそ
れら粒子の粒界相と複合酸化物の保護層との間で互いに
拡散が進む。その結果、非酸化物セラミックス焼結体と
表面保護層との化学的結合力が強固となり、高温高圧高
速ガスに曝された場合にも、表面保護層の剥離や消耗が
有効に抑制され、耐酸化性、耐エロージョン、コロージ
ョンを著しく改善することができる。また、非酸化物セ
ラミックス焼結体と複合酸化物間の熱膨張差を低減でき
るので、表面保護層の剥がれを一層有効に防止できる。
In the present invention, a complex oxide in which part of the transition element M in the complex oxide represented by the above formula (1) is substituted by a silicon atom, for example, the following formula (2): RE 2 ( Si x M 1-x) 2 O 7 ... (2) wherein, RE is a periodic table group 3a element, M is a transition metal element, x is satisfies 0 <x <1 A silicon-substituted composite oxide represented by the following formula can also be used. Such a silicon-substituted composite oxide is chemically more stable, and by providing a protective layer of such a composite oxide, further improvement in corrosion resistance can be realized. This is advantageous in that the difference in the coefficient of thermal expansion between the body and the protective layer can be reduced. In particular, x in equation (2)
But 0.5 ≦ x <0.9, and further 0.6 ≦ x ≦ 0.8
Providing a protective layer of silicon-substituted composite oxide is
It is suitable for remarkably improving oxidation resistance, erosion resistance and corrosion resistance. That is, a part of the transition element M is changed to S
By substituting with i (silicon), diffusion between non-oxide ceramics such as silicon nitride, silicon carbide and sialon or the grain boundary phase of the particles and the protective layer of the composite oxide proceeds with each other. As a result, the chemical bonding force between the non-oxide ceramic sintered body and the surface protective layer is strengthened, and even when exposed to high-temperature, high-pressure, high-speed gas, peeling and wear of the surface protective layer are effectively suppressed, and acid resistance is reduced. , Erosion resistance and corrosion can be remarkably improved. In addition, since the difference in thermal expansion between the non-oxide ceramic sintered body and the composite oxide can be reduced, peeling of the surface protective layer can be more effectively prevented.

【0020】本発明においては、上述した複合酸化物の
保護層の厚みは、30〜300μm、好ましくは50〜
250μm、最も好ましくは80〜180μmであるの
がよい。これは、保護層を構成する複合酸化物と非酸化
物セラミック焼結体との熱膨張差を低減して保護層の剥
離を防ぎ、耐食性セラミックスの寿命を長くするためで
ある。
In the present invention, the thickness of the protective layer of the composite oxide is 30 to 300 μm, preferably 50 to 300 μm.
The thickness is preferably 250 μm, most preferably 80 to 180 μm. This is to reduce the difference in thermal expansion between the composite oxide and the non-oxide ceramic sintered body constituting the protective layer, prevent the protective layer from peeling off, and prolong the life of the corrosion-resistant ceramic.

【0021】以上のように構成された耐腐食性セラミッ
クスは、高い耐食性、耐酸化性という特徴を有するた
め、ピストン、シリンダーなどの自動車用部品及びター
ビンロータ、ノズルなどのガスタービンエンジン用部品
等、特に燃焼ガス雰囲気にされされる部品等に好適に用
いられる。
The corrosion-resistant ceramics configured as described above have high corrosion resistance and oxidation resistance, and are therefore used in automobile parts such as pistons and cylinders, and gas turbine engine parts such as turbine rotors and nozzles. In particular, it is suitably used for parts and the like which are brought into a combustion gas atmosphere.

【0022】(耐食性セラミックスの製造)本発明の耐
食性セラミックスは、非酸化物セラミック焼結体を作製
し、この焼結体表面に、前述した複合酸化物の保護層を
形成することにより製造される。
(Production of Corrosion-Resistant Ceramics) The corrosion-resistant ceramics of the present invention are produced by preparing a non-oxide ceramic sintered body and forming the above-mentioned composite oxide protective layer on the surface of the sintered body. .

【0023】保護層が形成される非酸化物セラミック焼
結体は、それ自体周知の方法で作製される。ここでは、
窒化珪素質焼結体を例にとって、その方法を説明する。
出発原料として、窒化珪素粉末に、周期律表第3a族元
素酸化物(RE)粉末、更に所望によりSiO
粉末を、所定量比で混合した混合粉末を用いるが、RE
とSiOからなる複合酸化物粉末を窒化珪素粉
末に混合することもできるし、窒化珪素とRE
SiOの複合化合物粉末を用いることもできる。上記
の粉末を所望の組成に調合し、混合粉末をボールミルな
どにより十分混合及び/又は粉砕した後、有機バインダ
や有機溶剤を適量加えて成形用スラリーを調製し、所望
の成形手段、例えば、金型プレス、鋳込成形、冷間静水
圧成形、押出し成形等の手法により、所望の形状の成形
体を作製する。これらの成形体を、真空、又はAr、N
等の不活性ガス雰囲気中で1700〜1900℃、好
ましくは1750〜1850℃の温度範囲で1〜10時
間程度焼結することにより、例えば気孔率が5%以下の
緻密な窒化珪素質焼結体が得られる。焼成方法として
は、例えば、ホットプレス方法、常圧焼成、窒素ガス圧
焼成等を用いることができ、さらには、これらの焼成後
に1000気圧以上の高圧下で熱間静水圧焼成すること
もできる。このようにして得られた窒化珪素質焼結体の
粒界相には、周期律表第3a族元素と珪素を含む複合酸
化物からなる結晶相が形成されており、耐酸化性向上の
ために有利である。
The non-oxide ceramic sintered body on which the protective layer is formed is manufactured by a method known per se. here,
The method will be described taking a silicon nitride based sintered body as an example.
As a starting material, a powder of silicon oxide of a Group 3a element of the periodic table (RE 2 O 3 ) and a powder of SiO 2 if desired
A mixed powder obtained by mixing powders at a predetermined ratio is used.
A composite oxide powder composed of 2 O 3 and SiO 2 can be mixed with silicon nitride powder, or a composite compound powder of silicon nitride, RE 2 O 3 and SiO 2 can be used. After the above powder is prepared to a desired composition, and the mixed powder is sufficiently mixed and / or pulverized by a ball mill or the like, an appropriate amount of an organic binder or an organic solvent is added to prepare a molding slurry. A molded body having a desired shape is produced by a technique such as mold pressing, casting, cold isostatic pressing, or extrusion. These compacts are vacuum or Ar, N
1,700-1,900 ° C. in an inert gas atmosphere of 2 such as, preferably by sintering about 1 to 10 hours at a temperature range of 1,750 to 1,850 ° C., for example a porosity of 5% or less dense silicon nitride sintered The body is obtained. As the firing method, for example, a hot pressing method, normal pressure firing, nitrogen gas pressure firing, or the like can be used. Further, after these firing, hot isostatic pressure firing under a high pressure of 1000 atm or more can also be used. In the grain boundary phase of the silicon nitride based sintered body thus obtained, a crystal phase composed of a complex oxide containing a Group 3a element of the periodic table and silicon is formed. Is advantageous.

【0024】上記のようにして作製される非酸化物セラ
ミック焼結体は、研磨等により、表面粗さRa(JIS
B0601)を0.7μm〜3μm、特に0.8〜
2.5μm、さらには1〜2μmにすることが好まし
い。勿論、焼き肌面(未研磨)の表面粗さが上記の範囲
であれば、特に研磨等を行わずともよい。この表面粗さ
は、アンカー効果によって複合酸化物と非酸化物セラミ
ックス焼結体の密着性を向上する効果があり、例えば高
温、高圧、且つ高速のガスに曝されても剥離を抑制し、
耐酸化性、耐エロージョン性、耐コロージョン性を著し
く改善することができる。
The non-oxide ceramic sintered body manufactured as described above has a surface roughness Ra (JIS
B0601) is from 0.7 μm to 3 μm, especially from 0.8 μm to 3 μm.
It is preferably 2.5 μm, more preferably 1-2 μm. Of course, if the surface roughness of the burnt surface (unpolished) is within the above range, it is not particularly necessary to perform polishing or the like. This surface roughness has the effect of improving the adhesion between the composite oxide and the non-oxide ceramic sintered body by the anchor effect. For example, high temperature, high pressure, and suppresses peeling even when exposed to high-speed gas,
Oxidation resistance, erosion resistance and corrosion resistance can be remarkably improved.

【0025】複合酸化物の保護層形成のための出発原料
としては、例えば、予め合成された前記式(1)或いは
式(2)で表される組成の複合酸化物を用いることもで
きるが、より簡便には、周期律表第3a族元素酸化物
(RE)粉末と遷移金属酸化物(MO)との混
合粉末や、さらにSiO粉末を加えた混合粉末を用い
ることができる。これらの混合粉末においては、目的と
する複合酸化物の組成に応じて、各粉末の混合比が調整
される。例えば、式(2)で表される複合酸化物の層の
場合には、MO/RE比(モル比)が1〜3、
特に1.5〜2.5、さらには1.8〜2.2となるよ
うに調合するのがよい。また、式(1)で表される複合
酸化物の場合には、このMO/RE比は2に近
い方が好ましい。
As a starting material for forming the protective layer of the composite oxide, for example, a composite oxide having a composition represented by the above formula (1) or (2) can be used. More simply, a mixed powder of a Group 3a element oxide (RE 2 O 3 ) powder of the periodic table and a transition metal oxide (MO 2 ) or a mixed powder further added with a SiO 2 powder can be used. . In these mixed powders, the mixing ratio of each powder is adjusted according to the desired composition of the composite oxide. For example, in the case of the composite oxide layer represented by the formula (2), the MO 2 / RE 2 O 3 ratio (molar ratio) is 1 to 3,
In particular, it is preferable that the amount is adjusted to be 1.5 to 2.5, more preferably 1.8 to 2.2. In the case of the composite oxide represented by the formula (1), the ratio of MO 2 / RE 2 O 3 is preferably closer to 2.

【0026】上記の原料粉末に、バインダと溶媒を加
え、ボールミルなどにより十分混合し、スラリーを調製
する。バインダとしては、乾燥後の取り扱いが容易であ
る付着性の良いポリビニルアルコール等が好適である。
また、溶媒としては、有機溶剤や水(蒸留水)等がある
が、安全性、揮発性等を考慮すると水(蒸留水)である
ことが望ましい。
A binder and a solvent are added to the above raw material powder, and the mixture is sufficiently mixed by a ball mill or the like to prepare a slurry. As the binder, polyvinyl alcohol or the like having good adhesion and easy to handle after drying is preferable.
Examples of the solvent include an organic solvent and water (distilled water), and water (distilled water) is preferable in consideration of safety, volatility, and the like.

【0027】上記の方法により作製した複合酸化物スラ
リーを、非酸化物セラミック焼結体の表面に塗布する。
塗布には、周知の手法である刷毛による塗布、スプレー
による吹付け、又はディッピング等の方法を用いること
ができる。なお、保護層が表面の一部にのみ必要であれ
ば、スクリーン印刷等を用いる方法や、マスクを用いた
スプレー吹き付け等により、所望の部位にのみスラリー
を塗布することができる。塗布層の厚みは、続いて行わ
れる熱処理によって、30〜300μmの厚みの層が形
成される程度の厚みとすることが好ましく、例えば50
〜500μmの厚みとするのがよい。この場合、塗布を
一挙に行うことにより、塗布層の厚みを目的とする範囲
に調整することもできるし、一回の塗布で数μm程度の
薄層を形成し、それを何度も繰り返すことにより、塗布
層の厚みを目的とする範囲に調整することもできる。こ
のようにして、基材である非酸化物セラミック焼結体と
の熱膨張差を低減し、剥がれの抑制に有効な厚みを有す
る保護層の形成に適当な厚みの塗布層を形成することが
できる。
The composite oxide slurry prepared by the above method is applied to the surface of the non-oxide ceramic sintered body.
For the coating, a known method such as coating with a brush, spraying with a spray, or dipping can be used. If the protective layer is required only on a part of the surface, the slurry can be applied only to a desired portion by a method using screen printing or the like or spraying using a mask. The thickness of the coating layer is preferably such that a layer having a thickness of 30 to 300 μm is formed by a subsequent heat treatment.
It is preferable to set the thickness to 500 μm. In this case, it is possible to adjust the thickness of the coating layer to a target range by performing the coating at once, or to form a thin layer of about several μm by one coating and repeat the process many times. Thereby, the thickness of the coating layer can be adjusted to a target range. In this way, it is possible to reduce the difference in thermal expansion from the non-oxide ceramic sintered body as the base material, and to form a coating layer having a thickness suitable for forming a protective layer having a thickness effective for suppressing peeling. it can.

【0028】上記のようにして所定厚みのスラリー塗布
層が表面に塗布された焼結体を乾燥後、1気圧以下の窒
素雰囲気において、熱処理することにより、複合酸化物
の保護層を表面に有する本発明の耐食性セラミックスが
得られる。熱処理は、一般に、1300℃〜1900
℃、特に1400〜1800℃、さらには1450〜1
700℃で行われるが、特に前記式(2)で表されるケ
イ素置換複合酸化物の保護層を形成する場合には、熱処
理温度を1300〜1800℃、特に、1400〜17
00℃に設定することが好ましい。
The sintered body coated with the slurry coating layer of a predetermined thickness as described above is dried, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere of 1 atm or less to have a protective layer of a composite oxide on the surface. The corrosion resistant ceramic of the present invention is obtained. Heat treatment is generally between 1300 ° C. and 1900
° C, especially 1400-1800 ° C, furthermore 1450-1
The heat treatment is performed at 700 ° C., particularly when forming a protective layer of the silicon-substituted composite oxide represented by the formula (2), the heat treatment temperature is set at 1300 to 1800 ° C., particularly 1400 to 17 ° C.
Preferably, the temperature is set to 00 ° C.

【0029】なお、未焼成の非酸化物セラミック成形体
の表面に複合酸化物スラリーを塗布し、該成形体と複合
酸化物スラリーとを同時に焼成することによって、複合
酸化物の保護層を表面に備えた耐食性セラミックスを得
ることもできる。
The composite oxide slurry is applied to the surface of the unfired non-oxide ceramic molded body, and the molded body and the composite oxide slurry are simultaneously fired to form a protective layer of the composite oxide on the surface. It is also possible to obtain a corrosion-resistant ceramic provided.

【0030】また、上記では保護層の形成に塗布法を用
いて説明したが、周知のプラズマ溶射法、スパッタリン
グ法またはPVD法等の方法を用いて保護層を形成する
こともできる。例えば所定量の割合からなるRE
粉末とSiOとMO粉末との混合粉末か、または混
合粉末を一度高温で処理して所定の組成の複合酸化物を
合成した後、周知のプラズマ溶射法またはスパッタリン
グ法等により、この複合酸化物を焼結体表面に付着させ
て保護層を形成することも可能である。
Although the above description has been made using the coating method for forming the protective layer, the protective layer may be formed using a known method such as plasma spraying, sputtering or PVD. For example, RE 2 O 3 consisting of a predetermined amount
A mixed powder of powder, SiO 2 and MO 2 powder, or a mixed powder once treated at a high temperature to synthesize a composite oxide having a predetermined composition, and then subjected to a known plasma spraying method or a sputtering method to synthesize the composite oxide. It is also possible to form a protective layer by attaching an object to the surface of the sintered body.

【0031】[0031]

【実施例】実験例1 BET比表面積9m/g、窒化珪素のα率99%、酸
素量1.1重量%、Al、Mg、Ca、Feなどの陽イ
オン金属不純物量30ppm以下の窒化珪素粉末に対
し、純度が99%、平均粒径1.5μmの希土類酸化物
粉末、および純度99.9%、平均粒径0.5μmの酸
化珪素、所望により純度99%、平均粒径5.0μmの
Si粉末を表1のように調合し、窒化珪素質焼結体用の
原料粉末を調製した。この原料粉末に、バインダー及び
溶媒のメタノールを添加し、窒化珪素ボールを用いて4
8時間回転ミルで混合粉砕し、スラリーを乾燥後、直径
60mm、厚み30mmの形状に1t/cmの圧力で
ラバープレス成形した。そして、得られた成形体を10
気圧の窒素ガス雰囲気において1850℃で焼成し、窒
化珪素質焼結体を得た。得られた焼結体の平均表面粗さ
RaをJIS B0601に準拠して測定し、その結果
を表1に示した。尚、一部の焼結体については、表面研
磨により、表面粗さを調整した。
EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Silicon nitride having a BET specific surface area of 9 m 2 / g, an α ratio of silicon nitride of 99%, an oxygen content of 1.1% by weight, and a cation metal impurity content of 30 ppm or less such as Al, Mg, Ca, Fe, etc. Rare earth oxide powder having a purity of 99% and an average particle size of 1.5 μm, and silicon oxide having a purity of 99.9% and an average particle size of 0.5 μm, if desired, a purity of 99% and an average particle size of 5.0 μm. Were mixed as shown in Table 1 to prepare a raw material powder for a silicon nitride sintered body. To this raw material powder, a binder and methanol as a solvent are added, and 4
The mixture was pulverized by a rotary mill for 8 hours, dried, and then subjected to rubber press molding at a pressure of 1 t / cm 2 into a shape having a diameter of 60 mm and a thickness of 30 mm. Then, the obtained molded body is
It was fired at 1850 ° C. in a nitrogen gas atmosphere at atmospheric pressure to obtain a silicon nitride sintered body. The average surface roughness Ra of the obtained sintered body was measured according to JIS B0601, and the results are shown in Table 1. The surface roughness of some of the sintered bodies was adjusted by surface polishing.

【0032】次に、純度が99%、平均粒径1.5μm
の希土類酸化物粉末、純度99.9%、平均粒径0.5
μmの酸化珪素、酸化ジルコニウム粉末、および純度9
9.9%、平均粒径1μmの酸化チタン、酸化ハフニウ
ムを、複合酸化物の原料粉末として用いた。これらの粉
末を、表1に示す組成の複合酸化物が形成される組成比
で混合し、メタノールに分散させてスラリーを作製し、
スプレーによって前記焼結体に均一に所定厚みに塗布
し、乾燥後、表1に示す温度で熱処理し、表1に示す複
合酸化物の表面被覆層(保護層)を有する焼結体を作製
した(試料No.1〜21)。また、比較のために、Y
Si、LuSi、ErSi
、YSi、SiO、ZrO、ムライ
トの粉末(或いは、熱処理によってこれらの酸化物が形
成されるような組成の混合粉末)を用いて、上記と同様
にスラリーを調製し、焼結体表面に塗布し、乾燥及び熱
処理を行い、これらの酸化物の表面被覆層を有する焼結
体を作製した(試料No.22〜28)。
Next, the purity is 99% and the average particle size is 1.5 μm.
Rare earth oxide powder, purity 99.9%, average particle size 0.5
μm silicon oxide, zirconium oxide powder and purity 9
9.9%, average particle size 1 μm titanium oxide, hafnium oxide
Was used as a raw material powder for the composite oxide. These powders
The composition ratio at which the composite oxide having the composition shown in Table 1 is formed
, And dispersed in methanol to form a slurry,
Sprayed uniformly to the sintered body to a predetermined thickness by spraying
After drying, heat treatment at the temperature shown in Table 1
Preparation of sintered body with surface coating layer (protective layer) of composite oxide
(Sample Nos. 1 to 21). For comparison, Y
b2Si2O7, Lu2Si2O7, Er2Si
2O 7, Y2Si2O7, SiO2, ZrO2, Murai
Powder (or these oxides are formed by heat treatment)
Same as above using a mixed powder with a composition
Slurry, apply it to the surface of the sintered body, dry and heat
Performing a sintering with a surface coating layer of these oxides
A body was prepared (Sample Nos. 22 to 28).

【0033】上記で得られた各試料の焼結体について、
アルキメデス法による比重から表面被覆層の理論密度比
を算出した。また、X線回折測定により焼結体の粒界相
の結晶および表面被覆層の結晶を同定した。さらに、J
IS−R1601に基づいて室温および高温(1500
℃)での4点曲げ抗折強度試験を実施し、30個の試験
結果の平均値を算出した。また、耐酸化特性として焼結
体を1500℃の大気中に100時間保持した後の重量
増加を測定した。さらに、灯油を燃焼させ、温度120
0℃、圧力0.4MPa、ガス流速50m/sの燃焼ガ
ス気流中に焼結体を500時間曝し、その重量変化から
表面被覆層の厚みの減少量である減肉量を測定した。結
果を表1に示した。
With respect to the sintered body of each sample obtained above,
The theoretical density ratio of the surface coating layer was calculated from the specific gravity by the Archimedes method. Further, the crystal of the grain boundary phase of the sintered body and the crystal of the surface coating layer were identified by X-ray diffraction measurement. Furthermore, J
Room temperature and high temperature (1500 based on IS-R1601)
° C), and an average value of 30 test results was calculated. Further, as the oxidation resistance, a weight increase after the sintered body was kept in the air at 1500 ° C. for 100 hours was measured. In addition, kerosene is burned to a temperature of 120
The sintered body was exposed to a combustion gas stream at 0 ° C., a pressure of 0.4 MPa, and a gas flow rate of 50 m / s for 500 hours, and the thickness reduction, which is the amount of reduction in the thickness of the surface coating layer, was measured from the change in weight. The results are shown in Table 1.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】本発明の試料No.1〜21は、室温強度
が620MPa以上、高温強度が450MPa以上、酸
化重量増が0.03mg/cm以下、減肉量が1.5
μm以下であった。特に、式(2)で示されるようなケ
イ素置換複合酸化物の保護層(表面被覆層)を備えた試
料No.7〜10及び18〜21は、室温強度が620
MPa以上、高温強度が450MPa以上、酸化重量増
が0.02mg/cm以下、減肉量が1μm以下であ
った。一方、表面被覆層の複合酸化物が遷移金属元素を
含まない本発明の範囲外の試料No.22〜25は、室
温強度が600MPa以上、高温強度が400MPa以
上であったが、酸化重量増が0.04mg/cm
上、減肉量が2μm以上であった。また、表面被覆層が
SiO、ZrO及びムライトで形成されている本発
明の範囲外の試料No.26〜28は、酸化重量増が
1.21mg/cm以上、減肉量が110μm以上で
あった。
Sample No. of the present invention 1 to 21 have a room temperature strength of 620 MPa or more, a high temperature strength of 450 MPa or more, an oxidation weight gain of 0.03 mg / cm 2 or less, and a wall thickness reduction of 1.5
μm or less. In particular, Sample No. 1 provided with a protective layer (surface coating layer) of a silicon-substituted composite oxide represented by Formula (2). 7 to 10 and 18 to 21 have a room temperature strength of 620.
The high-temperature strength was 450 MPa or more, the oxidation weight gain was 0.02 mg / cm 2 or less, and the wall thinning amount was 1 μm or less. On the other hand, the sample No. in which the composite oxide of the surface coating layer does not contain a transition metal element and is outside the scope of the present invention. In Nos. 22 to 25, the room temperature strength was 600 MPa or more and the high temperature strength was 400 MPa or more, but the oxidation weight gain was 0.04 mg / cm 2 or more, and the wall thickness reduction was 2 μm or more. In addition, the sample No. in which the surface coating layer was formed of SiO 2 , ZrO 2 and mullite and which was outside the scope of the present invention. In Nos. 26 to 28, the oxidation weight increase was 1.21 mg / cm 2 or more, and the wall thickness reduction was 110 μm or more.

【0036】実験例2 BET比表面積7m/g、Al、Mg、Ca、Feな
どの陽イオン金属不純物量30ppm以下、フリーカー
ボンが100ppm以下の炭化珪素粉末に対し、純度が
99.99%、平均粒径0.5μmのアルミナ粉末、お
よび純度99.9%、平均粒径1.5μmの酸化イット
リウムの粉末を混合し、炭化珪素質焼結体用の原料粉末
を調製した。上記の原料粉末に、バインダー及び溶媒の
メタノールを添加し、窒化珪素ボールを用いて48時間
回転ミルで混合粉砕し、スラリーを乾燥後、直径60m
m、厚み30mmの形状に1t/cmの圧力でラバー
プレス成形し、焼成して炭化珪素質焼結体を得た(試料
No.29〜33)。また、純度99.999%、平均
粒径0.7μmの窒化珪素、純度が99.99%、平均
粒径0.5μmのアルミナ粉末、および純度99.9
%、平均粒径0.5μmの窒化アルミニウムの粉末を混
合し、サイアロン焼結体用原料粉末を調製した。この原
料粉末を用い、上記と同様にして、サイアロン焼結体を
得た(試料No.34〜36)。
EXPERIMENTAL EXAMPLE 2 A BET specific surface area of 7 m 2 / g, an amount of cationic metal impurities such as Al, Mg, Ca and Fe of 30 ppm or less, and a purity of 99.99% with respect to silicon carbide powder containing 100 ppm or less of free carbon. An alumina powder having an average particle size of 0.5 μm and a powder of yttrium oxide having a purity of 99.9% and an average particle size of 1.5 μm were mixed to prepare a raw material powder for a silicon carbide sintered body. To the above raw material powder, a binder and methanol as a solvent were added, and mixed and pulverized for 48 hours using a silicon nitride ball in a rotary mill.
m, and was subjected to rubber press molding at a pressure of 1 t / cm 2 into a shape having a thickness of 30 mm, followed by firing to obtain silicon carbide sintered bodies (Sample Nos. 29 to 33). Further, silicon nitride having a purity of 99.999% and an average particle size of 0.7 μm, alumina powder having a purity of 99.99% and an average particle size of 0.5 μm, and a purity of 99.9
%, An aluminum nitride powder having an average particle size of 0.5 μm was mixed to prepare a raw material powder for a sialon sintered body. Using this raw material powder, a sialon sintered body was obtained in the same manner as described above (Sample Nos. 34 to 36).

【0037】次に、純度が99%、平均粒径1.5μm
の希土類酸化物粉末、および純度99.9%、平均粒径
0.5μmの酸化珪素、および純度99.9%、平均粒
径1μmの酸化チタンを混合し、1500℃で仮焼した
後、粉砕して、表2に示す組成の複合酸化物の原料粉末
とした。原料粉末をメタノールに分散させたスラリーを
作成し、スプレーによって前記焼結体に均一に塗布し、
所定厚みの塗布層を形成した後、乾燥し、表2に示す温
度で熱処理を行い、各試料焼結体表面に、表2に示す組
成の複合酸化物の表面被覆層を形成した。尚、表2中、
Yb(Si0.8Ti0.2被覆層は、実験
例1と同様にして作製した。得られた焼結体は、実験例
1と同様にして評価した。結果を表2に示した。
Next, the purity is 99% and the average particle size is 1.5 μm.
Rare earth oxide powder, silicon oxide having a purity of 99.9% and an average particle size of 0.5 μm, and titanium oxide having a purity of 99.9% and an average particle size of 1 μm were mixed, calcined at 1500 ° C., and then pulverized. Thus, a raw material powder of the composite oxide having the composition shown in Table 2 was obtained. Prepare a slurry in which the raw material powder is dispersed in methanol, apply uniformly to the sintered body by spraying,
After a coating layer having a predetermined thickness was formed, the coating layer was dried and heat-treated at a temperature shown in Table 2 to form a surface coating layer of a composite oxide having a composition shown in Table 2 on the surface of each sample sintered body. In Table 2,
The Yb 2 (Si 0.8 Ti 0.2 ) 2 O 7 coating layer was produced in the same manner as in Experimental Example 1. The obtained sintered body was evaluated in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Table 2.

【0038】[0038]

【表2】 [Table 2]

【0039】本発明の試料No.29〜36は、酸化重
量増が0.03mg/cm以下、減肉量が1.5μm
以下であった。
Sample No. of the present invention In Nos. 29 to 36, the oxidation weight increase is 0.03 mg / cm 2 or less, and the wall thickness reduction is 1.5 μm.
It was below.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明の耐食性セラミックスは、非酸化
物セラミック焼結体表面に、周期律表第3a族元素と遷
移元素とを含む複合酸化物の保護層が形成されており、
この保護層は、焼結体表面に強固に付着しており、80
0〜1500℃付近の高温域においても大きな付着力を
示し、高温領域で長時間使用が可能であり、非酸化物セ
ラミック焼結体の耐酸化性、耐コロージョン性、耐エロ
ージョン性が著しく改善されている。
According to the corrosion-resistant ceramic of the present invention, a protective layer of a composite oxide containing a Group 3a element of the periodic table and a transition element is formed on the surface of the non-oxide ceramic sintered body,
This protective layer is firmly attached to the surface of the sintered body,
It shows a large adhesive force even in a high temperature range of about 0 to 1500 ° C., and can be used for a long time in a high temperature range, and the oxidation resistance, corrosion resistance and erosion resistance of the non-oxide ceramic sintered body are remarkably improved. ing.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C04B 35/58 302C 302Z (72)発明者 百合 功 神奈川県横須賀市長坂2−6−1 財団法 人電力中央研究所横須賀研究所内 Fターム(参考) 4G001 BA03 BA04 BA08 BA09 BA22 BA32 BA36 BA52 BB03 BB04 BB08 BB09 BB22 BB32 BB36 BB52 BC13 BC23 BC52 BC54 BC72 BD11 BD14 BD37 BE35──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C04B 35/58 302C 302Z (72) Inventor Isao Yuri 2-6-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Pref. 4G001 BA03 BA04 BA08 BA09 BA22 BA32 BA36 BA52 BB03 BB04 BB08 BB09 BB22 BB32 BB36 BB52 BC13 BC23 BC52 BC54 BC72 BD11 BD14 BD37 BE35

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非酸化物セラミック焼結体の表面に、周
期律表第3a族元素と遷移金属元素とを含む複合酸化物
層を設けてなることを特徴とする耐食性セラミックス。
1. A corrosion-resistant ceramic comprising a non-oxide ceramic sintered body provided on a surface thereof with a composite oxide layer containing a Group 3a element of the periodic table and a transition metal element.
【請求項2】 前記複合酸化物層の厚みが30〜300
μmである請求項1記載の耐食性セラミックス。
2. The composite oxide layer has a thickness of 30 to 300.
2. The corrosion-resistant ceramic according to claim 1, which has a thickness of μm.
【請求項3】 前記遷移金属元素がZr、Hf及びTi
のうち少なくとも1種である請求項1又は2記載の耐食
性セラミックス。
3. The method according to claim 2, wherein the transition metal element is Zr, Hf or Ti.
The corrosion-resistant ceramic according to claim 1, wherein the ceramic is at least one of the following.
【請求項4】 前記複合酸化物が、下記式(1): RE …(1) 式中、REは、周期律表第3a族元素であり、 Mは、遷移金属元素である、で表される請求項1乃至3
のうちいずれかに記載の耐食性セラミックス。
4. The composite oxide is represented by the following formula (1): RE 2 M 2 O 7 (1) wherein RE is a Group 3a element in the periodic table, and M is a transition metal element. 4. A method according to claim 1, wherein
The corrosion resistant ceramic according to any one of the above.
【請求項5】 前記複合酸化物が、下記式(2): RE(Si1−x …(2) 式中、REは、周期律表第3a族元素であり、 Mは、遷移金属元素であり、 xは、0<x<1を満足する数である、で表わされる請
求項1記載の耐食性セラミックス。
Wherein said composite oxide is represented by the following formula (2): RE in 2 (Si x M 1-x ) 2 O 7 ... (2) Equation, RE is a periodic table Group 3a elements, The corrosion-resistant ceramic according to claim 1, wherein M is a transition metal element, and x is a number satisfying 0 <x <1.
【請求項6】 前記式(2)におけるxが、0.5≦x
<0.9を満足する数である請求項5記載の耐食性セラ
ミックス。
6. x in the formula (2) is 0.5 ≦ x
The corrosion-resistant ceramic according to claim 5, wherein the number satisfies <0.9.
【請求項7】 前記非酸化物セラミック焼結体が、窒化
珪素、炭化珪素及びサイアロンのうち少なくとも1種を
主成分とすることを特徴とする請求項1乃至5のうちい
ずれかに記載の耐食性セラミックス。
7. The corrosion resistance according to claim 1, wherein the non-oxide ceramic sintered body contains at least one of silicon nitride, silicon carbide and sialon as a main component. Ceramics.
【請求項8】 非酸化物セラミックス焼結体の表面に、
遷移金属元素と周期律表第3a族元素との複合酸化物を
塗布した後、1300〜1900℃の温度で熱処理し、
複合酸化物層を形成することを特徴とする耐食性セラミ
ックスの製造方法。
8. The surface of a non-oxide ceramic sintered body,
After applying a composite oxide of a transition metal element and a Group 3a element of the periodic table, heat-treating at a temperature of 1300 to 1900 ° C.
A method for producing a corrosion-resistant ceramic, comprising forming a composite oxide layer.
【請求項9】 前記非酸化物セラミックス焼結体の表面
が、0.7μm〜3μmの表面粗さRaを有している請
求項8記載の耐食性セラミックスの製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the surface of the non-oxide ceramic sintered body has a surface roughness Ra of 0.7 μm to 3 μm.
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