JP2003013259A - Metal-ceramic multilayered structure member and manufacturing method therefor - Google Patents

Metal-ceramic multilayered structure member and manufacturing method therefor

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JP2003013259A
JP2003013259A JP2001199913A JP2001199913A JP2003013259A JP 2003013259 A JP2003013259 A JP 2003013259A JP 2001199913 A JP2001199913 A JP 2001199913A JP 2001199913 A JP2001199913 A JP 2001199913A JP 2003013259 A JP2003013259 A JP 2003013259A
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孝浩 浜田
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裕 石渡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that propagation of exfoliation fracture due to sintering/grain growth, and characteristics change or the like of heat conductivity or the like, occur when using a conventional heat insulating material/thermal-barrier coating material based on zirconium oxide at a comparatively high temperature. SOLUTION: The multilayered structure member comprises a metal layer and a ceramic layer laminated thereon. The ceramic layer includes at least one stabilizer selected from yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide; zirconium oxide including the second phase oxide consisting of at least one selected from aluminum oxide, spinel of magnesium oxide and aluminum oxide, zinc oxide, nickel oxide, cobalt oxide and zirconium oxide as main phases; and fine cracks or pores.

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、室温および高温に
おける靭性・強度、熱衝撃における強度・耐久性、およ
び断熱性に優れた金属セラミックス積層構造部材に関
し、従来の酸化物系セラミックスの適用分野である断熱
材、熱処理炉の治工具部品、耐食性部品、遮熱コーティ
ングなどの各種産業分野で広範囲に適用できる金属セラ
ミックス積層構造部材およびその製造方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal-ceramic laminated structural member having excellent toughness / strength at room temperature and high temperature, strength / durability at thermal shock, and heat insulating property, and is used in the field of application of conventional oxide-based ceramics. The present invention relates to a metal-ceramic laminated structure member which can be widely applied in various industrial fields such as a heat insulating material, jig tool parts for heat treatment furnaces, corrosion resistant parts, and thermal barrier coating, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】強度および靭性に優れるジルコニア質焼
結体としては、酸化アルミニウムとジルコニアとを混合
してHIP焼結してなる酸化アルミニウム添加ジルコニ
ア質焼結体(K.Tsukuma, Am.Ceram.Soc.Bull.,64[2],31
0-313(1985))や、SiCウィスカーとジルコニアとを
混合して加圧・成形・焼結してなるSiCウィスカー/
ジルコニア質焼結体(N.Claussen, J.Am.Ceram.Soc.,69
[4],(1986))などが報告されている。
2. Description of the Related Art As a zirconia-based sintered body having excellent strength and toughness, an aluminum oxide-added zirconia-based sintered body (K. Tsukuma, Am. Ceram. Soc.Bull., 64 [2], 31
0-313 (1985)) or SiC whiskers formed by mixing SiC whiskers and zirconia, pressurizing, molding and sintering.
Zirconia-based sintered body (N. Claussen, J. Am. Ceram. Soc., 69
[4], (1986)) has been reported.

【0003】また、特開平1−188467号公報には
単結晶のβ−SiC粒子を複合化したジルコニア質焼結
体が、特開昭63−129066号公報には酸化ジルコ
ニウム、酸化アルミニウムおよび酸化チタン等からなる
高硬度高強度セラミックスが開示されている。
Further, JP-A-1-188467 discloses a zirconia-based sintered body in which single crystal β-SiC particles are compounded, and JP-A-63-129066 discloses zirconium oxide, aluminum oxide and titanium oxide. A high-hardness and high-strength ceramics made of, for example, is disclosed.

【0004】一方、ジルコニアセラミックスの持つ低い
熱伝導性を生かし、断熱材や遮熱コーティング材料とし
ての適用も従来から多く行われている。
On the other hand, the low thermal conductivity of zirconia ceramics has been utilized, and it has been widely used as a heat insulating material or a thermal barrier coating material.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前出の2件の論文およ
び特開平1−188467号公報に示されたジルコニア
質焼結体は、いずれもベースのジルコニアに添加されて
いる安定化剤はイットリアに代表される希土類元素酸化
物で、微粒子の易焼結性原料粉末を用いて比較的低温で
焼結したもので、ジルコニア相中にしめる正方晶の割合
が約90vol%以上と高く、また焼結体粒径を微細に保
ちつつ高密度とすることで、高強度・高靭性とした材料
であり、800℃〜焼結温度近傍におけるような高温で
の使用可能性については言及していない。
In the zirconia-based sintered bodies disclosed in the above two papers and Japanese Patent Laid-Open No. 1-188467, the stabilizer added to the base zirconia is yttria. Is a rare earth element oxide typified by No. 1, which is sintered at a relatively low temperature using finely sinterable raw material powder, and the ratio of tetragonal crystals in the zirconia phase is high at about 90 vol% or more. It is a material that has high strength and high toughness by keeping the body particle size fine and high density, and does not mention the possibility of use at high temperatures such as in the vicinity of 800 ° C to the sintering temperature.

【0006】特開昭63−129066号公報には、M
gOで安定化したジルコニアをベースとし、アルミナ等
の第2成分と組み合わせて酸化チタン等の第3成分を存
在させた材料が開示されているが、同様に高温での使用
可能性については明らかにされていない。
In Japanese Patent Laid-Open No. 63-129066, there is M
A material based on gO-stabilized zirconia and containing a third component such as titanium oxide in combination with a second component such as alumina is disclosed, but it is also clear that the material can be used at high temperatures. It has not been.

【0007】一方、断熱材や遮熱コーティング材料に適
用されるジルコニアセラミックスについては、高温での
使用可能性について、安定化剤の種類が及ぼす影響につ
いての若干の報告があるものの、第2粒子、および/あ
るいは微量添加物による効果については未だ明らかにな
っていない。
On the other hand, regarding zirconia ceramics applied to heat insulating materials and thermal barrier coating materials, although there are some reports on the influence of the type of stabilizer on the possibility of use at high temperatures, the second particles, And / or the effect of trace additives has not yet been clarified.

【0008】本発明は、Y、MgOあるいはCe
を安定化剤としたジルコニアをベースとした材料を
対象として、第2粒子の分散により高温使用時の焼結・
粒成長を抑制させ、さらに積層平行方向には結合力を増
すことで剥離破壊を抑制し、組織変化を低減することで
高温安定化を図ることを主目的としたもので、従来のジ
ルコニアをベースとした断熱材・遮熱コーティング材料
で問題であった比較的高温で使用した際の焼結・粒成長
による剥離破壊の進行、熱伝導率等の特性変化等の解決
を図るものである。
The present invention is based on Y 2 O 3 , MgO or Ce.
Targeting materials based on zirconia with O 2 as a stabilizer, the second particles are dispersed to sinter when used at high temperatures.
Its main purpose is to suppress grain growth, suppress peeling fracture by increasing the bonding force in the direction parallel to the stack, and reduce microstructural changes to stabilize at high temperatures. Based on conventional zirconia It is intended to solve the problems of the heat insulating material and the thermal barrier coating material, such as the progress of peeling fracture due to sintering and grain growth and the change in characteristics such as thermal conductivity, which are problems in using at a relatively high temperature.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の金属セラミック
ス積層構造部材は、金属層およびこれに積層されたセラ
ミックス層からなる積層構造部材であって、前記セラミ
ックス層が酸化イットリウム、酸化セリウムおよび酸化
マグネシウムから選ばれる少なくとも一種の安定化剤を
含む酸化ジルコニウムを主相とし、かつ微細クラックま
たは気孔を含有することを特徴とする。
The metal-ceramic laminated structure member of the present invention is a laminated structure member comprising a metal layer and a ceramic layer laminated thereon, wherein the ceramic layer is yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide. Zirconium oxide containing at least one stabilizer selected from the main phase and containing fine cracks or pores.

【0010】本発明の金属セラミックス積層構造部材
は、酸化イットリウム、酸化セリウムおよび酸化マグネ
シウムから選ばれる少なくとも一種の安定化剤を含む酸
化ジルコニウムを主相とするセラミックス層を具備し、
さらにこのセラミックス層に少なくとも微細クラックま
たは気孔を具備させることで、室温のみならず、800
℃〜焼結温度近傍における強度・靭性についても改善さ
れたものである。
The metal-ceramic multilayer structure member of the present invention comprises a ceramic layer containing zirconium oxide as a main phase containing at least one stabilizer selected from yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide,
Further, by providing this ceramic layer with at least fine cracks or pores, not only room temperature but also 800
The strength and toughness in the vicinity of ℃ to the sintering temperature are also improved.

【0011】前記セラミックス層には、酸化イットリウ
ム、酸化セリウムおよび酸化マグネシウム以外の少なく
とも1種以上の第2相酸化物が分散されていることが好
ましい。これらの第2相酸化物は焼結、粒成長を抑制す
る効果を有するものである。本発明では、このような第
2相酸化物を含有させることで、高温での使用時におけ
る焼結、粒成長を抑制し、熱伝導率等の特性変化を抑制
することができる。
It is preferable that at least one kind of second-phase oxide other than yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide is dispersed in the ceramic layer. These second phase oxides have the effect of suppressing sintering and grain growth. In the present invention, by including such a second phase oxide, it is possible to suppress sintering and grain growth during use at high temperature and suppress characteristic changes such as thermal conductivity.

【0012】このような第2相酸化物は主相塊中、主相
塊の周辺部近傍、微細クラックおよび気孔部周辺から選
ばれる少なくとも1箇所以上の部位に多く存在すること
が好ましい。また、第2相酸化物の分布は前記セラミッ
クス層が露出する側の表面近傍部で高く、この表面近傍
部の反対側であって、前記金属層に近い金属層近傍部で
は低くなっていることが好ましい。
It is preferable that a large amount of such a second phase oxide is present in at least one site selected from the periphery of the main phase mass, the vicinity of the fine cracks and the periphery of the pores in the main phase mass. Further, the distribution of the second phase oxide is high in the vicinity of the surface on the side where the ceramic layer is exposed, and is low on the side opposite to the vicinity of the surface and in the vicinity of the metal layer close to the metal layer. Is preferred.

【0013】また、前記セラミックス層の密度は前記セ
ラミックス層が露出する側の表面近傍部で高く、この表
面近傍部の反対側であって、前記金属層に近い金属層近
傍部で低くなっていることが好ましい。
The density of the ceramics layer is high in the vicinity of the surface where the ceramics layer is exposed, and is low on the side opposite to the surface and near the metal layer near the metal layer. It is preferable.

【0014】前記第2相酸化物としては、例えば酸化ア
ルミニウム、酸化マグネシウム−アルミニウムスピネ
ル、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化コバルトおよび酸化
ジルコニウム、またはこれらの複合酸化物が挙げられ、
これらは前記セラミックス層に0.2〜20wt%含有
されていることが好ましい。
Examples of the second phase oxide include aluminum oxide, magnesium oxide-aluminum spinel, zinc oxide, nickel oxide, cobalt oxide and zirconium oxide, or a composite oxide thereof.
These are preferably contained in the ceramic layer in an amount of 0.2 to 20 wt%.

【0015】また、前記金属層と前記セラミックス層と
の間には、これらの層の熱膨張係数の違いによる応力を
緩和するため、または前記セラミックス層を酸化から有
効に保護するための中間層が形成されていることが好ま
しい。
Further, an intermediate layer is provided between the metal layer and the ceramic layer to relieve stress due to a difference in thermal expansion coefficient between these layers or to effectively protect the ceramic layer from oxidation. It is preferably formed.

【0016】本発明の金属セラミックス積層構造部材の
製造方法は、例えば溶射、CVD(化学気相蒸着)、P
VD(物理気相蒸着)およびスパッタリングから選ばれ
る少なくとも1種の方法を上記金属セラミックス積層構
造部材を作製するものである。
The method for manufacturing a metal-ceramic laminated structure member according to the present invention includes, for example, thermal spraying, CVD (chemical vapor deposition), P
At least one method selected from VD (physical vapor deposition) and sputtering is used to produce the metal-ceramic laminated structure member.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

【0018】図1に本発明の金属セラミックス積層構造
部材の断面図を示す。本発明の金属セラミックス積層構
造部材1は、金属層2とこれに積層されたセラミックス
層3とからなる積層構造部材である。セラミックス層3
は酸化ジルコニウムを主相とし、酸化イットリウム、酸
化セリウムおよび酸化マグネシウムから選ばれる少なく
とも一種の安定化剤を含むものである。
FIG. 1 shows a sectional view of the metal-ceramic laminated structure member of the present invention. The metal-ceramics laminated structure member 1 of the present invention is a laminated structure member composed of a metal layer 2 and a ceramics layer 3 laminated thereon. Ceramics layer 3
Contains zirconium oxide as a main phase and contains at least one stabilizer selected from yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide.

【0019】このセラミックス層3は例えば扁平状の主
相塊4からなり、少なくとも主相塊4どうしの間に気孔
5が存在するか、あるいは主相塊4に微細クラック6が
存在する構造となっている。
The ceramic layer 3 is composed of, for example, flat main phase lumps 4, and at least pores 5 are present between the main phase lumps 4, or fine cracks 6 are present in the main phase lumps 4. ing.

【0020】少なくともセラミックス層3に気孔5また
は微細クラック6を有することで、例えば断熱材として
用いた場合に、これらの気孔5または微細クラック6に
より熱を遮断し、熱により金属層2が損傷することを防
ぐことができる。
Since at least the ceramic layer 3 has pores 5 or fine cracks 6, when used as a heat insulating material, the pores 5 or fine cracks 6 block heat and damage the metal layer 2 due to the heat. Can be prevented.

【0021】これらの気孔5や微細クラック6によるセ
ラミックス層3における気孔率は、好ましくは5〜25
vol%の範囲内とすることが好ましい。気孔率が5v
ol%未満の場合は、熱を遮断する効果が低く、金属層
2が損傷する可能性がある。また、気孔率が25vol
%を超える場合は、強度等が低下する可能性がある。
The porosity of the ceramic layer 3 due to the pores 5 and the fine cracks 6 is preferably 5 to 25.
It is preferably within the range of vol%. Porosity is 5v
If it is less than ol%, the effect of blocking heat is low and the metal layer 2 may be damaged. Also, the porosity is 25 vol.
If it exceeds%, the strength and the like may decrease.

【0022】このようなセラミックス層3には、上記し
た酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム
以外に、これらと異なる第2相酸化物を含有させること
が好ましい。第2相酸化物としては、酸化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム−アルミニウムスピネル、酸化亜
鉛、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化ジルコニウムか
ら選ばれる少なくとも一種からなるもの、あるいはこれ
らを複合させたものが挙げられる。
In addition to the above-mentioned yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide, it is preferable that such a ceramic layer 3 contains a second phase oxide different from these. Examples of the second phase oxide include at least one selected from aluminum oxide, magnesium oxide-aluminum spinel, zinc oxide, nickel oxide, cobalt oxide, and zirconium oxide, or a mixture thereof.

【0023】これらの第2相酸化物は高温での焼結や粒
成長の進行を抑制することができ、セラミックス層3に
存在する気孔5や微細クラック6が焼結や粒成長により
減少したり消滅したりするのを抑制することができる。
従って、高温での使用においても、断熱性等の特性が低
下することを抑制することができる。
These second phase oxides can suppress the progress of sintering and grain growth at high temperature, and the pores 5 and fine cracks 6 existing in the ceramic layer 3 are reduced by sintering and grain growth. It can be suppressed from disappearing.
Therefore, even when it is used at high temperature, it is possible to suppress deterioration of properties such as heat insulation.

【0024】この第2相酸化物7は例えば図2に示され
るように主相塊4中の微細クラック6に存在してもよい
し、図3に示されるように主相塊4の表面上に存在して
もよいし、あるいは図4に示されるように主相塊4どう
しの間に形成された気孔5周辺に存在してもよい。
The second phase oxide 7 may exist in the fine cracks 6 in the main phase block 4 as shown in FIG. 2, or on the surface of the main phase block 4 as shown in FIG. Or may exist around the pores 5 formed between the main phase agglomerates 4 as shown in FIG.

【0025】図2に示されるように主相塊4中の微細ク
ラック6に第2相酸化物7が存在する場合は、この部分
の焼結等を抑制し微細クラック6が消滅することを防ぐ
ことができる。また、図3に示されるように主相塊4の
表面上に存在する場合や図4に示されるように主相塊4
どうしの間に形成された気孔5周辺に存在する場合は、
主相塊4が焼結、粒成長することを抑制することで気孔
5が消滅することを防ぐことができる。気孔5や微細ク
ラック6が減少したり消滅したりすることを抑制するこ
とで、高温での使用においても、断熱性等の特性が低下
することを抑制することができる。
As shown in FIG. 2, when the second phase oxide 7 exists in the fine cracks 6 in the main phase block 4, the sintering of this portion is suppressed and the fine cracks 6 are prevented from disappearing. be able to. In addition, when it exists on the surface of the main phase lump 4 as shown in FIG. 3 or as shown in FIG.
When it exists around the pores 5 formed between each other,
It is possible to prevent the pores 5 from disappearing by suppressing the sintering and grain growth of the main phase mass 4. By suppressing the decrease and disappearance of the pores 5 and the fine cracks 6, it is possible to suppress the deterioration of the properties such as the heat insulating property even when used at high temperature.

【0026】酸化ジルコニウムの構成結晶層の主相は正
方晶または立方晶とすることが好ましい。これらは、金
属セラミックス積層構造部材の使用条件に応じて適宜選
択して用いることが好ましく、例えば使用温度が130
0℃未満の場合には強度に優れる正方晶を主相とし、使
用温度が1300℃を超える場合には、この温度でも安
定に存在できる立方晶を主相とすることが好ましい。
The main phase of the constituent crystal layer of zirconium oxide is preferably tetragonal or cubic. It is preferable that these are appropriately selected and used according to the use conditions of the metal-ceramic laminated structure member, for example, the use temperature is 130
When the temperature is lower than 0 ° C., the tetragonal crystal having excellent strength is preferably used as the main phase, and when the working temperature is higher than 1300 ° C., the cubic phase which can stably exist even at this temperature is preferably used as the main phase.

【0027】また、本発明の金属セラミックス積層構造
部材1におけるセラミックス層3は、かさ密度が5.0
5〜5.70g/cm、ヤング率が20〜80GP
a、3点曲げ強度が30〜220MPaであることが好
ましい。
The ceramic layer 3 in the metal-ceramic laminated structure member 1 of the present invention has a bulk density of 5.0.
5 to 5.70 g / cm 3 , Young's modulus of 20 to 80 GP
a, It is preferable that the three-point bending strength is 30 to 220 MPa.

【0028】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。図5は金属層2とセラミックス層3との間に、中
間層8を設けたものである。金属層2の熱膨張とセラミ
ックス層3の熱膨張とは異なるため、これらを単に積層
した場合には剥離等が発生する可能性がある。このた
め、金属層2とセラミックス層3との間に、金属層2の
熱膨張係数とセラミックス層3の熱膨張係数との間の熱
膨張係数を有する中間層8を形成することで、剥離等が
発生を抑制することができる。また、好ましくは中間層
8を耐酸化性のものとすることで、金属層2が高温によ
り酸化されることを抑制することができる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In FIG. 5, the intermediate layer 8 is provided between the metal layer 2 and the ceramic layer 3. Since the thermal expansion of the metal layer 2 and the thermal expansion of the ceramic layer 3 are different, peeling or the like may occur when these are simply laminated. Therefore, by forming the intermediate layer 8 having a coefficient of thermal expansion between the coefficient of thermal expansion of the metal layer 2 and the coefficient of thermal expansion of the ceramic layer 3 between the metal layer 2 and the ceramic layer 3, peeling or the like can be achieved. Can be suppressed. Moreover, it is possible to prevent the metal layer 2 from being oxidized at a high temperature by preferably making the intermediate layer 8 resistant to oxidation.

【0029】セラミックス層3は、金属層2側の密度を
低くし、これと反対側の面(表面側)の密度を前記金属
層2の密度よりも大きくすることが好ましい。セラミッ
クス層3の密度を変化させる方法としては、例えば図6
に示すように、セラミックス層3のうち金属層2に近い
部分である金属層近傍部9の主相塊4を大きくして、気
孔5が大きくなるような構造とし、金属層2と接する面
と反対側の面、すなわちセラミックス層3が露出する方
の面の近傍部である表面近傍部10の主相塊4を小さく
して気孔5を小さくする方法が挙げられる。
It is preferable that the ceramic layer 3 has a low density on the metal layer 2 side and a density on the opposite surface (front surface side) higher than that of the metal layer 2. As a method of changing the density of the ceramics layer 3, for example, FIG.
As shown in FIG. 3, the main phase mass 4 in the metal layer vicinity portion 9 which is a portion near the metal layer 2 of the ceramics layer 3 is made large so that the pores 5 become large, and the surface in contact with the metal layer 2 is formed. There is a method of reducing the size of the main phase lumps 4 on the opposite surface, that is, the surface vicinity portion 10 which is the vicinity of the surface where the ceramics layer 3 is exposed, to reduce the pores 5.

【0030】このように表面側の密度を高めることで、
使用時に気体中にある微小粒子等がセラミックス層3に
衝突し、このセラミックス層3を磨耗、損傷させること
を抑制することができるようになる。
By increasing the density on the surface side in this way,
It becomes possible to prevent the fine particles and the like in the gas from colliding with the ceramic layer 3 during use and causing the ceramic layer 3 to be worn or damaged.

【0031】また、主相塊4における微細クラック6は
金属層2の面に対して垂直方向に形成されていることが
好ましい。図7は微細クラック6が金属層2の面に対し
て垂直方向に形成された場合の構造変化について示した
図である。熱が加えられる前の主相塊4の状態は同図左
側に示すように微細クラック6の間隔が狭くなってい
る。これに熱が加えられた場合、同図右側に示すように
金属層2が熱膨張することにより、主相塊4に形成され
た微細クラック6の間隔が広くなる。このように、微細
クラック6が金属層2の面に対して垂直方向に形成され
た場合、主相塊4に形成された微細クラック6により金
属層2の熱膨張を緩和することができる。また、微細ク
ラック6が金属層2の面に対して垂直方向に形成されて
いる場合、分離した各主相塊4a、4b、4cはそれぞ
れ金属層2との接触を維持することが可能であり、セラ
ミックス層3から剥離することを抑制することができ
る。
The fine cracks 6 in the main phase mass 4 are preferably formed in the direction perpendicular to the surface of the metal layer 2. FIG. 7 is a diagram showing a structural change when the fine cracks 6 are formed in a direction perpendicular to the surface of the metal layer 2. In the state of the main phase mass 4 before heat is applied, the intervals of the fine cracks 6 are narrowed as shown on the left side of the figure. When heat is applied to this, as shown on the right side of the figure, the metal layer 2 thermally expands, so that the intervals between the fine cracks 6 formed in the main phase block 4 become wider. Thus, when the fine cracks 6 are formed in the direction perpendicular to the surface of the metal layer 2, the thermal expansion of the metal layer 2 can be relaxed by the fine cracks 6 formed in the main phase block 4. When the fine cracks 6 are formed in the direction perpendicular to the surface of the metal layer 2, the separated main phase lumps 4a, 4b, 4c can maintain contact with the metal layer 2, respectively. It is possible to prevent the ceramic layer 3 from peeling off.

【0032】これに対して図8に示すように微細クラッ
ク6を金属層2の面に対して水平方向に形成した場合
は、負荷がない状態では同図左側に示すように主相塊4
d、4eは分離せずに存在しているが、何らかの負荷が
かかってこれらが分離した場合、同図右側に示すように
金属層2と接触している主相塊4dは剥離せずに残るも
のの、主相塊4eは剥離してセラミックス層3から剥離
してしまう。仮に、主相塊4eに複数の主相塊4が積層
されているされている場合には、それらも全てセラミッ
クス層3から剥離してしまうため、セラミックス層3に
おいて比較的大規模な損傷が発生する。
On the other hand, when the fine cracks 6 are formed in the horizontal direction with respect to the surface of the metal layer 2 as shown in FIG. 8, the main phase lump 4 is formed as shown on the left side of FIG.
d and 4e exist without being separated, but when they are separated by some load, the main phase mass 4d which is in contact with the metal layer 2 remains without being separated as shown in the right side of the figure. However, the main phase block 4e peels off from the ceramic layer 3. If a plurality of main phase lumps 4 are stacked on the main phase lump 4e, all of them are also separated from the ceramic layer 3, so that relatively large-scale damage occurs in the ceramic layer 3. To do.

【0033】従って、主相塊4における微細クラック6
を金属層2の面に対して垂直方向に形成することで、セ
ラミックス層と金属層との熱膨張係数の差を緩和すると
ともに、セラミックス層3の部分的な剥離を防止し、断
熱性等の特性が低下することを抑制することができる。
Therefore, the fine cracks 6 in the main phase mass 4
Is formed in the direction perpendicular to the surface of the metal layer 2, the difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic layer and the metal layer is mitigated, partial peeling of the ceramic layer 3 is prevented, and the heat insulating property is improved. It is possible to suppress deterioration of characteristics.

【0034】次に、本発明の金属セラミックス積層構造
部材の製造方法について説明する。図9は本発明の金属
セラミックス積層構造部材の製造方法を示したものであ
る。セラミックス積層構造部材におけるセラミックス層
の作製に用いられるものは、主相となるジルコニア粉末
と、これに添加される安定化剤である。好ましくは、こ
れらに第2相酸化物を添加する。
Next, a method of manufacturing the metal-ceramic laminated structure member of the present invention will be described. FIG. 9 shows a method for manufacturing a metal-ceramic laminated structure member of the present invention. What is used for producing a ceramics layer in a ceramics laminated structure member is a zirconia powder as a main phase and a stabilizer added thereto. Preferably, a second phase oxide is added to these.

【0035】安定化剤としては、酸化イットリウム、酸
化セリウム、酸化マグネシウムが挙げられ、ジルコニア
粉末に1〜15wt%程度添加することが好ましい。
Examples of the stabilizer include yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide, and it is preferable to add about 1 to 15 wt% to the zirconia powder.

【0036】また、第2相酸化物としては、酸化イット
リウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム以外のもの
で、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム−アル
ミニウムスピネル、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化コバ
ルトおよび酸化ジルコニウムから選ばれる少なくとも一
種を用いることが好ましく、0.2〜20wt%添加す
ることが好ましい。
The second-phase oxides are other than yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide, and are selected from, for example, aluminum oxide, magnesium oxide-aluminum spinel, zinc oxide, nickel oxide, cobalt oxide and zirconium oxide. It is preferable to use at least one kind, and it is preferable to add 0.2 to 20 wt%.

【0037】これらの粉末は湿式または乾式混合により
混合し、例えば溶射、CVD、PVD、スパッタリング
等の方法を用いて金属基材上に積層する。また、これら
の方法に加えて、ゾル、前駆体溶液、粉末スラリーの含
浸・焼成工程を加えてもよい。必要に応じて無加圧ある
いは所定方向に加圧しながら熱処理等を行ってもよい。
These powders are mixed by wet or dry mixing, and laminated on a metal base material by a method such as thermal spraying, CVD, PVD or sputtering. In addition to these methods, a step of impregnating and firing a sol, a precursor solution and a powder slurry may be added. If necessary, heat treatment or the like may be performed without pressure or while applying pressure in a predetermined direction.

【0038】セラミックス層における気孔や微細クラッ
クの形成は、溶射条件、熱処理条件等を適宜選択するこ
とにより行うことができる。微細クラックを金属面に対
して垂直な方向に形成するためには、例えば熱処理後の
冷却条件等を調整することにより行うことができる。ま
た、図6に示されるようにセラミックス層3の密度を部
分的に変える場合には、例えば溶射によるセラミックス
層の形成の途中で溶射条件を変更する等の方法を採るこ
とにより行うことができる。
The formation of pores and fine cracks in the ceramic layer can be carried out by appropriately selecting the thermal spraying conditions and the heat treatment conditions. In order to form the fine cracks in the direction perpendicular to the metal surface, it can be performed, for example, by adjusting cooling conditions after the heat treatment. Further, when partially changing the density of the ceramics layer 3 as shown in FIG. 6, it is possible to adopt a method of changing the thermal spraying conditions during the formation of the ceramics layer by thermal spraying.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明の実施の形態について実施例を
参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments.

【0040】(実施例1〜18) 実施例1、2 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を5または10wt%添加した原料粉末を用
い、大気圧プラズマ法で金属基材上に溶射皮膜を作製し
た。
(Examples 1 to 18) Examples 1 and 2 A ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used as a second phase oxide having an average particle diameter of 1.0 μm.
A thermal spray coating was formed on a metal base material by an atmospheric pressure plasma method using a raw material powder to which 5 or 10 wt% of 1 2 O 3 particles was added.

【0041】実施例3〜6 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのM
gAl、ZnO、NiOまたはCoO粒子を5ま
たは10wt%添加した原料粉末を用い、大気圧プラズマ
法で金属基材上に溶射皮膜を作製した。
Examples 3 to 6 For ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer, M having an average particle size of 1.0 μm was used as the second phase oxide.
A thermal spray coating was formed on a metal base material by an atmospheric pressure plasma method using a raw material powder to which 5 or 10 wt% of gAl 2 O 4 , ZnO, NiO or CoO particles was added.

【0042】実施例7、8 安定化剤として18wt%CeOまたは10wt%M
gOを含有するZrO 粉末に対し、第2相酸化物とし
て平均粒径1.0μmのAl粒子を10wt%添加
した原料粉末を用い、大気圧プラズマ法で金属基材上に
溶射皮膜を作製した。
Examples 7 and 8 18wt% CeO as a stabilizerTwoOr 10 wt% M
ZrO containing gO TwoAs the second phase oxide for the powder
With an average particle size of 1.0 μmTwoOThreeAdd 10 wt% of particles
Using the raw material powder prepared by
A thermal spray coating was prepared.

【0043】実施例9 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を10wt%添加した原料粉末を用い、CV
D法で金属基材上に皮膜を作製した。
Example 9 ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, and A having an average particle size of 1.0 μm was used as a second phase oxide.
CV was used with the raw material powder added with 10 wt% of 1 2 O 3 particles.
A film was formed on the metal substrate by method D.

【0044】実施例10 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を10wt%添加した原料粉末を用い、大気
圧プラズマ法で金属基材上に溶射皮膜を作製し、その後
アルミナゾルの含浸・焼成を行うことにより金属基材上
に皮膜を作製した。
Example 10 ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, and A having an average particle size of 1.0 μm was used as a second phase oxide.
A raw material powder containing 10% by weight of 1 2 O 3 particles was used to form a sprayed coating on a metal base material by an atmospheric pressure plasma method, and then impregnated with alumina sol and baked to form a coating on the metal base material. .

【0045】実施例11 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を10wt%添加した原料粉末を用い、大気
圧プラズマ法で金属基材上に溶射皮膜を作製し、その後
40kg/cm の加圧力を付与しながら、1200℃
×5時間の熱処理を行うことにより金属基材上に皮膜を
作製した。
Example 11 8wt% Y as stabilizerTwoOThreeContaining ZrOTwopowder
On the other hand, as the second phase oxide, A having an average particle size of 1.0 μm
lTwoOThreeUsing the raw material powder with 10 wt% of particles added,
A thermal spray coating is produced on a metal substrate by the pressure plasma method, and then
40 kg / cm Two1200 ° C while applying the pressure of
× 5 hours heat treatment to form a film on the metal substrate
It was made.

【0046】実施例12 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を10wt%添加した原料粉末を用い、大気
圧プラズマ法で金属基材上に溶射皮膜を作製した。な
お、その溶射工程において、皮膜を150μmの厚さで
形成した毎に、約1〜2μmの厚さになるようにGd
粒子を溶射し多層状に積層した。
Example 12 ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, and A having an average particle size of 1.0 μm was used as the second phase oxide.
A raw material powder containing 10 wt% of 1 2 O 3 particles was used to form a thermal spray coating on a metal substrate by an atmospheric pressure plasma method. In addition, in the thermal spraying process, Gd 2 is formed so as to have a thickness of about 1 to 2 μm each time the coating is formed to a thickness of 150 μm.
O 3 particles were sprayed and laminated in multiple layers.

【0047】実施例13 8Yの安定化剤を含有するZrO粉末に対し、
第2相酸化物を添加しない原料粉末を用いた他は、実施
例1と同一の条件で作製した。
Example 13 To ZrO 2 powder containing 8Y 2 O 3 stabilizer,
It was produced under the same conditions as in Example 1 except that the raw material powder to which the second phase oxide was not added was used.

【0048】実施例14 8Yの安定化剤を含有するZrO粉末に対し、
第2相酸化物としてAlを20wt%添加した原料
粉末を用いた他は、実施例1と同一の条件で作製した。
Example 14 To ZrO 2 powder containing 8Y 2 O 3 stabilizer,
It was produced under the same conditions as in Example 1 except that the raw material powder added with 20 wt% of Al 2 O 3 was used as the second phase oxide.

【0049】実施例15 8Yの安定化剤を含有するZrO粉末に対し、
第2相酸化物としてMgAlを20wt%添加した
原料粉末を用いた他は、実施例11と同一の条件で作製
した。
Example 15 For ZrO 2 powder containing a stabilizer of 8Y 2 O 3 ,
It was produced under the same conditions as in Example 11 except that the raw material powder added with 20 wt% of MgAl 2 O 4 was used as the second phase oxide.

【0050】実施例16 8Yの安定化剤を含有するZrO粉末に対し、
第2相酸化物としてZnOを20wt%添加した原料粉末
を用いた他は、実施例11と同一の条件で作製した。
Example 16 To ZrO 2 powder containing 8Y 2 O 3 stabilizer,
It was manufactured under the same conditions as in Example 11 except that the raw material powder added with 20 wt% of ZnO was used as the second phase oxide.

【0051】実施例17 8Yの安定化剤を含有するZrO粉末に対し、
第2相酸化物としてNiOを20wt%添加した原料粉末
を用いた他は、実施例11と同一の条件で作製した。
Example 17 A ZrO 2 powder containing a stabilizer of 8Y 2 O 3 was prepared.
It was produced under the same conditions as in Example 11 except that the raw material powder added with 20 wt% of NiO was used as the second phase oxide.

【0052】実施例18 8Yの安定化剤を含有するZrO粉末に対し、
第2相酸化物としてCoOを20wt%添加した原料粉末
を用いた他は、実施例11と同一の条件で作製した。
Example 18 For ZrO 2 powder containing 8Y 2 O 3 stabilizer,
It was manufactured under the same conditions as in Example 11 except that the raw material powder added with 20 wt% of CoO was used as the second phase oxide.

【0053】なお、実施例1〜18の金属セラミックス
積層構造部材は、そのセラミックス層に微細クラックお
よび気孔の少なくとも一方を含むものとする。
The metal-ceramic laminated structure members of Examples 1 to 18 include at least one of fine cracks and pores in the ceramic layer.

【0054】次に、これら実施例1〜19の金属セラミ
ックス積層構造部材について、強度、弾性率、寸法変化
および剥離寿命を測定した。なお、強度および弾性率
は、セラミックス層から3×4×40mmの試験片を切
り出し加工して、室温での3点曲げ試験から評価した。
寸法変化は、大気中、1300℃、100時間の条件で
熱処理した後の体積収縮量の結果である。また、剥離寿
命はバーナー加熱試験機において、室温←→1200℃
の熱サイクルを与え、10回毎に皮膜の剥離状態を調べ
た結果である。結果を表1および表2に、各実施例の安
定化剤の種類および量、第2相酸化物の種類および量、
プロセス条件等とともに示す。
Next, the strength, elastic modulus, dimensional change and peeling life of the metal-ceramic laminated structure members of Examples 1 to 19 were measured. The strength and elastic modulus were evaluated from a three-point bending test at room temperature after cutting out a test piece of 3 × 4 × 40 mm from the ceramic layer.
The dimensional change is the result of the volumetric shrinkage amount after heat treatment in air at 1300 ° C. for 100 hours. Also, the peeling life is room temperature ← → 1200 ° C in the burner heating tester.
Is a result of examining the peeling state of the coating every 10 times by applying the heat cycle of. The results are shown in Table 1 and Table 2, in which the type and amount of the stabilizer of each example, the type and amount of the second phase oxide,
Shown together with process conditions.

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

【0055】(実施例19〜36) 実施例19 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末について2種類の溶射原料粉末を使用し、大気圧プラ
ズマ法で金属基材上に溶射皮膜(セラミックス溶射層)
を作製した。溶射皮膜は、金属基材側に造粒粉タイプの
原料粉末を用いた気孔率約20vol%、厚さ250μ
mのポーラス層と、表面層側に粉砕粉タイプの原料粉末
を用いた気孔率約10vol%、厚さ50μmの緻密層
からなる2層構造のものとした。
(Examples 19 to 36) Example 19 ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer, two kinds of thermal spray raw material powders were used, and the ZrO 2 powder was applied onto a metal substrate by an atmospheric pressure plasma method. Sprayed coating (ceramics sprayed layer)
Was produced. The thermal spray coating uses a granulated powder type raw material powder on the metal base material side and has a porosity of about 20 vol% and a thickness of 250 μ.
m and a dense layer having a porosity of about 10 vol% and a thickness of 50 μm using a pulverized powder type raw material powder on the surface layer side.

【0056】実施例20 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を1および5wt%添加した造粒粉タイプ
の原料粉末を用い、大気圧プラズマ法で金属基材上に溶
射皮膜を作製した。溶射皮膜は、気孔率が約17vol
%で、金属基材側にAl粒子を1wt%添加した
層を250μm、表面層側にAl粒子を5wt%
添加した層を形成した。
Example 20 A ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, and A having an average particle size of 1.0 μm was used as a second phase oxide.
A spray coating was produced on a metal base material by an atmospheric pressure plasma method using a granulated powder type raw material powder in which 1 and 5 wt% of 1 2 O 3 particles were added. The thermal spray coating has a porosity of about 17 vol.
%, A layer having 1 wt% of Al 2 O 3 particles added to the metal substrate side is 250 μm, and a layer of Al 2 O 3 particles is 5 wt% to the surface layer side.
An added layer was formed.

【0057】実施例21 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を1および5wt%添加した造粒粉タイプ
および粉砕粉タイプの原料粉末を用い、大気圧プラズマ
法で金属基材上に溶射皮膜を作製した。溶射皮膜は、金
属基材側にAl粒子を1wt%添加した気孔率約
17vol%のポーラス層を250μm、表面層側にA
粒子を5wt%添加した気孔率10vol%の
緻密層を形成した。
Example 21 ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, and A having an average particle size of 1.0 μm was used as the second phase oxide.
A sprayed coating was produced on a metal substrate by an atmospheric pressure plasma method using raw powders of a granulated powder type and a pulverized powder type in which 1 and 5 wt% of 1 2 O 3 particles were added. The thermal spray coating has a porous layer with a porosity of about 17 vol% of 250 μm in which 1 wt% of Al 2 O 3 particles is added on the metal base side, and A on the surface layer side.
A dense layer having a porosity of 10 vol% and containing 5 wt% of 1 2 O 3 particles was formed.

【0058】実施例22〜26 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのM
gAl、ZnO、NiO、CoOまたはZrSi
粒子を1および5wt%添加した造粒粉タイプおよ
び粉砕粉タイプの原料粉末を用い、大気圧プラズマ法で
金属基材上に溶射皮膜を作製した。溶射皮膜は、金属基
材側に第2相酸化物を1wt%添加した気孔率15から
21vol%のポーラス層を250μm、表面層側に第
2相酸化物を5wt%添加した気孔率10から12vo
l%の緻密層を形成した。
Examples 22 to 26 For ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer, M having an average particle diameter of 1.0 μm was used as the second phase oxide.
gAl 2 O 4 , ZnO, NiO, CoO or ZrSi
A sprayed coating was produced on a metal base material by an atmospheric pressure plasma method using raw powders of a granulated powder type and a pulverized powder type in which 1 and 5 wt% of O 4 particles were added. The thermal spray coating has a porosity of 10 to 12 vo with a porous layer having a porosity of 15 to 21 vol% with 1 wt% of the second phase oxide added to the metal base material side and a surface layer having 5 wt% of the second phase oxide of 250 μm.
A 1% dense layer was formed.

【0059】実施例27、28 安定化剤として18wt%CeOまたは10wt%M
gOを含有するZrO 粉末に対し、第2相酸化物とし
て平均粒径1.0μmのAl粒子を1および5w
t%添加した造粒粉タイプおよび粉砕粉タイプの原料粉
末を用い、大気圧プラズマ法で金属基材上に溶射皮膜を
作製した。溶射皮膜は、金属基材側にAl粒子を
1wt%添加した気孔率約19vol%のポーラス層を
250μm、表面層側にAl粒子を5wt%添加
した気孔率11vol%の緻密層を形成した。
Examples 27 and 28 18wt% CeO as a stabilizerTwoOr 10 wt% M
ZrO containing gO TwoAs the second phase oxide for the powder
With an average particle size of 1.0 μmTwoOThree1 and 5w particles
Granulated powder type and crushed powder type raw material powder with t% added
Powder on the metal base material by atmospheric pressure plasma method
It was made. The thermal spray coating is Al on the metal substrate side.TwoOThreeParticles
A porous layer with a porosity of about 19 vol% added with 1 wt%
250 μm, Al on the surface layer sideTwoOThreeAdd 5 wt% of particles
A dense layer having a porosity of 11 vol% was formed.

【0060】実施例29 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
ンゴット、およびAl インゴットを用い、PVD
法で金属基材上に皮膜を作製した。皮膜は、金属基材側
にAl分散相を1wt%添加した気孔率約18v
ol%のポーラス層を250μm、表面層側にAl
分散相を5wt%添加した気孔率9vol%の緻密層
を形成した。
Example 29 8wt% Y as stabilizerTwoOThreeContaining ZrOTwoI
Ngot and Al TwoOThreePVD using ingot
A film was formed on the metal substrate by the method. The coating is on the metal substrate side
To AlTwoOThreePorosity of about 18v with 1wt% of dispersed phase added
ol% porous layer 250 μm, Al on the surface layer sideTwoO
ThreeDense layer with porosity of 9 vol% with 5 wt% of dispersed phase added
Was formed.

【0061】実施例30 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を1および5wt%添加した造粒粉タイプ
の原料粉末を用い、大気圧プラズマ法で金属基材上に溶
射皮膜を作製した。溶射皮膜は、気孔率が約17vol
%で、金属基材側にAl粒子を1wt%添加した
層を250μm、表面層側にAl粒子を5wt%
添加した層形成し、その後アルミナゾルの含浸・焼成を
行ったものである。
Example 30 ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, and A having an average particle size of 1.0 μm was used as the second phase oxide.
A spray coating was produced on a metal base material by an atmospheric pressure plasma method using a granulated powder type raw material powder in which 1 and 5 wt% of 1 2 O 3 particles were added. The thermal spray coating has a porosity of about 17 vol.
%, A layer having 1 wt% of Al 2 O 3 particles added to the metal substrate side is 250 μm, and a layer of Al 2 O 3 particles is 5 wt% to the surface layer side.
The added layer is formed, and then the alumina sol is impregnated and fired.

【0062】実施例31 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径1.0μmのA
粒子を1および5wt%添加した造粒粉タイプ
の原料粉末を用い、大気圧プラズマ法で金属基材上に溶
射皮膜を作製した。溶射皮膜は、気孔率が約17vol
%で、金属基材側にAl粒子を1wt%添加した
層を250μm、表面層側にAl粒子を5wt%
添加した層を形成し、その後板状βアルミナスラリーの
含浸を積層方向に垂直方向に高磁場下で行い、乾燥・焼
成を行ったものである。
Example 31 A ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, and A having an average particle size of 1.0 μm was used as a second phase oxide.
A spray coating was produced on a metal base material by an atmospheric pressure plasma method using a granulated powder type raw material powder in which 1 and 5 wt% of 1 2 O 3 particles were added. The thermal spray coating has a porosity of about 17 vol.
%, A layer having 1 wt% of Al 2 O 3 particles added to the metal substrate side is 250 μm, and a layer of Al 2 O 3 particles is 5 wt% to the surface layer side.
The added layer is formed, and then impregnated with the plate-like β-alumina slurry is carried out in a direction perpendicular to the stacking direction under a high magnetic field, followed by drying and firing.

【0063】実施例32 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物として平均粒径4μmのAl
粉末を用いた他は、実施例21と同一の条件で作製
したものである。
Example 32 For ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer, Al 2 having an average particle diameter of 4 μm was used as the second phase oxide.
It was produced under the same conditions as in Example 21 except that O 3 powder was used.

【0064】実施例33 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物としてMgAlを10お
よび20wt%添加した原料粉末を用いた他は、実施例
21と同一の条件で作製したものである。
Example 33 A ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, except that a raw material powder obtained by adding 10 and 20 wt% of MgAl 2 O 4 as a second phase oxide was used. It was produced under the same conditions as in Example 21.

【0065】実施例34 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物としてZnOを10および20
wt%添加した原料粉末を用いた他は、実施例21と同
一の条件で作製したものである。
Example 34 ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was added to ZnO 10 and 20 as a second phase oxide.
It was produced under the same conditions as in Example 21 except that the raw material powder added at wt% was used.

【0066】実施例35 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物としてNiOを10および20
wt%添加した原料粉末を用いた他は、実施例21と同
一の条件で作製したものである。
Example 35 With respect to ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer, NiO as the second phase oxide and 10 and 20 were used.
It was produced under the same conditions as in Example 21 except that the raw material powder added at wt% was used.

【0067】実施例36 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物としてCoOを10および20
wt%添加した原料粉末を用いた他は、実施例21と同
一の条件で作製したものである。
Example 36 ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer was used, and CoO was used as a second phase oxide in an amount of 10 and 20.
It was produced under the same conditions as in Example 21 except that the raw material powder added at wt% was used.

【0068】実施例37 安定化剤として8wt%Yを含有するZrO
末に対し、第2相酸化物としてZrSiOを10およ
び20wt%添加した原料粉末を用いた他は、実施例2
1と同一の条件で作製したものである。
Example 37 Example 37 was used, except that 10 and 20 wt% of ZrSiO 4 was added as the second phase oxide to ZrO 2 powder containing 8 wt% Y 2 O 3 as a stabilizer. Two
It was produced under the same conditions as No. 1.

【0069】次に、これら実施例19〜37の金属セラ
ミックス積層構造部材について、ブラスト損耗量、寸法
変化および剥離寿命を測定した。
Next, the amount of blast damage, dimensional change, and peeling life of the metal-ceramic laminated structure members of Examples 19 to 37 were measured.

【0070】なお、ブラスト損耗量はアルミナ粒子によ
る一定条件のブラスト加工における減肉量(深さ)を実
施例19を基準として相対値で表した。寸法変化は、大
気中、1300℃、100時間の条件で熱処理した後の
体積収縮量の結果である。
The amount of blast wear was expressed as a relative value based on Example 19 as the amount of thinning (depth) in blasting under a constant condition with alumina particles. The dimensional change is the result of the volumetric shrinkage amount after heat treatment in air at 1300 ° C. for 100 hours.

【0071】また、剥離寿命はバーナー加熱試験機にお
いて、室温←→1200℃の熱サイクルを与え、10回
毎に皮膜の剥離状態を調べた結果である。結果を表3お
よび表4に、各実施例安定化剤の種類および量、第2相
酸化物の種類および量、プロセス条件等とともに示す。
The peeling life is the result of examining the peeling state of the coating every 10 times by applying a heat cycle from room temperature to 1200 ° C. in a burner heating tester. The results are shown in Tables 3 and 4 together with the type and amount of the stabilizer for each example, the type and amount of the second phase oxide, the process conditions and the like.

【表3】 [Table 3]

【表4】 [Table 4]

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明は、Y、MgOあるいはC
eOを安定化剤としたジルコニアをベースとしたセラ
ミックス層において気孔または微細クラックを形成する
ことで、断熱性等を向上させるとともに、熱膨張等によ
る剥離を防止することができる。また、セラミックス層
に第2粒子を分散させることにより、高温使用時の焼結
・粒成長を抑制させることにより組織変化を低減し、高
温での安定化を図ることができる。
According to the present invention, Y 2 O 3 , MgO or C is used.
By forming pores or fine cracks in the zirconia-based ceramic layer having eO 2 as a stabilizer, it is possible to improve heat insulation and prevent peeling due to thermal expansion and the like. Further, by dispersing the second particles in the ceramic layer, it is possible to suppress sintering and grain growth during use at high temperature, reduce structural change, and stabilize at high temperature.

【0073】本発明では以上のような構成により、従来
のジルコニアをベースとした断熱材・遮熱コーティング
材料で問題であった、比較的高温で使用した際の、焼結
・粒成長による、剥離破壊の進行、熱伝導率等の特性変
化等の解決を図ることができる。
In the present invention, due to the above-mentioned constitution, there is a problem with the conventional zirconia-based heat insulating material / heat-shielding coating material, that is, peeling due to sintering and grain growth when used at a relatively high temperature. It is possible to solve the progress of destruction and the change in characteristics such as thermal conductivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の金属セラミックス積層構造部材の一例
を示した断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a metal-ceramic multilayer structure member of the present invention.

【図2】第2相酸化物が主相塊の微細クラック周辺に存
在する場合を示した断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a case where a second phase oxide exists around a fine crack in a main phase block.

【図3】第2相酸化物が主相塊の周辺部分に存在する場
合を示した断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a case where a second phase oxide is present in the peripheral portion of the main phase mass.

【図4】第2相酸化物が主相塊により形成された気孔部
周辺に存在する場合を示した断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a case where a second-phase oxide is present around the pores formed by the main-phase mass.

【図5】本発明の金属セラミックス積層構造部材におい
て、金属層とセラミックス層との間に中間層を形成した
場合の一例を示した断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which an intermediate layer is formed between a metal layer and a ceramic layer in the metal / ceramic multilayer structure member of the present invention.

【図6】セラミックス層の密度を表面近傍部で高くし、
金属層近傍部で低くした場合を示した断面図。
FIG. 6 shows that the density of the ceramic layer is increased near the surface,
Sectional drawing which showed the case where it lowered in the metal layer vicinity part.

【図7】主相塊に金属層に対して垂直な微細クラックを
形成した場合の効果を示した断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the effect when fine cracks perpendicular to the metal layer are formed in the main phase block.

【図8】主相塊に金属層と平行な微細クラックを形成し
た場合の影響を示した断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the influence when fine cracks parallel to the metal layer are formed in the main phase block.

【図9】本発明の金属セラミックス積層構造部材の作製
工程を示した図。
FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing process of the metal-ceramic multilayer structure member of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……金属セラミックス積層構造部材 2……金属層 3……セラミックス層 4……主相塊 5……気孔部 6……微細クラック 7……第2相酸化物 8……中間層 9……金属層近傍部 10……表面近傍部 1 ... Metal-ceramic laminated structure member 2 ... Metal layer 3 ... Ceramics layer 4 ... Main phase block 5 ... Pores 6 ... Fine cracks 7: Second phase oxide 8: Middle class 9 ... near the metal layer 10 ... near the surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 裕 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 伊藤 義康 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 4G031 AA03 AA07 AA08 AA12 AA22 AA23 AA26 AA29 AA39 CA03 CA04 CA07 4K029 AA02 BA43 BB02 4K044 AA01 BA12 BA19 BB01 BB03 BB11 BC07 CA13 CA14 CA22 CA44    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yutaka Ishiwata             2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Toshiba Keihin Office (72) Inventor Yoshiyasu Ito             2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Toshiba Keihin Office F term (reference) 4G031 AA03 AA07 AA08 AA12 AA22                       AA23 AA26 AA29 AA39 CA03                       CA04 CA07                 4K029 AA02 BA43 BB02                 4K044 AA01 BA12 BA19 BB01 BB03                       BB11 BC07 CA13 CA14 CA22                       CA44

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属層およびこれに積層されたセラミッ
クス層からなる積層構造部材であって、 前記セラミックス層が酸化イットリウム、酸化セリウム
および酸化マグネシウムから選ばれる少なくとも一種の
安定化剤を含む酸化ジルコニウムを主相とし、かつ微細
クラックまたは気孔を含有した構成であることを特徴と
する金属セラミックス積層構造部材。
1. A laminated structural member comprising a metal layer and a ceramics layer laminated thereon, wherein the ceramics layer contains zirconium oxide containing at least one stabilizer selected from yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide. A metal-ceramic laminated structure member having a main phase and containing fine cracks or pores.
【請求項2】 前記セラミックス層には、酸化イットリ
ウム、酸化セリウムおよび酸化マグネシウム以外の少な
くとも1種以上の第2相酸化物が分散されていることを
特徴とする請求項1記載の金属セラミックス積層構造部
材。
2. The multilayer ceramic structure according to claim 1, wherein at least one kind of second phase oxide other than yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide is dispersed in the ceramics layer. Element.
【請求項3】 前記セラミックス層の主相である酸化イ
ットリウム、酸化セリウムおよび酸化マグネシウムから
選ばれる少なくとも一種の安定化剤を含む酸化ジルコニ
ウムが扁平塊状であり、前記第2相酸化物が主相塊中、
主相塊の周辺部近傍、微細クラックおよび気孔部周辺か
ら選ばれる少なくとも1箇所以上の部位に多く存在する
ことを特徴とする請求項2記載の金属セラミックス積層
構造部材。
3. Zirconium oxide containing at least one stabilizer selected from yttrium oxide, cerium oxide and magnesium oxide, which is the main phase of the ceramics layer, is in the shape of a flat lump, and the second phase oxide is the main phase lump. During,
3. The metal-ceramic multilayer structure member according to claim 2, wherein a large amount is present in at least one or more locations selected from the vicinity of the peripheral portion of the main phase mass, the fine cracks and the periphery of the pores.
【請求項4】 前記セラミックス層の密度が、前記セラ
ミックス層が露出する側の表面近傍部で高く、この表面
近傍部の反対側であって、前記金属層に近い金属層近傍
部で低くなっていることを特徴とする請求項2または3
記載の金属セラミックス積層構造部材。
4. The density of the ceramics layer is high in the vicinity of the surface where the ceramics layer is exposed, and is low in the vicinity of the surface and on the side opposite to the surface and near the metal layer. Claim 2 or 3 characterized in that
The metal-ceramic laminated structure member described.
【請求項5】 前記第2相酸化物の分布が前記セラミッ
クス層が露出する側の表面近傍部で高く、この表面近傍
部の反対側であって、前記金属層に近い金属層近傍部で
低くなっていることを特徴とする請求項2乃至4のいず
れか1項記載の金属セラミックス積層構造部材。
5. The distribution of the second phase oxide is high in the vicinity of the surface where the ceramics layer is exposed, and is low in the vicinity of the metal layer and on the opposite side of the surface near the metal layer. The metal-ceramic laminated structure member according to any one of claims 2 to 4, wherein
【請求項6】 前記第2相酸化物が酸化アルミニウム、
酸化マグネシウム−アルミニウムスピネル、酸化亜鉛、
酸化ニッケル、酸化コバルトおよび酸化ジルコニウム、
またはこれらの複合酸化物から選ばれた少なくとも一種
からなり、前記セラミックス層における含有量が0.2
〜20wt%であることを特徴とする請求項2乃至5の
いずれか1項記載の金属セラミックス積層構造部材。
6. The second phase oxide is aluminum oxide,
Magnesium oxide-aluminum spinel, zinc oxide,
Nickel oxide, cobalt oxide and zirconium oxide,
Alternatively, it is composed of at least one selected from these complex oxides, and its content in the ceramic layer is 0.2.
% To 20 wt%, The metal-ceramic laminated structure member according to any one of claims 2 to 5, wherein
【請求項7】 前記金属層と前記セラミックス層との間
に中間層が形成されていることを特徴とする請求項1乃
至6のいずれか1項記載の金属セラミックス積層構造部
材。
7. The metal-ceramic multilayer structure member according to claim 1, wherein an intermediate layer is formed between the metal layer and the ceramic layer.
【請求項8】 溶射、CVD(化学気相蒸着)、PVD
(物理気相蒸着)およびスパッタリングから選ばれる少
なくとも1種の方法を用いて請求項1乃至7のいずれか
1項記載の金属セラミックス積層構造部材を作製するこ
とを特徴とする金属セラミックス積層構造部材の製造方
法。
8. Thermal spraying, CVD (chemical vapor deposition), PVD
A metal-ceramic laminated structure member according to any one of claims 1 to 7, which is produced by using at least one method selected from (physical vapor deposition) and sputtering. Production method.
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