JP2015096649A - 溶射成形体の製造方法及び溶射成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円筒形状のカーボン基材の外周面又は内周面に、希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子を溶射して溶射皮膜を形成し、次に、上記カーボン基材を燃焼させる処理を行うことにより該カーボン基材を除去して、肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体からなる成形体を得る。
【選択図】なし
Description
〔1〕 円筒形状のカーボン基材の外周面又は内周面に、希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子を溶射して溶射皮膜を形成し、次に、上記カーボン基材を燃焼させる処理を行うことにより該カーボン基材を除去して、肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体からなる成形体を得る溶射成形体の製造方法。
〔2〕 円筒カップ形状のカーボン基材の外周面及び外底面若しくは内周面及び内底面に、希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子を溶射して溶射皮膜を形成し、次に、上記カーボン基材を燃焼させる処理を行うことにより該カーボン基材を除去して、肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒カップ形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体からなる成形体を得る溶射成形体の製造方法。
〔3〕 上記カーボン基材を燃焼させる処理だけで該カーボン基材を除去することを特徴とする〔1〕又は〔2〕記載の溶射成形体の製造方法。
〔4〕 上記カーボン基材を研削して肉厚を薄くする処理の後に、残りのカーボン基材を燃焼させる処理を行って該カーボン基材を除去することを特徴とする〔1〕又は〔2〕記載の溶射成形体の製造方法。
〔5〕 上記カーボン基材を燃焼させる処理は、該カーボン基材を酸化雰囲気下、800℃以上1700℃以下で加熱する処理であることを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の溶射成形体の製造方法。
〔6〕 上記溶射前にセラミックス粒子又は金属粒子を溶射すべきカーボン基材表面を粗面化することを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の溶射成形体の製造方法。
〔7〕 複数の希土類酸化物のセラミックス粒子を交互に溶射し、若しくは希土類酸化物のセラミックス粒子及び希土類フッ化物のセラミックス粒子を交互に溶射して溶射皮膜を形成する〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の溶射成形体の製造方法。
〔8〕 円筒形状又は円筒カップ形状の希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属を含有する溶射物単体であって、肉厚0.5mm以上5mm以下の溶射成形体。
〔9〕 円筒形状のカーボン基材の外周面又は内周面に形成した希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子の溶射皮膜からカーボン基材を除去することによって得られた肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体である〔8〕記載の溶射成形体。
〔10〕 円筒カップ形状のカーボン基材の外周面及び外底面若しくは内周面及び内底面に形成した希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子の溶射皮膜からカーボン基材を除去することによって得られた肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒カップ形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体である〔8〕記載の溶射成形体。
〔11〕 希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物からなる〔8〕〜〔10〕のいずれかに記載の溶射成形体。
〔12〕 複数の希土類酸化物の溶射皮膜同士、若しくは希土類酸化物の溶射皮膜及び希土類フッ化物の溶射皮膜を交互に積層してなる〔8〕〜〔10〕のいずれかに記載の溶射成形体。
〔13〕 W、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属からなる〔8〕〜〔10〕のいずれかに記載の溶射成形体。
あるいは、本発明に係る溶射成形体の製造方法は、円筒カップ形状のカーボン基材の外周面及び外底面若しくは内周面及び内底面に、希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子を溶射して溶射皮膜を形成し、次に、上記カーボン基材を燃焼させる処理を行うことにより該カーボン基材を除去して、肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒カップ形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体からなる成形体を得るものである。
以下に、本発明に係る溶射成形体の製造方法の一実施形態について説明する。
カーボン基材は、一般のセラミックス成形工程における金型に相当するものであり、冷間静水圧プレス(CIP)材、押し出し材、モールド材、繊維状のカーボンを押し固めたコンポジット材等のいずれの材料からなるものでもよいが、特に、CIP材が好ましい。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのカーボン円筒物(CIP基材)を準備した。ショットブラストでカーボン円筒外周面を荒らし、その表面上に、Y2O3溶射用原料粉を用いてアルゴンに水素を添加したプラズマガス(アルゴン/水素ガス)のプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン円筒外周面にY2O3溶射膜を積層させてゆき、Y2O3溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、Y2O3コートされたカーボン円筒を酸化雰囲気炉にセットし、800℃まで加熱して、カーボン円筒を燃焼させた。その後、常温に戻すことで、カーボン円筒基材を除去した肉厚2mmで、外径305mm×内径301mm×高さ100mmの円筒形状のY2O3溶射物(Y2O3セラミックス円筒基材)を得た(実施例1−1)。
この実施例1−1のY2O3セラミックス円筒基材の外径、内径、真円度を三次元測定機(型名:RVA1000A、メーカ名:(株)東京精密)により測定した。なお、測定位置として、立設した円筒基材の上端位置を「上」とし、立設した円筒基材の高さ方向中央位置を「中」とし、立設した円筒基材の下端位置を「下」とした。また、真円度は、最小二乗中心法(LSC)により求めた(以下、同じ)。その結果を表1に示す。
次に、実施例1−1のY2O3セラミックス円筒基材の真円度の改善を図るために、該円筒基材の内周面に上記カーボン円筒に対するプラズマ溶射と同じ条件でプラズマ溶射によるコーティング(Y2O3溶射膜厚1mm)を実施し、外径305mm×内径299mm×高さ100mmの円筒形状のY2O3溶射物(Y2O3セラミックス円筒基材)を得た(実施例1−2)。
この実施例1−2のY2O3セラミックス円筒基材の外径、内径、真円度を上記三次元測定機により同様に測定した。その結果を表1に示す。内周面側から溶射することで、セラミックス円筒基材の真円度の改善が図れた。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのカーボン坩堝(カーボン円筒カップ、CIP基材)を準備した。ショットブラストでカーボン坩堝外周面及び外底面を荒らし、その表面上に、Y2O3溶射用原料粉を用いてアルゴン/水素ガスのプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン坩堝外周面及び外底面にY2O3溶射膜を積層させてゆき、Y2O3溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、Y2O3コートされたカーボン坩堝を酸化雰囲気炉にセットし、800℃まで加熱して、カーボン坩堝を燃焼させた。その後、常温に戻すことで、カーボン坩堝基材を除去した肉厚2mm、外径305mm×内径301mm×高さ102mmの円筒カップ形状のY2O3溶射物(Y2O3セラミックス坩堝基材)を得た。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのカーボン円筒(CIP基材)を準備した。ショットブラストでカーボン円筒外周面を荒らし、その表面上に、YF3溶射用原料粉を用いてアルゴン/水素ガスのプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン円筒外周面にYF3溶射膜を積層させてゆき、YF3溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、YF3コートされたカーボン円筒を酸化雰囲気炉にセットし、800℃まで加熱してカーボン円筒を燃焼させた。その後、常温に戻すことで、カーボン円筒基材を除去した肉厚2mm、外径305mm×内径301mm×高さ100mmの円筒形状のYF3溶射物(YF3セラミックス円筒基材)を得た。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのカーボン坩堝(カーボン円筒カップ、CIP基材)を準備した。ショットブラストでカーボン坩堝外周面及び外底面を荒らし、その表面上に、YF3溶射用原料粉を用いてアルゴン/水素ガスのプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン坩堝外周面及び外底面にYF3溶射膜を積層させてゆき、YF3溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、YF3コートされたカーボン坩堝を酸化雰囲気炉にセットし、800℃まで加熱してカーボン坩堝を燃焼させた。その後、常温に戻すことで、カーボン坩堝基材を除去した肉厚2mm、外径305mm×内径301mm×高さ102mmの円筒カップ形状のYF3溶射物(YF3セラミックス坩堝基材)を得た。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのカーボン坩堝(円筒カップ、CIP基材)を準備した。ショットブラストでカーボン坩堝外周面及び外底面を荒らし、その表面上に、W(タングステン)溶射用原料粉を用いてアルゴン/水素ガスのプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン坩堝外周面及び外底面にW溶射膜を積層させてゆき、W溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、Wコートされたカーボン坩堝を酸化雰囲気炉にセットし、800℃まで加熱してカーボン坩堝を燃焼させた。その後、常温に戻すことで、カーボン坩堝基材を除去した肉厚2mm、外径305mm×内径301mm×高さ102mmの円筒カップ形状のW溶射物(W金属坩堝基材)を得た。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのカーボン円筒(CIP基材)を準備した。ショットブラストでカーボン円筒外周面を荒らし、その表面上に、Y2O3溶射用原料粉を用いてアルゴン/水素ガスのプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン円筒外周面にY2O3溶射膜を積層させてゆき、Y2O3溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)溶射用原料粉を用いてアルゴン/水素ガスのプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン円筒外周面のY2O3溶射膜の上にYAG溶射膜を積層させてゆき、YAG溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、Y2O3+YAG積層コートされたカーボン円筒を酸化雰囲気炉にセットし、800℃まで加熱してカーボン円筒を燃焼させた。その後、常温に戻すことで、カーボン円筒を除去した肉厚4mm、外径309mm×内径301mm×高さ100mmのY2O3+YAG溶射物(Y2O3+YAGセラミックス円筒基材)を得た。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのカーボン円筒(CIP基材)を準備した。ショットブラストでカーボン円筒内周面を荒らし、その表面上に、Y2O3溶射用原料粉を用いてアルゴン/水素ガスのプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン円筒内周面にY2O3溶射膜を積層させてゆき、Y2O3溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、Y2O3コートされたカーボン円筒を酸化雰囲気炉にセットし、800℃まで加熱してカーボン円筒を燃焼させた。その後、常温に戻すことで、カーボン円筒を除去した肉厚2mm、外径294mm×内径290mm×高さ100mmのY2O3溶射物(Y2O3セラミックス円筒基材)を得た。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのカーボン円筒(CIP基材)を準備した。ショットブラストでカーボン円筒内周面を荒らし、その表面上に、Y2O3溶射用原料粉を用いてアルゴン/水素ガスのプラズマ溶射によりコーティングを実施した。カーボン円筒内周面にY2O3溶射膜を積層させてゆき、Y2O3溶射膜厚が2mmに達したところで、溶射を終了した。
次に、乾式機械加工により、外周側にあるカーボン円筒を研削して除去した。その後、外周表面に残留しているカーボン除去のために、Y2O3コートされたカーボン円筒を酸化雰囲気炉にセットし、800℃まで加熱した。その後、常温に戻すことで、カーボン円筒を除去した肉厚2mm、外径294mm×内径290mm×高さ100mmのY2O3溶射物(Y2O3セラミックス円筒基材)を得ることができた。
外径(OD)300mm×内径(ID)294mm×高さ(H)100mmのキャビティを有する金型を準備した。この金型のキャビティにY2O3プレス用原料粉を充填し、肉厚3mmの成形体の作製を試みたが、金型プレス脱型時にクラックが入り、円筒形状のY2O3成形体を得ることができなかった。
型寸法として直径(φ)300mm×高さ(H)100mmのネオプレンゴム型、直径(φ)290mm×高さ(H)100mmの金属中子及びゴム蓋を準備した。Y2O3プレス用原料粉をこのゴム型に充填し、静水圧プレス機を用いて水圧2トン/cm2で成形した。円周端部に一部欠けが発生したが、外径296mm×内径290mm×高さ100mm成形体を得ることができた。得られた成形体は肉厚が薄くかつ強度が弱く、金属中子脱型時にクラックが発生し、成形体を得ることができなかった。
型寸法として直径(φ)300mm×高さ(H)100mmのネオプレンゴム型、直径(φ)250mm×高さ(H)100mmの金属中子及びゴム蓋を準備した。Y2O3プレス用原料粉をこのゴム型に充填し、静水圧プレス機を用いて水圧2トン/cm2で成形した。外径290mm×内径250mm×高さ100mmの成形体を得ることができた。得られた成形体は肉厚が20mmである。
次に、酸化雰囲気炉に入れて、1700℃で焼成し、外径285mm×内径245mm×高さ95mmの焼結体を得ることができた。
次に、肉厚が厚いため、肉厚5mm以下になるまで焼結体の外周を研削加工した。加工で外径を255mmにするまでに長い時間を要した。また、加工途中にクラックが入り、不良品が多く発生し、まともな円筒形状のY2O3セラミックス成形体を得ることが困難であることがわかった。
Claims (13)
- 円筒形状のカーボン基材の外周面又は内周面に、希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子を溶射して溶射皮膜を形成し、次に、上記カーボン基材を燃焼させる処理を行うことにより該カーボン基材を除去して、肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体からなる成形体を得る溶射成形体の製造方法。
- 円筒カップ形状のカーボン基材の外周面及び外底面若しくは内周面及び内底面に、希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子を溶射して溶射皮膜を形成し、次に、上記カーボン基材を燃焼させる処理を行うことにより該カーボン基材を除去して、肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒カップ形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体からなる成形体を得る溶射成形体の製造方法。
- 上記カーボン基材を燃焼させる処理だけで該カーボン基材を除去することを特徴とする請求項1又は2記載の溶射成形体の製造方法。
- 上記カーボン基材を研削して肉厚を薄くする処理の後に、残りのカーボン基材を燃焼させる処理を行って該カーボン基材を除去することを特徴とする請求項1又は2記載の溶射成形体の製造方法。
- 上記カーボン基材を燃焼させる処理は、該カーボン基材を酸化雰囲気下、800℃以上1700℃以下で加熱する処理であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の溶射成形体の製造方法。
- 上記溶射前にセラミックス粒子又は金属粒子を溶射すべきカーボン基材表面を粗面化することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の溶射成形体の製造方法。
- 複数の希土類酸化物のセラミックス粒子を交互に溶射し、若しくは希土類酸化物のセラミックス粒子及び希土類フッ化物のセラミックス粒子を交互に溶射して溶射皮膜を形成する請求項1〜6のいずれか1項記載の溶射成形体の製造方法。
- 円筒形状又は円筒カップ形状の希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属を含有する溶射物単体であって、肉厚0.5mm以上5mm以下の溶射成形体。
- 円筒形状のカーボン基材の外周面又は内周面に形成した希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子の溶射皮膜からカーボン基材を除去することによって得られた肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体である請求項8記載の溶射成形体。
- 円筒カップ形状のカーボン基材の外周面及び外底面若しくは内周面及び内底面に形成した希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物のセラミックス粒子若しくはW、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属粒子の溶射皮膜からカーボン基材を除去することによって得られた肉厚0.5mm以上5mm以下の円筒カップ形状の上記セラミックス又は上記金属を含有する溶射物単体である請求項8記載の溶射成形体。
- 希土類酸化物及び/又は希土類フッ化物からなる請求項8〜10のいずれか1項記載の溶射成形体。
- 複数の希土類酸化物の溶射皮膜同士、若しくは希土類酸化物の溶射皮膜及び希土類フッ化物の溶射皮膜を交互に積層してなる請求項8〜10のいずれか1項記載の溶射成形体。
- W、Mo及びTaから選ばれる1種以上の金属からなる請求項8〜10のいずれか1項記載の溶射成形体。
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