JP3129383B2 - 酸化物被覆炭化珪素材とその製法 - Google Patents
酸化物被覆炭化珪素材とその製法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は宇宙往還機、次世代超音
速旅客機の機体構造、エンジン部品やガスタービンなど
の耐熱構造材として有利に適用されるランタノイド系希
土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材及びその製造方
法に関する。
速旅客機の機体構造、エンジン部品やガスタービンなど
の耐熱構造材として有利に適用されるランタノイド系希
土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材及びその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素素材の耐酸化性向上を狙いとし
て、炭化珪素素材の表面に耐酸化性の優れた各種の金属
酸化物層を被覆した炭化珪素素材が提案されている。し
かし、炭化珪素は、それ自体の酸化によって形成される
二酸化珪素の被膜を除いて、他の金属酸化物の被覆とは
密着性が乏しいため十分な耐酸化性を得ることができな
い。
て、炭化珪素素材の表面に耐酸化性の優れた各種の金属
酸化物層を被覆した炭化珪素素材が提案されている。し
かし、炭化珪素は、それ自体の酸化によって形成される
二酸化珪素の被膜を除いて、他の金属酸化物の被覆とは
密着性が乏しいため十分な耐酸化性を得ることができな
い。
【０００３】このため、炭化珪素素材と耐酸化性の優れ
た金属酸化物を密着させるため、両者の間に中間層を設
けて密着性を向上させる方法が提案されている（特開平
３−２２１４４４号公報、特願平４−２０２２３０号な
ど参照）。しかしながら、上記中間層を設ける方法には
いくつかの問題が認められた。特開平３−２２１４４４
号公報で提案されている中間層は、金属酸化物と金属炭
化物から構成されたもので、高温環境下で両者は反応生
成物を形成してしまうので耐久性に問題がある。また、
特願平４−２０２２３０号で提案されている方法は、こ
れまでにランタノイド系希土類元素（ただし、イットリ
ウムを含む）の酸化物と炭化珪素の組合せまたはランタ
ノイド系希土類元素（ただし、イットリウムを含む）と
珪素との複合酸化物と炭化珪素の組合せについて具体的
に適用していない。加えて、実際にこれらの組合せにつ
いて適用した場合、中間層の組成によっては長期間大気
中に放置することで酸化などのため粉塵化してしまうた
め非常に短時間のうちに接合を行わなければならないと
いう不具合が生じる恐れがあった。また、上記の先願明
細書に開示されているトリウム、ハフニウム等の金属で
は、金属酸化物の熱膨張係数が炭化珪素のそれと相違す
るため、加熱時の熱応力が大きく、密着性が不充分であ
る。
た金属酸化物を密着させるため、両者の間に中間層を設
けて密着性を向上させる方法が提案されている（特開平
３−２２１４４４号公報、特願平４−２０２２３０号な
ど参照）。しかしながら、上記中間層を設ける方法には
いくつかの問題が認められた。特開平３−２２１４４４
号公報で提案されている中間層は、金属酸化物と金属炭
化物から構成されたもので、高温環境下で両者は反応生
成物を形成してしまうので耐久性に問題がある。また、
特願平４−２０２２３０号で提案されている方法は、こ
れまでにランタノイド系希土類元素（ただし、イットリ
ウムを含む）の酸化物と炭化珪素の組合せまたはランタ
ノイド系希土類元素（ただし、イットリウムを含む）と
珪素との複合酸化物と炭化珪素の組合せについて具体的
に適用していない。加えて、実際にこれらの組合せにつ
いて適用した場合、中間層の組成によっては長期間大気
中に放置することで酸化などのため粉塵化してしまうた
め非常に短時間のうちに接合を行わなければならないと
いう不具合が生じる恐れがあった。また、上記の先願明
細書に開示されているトリウム、ハフニウム等の金属で
は、金属酸化物の熱膨張係数が炭化珪素のそれと相違す
るため、加熱時の熱応力が大きく、密着性が不充分であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記技術水準
に鑑み、炭化珪素素材と耐酸化性に優れた金属酸化物、
すなわちランタノイド系希土類元素（但し、イットリウ
ムを含む）の酸化物とが強固に密着したランタノイド系
希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材及びその製造
法を提供しようとするものである。
に鑑み、炭化珪素素材と耐酸化性に優れた金属酸化物、
すなわちランタノイド系希土類元素（但し、イットリウ
ムを含む）の酸化物とが強固に密着したランタノイド系
希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材及びその製造
法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は （１）ランタノイド系希土類元素（但し、イットリウム
を含む）の酸化物と炭化珪素との反応生成物またはラン
タノイド系希土類元素（但し、イットリウムを含む）と
珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物からなる
シリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であるランタ
ノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ランタノイ
ド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の酸化物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物を被覆してなることを特徴
とするランタノイド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭
化珪素材、 （２）シリサイドの組成がランタノイド系希土類元素
（但し、イットリウムを含む）と珪素が主成分で残りを
炭素が最大で３０原子％、酸素が最大で５原子％まで占
めるものであることを特徴とする前記（１）のランタノ
イド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材、 （３）炭化珪素素材が表面を炭化珪素で覆われた炭素材
であることを特徴とする前記（１）または（２）のラン
タノイド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材、 （４）炭素材がカーボン／カーボンコンポジットである
ことを特徴とする前記（３）のランタノイド系希土類元
素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材、 （５）ランタノイド系希土類元素（但し、イットリウム
を含む）の酸化物と炭化珪素との反応生成物またはラン
タノイド系希土類元素（但し、イットリウムを含む）と
珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物からなる
シリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であるランタ
ノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ランタノイ
ド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の酸化物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物をプラズマ溶射法により被
覆することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか
１つのランタノイド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭
化珪素材の製造方法、 （６）ランタノイド系希土類元素（但し、イットリウム
を含む）の酸化物と炭化 珪素との反応生成物またはラン
タノイド系希土類元素（但し、イットリウムを含む）と
珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物からなる
シリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であるランタ
ノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ランタノイ
ド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の酸化物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物をプラズマ溶射法により被
覆した後、大気中または不活性ガス雰囲気中で熱処理
し、前記ランタノイド系希土類元素の酸化物またはラン
タノイド系希土類元素と珪素との複合酸化物被膜の緻密
性及び密着性を高めることを特徴とする前記（１）〜
（４）のいずれか１つのランタノイド系希土類元素酸化
物含有被膜被覆炭化珪素材の製造方法、である。
を含む）の酸化物と炭化珪素との反応生成物またはラン
タノイド系希土類元素（但し、イットリウムを含む）と
珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物からなる
シリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であるランタ
ノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ランタノイ
ド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の酸化物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物を被覆してなることを特徴
とするランタノイド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭
化珪素材、 （２）シリサイドの組成がランタノイド系希土類元素
（但し、イットリウムを含む）と珪素が主成分で残りを
炭素が最大で３０原子％、酸素が最大で５原子％まで占
めるものであることを特徴とする前記（１）のランタノ
イド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材、 （３）炭化珪素素材が表面を炭化珪素で覆われた炭素材
であることを特徴とする前記（１）または（２）のラン
タノイド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材、 （４）炭素材がカーボン／カーボンコンポジットである
ことを特徴とする前記（３）のランタノイド系希土類元
素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材、 （５）ランタノイド系希土類元素（但し、イットリウム
を含む）の酸化物と炭化珪素との反応生成物またはラン
タノイド系希土類元素（但し、イットリウムを含む）と
珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物からなる
シリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であるランタ
ノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ランタノイ
ド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の酸化物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物をプラズマ溶射法により被
覆することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか
１つのランタノイド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭
化珪素材の製造方法、 （６）ランタノイド系希土類元素（但し、イットリウム
を含む）の酸化物と炭化 珪素との反応生成物またはラン
タノイド系希土類元素（但し、イットリウムを含む）と
珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物からなる
シリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であるランタ
ノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ランタノイ
ド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の酸化物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物をプラズマ溶射法により被
覆した後、大気中または不活性ガス雰囲気中で熱処理
し、前記ランタノイド系希土類元素の酸化物またはラン
タノイド系希土類元素と珪素との複合酸化物被膜の緻密
性及び密着性を高めることを特徴とする前記（１）〜
（４）のいずれか１つのランタノイド系希土類元素酸化
物含有被膜被覆炭化珪素材の製造方法、である。
【０００６】
【作用】本発明でいう炭化珪素素材としては殆んどが炭
化珪素で構成されている素材、表面の一部が炭化珪素で
覆われた素材及び表面の全部が炭化珪素で覆われた素材
があげられる。殆んどが炭化珪素で構成される素材とし
ては炭化珪素粉を炭素またはボロンまたはアルミナを助
剤として焼結して作製した素材であり、市販されている
ものは殆んどがこの炭化珪素である。表面の一部が炭化
珪素で覆われた素材としては、カーボン／カーボンコン
ポジットなどの板状の炭素材の表面の片面に化学蒸着法
により炭化珪素を被覆した素材、板状の窒化珪素焼結体
の表面の片面に化学蒸着法により炭化珪素を被覆した素
材などがあげられる。また、表面の全部が炭化珪素で覆
われた素材としては、カーボン／カーボンコンポジット
などの炭素材の全面に化学蒸着法により炭化珪素を被覆
した素材、片面に化学蒸着法により炭化珪素を被覆した
素材、窒化珪素焼結体の表面の片面に化学蒸着法により
炭化珪素を被覆した素材などがあげられる。
化珪素で構成されている素材、表面の一部が炭化珪素で
覆われた素材及び表面の全部が炭化珪素で覆われた素材
があげられる。殆んどが炭化珪素で構成される素材とし
ては炭化珪素粉を炭素またはボロンまたはアルミナを助
剤として焼結して作製した素材であり、市販されている
ものは殆んどがこの炭化珪素である。表面の一部が炭化
珪素で覆われた素材としては、カーボン／カーボンコン
ポジットなどの板状の炭素材の表面の片面に化学蒸着法
により炭化珪素を被覆した素材、板状の窒化珪素焼結体
の表面の片面に化学蒸着法により炭化珪素を被覆した素
材などがあげられる。また、表面の全部が炭化珪素で覆
われた素材としては、カーボン／カーボンコンポジット
などの炭素材の全面に化学蒸着法により炭化珪素を被覆
した素材、片面に化学蒸着法により炭化珪素を被覆した
素材、窒化珪素焼結体の表面の片面に化学蒸着法により
炭化珪素を被覆した素材などがあげられる。
【０００７】本発明においてランタノイドシリサイド被
覆炭化珪素材は上記（１）〜（４）の発明のランタノイ
ド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材の前駆体
の地位をもつものである。こゝにおいて、ランタノイド
シリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材とはランタノ
イドシリサイドが炭化珪素素材全面を覆うものに限ら
ず、その表面の一部を覆うものも意味する。例えば、宇
宙往還機に使用が考えられる直径２メートルの半円球状
の部材の外表面の一部（直径１メートル相当）が被覆さ
れたもの、板状の部材で片面が被覆されているが、端部
ともう片面が被覆されていないもの、パイプ状の部材で
外表面には被覆されているが、内表面には被覆されてい
ないものなどが、これに相当する。
覆炭化珪素材は上記（１）〜（４）の発明のランタノイ
ド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材の前駆体
の地位をもつものである。こゝにおいて、ランタノイド
シリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材とはランタノ
イドシリサイドが炭化珪素素材全面を覆うものに限ら
ず、その表面の一部を覆うものも意味する。例えば、宇
宙往還機に使用が考えられる直径２メートルの半円球状
の部材の外表面の一部（直径１メートル相当）が被覆さ
れたもの、板状の部材で片面が被覆されているが、端部
ともう片面が被覆されていないもの、パイプ状の部材で
外表面には被覆されているが、内表面には被覆されてい
ないものなどが、これに相当する。
【０００８】上記ランタノイドシリサイド被覆炭化珪素
材のランタノイドシリサイドを構成するランタノイド系
希土類元素（但し、イットリウムを含む。以下、これら
の元素をＬｎと略記する）としては、イットリウム
（Ｙ）、ルテシウム（Ｌｕ）、イッテルビウム（Ｙ
ｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、エルビウム（Ｅｒ）、ホルミ
ウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）、テルビウム
（Ｔｂ）、ガドリウム（Ｇｄ）が選定されるが、コスト
的にイットリウム次いでイッテルビウムが好ましい。
材のランタノイドシリサイドを構成するランタノイド系
希土類元素（但し、イットリウムを含む。以下、これら
の元素をＬｎと略記する）としては、イットリウム
（Ｙ）、ルテシウム（Ｌｕ）、イッテルビウム（Ｙ
ｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、エルビウム（Ｅｒ）、ホルミ
ウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）、テルビウム
（Ｔｂ）、ガドリウム（Ｇｄ）が選定されるが、コスト
的にイットリウム次いでイッテルビウムが好ましい。
【０００９】また、上記ランタノイドシリサイドは炭化
珪素とＬｎ酸化物との化学反応により形成される物質に
よって構成されるものであって、Ｌｎと珪素が主成分で
残りを炭素と酸素が占めるものである。ここでＬｎ酸化
物としては、Ｌｎの酸化物並びにＬｎと珪素との複合酸
化物がある。この場合、上記（２）の発明に示したよう
に、ランタノイドシリサイドの組成を炭素を最大３０原
子％、酸素を最大５原子％にすることにより、ランタノ
イドシリサイドの粉塵化を抑制することができる。
珪素とＬｎ酸化物との化学反応により形成される物質に
よって構成されるものであって、Ｌｎと珪素が主成分で
残りを炭素と酸素が占めるものである。ここでＬｎ酸化
物としては、Ｌｎの酸化物並びにＬｎと珪素との複合酸
化物がある。この場合、上記（２）の発明に示したよう
に、ランタノイドシリサイドの組成を炭素を最大３０原
子％、酸素を最大５原子％にすることにより、ランタノ
イドシリサイドの粉塵化を抑制することができる。
【００１０】上記ランタノイドシリサイドに覆われた炭
化珪素素材はＬｎの酸化物またはＬｎと珪素の複合酸化
物をスパッタリング法、スラリーを塗布して焼成する方
法などにより炭化珪素素材と界面反応させることによっ
て作製することができる。これらのランタノイドシリサ
イドはＬｎ酸化物またはＬｎと珪素の複合酸化物と炭化
珪素との界面反応生成物として生じるので、素材である
炭化珪素に容易に密着し、しかも目的物であるランタノ
イド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材（以
下、これをＬｎ酸化物含有被膜被覆炭化珪素材と略称す
る）を作製する際に適用されるＬｎの酸化物またはＬｎ
と珪素の複合酸化物とも容易に密着する。
化珪素素材はＬｎの酸化物またはＬｎと珪素の複合酸化
物をスパッタリング法、スラリーを塗布して焼成する方
法などにより炭化珪素素材と界面反応させることによっ
て作製することができる。これらのランタノイドシリサ
イドはＬｎ酸化物またはＬｎと珪素の複合酸化物と炭化
珪素との界面反応生成物として生じるので、素材である
炭化珪素に容易に密着し、しかも目的物であるランタノ
イド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材（以
下、これをＬｎ酸化物含有被膜被覆炭化珪素材と略称す
る）を作製する際に適用されるＬｎの酸化物またはＬｎ
と珪素の複合酸化物とも容易に密着する。
【００１１】上記（１）の発明のＬｎ酸化物含有被膜被
覆炭化珪素材は上記のランタノイドシリサイド（以下、
これをＬｎシリサイドと略称する）で表面が覆われた炭
化珪素素材前駆体の表面に、Ｌｎの酸化物またはＬｎと
珪素の複合酸化物で被覆した耐酸化性の優れたＬｎ酸化
物含有被膜被覆炭化珪素である。これらＬｎの酸化物及
びＬｎと珪素の複合酸化物は、酸素バリア機能（ある物
質を膜状にし、これに酸素原子を拡散透過させた際の透
過しにくさ。透過しにくいほど耐酸化性が良い。）が高
く、とりわけＬｎがイットリウムである場合は最も高
い。
覆炭化珪素材は上記のランタノイドシリサイド（以下、
これをＬｎシリサイドと略称する）で表面が覆われた炭
化珪素素材前駆体の表面に、Ｌｎの酸化物またはＬｎと
珪素の複合酸化物で被覆した耐酸化性の優れたＬｎ酸化
物含有被膜被覆炭化珪素である。これらＬｎの酸化物及
びＬｎと珪素の複合酸化物は、酸素バリア機能（ある物
質を膜状にし、これに酸素原子を拡散透過させた際の透
過しにくさ。透過しにくいほど耐酸化性が良い。）が高
く、とりわけＬｎがイットリウムである場合は最も高
い。
【００１２】更に、前記前駆体表面には既にＬｎシリサ
イドが形成されているので、耐酸化性に優れたＬｎ酸化
物またはＬｎと珪素の複合酸化物を被覆した場合に前駆
体に十分強固に密着したＬｎ酸化物含有被膜被覆を形成
することができる。特に、Ｌｎがイットリウム、イッテ
ルビウム、ジスプロシウム又はエルビウムである複合酸
化物（珪酸塩）では、それぞれの熱膨張係数が下地の炭
化珪素とほぼ同じ約５×１０-6／℃であり、高温環境下
においても熱応力がほとんど生じず、密着性がより良好
となる。
イドが形成されているので、耐酸化性に優れたＬｎ酸化
物またはＬｎと珪素の複合酸化物を被覆した場合に前駆
体に十分強固に密着したＬｎ酸化物含有被膜被覆を形成
することができる。特に、Ｌｎがイットリウム、イッテ
ルビウム、ジスプロシウム又はエルビウムである複合酸
化物（珪酸塩）では、それぞれの熱膨張係数が下地の炭
化珪素とほぼ同じ約５×１０-6／℃であり、高温環境下
においても熱応力がほとんど生じず、密着性がより良好
となる。
【００１３】上記（３）、（４）の発明は、それぞれ上
記（１）、（２）の発明において炭化珪素材を表面が炭
化珪素で覆われた炭素材または表面が炭化珪素で覆われ
たカーボン／カーボンコンポジットとしたもので、炭素
材の軽量、高強度、耐熱材としての特性をもあわせも
ち、極めて有用な極限材料としうる。
記（１）、（２）の発明において炭化珪素材を表面が炭
化珪素で覆われた炭素材または表面が炭化珪素で覆われ
たカーボン／カーボンコンポジットとしたもので、炭素
材の軽量、高強度、耐熱材としての特性をもあわせも
ち、極めて有用な極限材料としうる。
【００１４】上記（５），（６）の発明は上記（１）〜
（４）の発明のＬｎ酸化物含有被膜被覆炭化珪素材の製
造方法に関するもので、上記ランタノイドシリサイド被
覆炭化珪素材である前駆体の表面にＬｎ酸化物またはＬ
ｎと珪素との複合酸化物をプラズマ溶射法で被覆させる
方法である。一般的にはプラズマガスとしてはアルゴン
とヘリウムを、キャリヤガスとしてはアルゴンガスを使
用して大気圧下で溶射することによって達成される。上
記（６）の発明は上記（７）の発明のプラズマ溶射法に
より上記前駆体にＬｎ酸化物またはＬｎと珪素との複合
酸化物を溶射した後、その溶射層を前駆体にさらに強固
に密着させるための熱処理方法であり、その熱処理は大
気中または不活性ガス中で行われる。その熱処理条件の
温度、時間などは前駆体の種類及びＬｎ酸化物またはＬ
ｎと珪素との複合酸化物の種類によって一概には特定で
きないが、一例をあげるとアルゴンガス中で１７００℃
×１時間加熱後大気中で１５００℃×１時間加熱する熱
処理方法があげられる。
（４）の発明のＬｎ酸化物含有被膜被覆炭化珪素材の製
造方法に関するもので、上記ランタノイドシリサイド被
覆炭化珪素材である前駆体の表面にＬｎ酸化物またはＬ
ｎと珪素との複合酸化物をプラズマ溶射法で被覆させる
方法である。一般的にはプラズマガスとしてはアルゴン
とヘリウムを、キャリヤガスとしてはアルゴンガスを使
用して大気圧下で溶射することによって達成される。上
記（６）の発明は上記（７）の発明のプラズマ溶射法に
より上記前駆体にＬｎ酸化物またはＬｎと珪素との複合
酸化物を溶射した後、その溶射層を前駆体にさらに強固
に密着させるための熱処理方法であり、その熱処理は大
気中または不活性ガス中で行われる。その熱処理条件の
温度、時間などは前駆体の種類及びＬｎ酸化物またはＬ
ｎと珪素との複合酸化物の種類によって一概には特定で
きないが、一例をあげるとアルゴンガス中で１７００℃
×１時間加熱後大気中で１５００℃×１時間加熱する熱
処理方法があげられる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の各種の例をあげ、本発明の効
果をより明らかにする。例１〜５はＬｎ酸化物含有被膜
被覆炭化珪素材の前駆体の製造方法の例であり、例６は
Ｌｎ酸化物含有被膜被覆炭化珪素材の製造方法の実施例
である。
果をより明らかにする。例１〜５はＬｎ酸化物含有被膜
被覆炭化珪素材の前駆体の製造方法の例であり、例６は
Ｌｎ酸化物含有被膜被覆炭化珪素材の製造方法の実施例
である。
【００１６】（例１）炭化珪素表面にイットリア粉をス
ラリー状にしたものを塗布し、乾燥してＡｒ雰囲気で１
７００℃の熱処理を施すことにより、表面にイットリウ
ム４５原子％、珪素３０原子％、炭素２３原子％、酸素
２原子％なるイットリウムシリサイドを被覆することが
できた。
ラリー状にしたものを塗布し、乾燥してＡｒ雰囲気で１
７００℃の熱処理を施すことにより、表面にイットリウ
ム４５原子％、珪素３０原子％、炭素２３原子％、酸素
２原子％なるイットリウムシリサイドを被覆することが
できた。
【００１７】（例２）炭化珪素表面にイットリア粉をス
ラリー状にしたものを塗布し、乾燥して一酸化炭素ガス
雰囲気で１７００℃の熱処理を施すことにより、表面に
イットリウム４５原子％、珪素５原子％、炭素４８原子
％、酸素２原子％なるイットリウムシリサイド（但し、
イットリウムカーバイドを多量に含む）を被覆すること
ができた。
ラリー状にしたものを塗布し、乾燥して一酸化炭素ガス
雰囲気で１７００℃の熱処理を施すことにより、表面に
イットリウム４５原子％、珪素５原子％、炭素４８原子
％、酸素２原子％なるイットリウムシリサイド（但し、
イットリウムカーバイドを多量に含む）を被覆すること
ができた。
【００１８】（例３）炭化珪素表面にイットリアとシリ
カ（ＳｉＯ2 ）のモル比１：１の混合粉をスラリー状に
したものを塗膜、乾燥してＡｒ雰囲気で１７００℃の熱
処理を施すことにより、表面にイットリウム３０原子
％、珪素６０原子％、炭素８原子％、酸素２原子％なる
イットリウムシリサイドを被覆することができた。
カ（ＳｉＯ2 ）のモル比１：１の混合粉をスラリー状に
したものを塗膜、乾燥してＡｒ雰囲気で１７００℃の熱
処理を施すことにより、表面にイットリウム３０原子
％、珪素６０原子％、炭素８原子％、酸素２原子％なる
イットリウムシリサイドを被覆することができた。
【００１９】（例４）イットリアあるいはイットリアと
シリカとのモル比が１：１なる複合酸化物と炭化珪素と
の反応生成物のうち表Ａに示す組成の素材を溶解法によ
り作製して、これをスパッタターゲットに加工してスパ
ッタ法により炭化珪素にコーティングの後、Ａｒ雰囲気
で１７００℃の熱処理を施して、最終的に表Ａに示す界
面反応層を被覆した炭化珪素材を作製した。溶解につい
てはＡｒ雰囲気でアーク溶解で行い、電極にはタングス
テンを用いた。素材の原料には純度９９．９原子％のイ
ットリウム粉末、組成がイットリウム９０．５原子％で
酸素が９．５原子％の合金粉末、純度９９．９原子％炭
素粉末、純度９９．９原子％のシリコン粉末を用い、こ
れを混合したものをペレット状に圧粉成形し、水冷銅電
極ハース上に設置して溶解して素材を作製した。
シリカとのモル比が１：１なる複合酸化物と炭化珪素と
の反応生成物のうち表Ａに示す組成の素材を溶解法によ
り作製して、これをスパッタターゲットに加工してスパ
ッタ法により炭化珪素にコーティングの後、Ａｒ雰囲気
で１７００℃の熱処理を施して、最終的に表Ａに示す界
面反応層を被覆した炭化珪素材を作製した。溶解につい
てはＡｒ雰囲気でアーク溶解で行い、電極にはタングス
テンを用いた。素材の原料には純度９９．９原子％のイ
ットリウム粉末、組成がイットリウム９０．５原子％で
酸素が９．５原子％の合金粉末、純度９９．９原子％炭
素粉末、純度９９．９原子％のシリコン粉末を用い、こ
れを混合したものをペレット状に圧粉成形し、水冷銅電
極ハース上に設置して溶解して素材を作製した。
【００２０】（例５）イッテルビウムあるいはイッテル
ビウムとシリカとのモル比が１：１なる複合酸化物と炭
化珪素との反応生成物のうち表Ｂに示す組成の素材を溶
解法により作製して、スパッタターゲットに加工してス
パッタ法により炭化珪素にコーティングの後、Ａｒ雰囲
気で１７００℃の熱処理を施して、最終的に表Ｂに示す
組成の界面反応層を被覆した炭化珪素材を作製した。溶
解についてはＡｒ雰囲気でアーク溶解で行い、電極には
タングステンを用いた。素材の原料には純度９９．９原
子％のイッテルビウム粉末、組成がイッテルビウム９
０．８原子％で酸素が９．２原子％の合金粉末、純度９
９．９原子％炭素粉末、純度９９．９原子％のシリコン
粉末を用い、これを混合したものをペレット状に圧粉成
形し、水冷銅電極ハース上に設置して溶解して素材を作
製した。
ビウムとシリカとのモル比が１：１なる複合酸化物と炭
化珪素との反応生成物のうち表Ｂに示す組成の素材を溶
解法により作製して、スパッタターゲットに加工してス
パッタ法により炭化珪素にコーティングの後、Ａｒ雰囲
気で１７００℃の熱処理を施して、最終的に表Ｂに示す
組成の界面反応層を被覆した炭化珪素材を作製した。溶
解についてはＡｒ雰囲気でアーク溶解で行い、電極には
タングステンを用いた。素材の原料には純度９９．９原
子％のイッテルビウム粉末、組成がイッテルビウム９
０．８原子％で酸素が９．２原子％の合金粉末、純度９
９．９原子％炭素粉末、純度９９．９原子％のシリコン
粉末を用い、これを混合したものをペレット状に圧粉成
形し、水冷銅電極ハース上に設置して溶解して素材を作
製した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】例１〜例３により作製した試料の内、例１
と例３で作製したイットリウムシリサイド被覆炭化珪素
材については、大気中に２４時間以上放置しても粉塵化
しなかったが、例２で作製したイットリウムシリサイド
（但し、イットリウムカーバイドを多量に含む）被覆炭
化珪素については１時間以内に粉塵化した。しかし、形
成時の被膜の密着性は良好であった。さらに、例４で作
製したものを調べた結果を示す表Ａより、イットリウム
シリサイドの組成について、主成分をイットリウムと珪
素で構成し、残りを炭素が最大でも３０原子％、酸素が
最大でも５原子％の範囲で、粉塵化を防ぐことができる
ことが確認された。
と例３で作製したイットリウムシリサイド被覆炭化珪素
材については、大気中に２４時間以上放置しても粉塵化
しなかったが、例２で作製したイットリウムシリサイド
（但し、イットリウムカーバイドを多量に含む）被覆炭
化珪素については１時間以内に粉塵化した。しかし、形
成時の被膜の密着性は良好であった。さらに、例４で作
製したものを調べた結果を示す表Ａより、イットリウム
シリサイドの組成について、主成分をイットリウムと珪
素で構成し、残りを炭素が最大でも３０原子％、酸素が
最大でも５原子％の範囲で、粉塵化を防ぐことができる
ことが確認された。
【００２４】また、先の例５で作製した試料について、
大気中に放置し粉塵化を調べた結果を示す表Ｂより、イ
ッテルビウムシリサイドの組成について、主成分をイッ
テルビウムと珪素で構成し、残りを炭素が最大でも３０
原子％、酸素が最大でも５原子％の範囲で、粉塵化を防
ぐことができることが確認された。これらイットリアと
イッテルビウムの結果から、ランタノイド系金属元素に
同様な効果が期待される。
大気中に放置し粉塵化を調べた結果を示す表Ｂより、イ
ッテルビウムシリサイドの組成について、主成分をイッ
テルビウムと珪素で構成し、残りを炭素が最大でも３０
原子％、酸素が最大でも５原子％の範囲で、粉塵化を防
ぐことができることが確認された。これらイットリアと
イッテルビウムの結果から、ランタノイド系金属元素に
同様な効果が期待される。
【００２５】（例６）図１によって本発明のＬｎ酸化物
含有被膜被覆炭化珪素材の構成を説明する。図１におい
て、１は炭化珪素基材、２はＬｎシリサイド層、３はＬ
ｎ酸化物含有被膜である。Ｌｎシリサイド層２は前記例
４によって形成された層である。
含有被膜被覆炭化珪素材の構成を説明する。図１におい
て、１は炭化珪素基材、２はＬｎシリサイド層、３はＬ
ｎ酸化物含有被膜である。Ｌｎシリサイド層２は前記例
４によって形成された層である。
【００２６】前記例に示したＬｎシリサイドを表面に形
成した炭化珪素基材及び比較材として表面に何の処理も
施していない炭化珪素基材を使用して、種々のＬｎ酸化
物含有被膜をプラズマ溶射してＬｎ酸化物含有被膜被覆
炭化珪素を製造した。プラズマ溶射はプラズマガスとし
てアルゴンとヘリウムを、キャリアガスとしてアルゴン
を用いて大気圧下で実施し、しかる後、本発明材の一部
について、アルゴンガス中で１７００℃×１時間加熱
後、大気中で１５００℃×１時間加熱する熱処理を施し
た。その結果を表Ｃにまとめて示す。
成した炭化珪素基材及び比較材として表面に何の処理も
施していない炭化珪素基材を使用して、種々のＬｎ酸化
物含有被膜をプラズマ溶射してＬｎ酸化物含有被膜被覆
炭化珪素を製造した。プラズマ溶射はプラズマガスとし
てアルゴンとヘリウムを、キャリアガスとしてアルゴン
を用いて大気圧下で実施し、しかる後、本発明材の一部
について、アルゴンガス中で１７００℃×１時間加熱
後、大気中で１５００℃×１時間加熱する熱処理を施し
た。その結果を表Ｃにまとめて示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】
【表４】
【００２９】表Ｄにプラズマ溶射試験結果並びに１７０
０℃の大気中で９０分加熱を２回繰り返した結果を示
す。比較材はいずれも溶射膜が密着せず膜に亀裂や剥離
が生じたが、本発明は基材上に密着したＬｎ酸化物含有
被膜が維持された。次に加熱試験後の状況であるが、成
膜が不完全であった比較材はいずれも被膜が剥離、脱落
し、炭化珪素基材表面に酸化珪素の気泡が形成され、表
面の荒れと重量減少が確認されたが、本発明材ではいず
れも外観上の変化は認められず、重量変化もわずかであ
った。特に溶射後に熱処理を施したものについては、熱
処理しないものよりも重量変化が少ない傾向が認められ
た。
０℃の大気中で９０分加熱を２回繰り返した結果を示
す。比較材はいずれも溶射膜が密着せず膜に亀裂や剥離
が生じたが、本発明は基材上に密着したＬｎ酸化物含有
被膜が維持された。次に加熱試験後の状況であるが、成
膜が不完全であった比較材はいずれも被膜が剥離、脱落
し、炭化珪素基材表面に酸化珪素の気泡が形成され、表
面の荒れと重量減少が確認されたが、本発明材ではいず
れも外観上の変化は認められず、重量変化もわずかであ
った。特に溶射後に熱処理を施したものについては、熱
処理しないものよりも重量変化が少ない傾向が認められ
た。
【００３０】
【表５】
【００３１】
【表６】
【００３２】
【発明の効果】本発明により耐酸化性に優れたランタノ
イド系希土類元素酸化物被膜被覆炭化珪素材を提供する
ことができ、その工業的効果は極めて顕著なものがあ
る。
イド系希土類元素酸化物被膜被覆炭化珪素材を提供する
ことができ、その工業的効果は極めて顕著なものがあ
る。
【図１】本発明のランタノイド系希土類元素酸化物被膜
被覆炭化珪素材の模式図。
被覆炭化珪素材の模式図。
フロントページの続き (72)発明者 近藤 雅之 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 基盤技術研究 所内 (72)発明者 納富 啓 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工業株式会社 長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平５−330960（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 41/80 - 41/91
Claims (6)
- 【請求項１】 ランタノイド系希土類元素（但し、イッ
トリウムを含む）の酸化物と炭化珪素との反応生成物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物
からなるシリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であ
るランタノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ラ
ンタノイド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の
酸化物またはランタノイド系希土類元素（但し、イット
リウムを含む）と珪素との複合酸化物を被覆してなるこ
とを特徴とするランタノイド系希土類元素酸化物含有被
膜被覆炭化珪素材。 - 【請求項２】 シリサイドの組成がランタノイド系希土
類元素（但し、イットリウムを含む）と珪素が主成分で
残りを炭素が最大で３０原子％、酸素が最大で５原子％
まで占めるものであることを特徴とする請求項１に記載
のランタノイド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪
素材。 - 【請求項３】 炭化珪素素材が表面を炭化珪素で覆われ
た炭素材であることを特徴とする請求項１または２に記
載のランタノイド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化
珪素材。 - 【請求項４】 炭素材がカーボン／カーボンコンポジッ
トであることを特徴とする請求項３に記載のランタノイ
ド系希土類元素酸化物含有被膜被覆炭化珪素材。 - 【請求項５】 ランタノイド系希土類元素（但し、イッ
トリウムを含む）の酸化物と炭化珪素との反応生成物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物
からなるシリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であ
るランタノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ラ
ンタノイド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の
酸化物またはランタノイド系希土類元素（但し、イット
リウムを含む）と珪素との複合酸化物をプラズマ溶射法
により被覆することを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１項に記載のランタノイド系希土類元素酸化物含有被
膜被覆炭化珪素材の製造方法。 - 【請求項６】 ランタノイド系希土類元素（但し、イッ
トリウムを含む ）の酸化物と炭化珪素との反応生成物ま
たはランタノイド系希土類元素（但し、イットリウムを
含む）と珪素との複合酸化物と炭化珪素との反応生成物
からなるシリサイドに表面が覆われた炭化珪素素材であ
るランタノイドシリサイド被覆炭化珪素材の表面に、ラ
ンタノイド系希土類元素（但しイットリウムを含む）の
酸化物またはランタノイド系希土類元素（但し、イット
リウムを含む）と珪素との複合酸化物をプラズマ溶射法
により被覆した後、大気中または不活性ガス雰囲気中で
熱処理し、前記ランタノイド系希土類元素の酸化物また
はランタノイド系希土類元素と珪素との複合酸化物被膜
の緻密性及び密着性を高めることを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１項に記載のランタノイド系希土類元素
酸化物含有被膜被覆炭化珪素材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07017923A JP3129383B2 (ja) | 1994-02-16 | 1995-02-06 | 酸化物被覆炭化珪素材とその製法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1906394 | 1994-02-16 | ||
| JP6-19063 | 1994-02-16 | ||
| JP07017923A JP3129383B2 (ja) | 1994-02-16 | 1995-02-06 | 酸化物被覆炭化珪素材とその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277861A JPH07277861A (ja) | 1995-10-24 |
| JP3129383B2 true JP3129383B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=26354512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07017923A Expired - Lifetime JP3129383B2 (ja) | 1994-02-16 | 1995-02-06 | 酸化物被覆炭化珪素材とその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3129383B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002087896A (ja) | 2000-09-12 | 2002-03-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 自己修復性高耐熱耐酸化性皮膜及び積層体 |
| JP4753568B2 (ja) * | 2004-11-24 | 2011-08-24 | 川崎重工業株式会社 | ＳｉＣ系繊維強化セラミックス複合材料耐環境コーティングおよびその製造方法 |
| JP4690709B2 (ja) * | 2004-11-26 | 2011-06-01 | 三菱重工業株式会社 | 耐熱材料およびその製造方法 |
| US7442444B2 (en) * | 2005-06-13 | 2008-10-28 | General Electric Company | Bond coat for silicon-containing substrate for EBC and processes for preparing same |
| TW201418190A (zh) * | 2012-07-06 | 2014-05-16 | Tocalo Co Ltd | 具有溶射被覆層之碳材料 |
| JP6399510B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2018-10-03 | 学校法人日本大学 | 耐水蒸気腐食性多層皮膜、およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-02-06 JP JP07017923A patent/JP3129383B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07277861A (ja) | 1995-10-24 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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