JP3136385B2 - 耐熱耐酸化性高強度部材及びその製造方法 - Google Patents
耐熱耐酸化性高強度部材及びその製造方法Info
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度で、高温酸化雰
囲気に曝される構造体部品、宇宙往還機機体、燃焼器、
ガスタ−ビンの燃焼器、動翼、静翼などに用いられる耐
熱耐酸化被膜を有する高強度部材およびその製造方法に
関するものである。
囲気に曝される構造体部品、宇宙往還機機体、燃焼器、
ガスタ−ビンの燃焼器、動翼、静翼などに用いられる耐
熱耐酸化被膜を有する高強度部材およびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エネルギ−、素材製造プロセス、宇宙機
等の分野において、それらの使用される極限状態の環境
に曝される部材には、耐熱性、遮熱性、耐環境性等など
に優れた耐熱材料の開発が重要な技術的課題として挙げ
られている。耐熱材料としては、金属材料、複合材料及
びセラミックス等がある。耐熱合金としてはＮｉ、Ｃ
ｏ、Ｆｅなどをベ−スとする超合金があるが、例えばＮ
ｉ基超合金の主成分であるＮｉの融点は１４５５℃であ
り、これよりも高温域の環境では使用できない。そこ
で、この合金の表面に環境遮断用被膜を形成することが
行なわれている。代表的な例として、超合金基材の表面
に耐食・耐酸化性、密着性の向上および熱応力緩和を目
的としたメタルの中間層を介してＺｒＯ2，Ｙ2Ｏ3等の
セラミックスを溶射する遮熱被覆（ＴＢＣ：Thermal Ba
rrier Coating）が提案されている。更に特開昭６２−
１５６９３８号公報に記載のように、基材とセラミック
スの間に両者の成分比が連続的に変化する中間層を設け
て熱応力を緩和する傾斜機能材料（ＦＧＭ：Functionll
y Gradient Materials）等が知られている。
等の分野において、それらの使用される極限状態の環境
に曝される部材には、耐熱性、遮熱性、耐環境性等など
に優れた耐熱材料の開発が重要な技術的課題として挙げ
られている。耐熱材料としては、金属材料、複合材料及
びセラミックス等がある。耐熱合金としてはＮｉ、Ｃ
ｏ、Ｆｅなどをベ−スとする超合金があるが、例えばＮ
ｉ基超合金の主成分であるＮｉの融点は１４５５℃であ
り、これよりも高温域の環境では使用できない。そこ
で、この合金の表面に環境遮断用被膜を形成することが
行なわれている。代表的な例として、超合金基材の表面
に耐食・耐酸化性、密着性の向上および熱応力緩和を目
的としたメタルの中間層を介してＺｒＯ2，Ｙ2Ｏ3等の
セラミックスを溶射する遮熱被覆（ＴＢＣ：Thermal Ba
rrier Coating）が提案されている。更に特開昭６２−
１５６９３８号公報に記載のように、基材とセラミック
スの間に両者の成分比が連続的に変化する中間層を設け
て熱応力を緩和する傾斜機能材料（ＦＧＭ：Functionll
y Gradient Materials）等が知られている。
【０００３】他には、金属間化合物と高融点金属が知ら
れている。金属間化合物は耐熱構造材料としては、Ｆｅ
族（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）やＴｉ等のＡｌ化合物等が知ら
れているが、現状では靭性、加工性、耐酸化性等で改善
すべき点がある。一方、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ等の高融
点金属は熱伝導率が高く、耐熱性に好ましいが、非常に
酸化消耗しやすい欠点があり、実用化には強度と耐酸化
性を具備した合金あるいは表面処理を開発する必要があ
る。
れている。金属間化合物は耐熱構造材料としては、Ｆｅ
族（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）やＴｉ等のＡｌ化合物等が知ら
れているが、現状では靭性、加工性、耐酸化性等で改善
すべき点がある。一方、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ等の高融
点金属は熱伝導率が高く、耐熱性に好ましいが、非常に
酸化消耗しやすい欠点があり、実用化には強度と耐酸化
性を具備した合金あるいは表面処理を開発する必要があ
る。
【０００４】また、他の耐熱・高強度材料に複合材料が
ある。複合材料には、主として高温域で高強度の繊維を
用いて、マトリックス材料の高温域での高温強度を向上
させている。マトリックスの種類によって、プラスチッ
ク系の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforc
ed Plastics）、金属系の繊維強化金属材料（ＦＲＭ：F
iber Reinforced Metals）、セラミックス系の繊維強化
セラミックス（ＦＲＣ：Fiber Reinforced Ceramic
s）、及びカ−ボン系のカ−ボン繊維強化カ−ボン複合
材料（ＣＦＲＣ：Cabon Fiber Reinforced Cabon）があ
る。これらはマトリックスの種類によって、その最高使
用温度が限定される。プラスチック系では３００℃、金
属系では１３００℃、セラミックス系では１８００℃、
カ−ボン系では３０００℃程度である。特にＣＦＲＣは
密度が２．０以下と軽量で、３０００℃域まで強度低下
のない唯一の材料であり、超高温域での比強度、比剛性
に優れた超耐熱材料として優れている。しかし、ＣＦＲ
Ｃはカ−ボンのみの元素で構成されているため、酸化性
雰囲気中では５００℃前後から酸化消耗が著しくなる欠
点がある。したがって、５００℃以上の高温領域で、酸
化性雰囲気中の環境では使用できない。そこで、このよ
うな環境下においてもＣＦＲＣを部材として使用するた
めには、耐酸化を付与する耐酸化処理が必須となる。す
なわち、ＣＦＲＣの酸化性雰囲気中での使用耐熱温度を
決定する大きな因子として、耐酸化処理の耐久性が挙げ
られる。耐酸化処理の主なものに、基材表面に被膜を形
成する耐酸化コ−ティングがある。
ある。複合材料には、主として高温域で高強度の繊維を
用いて、マトリックス材料の高温域での高温強度を向上
させている。マトリックスの種類によって、プラスチッ
ク系の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforc
ed Plastics）、金属系の繊維強化金属材料（ＦＲＭ：F
iber Reinforced Metals）、セラミックス系の繊維強化
セラミックス（ＦＲＣ：Fiber Reinforced Ceramic
s）、及びカ−ボン系のカ−ボン繊維強化カ−ボン複合
材料（ＣＦＲＣ：Cabon Fiber Reinforced Cabon）があ
る。これらはマトリックスの種類によって、その最高使
用温度が限定される。プラスチック系では３００℃、金
属系では１３００℃、セラミックス系では１８００℃、
カ−ボン系では３０００℃程度である。特にＣＦＲＣは
密度が２．０以下と軽量で、３０００℃域まで強度低下
のない唯一の材料であり、超高温域での比強度、比剛性
に優れた超耐熱材料として優れている。しかし、ＣＦＲ
Ｃはカ−ボンのみの元素で構成されているため、酸化性
雰囲気中では５００℃前後から酸化消耗が著しくなる欠
点がある。したがって、５００℃以上の高温領域で、酸
化性雰囲気中の環境では使用できない。そこで、このよ
うな環境下においてもＣＦＲＣを部材として使用するた
めには、耐酸化を付与する耐酸化処理が必須となる。す
なわち、ＣＦＲＣの酸化性雰囲気中での使用耐熱温度を
決定する大きな因子として、耐酸化処理の耐久性が挙げ
られる。耐酸化処理の主なものに、基材表面に被膜を形
成する耐酸化コ−ティングがある。
【０００５】耐酸化コ−ティングの被膜材質としては、
主にＳｉＣが用いられている。ＳｉＣの形成方法として
は、拡散反応法（ＣＶＲ：Chemical Vaper Reactio
n）、あるいは化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Chemical Vape
r Deposition）等がある。ＣＶＲ法は金属珪素蒸気が基
材中を拡散して基材のカ−ボンと反応してＳｉＣに転化
するものであり、反応するための通路を必要とすること
から空孔を無くすることが困難で、多孔質体の被膜とな
る。酸化性雰囲気中では、これが酸素の浸入通路となり
基材が損傷して、耐酸化性に問題があった。ＣＶＤ法は
基材表面に被膜が原子レベルで析出して成膜されるた
め、緻密でかつ結晶構造の良い純度の高いＳｉＣを形成
できる。しかし、これらのＳｉＣ被膜には、ＣＦＲＣの
熱膨張係数が小さい（０〜１×１０~6／℃）ために、熱
膨張差による熱応力により膜厚方向にミクロクラックを
生じる。この状態で酸化性雰囲気中に曝されるとミクロ
クラックを通じて酸素が浸入して基材が損傷する。その
ため、このミクロクラックをシ−ルすることが行われ、
代表的なものとしてＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Sili
cate）の含浸によりＳｉＯ2を形成してシ−ルするもの
で、航空宇宙技術研究所報告ＴＲ−９４６「低推力貯蔵
性推進薬エンジン用炭素複合材燃焼器の試作試験」（１
９８７年１０月）、あるいは第３回 超耐環境性先進材
料シンポジウム「石油ピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料の複合化
と耐酸化技術」（１９８７年１０月）に記載されてい
る。
主にＳｉＣが用いられている。ＳｉＣの形成方法として
は、拡散反応法（ＣＶＲ：Chemical Vaper Reactio
n）、あるいは化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Chemical Vape
r Deposition）等がある。ＣＶＲ法は金属珪素蒸気が基
材中を拡散して基材のカ−ボンと反応してＳｉＣに転化
するものであり、反応するための通路を必要とすること
から空孔を無くすることが困難で、多孔質体の被膜とな
る。酸化性雰囲気中では、これが酸素の浸入通路となり
基材が損傷して、耐酸化性に問題があった。ＣＶＤ法は
基材表面に被膜が原子レベルで析出して成膜されるた
め、緻密でかつ結晶構造の良い純度の高いＳｉＣを形成
できる。しかし、これらのＳｉＣ被膜には、ＣＦＲＣの
熱膨張係数が小さい（０〜１×１０~6／℃）ために、熱
膨張差による熱応力により膜厚方向にミクロクラックを
生じる。この状態で酸化性雰囲気中に曝されるとミクロ
クラックを通じて酸素が浸入して基材が損傷する。その
ため、このミクロクラックをシ−ルすることが行われ、
代表的なものとしてＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Sili
cate）の含浸によりＳｉＯ2を形成してシ−ルするもの
で、航空宇宙技術研究所報告ＴＲ−９４６「低推力貯蔵
性推進薬エンジン用炭素複合材燃焼器の試作試験」（１
９８７年１０月）、あるいは第３回 超耐環境性先進材
料シンポジウム「石油ピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料の複合化
と耐酸化技術」（１９８７年１０月）に記載されてい
る。
【０００６】これ以上の高温域（２０００℃環境）の耐
酸化コ−ティングとして、Ｃ／Ｃ基材表面にスパッタ蒸
着装置により、Ｉｒ、その上にＡｌ2Ｏ3の２層で構成し
た被膜を形成している。しかし、この被膜は高温域に昇
温／降温されるとクラックが発生し、そのためシ−ル処
理する必要があるとされている（第３回 超耐環境性先
進材料シンポジウム「石油ピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料の複
合化と耐酸化技術」（１９８７年１０月）に記載されて
いる）。したがって、２０００℃環境での、耐酸化性を
確保するにはシ−ル材質、処理法等を検討する必要があ
る。
酸化コ−ティングとして、Ｃ／Ｃ基材表面にスパッタ蒸
着装置により、Ｉｒ、その上にＡｌ2Ｏ3の２層で構成し
た被膜を形成している。しかし、この被膜は高温域に昇
温／降温されるとクラックが発生し、そのためシ−ル処
理する必要があるとされている（第３回 超耐環境性先
進材料シンポジウム「石油ピッチ系Ｃ／Ｃ複合材料の複
合化と耐酸化技術」（１９８７年１０月）に記載されて
いる）。したがって、２０００℃環境での、耐酸化性を
確保するにはシ−ル材質、処理法等を検討する必要があ
る。
【０００７】一方、他の構成によるＣ／Ｃ材の耐酸化性
表面の付与方法として、基材表面にレニウムまたは炭化
珪素からなる仲介層を介して、ハフニウム、タンタルま
たはジルコニウムからなる金属箔を重ねてなる構成の部
材が、特開平１−２３０４８７号「耐熱耐酸化性高強度
部材およびその製造方法」に記載されている。この部材
の耐酸化性被覆層は、酸化性雰囲気中の２０００℃環境
下においては、材質の組合せによっては反応により、反
応生成物が形成され、それにより耐酸化性が低下する可
能性がある。また特開平４−１４９０８３号公報には炭
素質基材の表面に炭化珪素薄膜、その上にＨｆ，Ｚｒ等
の金属薄膜、その上にＩｒ等の薄膜を形成した高温耐酸
化炭素材料が開示されている。
表面の付与方法として、基材表面にレニウムまたは炭化
珪素からなる仲介層を介して、ハフニウム、タンタルま
たはジルコニウムからなる金属箔を重ねてなる構成の部
材が、特開平１−２３０４８７号「耐熱耐酸化性高強度
部材およびその製造方法」に記載されている。この部材
の耐酸化性被覆層は、酸化性雰囲気中の２０００℃環境
下においては、材質の組合せによっては反応により、反
応生成物が形成され、それにより耐酸化性が低下する可
能性がある。また特開平４−１４９０８３号公報には炭
素質基材の表面に炭化珪素薄膜、その上にＨｆ，Ｚｒ等
の金属薄膜、その上にＩｒ等の薄膜を形成した高温耐酸
化炭素材料が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の公知の技術で
は、軽量・高強度部材を２０００℃域の高温度域の酸化
性雰囲気中において適用するのは困難である。すなわ
ち、カ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材を基材として、
酸化性雰囲気中で２０００℃域の高温環境下では、高強
度部材として用いるには、十分な耐熱・耐酸化性を示さ
ないことが判明した。基材表面に形成された耐熱・耐酸
化被覆層として多く用いられているＳｉＣは、高温域で
ＳｉＣが酸化して酸化膜のＳｉＯ2を生成し、高温にな
るにしたがってその生成が著しくなる。また、酸化膜の
ＳｉＯ2は、加熱／冷却の熱履歴が繰り返されると剥離
等を生じて損耗が多くなるため、耐久性が得られない。
そして、１７００℃程度以上になるとそのＳｉＯ2は溶
融するようになり、使用条件、例えば、表面に衝撃波等
を受ける宇宙往還機の機体材料のような部材の場合に
は、溶融した物質が飛散することにより損耗が著しく多
くる。したがって、ＳｉＣの耐熱・耐酸化被覆層の最高
使用温度は１７００℃程度が限度である。
は、軽量・高強度部材を２０００℃域の高温度域の酸化
性雰囲気中において適用するのは困難である。すなわ
ち、カ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材を基材として、
酸化性雰囲気中で２０００℃域の高温環境下では、高強
度部材として用いるには、十分な耐熱・耐酸化性を示さ
ないことが判明した。基材表面に形成された耐熱・耐酸
化被覆層として多く用いられているＳｉＣは、高温域で
ＳｉＣが酸化して酸化膜のＳｉＯ2を生成し、高温にな
るにしたがってその生成が著しくなる。また、酸化膜の
ＳｉＯ2は、加熱／冷却の熱履歴が繰り返されると剥離
等を生じて損耗が多くなるため、耐久性が得られない。
そして、１７００℃程度以上になるとそのＳｉＯ2は溶
融するようになり、使用条件、例えば、表面に衝撃波等
を受ける宇宙往還機の機体材料のような部材の場合に
は、溶融した物質が飛散することにより損耗が著しく多
くる。したがって、ＳｉＣの耐熱・耐酸化被覆層の最高
使用温度は１７００℃程度が限度である。
【０００９】また、高融点のセラミックス等の被膜形成
が容易な技術として、プラズマ溶射法がある。この方法
により、カ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材の基材の上
に、高融点のセラミックス、あるいは金属等の被膜を形
成しても、基材との熱膨張率の差、あるいは密着力が小
さい等により、成膜後あるいは熱衝撃等を受けると被膜
にクラックあるいは剥離を生じてしてしまう場合が多
い。そのような状態では、基材は酸化を生じて損耗する
ことになり、耐熱・耐酸化被覆層としては機能しなくな
る。
が容易な技術として、プラズマ溶射法がある。この方法
により、カ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材の基材の上
に、高融点のセラミックス、あるいは金属等の被膜を形
成しても、基材との熱膨張率の差、あるいは密着力が小
さい等により、成膜後あるいは熱衝撃等を受けると被膜
にクラックあるいは剥離を生じてしてしまう場合が多
い。そのような状態では、基材は酸化を生じて損耗する
ことになり、耐熱・耐酸化被覆層としては機能しなくな
る。
【００１０】本発明の目的は、前述した従来技術におけ
る問題点を解決し、カーボン質の耐熱性高強度基材の表
面に耐熱衝撃性、耐食性、耐酸化性及び基材との密着性
が優れたとの耐熱耐酸化性被覆層を設けた耐熱耐酸化性
高強度部材及びその製造方法を提供することにある。
る問題点を解決し、カーボン質の耐熱性高強度基材の表
面に耐熱衝撃性、耐食性、耐酸化性及び基材との密着性
が優れたとの耐熱耐酸化性被覆層を設けた耐熱耐酸化性
高強度部材及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願第１発明は、カ−ボン質の基材の上に耐熱耐酸
化性被膜層が設けられた耐熱耐酸化性高強度部材であっ
て、耐熱耐酸化性被膜層は前記基材の上に設けられたＳ
ｉＣ系被膜と、このＳｉＣ系被膜の上に設けられたＺｒ
Ｏ2系セラミックス被膜と、このＺｒＯ2系セラミックス
被膜の上に設けられたＩｒ系被膜とを備えたことを特徴
とするものである。ここで、ＳｉＣ系被膜は、炭素の濃
度が基材側からＺｒＯ2系セラミックス被膜側に向かっ
て連続的に減少しているもの、又はＳｉＣ系被膜の前記
ＺｒＯ2系セラミックス被膜寄りの部分と前記基材との
間に、ＳｉＣ系被膜材料と基材材料との混合層が設けら
れているものがよい。
に、本願第１発明は、カ−ボン質の基材の上に耐熱耐酸
化性被膜層が設けられた耐熱耐酸化性高強度部材であっ
て、耐熱耐酸化性被膜層は前記基材の上に設けられたＳ
ｉＣ系被膜と、このＳｉＣ系被膜の上に設けられたＺｒ
Ｏ2系セラミックス被膜と、このＺｒＯ2系セラミックス
被膜の上に設けられたＩｒ系被膜とを備えたことを特徴
とするものである。ここで、ＳｉＣ系被膜は、炭素の濃
度が基材側からＺｒＯ2系セラミックス被膜側に向かっ
て連続的に減少しているもの、又はＳｉＣ系被膜の前記
ＺｒＯ2系セラミックス被膜寄りの部分と前記基材との
間に、ＳｉＣ系被膜材料と基材材料との混合層が設けら
れているものがよい。
【００１２】第２発明は、第１発明において、ＳｉＣ系
被膜とＺｒＯ2系セラミックス被膜との間に、ＳｉＣ系
被膜材料とＺｒＯ2系セラミックス被膜材料の混合層が
設けられたことを特徴とするものである。
被膜とＺｒＯ2系セラミックス被膜との間に、ＳｉＣ系
被膜材料とＺｒＯ2系セラミックス被膜材料の混合層が
設けられたことを特徴とするものである。
【００１３】第３発明は、第２発明において、ＳｉＣ系
被膜材料とＺｒＯ2系セラミックス被膜材料の混合層
は、ＳｉＣ系被膜からＺｒＯ2系セラミックス被膜へと
その混合比が連続的に変化していることを特徴とするも
のである。
被膜材料とＺｒＯ2系セラミックス被膜材料の混合層
は、ＳｉＣ系被膜からＺｒＯ2系セラミックス被膜へと
その混合比が連続的に変化していることを特徴とするも
のである。
【００１４】第４発明は、第１発明において、ＺｒＯ2
系セラミックス被膜とＩｒ系被膜との間に、ＺｒＯ2系
セラミックス被膜材料とＩｒ系被膜材料の混合層が設け
られたことを特徴とするものである。
系セラミックス被膜とＩｒ系被膜との間に、ＺｒＯ2系
セラミックス被膜材料とＩｒ系被膜材料の混合層が設け
られたことを特徴とするものである。
【００１５】第５発明は、第４発明において、ＺｒＯ2
系セラミックス被膜材料とＩｒ系被膜材料の混合層は、
ＺｒＯ2系セラミックス被膜からＩｒ系被膜へとその混
合比が連続的に変化していることを特徴とするものであ
る。
系セラミックス被膜材料とＩｒ系被膜材料の混合層は、
ＺｒＯ2系セラミックス被膜からＩｒ系被膜へとその混
合比が連続的に変化していることを特徴とするものであ
る。
【００１６】第６発明は、第１発明乃至第５発明のいず
れかにおいて、ＳｉＣ系被膜はＳｉＣを主成分とし、そ
の空隙の一部あるいは全てが、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｙ2
Ｏ3、ＳｉＯ2のいずれか又はこれらの混合物のセラミッ
クスで充填されていることを特徴とするものである。
れかにおいて、ＳｉＣ系被膜はＳｉＣを主成分とし、そ
の空隙の一部あるいは全てが、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｙ2
Ｏ3、ＳｉＯ2のいずれか又はこれらの混合物のセラミッ
クスで充填されていることを特徴とするものである。
【００１７】第７発明は、第１発明乃至第６発明のいず
れかにおいて、ＺｒＯ2系セラミックス被膜は、ＺｒＯ2
を主成分とし、Ｙ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯから選ばれた１
種以上を含むことを特徴とするものである。
れかにおいて、ＺｒＯ2系セラミックス被膜は、ＺｒＯ2
を主成分とし、Ｙ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯから選ばれた１
種以上を含むことを特徴とするものである。
【００１８】第８発明は、第１発明乃至第７発明のいず
れかにおいて、カ−ボン質の基材はカ−ボン繊維強化型
カ−ボン複合材であることを特徴とするものである。
れかにおいて、カ−ボン質の基材はカ−ボン繊維強化型
カ−ボン複合材であることを特徴とするものである。
【００１９】第９発明は、カーボン質の基材の表面に耐
熱耐酸化性被覆層を設けた耐熱耐酸化性高強度部材の製
造方法において、前記基材の表面にＳｉＣ系被膜を形成
する工程と、そのＳｉＣ系被膜の上にＺｒＯ2系セラミ
ックス被膜を形成する工程と、そのＺｒＯ2系セラミッ
クス被膜の上にＩｒ系被膜を電子ビ−ム蒸着法で形成す
る工程を有することを特徴とするものである。
熱耐酸化性被覆層を設けた耐熱耐酸化性高強度部材の製
造方法において、前記基材の表面にＳｉＣ系被膜を形成
する工程と、そのＳｉＣ系被膜の上にＺｒＯ2系セラミ
ックス被膜を形成する工程と、そのＺｒＯ2系セラミッ
クス被膜の上にＩｒ系被膜を電子ビ−ム蒸着法で形成す
る工程を有することを特徴とするものである。
【００２０】第１０発明は、カーボン質の基材の表面に
耐熱耐酸化性被覆層を設けた耐熱耐酸化性高強度部材の
製造方法において、前記基材の表面にＳｉＣ系被膜を形
成する工程と、そのＳｉＣ系被膜の上にＺｒＯ2系セラ
ミックス被膜を形成する工程と、そのＺｒＯ2系セラミ
ックス被膜の上にＩｒ系被膜を電子ビ−ム蒸着法とイオ
ンビ−ム照射とを同時に行う方法で形成する工程を有す
ることを特徴とするものである。
耐熱耐酸化性被覆層を設けた耐熱耐酸化性高強度部材の
製造方法において、前記基材の表面にＳｉＣ系被膜を形
成する工程と、そのＳｉＣ系被膜の上にＺｒＯ2系セラ
ミックス被膜を形成する工程と、そのＺｒＯ2系セラミ
ックス被膜の上にＩｒ系被膜を電子ビ−ム蒸着法とイオ
ンビ−ム照射とを同時に行う方法で形成する工程を有す
ることを特徴とするものである。
【００２１】第１１発明は、第１０発明において、イオ
ンビ−ムは加速電圧が１〜５０ｋＶの範囲内であり、イ
オンビ−ムを構成する主たる元素が酸素又はアルゴンで
あることを特徴とするものである。
ンビ−ムは加速電圧が１〜５０ｋＶの範囲内であり、イ
オンビ−ムを構成する主たる元素が酸素又はアルゴンで
あることを特徴とするものである。
【００２２】
【作用】本発明の構成と作用を説明する。本発明におけ
る超耐熱複合材料の基材としては、カ−ボン繊維と該カ
−ボン繊維の相互間及び周囲を満たすカ−ボンのマトリ
ックスとからなるカ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材が
用いられる。このカ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材を
２０００℃域の超高温、酸化性雰囲気中において、環境
遮断用耐熱材料として用いるには、環境遮断性の被覆層
の信頼性が重要である。その要点として、被覆層の耐熱
・耐酸化性、構造設計、及び密着性がある。そこで本発
明における被覆層について述べる。
る超耐熱複合材料の基材としては、カ−ボン繊維と該カ
−ボン繊維の相互間及び周囲を満たすカ−ボンのマトリ
ックスとからなるカ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材が
用いられる。このカ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材を
２０００℃域の超高温、酸化性雰囲気中において、環境
遮断用耐熱材料として用いるには、環境遮断性の被覆層
の信頼性が重要である。その要点として、被覆層の耐熱
・耐酸化性、構造設計、及び密着性がある。そこで本発
明における被覆層について述べる。
【００２３】本発明の被覆層の構成は、カ−ボン繊維強
化型カ−ボン複合材の基材上に、基材との密着性に優れ
た耐熱性セラミックス被膜を形成し、酸化性雰囲気に接
する表面層に酸素透過抑制機能を有する高融点金属被膜
を形成する。その際、耐熱性セラミックス被膜と高融点
金属被膜との反応抑制機能を有する中間層セラミックス
被膜からなっている。
化型カ−ボン複合材の基材上に、基材との密着性に優れ
た耐熱性セラミックス被膜を形成し、酸化性雰囲気に接
する表面層に酸素透過抑制機能を有する高融点金属被膜
を形成する。その際、耐熱性セラミックス被膜と高融点
金属被膜との反応抑制機能を有する中間層セラミックス
被膜からなっている。
【００２４】カ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材の基材
上に形成される耐熱性セラミックス被膜としては、高温
で優れた機械的性質や化学的安定性の特性が優れたもの
として、炭化珪素（ＳｉＣ）がよい。そのＳｉＣ被膜
は、目的の機能により拡散反応法および化学気相蒸着法
により形成される。すなわち、基材上に直接形成される
ＳｉＣ被膜は高密着力が必要なことから、拡散反応法に
より金属珪素蒸気を基材のカ−ボンと反応させて結合さ
せ、これによりＳｉＣに転化するため、基材との密着性
を図れ、また多孔質体なため熱衝撃の緩和にも有効なも
のである。その上のＳｉＣ被膜は化学気相蒸着法により
ＳｉＣを原子レベルで表面に析出して成膜することによ
り、緻密でかつ結晶構造の良い高純度のため耐熱性等の
特性に優れるものとする。なお、拡散反応法、及び化学
気相蒸着法で形成されたＳｉＣ被膜は、基材との熱膨張
差による熱応力により膜厚方向にミクロクラックを生じ
る。この状態ではミクロクラックを通じて酸素が浸入し
て基材が損傷する可能性もある。そのため、このミクロ
クラックをシ−ルすることも効果的である。その材質と
しては、耐熱性、シ−ル特性等からセラミックスのＳｉ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3のいずれか、またはこ
れらの混合物が望ましい。この充填方法としては、ゾル
・ゲル法、例えばＴＥＯＳや燐酸アルミニウム溶液（Ｍ
ＡＰ）、テトラ−ｎ−ブトキシジルコニウム、トリ−ｎ
−ブトキシイットリウム等をクラックに含浸或いは塗布
した後、焼成することによりできる。これにより、カ−
ボン繊維強化型カ−ボン複合材の基材上に密着力と耐熱
性が優れたＳｉＣ系被膜が得られる。
上に形成される耐熱性セラミックス被膜としては、高温
で優れた機械的性質や化学的安定性の特性が優れたもの
として、炭化珪素（ＳｉＣ）がよい。そのＳｉＣ被膜
は、目的の機能により拡散反応法および化学気相蒸着法
により形成される。すなわち、基材上に直接形成される
ＳｉＣ被膜は高密着力が必要なことから、拡散反応法に
より金属珪素蒸気を基材のカ−ボンと反応させて結合さ
せ、これによりＳｉＣに転化するため、基材との密着性
を図れ、また多孔質体なため熱衝撃の緩和にも有効なも
のである。その上のＳｉＣ被膜は化学気相蒸着法により
ＳｉＣを原子レベルで表面に析出して成膜することによ
り、緻密でかつ結晶構造の良い高純度のため耐熱性等の
特性に優れるものとする。なお、拡散反応法、及び化学
気相蒸着法で形成されたＳｉＣ被膜は、基材との熱膨張
差による熱応力により膜厚方向にミクロクラックを生じ
る。この状態ではミクロクラックを通じて酸素が浸入し
て基材が損傷する可能性もある。そのため、このミクロ
クラックをシ−ルすることも効果的である。その材質と
しては、耐熱性、シ−ル特性等からセラミックスのＳｉ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3のいずれか、またはこ
れらの混合物が望ましい。この充填方法としては、ゾル
・ゲル法、例えばＴＥＯＳや燐酸アルミニウム溶液（Ｍ
ＡＰ）、テトラ−ｎ−ブトキシジルコニウム、トリ−ｎ
−ブトキシイットリウム等をクラックに含浸或いは塗布
した後、焼成することによりできる。これにより、カ−
ボン繊維強化型カ−ボン複合材の基材上に密着力と耐熱
性が優れたＳｉＣ系被膜が得られる。
【００２５】次に表面層の高融点金属被膜は、酸化性雰
囲気に接した際、内部の耐熱性セラミックス被膜、或い
はカ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材への酸素の浸入を
阻止する酸素透過抑制機能を有しており、且つ２０００
℃域での耐熱性、耐酸化性に優れた高融点金属元素とし
て白金族金属のイリジウム（Ｉｒ）が望ましい。即ち、
VIII族白金金属の中で２０００℃域の耐熱性があるのは
オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム
（Ｒｕ）であるが、Ｉｒは高融点で、その値が２４４７
℃あり、酸化性雰囲気中でも蒸発消耗が最も少ないもの
である。一方、他の高融点金属元素、例えばタンタル
（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）
等においては、酸化性雰囲気中における蒸発消耗、或い
は酸化反応が著しく、本発明の目的には望ましくない。
これにより、耐熱性、耐酸化性に優れた高融点金属被膜
が得られる。
囲気に接した際、内部の耐熱性セラミックス被膜、或い
はカ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材への酸素の浸入を
阻止する酸素透過抑制機能を有しており、且つ２０００
℃域での耐熱性、耐酸化性に優れた高融点金属元素とし
て白金族金属のイリジウム（Ｉｒ）が望ましい。即ち、
VIII族白金金属の中で２０００℃域の耐熱性があるのは
オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム
（Ｒｕ）であるが、Ｉｒは高融点で、その値が２４４７
℃あり、酸化性雰囲気中でも蒸発消耗が最も少ないもの
である。一方、他の高融点金属元素、例えばタンタル
（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）
等においては、酸化性雰囲気中における蒸発消耗、或い
は酸化反応が著しく、本発明の目的には望ましくない。
これにより、耐熱性、耐酸化性に優れた高融点金属被膜
が得られる。
【００２６】次に、基材上の高耐熱性セラミックス被膜
のＳｉＣと高融点金属被膜のＩｒが直接接した状態の被
覆層構造では、２０００℃域に加熱保持されると反応
し、反応生成物として低融点（１３８０℃）のＩｒＳｉ
が生成してしまい、本目的を達成できない。そのため、
２０００℃域でのＳｉＣ及びＩｒとの反応もない、或い
は少ない物質で、且つ耐熱性、耐酸化性に優れたセラミ
ックス被膜の中間層が必須である。本発明では中間層セ
ラミックス被膜を設けることにより目的を達成した。す
なわち、ＳｉＣとＩｒとのいずれとも反応しない反応抑
制機能を有し、且つ耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性、低
熱伝導率に優れたセラミックスとして、ＺｒＯ2を選定
した。尚、ＺｒＯ2の相変態防止のための安定化剤のＹ2
Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯを添加することも効果的である。
一方、他の代表的なセラミックスのＡｌ2Ｏ3は、α⇔γ
の相変態により耐熱衝撃性は非常に悪い。また、Ｉｒと
の反応も見られるため、本発明の目的には望ましくな
い。これにより、高耐熱性セラミックス被膜のＳｉＣと
高融点金属被膜のＩｒとの耐熱性、反応抑制機能を有し
たＺｒＯ2系被膜が得られる。
のＳｉＣと高融点金属被膜のＩｒが直接接した状態の被
覆層構造では、２０００℃域に加熱保持されると反応
し、反応生成物として低融点（１３８０℃）のＩｒＳｉ
が生成してしまい、本目的を達成できない。そのため、
２０００℃域でのＳｉＣ及びＩｒとの反応もない、或い
は少ない物質で、且つ耐熱性、耐酸化性に優れたセラミ
ックス被膜の中間層が必須である。本発明では中間層セ
ラミックス被膜を設けることにより目的を達成した。す
なわち、ＳｉＣとＩｒとのいずれとも反応しない反応抑
制機能を有し、且つ耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性、低
熱伝導率に優れたセラミックスとして、ＺｒＯ2を選定
した。尚、ＺｒＯ2の相変態防止のための安定化剤のＹ2
Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯを添加することも効果的である。
一方、他の代表的なセラミックスのＡｌ2Ｏ3は、α⇔γ
の相変態により耐熱衝撃性は非常に悪い。また、Ｉｒと
の反応も見られるため、本発明の目的には望ましくな
い。これにより、高耐熱性セラミックス被膜のＳｉＣと
高融点金属被膜のＩｒとの耐熱性、反応抑制機能を有し
たＺｒＯ2系被膜が得られる。
【００２７】次に、ＺｒＯ2系セラミックス被膜、及び
Ｉｒ系被膜を形成する方法が重要になる。すなわち、Ｓ
ｉＣ系被膜の上に形成されるＺｒＯ2系セラミックス被
膜、及びＺｒＯ2系セラミックス被膜の上に形成される
Ｉｒ系被膜の各被膜が、急激な熱衝撃、あるいは加熱／
冷却の熱履歴を受けた際に、各被膜境界における密着性
が優れている特性が得られる被膜形成技術が望ましい。
また、各被膜内における諸特性の制御、あるいは熱応力
の発生を制御するために、被膜内において化合物の化学
量論値が単一ではなく、表面側と内面側とで連続的に変
化させたりすることが容易に制御できる組成制御性が優
れた被膜形成技術であることも望ましい。
Ｉｒ系被膜を形成する方法が重要になる。すなわち、Ｓ
ｉＣ系被膜の上に形成されるＺｒＯ2系セラミックス被
膜、及びＺｒＯ2系セラミックス被膜の上に形成される
Ｉｒ系被膜の各被膜が、急激な熱衝撃、あるいは加熱／
冷却の熱履歴を受けた際に、各被膜境界における密着性
が優れている特性が得られる被膜形成技術が望ましい。
また、各被膜内における諸特性の制御、あるいは熱応力
の発生を制御するために、被膜内において化合物の化学
量論値が単一ではなく、表面側と内面側とで連続的に変
化させたりすることが容易に制御できる組成制御性が優
れた被膜形成技術であることも望ましい。
【００２８】そのような被膜形成技術として、成膜と同
時にその部分にエネルギ−を照射して与える方法に着目
した。そのエネルギ−源として蒸着プロセスとの整合性
について種々検討した結果、イオンビ−ムが最も適して
いる。ＺｒＯ2系、及びＩｒ系材料の蒸着自体は公知の
方法である高融点金属、耐熱セラミックス等を容易に溶
融して蒸発させることのできる電子ビ−ム蒸着を用い、
基材にイオンビ−ムを照射する方法である。イオンビ−
ムは高密度エネルギ−源であるが、そのエネルギ−は照
射した材料の最表面部のみに与えるものである。したが
って、イオンビ−ム照射と蒸着を同時に行なうことによ
り、基材温度が低い状態で成膜しても、イオンビ−ムの
エネルギ−が化合物生成エネルギ−よりも十分に大きい
場合、成膜される被覆層は化合物になる。これは、イオ
ンビ−ムの照射によるエネルギ−が、蒸着のみの場合の
基材の高温に予熱されたことと同じ効果を有することに
起因している。また、その化合物の組成は、蒸着量とイ
オンビ−ム照射のエネルギ−量を制御することにより、
任意にできるという特徴がある。また、イオン単独の打
ち込み層（数百Å）、あるいは基材との境界にはイオン
打ち込み効果によりミキシング層（成膜される化合物と
基材原子との混合層）が形成されることから非常に優れ
た密着力が得られる。
時にその部分にエネルギ−を照射して与える方法に着目
した。そのエネルギ−源として蒸着プロセスとの整合性
について種々検討した結果、イオンビ−ムが最も適して
いる。ＺｒＯ2系、及びＩｒ系材料の蒸着自体は公知の
方法である高融点金属、耐熱セラミックス等を容易に溶
融して蒸発させることのできる電子ビ−ム蒸着を用い、
基材にイオンビ−ムを照射する方法である。イオンビ−
ムは高密度エネルギ−源であるが、そのエネルギ−は照
射した材料の最表面部のみに与えるものである。したが
って、イオンビ−ム照射と蒸着を同時に行なうことによ
り、基材温度が低い状態で成膜しても、イオンビ−ムの
エネルギ−が化合物生成エネルギ−よりも十分に大きい
場合、成膜される被覆層は化合物になる。これは、イオ
ンビ−ムの照射によるエネルギ−が、蒸着のみの場合の
基材の高温に予熱されたことと同じ効果を有することに
起因している。また、その化合物の組成は、蒸着量とイ
オンビ−ム照射のエネルギ−量を制御することにより、
任意にできるという特徴がある。また、イオン単独の打
ち込み層（数百Å）、あるいは基材との境界にはイオン
打ち込み効果によりミキシング層（成膜される化合物と
基材原子との混合層）が形成されることから非常に優れ
た密着力が得られる。
【００２９】また、ダイナミックミキシングでは加速電
圧を制御することにより、イオン照射によるスパッタ現
象を生じさせることが可能である。これにより、スパッ
タクリ−ニングが行なえる。例えば、ＳｉＣ系被膜の表
面を清浄にした後、その上にＺｒＯ2系被膜を形成すれ
ば、その界面に不純物がないためＺｒＯ2系被膜の密着
性を向上させる効果を有する。
圧を制御することにより、イオン照射によるスパッタ現
象を生じさせることが可能である。これにより、スパッ
タクリ−ニングが行なえる。例えば、ＳｉＣ系被膜の表
面を清浄にした後、その上にＺｒＯ2系被膜を形成すれ
ば、その界面に不純物がないためＺｒＯ2系被膜の密着
性を向上させる効果を有する。
【００３０】以上述べたように、本発明法の製造法とし
て、拡散反応法、及び化学気相蒸着法により形成された
数十μｍから数百μｍのＳｉＣ系被膜を有したＣ／Ｃ基
材の上に、先ず、イオンビ−ム照射とＺｒＯ2系材料の
蒸着を同時に行ない、上記のミキシング層を形成する。
しかる後、イオンビ−ムのエネルギ−を小さくする、も
しくはエネルギ−をゼロにしてＺｒＯ2系材料の蒸着を
行ない、緻密な組織のＺｒＯ2系セラミックス被膜を形
成する。
て、拡散反応法、及び化学気相蒸着法により形成された
数十μｍから数百μｍのＳｉＣ系被膜を有したＣ／Ｃ基
材の上に、先ず、イオンビ−ム照射とＺｒＯ2系材料の
蒸着を同時に行ない、上記のミキシング層を形成する。
しかる後、イオンビ−ムのエネルギ−を小さくする、も
しくはエネルギ−をゼロにしてＺｒＯ2系材料の蒸着を
行ない、緻密な組織のＺｒＯ2系セラミックス被膜を形
成する。
【００３１】しかる後、イオンビ−ム照射とＩｒ系材料
の蒸着を同時に行ない、上記のミキシング層を形成す
る。しかる後、イオンビ−ムのエネルギ−を小さくす
る、もしくはエネルギ−をゼロにしてＩｒ系材料の蒸着
を行ない、緻密な組織のＩｒ系被膜を形成する。
の蒸着を同時に行ない、上記のミキシング層を形成す
る。しかる後、イオンビ−ムのエネルギ−を小さくす
る、もしくはエネルギ−をゼロにしてＩｒ系材料の蒸着
を行ない、緻密な組織のＩｒ系被膜を形成する。
【００３２】このような本発明法の製造法により、Ｓｉ
Ｃ系被膜とＺｒＯ2系セラミックス被膜、ＺｒＯ2系セラ
ミックス被膜とＩｒ系被膜との互いの境界にはミキシン
グ層が形成されて、高温域に加熱されても非常に優れた
密着力が得られる。
Ｃ系被膜とＺｒＯ2系セラミックス被膜、ＺｒＯ2系セラ
ミックス被膜とＩｒ系被膜との互いの境界にはミキシン
グ層が形成されて、高温域に加熱されても非常に優れた
密着力が得られる。
【００３３】このような本発明法の製造法にて作製した
耐熱・耐酸化性被覆層は、熱応力によって生じる破壊の
起点の周辺の材料の信頼性が高く、破壊による剥離が生
じ難いものとなる。なお、上記の本発明の製造法におい
て、イオンビ−ムとして酸素イオンを用いるのが望まし
い。その理由として、ＺｒＯ2系材料の蒸着の場合電子
ビ−ムで高温に加熱されて溶融した際に、酸素原子が離
脱してＺｒＯ2-xとなり易く、化学量論値に近いＺｒＯ2
を得る上で酸素原子を補充できる酸素イオンビ−ムが望
ましい。なお、Ｎ2あるいはＡｒ等のイオンビ−ムを用
いても特に支障はない。更に、イオンビ−ムを用いる理
由として、ＺｒＯ2セラミックス被膜、及びＩｒ系被膜
の組織制御を行なう上で、イオンビ−ム照射によるエネ
ルギ−の応答性の速さが挙げられる。すなわち、イオン
ビ−ムをＯＮすると直ちにそのエネルギ−が成膜状態に
反映し、一方、ＯＦＦあるいは小さくするとそのエネル
ギ−は直ちに消滅してしまう。このような応答性の速さ
は例えば大型形状品の真空中加熱によって実現するのは
非常に難しい。以上の構成により、カ−ボン繊維強化型
カ−ボン複合材の基材上に密着力と耐熱性が優れた環境
遮断性被覆層が得られる。
耐熱・耐酸化性被覆層は、熱応力によって生じる破壊の
起点の周辺の材料の信頼性が高く、破壊による剥離が生
じ難いものとなる。なお、上記の本発明の製造法におい
て、イオンビ−ムとして酸素イオンを用いるのが望まし
い。その理由として、ＺｒＯ2系材料の蒸着の場合電子
ビ−ムで高温に加熱されて溶融した際に、酸素原子が離
脱してＺｒＯ2-xとなり易く、化学量論値に近いＺｒＯ2
を得る上で酸素原子を補充できる酸素イオンビ−ムが望
ましい。なお、Ｎ2あるいはＡｒ等のイオンビ−ムを用
いても特に支障はない。更に、イオンビ−ムを用いる理
由として、ＺｒＯ2セラミックス被膜、及びＩｒ系被膜
の組織制御を行なう上で、イオンビ−ム照射によるエネ
ルギ−の応答性の速さが挙げられる。すなわち、イオン
ビ−ムをＯＮすると直ちにそのエネルギ−が成膜状態に
反映し、一方、ＯＦＦあるいは小さくするとそのエネル
ギ−は直ちに消滅してしまう。このような応答性の速さ
は例えば大型形状品の真空中加熱によって実現するのは
非常に難しい。以上の構成により、カ−ボン繊維強化型
カ−ボン複合材の基材上に密着力と耐熱性が優れた環境
遮断性被覆層が得られる。
【００３４】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。
る。
【００３５】実施例１ 長繊維強化型のクロス系カ−ボン繊維強化型カ−ボン複
合材を基材として、図１に示す耐熱・耐酸化性の環境遮
断性被覆層を形成した。その環境遮断性被覆層は、Ｓｉ
Ｃ系被膜２、ＺｒＯ2系被膜４、Ｉｒ被膜６の３層から
なっている。基材１は直径２５ｍｍ厚さ５ｍｍの大きさ
で、その全面に前記に環境遮断性被覆層を形成した。
合材を基材として、図１に示す耐熱・耐酸化性の環境遮
断性被覆層を形成した。その環境遮断性被覆層は、Ｓｉ
Ｃ系被膜２、ＺｒＯ2系被膜４、Ｉｒ被膜６の３層から
なっている。基材１は直径２５ｍｍ厚さ５ｍｍの大きさ
で、その全面に前記に環境遮断性被覆層を形成した。
【００３６】先ず初めに基材１を洗浄、乾燥後、ＳｉＣ
系被膜２を形成した。ＳｉＣ系被膜２Ａは、ＳｉＯ2、
コ−クス粉末を用いた拡散反応法により処理温度２００
０℃で平均６０μｍの厚さで形成した後、表面の残渣等
をホ−ニングにより除去した。その基材１を洗浄、乾燥
後、ＳｉＣ系被膜２Ａの上にＳｉＣ系被膜２Ｂを、プラ
ズマ化学気相蒸着法により平均１２０μｍ形成した。そ
の処理条件は、処理ガスＳｉＣｌ4ＣＨ4Ｈ2を用い、処
理温度１４００℃、処理圧力４Ｔｏｒｒ、印加電圧１２
００Ｖ、印加電流１０Ａ（放電面積約３６００ｃｍ2）
であった。
系被膜２を形成した。ＳｉＣ系被膜２Ａは、ＳｉＯ2、
コ−クス粉末を用いた拡散反応法により処理温度２００
０℃で平均６０μｍの厚さで形成した後、表面の残渣等
をホ−ニングにより除去した。その基材１を洗浄、乾燥
後、ＳｉＣ系被膜２Ａの上にＳｉＣ系被膜２Ｂを、プラ
ズマ化学気相蒸着法により平均１２０μｍ形成した。そ
の処理条件は、処理ガスＳｉＣｌ4ＣＨ4Ｈ2を用い、処
理温度１４００℃、処理圧力４Ｔｏｒｒ、印加電圧１２
００Ｖ、印加電流１０Ａ（放電面積約３６００ｃｍ2）
であった。
【００３７】しかる後、ＳｉＣ系被膜２を設けた試験片
基材の表面に、ＺｒＯ2系被膜４を蒸着源とイオンビ−
ム源を有したイオンビ−ムミキシング法により形成し
た。なお、蒸着源は出力１０ｋＷの電子ビ−ムである。
蒸着源の材料としてＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3を用い、イオ
ンビ−ム源として酸素イオンを用いた。被膜形成は、先
ず、ＳｉＣ系被膜２の表面にＡｒイオンビ−ム（加速電
圧１０ｋｅＶ）を照射し、Ａｒイオンによる表面のスパ
ッタ−クリ−ニングを行った。その際の成膜炉体内の圧
力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は７５℃であった。
しかる後、イオンビ−ム源の導入ガスの流入を止め、Ｚ
ｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3の蒸着を行った。この状態で、膜圧
モニタ−で制御して膜厚を７０μｍとした。この際の成
膜炉体内の圧力は５×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は１０
００℃に制御した。これにより、ＺｒＯ2系被膜４の組
織は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
基材の表面に、ＺｒＯ2系被膜４を蒸着源とイオンビ−
ム源を有したイオンビ−ムミキシング法により形成し
た。なお、蒸着源は出力１０ｋＷの電子ビ−ムである。
蒸着源の材料としてＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3を用い、イオ
ンビ−ム源として酸素イオンを用いた。被膜形成は、先
ず、ＳｉＣ系被膜２の表面にＡｒイオンビ−ム（加速電
圧１０ｋｅＶ）を照射し、Ａｒイオンによる表面のスパ
ッタ−クリ−ニングを行った。その際の成膜炉体内の圧
力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は７５℃であった。
しかる後、イオンビ−ム源の導入ガスの流入を止め、Ｚ
ｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3の蒸着を行った。この状態で、膜圧
モニタ−で制御して膜厚を７０μｍとした。この際の成
膜炉体内の圧力は５×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は１０
００℃に制御した。これにより、ＺｒＯ2系被膜４の組
織は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
【００３８】しかる後、ＳｉＣ系被膜２、ＺｒＯ2系被
膜４を設けた試験片基材の表面に、Ｉｒ被膜６を、上記
と同方法により形成した。被膜形成は、先ず、ＺｒＯ2
系被膜４の表面に酸素イオンビ−ム（加速電圧１０ｋｅ
Ｖ）を照射し、酸素イオンによる表面のスパッタ−クリ
−ニングを行った。その際の成膜炉体内の圧力は２×１
０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は７５℃であった。しかる後、
酸素イオン照射を止めて、Ｉｒの蒸着を行った。この状
態で膜圧モニタ−で３０μｍの厚さに制御した。この際
の成膜炉体内の圧力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は
１０００℃に制御した。これにより、Ｉｒ系被膜４の組
織は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
膜４を設けた試験片基材の表面に、Ｉｒ被膜６を、上記
と同方法により形成した。被膜形成は、先ず、ＺｒＯ2
系被膜４の表面に酸素イオンビ−ム（加速電圧１０ｋｅ
Ｖ）を照射し、酸素イオンによる表面のスパッタ−クリ
−ニングを行った。その際の成膜炉体内の圧力は２×１
０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は７５℃であった。しかる後、
酸素イオン照射を止めて、Ｉｒの蒸着を行った。この状
態で膜圧モニタ−で３０μｍの厚さに制御した。この際
の成膜炉体内の圧力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は
１０００℃に制御した。これにより、Ｉｒ系被膜４の組
織は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
【００３９】以上のような、環境遮断用被覆層を形成し
た試験片の、耐熱・耐酸化性等の耐久性試験を実施し
た。試験は大気雰囲気中加熱炉を用い、２０００℃で２
５分保持した後、大気中で自然冷却した。評価は試験前
後の重量変化量で行った。その結果、本発明の環境遮断
用被覆層を形成した試験片の外観観察では、被覆層の剥
離等の損傷は認められず、健全であった。その重量変化
量は、約２ｍｇ／ｃｍ2の微量な減少であった。なお、
被覆層なしの試験片では、その原形が認められない程に
表面は白く灰化している状態であった。このように本発
明の環境遮断用被覆層を形成したカ−ボン繊維強化型カ
−ボン複合材の耐熱耐酸化性高強度部材は高温耐久性に
優れたものである。
た試験片の、耐熱・耐酸化性等の耐久性試験を実施し
た。試験は大気雰囲気中加熱炉を用い、２０００℃で２
５分保持した後、大気中で自然冷却した。評価は試験前
後の重量変化量で行った。その結果、本発明の環境遮断
用被覆層を形成した試験片の外観観察では、被覆層の剥
離等の損傷は認められず、健全であった。その重量変化
量は、約２ｍｇ／ｃｍ2の微量な減少であった。なお、
被覆層なしの試験片では、その原形が認められない程に
表面は白く灰化している状態であった。このように本発
明の環境遮断用被覆層を形成したカ−ボン繊維強化型カ
−ボン複合材の耐熱耐酸化性高強度部材は高温耐久性に
優れたものである。
【００４０】実施例２ 実施例１と同一方法及び同一仕様で、ＳｉＣ被膜２Ａ及
びＳｉＣ被膜２Ｂを形成した。この表面を観察すると、
最高５μｍ程度ミクロクラックが多数認められた。そこ
でこのミクロクラックをＳｉＣ被膜を形成した後、シ−
ルを行った。シ−ルは、ＴＥＯＳ及び燐酸アルミニウム
溶液（ＭＡＰ）を用い、これらの溶液中に浸漬し、重量
増加量で約１００ｍｇ含浸させてた後、大気中での４０
０℃の低温焼成、その後に１０００℃の高温焼成をして
行った。これにより、図２に示すようにＳｉＣ系被膜２
は、ＳｉＣ被膜２Ａ及びＳｉＣ被膜２Ｂ、ミクロクラッ
クシ−ル２Ｃからなるものである。
びＳｉＣ被膜２Ｂを形成した。この表面を観察すると、
最高５μｍ程度ミクロクラックが多数認められた。そこ
でこのミクロクラックをＳｉＣ被膜を形成した後、シ−
ルを行った。シ−ルは、ＴＥＯＳ及び燐酸アルミニウム
溶液（ＭＡＰ）を用い、これらの溶液中に浸漬し、重量
増加量で約１００ｍｇ含浸させてた後、大気中での４０
０℃の低温焼成、その後に１０００℃の高温焼成をして
行った。これにより、図２に示すようにＳｉＣ系被膜２
は、ＳｉＣ被膜２Ａ及びＳｉＣ被膜２Ｂ、ミクロクラッ
クシ−ル２Ｃからなるものである。
【００４１】しかるの後、このＳｉＣ系被膜２の上に、
実施例１と同一方法及び同一仕様で、ＺｒＯ2系被膜４
及びＩｒ被膜６を形成した。この試験片の耐久性試験
を、実施例１と同様に実施した結果、実施例１と同じ特
性であった。このように本発明の環境遮断用被覆層を形
成したカ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材の耐熱・耐酸
化性高強度部材は高温耐久性に優れたものである。
実施例１と同一方法及び同一仕様で、ＺｒＯ2系被膜４
及びＩｒ被膜６を形成した。この試験片の耐久性試験
を、実施例１と同様に実施した結果、実施例１と同じ特
性であった。このように本発明の環境遮断用被覆層を形
成したカ−ボン繊維強化型カ−ボン複合材の耐熱・耐酸
化性高強度部材は高温耐久性に優れたものである。
【００４２】実施例３ 図３に示すに耐熱・耐酸化性の環境遮断性被覆層を形成
した。実施例２と同一方法及び同一仕様で、ＳｉＣ系被
膜２を形成した。しかる後、Ａｒイオンビ−ム（加速電
圧１０ｋｅＶ）を照射し、Ａｒイオンによる表面のスパ
ッタ−クリ−ニングを行った。その際の成膜炉体内の圧
力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、その基材温度は７５℃であっ
た。しかる後、イオンビ−ム源の導入ガスを酸素に切り
替えて、酸素イオンビ−ム（加速電圧１０ｋｅＶ）を発
生させるとともにＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3の蒸着を行っ
た。この状態、すなわち蒸着と照射を同時に行い、膜圧
モニタ−で制御して７０μｍとした。この際の成膜炉体
内の圧力は８×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は１０００℃
に制御した。これにより、ＳｉＣ系被膜表面のＳｉＣと
蒸着材料のＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3の混合したミキシング
層３が形成されており、この層の厚さは分析の結果、約
０．１μｍであった。その上に、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3
被膜が約７０μｍ形成されており、ＺｒＯ2系被膜４の
組織は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
した。実施例２と同一方法及び同一仕様で、ＳｉＣ系被
膜２を形成した。しかる後、Ａｒイオンビ−ム（加速電
圧１０ｋｅＶ）を照射し、Ａｒイオンによる表面のスパ
ッタ−クリ−ニングを行った。その際の成膜炉体内の圧
力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、その基材温度は７５℃であっ
た。しかる後、イオンビ−ム源の導入ガスを酸素に切り
替えて、酸素イオンビ−ム（加速電圧１０ｋｅＶ）を発
生させるとともにＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3の蒸着を行っ
た。この状態、すなわち蒸着と照射を同時に行い、膜圧
モニタ−で制御して７０μｍとした。この際の成膜炉体
内の圧力は８×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は１０００℃
に制御した。これにより、ＳｉＣ系被膜表面のＳｉＣと
蒸着材料のＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3の混合したミキシング
層３が形成されており、この層の厚さは分析の結果、約
０．１μｍであった。その上に、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3
被膜が約７０μｍ形成されており、ＺｒＯ2系被膜４の
組織は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
【００４３】しかる後、ＳｉＣ系被膜２、ＺｒＯ2系被
膜４を設けた試験片基材の表面に、Ｉｒ被膜６を形成し
た。先ず、ＺｒＯ2系被膜４の表面に酸素イオンビ−ム
（加速電圧１０ｋｅＶ）を照射し、酸素イオンによる表
面のスパッタ−クリ−ニングを行った。その際の成膜炉
体内の圧力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は７５℃で
あった。しかる後、酸素イオン照射を行ったまま、Ｉｒ
の蒸着を行った。膜厚モニタ−で測定して約０．５μｍ
の厚さまでイオン照射を行ったままで蒸着を行った。そ
の後、イオンビ−ム源の導入ガス流入を停止し、Ｉｒの
蒸着のみを行った。この状態で膜圧モニタ−で３０μｍ
の厚さに制御した。この際の成膜炉体内の圧力は３×１
０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は１０００℃に制御した。これ
により、ＺｒＯ2系被膜表面にＺｒＯ2と蒸着材料のＩｒ
の混合したミキシング層５が形成されており、この層の
厚さは分析の結果、約０．１μｍであった。その上にＩ
ｒ被膜が約３０μｍ形成されており、Ｉｒ系被膜４の組
織は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
膜４を設けた試験片基材の表面に、Ｉｒ被膜６を形成し
た。先ず、ＺｒＯ2系被膜４の表面に酸素イオンビ−ム
（加速電圧１０ｋｅＶ）を照射し、酸素イオンによる表
面のスパッタ−クリ−ニングを行った。その際の成膜炉
体内の圧力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は７５℃で
あった。しかる後、酸素イオン照射を行ったまま、Ｉｒ
の蒸着を行った。膜厚モニタ−で測定して約０．５μｍ
の厚さまでイオン照射を行ったままで蒸着を行った。そ
の後、イオンビ−ム源の導入ガス流入を停止し、Ｉｒの
蒸着のみを行った。この状態で膜圧モニタ−で３０μｍ
の厚さに制御した。この際の成膜炉体内の圧力は３×１
０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は１０００℃に制御した。これ
により、ＺｒＯ2系被膜表面にＺｒＯ2と蒸着材料のＩｒ
の混合したミキシング層５が形成されており、この層の
厚さは分析の結果、約０．１μｍであった。その上にＩ
ｒ被膜が約３０μｍ形成されており、Ｉｒ系被膜４の組
織は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
【００４４】この試験片の耐久性試験を、図５に示す高
周波誘導熱プラズマ照射装置を用い、酸化試験を実施し
た。図５において、試験片１４を保持治具１５に載せ、
真空排気系１７で減圧される密閉容器１６内に配設し
た。高周波電源１１により高周波コイル１０によって、
ガス供給制御系１２から供給された雰囲気ガスを高周波
励起によって熱プラズマが発生し、この熱プラズマ流１
３を形成し、試験片１４に照射する。１８はシャッター
を示す。この装置は出力５０ｋＷの高周波電源を用い、
雰囲気ガスに酸素ガスを供給して酸素プラズマ流を発生
させ、その中に試験片１４を配設し、加熱温度を１３０
０℃から２０００℃で２０分間加熱保持した。評価は、
試験前後の重量の変化量により行った。その結果、本発
明の環境遮断用被覆層を形成した試験片の外観観察で
は、１３００℃から２０００℃の試験温度においても被
覆層の剥離等の損傷は認められず、健全であった。一
方、従来のＳｉＣ被膜（ＳｉＯ2シ−ル）を形成した試
験片では、１７００℃までは健全であったが、２０００
℃での試験では溶損により孔が発生し、基材のカ−ボン
繊維強化型カ−ボン複合材の損傷が認められた。また、
本発明の環境遮断用被覆層を形成した試験片の重量変化
量は、１３００℃で約３ｍｇ／ｃｍ2、２０００℃で約
１５ｍｇ／ｃｍ2の減少であった。このように本発明の
環境遮断用被覆層を形成したカ−ボン繊維強化型カ−ボ
ン複合材の耐熱耐酸化性高強度部材は高温耐久性に優れ
たものである。
周波誘導熱プラズマ照射装置を用い、酸化試験を実施し
た。図５において、試験片１４を保持治具１５に載せ、
真空排気系１７で減圧される密閉容器１６内に配設し
た。高周波電源１１により高周波コイル１０によって、
ガス供給制御系１２から供給された雰囲気ガスを高周波
励起によって熱プラズマが発生し、この熱プラズマ流１
３を形成し、試験片１４に照射する。１８はシャッター
を示す。この装置は出力５０ｋＷの高周波電源を用い、
雰囲気ガスに酸素ガスを供給して酸素プラズマ流を発生
させ、その中に試験片１４を配設し、加熱温度を１３０
０℃から２０００℃で２０分間加熱保持した。評価は、
試験前後の重量の変化量により行った。その結果、本発
明の環境遮断用被覆層を形成した試験片の外観観察で
は、１３００℃から２０００℃の試験温度においても被
覆層の剥離等の損傷は認められず、健全であった。一
方、従来のＳｉＣ被膜（ＳｉＯ2シ−ル）を形成した試
験片では、１７００℃までは健全であったが、２０００
℃での試験では溶損により孔が発生し、基材のカ−ボン
繊維強化型カ−ボン複合材の損傷が認められた。また、
本発明の環境遮断用被覆層を形成した試験片の重量変化
量は、１３００℃で約３ｍｇ／ｃｍ2、２０００℃で約
１５ｍｇ／ｃｍ2の減少であった。このように本発明の
環境遮断用被覆層を形成したカ−ボン繊維強化型カ−ボ
ン複合材の耐熱耐酸化性高強度部材は高温耐久性に優れ
たものである。
【００４５】実施例４ 図４に示すに耐熱耐酸化性の環境遮断性被覆層を形成し
た。
た。
【００４６】実施例２と同一方法及び同一仕様で、Ｓｉ
Ｃ系被膜２を形成した。しかる後Ａｒイオンビ−ム（加
速電圧１０ｋｅＶ）を照射し、Ａｒイオンによる表面の
スパッタ−クリ−ニングを行った。その際の成膜炉体内
の圧力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は７５℃であっ
た。しかる後、イオンビ−ム源の導入ガスをメタンに切
り替えて、炭素イオンビ−ム（加速電圧１０ｋｅＶ）を
発生させるとともにＳｉＣの蒸着を行った。この状態、
すなわち蒸着と照射を同時に行い、膜厚モニタ−で制御
して５μｍまで行った。しかる後、ＳｉＣ蒸着量を連続
的に減少させるとともに、且つ、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3
の蒸着量を連続的に増加させるように、電子ビ−ムのビ
−ムスキャニングを制御して、ＳｉＣとＺｒＯ2−６％
Ｙ2Ｏ3の存在量が互いに連続的に反比例した値になる傾
斜組成膜を１０μｍ形成した。更にその後、ＺｒＯ2−
６％Ｙ2Ｏ3のみの蒸着と、酸素イオンビ−ムの照射を同
時に行いＺｒＯ2被膜を厚さは約５０μｍ形成した。、
なお、これらの際の成膜炉体内の圧力は８×１０~5Ｔｏ
ｒｒ、基材温度は１０００℃に制御した。これにより、
ＳｉＣ系被膜表面のＳｉＣと蒸着材料のＺｒＯ2−６％
Ｙ2Ｏ3が連続的に混合した傾斜組成層とＺｒＯ2−６％
Ｙ2Ｏ3のみの層が形成された。そのいずれの被膜の組織
は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
Ｃ系被膜２を形成した。しかる後Ａｒイオンビ−ム（加
速電圧１０ｋｅＶ）を照射し、Ａｒイオンによる表面の
スパッタ−クリ−ニングを行った。その際の成膜炉体内
の圧力は２×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は７５℃であっ
た。しかる後、イオンビ−ム源の導入ガスをメタンに切
り替えて、炭素イオンビ−ム（加速電圧１０ｋｅＶ）を
発生させるとともにＳｉＣの蒸着を行った。この状態、
すなわち蒸着と照射を同時に行い、膜厚モニタ−で制御
して５μｍまで行った。しかる後、ＳｉＣ蒸着量を連続
的に減少させるとともに、且つ、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3
の蒸着量を連続的に増加させるように、電子ビ−ムのビ
−ムスキャニングを制御して、ＳｉＣとＺｒＯ2−６％
Ｙ2Ｏ3の存在量が互いに連続的に反比例した値になる傾
斜組成膜を１０μｍ形成した。更にその後、ＺｒＯ2−
６％Ｙ2Ｏ3のみの蒸着と、酸素イオンビ−ムの照射を同
時に行いＺｒＯ2被膜を厚さは約５０μｍ形成した。、
なお、これらの際の成膜炉体内の圧力は８×１０~5Ｔｏ
ｒｒ、基材温度は１０００℃に制御した。これにより、
ＳｉＣ系被膜表面のＳｉＣと蒸着材料のＺｒＯ2−６％
Ｙ2Ｏ3が連続的に混合した傾斜組成層とＺｒＯ2−６％
Ｙ2Ｏ3のみの層が形成された。そのいずれの被膜の組織
は空孔等のない緻密な被膜が得られた。
【００４７】しかる後、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3の蒸着量
を連続的に減少させるとともに、且つ、Ｉｒの蒸着量を
連続的に増加させるように、電子ビ−ムのビ−ムスキャ
ニングを制御して、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3とＩｒの存在
量が互いに連続的に反比例した値になる傾斜組成膜を１
０μｍ形成した。更にその後、Ｉｒのみの蒸着を行い、
Ｉｒ被膜を厚さ約３０μｍ形成した。この際の成膜炉体
内の圧力は３×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は１０００℃
に制御した。これにより、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3被膜表
面の蒸着材料が連続的に混合した傾斜組成層とＩｒ被膜
のみの層が形成された。そのいずれの被膜の組織は空孔
等のない緻密な被膜が得られた。
を連続的に減少させるとともに、且つ、Ｉｒの蒸着量を
連続的に増加させるように、電子ビ−ムのビ−ムスキャ
ニングを制御して、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3とＩｒの存在
量が互いに連続的に反比例した値になる傾斜組成膜を１
０μｍ形成した。更にその後、Ｉｒのみの蒸着を行い、
Ｉｒ被膜を厚さ約３０μｍ形成した。この際の成膜炉体
内の圧力は３×１０~5Ｔｏｒｒ、基材温度は１０００℃
に制御した。これにより、ＺｒＯ2−６％Ｙ2Ｏ3被膜表
面の蒸着材料が連続的に混合した傾斜組成層とＩｒ被膜
のみの層が形成された。そのいずれの被膜の組織は空孔
等のない緻密な被膜が得られた。
【００４８】この試験片の耐久性試験を、実施例３と同
様に実施した。その際、熱プラズマ流１３をシャッタ−
１８で遮断しておき、シャッタ−の閉放して、試験片１
４に急激な温度上昇を行なわせて、被覆層に熱衝撃を与
えるようにした。その際、表面が２０００℃になるまで
の昇温に要した時間は、約３０秒であった。その試験の
結果、被覆層は剥離等の損傷は発生はなく、健全であっ
た。またその際の重量変化も実施例３と同じ値であっ
た。このように本発明の環境遮断用被覆層を形成したカ
−ボン繊維強化型カ−ボン複合材の耐熱耐酸化性高強度
部材は高温耐久性に優れたものである。
様に実施した。その際、熱プラズマ流１３をシャッタ−
１８で遮断しておき、シャッタ−の閉放して、試験片１
４に急激な温度上昇を行なわせて、被覆層に熱衝撃を与
えるようにした。その際、表面が２０００℃になるまで
の昇温に要した時間は、約３０秒であった。その試験の
結果、被覆層は剥離等の損傷は発生はなく、健全であっ
た。またその際の重量変化も実施例３と同じ値であっ
た。このように本発明の環境遮断用被覆層を形成したカ
−ボン繊維強化型カ−ボン複合材の耐熱耐酸化性高強度
部材は高温耐久性に優れたものである。
【００４９】
【発明の効果】本発明に係る耐熱耐酸化性高強度部材
は、以上説明したように構成されているから、高強度部
材の基材の表面に形成された耐熱耐酸化被覆層が高温酸
化性雰囲気中においてもクラックの発生や剥離等のない
優れた特性を示す。
は、以上説明したように構成されているから、高強度部
材の基材の表面に形成された耐熱耐酸化被覆層が高温酸
化性雰囲気中においてもクラックの発生や剥離等のない
優れた特性を示す。
【００５０】また本発明の製造方法によれば上記特性の
耐熱耐酸化性高強度部材を容易に提供することができ
る。
耐熱耐酸化性高強度部材を容易に提供することができ
る。
【００５１】また、本発明の耐熱耐酸化性高強度部材と
その下の断熱材を組み合わせた軽量耐熱部品によれば高
温での使用時に強いものとなる。
その下の断熱材を組み合わせた軽量耐熱部品によれば高
温での使用時に強いものとなる。
【００５２】また、本発明の耐熱耐酸化性高強度部材と
構造部材からなり部材の接触部に冷却媒体用空隙を設け
た軽量耐熱耐酸化性高強度部品によれば、高温酸化性雰
囲気中での使用時、空隙に冷却媒体を流せるので、構造
部材の温度低下を図ることができ、その耐久性を向上で
きる。
構造部材からなり部材の接触部に冷却媒体用空隙を設け
た軽量耐熱耐酸化性高強度部品によれば、高温酸化性雰
囲気中での使用時、空隙に冷却媒体を流せるので、構造
部材の温度低下を図ることができ、その耐久性を向上で
きる。
【図１】本発明の耐熱耐酸化性高強度部材の断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の耐熱耐酸化性高強度部材の断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の耐熱耐酸化性高強度部材の断面図であ
る。
る。
【図４】本発明の耐熱耐酸化性高強度部材の元素濃度分
布状態をグラフで示した図である。
布状態をグラフで示した図である。
【図５】高周波熱プラズマ流照射酸化試験装置の概略図
である。
である。
１ 基材 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ ＳｉＣ系被膜 ３ ＳｉＣ系とＺｒＯ2系被膜ミキシング層 ４ ＺｒＯ2系被膜 ５ ＺｒＯ2系被膜とＩｒ系被膜のミキシング層 ６ Ｉｒ系被膜 １０ 高周波コイル １１ 高周波電源 １２ ガス供給制御系 １３ 熱プラズマ流 １４ 試験片 １５ 保持治具 １６ 密閉容器 １７ 真空排気系 １８ シャッタ−
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有川 秀行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 萩野谷 三男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 和田 靭彦 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 岩尾 恭三 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 41/80 - 41/91
Claims (6)
- 【請求項１】 カーボン質の基材の上に耐熱耐酸化性被
膜層が設けられた耐熱耐酸化性高強度部材であって、耐
熱耐酸化性被膜層は前記基材の上に設けられたＳｉＣ系
被膜と、このＳｉＣ系被膜の上に設けられたＺｒＯ２系
セラミックス被膜と、このＺｒＯ２系セラミックス被膜
の上に設けられたＩｒ系被膜とを備えたことを特徴とす
る耐熱耐酸化性高強度部材。 - 【請求項２】 請求項１において、ＳｉＣ系被膜とＺｒ
Ｏ２系セラミックス被膜との間に、ＳｉＣ系被膜材料と
ＺｒＯ２系セラミックス被膜材料の混合層が設けられた
ことを特徴とする耐熱耐酸化性高強度部材。 - 【請求項３】 請求項１において、ＺｒＯ２系セラミッ
クス被膜とＩｒ系被膜との間に、ＺｒＯ２系セラミック
ス被膜材料とＩｒ系被膜材料の混合層が設けられたこと
を特徴とする耐熱耐酸化性高強度部材。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、Ｓ
ｉＣ系被膜はＳｉＣを主成分とし、その空隙の一部ある
いは全てが、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ
２のいずれか又はこれらの混合物のセラミックスで充填
されていることを特徴とする耐熱耐酸化性高強度部材。 - 【請求項５】 カーボン質の基材の表面に耐熱耐酸化性
被覆層を設けた耐熱耐酸化性高強度部材の製造方法にお
いて、前記基材の表面にＳｉＣ系被膜を形成する工程
と、そのＳｉＣ系被膜の上にＺｒＯ２系セラミックス被
膜を形成する工程と、そのＺｒＯ２系セラミックス被膜
の上にＩｒ系被膜を電子ビーム蒸着法で形成する工程を
有することを特徴とする耐熱耐酸化性高強度部材の製造
方法。 - 【請求項６】 カーボン質の基材の表面に耐熱耐酸化性
被覆層を設けた耐熱耐酸化性高強度部材の製造方法にお
いて、前記基材の表面にＳｉＣ系被膜を形成する工程
と、そのＳｉＣ系被膜の上にＺｒＯ２系セラミックス被
膜を形成する工程と、そのＺｒＯ２系セラミックス被膜
の上にＩｒ系被膜を電子ビーム蒸着法とイオンビーム照
射とを同時に行う方法で形成する工程を有することを特
徴とする耐熱耐酸化性高強度部材の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05308026A JP3136385B2 (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 耐熱耐酸化性高強度部材及びその製造方法 |
| DE69409074T DE69409074T2 (de) | 1993-12-08 | 1994-12-08 | Hitze- und Oxydationsbeständiges hochfestes Material und Verfahren zu seiner Herstellung |
| EP94119446A EP0657404B1 (en) | 1993-12-08 | 1994-12-08 | Heat and oxidation resistive high strength material and its production method |
| US08/351,705 US5545484A (en) | 1993-12-08 | 1994-12-08 | Heat and oxidation resistive high strength material and its production method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05308026A JP3136385B2 (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 耐熱耐酸化性高強度部材及びその製造方法 |
Publications (2)
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