JP2739343B2 - ハイブリッドタービンロータ - Google Patents
ハイブリッドタービンロータInfo
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- JP2739343B2 JP2739343B2 JP1148744A JP14874489A JP2739343B2 JP 2739343 B2 JP2739343 B2 JP 2739343B2 JP 1148744 A JP1148744 A JP 1148744A JP 14874489 A JP14874489 A JP 14874489A JP 2739343 B2 JP2739343 B2 JP 2739343B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintering aid
- outer layer
- shaft portion
- weight
- turbine rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Ceramic Products (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車用ターボチャージャーロータ、ガス
タービンロータなどに用いるのに適したハイブリッドタ
ービンロータに関するものである。
タービンロータなどに用いるのに適したハイブリッドタ
ービンロータに関するものである。
タービンロータ等は、1000℃近い温度又はそれ以上の
高温下で数万rpm以上の高速回転を行う必要があるた
め、耐熱性及び高温強度に優れた材料を用いることが要
求される。
高温下で数万rpm以上の高速回転を行う必要があるた
め、耐熱性及び高温強度に優れた材料を用いることが要
求される。
従来、このようなタービンロータ等には、耐熱性合金
が用いられていたが、約1000℃又はそれ以上もの高温に
長時間耐えることのできるものが少なく、しかも重量が
大きく、慣性が大きくなるという問題があった。そこ
で、最近は金属よりも高温で安定であり、軽量で、酸化
腐食やクリープ変形を受けにくいSi3N4、SiC、サイアロ
ン等のセラミックスが用いられるようになってきた。
が用いられていたが、約1000℃又はそれ以上もの高温に
長時間耐えることのできるものが少なく、しかも重量が
大きく、慣性が大きくなるという問題があった。そこ
で、最近は金属よりも高温で安定であり、軽量で、酸化
腐食やクリープ変形を受けにくいSi3N4、SiC、サイアロ
ン等のセラミックスが用いられるようになってきた。
このようなセラミックスからタービンロータ等を製造
するには、射出成形により翼部と軸部を一体的に成形し
た後で、不活性雰囲中で焼成する方法が用いられていた
が、緻密で高強度の軸部を作ることができず、また翼部
と軸部の肉厚の差が大きい場合には、成形体の脱脂工程
でひび割れが発生するという問題があった。
するには、射出成形により翼部と軸部を一体的に成形し
た後で、不活性雰囲中で焼成する方法が用いられていた
が、緻密で高強度の軸部を作ることができず、また翼部
と軸部の肉厚の差が大きい場合には、成形体の脱脂工程
でひび割れが発生するという問題があった。
そのため、特開昭57−88201号公報、特開昭58−12400
3号公報、特開昭60−142002号公報などに記載されてい
るように、翼部と軸部とを予め別々に成形した後、両者
を嵌合させて一体的に焼成接合させる方法が提案されて
いる。
3号公報、特開昭60−142002号公報などに記載されてい
るように、翼部と軸部とを予め別々に成形した後、両者
を嵌合させて一体的に焼成接合させる方法が提案されて
いる。
しかしながら、このような方法によっても軸部を充分
に緻密化するのが難しく、しかも翼部と軸部の接合部分
での破壊が起り易いという問題がある。
に緻密化するのが難しく、しかも翼部と軸部の接合部分
での破壊が起り易いという問題がある。
また上記従来技術のセラミックロータでは翼部と軸部
との組成が同じであるので、翼部に充分に大きな高温耐
食性を付与すると同時に軸部に充分な機械的強度を付与
することは困難であった。すなわち、同一組成のセラミ
ックスにより高温耐食性及び機械的強度がともに大きい
ロータを製造することはできなかった。
との組成が同じであるので、翼部に充分に大きな高温耐
食性を付与すると同時に軸部に充分な機械的強度を付与
することは困難であった。すなわち、同一組成のセラミ
ックスにより高温耐食性及び機械的強度がともに大きい
ロータを製造することはできなかった。
一方、翼部と軸部とを組成の異なる材料としたセラミ
ックロータが特開昭63−170278号公報に開示されている
が、このセラミックロータは高温にさらされる翼部の方
の熱膨張係数が大きいために、使用時に熱膨張の差はさ
らに拡大し、熱膨張に基づく内部応力により亀裂や破壊
がおこる危険性がある。
ックロータが特開昭63−170278号公報に開示されている
が、このセラミックロータは高温にさらされる翼部の方
の熱膨張係数が大きいために、使用時に熱膨張の差はさ
らに拡大し、熱膨張に基づく内部応力により亀裂や破壊
がおこる危険性がある。
従って本発明の目的は、軸部の強度が高いとともに、
翼部を含む外層部が優れた高温強度及び高温耐食性を有
し、かつ外層部と軸部とが強固に接合され、接合部分で
の熱応力の緩和されたセラミックロータを提供すること
にある。
翼部を含む外層部が優れた高温強度及び高温耐食性を有
し、かつ外層部と軸部とが強固に接合され、接合部分で
の熱応力の緩和されたセラミックロータを提供すること
にある。
本発明者らは、上記目的を達成すべく種々検討を重ね
た結果、Y2O3、Yb2O3、Nd2O3等のIIIa族元素の酸化物の
１種又は２種以上からなる焼結助剤（ａ）＋Al2O3及び
／又はTiO2からなる焼結助剤（ｂ）の含有率の高い窒化
珪素系セラミックスにより軸部を形成し、焼結助剤
（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率の低い窒化珪素系セラ
ミックスにより外層部を形成すると、外層部に高い高温
耐食性を付与するとともに軸部を高強度化することがで
き、さらに外層部と軸部との接合部での熱応力を緩和す
ることができることを発見し、本発明に到達した。
た結果、Y2O3、Yb2O3、Nd2O3等のIIIa族元素の酸化物の
１種又は２種以上からなる焼結助剤（ａ）＋Al2O3及び
／又はTiO2からなる焼結助剤（ｂ）の含有率の高い窒化
珪素系セラミックスにより軸部を形成し、焼結助剤
（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率の低い窒化珪素系セラ
ミックスにより外層部を形成すると、外層部に高い高温
耐食性を付与するとともに軸部を高強度化することがで
き、さらに外層部と軸部との接合部での熱応力を緩和す
ることができることを発見し、本発明に到達した。
すなわち、本発明のハイブリッドタービンロータは、
周期律表のIIIa族元素の酸化物の１種又は２種以上から
なる焼結助剤（ａ）と、Al2O3及び／又はTiO2からなる
焼結助剤（ｂ）とを含有する窒化珪素系セラミックスに
よりいずれも形成された外層部と軸部とで一体的に構成
されており、前記外層部は１〜３重量％の前記焼結助剤
（ａ）及び0.1〜1.5重量％の前記焼結助剤（ｂ）を含有
し、前記軸部は2.5〜６重量％の前記焼結助剤（ａ）及
び１〜５重量％の前記焼結助剤（ｂ）を含有し、前記外
層部の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率（Ａ）
と前記軸部の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率
（Ｂ）とがＡ＜Ｂの関係を満たし、かつ前記外層部及び
前記軸部を形成する窒化珪素系セラミックスのいずれに
おいても、前記焼結助剤（ａ）の含有量が前記焼結助剤
（ｂ）の含有量より多いことを特徴とする。
周期律表のIIIa族元素の酸化物の１種又は２種以上から
なる焼結助剤（ａ）と、Al2O3及び／又はTiO2からなる
焼結助剤（ｂ）とを含有する窒化珪素系セラミックスに
よりいずれも形成された外層部と軸部とで一体的に構成
されており、前記外層部は１〜３重量％の前記焼結助剤
（ａ）及び0.1〜1.5重量％の前記焼結助剤（ｂ）を含有
し、前記軸部は2.5〜６重量％の前記焼結助剤（ａ）及
び１〜５重量％の前記焼結助剤（ｂ）を含有し、前記外
層部の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率（Ａ）
と前記軸部の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率
（Ｂ）とがＡ＜Ｂの関係を満たし、かつ前記外層部及び
前記軸部を形成する窒化珪素系セラミックスのいずれに
おいても、前記焼結助剤（ａ）の含有量が前記焼結助剤
（ｂ）の含有量より多いことを特徴とする。
本発明を以下詳細に説明する。
第１図は、本発明のハイブリッドタービンローターの
一例を示す断面図である。ハイブリッドタービンロータ
は、ロータ本体１と、ロータ本体から半径方向に延出し
ている複数枚の翼部２とからなり、ロータ本体１は外層
部３と、軸部４とで構成されている。翼部２とロータ本
体１の外層部３とはともに高温腐食性ガスにさらされる
部分であり、ロータ本体１の軸部４は高応力がかかる部
分である。従って、前者を一般的にロータの外層部５と
呼ぶことにする。
一例を示す断面図である。ハイブリッドタービンロータ
は、ロータ本体１と、ロータ本体から半径方向に延出し
ている複数枚の翼部２とからなり、ロータ本体１は外層
部３と、軸部４とで構成されている。翼部２とロータ本
体１の外層部３とはともに高温腐食性ガスにさらされる
部分であり、ロータ本体１の軸部４は高応力がかかる部
分である。従って、前者を一般的にロータの外層部５と
呼ぶことにする。
本発明のハイブリッドタービンロータにおいて、外層
部５及び軸部４を形成しているセラミックスはいずれ
も、Si3N4を主成分とするものであるが、IIIa族の酸化
物元素の１種又は２種以上からなる焼結助剤（ａ）と、
Al2O3及び／又はTiO2からなる焼結助剤（ｂ）の含有率
が異なる。
部５及び軸部４を形成しているセラミックスはいずれ
も、Si3N4を主成分とするものであるが、IIIa族の酸化
物元素の１種又は２種以上からなる焼結助剤（ａ）と、
Al2O3及び／又はTiO2からなる焼結助剤（ｂ）の含有率
が異なる。
ここでIIIa族元素としては、Ｙを含む希土類元素があ
り、その酸化物としてはY2O3、Nd2O3、Yb2O3等が挙げら
れる。
り、その酸化物としてはY2O3、Nd2O3、Yb2O3等が挙げら
れる。
外層部５の窒化珪素セラミックスは、１〜３重量％の
焼結助剤（ａ）と、0.1〜1.5重量％の焼結助剤（ｂ）と
を含有し、軸部４の窒化珪素セラミックスは2.5〜６重
量％の焼結助剤（ａ）と、１〜５重量％のAl2O3及び／
又はTiO2とを含有している。ただし、上記範囲内で前記
外層部５の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率
（Ａ）と前記軸部４の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）
の含有率（Ｂ）とはＡ＜Ｂの関係にある。
焼結助剤（ａ）と、0.1〜1.5重量％の焼結助剤（ｂ）と
を含有し、軸部４の窒化珪素セラミックスは2.5〜６重
量％の焼結助剤（ａ）と、１〜５重量％のAl2O3及び／
又はTiO2とを含有している。ただし、上記範囲内で前記
外層部５の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率
（Ａ）と前記軸部４の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）
の含有率（Ｂ）とはＡ＜Ｂの関係にある。
一般に窒化珪素系セラミックスは、焼結助剤の含有率
が大きくなるに従って、熱膨張係数が増大し、常温ない
し比較的低い温度における強度も向上するが、高温強度
は低下する傾向を示す。そこでロータの外層部５中の焼
結助剤の含有率（Ａ）を比較的低くし、軸部４中の焼結
助剤の含有率（Ｂ）を比較的高くすると、外層部５の方
が小さな熱膨張係数及び高い高温強度を有し、かつ軸部
４の方が高い常温強度を有することになる。このため、
使用時に高温にさらされる外層部５と、あまり高温にさ
らされることのない軸部４との熱膨張の差が縮小し、両
部材の接合部分での亀裂や破壊を防止できるので、好ま
しい。また高温にさらされる外層部５と比較的低い温度
の軸部材４とはいずれも大きな強度を発揮するので、ロ
ータ全体の強度も向上するという利点がある。
が大きくなるに従って、熱膨張係数が増大し、常温ない
し比較的低い温度における強度も向上するが、高温強度
は低下する傾向を示す。そこでロータの外層部５中の焼
結助剤の含有率（Ａ）を比較的低くし、軸部４中の焼結
助剤の含有率（Ｂ）を比較的高くすると、外層部５の方
が小さな熱膨張係数及び高い高温強度を有し、かつ軸部
４の方が高い常温強度を有することになる。このため、
使用時に高温にさらされる外層部５と、あまり高温にさ
らされることのない軸部４との熱膨張の差が縮小し、両
部材の接合部分での亀裂や破壊を防止できるので、好ま
しい。また高温にさらされる外層部５と比較的低い温度
の軸部材４とはいずれも大きな強度を発揮するので、ロ
ータ全体の強度も向上するという利点がある。
なお、外層部５において、IIIa族元素の酸化物の１種
又は２種以上からなる焼結助剤（ａ）が１〜３重量％で
あるのは、１重量％未満だと焼成密度が不十分であり、
３重量％を超えると酸化増量が大きくなるからである。
またAl2O3及び／又はTiO2からなる焼成助剤（ｂ）が0.1
〜1.5重量％であるのは、0.1重量％未満だと焼結体の緻
密性が不十分であり、1.5重量％を超えると酸化増量が
大きくなるからである。一方、軸部４において、焼結助
剤（ａ）が2.5〜６重量％であるのは、2.5重量％未満だ
と常温強度が低くなり、６重量％を超えると再び強度が
低下するからである。また焼結助剤（ｂ）が１〜５重量
％であるのは、１重量％未満だと緻密化不足であり、５
重量％を超えると強度が低下するからである。
又は２種以上からなる焼結助剤（ａ）が１〜３重量％で
あるのは、１重量％未満だと焼成密度が不十分であり、
３重量％を超えると酸化増量が大きくなるからである。
またAl2O3及び／又はTiO2からなる焼成助剤（ｂ）が0.1
〜1.5重量％であるのは、0.1重量％未満だと焼結体の緻
密性が不十分であり、1.5重量％を超えると酸化増量が
大きくなるからである。一方、軸部４において、焼結助
剤（ａ）が2.5〜６重量％であるのは、2.5重量％未満だ
と常温強度が低くなり、６重量％を超えると再び強度が
低下するからである。また焼結助剤（ｂ）が１〜５重量
％であるのは、１重量％未満だと緻密化不足であり、５
重量％を超えると強度が低下するからである。
なお、外層部５及び軸部４を形成するいずれのセラミ
ックス中においても、焼結助剤（ｂ）より焼結助剤
（ａ）の含有量の方を多くする。焼結助剤（ｂ）に対し
て焼結助剤（ａ）の含有量が同じかあるいは少ないと、
軸部４を充分に緻密化して高強度を得ることが困難とな
るとともに、外層部５の高温での強度及び高温での耐食
性を高めることが困難となるため、不適当である。
ックス中においても、焼結助剤（ｂ）より焼結助剤
（ａ）の含有量の方を多くする。焼結助剤（ｂ）に対し
て焼結助剤（ａ）の含有量が同じかあるいは少ないと、
軸部４を充分に緻密化して高強度を得ることが困難とな
るとともに、外層部５の高温での強度及び高温での耐食
性を高めることが困難となるため、不適当である。
かかるハイブリッドタービンロータは、軸部４と外層
部５の成形体をそれぞれ形成した後、常法により焼結
し、得られた軸部４及び外層部５をホットプレスにより
接合、一体化することにより得ることができる。なお、
前記成形体の形成方法としては，スリップキャスト法あ
るいは射出成形法を適用することができる。
部５の成形体をそれぞれ形成した後、常法により焼結
し、得られた軸部４及び外層部５をホットプレスにより
接合、一体化することにより得ることができる。なお、
前記成形体の形成方法としては，スリップキャスト法あ
るいは射出成形法を適用することができる。
スリップキャスト法により外層部５及び軸部４の形状
の成形体を製造するには、まず焼結助剤（ａ）＋焼結助
剤（ｂ）の含有率が上記の通りの２種類のセラミックス
のスリップを調製する。
の成形体を製造するには、まず焼結助剤（ａ）＋焼結助
剤（ｂ）の含有率が上記の通りの２種類のセラミックス
のスリップを調製する。
次に、それぞれ外層部５及び軸部４の形状に対応する
石膏型を用い、この石膏型内にそれぞれ対応するスリッ
プを注入し、固化させて外層部５及び軸部４の形状を有
する成形体を得ることができる。
石膏型を用い、この石膏型内にそれぞれ対応するスリッ
プを注入し、固化させて外層部５及び軸部４の形状を有
する成形体を得ることができる。
なおセラミックスのスリップは、セラミック成分に適
当な分散剤を配合して、水等の媒体に分散させることに
より調製し、バインダーは添加する必要がない。
当な分散剤を配合して、水等の媒体に分散させることに
より調製し、バインダーは添加する必要がない。
一方、射出成形法により外層部５及び軸部４の形状の
成形体を製造するには、まず外層部５及び軸部４にそれ
ぞれ対応した焼結助剤の含有率を有する２種類のセラミ
ックスの粉末を調製する。次に、この混合粉末に樹脂、
ワックス等のバインダーを添加し、これを加熱混練して
射出成形用のセラミック原料を調製する。
成形体を製造するには、まず外層部５及び軸部４にそれ
ぞれ対応した焼結助剤の含有率を有する２種類のセラミ
ックスの粉末を調製する。次に、この混合粉末に樹脂、
ワックス等のバインダーを添加し、これを加熱混練して
射出成形用のセラミック原料を調製する。
そして、それぞれ外層部５及び軸部４の形状に対応す
る射出成形用金型を用いて、射出成形を行うことによ
り、外層部５及び軸部４の形状を有する成形体を得るこ
とができる。
る射出成形用金型を用いて、射出成形を行うことによ
り、外層部５及び軸部４の形状を有する成形体を得るこ
とができる。
このようにしてスリップキャスト法または射出成形法
により得られた成形体を、常法により焼結して、外層部
５及び軸部４が得られる。
により得られた成形体を、常法により焼結して、外層部
５及び軸部４が得られる。
その後、軸部４と外層部５を嵌め合わせ、ホットプレ
スにより両部材を接合し、軸部４と外層部５とが一体化
したハイブリッドタービンロータを得ることができる。
ホットプレス条件は一般に1400〜1700℃の温度、10〜40
0kg/cm2の圧力で60〜600分間である。
スにより両部材を接合し、軸部４と外層部５とが一体化
したハイブリッドタービンロータを得ることができる。
ホットプレス条件は一般に1400〜1700℃の温度、10〜40
0kg/cm2の圧力で60〜600分間である。
なお、成形体の強度の向上と、クラック防止のために
外層部５を形成するセラミックス成分のいずれかを繊維
状としてもよい。いずれのセラミック成分が繊維状とな
ってもかまわないが、通常は、繊維状にするのが容易で
あることからAl2O3を繊維状にして使用する。なお、軸
部４用のセラミックス成分の一部を繊維状にすること
は、緻密化されにくく強度が不充分となるため好ましく
ない。
外層部５を形成するセラミックス成分のいずれかを繊維
状としてもよい。いずれのセラミック成分が繊維状とな
ってもかまわないが、通常は、繊維状にするのが容易で
あることからAl2O3を繊維状にして使用する。なお、軸
部４用のセラミックス成分の一部を繊維状にすること
は、緻密化されにくく強度が不充分となるため好ましく
ない。
以上において、本発明をラジアル型タービンロータに
ついて説明したが、本発明はこれに限定されることな
く、アキシャル型タービンロータにも適用することがで
きる。アキシャル型タービンロータの場合、円板形の本
体が軸部となり、本体外周とベーンが外層部外層部とな
る。
ついて説明したが、本発明はこれに限定されることな
く、アキシャル型タービンロータにも適用することがで
きる。アキシャル型タービンロータの場合、円板形の本
体が軸部となり、本体外周とベーンが外層部外層部とな
る。
本発明者らの研究によれば、IIIa族元素の酸化物の１
種又は２種以上からなる焼結助剤（ａ）と、Al2O3及び
／又はTiO2からなる焼結助剤（ｂ）とを含有する窒化珪
素系セラミックスにおいては、焼結助剤（ａ）＋焼結助
剤（ｂ）の含有率が高くなると、低温での強度が高く、
熱膨張係数は大きくなる。逆に、焼結助剤の含有率が低
くなると、高温での強度が高く、高温での耐食性（耐酸
化性）に優れ、熱膨張係数は小さくなる。
種又は２種以上からなる焼結助剤（ａ）と、Al2O3及び
／又はTiO2からなる焼結助剤（ｂ）とを含有する窒化珪
素系セラミックスにおいては、焼結助剤（ａ）＋焼結助
剤（ｂ）の含有率が高くなると、低温での強度が高く、
熱膨張係数は大きくなる。逆に、焼結助剤の含有率が低
くなると、高温での強度が高く、高温での耐食性（耐酸
化性）に優れ、熱膨張係数は小さくなる。
このことから、焼結助剤（ａ）と焼結助剤（ｂ）とを
含有する窒化珪素系セラミックスを、使用時の条件によ
って使い分ける。すなわち、使用時にあまり高温にさら
されることのない軸部に焼結助剤（ａ）＋焼結助剤
（ｂ）の比率が高い窒化珪素系セラミックスを使用し、
使用時に高温腐食性ガスにさらされる外層部には、焼結
助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の比率が低い窒化珪素系セ
ラミックスを使用する。これによって、使用条件に応じ
て必要な高温強度及び高温耐食性を有する外層部と、高
い常温強度を有する軸部とからなるハイブリッドタービ
ンロータが得られる。
含有する窒化珪素系セラミックスを、使用時の条件によ
って使い分ける。すなわち、使用時にあまり高温にさら
されることのない軸部に焼結助剤（ａ）＋焼結助剤
（ｂ）の比率が高い窒化珪素系セラミックスを使用し、
使用時に高温腐食性ガスにさらされる外層部には、焼結
助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の比率が低い窒化珪素系セ
ラミックスを使用する。これによって、使用条件に応じ
て必要な高温強度及び高温耐食性を有する外層部と、高
い常温強度を有する軸部とからなるハイブリッドタービ
ンロータが得られる。
また、熱膨張係数が外層部５よりも軸部４の方が大き
いが、外層部５の方がより高温にさらされるため、高温
下で使用した場合には、外層部５と軸部４との熱膨張の
差は実質的に大きくならず、熱膨張差に基づく内部応力
による亀裂や破壊が起るようなことがない。
いが、外層部５の方がより高温にさらされるため、高温
下で使用した場合には、外層部５と軸部４との熱膨張の
差は実質的に大きくならず、熱膨張差に基づく内部応力
による亀裂や破壊が起るようなことがない。
さらに、焼結助剤（ｂ）より焼結助剤（ａ）の含有量
の方が多くなると、窒化珪素系セラミックスの高温での
強度が向上するとともに、高温での耐食性も向上する。
このため、軸部の強度及び外層部の高温での耐食性がさ
らに向上する。
の方が多くなると、窒化珪素系セラミックスの高温での
強度が向上するとともに、高温での耐食性も向上する。
このため、軸部の強度及び外層部の高温での耐食性がさ
らに向上する。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。
が、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１ Si3N4粉末（平均粒径0.9μｍ）96.5重量部と、Y2O3粉
末（平均粒径1.5μｍ）2.5重量部と、Al2O3粉末（平均
粒径1.5μｍ）１重量部とを混合し、分散剤としてアン
モニアをセラミック粉末100重量部に対して0.3重量部の
割合で加え、35重量部の水に分散させて、外層用のスリ
ップを調製した。
末（平均粒径1.5μｍ）2.5重量部と、Al2O3粉末（平均
粒径1.5μｍ）１重量部とを混合し、分散剤としてアン
モニアをセラミック粉末100重量部に対して0.3重量部の
割合で加え、35重量部の水に分散させて、外層用のスリ
ップを調製した。
また前記Si3N4粉末92重量部と、Y2O3５重量部と、Al2
O3粉末３重量部とを混合し、分散剤としてアンモニアを
0.3重量部加え、35重量部の水に分散させて、軸部用の
スリップを調製した。
O3粉末３重量部とを混合し、分散剤としてアンモニアを
0.3重量部加え、35重量部の水に分散させて、軸部用の
スリップを調製した。
上記各スリップからスリップキャスト法により試験片
用成形体を作成し、1850℃で焼結して試験片とした。各
試験片を種々の温度に加熱しながら、曲げ強度を測定し
た。結果を第２図に示す。
用成形体を作成し、1850℃で焼結して試験片とした。各
試験片を種々の温度に加熱しながら、曲げ強度を測定し
た。結果を第２図に示す。
第２図から、外層用試験片は高温強度が大きく、軸用
試験片は比較的低い温度での強度が大きいことがわか
る。
試験片は比較的低い温度での強度が大きいことがわか
る。
また上記各試験片について、1400℃の大気中での酸化
試験を行ったところ、24時間後における酸化量（酸化増
量により表す）は、軸部用試験片で3mg/cm2であるのに
対し、外層用試験片では0.3mg/cm2と少なかった。
試験を行ったところ、24時間後における酸化量（酸化増
量により表す）は、軸部用試験片で3mg/cm2であるのに
対し、外層用試験片では0.3mg/cm2と少なかった。
次に、最大直径120mm、最小直径40mm、長さ60mmのロ
ータ本体に高さ45mm、幅1.3mmの翼が９枚設けられた形
状のロータを形成するために、上記外層用のスリップ
を、外層部の形状に対応した石膏型中に注入して、翼部
を含む外層部の成形体をスリップキャスト法により作製
した。次に、外層部と嵌合する軸部の形状に対応した石
膏型内に軸部用のスリップを注入し、固化させて軸部の
成形体を作製した。これらの成形体を、1850℃の窒素雰
囲気中で４時間焼結して、外層部及び軸部を得た。この
場合、外層部の厚みは約8mmであった。
ータ本体に高さ45mm、幅1.3mmの翼が９枚設けられた形
状のロータを形成するために、上記外層用のスリップ
を、外層部の形状に対応した石膏型中に注入して、翼部
を含む外層部の成形体をスリップキャスト法により作製
した。次に、外層部と嵌合する軸部の形状に対応した石
膏型内に軸部用のスリップを注入し、固化させて軸部の
成形体を作製した。これらの成形体を、1850℃の窒素雰
囲気中で４時間焼結して、外層部及び軸部を得た。この
場合、外層部の厚みは約8mmであった。
このようにして得られた外層部と軸部とを嵌め合わ
せ、N2雰囲気中で、1600℃、200kg/cm2でホットプレス
を行って両部材を接合、一体化し、ハイブリッドタービ
ンロータを得た。
せ、N2雰囲気中で、1600℃、200kg/cm2でホットプレス
を行って両部材を接合、一体化し、ハイブリッドタービ
ンロータを得た。
得られたハイブリットタービンロータについて、1100
℃の排ガスで5000rpmの回転数による回転試験を５時間
行った。その結果ロータに何の異常も認められなかっ
た。
℃の排ガスで5000rpmの回転数による回転試験を５時間
行った。その結果ロータに何の異常も認められなかっ
た。
本発明のハイブリッドタービンロータは、外層部が高
温強度及び耐食性に優れ、軸部が低温強度に優れている
ため、使用に際してもそれぞれの使用温度条件に対応し
た適切な高強度、高温耐食性となっている。また、外層
部と軸部の接合が強固であり、さらに接合部分の熱応力
が緩和されているため、接合部分で応力破壊が起るよう
なことがない。
温強度及び耐食性に優れ、軸部が低温強度に優れている
ため、使用に際してもそれぞれの使用温度条件に対応し
た適切な高強度、高温耐食性となっている。また、外層
部と軸部の接合が強固であり、さらに接合部分の熱応力
が緩和されているため、接合部分で応力破壊が起るよう
なことがない。
第１図は本発明のハイブリッドタービンロータの一例を
示す断面図であり、 第２図は各セラミック試験片の曲げ強度と温度との関係
を示すグラフである。 １……ロータ本体 ２……翼部 ３……ロータ本体外層部 ４……軸部 ５……外層部
示す断面図であり、 第２図は各セラミック試験片の曲げ強度と温度との関係
を示すグラフである。 １……ロータ本体 ２……翼部 ３……ロータ本体外層部 ４……軸部 ５……外層部
フロントページの続き (72)発明者 福田 薫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−203803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−102306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−147501（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−5550（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】周期律表のIIIa族元素の酸化物の１種又は
２種以上からなる焼結助剤（ａ）と、Al2O3及び／又はT
iO2からなる焼結助剤（ｂ）とを含有する窒化珪素系セ
ラミックスによりいずれも形成された外層部と軸部とで
一体的に構成されたハイブリッドタービンロータにおい
て、前記外層部は１〜３重量％の前記焼結助剤（ａ）及
び0.1〜1.5重量％の前記焼結助剤（ｂ）を含有し、前記
軸部は2.5〜６重量％の前記焼結助剤（ａ）及び１〜５
重量％の前記焼結助剤（ｂ）を含有し、前記外層部の焼
結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率（Ａ）と前記軸
部の焼結助剤（ａ）＋焼結助剤（ｂ）の含有率（Ｂ）と
がＡ＜Ｂの関係を満たし、かつ前記外層部及び前記軸部
を形成する窒化珪素系セラミックスのいずれにおいて
も、前記焼結助剤（ａ）の含有量が前記焼結助剤（ｂ）
の含有量より多いことを特徴とするハイブリッドタービ
ンロータ。 - 【請求項２】請求項１に記載のハイブリッドタービンロ
ータにおいて、前記焼結助剤（ａ）がY2O3、Yb2O3及びN
d2O3の１種又は２種以上からなることを特徴とするハイ
ブリッドタービンロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1148744A JP2739343B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | ハイブリッドタービンロータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1148744A JP2739343B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | ハイブリッドタービンロータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0312362A JPH0312362A (ja) | 1991-01-21 |
| JP2739343B2 true JP2739343B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=15459654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1148744A Expired - Lifetime JP2739343B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | ハイブリッドタービンロータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2739343B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2866016B2 (ja) * | 1994-12-22 | 1999-03-08 | 三菱電機株式会社 | Ｉｃカードのリード・ライト装置の変調器、その復調器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2341531A1 (fr) * | 1976-02-23 | 1977-09-16 | Norton Co | Objets composites en nitrure de silici um contenant du carbure de silicium |
| JPS57203803A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-14 | Agency Of Ind Science & Technol | Ceramic blade structure |
| JPS595550A (ja) * | 1982-07-02 | 1984-01-12 | Hitachi Ltd | 回転陽極ｘ線管の陰極 |
| JPS60147501A (ja) * | 1984-01-11 | 1985-08-03 | Hitachi Ltd | タ−ビンロ−タ |
-
1989
- 1989-06-12 JP JP1148744A patent/JP2739343B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0312362A (ja) | 1991-01-21 |
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