JP6462011B2 - コーティング部材及びコーティング部材の製造方法 - Google Patents
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Description
希土類モノシリケートは希土類ダイシリケートに比べてSiO2の活量が小さい。このため、希土類モノシリケートは耐水蒸気性に優れる。第2層として希土類モノシリケートの層を形成することにより、トップコートの耐水蒸気性を更に向上させることが可能である。
第1及び第2の態様において、前記第1層の熱膨張係数と前記第2層の熱膨張係数との差が3×10−6/K以下であることが好ましい。
本態様では予め固溶体化された希土類ダイシリケート粒子を溶射粒子に用いているので、希土類の分布が均一なトップコートを形成することが可能である。この結果、希土類ダイシリケートの相安定性が向上して皮膜を長寿命化できる。
第2層として希土類モノシリケートの層を形成することにより、耐水蒸気性を更に向上させることが可能である。
トップコートを2層構成とする場合には、第1層と第2層との熱膨張係数差が3×10−6/K以下となるように希土類モノシリケートと希土類ダイシリケートとの混合比率を調整して作製した粒子を用いて第1層を形成すれば、第1層及び第2層の損傷を防止することが可能である。
図1は第1実施形態に係るコーティング部材の断面概略図である。コーティング部材100は、基材101に、ボンドコート102とトップコート103とが順次積層されて構成される。
ボンドコート102は、溶射法、焼結法などにより形成される。
更に、表1より平均イオン半径が0.91Å以上となるのは、Nd,Smの場合aが0.2以上、Eu,Gdの場合aが0.3以上である。すなわち、上記aの範囲以上であれば、コーティング部材は1400℃までの運転温度に耐え得ることができる。
更に、表2より平均イオン半径が0.885Å以下となるのは、Scの場合cが0.1以上、Yb,Luの場合はcが0.5以上である。すなわち、上記cの範囲以上であれば、コーティング部材は1400℃以上の運転温度に耐え得ることができる。
希土類モノシリケートとしてY2SiO5(置換量b=0)を採用することができるが、混合相となったときに共存する希土類ダイシリケート(Y1−aLn1a)2Si2O7との相互拡散が起こり希土類元素の濃度変化が起こることを防止するため、置換量bは上記希土類ダイシリケートの置換量aと同じであることがより好ましい。従って、置換量bの上限値は0.5である。置換量bの下限値は、Nd,Sm,Euの場合0.1、Gdの場合0.2であることが好ましい。
希土類モノシリケートとしてY2SiO5(置換量d=0)を採用することができるが、混合相となったときに共存する希土類ダイシリケート(Y1−c Ln2c )2Si2O7との相互拡散による希土類元素濃度変化が起こるのを防止するため、置換量dは上記希土類ダイシリケートの置換量cと同じであることがより好ましい。従って、置換量dの上限値は0.5である。置換量dの下限値は、Scの場合0.05、Yb,Luの場合0.1であることが好ましい。
まず、上記組成の希土類ダイシリケート固溶体の粒子を作製する。原料粉末として、SiO2粉末、Y2O3粉末、[Ln1]2O3(Ln1はNd,Sm,Eu,Gdのうちのいずれか)粉末、[Ln2]2O3(Ln2はSc,Yb,Luのうちのいずれか)粉末を、所定の組成となるように秤量し、混合する。あるいは、Y2Si2O7粉末、Ln2Si2O7(LnはSc,Yb,Luのいずれか、または、Nd,Sm,Eu,Gdのいずれか)粉末を、所定の組成となるように秤量し、混合する。
図7は第2実施形態に係るコーティング部材の断面概略図である。第2実施形態のコーティング部材200は、基材201に、ボンドコート202とトップコート203とが順次積層されて構成されており、トップコート203が2層構成である。
複数の希土類元素から選択した複合酸化物を第2層205に適用する場合、溶射粒子としては、所定の置換割合となるように原料粉末が秤量され混合されたのち、熱処理により固溶体化された粒子を用いることができる。こうすることにより、第2層205内での組成の均一性が確保される。
第1実施形態で説明したように、各層が上記熱膨張係数差を達成するように、基材201(及びボンドコート202)の材質、第1層204の希土類モノシリケート及び希土類ダイシリケートの種類並びに混合比率、第2層205の材質が選択される。
更に表3及び表4に、第1層と下地(ボンドコートを含む基材)との熱膨張係数差(室温から1200℃)、及び、第1層と第2層との熱膨張係数差(室温から1200℃)を示す。
101,201 基材
102,202 ボンドコート
103,203 トップコート
204 第1層
205 第2層
Claims (8)
- Si基セラミックスまたはSiC繊維強化SiC複合材料からなる基材上に、ボンドコートと、トップコートが順次積層され、
前記トップコートが、希土類ダイシリケートと希土類モノシリケートとの混合相からなる第1層を含み、
前記希土類ダイシリケートが、(Y1−aLn1a)2Si2O7固溶体(Ln1はNd,Sm,Eu,Gdのうちのいずれかであり、aは、Ln1がNd,Sm,Euの場合0.1以上0.5以下、Ln1がGdの場合0.2以上0.5以下)であり、
前記希土類モノシリケートが、Y2SiO5または(Y1−bLn1’b)2SiO5固溶体(Ln1’はNd,Sm,Eu,Gdのうちのいずれかであり、bは0より大きく0.5以下)であり、
前記ボンドコートが積層された前記基材の熱膨張係数と前記第1層の熱膨張係数との差が3×10 −6 /K以下であるコーティング部材。 - Si基セラミックスまたはSiC繊維強化SiC複合材料からなる基材上に、ボンドコートと、トップコートが順次積層され、
前記トップコートが、希土類ダイシリケートと希土類モノシリケートとの混合相からなる第1層を含み、
前記希土類ダイシリケートが、(Y1−cLn2c)2Si2O7固溶体(Ln2はSc,Yb,Luのうちのいずれかであり、cは、Ln2がScの場合0.05以上0.5以下、Ln2がYbまたはLuの場合0.1以上0.5以下)であり、
前記希土類モノシリケートが、Y2SiO5または(Y1−dLn2’d)2SiO5固溶体(Ln2’はSc,Yb,Luのうちのいずれかであり、dは0より大きく0.5以下)であり、
前記ボンドコートが積層された前記基材の熱膨張係数と前記第1層の熱膨張係数との差が3×10 −6 /K以下であるコーティング部材。 - 前記トップコートが前記第1層上に第2層を有し、前記第2層が、Re2SiO5(Reは希土類元素)からなる請求項1または請求項2に記載のコーティング部材。
- 前記第1層の熱膨張係数と前記第2層の熱膨張係数との差が3×10−6/K以下である請求項3に記載のコーティング部材。
- Si基セラミックスまたはSiC繊維強化SiC複合材料からなる基材上に、ボンドコートが形成される工程と、前記ボンドコート上にトップコートが形成される工程とを含み、
前記トップコートを形成される工程が、
(Y1−aLn1a)2Si2O7固溶体(Ln1はNd,Sm,Eu,Gdのうちのいずれかであり、aはLn1がNd,Sm,Euの場合0.1以上0.5以下、Ln1がGdの場合0.2以上0.5以下)である希土類ダイシリケートの粉末と、Y2SiO5または(Y1−bLn1’b)2SiO5固溶体(Ln1’はNd,Sm,Eu,Gdのうちのいずれかであり、bは0より大きく0.5以下)である希土類モノシリケートの粉末とが混合されて溶射粒子が作製される工程と、
前記溶射粒子が前記ボンドコートの表面に溶射されて、前記希土類ダイシリケートと前記希土類モノシリケートとの混合相からなる第1層が形成される工程とを含み、
前記ボンドコートが積層された前記基材の熱膨張係数と前記第1層の熱膨張係数との差が3×10 −6 /K以下となる比率で、前記希土類ダイシリケートの粉末と前記希土類モノシリケートの粉末とが混合されるコーティング部材の製造方法。 - Si基セラミックスまたはSiC繊維強化SiC複合材料からなる基材上に、ボンドコートが形成される工程と、前記ボンドコート上にトップコートが形成される工程とを含み、
前記トップコートを形成される工程が、
(Y1−cLn2c)2Si2O7固溶体(Ln2はSc,Yb,Luのうちのいずれかであり、cはLn2がScの場合0.05以上0.5以下、Ln2がYbまたはLuの場合0.1以上0.5以下)である希土類ダイシリケートの粉末と、Y2SiO5または(Y1−dLn2’d)2SiO5固溶体(Ln2’はSc,Yb,Luのうちのいずれかであり、dは0より大きく0.5以下)である希土類モノシリケートの粉末とが混合されて溶射粒子が作製される工程と、
前記溶射粒子が前記ボンドコートの表面に溶射されて、前記希土類ダイシリケートと前記希土類モノシリケートとの混合相からなる第1層が形成される工程とを含み、
前記ボンドコートが積層された前記基材の熱膨張係数と前記第1層の熱膨張係数との差が3×10 −6 /K以下となる比率で、前記希土類ダイシリケートの粉末と前記希土類モノシリケートの粉末とが混合されるコーティング部材の製造方法。 - 前記トップコートを形成する工程が、
Re2SiO5(Reは希土類元素)からなる粒子が前記第1層の表面に溶射されて、第2層が形成される工程を含む請求項5または請求項6に記載のコーティング部材の製造方法。 - 前記第1層の熱膨張係数と前記第2層の熱膨張係数との差が3×10−6/K以下となる比率で、前記希土類ダイシリケートの粉末と前記希土類モノシリケートの粉末とが混合される請求項7に記載のコーティング部材の製造方法。
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