JP2512942B2 - ガスタ―ビン用強靱セラミック材料の製造方法 - Google Patents
ガスタ―ビン用強靱セラミック材料の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車両用，航空用，発電用などに用いられる
ガスタービンの材料に係り、特に耐熱性，耐蝕性，耐摩
耗性を向上させたガスタービン用強靭セラミック材料の
製造方法に関するものである。
ガスタービンの材料に係り、特に耐熱性，耐蝕性，耐摩
耗性を向上させたガスタービン用強靭セラミック材料の
製造方法に関するものである。
［従来の技術］ 従来、車両用，航空用，舶用，発電用などのガスター
ビンの動翼、静翼、燃焼器などとして使用の検討されて
いる窒化けい素は、セラミックス中でも、比較的強度が
高く、耐熱衝撃性が高いが、セラミックス全般の特徴と
して靭性が低い。このため、窒化けい素に、炭化けい素
などのセラミックウィスカーを混ぜ、セラミックスを強
靭化することが試みられている。
ビンの動翼、静翼、燃焼器などとして使用の検討されて
いる窒化けい素は、セラミックス中でも、比較的強度が
高く、耐熱衝撃性が高いが、セラミックス全般の特徴と
して靭性が低い。このため、窒化けい素に、炭化けい素
などのセラミックウィスカーを混ぜ、セラミックスを強
靭化することが試みられている。
従来のウィスカー強化窒化けい素の製造方法は、窒化
けい素粉及び焼結助剤となるアルミナ，イットリア等の
他の金属化合物を数％以上混ぜ、これにウィスカーをさ
らに混合して成形し、加圧焼結を行っている。
けい素粉及び焼結助剤となるアルミナ，イットリア等の
他の金属化合物を数％以上混ぜ、これにウィスカーをさ
らに混合して成形し、加圧焼結を行っている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、マトリックスとなる窒化けい素の緻密
化のために、多量の焼結助剤を混ぜるため、成形焼結体
の高温（1,000℃以上）での強度が低下し、また高温燃
焼ガスに対する耐蝕性も低くなる問題がある。
化のために、多量の焼結助剤を混ぜるため、成形焼結体
の高温（1,000℃以上）での強度が低下し、また高温燃
焼ガスに対する耐蝕性も低くなる問題がある。
また焼結助剤を全く混ぜないと上述の耐熱性，耐蝕性
は高くできるが、反面焼結しにくく、マトリックスの密
度が向上しにくい問題がある。
は高くできるが、反面焼結しにくく、マトリックスの密
度が向上しにくい問題がある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、窒化
けい素をマトリックスとするガスタービン用強靭セラミ
ック材料において、高温強度及び耐蝕性が良好で、しか
もマトリックスが緻密であるガスタービン用強靭セラミ
ック材料の製造方法を提供することを目的とする。
けい素をマトリックスとするガスタービン用強靭セラミ
ック材料において、高温強度及び耐蝕性が良好で、しか
もマトリックスが緻密であるガスタービン用強靭セラミ
ック材料の製造方法を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段及び作用］ 上記の目的を達成するために特許請求の範囲第１項の
発明は、金属不純物含有量が0.5％以下で、かつ、平均
粒径１μｍ以下の窒化けい素粉および金属不純物含有量
が0.5％以下の炭化けい素ウィスカーのそれぞれに対し
て、高温酸化によって３〜20％のシリカ被膜を形成した
後、その炭化けい素ウィスカーを10〜40％含むように窒
化けい素粉と炭化けい素ウィスカーとを混合し、この混
合物を用いて成形を行った後、カプセルをその成形体の
表面上に形成させて1,650〜2,200℃にて熱間等方圧プレ
スにより焼結させることを特徴とするガスタービン用強
靭セラミック材料の製造方法である。
発明は、金属不純物含有量が0.5％以下で、かつ、平均
粒径１μｍ以下の窒化けい素粉および金属不純物含有量
が0.5％以下の炭化けい素ウィスカーのそれぞれに対し
て、高温酸化によって３〜20％のシリカ被膜を形成した
後、その炭化けい素ウィスカーを10〜40％含むように窒
化けい素粉と炭化けい素ウィスカーとを混合し、この混
合物を用いて成形を行った後、カプセルをその成形体の
表面上に形成させて1,650〜2,200℃にて熱間等方圧プレ
スにより焼結させることを特徴とするガスタービン用強
靭セラミック材料の製造方法である。
特許請求の範囲第２項の発明は、上記炭化けい素ウィ
スカーに形成されるシリカ被膜の厚さを、その炭化けい
素ウィスカー径の1/100〜1/20とした特許請求の範囲第
１項記載のガスタービン用強靭セラミック材料の製造方
法である。
スカーに形成されるシリカ被膜の厚さを、その炭化けい
素ウィスカー径の1/100〜1/20とした特許請求の範囲第
１項記載のガスタービン用強靭セラミック材料の製造方
法である。
特許請求の範囲第３項の発明は、金属不純物含有量が
0.5％以下で、かつ、平均粒径１μｍ以下の窒化けい素
粉に対し、金属不純物含有量が0.5％以下の炭化けい素
ウィスカーを10〜40％含むように混合し、この混合物を
用いて成形を行うと共にその混合物または成形体に対し
て、シリカ添加または高温酸化によって３〜20％のシリ
カを含有させた後、カプセルをその成形体の表面上に形
成させて1,650〜2,200℃にて熱間等方圧プレスにより焼
結させることを特徴とするガスタービン用強靭セラミッ
ク材料の製造方法である。
0.5％以下で、かつ、平均粒径１μｍ以下の窒化けい素
粉に対し、金属不純物含有量が0.5％以下の炭化けい素
ウィスカーを10〜40％含むように混合し、この混合物を
用いて成形を行うと共にその混合物または成形体に対し
て、シリカ添加または高温酸化によって３〜20％のシリ
カを含有させた後、カプセルをその成形体の表面上に形
成させて1,650〜2,200℃にて熱間等方圧プレスにより焼
結させることを特徴とするガスタービン用強靭セラミッ
ク材料の製造方法である。
本発明による強靭セラミック材料は、窒化けい素をマ
トリックスとし、炭化けい素ウィスカーにより強化され
たセラミックスで、特に従来の材料と比較して次のよう
な特徴を有する。
トリックスとし、炭化けい素ウィスカーにより強化され
たセラミックスで、特に従来の材料と比較して次のよう
な特徴を有する。
a.窒化けい素の高温強度および耐蝕性の低下の原因とな
るけい素以外の金属の含有量を0.5％以下とした。
るけい素以外の金属の含有量を0.5％以下とした。
b.これに伴うマトリックスの焼結性の困難化に対処する
ため、シリカを３〜20％添加し、緻密な組織とした。
ため、シリカを３〜20％添加し、緻密な組織とした。
c.炭化けい素ウィスカーと窒化けい素マトリックスの界
面にもシリカの薄層を形成させ、ウイスカーとマトリッ
クスが直接結合している場合よりも、強度と靭性を向上
させる。
面にもシリカの薄層を形成させ、ウイスカーとマトリッ
クスが直接結合している場合よりも、強度と靭性を向上
させる。
［実施例］ 以下本発明の好適実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
添付図面はガスタービン用強靭セラミック材料の製造
工程を示す。
工程を示す。
同図において、原料の炭化けい素ウィスカー１とマト
リックスとなる窒化けい素粉２とを混合３したのち成形
４する。上記炭化けい素ウィスカー１および窒化けい素
粉２、混合物又は成形体中にシリカ含有５を行い、成形
体にカプセルを形成６する。その後熱間等方圧プレス
（HIP）７にて焼結（緻密化）を行い強靭セラミックス
材料８を得る。
リックスとなる窒化けい素粉２とを混合３したのち成形
４する。上記炭化けい素ウィスカー１および窒化けい素
粉２、混合物又は成形体中にシリカ含有５を行い、成形
体にカプセルを形成６する。その後熱間等方圧プレス
（HIP）７にて焼結（緻密化）を行い強靭セラミックス
材料８を得る。
以上のような強靭セラミック材料は、従来の製造法で
は製造が困難なため、本発明では下記のような製造法に
よりこれを可能とした。
は製造が困難なため、本発明では下記のような製造法に
よりこれを可能とした。
以下各工程毎に製造法を説明する。
原料 本発明の強靭セラミックスでは、窒化けい素をマトリ
ックスとするが、後段の焼結の段階での緻密化を容易に
するため、窒化けい素粉としては、平均粒径１μｍ以
下、望ましくは0.5μｍ以下とすることが必要である。
平均粒径が１μｍ以上の窒化けい素粉では、マトリック
スの開気孔率を０とすることが困難である。
ックスとするが、後段の焼結の段階での緻密化を容易に
するため、窒化けい素粉としては、平均粒径１μｍ以
下、望ましくは0.5μｍ以下とすることが必要である。
平均粒径が１μｍ以上の窒化けい素粉では、マトリック
スの開気孔率を０とすることが困難である。
またこの窒化けい素粉は、けい素以外の金属不純物の
含有量が0.5％以下、望ましく0.2％以下であることが必
要である。金属不純物がこれを越えると、窒化けい素マ
トリックスの高温強度および耐蝕性が低下し、特にガス
タービンとしての高温高速中の腐食に対しては、これが
重要である。
含有量が0.5％以下、望ましく0.2％以下であることが必
要である。金属不純物がこれを越えると、窒化けい素マ
トリックスの高温強度および耐蝕性が低下し、特にガス
タービンとしての高温高速中の腐食に対しては、これが
重要である。
この窒化けい素粉の表面には、均質にシリカを形成さ
せる必要がある。これによって後段の熱間等方圧プレス
焼結の段階での窒化けい素粉の緻密化が可能になる。シ
リカの量としては窒化けい素に対して３〜20％の範囲が
適当である。シリカ量がこれ以下では、窒化けい素の焼
結に効果が少なく、シリカ量がこれを越えると、緻密化
するものの、マトリックスの高温強度が低下する。
せる必要がある。これによって後段の熱間等方圧プレス
焼結の段階での窒化けい素粉の緻密化が可能になる。シ
リカの量としては窒化けい素に対して３〜20％の範囲が
適当である。シリカ量がこれ以下では、窒化けい素の焼
結に効果が少なく、シリカ量がこれを越えると、緻密化
するものの、マトリックスの高温強度が低下する。
以上の窒化けい素粉に対して、炭化けい素ウィスカー
を混合し、マトリックスの強靭化をはかる。炭化けい素
ウィスカーを選定する理由は、炭化けい素が、窒化けい
素と同様、千数百℃以上での高温強度に優れ、耐蝕性も
高いためであり、更に窒化けい素よりも高い弾性率と熱
膨脹係数を有するため、窒化けい素マトリックスへの引
張応力負荷を低減し、強靭化に効果が大きいためであ
る。
を混合し、マトリックスの強靭化をはかる。炭化けい素
ウィスカーを選定する理由は、炭化けい素が、窒化けい
素と同様、千数百℃以上での高温強度に優れ、耐蝕性も
高いためであり、更に窒化けい素よりも高い弾性率と熱
膨脹係数を有するため、窒化けい素マトリックスへの引
張応力負荷を低減し、強靭化に効果が大きいためであ
る。
この炭化けい素ウィスカーに対しても、表面に均質な
シリカ被膜生成を行う必要がある。これによって焼結
後、窒化けい素マトリックスと炭化けい素ウィスカーと
の間にシリカないし酸窒化けい素の薄層が形成され、前
記の強靭化の効果が出現するためである。
シリカ被膜生成を行う必要がある。これによって焼結
後、窒化けい素マトリックスと炭化けい素ウィスカーと
の間にシリカないし酸窒化けい素の薄層が形成され、前
記の強靭化の効果が出現するためである。
このシリカ被膜の厚さは、ウィスカーの径に対して1/
100以上1/20程度がよい。これ以下では、マトリックス
とウィスカーとが直接強固に接合することを防ぐ目的に
不充分であり、これ以上では、高温での材料の強度低下
を招くためである。この値は表面シリカのウィスカーに
対する重量％にして約３〜20％に相当する。
100以上1/20程度がよい。これ以下では、マトリックス
とウィスカーとが直接強固に接合することを防ぐ目的に
不充分であり、これ以上では、高温での材料の強度低下
を招くためである。この値は表面シリカのウィスカーに
対する重量％にして約３〜20％に相当する。
以上の窒化けい素粉および炭化けい素ウィスカーの表
面へのシリカ形成の方法としては、900〜1,500℃の高温
において、空気など酸素含有雰囲気における表面酸化に
よってもよいし、シリカゾル溶液を用いてシリカ膜を表
面に沈積させる方法によってもよい。また、SiCl4＋H2
＋H2Oガス等を用いたCVD法によってシリカ膜を形成させ
てもよい。
面へのシリカ形成の方法としては、900〜1,500℃の高温
において、空気など酸素含有雰囲気における表面酸化に
よってもよいし、シリカゾル溶液を用いてシリカ膜を表
面に沈積させる方法によってもよい。また、SiCl4＋H2
＋H2Oガス等を用いたCVD法によってシリカ膜を形成させ
てもよい。
また、このシリカ形成は、始めにそれぞれ原料の段階
において行ってもよいし、窒化けい素粉と炭化けい素粉
の混合の段階、或いは混合物の成形後の段階において行
ってもよい。
において行ってもよいし、窒化けい素粉と炭化けい素粉
の混合の段階、或いは混合物の成形後の段階において行
ってもよい。
混合 前記窒化けい素粉と炭化けい素ウィスカーを混合する
が、望ましくは水，非水溶媒，溶融ワックス，溶融樹脂
等の液体の中に分散して行う方がより分散効果を上げる
ことができる。
が、望ましくは水，非水溶媒，溶融ワックス，溶融樹脂
等の液体の中に分散して行う方がより分散効果を上げる
ことができる。
炭化けい素ウィスカーの窒化けい素粉に対する混合量
は、10〜40％となるように選ぶ。この理由は10％以下で
は強靭化の効果が低く、40％以上では、混合及び成形の
際に、充填密度を高くすることが困難となるためであ
る。
は、10〜40％となるように選ぶ。この理由は10％以下で
は強靭化の効果が低く、40％以上では、混合及び成形の
際に、充填密度を高くすることが困難となるためであ
る。
成 形 以上の混合物を、泥しょう鋳込み成形、射出成形，押
出成形，静水圧プレス成形などの方法により、所定の形
状に成形する。
出成形，静水圧プレス成形などの方法により、所定の形
状に成形する。
カプセル形成および熱間等方圧プレス焼結 以上の工程で得られた成形体に対して、熱間等方圧プ
レスにより焼結緻密化を行う。
レスにより焼結緻密化を行う。
熱間等方圧プレスの温度としては窒化けい素粉に含有
せしめられたシリカが軟化ないし溶融し、焼結の進行す
る温度を選ぶ必要があり1,650℃以上とする必要があ
る。
せしめられたシリカが軟化ないし溶融し、焼結の進行す
る温度を選ぶ必要があり1,650℃以上とする必要があ
る。
熱間等方圧プレスの高圧下でも、2,200℃を越えると
窒化けい素等の分解が起り、また更に炭化けい素ウィス
カーの劣化が起こるため、焼結の上限温度は2,200℃と
する必要がある。圧力は高い程効果が大きいが、通常の
熱間等方圧プレスの圧力範囲、即ち100〜2,000気圧程度
でよい。
窒化けい素等の分解が起り、また更に炭化けい素ウィス
カーの劣化が起こるため、焼結の上限温度は2,200℃と
する必要がある。圧力は高い程効果が大きいが、通常の
熱間等方圧プレスの圧力範囲、即ち100〜2,000気圧程度
でよい。
このような条件による熱間等方圧プレスは、カプセル
法、即ち、気密かつ柔軟なカプセルを成形体上に形成さ
せた後行なう。このカプセル成形法については、成形体
の形状が、比較的単純な場合には、窒化ほう素粉を充填
したシリカ・ガラス管中に真空封入する方法によっても
よいが、複雑形状の成形体の場合には、本発明者らが、
先に特許出願を行っている方法（特開昭61−15902号，
特開昭61−17902号）が有効である。これら先願の方法
を、本発明に適用すれば、成形体上に第１層として離型
材としての窒化ほう素粉の層、第２層として、熱間等方
圧プレス時の圧力伝達材として、シリカガラス＋アルミ
ナ粉など、第３層として、カプセル気密化のためにパイ
レックスなど、低融点ガラス層を形成させ、真空中加熱
などによりカプセルを気密化させた後、所要の温度と圧
力により、熱間等方圧プレス焼結を行う。
法、即ち、気密かつ柔軟なカプセルを成形体上に形成さ
せた後行なう。このカプセル成形法については、成形体
の形状が、比較的単純な場合には、窒化ほう素粉を充填
したシリカ・ガラス管中に真空封入する方法によっても
よいが、複雑形状の成形体の場合には、本発明者らが、
先に特許出願を行っている方法（特開昭61−15902号，
特開昭61−17902号）が有効である。これら先願の方法
を、本発明に適用すれば、成形体上に第１層として離型
材としての窒化ほう素粉の層、第２層として、熱間等方
圧プレス時の圧力伝達材として、シリカガラス＋アルミ
ナ粉など、第３層として、カプセル気密化のためにパイ
レックスなど、低融点ガラス層を形成させ、真空中加熱
などによりカプセルを気密化させた後、所要の温度と圧
力により、熱間等方圧プレス焼結を行う。
熱間等方圧プレス焼結後、カプセルを除去することに
より、炭化けい素ウィスカーで強化され、緻密でかつ金
属不純物をほとんど含まない窒化けい素マトリックスか
らなり、マトリックスとウィスカー境界にシリカまたは
酸化けい素の薄層を有する強靭セラミック材料から成る
ガスタービン部品が得られる。
より、炭化けい素ウィスカーで強化され、緻密でかつ金
属不純物をほとんど含まない窒化けい素マトリックスか
らなり、マトリックスとウィスカー境界にシリカまたは
酸化けい素の薄層を有する強靭セラミック材料から成る
ガスタービン部品が得られる。
次に本発明の具体的な実施例により更に詳しく説明す
る。
る。
実施例１ 金属不純物0.1％以下、平均粒径0.3μｍの窒化けい素
粉を1,300℃の乾燥空気中にて酸化し、約５％のシリカ
を形成させた。同様に平均径２μｍの炭化けい素ウィス
カーを1,400℃にて乾燥空気中にて酸化し、表面に約0.0
5μｍのシリカ層を形成させた。この窒化けい素粉と炭
化けい素ウィスカーとを70％:30％となるように混合
し、ワックスを主体とする溶融有機材料中で100℃にて
混練した。その後、射出成形機を用いてガスタービン動
翼形状に成形した。この成形体上に、第１層を、窒化ほ
う素粉，第２層をシリカ及びアルミナ混合物粉，第３層
をバイコール粉とする層を形成し、加熱して気密なカプ
セルを形成させた後、1,900℃,2,000気圧にて熱間等方
圧プレスを行った。カプセル除去後、試験片採取を行っ
た所、見掛気孔率0,金属不純物0.2％以下、ウィスカー
とマトリックス境界にシリカを主成分とし、若干の酸窒
化けい素を含む約0.05μｍの層を有し、曲げ強度60kgf/
mm2、破壊靭性10MPa・ｍ1/2を有する強靭セラミック材
料であることが判った。
粉を1,300℃の乾燥空気中にて酸化し、約５％のシリカ
を形成させた。同様に平均径２μｍの炭化けい素ウィス
カーを1,400℃にて乾燥空気中にて酸化し、表面に約0.0
5μｍのシリカ層を形成させた。この窒化けい素粉と炭
化けい素ウィスカーとを70％:30％となるように混合
し、ワックスを主体とする溶融有機材料中で100℃にて
混練した。その後、射出成形機を用いてガスタービン動
翼形状に成形した。この成形体上に、第１層を、窒化ほ
う素粉，第２層をシリカ及びアルミナ混合物粉，第３層
をバイコール粉とする層を形成し、加熱して気密なカプ
セルを形成させた後、1,900℃,2,000気圧にて熱間等方
圧プレスを行った。カプセル除去後、試験片採取を行っ
た所、見掛気孔率0,金属不純物0.2％以下、ウィスカー
とマトリックス境界にシリカを主成分とし、若干の酸窒
化けい素を含む約0.05μｍの層を有し、曲げ強度60kgf/
mm2、破壊靭性10MPa・ｍ1/2を有する強靭セラミック材
料であることが判った。
比較のため、高温酸化によるシリカ層形成を全く行わ
ない窒化けい素粉と炭化けい素粉とを同様に成形し、熱
間等方圧プレス焼結を行った所、得られた材料は残留気
孔率を有し、曲げ強度40kgf/mm2、破壊靭性5MPa・ｍ1/2
と特性の低いことが判った。
ない窒化けい素粉と炭化けい素粉とを同様に成形し、熱
間等方圧プレス焼結を行った所、得られた材料は残留気
孔率を有し、曲げ強度40kgf/mm2、破壊靭性5MPa・ｍ1/2
と特性の低いことが判った。
実施例２ 金属不純物0.1％以下、平均粒径0.4μｍの窒化けい素
粉と、同じく金属不純物0.1％以下の炭化けい素ウィス
カーとを、それぞれ水溶液中に分散させた後、混合し、
素焼の型を用いて泥しょう鋳込み成形を行い、ガスター
ビン静翼の形状を製作した。この成型体にシリカゾルの
20％水溶液を含浸させ、乾燥後1,000℃まで加熱して成
形体に対し約17％のシリカを含有させた。これを窒化ほ
う素を充填したバイコールガラス管中に真空封入してカ
プセルとした後、熱間等方圧プレスにて2,000℃,1,500
気圧の条件下で処理し、冷却後、バイコールガラスのカ
プセルを除去した後、更に窒素雰囲気中で1,400℃にて
熱処理した。得られたガスタービン静翼部品の微視的構
造を調べた結果、ほぼ理論密度の緻密な窒化けい素多結
晶が、炭化けい素ウィスカーで補強され、マトリックス
とウィスカーの境界に酸窒化けい素を主にする層が形成
されていることが確認された。
粉と、同じく金属不純物0.1％以下の炭化けい素ウィス
カーとを、それぞれ水溶液中に分散させた後、混合し、
素焼の型を用いて泥しょう鋳込み成形を行い、ガスター
ビン静翼の形状を製作した。この成型体にシリカゾルの
20％水溶液を含浸させ、乾燥後1,000℃まで加熱して成
形体に対し約17％のシリカを含有させた。これを窒化ほ
う素を充填したバイコールガラス管中に真空封入してカ
プセルとした後、熱間等方圧プレスにて2,000℃,1,500
気圧の条件下で処理し、冷却後、バイコールガラスのカ
プセルを除去した後、更に窒素雰囲気中で1,400℃にて
熱処理した。得られたガスタービン静翼部品の微視的構
造を調べた結果、ほぼ理論密度の緻密な窒化けい素多結
晶が、炭化けい素ウィスカーで補強され、マトリックス
とウィスカーの境界に酸窒化けい素を主にする層が形成
されていることが確認された。
比較のため、窒化けい素粉に各々１％の酸化アルミニ
ウムと酸化イットリウムを添加したものを用い、同様の
製造工程によりガスタービン静翼部品を製作した。先の
金属酸化物添加のない静翼部品と共に並べ燃焼器後方の
高温高速ガス流中に晒した所、部品表面温度1,200℃，
ガス流速200m/s,10hrにて、酸化アルミニウム，酸化イ
ットリウム添加の部品は著しく腐食を受けたのに対し
て、金属酸化物添加のない部品はほとんど腐食されなか
った。
ウムと酸化イットリウムを添加したものを用い、同様の
製造工程によりガスタービン静翼部品を製作した。先の
金属酸化物添加のない静翼部品と共に並べ燃焼器後方の
高温高速ガス流中に晒した所、部品表面温度1,200℃，
ガス流速200m/s,10hrにて、酸化アルミニウム，酸化イ
ットリウム添加の部品は著しく腐食を受けたのに対し
て、金属酸化物添加のない部品はほとんど腐食されなか
った。
実施例３ 金属不純物0.1％以下、平均粒径0.6μｍの窒化けい素
粉を、水溶液中に分散させ、60時間のボールミル粉砕を
行った結果、平均粒径0.4μm,生成シリカ量５％を得
た。この窒化けい素粉に対し、炭化けい素ウィスカーが
40％となるように混合し、更にコロイダル・シリカを窒
化けい素粉＋炭化けい素ウィスカーの３％となるように
添加し、充分混合分散を行った。このスラリーを噴霧乾
燥し、得られた顆粒をゴム型に充填して静水圧プレス成
形により燃焼器ライナー部品形状を製作した。得られた
成形体に窒化ほう素粉を被覆し、シリカ・ガラス粉を充
填した黒鉛モールド内に装入し、ホットプレスを用いて
2,000℃,500kgf/cm2に加熱加圧し、溶融シリカガラスを
カプセルとする熱間等分圧プレスを行った。得られた燃
焼器ライナー部品は緻密であり、また表面を若干機械加
工するのみで充分形状精度も有するものであった。
粉を、水溶液中に分散させ、60時間のボールミル粉砕を
行った結果、平均粒径0.4μm,生成シリカ量５％を得
た。この窒化けい素粉に対し、炭化けい素ウィスカーが
40％となるように混合し、更にコロイダル・シリカを窒
化けい素粉＋炭化けい素ウィスカーの３％となるように
添加し、充分混合分散を行った。このスラリーを噴霧乾
燥し、得られた顆粒をゴム型に充填して静水圧プレス成
形により燃焼器ライナー部品形状を製作した。得られた
成形体に窒化ほう素粉を被覆し、シリカ・ガラス粉を充
填した黒鉛モールド内に装入し、ホットプレスを用いて
2,000℃,500kgf/cm2に加熱加圧し、溶融シリカガラスを
カプセルとする熱間等分圧プレスを行った。得られた燃
焼器ライナー部品は緻密であり、また表面を若干機械加
工するのみで充分形状精度も有するものであった。
［発明の効果］ 以上説明してきたことから明らかなように本発明によ
れば次のごとき優れた効果を発揮する。
れば次のごとき優れた効果を発揮する。
窒化けい素マトリックスを炭化けい素ウィスカーで
強化したため、通常の窒化けい素より強度、靭性が高
い。
強化したため、通常の窒化けい素より強度、靭性が高
い。
シリカゾルなどを用いて、窒化けい素粉を均質にシ
リカで覆ったため、焼結性が向上し、HIP焼結によりマ
トリックスが緻密する。
リカで覆ったため、焼結性が向上し、HIP焼結によりマ
トリックスが緻密する。
シリカゾルなどを用いて、窒化けい素ウィスカーを
均質にシリカで覆ったため、焼結後も窒化けい素マトリ
ックスと炭化けい素ウィスカーの界面にシリカの薄層が
形成され、境界の強度が適切となって、強度と靭性が向
上する。
均質にシリカで覆ったため、焼結後も窒化けい素マトリ
ックスと炭化けい素ウィスカーの界面にシリカの薄層が
形成され、境界の強度が適切となって、強度と靭性が向
上する。
焼結助剤等として、けい素以外の金属化合物をほと
んど含まないため、高温強度が高く、耐蝕性も高い。
んど含まないため、高温強度が高く、耐蝕性も高い。
以上のような特徴を有する強靭セラミック材料であ
るため、ガスタービン部品、特に動翼、静翼等に適用す
ることができる。
るため、ガスタービン部品、特に動翼、静翼等に適用す
ることができる。
添付図面は本発明のガスタービン用強靭セラミック材料
の製造工程を示す図である。 図中、１は炭化けい素ウィスカー、２は窒化けい素粉、
５はシリカ含有、８は強靭セラミック材料である。
の製造工程を示す図である。 図中、１は炭化けい素ウィスカー、２は窒化けい素粉、
５はシリカ含有、８は強靭セラミック材料である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 英雄 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−265173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−265864（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】金属不純物含有量が0.5％以下で、かつ、
平均粒径１μｍ以下の窒化けい素粉および金属不純物含
有量が0.5％以下の炭化けい素ウィスカーのそれぞれに
対して、高温酸化によって３〜20％のシリカ被膜を形成
した後、その炭化けい素ウィスカーを10〜40％含むよう
に窒化けい素粉と炭化けい素ウィスカーとを混合し、こ
の混合物を用いて成形を行った後、カプセルをその成形
体の表面上に形成させて1,650〜2,200℃にて熱間等方圧
プレスにより焼結させることを特徴とするガスタービン
用強靭セラミック材料の製造方法。 - 【請求項２】上記炭化けい素ウィスカーに形成されるシ
リカ被膜の厚さを、その炭化けい素ウィスカー径の1/10
0〜1/20とした特許請求の範囲第１項記載のガスタービ
ン用強靭セラミック材料の製造方法。 - 【請求項３】金属不純物含有量が0.5％以下で、かつ、
平均粒径１μｍ以下の窒化けい素粉に対し、金属不純物
含有量が0.5％以下の炭化けい素ウィスカーを10〜40％
含むように混合し、この混合物を用いて成形を行うと共
にその混合物または成形体に対して、シリカ添加または
高温酸化によって３〜20％のシリカを含有させた後、カ
プセルをその成形体の表面上に形成させて1,650〜2,200
℃にて熱間等方圧プレスにより焼結させることを特徴と
するガスタービン用強靭セラミック材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62123948A JP2512942B2 (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | ガスタ―ビン用強靱セラミック材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62123948A JP2512942B2 (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | ガスタ―ビン用強靱セラミック材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63288967A JPS63288967A (ja) | 1988-11-25 |
| JP2512942B2 true JP2512942B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=14873307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62123948A Expired - Fee Related JP2512942B2 (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | ガスタ―ビン用強靱セラミック材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2512942B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101864620A (zh) * | 2010-07-30 | 2010-10-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种氮化硅晶须的制备方法 |
| CN116903955A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-10-20 | 金发科技股份有限公司 | 一种聚烯烃组合物及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62265173A (ja) * | 1986-05-12 | 1987-11-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 炭化珪素ウイスカ−強化複合材料 |
| JPS63265864A (ja) * | 1987-04-22 | 1988-11-02 | Yoshida Kogyo Kk <Ykk> | 高強度Ｓｉ３Ｎ４―ＳｉＣウィスカー複合体 |
-
1987
- 1987-05-22 JP JP62123948A patent/JP2512942B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63288967A (ja) | 1988-11-25 |
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