JP7129381B2 - 遮熱コーティング用材料 - Google Patents
遮熱コーティング用材料 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7129381B2 JP7129381B2 JP2019104019A JP2019104019A JP7129381B2 JP 7129381 B2 JP7129381 B2 JP 7129381B2 JP 2019104019 A JP2019104019 A JP 2019104019A JP 2019104019 A JP2019104019 A JP 2019104019A JP 7129381 B2 JP7129381 B2 JP 7129381B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- barrier coating
- thermal barrier
- coating material
- thermal conductivity
- film
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
特許文献2には、Lnx+y-3xyTixTaxZr(1-3x)(1-y)O2+1.5xy-0.5y(0.05≦x≦0.25、0≦y≦0.15、Lnは、Y、Sm、Yb及びNdからなる群より選択される1種又は2種以上の原子)を主として含む遮熱コーティング用材料が開示されている。
また、特許文献3には、25℃で周波数1MHzでの誘電率が35以上の誘電体を主体として含み、誘電体が、Mg2Pr2SnO7、Sr0.5Ba0.5Nb0.4Ta1.6O6、YPrFeSbO7、Bi4V2O11、NdNb3O9、Sn(NbO3)2、(SrBi2Ta2O9)0.4(Bi3TiNbO9)0.6、(SrBi2Nb2O9)0.50(Bi3TiNbO9)0.50、YBiFeSbO7、Ba0.53Sr0.24Ti1.22O3、YErFeSbO7、Ba0.984Sr0.016TiO3、YLaFeSbO7、ZnBi1.5Nb1.5O7、(SrBi2Nb2O9)0.25(Bi3TiNbO9)0.75、Bi7Ti4NbO21、Ca2Nd2SnO7、(SrBi2Nb2O9)0.75(Bi3TiNbO9)0.25、SrMo0.5Ni0.5O3、YSmFeSbO7、Bi2Zn0.667Nb1.333O7、Bi2InNbO7、(SrBi2Nb2O9)0.40(Bi3TiNbO9)0.60、Bi2SrNb2O9、CaBi2Ta2O9、Mg2La2SnO7、SrTa2O6、BaMnTiO5、BaNb2O6、及びTiNb2O7からなる群から選択されることを特徴とする遮熱コーティング材料が開示されている。
1.下記一般式(1)で表される化合物を含む遮熱コーティング用材料。
M1 2+xM2 2-xO7-x/2 (1)
(式中、M1は、希土類元素から選ばれた少なくとも1種の原子であり、M2は周期表の第4族元素に由来する少なくともチタン原子を含む原子であり、xは、0<x≦1.00である。)
2.上記一般式(1)におけるM1がイッテルビウム原子である上記項1に記載の遮熱コーティング用材料。
3.上記一般式(1)におけるxが0.54≦x≦0.84である上記項1又は2に記載の遮熱コーティング用材料。
4.上記項1乃至3のいずれか一項に記載の遮熱コーティング用材料を含む皮膜を備える物品。
本発明の物品は、好ましくは、基体と、その表面に、直接、又は、中間層を介して、遮熱コーティング材料を用いて形成された皮膜(遮熱コーティング)とを備える構成であり、好ましくは500℃以上、より好ましくは1000℃~1700℃(0.54≦x≦0.84)で、低熱伝導性、耐食性、耐酸化性、耐熱性、断熱性等における長寿命化の求められる用途に好適である。
M1 2+xM2 2-xO7-x/2 (1)
(式中、M1は、希土類元素から選ばれた少なくとも1種の原子であり、M2は周期表の第4族元素に由来する少なくともチタン原子を含む原子であり、xは、0<x≦1.00である。)
上記一般式(1)の原子M1がイッテルビウム原子であり、原子M2がチタン原子である場合の複合酸化物において、x=0のとき、Yb2O3のモル分率は33.3%であり、Yb2Ti2O7を示し、x=0.67(0.666)のとき、Yb2O3のモル分率は50%であり、Yb2TiO5を示す。x=1.00のとき、Yb2O3のモル分率は60%であり、約1080℃以下においてYb2TiO5の固溶体であり、それ以上の温度ではYb2O3を含むYb2TiO5の固溶体となっている。低熱伝導性の観点から、Yb2O3が低含率であることが好ましく、内燃機関、ボイラー、ガスタービン等において、高温に曝される耐熱部品の表面に形成される遮熱コーティングに高耐熱性及び低熱伝導性を要求する場合の耐熱部品の使用温度を、例えば、1400℃とする場合には、Yb2O3が析出しないxが0.84であるため、xの好ましい上限は0.84である。尚、言うまでもないが、0.84<x<1.00のときの化合物は、温度が高くなるほどYb2O3が含まれるため、熱伝導性が高くなる傾向にあり、このような化合物を含む遮熱コーティングを備える耐熱部品の使用温度を低下させる必要が生じる。上記のように、x=1.00のとき、約1080℃でYb2O3が含まれるため、上記一般式(1)においてxが1.00未満であって、1.00に近いときの化合物を含む遮熱コーティングを備える耐熱部品の使用温度の上限は、好ましくは1080℃である。
本発明の遮熱コーティング用材料は、上記複合酸化物のみからなることが好ましい。
図3は、基体15と、この基体15の表面に配された遮熱コーティング(皮膜)11とを備える物品(遮熱コーティング付き物品)1を示す。図4は、基体15と、中間層13と、遮熱コーティング(皮膜)11とを、順次、備える物品(遮熱コーティング付き物品)1を示す。この構成により、500℃~1,700℃程度の温度で、低熱伝導性、耐食性、耐酸化性、耐熱性、断熱性等における長寿命化の求められる用途に好適である。
また、繊維強化セラミックスとしては、炭化珪素繊維強化セラミックス等が挙げられる。
東邦チタニウム社製四塩化チタン水溶液「TLA1」(商品名、Ti濃度17wt%)と、日本イットリウム社製硝酸イッテルビウム(III)三水和物(N3O3Yb・3H2O)粉末とを用いて、Yb/Tiのモル比が異なるように9種の混合物とし、これらを前駆体溶液として得た。次いで、各前駆体溶液を噴霧熱分解法(最高800℃)に供することにより、非晶質のYb2+xTi2―xO7-x/2粉末を合成した。その後、得られた非晶質のYb2+xTi2―xO7-x/2粉末を、白金るつぼに入れ、大気雰囲気中において、温度1500℃で5時間、次いで、1400℃で20時間熱処理し、1400℃から室温まで急冷(白金るつぼを水冷)することでYb2+xTi2―xO7-x/2結晶粉末を得た。
得られた9種のYb2+xTi2―xO7-x/2結晶粉末について、誘導結合プラズマ発光分光分析法により組成分析したところ、9種の結晶粉末のxは、それぞれ、0.05、0.22、0.32、0.43、0.53、0.63、0.69、0.77、及び、1.02であった。作製した結晶粉末の組成を図5の1400℃に沿ってプロットした。黒丸はxが0.05、0.22、0.32、0.43、0.53、0.63、0.69及び0.77のときの化合物であり、白丸は、xが1.02のときの化合物である。
上記の9種の結晶粉末のX線回折(XRD)測定を行った。得られた回折パターンを図6に示す。Yb2+xTi2―xO7-x/2結晶において、xが0のときの化合物はパイロクロア型構造を有し、xが0.67のときの化合物は欠陥蛍石型構造を有することが知られているが、この図6によれば、Yb2+xTi2―xO7-x/2において、xが0.05~0.53のときの化合物は、Yb2Ti2O7単相であり、xが0.63~0.77のときの化合物はYb2TiO5単相であることが分かる。但し、xが1.02のときの化合物では、Yb2O3の含有が確認された。
ここで、上記の9種の粉末の結晶構造がパイロクロア型構造であると仮定した場合と、欠陥蛍石型構造であると仮定した場合についてパラメーターの精密化を行い、フィッティングの適合度指標(Goodness-of-fit)、即ち、S値により結晶構造を決定した(図7参照)。尚、XRD測定により得られた回折パターンと、計算から得られる回折パターンとが完全に一致した場合、フィッティングの適合度指標(S値)は1.0となる。
図7によれば、リートベルト解析のフィッティングの適合度指標S値は、xが0.05、0.22、0.32、0.43及び0.53のときの化合物ではパイロクロア型構造として、また、xが0.63、0.69、0.77及び1.02の化合物では欠陥蛍石型構造として、それぞれ、解析したほうが1.0に近く、フィッティングの適合度が高いことが分かる。
従って、xが0.53から0.63の間に、Yb2+xTi2―xO7-x/2の結晶構造(パイロクロア型構造~欠陥蛍石型構造)の遷移の境界があると考えられる。
上記の四塩化チタン水溶液「TLA1」(商品名)と、硝酸イッテルビウム(III)三水和物粉末とを用いて、Yb/Tiのモル比が互いに異なるように2種の混合物とし、これらを前駆体溶液として得た。次いで、各前駆体溶液を噴霧熱分解法(最高800℃)に供することにより、非晶質のYb2+xTi2―xO7-x/2粉末を合成した。その後、得られた非晶質のYb2+xTi2―xO7-x/2粉末を、大気雰囲気中において、温度1400℃で20時間熱処理し、1400℃から降温速度5℃/分で徐冷することでYb2+xTi2―xO7-x/2結晶を得た。
次に、得られたYb2+xTi2―xO7-x/2結晶を乾式ジェットミルにより粉砕し、粉末化した。そして、この粉末を、プレス成形(圧力20MPa)に供し、更に、冷間等方静水圧加圧(荷重2.5トン)を行って、円板形状の成形体を作製した。その後、この成形体を、大気雰囲気中において、1500℃で5時間、次いで、1400℃で20時間熱処理することにより、Yb2+xTi2―xO7-x/2結晶からなる焼結体(直径:10mm、厚さ:2mm)を得た。
得られた2種の結晶質のYb2+xTi2―xO7-x/2焼結体について、誘導結合プラズマ発光分光分析法により組成分析したところ、2種の焼結体のxは、0.05及び0.69であった。また、焼結体の密度ρをアルキメデス法により測定したところ、xが0.05であるときの焼結体の密度ρは7.24g/cm3、xが0.69であるときの焼結体の密度ρは7.40g/cm3であった。
東ソー社製ジルコニア粉末「TZ-4Y」(商品名、7wt%Y2O3-ZrO2)を、プレス成形(圧力25MPa)に供し、更に、冷間等方静水圧加圧(荷重2.5トン)を行って、円板形状の成形体を作製した。その後、この成形体を、大気雰囲気中において、1500℃で5時間熱処理することによって、比較例用のYSZ焼結体を得た。密度ρは6.05g/cm3であった。
上記の焼結体を、レーザーフラッシュ法(JIS R1611に準拠)に供して、25℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、及び1000℃における熱伝導率を測定した。その結果を図8に示す。
図8から明らかなように、xが0.05及び0.69のときのYb2+xTi2―xO7-x/2の熱伝導率は、いずれも、7wt%Y2O3-ZrO2(従来の遮熱コーティング材)の熱伝導率に比べて低かった。なかでも、xが0.69のときのYb2+xTi2―xO7-x/2は、熱伝導率が極めて低く、且つ、室温から1000℃の範囲において熱伝導率の変動が小さく安定していることが分かる。
11:遮熱コーティング層
13:中間層
15:基体
Claims (4)
- 下記一般式(1)で表される化合物を含む遮熱コーティング用材料。
M1 2+xM2 2-xO7-x/2 (1)
(式中、M1はイッテルビウム原子であり、M2はチタン原子であり、xは、0<x≦1.00である。) - 前記一般式(1)におけるxが0.54≦x≦0.84である請求項1に記載の遮熱コーティング用材料。
- 前記化合物が欠陥蛍石型の結晶構造を有する請求項2に記載の遮熱コーティング用材料。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の遮熱コーティング用材料を含む皮膜を備える物品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019104019A JP7129381B2 (ja) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 遮熱コーティング用材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019104019A JP7129381B2 (ja) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 遮熱コーティング用材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020196931A JP2020196931A (ja) | 2020-12-10 |
JP7129381B2 true JP7129381B2 (ja) | 2022-09-01 |
Family
ID=73647798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019104019A Active JP7129381B2 (ja) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 遮熱コーティング用材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7129381B2 (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010235415A (ja) | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遮熱コーティング用材料、遮熱コーティング、タービン部材及びガスタービン、並びに、遮熱コーティング用材料の製造方法 |
JP2010255121A (ja) | 2010-07-20 | 2010-11-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 皮膜材料 |
WO2012107130A1 (de) | 2011-02-07 | 2012-08-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Material mit pyrochlorstruktur mit tantal, verwendung des materials, schichtsystem und verfahren zur herstellung eines schichtsystems |
JP2018161883A (ja) | 2016-12-11 | 2018-10-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 低い熱伝導率を有する遮熱コーティング |
JP2018530503A (ja) | 2015-08-18 | 2018-10-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 高密度耐環境性コーティング組成物 |
-
2019
- 2019-06-03 JP JP2019104019A patent/JP7129381B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010235415A (ja) | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遮熱コーティング用材料、遮熱コーティング、タービン部材及びガスタービン、並びに、遮熱コーティング用材料の製造方法 |
JP2010255121A (ja) | 2010-07-20 | 2010-11-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 皮膜材料 |
WO2012107130A1 (de) | 2011-02-07 | 2012-08-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Material mit pyrochlorstruktur mit tantal, verwendung des materials, schichtsystem und verfahren zur herstellung eines schichtsystems |
JP2018530503A (ja) | 2015-08-18 | 2018-10-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 高密度耐環境性コーティング組成物 |
JP2018161883A (ja) | 2016-12-11 | 2018-10-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 低い熱伝導率を有する遮熱コーティング |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020196931A (ja) | 2020-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ma et al. | The thermal cycling behavior of Lanthanum–Cerium Oxide thermal barrier coating prepared by EB–PVD | |
Gell et al. | Higher temperature thermal barrier coatings with the combined use of yttrium aluminum garnet and the solution precursor plasma spray process | |
Ma et al. | Novel thermal barrier coatings based on La2Ce2O7/8YSZ double-ceramic-layer systems deposited by electron beam physical vapor deposition | |
US6258467B1 (en) | Thermal barrier coating having high phase stability | |
Cao et al. | Lanthanum–cerium oxide as a thermal barrier‐coating material for high‐temperature applications | |
US20210355034A1 (en) | Thermal barrier coating and article comprising same | |
Bansal et al. | Thermal properties of oxides with magnetoplumbite structure for advanced thermal barrier coatings | |
Xu et al. | Double-ceramic-layer thermal barrier coatings based on La2 (Zr0. 7Ce0. 3) 2O7/La2Ce2O7 deposited by electron beam-physical vapor deposition | |
Dong et al. | Thermal radiation and cycling properties of (Ca, Fe) or (Sr, Mn) co-doped La2Ce2O7 coatings | |
Matsumoto et al. | Thermal conductivity and phase stability of plasma sprayed ZrO2–Y2O3–La2O3 coatings | |
Chen et al. | Microstructure, thermal characteristics, and thermal cycling behavior of the ternary rare earth oxides (La2O3, Gd2O3, and Yb2O3) co-doped YSZ coatings | |
EP2009131A1 (en) | Heat shield coating member, process for producing the same, heat shield coat material, gas turbine and sintered body | |
EP2186919B1 (en) | Heat-shielding coating material | |
Di Girolamo et al. | Microstructural, mechanical and thermal characteristics of zirconia-based thermal barrier coatings deposited by plasma spraying | |
JP7154752B2 (ja) | 低い熱伝導率を有する遮熱コーティング | |
JP5610698B2 (ja) | 遮熱コーティング用材料、遮熱コーティング、タービン部材及びガスタービン | |
JP6941634B2 (ja) | 遮熱コーティング | |
US20210199054A1 (en) | Thermal barrier coating material and article | |
Xu et al. | Composition, structure evolution and cyclic oxidation behavior of La2 (Zr0. 7Ce0. 3) 2O7 EB-PVD TBCs | |
JP6092615B2 (ja) | 遮熱コーティング用材料 | |
WO2010116568A1 (ja) | 遮熱コーティング用材料、遮熱コーティング、タービン部材及びガスタービン | |
JP7129381B2 (ja) | 遮熱コーティング用材料 | |
JP2010242223A (ja) | 遮熱コーティング部材及びその製造方法ならびに遮熱コート材料、ガスタービン及び焼結体 | |
Zhong et al. | Phase stability and thermophysical properties of neodymium cerium composite oxide | |
Sun et al. | Boosting the strain tolerance of Ta2O5 stabilized ZrO2 TBCs through prefabricated cracks by in-situ reaction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211129 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20211129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220201 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220308 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220419 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220606 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220809 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220822 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7129381 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |