JP2743666B2 - タービン用セラミックス材料およびその製造方法 - Google Patents
タービン用セラミックス材料およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種タービンの素材と
して好適に利用されるタービン用セラミックス材料およ
びその製造方法に関するものである。
して好適に利用されるタービン用セラミックス材料およ
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、タービンの素材としては、ＳＵＨ
６００，ＳＵＨ６１６などの耐熱鋼や、インコネルＸ−
７５０，インコネル７５１などのＮｉ基耐熱合金等が使
用されてきたが、近年においては軽量でかつ耐食性に優
れたセラミックス材料を適用する開発も行われ、すでに
実用化もなされている。
６００，ＳＵＨ６１６などの耐熱鋼や、インコネルＸ−
７５０，インコネル７５１などのＮｉ基耐熱合金等が使
用されてきたが、近年においては軽量でかつ耐食性に優
れたセラミックス材料を適用する開発も行われ、すでに
実用化もなされている。
【０００３】そして、タービン用セラミックス材料に関
しては、例えば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｂｒ
ｉｔｉｓｈ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２２，
１２９−４６（１９７３）に記載されたＭ．Ｌ．Ｔｏｒ
ｔｉらによる文献や、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒ
ｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ５２
［７］ ５６０−６２，５６９（１９７３）に記載され
たＤ．Ｗ．Ｒｉｃｈｅｒｓｏｎによる文献において開示
があり、特に窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）を用いた例が示されている。
しては、例えば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｂｒ
ｉｔｉｓｈ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２２，
１２９−４６（１９７３）に記載されたＭ．Ｌ．Ｔｏｒ
ｔｉらによる文献や、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒ
ｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ５２
［７］ ５６０−６２，５６９（１９７３）に記載され
たＤ．Ｗ．Ｒｉｃｈｅｒｓｏｎによる文献において開示
があり、特に窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）を用いた例が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
タービン用セラミックス材料において、１９７０年代の
初期の頃においては緻密なセラミックスを得ることがで
きず、強度が低いため、タービンとして使用したときに
高速回転時の応力によって破損することがあるという問
題点があった。
タービン用セラミックス材料において、１９７０年代の
初期の頃においては緻密なセラミックスを得ることがで
きず、強度が低いため、タービンとして使用したときに
高速回転時の応力によって破損することがあるという問
題点があった。
【０００５】そして、最近の技術においては焼結技術の
進歩によって緻密なセラミックスによるタービン用材料
が開発されてきた。
進歩によって緻密なセラミックスによるタービン用材料
が開発されてきた。
【０００６】このような緻密なセラミックスによるター
ビン用材料は、空孔をできるだけ減らすことによって、
高強度でかつ高剛性であるセラミックス材料とはなって
いたが、同時に脆さも共存していたため、特にタービン
素材として使用したときに受ける異物の衝突による粒子
衝撃によっても微細なクラックが生じないようにし、こ
のような微細なクラックを起点として破壊に至ることが
ないようにする必要があるという課題があった。
ビン用材料は、空孔をできるだけ減らすことによって、
高強度でかつ高剛性であるセラミックス材料とはなって
いたが、同時に脆さも共存していたため、特にタービン
素材として使用したときに受ける異物の衝突による粒子
衝撃によっても微細なクラックが生じないようにし、こ
のような微細なクラックを起点として破壊に至ることが
ないようにする必要があるという課題があった。
【０００７】
【発明の目的】本発明は上記した従来の課題にかんがみ
てなされたものであって、タービンとして使用している
ときに異物の衝突による粒子衝撃を受けたときでもクラ
ックが発生しがたく、したがってこのようなクラックを
起点とする破壊が生じがたい衝撃耐性に優れたタービン
用セラミックス材料を提供することを目的としている。
てなされたものであって、タービンとして使用している
ときに異物の衝突による粒子衝撃を受けたときでもクラ
ックが発生しがたく、したがってこのようなクラックを
起点とする破壊が生じがたい衝撃耐性に優れたタービン
用セラミックス材料を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるタービン
用セラミックス材料は、請求項１に記載しているよう
に、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多結
晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤ ング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にあるも
のとしたことを特徴としている。
用セラミックス材料は、請求項１に記載しているよう
に、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多結
晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤ ング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にあるも
のとしたことを特徴としている。
【０００９】また、本発明に係わるタービン用セラミッ
クス材料の製造方法は、請求項２に記載しているよう
に、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多結
晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある粒
子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービン用セラ
ミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素粉末を８
５重量％と、焼結助剤（Ｙ ２ Ｏ ３ ＋Ａｌ ２ Ｏ ３ ；Ｙ ２ Ｏ
３ ：Ａｌ ２ Ｏ ３ ＝２：１）粉末を１５重量％とを配合し
た原料粉末を用い、前記原料粉末を成形して窒素雰囲気
１気圧のもとで１７００〜１７５０℃で常圧焼結した
後、常圧焼結温度よりも１００〜２００℃高い温度で１
０００気圧の窒素分圧下で再焼結するようにしたことを
特徴としている。
クス材料の製造方法は、請求項２に記載しているよう
に、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多結
晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある粒
子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービン用セラ
ミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素粉末を８
５重量％と、焼結助剤（Ｙ ２ Ｏ ３ ＋Ａｌ ２ Ｏ ３ ；Ｙ ２ Ｏ
３ ：Ａｌ ２ Ｏ ３ ＝２：１）粉末を１５重量％とを配合し
た原料粉末を用い、前記原料粉末を成形して窒素雰囲気
１気圧のもとで１７００〜１７５０℃で常圧焼結した
後、常圧焼結温度よりも１００〜２００℃高い温度で１
０００気圧の窒素分圧下で再焼結するようにしたことを
特徴としている。
【００１０】同じく、本発明に係わるタービン用セラミ
ックス材料の製造方法は、請求項３に記載しているよう
に、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多結
晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある粒
子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービン用セラ
ミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素粉末を８
５重量％と、焼結助剤（Ｙ ２ Ｏ ３ ＋Ａｌ ２ Ｏ ３ ；Ｙ ２ Ｏ
３ ：Ａｌ ２ Ｏ ３ ＝２：１）粉末を１５重量％とを配合し
た原料粉末を用い、前記原料粉末にＳｉＣ粒子またはＳ
ｉＣウイスカーを１０体積％添加した混合粉末を成形し
て窒素雰囲気１気圧のもとで１７００〜１７５０℃で常
圧焼結した後、常圧焼結温度よりも１００〜２００℃高
い温度で１０００気圧の窒素分圧下で再焼結するように
したことを特徴としている。
ックス材料の製造方法は、請求項３に記載しているよう
に、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多結
晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある粒
子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービン用セラ
ミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素粉末を８
５重量％と、焼結助剤（Ｙ ２ Ｏ ３ ＋Ａｌ ２ Ｏ ３ ；Ｙ ２ Ｏ
３ ：Ａｌ ２ Ｏ ３ ＝２：１）粉末を１５重量％とを配合し
た原料粉末を用い、前記原料粉末にＳｉＣ粒子またはＳ
ｉＣウイスカーを１０体積％添加した混合粉末を成形し
て窒素雰囲気１気圧のもとで１７００〜１７５０℃で常
圧焼結した後、常圧焼結温度よりも１００〜２００℃高
い温度で１０００気圧の窒素分圧下で再焼結するように
したことを特徴としている。
【００１１】同じく、本発明に係わるタービン用セラミ
ックス材料の製造方法は、請求項４に記載しているよう
に、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多結
晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある粒
子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービン用セラ
ミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素粉末を８
５重量％と、焼結助剤（Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３；Ｙ２Ｏ
３：Ａｌ２Ｏ３＝２：１）粉末を１５重量％とを配合し
た原料粉末を用い、前記原料粉末にＳｉＣ粒子またはＳ
ｉＣウイスカーを１０体積％添加した混合粉末を成形し
て窒素雰囲気１気圧のもとで１７００〜１７５０℃で焼
結するようにしたことを特徴としている。
ックス材料の製造方法は、請求項４に記載しているよう
に、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多結
晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある粒
子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービン用セラ
ミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素粉末を８
５重量％と、焼結助剤（Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３；Ｙ２Ｏ
３：Ａｌ２Ｏ３＝２：１）粉末を１５重量％とを配合し
た原料粉末を用い、前記原料粉末にＳｉＣ粒子またはＳ
ｉＣウイスカーを１０体積％添加した混合粉末を成形し
て窒素雰囲気１気圧のもとで１７００〜１７５０℃で焼
結するようにしたことを特徴としている。
【００１２】本発明に係わるタービン用セラミックス材
料は、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多
結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にあるよ
うにしたものであり、硬さＨを低くしかつヤング率Ｙを
大きくすることでＨ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範
囲内にあるようにすることによって異物が衝突した際の
粒子衝撃に対して塑性変形を生じやすくし、異物の衝突
による点荷重下において応力状態が弾性応力場を保つよ
うにすることによって、衝撃耐性すなわち粒子衝撃性が
向上したものにでき、タービン素材として使用した際の
耐久性がより一層向上したものにできる。
料は、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である多
結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬さ
（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤング
率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙと
の比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にあるよ
うにしたものであり、硬さＨを低くしかつヤング率Ｙを
大きくすることでＨ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範
囲内にあるようにすることによって異物が衝突した際の
粒子衝撃に対して塑性変形を生じやすくし、異物の衝突
による点荷重下において応力状態が弾性応力場を保つよ
うにすることによって、衝撃耐性すなわち粒子衝撃性が
向上したものにでき、タービン素材として使用した際の
耐久性がより一層向上したものにできる。
【００１３】本発明に係わるタービン用セラミックス材
料は、上記した構成を有するものであって、ホットプレ
ス法，熱間等方圧加圧法，常圧焼結法など各種の方法で
製造することが可能であり、具体的には請求項２〜４に
記載した方法で製造することが可能である。
料は、上記した構成を有するものであって、ホットプレ
ス法，熱間等方圧加圧法，常圧焼結法など各種の方法で
製造することが可能であり、具体的には請求項２〜４に
記載した方法で製造することが可能である。
【００１４】
【発明の作用】本発明に係わるタービン用セラミックス
材料は、材料中の６５重量％以上がβ 型窒化珪素である
多結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬
さ（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤン
グ率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙ
との比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある
ものとしたから、異物の衝突による粒子衝撃に対して適
度の塑性を示し、弾性応力場で荷重を受けるものとなっ
て、粒子衝撃によるクラックの発生が阻止されて破壊が
生じがたいものとなり、粒子衝撃を受けたときの衝撃耐
性に優れたものとなる。
材料は、材料中の６５重量％以上がβ 型窒化珪素である
多結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬
さ（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤン
グ率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙ
との比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある
ものとしたから、異物の衝突による粒子衝撃に対して適
度の塑性を示し、弾性応力場で荷重を受けるものとなっ
て、粒子衝撃によるクラックの発生が阻止されて破壊が
生じがたいものとなり、粒子衝撃を受けたときの衝撃耐
性に優れたものとなる。
【００１５】
【実施例】本発明に係わるタービン用セラミックス材料
の実施例および比較例さらには参考例を表１，表２にま
とめて示す。
の実施例および比較例さらには参考例を表１，表２にま
とめて示す。
【００１６】（実施例１） 実施例１では、α型窒化珪素（α−Ｓｉ３Ｎ４）粉末を
８５重量％と、焼結助剤（Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３；Ｙ２
Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝２：１）粉末を１５重量％とを配合
し、アルコールを添加してボールミルにより充分混合し
たのち乾燥し、成形荷重４ｔｏｎで成形したのち表１の
実施例１の欄に示す条件で常圧により一次焼結し、さら
に同じく実施例１の欄に示す条件で熱間等方圧加圧（Ｈ
ＩＰ）により再焼結してセラミックス材料を得た。
８５重量％と、焼結助剤（Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３；Ｙ２
Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝２：１）粉末を１５重量％とを配合
し、アルコールを添加してボールミルにより充分混合し
たのち乾燥し、成形荷重４ｔｏｎで成形したのち表１の
実施例１の欄に示す条件で常圧により一次焼結し、さら
に同じく実施例１の欄に示す条件で熱間等方圧加圧（Ｈ
ＩＰ）により再焼結してセラミックス材料を得た。
【００１７】（実施例２） 実施例２では、表１の実施例２の欄に示すように、再焼
結の際の温度を実施例１の場合よりも高くして１９５０
℃としたほかは実施例１と同じようにしてセラミックス
材料を得た。
結の際の温度を実施例１の場合よりも高くして１９５０
℃としたほかは実施例１と同じようにしてセラミックス
材料を得た。
【００１８】（実施例３） 実施例３では、混合粉末中に平均粒子径が０．２６μｍ
のＳｉＣ粒子を１０体積％添加した混合粉末としたほか
は実施例１と同じ条件で常圧焼結による一次焼結および
熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）による再焼結を行うことによ
ってセラミックス材料を得た。この場合、ＳｉＣ粒子は
マトリックスとなるβ−Ｓｉ３Ｎ４粉末の焼結を制限す
る作用をはたすものとなり、焼結条件と共に微構造制御
を行うことによって硬さを下げると共にヤング率を向上
させて衝撃耐性の増大をはかっている。
のＳｉＣ粒子を１０体積％添加した混合粉末としたほか
は実施例１と同じ条件で常圧焼結による一次焼結および
熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）による再焼結を行うことによ
ってセラミックス材料を得た。この場合、ＳｉＣ粒子は
マトリックスとなるβ−Ｓｉ３Ｎ４粉末の焼結を制限す
る作用をはたすものとなり、焼結条件と共に微構造制御
を行うことによって硬さを下げると共にヤング率を向上
させて衝撃耐性の増大をはかっている。
【００１９】（実施例４） 実施例４では、混合粉末中に平均長さ３０μｍのＳｉＣ
ウイスカーを１０体積％添加した混合粉末とし、表１の
実施例４の欄に示した条件でホットプレスすることによ
ってセラミックス複合材料を得た。この場合、ＳｉＣウ
イスカーはマトリックスとなるβ−Ｓｉ３Ｎ４粉末の焼
結を制限する作用をはたすものとなり、焼結条件と共に
微構造制御を行うことにより硬さを下げると共にヤング
率を向上させて衝撃耐性の増大をはかっている。
ウイスカーを１０体積％添加した混合粉末とし、表１の
実施例４の欄に示した条件でホットプレスすることによ
ってセラミックス複合材料を得た。この場合、ＳｉＣウ
イスカーはマトリックスとなるβ−Ｓｉ３Ｎ４粉末の焼
結を制限する作用をはたすものとなり、焼結条件と共に
微構造制御を行うことにより硬さを下げると共にヤング
率を向上させて衝撃耐性の増大をはかっている。
【００２０】（比較例１） 比較例１では、α型窒化珪素粉末を８５重量％と焼結助
剤（Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３；Ｙ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝
２：１）粉末を１５重量％とを配合し、アルコールを添
加してボールミルにより充分混合したのち乾燥し、成形
荷重４ｔｏｎで成形したのち表１の比較例１の欄に示す
条件で焼結を行ってセラミックス材料を得た。
剤（Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３；Ｙ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝
２：１）粉末を１５重量％とを配合し、アルコールを添
加してボールミルにより充分混合したのち乾燥し、成形
荷重４ｔｏｎで成形したのち表１の比較例１の欄に示す
条件で焼結を行ってセラミックス材料を得た。
【００２１】（比較例２） 比較例２では、窒化珪素粉末と焼結助剤（５重量％Ｙ２
Ｏ３＋３重量％Ａｌ２Ｏ３）の配合割合を変えて窒化珪
素粉末をより多くすると共に焼結温度を１７５０℃とし
かつ焼結時間を３時間としたほかは比較例１と同じよう
にしてセラミックス材料を得た。
Ｏ３＋３重量％Ａｌ２Ｏ３）の配合割合を変えて窒化珪
素粉末をより多くすると共に焼結温度を１７５０℃とし
かつ焼結時間を３時間としたほかは比較例１と同じよう
にしてセラミックス材料を得た。
【００２２】（比較例３） 比較例３では常圧焼結に代えてホットプレスを用いたほ
かは比較例１と同じようにしてセラミックス材料を得
た。
かは比較例１と同じようにしてセラミックス材料を得
た。
【００２３】（比較例４） 比較例４では、焼結温度を１７５０℃とし、焼結時間を
３時間としたほかは比較例１と同じようにしてセラミッ
クス材料を得た。（比較例５） 比較例５では、実施例１で得た乾燥粉末を５００μｍの
ふるいに通した後、表１の比較例５の欄に示した条件で
ホットプレスすることによってセラミックス材料を得
た。
３時間としたほかは比較例１と同じようにしてセラミッ
クス材料を得た。（比較例５） 比較例５では、実施例１で得た乾燥粉末を５００μｍの
ふるいに通した後、表１の比較例５の欄に示した条件で
ホットプレスすることによってセラミックス材料を得
た。
【００２４】（参考例１） 参考例１としてはセラミックス材料としてジルコニア
（ＺｒＯ２）をあげた。
（ＺｒＯ２）をあげた。
【００２５】（参考例２） 参考例２としてはセラミックス材料として炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）をあげた。
ｉＣ）をあげた。
【００２６】（評価例） 実施例１〜４，比較例１〜４および参考例１，２の各セ
ラミックス材料について、密度，結晶相，曲げ強度，硬
さ，ヤング率および粒子衝撃を受けたときの衝撃耐性を
測定した。
ラミックス材料について、密度，結晶相，曲げ強度，硬
さ，ヤング率および粒子衝撃を受けたときの衝撃耐性を
測定した。
【００２７】これらのうち、硬さの測定はビッカース圧
子を用いて荷重３００ｇで測ることにより行った。ま
た、衝撃耐性の評価は直径１ｍｍのジルコニア球をＨｅ
ガス銃で打ち込み、固有欠陥より大きなクラックが形成
される速度を求めることにより行った。
子を用いて荷重３００ｇで測ることにより行った。ま
た、衝撃耐性の評価は直径１ｍｍのジルコニア球をＨｅ
ガス銃で打ち込み、固有欠陥より大きなクラックが形成
される速度を求めることにより行った。
【００２８】これらの結果を表２に示す。
【００２９】表２に示すように、実施例１〜４のセラミ
ックス材料は、一次焼結したのち再焼結することによっ
て結晶粒を成長させ、硬さを低くすると共にヤング率を
高めたものとして、硬さＨとヤング率Ｙとの比Ｈ／Ｙが
０．０４７〜０．０５５の範囲内にあるようにしたか
ら、参考例１に示したジルコニア質セラミックス材料や
参考例２に示した炭化珪素質セラミックス材料に比べて
衝撃耐性がかなり大きな値となっており、異物との衝突
による粒子衝撃を受けたときには塑性変形を生じやすく
し、点荷重下で応力状態が弾性応力場を保つようにして
いるので、衝撃耐性が向上したものとなっていて、ター
ボチャージャローター等のタービン材に用いたときの粒
子衝撃性に優れたものであることが認められた。
ックス材料は、一次焼結したのち再焼結することによっ
て結晶粒を成長させ、硬さを低くすると共にヤング率を
高めたものとして、硬さＨとヤング率Ｙとの比Ｈ／Ｙが
０．０４７〜０．０５５の範囲内にあるようにしたか
ら、参考例１に示したジルコニア質セラミックス材料や
参考例２に示した炭化珪素質セラミックス材料に比べて
衝撃耐性がかなり大きな値となっており、異物との衝突
による粒子衝撃を受けたときには塑性変形を生じやすく
し、点荷重下で応力状態が弾性応力場を保つようにして
いるので、衝撃耐性が向上したものとなっていて、ター
ボチャージャローター等のタービン材に用いたときの粒
子衝撃性に優れたものであることが認められた。
【００３０】これに対して、比較例１〜４のセラミック
ス材料は、硬さＨとヤング率Ｙとの比Ｈ／Ｙが０．０４
７〜０．０５５の範囲から外れたものであって、衝撃耐
性に劣ったものになっていることが認められ、ターボチ
ャージャローター等のタービン材に用いたときには定格
回転数である９〜１０万回転で破壊するおそれがあるも
のであった。また、比較例５のセラミックス材料は、硬
さＨが高い値をもっているのに対してヤング率Ｙが低い
ためＨ／Ｙ比が０．０５５を超えるものとなっているの
で、衝撃耐性に劣ったものとなっていることが認められ
た。
ス材料は、硬さＨとヤング率Ｙとの比Ｈ／Ｙが０．０４
７〜０．０５５の範囲から外れたものであって、衝撃耐
性に劣ったものになっていることが認められ、ターボチ
ャージャローター等のタービン材に用いたときには定格
回転数である９〜１０万回転で破壊するおそれがあるも
のであった。また、比較例５のセラミックス材料は、硬
さＨが高い値をもっているのに対してヤング率Ｙが低い
ためＨ／Ｙ比が０．０５５を超えるものとなっているの
で、衝撃耐性に劣ったものとなっていることが認められ
た。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【発明の効果】本発明に係わるタービン用セラミックス
材料は、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である
多結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬
さ（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤン
グ率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙ
との比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある
ものとなっていることから、異物の衝突により粒子衝撃
を受けたときには適度の塑性変形が生じ、点荷重下で応
力状態が弾性応力場を保つようになるため、衝撃耐性が
著しく向上したものとなり、粒子衝撃を受けたときでも
クラックが発生しがたいものとなってこのようなクラッ
クを起点とする破壊を生じがたいタービン用セラミック
ス材料であるという優れた効果がもたらされ、本発明に
係わるタービン用セラミックス材料の製造方法によれ
ば、上記したような粒子衝撃を受けたときの衝撃耐性が
著しく向上したタービン用セラミックス材料を製造する
ことができるという優れた効果がもたらされる。
材料は、材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素である
多結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカース硬
さ（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上でありヤン
グ率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤング率Ｙ
との比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内にある
ものとなっていることから、異物の衝突により粒子衝撃
を受けたときには適度の塑性変形が生じ、点荷重下で応
力状態が弾性応力場を保つようになるため、衝撃耐性が
著しく向上したものとなり、粒子衝撃を受けたときでも
クラックが発生しがたいものとなってこのようなクラッ
クを起点とする破壊を生じがたいタービン用セラミック
ス材料であるという優れた効果がもたらされ、本発明に
係わるタービン用セラミックス材料の製造方法によれ
ば、上記したような粒子衝撃を受けたときの衝撃耐性が
著しく向上したタービン用セラミックス材料を製造する
ことができるという優れた効果がもたらされる。
Claims (4)
- 【請求項１】 材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素
である多結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカ
ース硬さ（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上であ
りヤング率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤン
グ率Ｙとの比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内
にあることを特徴とするタービン用セラミックス材料。 - 【請求項２】 材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素
である多結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカ
ース硬さ（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上であ
りヤング率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤン
グ率Ｙとの比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内
にある粒子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービ
ン用セラミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素
粉末を８５重量％と、焼結助剤（Ｙ ２ Ｏ ３ ＋Ａｌ
２ Ｏ ３ ；Ｙ ２ Ｏ ３ ：Ａｌ ２ Ｏ ３ ＝２：１）粉末を１５重
量％とを配合した原料粉末を用い、前記原料粉末を成形
して窒素雰囲気１気圧のもとで１７００〜１７５０℃で
常圧焼結した後、常圧焼結温度よりも１００〜２００℃
高い温度で１０００気圧の窒素分圧下で再焼結すること
を特徴とするタービン用セラミックス材料の製造方法。 - 【請求項３】 材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素
である多結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカ
ース硬さ（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上であ
りヤング率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤン
グ率Ｙとの比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内
にある粒子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービ
ン用セラミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素
粉末を８５重量％と、焼結助剤（Ｙ ２ Ｏ ３ ＋Ａｌ
２ Ｏ ３ ；Ｙ ２ Ｏ ３ ：Ａｌ ２ Ｏ ３ ＝２：１）粉末を１５重
量％とを配合した原料粉末を用い、前記原料粉末にＳｉ
Ｃ粒子またはＳｉＣウイスカーを１０体積％添加した混
合粉末を成形して窒素雰囲気１気圧のもとで１７００〜
１７５０℃で常圧焼結した後、常圧焼結温度よりも１０
０〜２００℃高い温度で１０００気圧の窒素分圧下で再
焼結することを特徴とす るタービン用セラミックス材料
の製造方法。 - 【請求項４】 材料中の６５重量％以上がβ型窒化珪素
である多結晶セラミックスよりなりかつ硬さＨがビッカ
ース硬さ（荷重；３００ｇ）で１４．３ＧＰａ以上であ
りヤング率Ｙが２９０ＧＰａ以上であって硬さＨとヤン
グ率Ｙとの比Ｈ／Ｙが０．０４７〜０．０５５の範囲内
にある粒子衝撃を受けたときの衝撃耐性に優れたタービ
ン用セラミックス材料を製造するに際し、α型窒化珪素
粉末を８５重量％と、焼結助剤（Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ
２Ｏ３；Ｙ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝２：１）粉末を１５重
量％とを配合した原料粉末を用い、前記原料粉末にＳｉ
Ｃ粒子またはＳｉＣウイスカーを１０体積％添加した混
合粉末を成形して窒素雰囲気１気圧のもとで１７００〜
１７５０℃で焼結することを特徴とするタービン用セラ
ミックス材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3312552A JP2743666B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | タービン用セラミックス材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3312552A JP2743666B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | タービン用セラミックス材料およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05148004A JPH05148004A (ja) | 1993-06-15 |
| JP2743666B2 true JP2743666B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=18030586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3312552A Expired - Lifetime JP2743666B2 (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | タービン用セラミックス材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2743666B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4712997B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2011-06-29 | 京セラ株式会社 | 組み合わせ部材とその製造方法及びガスタービン用部品 |
| JP2003010736A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-01-14 | Babcock Hitachi Kk | 燃料吹込供給ノズル |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0610115B2 (ja) * | 1985-08-12 | 1994-02-09 | 株式会社日立製作所 | 複合セラミツクスの製造法 |
| JPS6445757A (en) * | 1987-04-30 | 1989-02-20 | Sandvik Ab | Sintered ceramic material |
-
1991
- 1991-11-27 JP JP3312552A patent/JP2743666B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05148004A (ja) | 1993-06-15 |
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