JP3153553B2 - 準結晶質アルミニウム合金から成る熱防御エレメント - Google Patents

準結晶質アルミニウム合金から成る熱防御エレメント

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JP3153553B2 JP51147993A JP51147993A JP3153553B2 JP 3153553 B2 JP3153553 B2 JP 3153553B2 JP 51147993 A JP51147993 A JP 51147993A JP 51147993 A JP51147993 A JP 51147993A JP 3153553 B2 JP3153553 B2 JP 3153553B2
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サントル・ナシオナル・ドウ・ラ・ルシエルシユ・シアンテイフイク
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、準結晶質アルミニウム合金から成る熱防御
エレメントに関する。
熱遮断層は、多くの家庭用または工業用器具におい
て、組立用部品及び部材の処で生じる熱移動を抑制する
ために形成された１種または複数の材料の堆積層であ
る。例えば、暖房用及び調理用器具、アイロンなどでは
高熱部と本体部との取付部分及び熱絶縁部分に熱遮断層
が使用され、自動車では、ターボコンプレッサ、排気
系、運転室の断熱のようないくつかの箇所に熱遮断層が
使用され、航空機では例えばコンプレッサ及びジェット
エンジンの後部に熱遮断層が使用されている。
熱遮断層は、ときにはスクリーンの形態で独立に使用
されるが、概して熱源に直接組込まれるかまたは機械的
保守の観点から保護すべき部分に直接組込まれる。従っ
て、家庭用電気器具の場合には、螺合もしくは接着によ
って組込まれた雲母シートもしくはセラミックプレート
などが使用されたり、または、金属シートに支持された
凝集ガラスウールシートが使用されたりする。部品、特
に金属部品に熱遮断層を付加する特に有利な方法として
は、例えばプラズマ噴霧のような熱噴霧技術によって遮
断層構成材料を所定の厚みの層の形態で基体に堆積させ
る方法がある。
更に、複数の層を含み得る熱遮断層を、同じく熱噴霧
によって層状に堆積できる別の材料と組み合わせること
も極めてしばしば推奨される。これらの別の材料は、例
えば機械的衝撃、腐食性媒体などのような外部攻撃から
遮断層を保護する機能、または下地となる基体に遮断層
を容易に結合させる機能を有している。熱サイクルの繰
返しまたは高温のような条件下で機能する熱遮断層の場
合にはこのことが特に重要である。この場合、基体と堆
積層との熱膨張率の差に基づいて基体との界面に生じる
機械的応力は、熱遮断層の働きを無効にはしないとして
も、熱遮断層を剪断によって急激に損傷し易い。この欠
点を是正するために、結合用下地層と呼ばれる中間堆積
層がしばしば使用される。この層は遮断層の使用温度範
囲で可塑性になり、これによって遮断層の界面の応力を
除去する。
航空機においては、最も頻繁に使用されている熱遮断
層構成材料は、極めて高い温度に耐性のイットリウム化
ジルコニアである。ジルコニア堆積層は、従来のプラズ
マ噴霧技術によって粉末状材料から形成される。ジルコ
ニアは、熱拡散率が小さい（α＝10-6m2/秒）。しかし
ながら、ジルコニアは比較的高い比重ρを有しており、
これはいくつかの用途では欠点となる。更に、硬度、耐
摩耗性、耐研摩性のようないくつかの機械的特性がよく
ない。
別の材料も熱遮断層として使用されている。例えば、
ジルコニアよりも小さい比重を有し、且つジルコニアよ
りも大きい拡散率と比熱とを有しているアルミナがあ
る。しかしながらアルミナは十分な機械的特性を有して
はいない。また、ステンレススチール及びある種の耐熱
鋼がある。これらは熱絶縁性を有しているが比重が大き
い。
本発明の目的は、優れた熱絶縁性、優れた機械的特
性、小さい比重、優れた耐食性、特に耐酸化性及び加工
容易性を有しており、熱遮断層の形態または熱遮断層の
結合用下地層の形態を有する熱防御エレメントを提供す
ることである。
本発明によれば、基体を保護するための熱防御エレメ
ントの特徴は、室温で測定された熱拡散率が2.5×10-6m
2/秒よりも小さく且つ650℃〜750℃で測定された熱拡散
率が室温で測定された熱拡散率の３倍以上にならないよ
うな準結晶質アルミニウム合金から主として構成され、
熱噴霧によって基体に堆積された材料から成ることであ
る。好ましくは、室温での拡散率は1.6×10-6m2/秒未満
である。
本明細書及び請求の範囲において、「準結晶質合金」
なる用語は、１つまたは複数の準結晶質相から成る合金
を意味し、この準結晶質相は、厳密な意味の準結晶質相
であってもよく近似的な相であってもよい。厳密な意味
の準結晶質相は、並進対称と通常は不適合性の回転対
称、即ち５、８、10及び12次の回転軸対称を有する相で
あり、これらの対称は光線の回折によって観察される。
その例としては、点群m35の二重面体相（D.Shechtman、
I.Blech、D.Gratias、J.W.Cahn、Metallic Phase with
Long−Range Orientational Order and No Translation
al Symmetry、Physical Review Letters、Vol.53、No.2
0、1984、1951〜1953頁）、及び、点群10/mmmの十角形
相（L.Bendersky 、Quasicrystal with One Dimensiona
l Translational Symmetry and a Tenfold Rotation Ax
is、Physical Review Letters、Vol.55、No.14、1985、
1461〜1463頁）がある。正十角形相のＸ線回折図は、
「Diffraction approach to the structure of decagon
al quasicrystals、J.M.Dubois、C.Janot、J.Pannetie
r、A.Pianelli、Physics Letters A 117−８（1986）42
1〜427」に発表されている。
近似的な相または近似的化合物は、それらの結晶学的
構造が並進対称との適合性を維持しているという意味で
は真正の結晶であるが、電子回折パターンでは回転軸
５、８、10または12に近い対称を有する回折図を有して
いる。
このような相の例として、原子組成Al65Cu20Fe10Cr5
を有する合金に特有の斜方晶系相O1がある。その格子定
数はナノメータ単位で:a0 (1)＝2.366、b0 (1)＝1.267、c
0 (1)＝3.252である。この斜方晶系相O1は十角形相に近
似的であるといってよい。この相O1はまたあまりにも近
似しているので、この相のＸ線回折図と十角形相のＸ線
回折図とを識別することができない。また、原子数でAl
64Cu24Fe12に近い組成の合金中に存在する定数aR＝3.20
8nm、α＝36゜の菱面体晶系相がある（M.Audier ＆ P.G
uyot、Microcrystalline AlFeCu Phase of Pseudo Icos
ahedral Symmetry、in Quasicrystals、eds.M.V.Jaric
＆ S.Lundqvist、World Scientific、Singapore、198
9）がある。この相は二十四面体相の近似的な相であ
る。
また、その他の例としては、原子数でAl63Cu17.5Co
17.5Si2の組成の合金中に存在し、ナノメータ単位で夫
々a0 (2)＝3.83;b0 (2)＝0.41;c0 (2)＝5.26及びa0 (3)＝3.
25、b0 (3)＝0.41;c0 (3)＝9.8の定数を有する斜方晶系相
O2及びO3があり、更に、原子数でAl63Cu8Fe12Cr12の組
成の合金中に形成され、ナノメータ単位で夫々a0 (4)＝
1.46;b0 (4)＝1.23;c0 (4)＝1.24の定数を有する斜方晶系
相O4がある。
また、極めてしばしば近似的な相または真の準結晶質
相と共存して観察される立方晶系構造の相C1がある。あ
る種のAl−Cu−Fe合金及びAl−Cu−Fe−Cr合金中に形成
されるこの相は、アルミニウム部位に対する合金元素の
化学的秩序化の効果によってCs−Cl型構造の相を有し且
つ格子定数a1＝0.297nmを有する超構造から成る。この
立方晶系相については原子数でAl65Cu20Fe15の組成を有
する完全な立方晶系の相サンプルの回折図が公表されて
いる（C.Dong、J.M.Dubois、M.de Boissieu、C.Janot;N
eutron diffraction study of the peritectic growth
of the Al65Cu20Fe15 icosahedral quasicrystal;J.Phy
s.Condensed Matter、２（1990）、6339〜6360）。別の
例としてはまた、電子顕微鏡で観察される相Ｃ及びＨの
結晶間のエピタキシーの関係式と結晶質格子定数を関係
付ける簡単な関係式、即ち、 とから判明するように、相Ｃから直接誘導される六方晶
形構造の相Ｈがある。この相は、40重量％のMnを含有す
る合金Al−Mn中に観察される六方晶形相ΦAlMnと同一結
晶構造である（M.A.Taylor、Intermatallic phases in
the Aluminium−Manganese Binary System、Acta Metal
lurgica 8（1960）256）。
立方晶系相、その超構造及びそれに由来する相は、似
通った組成の準結晶質相の近似的な相の１群を構成す
る。
本発明による熱防御エレメントを構成する準結晶質合
金の例として、以下の公称組成のいずれかを有する合金
を挙げることができる： −AlaCubFecYeIg、（Ｉ）、〔式中、ＹはＶ、Mo、Ti、Z
r、Nb、Cr、Mn、Ru、Rh、Ni、Mg、Ｗ、Si及び希土類金
属から選択された少なくとも１種の元素を示し、Ｉは不
可避的な生成不純物を示し、原子数で０≦ｇ≦２、14≦
ｂ≦30、７≦ｃ≦20、０≦ｅ≦10、ｃ＋ｅ≧10及びａ＋
ｂ＋ｃ＋ｅ＋ｇ＝100％である〕； −AlaCubFecXdYeIg、（II）、〔式中、ＸはＢ、Ｃ、
Ｐ、Ｓ、Ge及びSiから選択された少なくとも１種の元素
を示し、ＹはＶ、Mo、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Ru、Rh、N
i、Mg、Ｗ、Hf、Ta及び希土類から選択された少なくと
も１種の元素を示し、Ｉは不可避的な生成不純物を示
し、原子数で０≦ｇ≦２、14≦ｂ≦30、７≦ｃ≦20、０
≦ｄ≦５、21≦ｂ＋ｃ＋ｅ≦45及びａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ
＋ｇ＝100％である〕； −AlaPbbMncXdYeTfIg、（III）、〔式中、ＸはＢ、Ｃ、
Si、Ge、Ｐ及びＳから選択された少なくとも１種のメタ
ロイドを示し、ＹはFe、Mn、Ｖ、Ni、Cr、Zr、Hf、Mo、
Ｗ、Nb、Ti、Rh、Ru、Re、Taから選択された少なくとも
１種の元素を示し、Ｔは少なくとも１種の希土類を示
し、Ｉは不可避的な生成不純物を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ
＋ｅ＋ｆ＋ｇ＝100原子％であり、15≦ｂ≦25、６≦ｃ
≦16、21≦ｂ＋ｃ＋ｅ≦45、０≦ｆ≦４、０≦ｇ≦２、
０≦ｄ≦５である〕； −AlaCubCocXdYeTfIg、（IV）、〔式中、ＸはＢ、Ｃ、S
i、Ge、Ｐ及びＳから選択された少なくとも１種のメタ
ロイドを示し、ＹはFe、Mn、Ｖ、Ni、Cr、Zr、Hf、Mo、
Ｗ、Nb、Ti、Rh、Ru、Reから選択された少なくとも１種
の金属を示し、Ｔは少なくとも１種の希土類を示し、Ｉ
は不可避的な生成不純物を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋
ｆ＋ｇ＝100原子％であり、14≦ｂ≦27、８≦ｃ≦24、2
8≦ｂ＋ｃ＋ｅ≦45、０≦ｆ≦４、０≦ｄ≦５、０≦ｇ
≦２である〕； −AlaXdYeIg、（Ｖ）、〔式中、ＸはＢ、Ｃ、Ｐ、Ｓ、G
e及びSiから選択された少なくとも１種の元素を示し、
ＹはＶ、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Rh及びPbから選
択された少なくとも１種の元素を示し、Ｉは不可避的な
生成不純物を示し、原子数で０≦ｇ≦２、０≦ｄ≦５、
18≦ｅ≦29及びａ＋ｄ＋ｅ＋ｇ＝100％である〕。
本発明の熱防御エレメントの製造に使用される材料
は、ジルコニアの熱拡散率とほぼ同等の熱拡散率αの
値、即ち約10-6m2/秒を有している。これらの材料のよ
り低い比重ρを考慮するとき、ほぼ室温での熱伝導率λ
＝αρCPはジルコニアの熱伝達率と比べて有意な違いは
ない。従って、準結晶質合金は、多数の熱遮断層材料、
特にジルコニアに置換できる代替材料であり、ジルコニ
アに比較して、比重が小さい、硬度、耐摩耗性、耐研摩
性、耐引掻き性及び耐食性などに関して優れた機械的特
性を有している。
本発明の熱遮断防御エレメントを構成する材料の拡散
率は、材料の多孔度が増加するに伴って減少する。準結
晶質合金の多孔度は、適当な熱処理によって増加し得
る。例えば、粗状態で生成された合金Al63.5Cu24Fe12.5
は、慣用の像解析（analyse d'image）による金属組織
断面で測定した値で約３％の多孔度を有しているが、85
0℃で３時間の熱処理後の多孔度は約８％である。10％
を上回る多孔度を有する準結晶質合金を使用するのが特
に有利である。
本発明の熱防御エレメントを構成する材料は、少量の
熱伝導性粒子例えば金属アルミニウム結晶を含有し得
る。材料の熱伝導性は、粒子が合着しない限り、即ちそ
の容積比がパーコレーション閾値を下回っている限り、
マトリックスの伝導特性に支配される。半径分布の狭い
ほぼ球形の粒子の場合、この閾値は約20％である。この
条件は、熱防御エレメントを構成する材料が上記のよう
な準結晶質相を少なくとも80容量％含んでいることを意
味する。
約700℃を下回る温度で、熱防御エレメントを熱遮断
層として使用し得る。このような温度条件は、家庭用ま
たは自動車用の用途のほとんどに対応する。これらのエ
レメントは更に、支持体の膨張に起因する応力に対して
高い耐性を有しており、その膨張率は、金属合金の膨張
率と絶縁酸化物の膨張率との中間の値である。好ましく
は、約600℃を上回る温度の場合、熱遮断層を構成する
準結晶質合金はＷ、Zr、Ti、Rh、Nb、Hf及びTaから選択
された安定用元素を含み得る。安定用元素の含量は原子
数で２％以下である。
本発明の熱遮断層は、交互に積層された熱の良導体材
料の層と熱の不良導体材料（準結晶質合金）の層とから
成る多重遮断層でもよい。このような構造は、例えば摩
耗性熱遮断層を構成する。
温度が約600℃を上回る値に達するような用途では、
本発明の熱防御エレメントを、ジルコニアのような従来
技術の材料から成る熱遮断層の結合用下地層として使用
してもよい。これらの温度範囲では本発明の熱防御エレ
メントを構成する材料が超可塑性になる。従ってこれら
の材料は、それ自体が基体の絶縁に貢献しながら同時に
結合用下地層を与えるという所望の使用条件に十分に対
応する。従って、本発明の熱防御エレメントは、該エレ
メントの構成材料の融点から該融点を数10℃上回る温度
までの範囲で使用し得る。この範囲は組成次第で950℃
〜1200℃である。
エレメントを構成する１種または複数の材料を基体に
１つまたは複数の層として堆積させることによって本発
明の熱防御エレメントを製造する。例えば酸素ガストー
チ、超音波トーチ、プラズマトーチを使用し、熱噴霧プ
ロセスによって準結晶質材料を堆積させる。
実施例１ 冷却した銅ルツボ内でアルゴン雰囲気下に高周波電界
中で純粋元素を溶融させることによって以下の表１に示
す組成を有する種々の合金のバルクサンプルを作製し
た。このようにして合計50g〜100gの合金が得られた。
合金の組成に依存する融点は950℃〜1200℃の範囲であ
る。合金が溶融状態に維持されているうちに、液体状態
の金属を石英管に吸引することによって直径10±0.5m
m、高さ数cmの充実円柱状試験片を形成した。このサン
プルの冷却速度は約250℃／秒であった。次いでこのサ
ンプルをダイヤモンドソーで裁断し、厚み約3mmの円柱
状試験片とした。各円柱の対向面を、面の平行性を維持
するように十分に配慮しながら水中で機械的に研摩し
た。試験片の構造状態をＸ線回折及び電子顕微鏡によっ
て決定した。選択されたサンプル（サンプル１〜８）の
全部が上記に定義の準結晶質層を90容量％以上の割合で
含んでいた。
実施例２ 上記のごとく製造されたサンプルの熱拡散率α、比重
ρ及び比熱Cpを室温に近い温度で測定した。
熱伝導率は積λ＝αρCpによって与えられる。
Hg−Cd−Teから成る半導体デテクタにフラッシュレー
ザの方法を組み合わせた実験装置を用いて熱拡散率αを
測定した。試験片の前面を加熱するために、出力20J〜3
0Jで持続時間５×10-4秒のパルスをレーザから供給し、
半導体温度計を使用して試験片の対向面における熱応答
を検出した。「A.Degiovanni、High Temp.−High Press
ure、17（1985）683」に記載の方法に従って実験から熱
拡散率を算出した。
SETARAM走査形熱量計を用い温度範囲20℃〜80℃の合
金の比熱を測定した。
30℃（±0.1℃）に維持したブチルフタレートに浸漬
させるアルキメデスの方法によって合金の比重を測定
し、これを既知数とし、上記の２つの測定値から熱伝導
率λを算出する。
得られた値を表１に示す。この表は、比較のために、
熱遮断層として公知の複数の従来材料（サンプル９〜1
2）に関する値も示す。
この表において、最終列の記号は以下を意味する： m:単斜晶系近似（P.J.Black、Acta Cryst.８（1955）4
3） O:斜方晶系近似（C.Dong、J.M.Dubois、J.Materials Sc
ience、26（1991）、1647 D:十面体相（L.Bendersky、Quasicrystal with One Dim
ensional Translational Symmetry and a Tenfold Rota
tion Axis、Physical Review Letters、Vol.55、No.1
4、1985、1461〜1463頁） R:菱面体晶系近似（M.Audier ＆ P.Guyot、3rd Int.Mee
ting on Quasicrystals、eds.J.Yacaman、World Scien
tific、Singapore、1990） I:二十面体相（D.Shechtman、I.Blech、D.Gratias、J.
W.Cahn、Metallic Phase with Long−Range Orientatio
nal Order and No Translational Symmetry、Physical
Review Letters、Vol.53、No.20、1984、1951〜1953
頁） Ｏ′：斜方晶系近似（C.Dongら、J.Mat.Science、vol.2
6、1991、1647） Ｄ′：十面体相（W.Steurer、K.H.Kuo、Phil.Mag.Lette
rs、61（1990）15） Ｉ′：二十面体相（A.P.Tsaiら、Phil.Mag.Lett.61（19
90）15。
これらの結果によれば、本発明の防御エレメント（サ
ンプル１〜８）を構成する準結晶質合金の室温での熱伝
導率は、比較として与えられた金属材料（金属アルミニ
ウムまたは正方晶系Al2Cu）の熱伝導率をかなり下回
る。この熱伝導率はアルミニウムの熱伝導率よりも２桁
小さく、熱の良絶縁体であると一般に考えられているス
テンレススチールの熱伝導率よりも１桁小さい。更に、
この熱伝導率は、アルミナの熱伝導率よりも小さい値で
あり、工業的な熱絶縁体の原型であると考えられている
Y2O3ドープしたジルコニアの熱伝導率と同等である。
比較のために、合金13〜17の拡散率を測定した。アル
ミニウムの規定化合物を形成するこれらの合金は、本発
明の防御エレメントに有用な準結晶質合金の組成に近い
組成を有している。しかしながら、上記に定義された準
結晶質構造を有していない。すべての場合に、これらの
合金の熱拡散率は５×10-6m2/秒を上回る。即ち、本発
明に採用される合金の熱拡散率をはるかに上回る。
実施例３ αの値を900℃までの温度の関数として記録した。
実施例２の方法に従って熱拡散率を測定した。ジュー
ル効果によって加熱された炉の中央で各試験片を純粋ア
ルゴン流下に配置した。コンピュータによってプログラ
ムされた温度上昇速度は５℃／分で直線状に変化した。
本発明のすべてのサンプルでは、αが温度に伴ってほぼ
直線状に増加する。700℃で測定されたαの値は、室温
で測定された値のほぼ２倍である。同様に、比熱は温度
に伴って上昇し、700℃で800〜900J/kgKに達する。比重
は熱膨張の測定値またはニュートロンの回折の測定値か
ら示されるように約１〜２％減少する。その結果とし
て、熱伝導率は12W/mK未満であり、いくつかの熱絶縁用
途に使用されるステンレススチールの熱伝導率よりも低
い。しかしながらいくつかの合金の場合には性能の向上
が見られる。例えば、Al63.5Cu24Fe12.5（合金４）の場
合、λは700℃で3.2W/mKである。
図１、図２及び図３は夫々、以下の条件における種々
の材料のαの変化を温度Ｔの関数として示す。
−図1:合金Al65Cu20Fe10Cr5（合金３）の加熱の際に記
録された測定値を黒四角で示し、冷却の際に記録された
測定値を白四角で示す。
−図2:菱面体晶系近似状態（ａ）及び二十面体相（ｂ）
の合金Al63.5Cu24Fe12.5（合金５）に対する加熱。860
℃以上で合金は結晶質相混合物に変態し、その後はαが
増加し、次いで約950℃で溶融する。
−図3:合金Al63Cu17.5Co17.5Si2（合金７）。最初の加
熱の際に記録された測定値を白丸で示し、最初の冷却の
際に記録された測定値を黒丸で示し、第２の加熱の際に
記録された測定値を四角で示す。拡散率は可逆的であ
り、20℃〜750℃の範囲で1.3〜２×10-6m2/秒で変化す
ることが明らかである。
実施例４ 合金Al63.5Cu24Fe12.5及びAl63Cu17.5Co17.5Si2の熱
膨張率の変化を測定した。夫々の熱膨張率曲線によれ
ば、膨張率が温度にほとんど左右されないこと、第１の
合金で８×10-6/℃であり、第２の合金で11×10-6/℃で
あり、これらはステンレススチールに近い値であること
が判明する。
実施例５ 本発明の熱防御エレメントを構成し得るいくつかの合
金の超可塑性挙動を試験した。合金Al63.5Cu24Fe12.5及
びAl62.5Cu18.5Fe8Cr8Si3を用い実施例１と同様の方法
で直径4mm及び長さ10mmの厳密に平行な面を有する円柱
状試験片を作製した。INSTROM機械によってこれらの試
験片を機械的圧縮試験した。50μm/分の梁（poutre）移
動速度で負荷250MPaまで試験した。600℃〜850℃の間で
温度を一定に維持した。合金は600℃以上で超可塑性挙
動を示す。
実施例６ 本発明及び従来技術による熱防御エレメントの作製 第１群のサンプルを作製した。基体は直径30mm及び高
さ80mmの銅の充実円柱であり、被膜は従来技術によるプ
ラズマトーチで形成した。サンプルC0は被膜を備えない
銅円柱である。サンプルC1の全表面が厚み1mmの合金Al
65.5Cu18.5Fe8Cr8（合金２）層で被覆されていた。サン
プルC6は結合層として機能する本発明の熱防御エレメン
トを構成する材料の層とイットリウム化ジルコニアの層
とを含む。比較用のサンプルC3及びC4は夫々、ジルコニ
ア層及びアルミナ層を備えている。長さ50cm、直径40m
m、肉厚1mmを有するステンレススチール管を支持体とし
て別のサンプル群を作製したサンプルA0〜A2）。どのサ
ンプルでも、支持体である管の一端が長さ30cmにわって
被覆されている。この場合、サンプルA2ではプラズマト
ーチによってジルコニア堆積層を形成し、その他のサン
プルでは酸素ガストーチによって堆積層を形成した。後
出の表２は種々のサンプルにおける層の組成及び厚みを
示す。堆積層の最終厚みの精度は±0.3mmであった。
すべてのサンプルに極めて慣性の小さいChromel−Alu
mel熱電対を配備した。図４は、被膜２を有し中央熱電
対３と側方熱電対４とを備えた銅円柱サンプル１を示
す。２つの熱電対は円柱の1/2の長さまで挿入されてい
る。図５は、内部に熱気流６が通る中空管５を示してい
る。管５は２つの熱電対T1、T2及びT3を備えており、最
初の２つの熱電対は管の内部に存在し、被覆ゾーンの起
点及び被覆ゾーンの終点に夫々配置されており、第３の
熱電対は被膜の表面に配置されている。
実施例７ 火炎を防御するための防御エレメントの使用 サンプルC0、C1、C3及びC6を耐火レンガ上の夫々の基
盤の上に配置した。持続時間10秒の連続加熱パルスを60
秒間隔で各試験片に作用させ、熱電対の応答を記録し
た。これらのパルスは、サンプルから一定距離だけ離間
して表面に近い熱電対に向き合って配置されたトーチの
火炎によって発生した。燃焼ガスの流量を慎重に調節
し、実験中を通じて一定に維持した。２組の実験を行な
った。第１組では初期温度20℃の試験片を用い、第２組
では初期温度650℃の試験片を用いた。
サンプルC0は実験の結果を要約する３つのパラメー
タ、即ち２つの熱電対間の最大温度差Ｐと、パルス発生
中の側部熱電対４の温度上昇速度ΔT/Δｔと、試験片の
中心（熱電対３）の温度上昇分ΔＴとを定義し得る。こ
れらのデータを表２に示す。これらの結果は、本発明の
防御エレメントは熱遮断層として使用されたときにジル
コニアと少なくとも同等の性能を有することを示す。
サンプルC6及びA2においては本発明の熱防御エレメン
トが下地層を構成する。サンプルC3のジルコニア層は３
つ以上の熱パルスに耐性でなく、第１パルス以後に亀裂
を生じた。同様の熱パルスシリーズで処理したサンプル
C6においては、堆積層と接触して配置された第３の熱電
対によって測定されたジルコニア堆積層の表面温度が試
験終了のときに1200℃で安定していた。50パルスの実験
を行なったとき、銅の熱膨張率は準結晶質合金の熱膨張
率のほぼ２倍であり、これは下地層の材料が可塑性にな
らなければ基体／堆積層界面にかなりの剪断応力が作用
することを意味する。しかしながらサンプルC6は、見掛
けの損傷を生じない十分な耐性を有していた。従って、
本発明の熱防御エレメントは結合用下地層、特に熱遮断
層結合用下地層を形成するための適応性を有している。
実施例８ 原子炉の断熱材料としての本発明の熱防御エレメントの
使用 本発明の合金によるデバイスの熱絶縁性を評価するた
めにサンプルA0及びA1を使用した。結合層を備えたジル
コニア遮断層（サンプルA2）との特性比較を行なった。
図５に示すような３つの熱電対T1、T2及びT3をサンプル
に夫々配備した。各サンプルの基体を構成するステンレ
ススチール管に一定流量の熱気流を流した。熱電対T1で
測定した流入空気の温度は300℃±２℃であった。熱電
対T3で測定した表面温度を熱空気発生開始後の時間の関
数として記録した。熱電対T2は、熱気流発生のための過
渡的条件がすべての測定値に対して等しいことを確認し
得る。
図６はサンプルA0、A1及びA2の各々の表面の温度の経
時的変化を示す。（被覆されない）サンプルA0の表面温
度は平衡状態でジルコニアサンプルの表面温度を約35℃
上回る。サンプルA1（準結晶質被膜）とサンプルA2（基
準となるジルコニア被膜）との温度差の測定値はわずか
10℃であるから、本発明の熱防御エレメントはジルコニ
ア層の結果に近い結果を与える。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コルレ，ベルナール フランス国、エフ−54140・ジヤルビル、 テラス・ドウ・モンテギユ−バテイモ ン・デー (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 4/06 - 4/08

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱噴霧によって基体に堆積され且つ厳密な
    意味の準結晶質相または近似的な相を含む１種以上の準
    結晶質相から成る準結晶質アルミニウム合金から本質的
    に構成された材料から成り、前記準結晶質相の熱拡散率
    は、室温で測定したときに2.5×10-6m2/秒未満の値であ
    り、650〜750℃で測定したときに室温で測定された値の
    ３倍以上にならないことを特徴とする基体の熱防御エレ
    メント。
  2. 【請求項２】室温での拡散率が1.6×10-6m2/秒未満であ
    ることを特徴とする請求項１に記載の熱防御エレメン
    ト。
  3. 【請求項３】準結晶質合金が、公称組成（Ｉ）:AlaCubF
    ecYeIg〔式中、ＹはＶ、Mo、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Ru、
    Rh、Ni、Mg、Ｗ、Si及び希土類金属から選択された少な
    くとも１種の元素を示し、Ｉは不可避的な生成不純物を
    示し、原子数で０≦ｇ≦２、14≦ｂ≦30、７≦ｃ≦20、
    ０≦ｅ≦10、ｃ＋ｅ≧10及びａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ＋ｇ＝100
    ％である〕を有することを特徴とする請求項１に記載の
    熱防御エレメント。
  4. 【請求項４】準結晶質合金が、公称組成（II）： AlaCubFecXdYeIg〔式中、ＸはＢ、Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ge及びS
    iから選択された少なくとも１種の元素を示し、Ｙは
    Ｖ、Mo、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Ru、Rh、Ni、Mg、Ｗ、H
    f、Ta及び希土類金属から選択された少なくとも１種の
    元素を示し、Ｉは不可避的な生成不純物を示し、原子数
    で０≦ｇ≦２、14≦ｂ≦30、７≦ｃ≦20、０≦ｄ≦５、
    21≦ｂ＋ｃ＋ｅ≦45及びａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｇ＝100
    ％である］、 公称組成（III）： AlaPbbMncXdYeTfIg〔式中、ＸはＢ、Ｃ、Si、Ge、Ｐ及
    びＳから選択された少なくとも１種のメタロイドを示
    し、ＹはFe、Mn、Ｖ、Ni、Cr、Zr、Hf、Mo、Ｗ、Nb、T
    i、Rh、Ru、Re、Taから選択された少なくとも１種の金
    属を示し、Ｔは少なくとも１種の希土類金属を示し、Ｉ
    は不可避的な生成不純物を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋
    ｆ＋ｇ＝100原子％であり、15≦ｂ≦25、６≦ｃ≦16、2
    1≦ｂ＋ｃ＋ｅ≦45、０≦ｆ≦４、０≦ｇ≦２、０≦ｄ
    ≦５である］、 公称組成（IV）： AlaCubCocXdYeTfIg〔式中、ＸはＢ、Ｃ、Si、Ge、Ｐ及
    びＳから選択された少なくとも１種のメタロイドを示
    し、ＹはFe、Mn、Ｖ、Ni、Cr、Zr、Hf、Mo、Ｗ、Nb、T
    i、Rh、Ru、Reから選択された少なくとも１種の金属を
    示し、Ｔは少なくとも１種の希土類金属を示し、Ｉは不
    可避的な生成不純物を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋
    ｇ＝100原子％であり、14≦ｂ≦27、８≦ｃ≦24、28≦
    ｂ＋ｃ＋ｅ≦45、０≦ｆ≦４、０≦ｄ≦５、０≦ｇ≦２
    である〕、 公称組成（Ｖ）： AlaXdYeIg〔式中、ＸはＢ、Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ge及びSiから
    選択された少なくとも１種の元素を示し、ＹはＶ、Mo、
    Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Rh及びPbから選択された少な
    くとも１種の元素を示し、Ｉは不可避的な生成不純物を
    示し、０≦ｇ≦２、０≦ｄ≦５、18≦ｅ≦29でａ＋ｄ＋
    ｅ＋ｇ＝100原子％である〕のいずれか１つを有するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の熱防御エレメント。
  5. 【請求項５】基体に堆積された材料が少なくとも１種の
    準結晶質相を80容量％以上含むことを特徴とする請求項
    １に記載の防御エレメント。
  6. 【請求項６】アルミニウム合金が10％を上回る多孔度を
    有することを特徴とする請求項１に記載の熱防御エレメ
    ント。
  7. 【請求項７】支持体に設けられた被膜の形態で使用され
    ること、及び700℃未満の温度に対する熱遮断層を構成
    することを特徴とする請求項１に記載の防御エレメン
    ト。
  8. 【請求項８】合金がＷ、Zr、Ti、Rh、Nb、Hf及びTaから
    選択された安定用元素を原子数２％未満の含量で含むこ
    とを特徴とする請求項７に記載の防御エレメント。
  9. 【請求項９】支持体と熱遮断層との間の中間層の形態で
    使用されることを特徴とする請求項１に記載の防御エレ
    メント。
  10. 【請求項１０】交互に積層された準結晶質合金層と熱の
    良導体層とから成ることを特徴とする請求項７に記載の
    防御エレメント。
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