JP2004315352A - 耐熱性被覆部材 - Google Patents
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Abstract
【効果】 本発明の耐熱性被覆部材は、耐熱性、耐蝕性、非反応性が良好で、熱サイクルによる皮膜の剥がれが起りにくく、耐久性の優れた、真空、不活性雰囲気又は還元雰囲気下での金属又はセラミックスを焼結又は熱処理するのに有効に用いられるものである。
【選択図】 なし
Description
製品との反応防止という点では上記手法は有効であるが、繰り返し熱サイクルによる溶射皮膜とトレー基板界面部の熱的劣化により容易に皮膜が剥がれるといった問題が生じる場合がある。繰り返しの熱サイクルで基板と酸化物皮膜が剥がれない耐熱性、耐蝕性、耐久性、非反応性のある皮膜部材が望まれている。
請求項1:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物からなる中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項2:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物からなる中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY元素又はY元素及びランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項3:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項4:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY元素又はY元素及びランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項5:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ZrO2,Y2O3,Al2O3もしくはランタノイド酸化物、これら酸化物の混合物、又はZr,Y,Alもしくはランタノイド元素の複合酸化物と、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB金属元素とを含有する中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項6:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ZrO2,Y2O3,Al2O3もしくはランタノイド酸化物、これら酸化物の混合物、又はZr,Y,Alもしくはランタノイド元素の複合酸化物と、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB金属元素とを含有する中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY元素又はY元素及びランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項7:
Y元素と3B族元素との複合酸化物が、Y2O3を80質量%以下含有すると共に、Al2O3を20質量%以上含有する請求項2、4又は6記載の耐熱性被覆部材。
請求項8:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物からなる中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にランタノイド元素、Al元素又はY元素の酸化物被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項9:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にAl酸化物又はランタノイド酸化物被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項10:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項11:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物からなる中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項12:
金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ZrO2,Y2O3,Al2O3もしくはランタノイド酸化物、これら酸化物の混合物、又はZr,Y,Alもしくはランタノイド元素の複合酸化物と、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB金属元素とを含有する中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項13:
Y酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆層が、Y2O3を80質量%以下含有すると共に、ランタノイド酸化物を20質量%以上含有する請求項10、11又は12記載の耐熱性被覆部材。
請求項14:
請求項1乃至13のいずれか1項記載の耐熱性被覆部材において、中間被覆層が、(A)Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物被覆層と、(B)ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物被覆層との二層構造であることを特徴とする耐熱性被覆部材。
請求項15:
被覆層の総厚さが0.02〜0.4mmである請求項1乃至14のいずれか1項記載の耐熱性被覆部材。
請求項16:
被覆層が溶射皮膜である請求項1乃至15のいずれか1項記載の耐熱性被覆部材。
請求項17:
真空、不活性雰囲気又は還元雰囲気下での粉末冶金金属、サーメット又はセラミックスの焼結に用いる請求項1乃至16のいずれか1項記載の耐熱性被覆部材。
(i)ランタノイド元素又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物膜、
(ii)Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物膜、又は
(iii)ZrO2,Y2O3,Al2O3もしくはランタノイド酸化物、これら酸化物の混合物、又はZr,Y,Alもしくはランタノイド元素の複合酸化物と、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB金属元素とを含有する膜
が挙げられる。
特に、中間層の主成分としては、金属層としてW(タングステン)、酸化物層としてはYb2O3が有望である。
こうした理由から、製品との固着防止、上層被覆層の蒸発防止と基材との剥離防止が可能になる。従って、中間層皮膜上に酸化物、複合酸化物皮膜を形成させた皮膜形成治具を得ることができる。
(iv)ランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む膜、
(v)Y元素と3B族元素との複合酸化物を含む膜、
(vi)Y元素とランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む膜、
(vii)ランタノイド元素、Al元素又はY元素の酸化物膜、又は
(viii)Y酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆膜
が挙げられる。
なお、(iv)の膜は、ランタノイド元素の酸化物及び/又は3B族元素の酸化物を含んでもよく、(v)の膜はY元素の酸化物及び/又は3B族元素の酸化物を含んでもよく、(vi)の膜はY元素の酸化物、ランタノイド元素の酸化物、3B族元素の酸化物やこれらの酸化物を混合状態で含んでもよい。
3B族元素の中でも特にAlとYの複合酸化物が有望である。更に、Al元素とランタノイド元素中のSm,Eu,Gd,Dy,Er,Yb,Luの複合酸化物が特に有効である。
なお、中間被覆層が上記(A)、(B)の二層構造の場合、その厚さの割合は、1:0.5〜1:2とすることが好ましい。
[実施例、比較例]
表1,2に示すように、カーボン、モリブデン金属、アルミナセラミックス、ムライトセラミックス、炭化珪素母材を準備した。各母材を加工して、50×50×5mmの形状の基材とし、表面をブラストで粗した後、Y元素又はランタノイド元素とAl元素とを含有した複合酸化物粒子をアルゴン/水素でプラズマ溶射することにより、膜厚100μmの溶射被覆部材を得た(比較例1〜5)。
実施例1〜19と比較例1〜9の試料を10-2torrの真空雰囲気下、1,550℃の温度まで400℃/hrの速度で昇温した。2時間保持した後、加熱を切り、1,000℃でアルゴンガスを導入して500℃/hrの速度で常温付近まで冷却した。
Claims (17)
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物からなる中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物からなる中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY元素又はY元素及びランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY元素又はY元素及びランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ZrO2,Y2O3,Al2O3もしくはランタノイド酸化物、これら酸化物の混合物、又はZr,Y,Alもしくはランタノイド元素の複合酸化物と、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB金属元素とを含有する中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ZrO2,Y2O3,Al2O3もしくはランタノイド酸化物、これら酸化物の混合物、又はZr,Y,Alもしくはランタノイド元素の複合酸化物と、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB金属元素とを含有する中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY元素又はY元素及びランタノイド元素と3B族元素との複合酸化物を含む被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- Y元素と3B族元素との複合酸化物が、Y2O3を80質量%以下含有すると共に、Al2O3を20質量%以上含有する請求項2、4又は6記載の耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物からなる中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にランタノイド元素、Al元素又はY元素の酸化物被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にAl酸化物又はランタノイド酸化物被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物からなる中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 金属、カーボン、又は炭化物、窒化物もしくは酸化物セラミックス基材上に、ZrO2,Y2O3,Al2O3もしくはランタノイド酸化物、これら酸化物の混合物、又はZr,Y,Alもしくはランタノイド元素の複合酸化物と、Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB金属元素とを含有する中間被覆層が形成され、更にこの中間被覆層上にY酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆層が形成されていることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- Y酸化物とランタノイド酸化物の混合被覆層が、Y2O3を80質量%以下含有すると共に、ランタノイド酸化物を20質量%以上含有する請求項10、11又は12記載の耐熱性被覆部材。
- 請求項1乃至13のいずれか1項記載の耐熱性被覆部材において、中間被覆層が、(A)Mo,W,Nb,Zr,Ta,Si又はB元素の金属、炭化物又は窒化物被覆層と、(B)ランタノイド元素の酸化物又はY,Zr,AlもしくはSi元素の酸化物、これら酸化物の混合物、又はこれら元素の複合酸化物被覆層との二層構造であることを特徴とする耐熱性被覆部材。
- 被覆層の総厚さが0.02〜0.4mmである請求項1乃至14のいずれか1項記載の耐熱性被覆部材。
- 被覆層が溶射皮膜である請求項1乃至15のいずれか1項記載の耐熱性被覆部材。
- 真空、不活性雰囲気又は還元雰囲気下での粉末冶金金属、サーメット又はセラミックスの焼結に用いる請求項1乃至16のいずれか1項記載の耐熱性被覆部材。
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