JP2868893B2 - 金属線強化耐熱セラミック複合体 - Google Patents

金属線強化耐熱セラミック複合体

Info

Publication number
JP2868893B2
JP2868893B2 JP32087990A JP32087990A JP2868893B2 JP 2868893 B2 JP2868893 B2 JP 2868893B2 JP 32087990 A JP32087990 A JP 32087990A JP 32087990 A JP32087990 A JP 32087990A JP 2868893 B2 JP2868893 B2 JP 2868893B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
niobium
layer
aluminum
metal wire
ceramic composite
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
Application number
JP32087990A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04193774A (ja
Inventor
昌行 伊藤
隆夫 鈴木
信一郎 奥出
昌子 中橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP32087990A priority Critical patent/JP2868893B2/ja
Publication of JPH04193774A publication Critical patent/JPH04193774A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2868893B2 publication Critical patent/JP2868893B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は金属線強化耐熱セラミック複合体に係わり、
特に、高温における優れた強度および高い靭性を有し、
加熱、冷却の繰り返し熱疲労に強い金属線強化耐熱セラ
ミック複合体に関する。
(従来の技術) 最近、省資源の観点から高温ガスタービンに代表され
る大型のエネルギー変換機器の高効率化が重要視されて
いる。高効率化を実現する基本的手段としては、変換機
器の動作温度の高温化を挙げることができる、この場
合、機器に使用される部材は、その耐用温度が構造上問
題となる、このエネルギー変換機器の材料として、従来
より鉄基(Fe基)、コバルト基(Co基)、またはニッケ
ル基(Ni基)等の超合金が使用されている。
しかしながら、これらの超合金を用いても、耐用温度
を上昇させるための材料開発は限界に近い状況である。
この要求を満足するために、高温での耐熱性、耐腐食
性に優れているAl2O3やSi3N4等のセラミックスの適用も
検討されている。特に、高温、高圧のガスにさらされる
ガスタービンの動静翼の材料として、このセラミックス
が期待されている。しかしながら、これらのセラミック
スは、靭性が低く、僅かな衝撃でも砕けてしまい、ま
た、熱疲労特性も低く加熱、冷却の繰り返し熱負荷がか
かるとクラックが発生し易いという問題があった。
(発明が解決しようとする課題) この発明は、このような点を考慮してなされたもの
で、その目的は、高温で十分高い強度が得られ、しかも
高い靭性を有し、加熱、冷却の繰り返し熱疲労に強く、
長期間にわたって安定して使用できる金属線強化耐熱セ
ラミック複合体を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段および作用) 本発明は、セラミックからなる基体と、この基体中に
配設された耐火金属繊維とを有し、この耐火金属繊維が
ニオブ若しくはニオブ合金からなるニオブ層並びにこの
ニオブ層を覆う鉄基(Fe)、ニッケル基(Ni)、または
コバルト基(Co)の超合金からなる超合金層で被覆され
ていることを特徴とする金属線強化耐熱セラミック複合
体である。またこの基体中に配設された耐火金属繊維が
ニオブまたはニオブ合金からなるニオブ層と、ニオブ層
の表面上に形成されたアルミニウムもしくはアルミニウ
ム合金からなるアルミニウム層とを有し、さらに鉄基超
合金、ニッケル基超合金またはコバルト基超合金からな
る超合金で被覆された金属線強化耐熱セラミック複合体
であり、この複合体は特に基体が酸化物セラミック又は
窒化物セラミックの場合に有効である。
このような金属線強化耐熱セラミック複合体は、耐火
金属繊維を超合金で被覆することにより、高温でのセラ
ミックと耐火金属繊維との酸化反応、窒化反応を防止し
て強化体の劣化を防止することができる。また、この
時、耐火金属繊維をニオブまたはニオブ合金からなるニ
オブ層で、またこのニオブ層にさらにアルミニウムもし
くはアルミニウム合金からなるアルミニウム層を設けて
いるため、鉄基、ニッケル基またはコバルト基の超合金
と耐火金属繊維との間の高温における相互拡散が防止さ
れ、耐火金属繊維からなる強化体の劣化を防止すること
ができる。従って、この金属線強化耐熱セラミック複合
体は、十分な高温強度を有する。なお、前述のニオブ層
及びアルミニウム層を設けた場合には、製造工程中等の
条件設定によりその界面にニオブ−アルミニウム合金
層、酸化アルミニウム層等のアルミニウムリッチ層を形
成することが可能となり、このアルミニウムリッチ層は
酸化反応、窒化反応防止層としての鉄基、ニッケル基ま
たはコバルト基の超合金から耐火金属繊維に種々の元素
が拡散するのを防止する障壁層として一層有効に機能す
る。以下に本発明の係る金属線強化耐熱、セラミック複
合体の製造方法について説明する。
上記ニオブ層は、ニオブもしくはニオブ合金からな
り、耐火金属繊維の表面にニオブ等の粉末を有機系粘着
材と共に塗布した後、粉末冶金的手法で一体化するか、
プラズマ溶射によって被覆して一体化することにより形
成することができる。ここで、ニオブ合金としては、
W、Zr、Mo、V、Hf、Ti、Yの少なくとも1種を25wt%
程度まで含み、残部が実質的にニオブからなるものを用
いることができる。このニオブ層の厚さは0.01mmから0.
1mmの範囲が好ましい。この厚さが0.01mm未満の場合は
耐火金属繊維を完全に被覆できない場合があり、また、
0.1mmをこえると耐火金属繊維の体積率が低下し金属線
強化耐熱セラミック複合体としての十分な強度がえられ
ない場合がある。
上記アルミニウム層は、ニオブ層の表面に、アルミニ
ウムもしくはアルミニウムを主体とした合金を真空蒸着
法、PVD法(Phiscal Vapor Deposition)、CVD法(Chem
ical Vapor Deposition)、プラズマ溶射等により形成
することができる。さらに必要に応じ加熱工程を施すこ
とにより、ニオブ層のニオブとアルミニウム層のアルミ
ニウムとを反応させて、ニオブ層とこのアルミニウム層
との界面に前述ニオブ−アルミニウム合金層または酸化
アルミニウム等のアルミニウムリッチ層を形成すること
ができる。このニオブ−アルミニウム合金層等のアルミ
ニウムリッチ層を形成する加熱処理は、アルミニウム層
を形成した後にこの耐火金属繊維を加熱して行ってもよ
く、また、アルミニウム層を形成した後に耐火金属繊維
を超合金で被覆する際の加熱によっても行うことができ
る。なおアルミニウム層の厚さは、0.001mmから0.05mm
が好ましい。膜厚が0.01mm未満の場合はニオブ層上に連
続的にアルミニウム層が形成できない場合があり、又、
0.05mmを越えるとこのアルミニウム層にクラックが生じ
たり、剥がれる場合がある。
耐火金属繊維を被覆する超合金としては、重量比で10
〜35%のCr、5〜20%のAl、0.3〜1.5%のYおよび残部
Feからなる鉄基超合金、5〜30%のCr、5〜20%のAl、
0.3〜1.5%のY、0〜30%のCoおよび残部Niの組成を有
するNi基超合金、および、5〜35%のCr、5〜20%のA
l、0.3〜1.5%のY、0〜20%のNiおよび残部Coの組成
を有するCoの基超合金を夫々用いることができる。
本発明の耐火金属繊維としては、タングステン、モリ
ブデン、タンタルもしくはその合金からなる耐火金属繊
維を用いることができるが、実用上は、タングステン合
金を用いることが好ましい。また、耐火金属繊維に酸化
トリウム(ThO2)、カリウム、シリコン、アルミニウム
のいずれかをドープ等により含有させるこおにより耐火
金属繊維の強度を増すことができる。この含有量は酸化
ナトリウムの場合、0.5wt%〜8wt%の範囲である。ま
た、カリウム(K)、シリコン(Si)もしくはアルミニ
ウム(Al)を単体もしくは複合で用いる場合の含有量
は、50ppm〜300ppmの範囲である。ThO2の添加は分散強
化を期待しており、0.5wt%未満ではその効果が期待で
きず、また、8wt%を越えるとむしろ欠陥となる。K、S
i、Alについては、粒界への析出を生じ、再結晶に対す
る抵抗をもたせるので、50〜300ppmの範囲外では期待で
きない。このタングステン合金は1000℃以上の高温での
強度劣化の要因となる再結晶化を越し難いために好適で
ある。こうした、耐火金属繊維の寸法は取扱いの観点か
下限を直径0.1mm、強度向上の観点から上限を0.5mmとす
るのが望ましい。
基体としてのセラミックスとしては、アルミナ(Al2O
3)、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)、イットリ
ア(Y2O3)等の酸化物セラミックスを1種類または2種
類以上の組合わせて用いる。または、窒化アルミ(Al
N)、窒化シリコン(Si3N4)等の窒化物セラミックスを
用いることができる。この基体としてのセラミツクスの
成形方法としては、耐火金属線にプラズマ溶射法、PVD
法,CVD法等を施すことが可能であるが、実用上はプラズ
マ溶射法を用いることがこの好ましい。
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。
実施例1 1.7wt%の酸化イットリウムを含有する直径0.3mmのタ
ングステン線を、低圧雰囲気プラズマ溶射にて厚さが0.
3mmのニオブからなるニオブ層で被覆した。このニオブ
層上に、低圧雰囲気プラズマ溶射により、0.05mmの厚さ
を有し、24wt%のCr、8wt%のAl、0.5wt%のY、残部Fe
からなる鉄基超合金を被覆して、W/Nb/FeCrAlY複合金属
線を作成した。この金属線30本並べて金属枠に固定し、
これに大気中プラズマ溶射でAl2O3を被覆して、Al2O3
ラミックス中に金属線を埋設した。これを繰り返し行な
って金属線を10層埋設した、W/Nb/FeCrALY/Al2O3の金属
線強化耐熱セラミック複合体を得た。
得られた金属線強化耐熱セラミック複合体について、
1200℃に加熱して1000時間保持した後、1000℃で引張試
験を行なった。その結果、この金属線強化耐熱セラミッ
ク複合体は60kg/mm2の引張り強さを有しており、このタ
ングステン線は強度劣化を起こしておらず、十分な高温
強度を有することが確認された。また、この金属線強化
耐熱セラミック複合体を1100℃への高温加熱と室温への
冷却を繰り返し100回行なってもクラックの発生が見ら
れず熱負荷(熱疲労)に強いことが確認された。
実施例2 1.7wt%の酸化トリウムを含有する直径0.3mmのタング
ステン線を、低圧雰囲気プラズマ溶射にて厚さが0.3mm
のニオブからなるニオブ層で被覆した。このニオブ層上
に、真空蒸着により厚さ0.01mmのアルミニウムからなる
アルミニウム層を形成した。このアルミニウム層上に、
低圧雰囲気プラズマ溶射により、0.05mmの厚さを有し、
20wt%のCo、16wt%のCr、13wt%のAl、0.5wt%のY、
残部Niからなる、NiCoCrAlY超合金を被覆して、W/Nb/Al
/NiCoCrAlY複合金属線を作成した。なおニオブ層とアル
ミニウム層との界面にはニオブアルミニウム合金層から
なるアルミニウムリッチ層が形成されていた。この金属
線30本を並べて金属枠に固定し、これに大気中プラズマ
溶射により、ZrO2・8Y2O3を被覆して、ZrO2・8Y2O3の酸
化物セラミック中に金属線を埋設した。これを繰り返し
行なって金属線を10層埋設した、W/Nb/Al/NiCoCrAlY/Zr
O2・8Y2O3の金属線強化耐熱セラミック複合体を得た。
得られた金属線強化耐熱セラミック複合体は、1100℃
で30kg/mm2の荷重に対して、1500時間のクリープ破断強
度を有していることがわかった。また、室温と1100℃と
の間を150回以上往復させる負荷を与えてもクラックの
発生することはなく、十分な高温強度を有することが確
認された。
[発明の効果] 以上の様に、本発明によれば、高温で十分高い強度が
得られ、しかも高い靭性を有し、加熱、冷却の繰り返し
熱疲労に強く、長期間にわたって安定して使用できる金
属線強化耐熱セラミック複合体を提供することができ
る。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックからなる基体と、この基体中に
    配設された耐火金属繊維とを有し、この耐火金属繊維が
    ニオブ若しくはニオブ合金からなるニオブ層並びにこの
    ニオブ層を覆う鉄基、ニッケル基、またはコバルト基の
    超合金からなる超合金層で被覆されていることを特徴と
    する金属線強化耐熱セラミック複合体。
  2. 【請求項2】セラミックからなる基体と、この基体中に
    配設された耐火金属繊維とを有し、この耐火金属繊維が
    ニオブ若しくはニオブ合金からなるニオブ層と、このニ
    オブ層を覆いアルミニウムもしくはアルミニウム合金か
    らなるアルミニウム層と、さらにこのアルミニウム層を
    覆う鉄基、ニッケル基、またはコバルト基の超合金から
    なる超合金層で被覆されていることを特徴とする金属線
    強化耐熱セラミック複合体。
JP32087990A 1990-11-27 1990-11-27 金属線強化耐熱セラミック複合体 Expired - Lifetime JP2868893B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32087990A JP2868893B2 (ja) 1990-11-27 1990-11-27 金属線強化耐熱セラミック複合体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32087990A JP2868893B2 (ja) 1990-11-27 1990-11-27 金属線強化耐熱セラミック複合体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04193774A JPH04193774A (ja) 1992-07-13
JP2868893B2 true JP2868893B2 (ja) 1999-03-10

Family

ID=18126284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32087990A Expired - Lifetime JP2868893B2 (ja) 1990-11-27 1990-11-27 金属線強化耐熱セラミック複合体

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2868893B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPM417294A0 (en) * 1994-03-02 1994-03-24 Broken Hill Proprietary Company Limited, The A composite material
US8715439B2 (en) * 2008-03-07 2014-05-06 The Boeing Company Method for making hybrid metal-ceramic matrix composite structures and structures made thereby
DE102015121829A1 (de) * 2015-12-15 2017-06-22 Outotec (Finland) Oy Rostwagen zum Transport von Schüttgut für eine thermische Behandlung

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04193774A (ja) 1992-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5993980A (en) Protective coating for protecting a component from corrosion, oxidation and excessive thermal stress, process for producing the coating and gas turbine component
KR100537710B1 (ko) 분산 강화된 금속성 결합 코팅을 이용한 열 차단 코팅
EP2083097B1 (en) Multilayer alloy coating film, heat-resistant metal member having the same, and method for producing multilayer alloy coating film
JP3001161B2 (ja) スーパーアロイに用いるアルミニウム処理コーティング
US5236745A (en) Method for increasing the cyclic spallation life of a thermal barrier coating
CN101307442B (zh) 承受高温的物件的制造方法
JPH01279781A (ja) セラミック被覆耐熱部材
US6387541B1 (en) Titanium article having a protective coating and a method of applying a protective coating to a Titanium article
WO1999018259A1 (en) Thermal barrier coating with alumina bond inhibitor
EP1229146A2 (en) Oxidation resistant coatings for niobium-based silicide composites
US6720088B2 (en) Materials for protection of substrates at high temperature, articles made therefrom, and method for protecting substrates
JPH0251978B2 (ja)
Knittel et al. Nb4Fe4Si7 coatings to protect niobium and niobium silicide composites against high temperature oxidation
US20080187773A1 (en) Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced
JPH01215937A (ja) 耐熱複合体
JP2868893B2 (ja) 金属線強化耐熱セラミック複合体
JP3857690B2 (ja) 拡散障壁用Re合金皮膜
JPS62211387A (ja) セラミツク被覆耐熱部材の製造方法
US11873736B2 (en) Turbine part made of superalloy comprising rhenium and/or ruthenium and associated manufacturing method
Zhang et al. Preparation and oxidation resistance of a crack-free Al diffusion coating on Ti22Al26Nb
KR100668947B1 (ko) 니켈계 초합금의 내산화 표면처리 방법 및 이를 채용한가스터빈 부품
JPWO2003038151A1 (ja) 拡散障壁用ReCrNi合金皮膜
JPWO2003038150A1 (ja) 拡散障壁用ReCr合金皮膜
JPH01252739A (ja) 耐熱複合体
US20240093343A1 (en) Aircraft part made of superalloy comprising rhenium and/or ruthenium and associated manufacturing method