JP2005508448A - 部品の表面上に連続被覆を作る方法 - Google Patents

Abstract

連続コーティングが形成される部品（１０）を、作られるコーティングの材料より弱い材料で作られる分離層（２６）を備える１以上の支持体上に置く。作られるコーティングの成分材料の連続層（２４）を支持体領域の少なくとも近傍において部品と支持体との間に介在させる。コーティング（１２）を化学蒸気浸透または化学蒸着により形成し、次いで部品を、分離層（２６）内での裂開により支持体から分離する。支持領域における部品のコーティングの連続性は、部品上に残る連続層（２４）に由来するコーティングの部分により提供される。

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、部品の表面上に連続コーティングを作ることに関する。
【０００２】
本発明の分野は、より具体的には、酸化による腐食に敏感な材料で作られた部品上に保護コーティングを作ること、および／または耐火性多孔性材料で作られた部品を封孔するためのコーティングを形成することである。
【０００３】
関係する材料は、典型的には、炭素、黒鉛、および炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材料および炭素繊維補強によるセラミック母材複合材料（例えば、Ｃ／ＳｉＣ複合材料）またはセラミック繊維補強によるセラミック母材複合材料（例えば、ＳｉＣ／ＳｉＣ）のような耐熱構造（ｔｈｅｒｍｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ）複合材料であり、セラミック繊維とセラミック母材の場合には、炭素は、セラミック繊維とセラミック母材との間の中間相（ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）に存在し得る。
【０００４】
意図される用途に応じて、そのような材料で作られた部品の外表面上に連続コーティングを形成することは、炭素、黒鉛、および上記全ての耐熱構造複合材料のような材料のすべてが、多かれ少なかれ内部多孔性を有するのであれば、高温で酸化媒体内で良好に挙動することを保証するために、および／またはそれらの表面を封孔するために、必要である。
【０００５】
コーティング層は、可能的には液体技術と組み合わせられた気体技術（組み合わせ技術）により形成され得る。
【０００６】
気体技術は、化学蒸気浸透または蒸着からなる。形成されるコーティングの材料のための少なくとも１種の前駆体を含む気体は、前駆体の分解によるかまたは、その複数の成分の間の反応による前記材料の形成を促進する温度と圧力の条件の下で部品と接触させる。化学蒸気浸透によれば、コーティング材料は同様に部品の材料の細孔の中に堆積し、表面コーティングは、細孔が少なくとも表面の近傍で充填された後に形成される。
【０００７】
液体技術は、可能的には溶媒およびフィラーとともに、コーティング材料、典型的には樹脂の前駆体である液体中で部品の表面を塗布することからなる。架橋後、前駆体は、熱処理を加えることにより変換される。コーティングは、気体技術を用いることにより仕上げられる。
【０００８】
コーティングを形成するために、部品は、通常、部分と各支持体との間に限定された接触をもって１以上の支持体上に配置される。
【０００９】
例えば、化学蒸着または化学蒸気浸透により作られるコーティングについては、得られるコーティング１の材料は、図１に極めて模式的に示され、図２により詳細に示されるように、部品２および支持体３の両方の上に堆積する。部品を支持体から分離するとき、特に黒鉛のような部品の材料が炭化ケイ素（ＳｉＣ）のようなコーティングの材料ほど強力ではない場合には、発生する裂開は、保護されていない領域４（図３）を残す。
【００１０】
そのような欠陥は許容し得ない。というのは、そのような欠陥は、部品の材料を攻撃する周囲媒体中の酸素のためのアクセス経路を残すからである。
【００１１】
一般的に採用される解決策は、反転させた後支持体上に部品を配置しなおすことにより第２のコーティング層５（図４）を作ることからなる。
【００１２】
連続して２つの堆積物を作ることは、実質的に過剰の出費となる。加えて、第２の蒸着操作の後、支持体から当該部分を分離するとき、同じ損傷のリスクがやはり起こり得る。
【００１３】
部品のコーティングが、全外表面上に液体技術により行われるとき、同様の困難に遭遇する。
【００１４】
発明の目的と概要
本発明の目的は、部品が支持体から分離されるとき、連続して２回コーティング材料を堆積させる手段を取る必要がなく、コーティングに欠陥を作り出すリスクもない、１以上の支持体上に配置される部品の全表面上に連続被覆を作ることを可能とする方法を提供する。
【００１５】
この目的は、
−作られるコーティングの材料より弱い材料の分離層を支持体に設ける工程、
−少なくとも支持領域において、支持体と部品との間に、作られるコーティングの成分材料の連続層を介在させる工程、
−化学蒸気浸透（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）または蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりコーティングを形成する工程、および
−続いて、分離層内での裂開により支持体から部品を分離する工程であって、支持領域における部品上のコーティングの連続性が、連続層に由来し、かつ部品上に残存するコーティングの部分により提供される工程
を含む方法により達成される。
【００１６】
したがって、部品と支持体との間の分離層により形成される弱い領域の存在は、連続層を介在させるとともに、最終的に形成されるコーティングの連続性を維持することを可能とする。
【００１７】
有利には、分離層は、フレーク状構造の材料で作られ、支持体と部品との間の分離は、該材料内での割裂（ｃｌｅａｖａｇｅ）により達成される。
【００１８】
分離層の材料は、層状熱分解炭素、六方晶構造の窒化ホウ素、黒鉛フレーク、またはタルクまたはクレーのようなフレーク構造のアルミノシリケートから選択され得る。
【００１９】
本発明の方法の具体的な特徴によれば、連続層は、分離層上に渡って支持体上に形成される。したがって、連続層は、それが支持体上に配置されるとき部品と接触し、連続相は、支持体が分離層内で起こる裂開により除去されるとき当該部分の表面上に残る。
【００２０】
変形として、連続層は、部分上で、少なくともその支持領域において局所的に形成され得る。
【００２１】
本発明の方法のもう１つの具体的な特徴によれば、連続層は、コーティングが作られる材料と同様の材料で作られる。連続層の事前の表面処理は、コーティング材料による結合を改善するために有利に実施される。この表面処理は、熱処理または酸攻撃による処理であり得る。
【００２２】
変形として、連続層は、多孔性材料で作られる。次いで、コーティングは、化学蒸気浸透により作られ、連続層の多孔性材料は、少なくとも部分的に緻密化される。
【００２３】
本発明は、非限定的指標として与えられる以下の記載を読み、添付の図面を参照してより良く理解されうる。
【００２４】
本発明の実施の詳細な説明
以下、黒鉛部品を酸化から保護するために、黒鉛部品の全表面上に炭化ケイ素（ＳｉＣ）の連続コーティングを形成すべく化学蒸気浸透を用いるコンテキストの下に本発明による第１の実施形態を記載する。
【００２５】
化学蒸着プロセスと比較すると、化学蒸気浸透は、反応性気体が黒鉛部品の表面の細孔の中で拡散することを促進する温度と圧力の条件の下で実施される。したがって、コーティングの連続性およびコーティングと部品の表面との間の結合を保証するためには、化学蒸気浸透方法を用いることが好ましい。にもかかわらず、例えば、電子産業で用いられるような、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）のような化学蒸着方法の使用も本発明の範囲内にある。
【００２６】
塗布される黒鉛部品１０は、化学蒸気浸透オーブン３０の中で支持体２０上に配置されている。複数の当該部品を、異なるトレー３２上でオーブンの中に同時に装填することができる。ＳｉＣコーティングは、ＳｉＣの前駆体としてメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）を含み得る気体を用いることにより得られる。化学蒸気浸透によるＳｉＣ堆積物を形成するための方法および装置は周知である。文献ＥＰ０２５６０７３を参照することができる。
【００２７】
支持体２０は、部品１０と接触する領域に限定された面積の先端を提供する円錐形またはピラミッド型のものである。嶺部（ｒｉｄｇｅ）に沿って限定された接触面積を提供する他の形態、例えば角柱状の棒の支持体を用いることを想定することもできる。
【００２８】
図６においてより詳細に示されているように、それぞれの支持体２０は、例えば、黒鉛のような耐火材料またはＣ／Ｃ複合材料のような耐熱構造複合材料の基材２２および形成されるＳｉＣコーティングの連続層を構成するための炭化ケイ素の外側層２４を備える。層２４のＳｉＣより弱い耐火材料の分離層２６が基材２２と層２４との間に介在する。
【００２９】
分離層２６は、弱い領域を規定する。それは、有利には、層状熱分解炭素（ＰｙＣ）、六方晶系窒化ホウ素（ＢＮ）、フレーク状黒鉛または例えばタルクもしくはクレーのようなフレーク状アルミノシリケートのような他の耐火材料のようなフレーク状構造の材料または割裂性（ｃｌｅａｖａｂｌｅ）材料で作られる。
【００３０】
ＰｙＣまたはＢＮの層は、化学蒸気浸透または化学蒸着により得ることができる。繊維と、耐火性補強繊維およびセラミック母材を有する耐熱構造複合材料の母材との間に小さな剪断強度を有するＰｙＣまたはＢＮのフレーク状中間相を作ることを記載する文献ＥＰ０１７２０８２を参照することができる。
【００３１】
ＢＮまたはフレーク黒鉛の層もまた、特に、例えば、名称「ピュルベ・アエロＡ」の下で販売されているフランスの供給者「ＡＣＨＥＳＯＮ ＦＲＡＮＣＥ」由来のＢＮに基づく材料、または同じ供給者由来の、名称「グラフォイルＤ３１Ａ」の下で販売される「黒鉛系材料」を用いて型の壁に脱型剤の層を形成するために公知の技術を用いてスプレー次いで任意に平滑化することにより得ることができる。
【００３２】
タルクまたはクレーの層はまた、細かく分割された形態でダスチングし、ついで平滑化することによっても得ることができる。
【００３３】
層２６の厚さは、後にＳｉＣ層２４を損傷することなく前記層の中での裂開により分離を達成することを可能とするのに十分でなければならない。
【００３４】
にもかかわらず、この厚さは、最終的な分離まで外側層２４にとって十分な結合を保証するために比較的小さなままでなければならない。
【００３５】
層２６の厚さは、好ましくは、０．１マイクロメートル（μｍ）から２０μｍの範囲にあり、典型的には、０．５μｍから５μｍの範囲にあるように選択される。
【００３６】
ＳｉＣ層２４は、化学蒸気浸透または蒸着により形成される。その厚さは、部品１０上に形成されるべきコーティングの厚さ未満ではないように選択される。
【００３７】
オーブンに装填された後、図７に詳細に示されるように、ＳｉＣコーティング１２は部品上および支持体２０の暴露されている側面上に形成される。
【００３８】
一旦コーティング１２が形成されると、部品１０は支持体２０とともにオーブンから取り出され、それから、支持体２０は、部品１０から物理的に分離される。弱い層２６の存在のために、支持体と部品との間の分離は、図８で示されるように弱い層の中で起こる。
【００３９】
したがって、部品上のＳｉＣコーティングは、その支持体との接触領域において連続的であることが保証され、連続性は、部品１０に結合したままの状態にある支持体由来の層２４により提供される。層２４の過剰部分は、後に、部品１０の全表面上に実質的に一定の厚さのＳｉＣの連続コーティングを提供するために、必要であれば（図８の破線１６を参照）、機械加工により取り除くことができる。
【００４０】
層２４とコーティング１２との間に良好な結合を提供するために、層２４は、好ましくは、同じ構造を有するＳｉＣ堆積物を得るために、コーティング１２のために用いられるものと同様の化学蒸気浸透プロセスにより作られる。加えて、コーティング１２を作る前に、不純物および／または形成されるかもしれないシリカ（ＳｉＯ_２ ）のフィルムを除去するために外側層２４の表面上に表面処理を実施し得るものであり、それにより、コーティング１２との強力な結合を容易にする。
【００４１】
そのような表面処理は、例えば、２次真空（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｖａｃｕｕｍ）の下、１２００℃から１９００℃の範囲の温度での熱処理からなり得る。シリカのフィルムは、ＳｉＣとの反応、すなわち：
ＳｉＣ＋２ＳｉＯ_２ →３ＳｉＯ＋ＣＯ
により除かれる。
【００４２】
変形として、表現処理は、例えば、ＳｉＯ_２ の表面フィルムを除去するためのフッ化水素酸（ＨＦ）等を用いる酸攻撃である。
【００４３】
ＳｉＣコーティングは、黒鉛で作られた部品上に形成されるべきであると上では考えられているけれども、本発明の方法は、さまざまの種類の基材上に化学蒸気浸透または蒸着により得られるものとして適切ないずれのタイプの連続コーティングも形成するために用いることができる。したがって、酸化に対して部品を保護するために少なくとも部分的に炭素または黒鉛から作られる部品を提供するための連続コーティングは、特に窒化物およびＳｉＣ以外の炭化物から選択される耐火セラミック材料から作ることができる。用いられる試薬ガスは、形成されるコーティングの性質の関数として選択される。化学蒸着または化学蒸気浸透により様々の種類のコーティングを作ることを記載する文献ＦＲ２４０１８８８を一例として参照することができる。
【００４４】
部品のための支持体上の外側層及び分離層の形成は、部品と接触させるべき支持体の領域に限定され得ることもまた認識されるべきである。
【００４５】
図９は、コーティングされる部品を支持するための支持体３０の変形態様を示す。
【００４６】
支持体３０は、分離層３６を備える耐火材料の基材３２を含む。基材３２と層３６は、例えば、図６を参照して上述された基材２２と層２６と同様である。
【００４７】
支持体３０は、それが分離層３６上に形成された多孔性材料の外側層３４を有するという点で図６の支持体２０とは異なる。層３４は、支持体３０により支持される部品上に後に形成されるコーティング上に連続性を提供する層である。
【００４８】
例として、多孔性層３４は、支持体３０の少なくとも頂部上の分離層３６上に液体組成物を堆積させることにより作られ、この液体組成物は、形成されるコーティングの材料と同様の材料のための前駆体を含む。ＳｉＣコーティングのためには、前駆体は、例えば、ポリカルボシラン（ＰＣＳ）樹脂により構成される。例えば、ポリカルボシロキサンまたはシリコーンのような他の前駆体を用いることもできる。樹脂は、可能的には、その粘度を調節するために溶媒とともに、それ自体ＳｉＣ粉末を充填され得る。支持体上に塗布された後、樹脂は硬化され、次いで、セラミック化が熱処理により行われる。
【００４９】
コーティングのための部品１０は、１以上の支持体３０上に配置され、ＳｉＣコーティングは、化学蒸気浸透により形成される。
【００５０】
図１０に示されるように、浸透後、層３４は緻密化され、コーティング１２は、部品１０上に形成される。浸透は、少なくとも層３４の表面部分において孔が充填されるまで続けられ、外側コーティング１２’がその上に形成され、この被覆はコーティング１２より薄い。
【００５１】
支持体は、分離層３６内で生じる裂開により除去される。連続ＳｉＣコーティングは、部品１０の全表面にわたって得られ、支持領域における連続性はＳｉＣによりそれ自体緻密化されるＳｉＣ連続層３４により提供される（図１１）。層３４と１２’の過剰部分は、層１２の表面と面一になるように、必要であれば後に取り除かれ得る。
【００５２】
図１２から図１４は、図９から図１１の方法の変形を示す。
【００５３】
この変形において、多孔性連続層１４は、１以上の支持体４０の分離相４６上ではなくて、部品１０の表面上に形成される。
【００５４】
層１４は、少なくとも支持領域に存在するように、可能的には複数の別々の部分において、部品１０の表面の一部上に形成される。したがって、支持体４０は、分離層４６を介して層１４上に置かれる（図１２）。層１４の材料は、上記層３４の材料と同一であり得る。支持体４０は、分離層４６により塗布された基材４２を含み、それら２つは、上記支持体２０の基材２２と分離層２６と同様である。
【００５５】
ＳｉＣコーティングは化学蒸気浸透により形成される。多孔性層１４は緻密化され、一方、被覆１２および１２”は、多孔性層１４によってはまだ被覆されていない当該部分の表面の一部上、およびまた分離層４６上に形成される。浸透は、少なくとも表面部分で層１４の細孔を充填し、被覆１２の厚さより薄い厚さの、その上の外側被覆１４’を展開するような方式で実施される（図１３）。
【００５６】
支持体は、分離層内での裂開により取り除かれる。連続ＳｉＣコーティングは部品の全表面にわたって得られ、支持領域における連続性は、ＳｉＣにより緻密化され、コーティング１４’を備える連続層１４により得られる（図１４）。コーティング１２”の過剰部分は、適切であれば、例えば、コーティング１４’の表面レベルと面一にされて取り除かれ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、化学蒸着または化学蒸気浸透により基板上に連続コーティングを形成する先行技術の方法での連続工程の１つを示す。
【図２】図２は、化学蒸着または化学蒸気浸透により基板上に連続コーティングを形成する先行技術の方法での連続工程の１つを示す。
【図３】図３は、化学蒸着または化学蒸気浸透により基板上に連続コーティングを形成する先行技術の方法での連続工程の１つを示す。
【図４】図４は、化学蒸着または化学蒸気浸透により基板上に連続コーティングを形成する先行技術の方法での連続工程の１つを示す。
【図５】図５は、化学蒸気浸透オーブン中の、支持体上に配置された部品の図である。
【図６】図６は、本発明による方法の実施での部品のための支持体の断面の拡大図である。
【図７】図７は、コーティングが化学蒸着または化学蒸気浸透により形成された後の図６に示される種類の部分と支持体との間の接触領域を拡大しての詳細図である。
【図８】図８は、部品と支持体が分離された後の図７と類似の拡大図である。
【図９】図９は、本発明による方法のもう１つの実施における部品のための支持体の拡大断面図である。
【図１０】図１０は、コーティングが化学蒸気浸透により形成された後の図９において示される種類の部品と支持体との間の接触領域の拡大された詳細図である。
【図１１】図１１は、部品と支持体が分離された図１０と類似の拡大された詳細図である。
【図１２】図１２は、本発明による方法のさらにもう１つの実施における支持体と部品との間の接触の領域における拡大された詳細図である。
【図１３】図１３は、コーティングが化学蒸気浸透により形成された図１２と同様の拡大された詳細図である。
【図１４】図１４は、支持体と部品が分離された後の図１３と同様の拡大された詳細図である。
【符号の説明】
１…コーティング、２，１０…部品、３，２０、３０，４０…支持体、３０…オーブン、３２…トレー、３６…分離層

Claims (14)

1. １またはそれ以上の支持体上に配置された部品の全表面上に連続コーティングを形成する方法であって、
   −各支持体に前記形成されるコーティングの材料より弱い材料の分離層を設ける工程、
   −少なくとも各支持領域において、各支持体と該部品との間に前記形成されるコーティングの成分材料の連続層を介在させる工程、
   −化学蒸気浸透または化学蒸着により前記コーティングを形成する工程、および
   −続いて、前記分離層内での裂開により前記支持体から前記部品を分離する工程であって、前記支持領域における前記部品上の前記コーティングの連続性が、前記連続層に由来し、かつ前記部品上に残存する前記コーティングの部分により提供される工程
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記分離層がフレーク状構造の材料で作られ、前記支持体と前記部品との間の分離が前記材料の割裂により達成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記分離層の材料が、層状熱分解炭素、六方晶系構造窒化ホウ素、フレーク黒鉛、またはタルクもしくはクレーのようなフレーク構造アルミノシリケートから選択されることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記連続層が、前記分離層状の前記支持体上に形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記連続層が、少なくとも前記支持領域上にわたって前記部品上に局所的に形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
6. 前記連続層が、多孔性材料から作られることを特徴とする請求項４または５記載の方法。
7. 前記コーティングが化学蒸気浸透により作られ、前記連続層が少なくとも部分的に緻密化されていることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記連続層が、前記形成されるコーティングの材料と同様の材料からなることを特徴とする請求項４記載の方法。
9. 化学蒸気浸透または化学蒸着の前に、後に作られるコーティングとの結合を高めるために、前記連続層に対し表面処理を行うことを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記表面処理が熱処理であることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記表面処理が酸攻撃処理であることを特徴とする請求項９記載の方法。
12. 酸化に対する保護を部品に付与するために、炭素または黒鉛から少なくとも部分的に作られる部品上に連続被覆を作るための請求項１ないし１１のいずれか１項記載の方法。
13. 前記部品の全表面上に形成される前記連続被覆が炭化物および窒化物から選択される耐火セラミック材料で作られることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項記載の方法。
14. 前記部品の前記全表面上に形成される前記連続被覆が炭化ケイ素で作られていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項記載の方法。

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