JPH04193774A - 金属線強化耐熱セラミック複合体 - Google Patents

金属線強化耐熱セラミック複合体

Info

Publication number
JPH04193774A
JPH04193774A JP32087990A JP32087990A JPH04193774A JP H04193774 A JPH04193774 A JP H04193774A JP 32087990 A JP32087990 A JP 32087990A JP 32087990 A JP32087990 A JP 32087990A JP H04193774 A JPH04193774 A JP H04193774A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
niobium
heat resistant
metallic fiber
aluminum
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.)
Granted
Application number
JP32087990A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2868893B2 (ja
Inventor
Masayuki Ito
伊藤 昌行
Takao Suzuki
隆夫 鈴木
Shinichiro Okude
信一郎 奥出
Masako Nakabashi
中橋 昌子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP32087990A priority Critical patent/JP2868893B2/ja
Publication of JPH04193774A publication Critical patent/JPH04193774A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2868893B2 publication Critical patent/JP2868893B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は金属線強化耐熱セラミック複合体に係わり、特
に、高温における優れた強度および高い靭性を有し、加
熱、冷却の繰り返し熱疲労に強い金属線強化耐熱セラミ
ック複合体に関する。
(従来の技術) 最近、省資源の観点から高温ガスタービンに代表される
大型のエネルギー変換機器の高効率化が重要視されてい
る。高効率化を実現する基本的手段としては、変換機器
の動作温度の高温化を挙げることができる、この場合、
機器に使用される部材は、その耐用温度が構造上問題と
なる、このエネルギー変換機器の材料として、従来より
鉄基(Fe基)、コバルト基(Co基)、またはニッケ
ル基(1基)等の超合金が使用されている。
しかしながら、これらの超合金を用いても、耐用温度を
上昇させるための材料開発は限界に近い状況である。
この要求を満足するために、高温での耐熱性、耐腐食性
に優れているAρ Oや5isN4等のセラミックスの
適用も検討されている。特に、高温、高圧のガスにさら
されるガスタービンの動静翼の材料として、このセラミ
ックスが期待されている。しかし5ながら、これらのセ
ラミックスは、靭性が低く、僅かな衝撃でも砕けてしま
い、また、熱疲労特性も低く加熱、冷却の繰り返し熱負
荷がかかるとクラックが発生し易いという問題があった
(発明が解決しようとする課題) この発明は、このような点を考慮してなされたもので、
その目的は、高温で十分高い強度が得られ、しかも高い
靭性を有し、加熱、冷却の繰り返し熱疲労に強く、長期
間にわたって安定して使用できる金属線強化耐熱セラミ
ック複合体を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段および作用)本発明は、セ
ラミックからなる基体と、この基体中に配設された耐火
金属繊維とをl−T L、、この耐火金属繊維がニオブ
若しくはニオブ合金からなるニオブ層並びにこのニオブ
層を覆う鉄基(F e )、ニッケル基(旧)、または
コバルト基(Co)の超合金からなる超合金層で被覆さ
れていることを特徴とする金属線強化耐熱セラミック複
合体である。またこの基体中に配設された耐火金属繊維
かニオブまたはニオブ合金からなるニオブ層と、ニオブ
層の表面−1−に形成されたアルミニウムもしくはアル
ミニウム合金からなるアルミニウム層とを何し、さらに
鉄基超合金、ニッケル基超合金またはコバルト基超合金
からなる超合金で被覆された金属線強化耐熱セラミック
複合体であり、この複合体は特に基体が酸化物セラミッ
ク又は窒化物セラミックの場合に有効である。
このような金属線強化耐熱セラミック複合体は、耐火金
属繊維を超合金で被覆することにより、高温でのセラミ
ックと耐火金属繊維との酸化反応、窒化反応を防止して
強化体の劣化を防止することができる。また、この時、
耐火金属繊維をニオブまたはニオブ合金からなるニオブ
層で、またこのニオブ層にさらにアルミニウムもしくは
アルミニウム合金からなるアルミニウム層を設けている
ため、鉄基、ニッケル基またはコバルト基の超合金と耐
火金属繊維との間の高温における相互拡散が防止され、
耐火金属繊維からなる強化体の劣化を防止することがで
きる。従って、この金属線強化耐熱セラミック複合体は
、十分な高温強度を有する。 なお、前述のニオブ層及
びアルミニウム層を設けた場合には、製造工程中等の条
件設定によりその界面にニオブ−アルミニウム合金層、
酸化アルミニウム層等のアルミニウムリッチ層を形成す
ることが可能となり、このアルミニウムリッチ層は酸化
反応、窒化反応防止層としての鉄基、ニッケル基または
コバルト基の超合金から耐火金属繊維に種々の元素が拡
散するのを阻止する障壁層として一層有効に機能する。
以下に本発明の係る金属線強化耐熱、セラミック複合体
の製造方法に−)いて説明する。
上記ニオブ層は、ニオブもしくはニオブ合金からなり、
耐火金属繊維の表面にニオブ等の粉末を有機系粘着材と
共に塗布した後、粉末冶金的手法で一体化するか、プラ
ズマ溶射によって被覆して一体化することにより形成す
ることができる。ここで、ニオブ合金としては、WSZ
r、Mo、■、Hf、Ti、Yの少なくても1種を25
wt%程度まで含み、残部が実質的にニオブからなるも
のを用いることができる。このニオブ層の厚さはO、O
]−mmから0.1mmの範囲が好ましい。この厚さが
0 、01 mm未満の場合は耐火金属繊維を完全に被
覆できない場合があり、また、0.1mmをこえると耐
火金属繊維の体積率が低下し金属線強化耐熱セラミ・ツ
ク複合体としての十分な強度かえられない場合がある。
上記アルミニウム層は、ニオブ層の表面に、アルミニウ
ムもしくはアルミニウムを主体とした合金を真空蒸着法
、PVD法(PhjscalVapor Deposi
tion) 、CV D法(Chemical Vap
orDeposition) 、プラズマ溶射等により
形成することができる。さらに必要に応じ加熱上程を施
すことにより、ニオブ層のニオブとアルミニウム層のア
ルミニウムとを反応させて、ニオブ層とこのアルミニウ
ム層との界面に前述ニオブ−アルミニウム合金層または
酸化アルミニウム等のアルミニウムリッチ層を形成する
ことができる。このニオブ−アルミニウム合金層等のア
ルミニウムリッチ層を形成する加熱処理は、アルミニウ
ム層を形成した後にこの耐火金属繊維を加熱して行って
もよく、また、アルミニウム層を形成した後に耐火金属
繊維を超合金で被覆する際の加熱によっても行うことが
できる。なおアルミニウム層の厚さは、0 、00f 
+nmから0.05mが好ましい。膜厚が0 、001
 mm未満の場合はニオブ層上に連続的にアルミニウム
層が形成できない場合があり、又、0.05mmを越え
るとこのアルミニウム層にクラックが生じたり、剥がれ
る場合がある。
耐火金属繊維を被覆する超合金としては、重量比で10
〜35%のCr15〜20%の1 、0.3〜1.5%
のYおよび残部Feからなる鉄基超合金、5〜30%の
Cr15〜20%のAfi 、 0.3〜1.5%の7
10〜30%のCoおよび残部Niの組成を有するNi
基超超合金および、5〜35%のCr。
5〜20%の1.0.3〜1.5%のY、0〜20%の
Niおよび残部Coの組成を有するCo基超超合金夫々
用いることができる。
本発明の耐火金属繊維としては、タングステン、モリブ
デン、タンタルもしくはその合金からなる耐火金属繊維
を用いることができるが、実用上は、タングステン合金
を用いることが好ましい。また、耐火金属繊維に酸化ト
リウム(Tb02’) 、カリウム、シリコン、アルミ
ニウムのいずれかをドープ等により含有させるこおによ
り耐火金属繊維の強度を増すことができる。この含有量
は酸化トリウムの場合、0.5w1%〜8wt%の範囲
である。また、カリウム(K)、シリコン(St)もし
くはアルミニウム(A1)を単体もしくは複合で用いる
場合の含有量は、50ppm 〜300ppmの範囲で
ある。ThO2の添加は分散強化を期待しており、0.
5wt%未満ではその効果が期待できず、また、8wt
%を越えるとむしろ欠陥となる。K、Si、A、Qにつ
いては、粒界への析出を生じ、再結晶に対する抵抗をも
たせるので、50〜300ppmの範囲外では期待でき
ない。
このタングステン合金はl 000 ’C以上の高温で
の強度劣化の要因となる再結晶化を越し難いために好適
である。こうした、耐火金属繊維の寸法は取扱いの観点
か下限を直径0.1mm、強度向上の観点から上限を0
.5Tnmとするのが望ましい。
基体としてのセラミックスとしては、アルミナ(Ag2
O3)、シリカ(sio2)、ジルコニア(ZrO2)
、イツトリア(Y2O2)等の酸化物セラミックスを1
種類または2種類以上の組合わせて用いる。または、窒
化アルミ(l17N)、窒化シリコン(Si3N4)等
の窒化物セラミックスを用いることができる。この基体
としてのセラミックスの成形方法としては、耐火金属線
にプラズマ溶射法、PVD法、CVD法等を施すことが
可能であるが、実用上はプラズマ溶射法を用いることが
この好ましい。
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。
実施例1 1.7wt%の酸化イツトリウムを含有する直径0.3
mmのタングステン線を、低圧雰囲気プラズマ溶射にて
厚さが0.3mのニオブからなるニオブ層で被覆した。
このニオブ層上に、低圧雰囲気プラズマ溶射により、0
.05mmの厚さを有し、24wt%のCr s 8 
wt%のAρ、0.5wt%のY1残部Feからなる鉄
基超合金を被覆して、W/Nb/FeCrAρY複合金
属線を作成した。この金属線30本並べて金属枠に固定
し、これに大気中プラズマ溶射て八ρ203を被覆して
、AΩ2o3セラミックス中に金属線を埋設した。これ
を繰り返し行なって金属線を10層埋設した、W/Nb
/FeCrALY/Aρ203の金属線強化耐熱セラミ
ック複合体を得た。
得られた金属線強化耐熱セラミック複合体について、1
2 D O’Cに加熱して1000時間保持した後、1
000℃で引張試験を行なった。その結果、この金属線
強化耐熱セラミック複合体は60kg / mm 2の
引張り強さを有しており、このタングステン線は強度劣
化を起こしておらず、十分な高温強度を有することが確
認された。また、この金属線強化耐熱セラミック複合体
を1100℃への高温加熱と室温への冷却を繰り返し1
00回行なってもクラックの発生が見られず熱負荷(熱
疲労)に強いことが確認された。
実施例2 1.7wt%の酸化トリウムを含有する直径0.3mm
のタングステン線を、低圧雰囲気プラズマ溶射にて厚さ
が0.3mmのニオブからなるニオブ層で被覆した。こ
のニオブ層上に、真空蒸着により厚さ0゜01關のアル
ミニウムからなるアルミニウム層を形成した。このアル
ミニウム層上に、低圧雰囲気プラズマ溶射により、0.
05mmの厚さを有し、20wt%のCO% 18wt
%のCr、13wt%のAΩ、0.5wt%のY1残部
Niからなる、N1CoCrAρY超合金を被覆して、
W/N b /AΩ/ N i Co CrA、12Y
複合金属線を作成した。なおニオブ層とアルミニウム層
との界面にはニオブアルミニウム合金層からなるアルミ
ニウムリッチ層か形成されていた。この金属線30本を
並べて金属枠に固定し、これに大気中プラズマ溶射によ
り、Zr0  ・8YOを被覆して、zro ・8Y2
03の酸化物セラミックス中に金属線を埋設した。これ
を繰り返し行なって金属線を10層埋設した、W/Nb
/Al /N i Co CrAρY/Zr○2 ・8
Y203の金属線強化耐熱セラミック複合体を得た。
得られた金属線強化耐熱セラミック複合体は、1100
℃で30kg / +n+n 2の荷重に対して、15
00時間のクリープ破断強度を有していることがわかっ
た。
また、室温と110(]’Cとの間を150回以上往復
させる負荷を与えてもクラックの発生することはなく、
十分な高温強度を有することが確認された。
[発明の効果] 以上の様に、本発明によれば、高温で十分高い強度が得
られ、しかも高い靭性を有し、加熱、冷却の繰り返し熱
疲労に強く、長期間にわたって安定して使用できる金属
線強化耐熱セラミック複合体を提供することができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックからなる基体と、この基体中に配設さ
    れた耐火金属繊維とを有し、この耐火金属繊維がニオブ
    若しくはニオブ合金からなるニオブ層並びにこのニオブ
    層を覆う鉄基、ニッケル基、またはコバルト基の超合金
    からなる超合金層で被覆されていることを特徴とする金
    属線強化耐熱セラミック複合体。
  2. (2)セラミックからなる基体と、この基体中に配設さ
    れた耐火金属繊維とを有し、この耐火金属繊維がニオブ
    若しくはニオブ合金からなるニオブ層と、このニオブ層
    を覆いアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる
    アルミニウム層と、さらにこのアルミニウム層を覆う鉄
    基、ニッケル基、またはコバルト基の超合金からなる超
    合金層で被覆されていることを特徴とする金属線強化耐
    熱セラミック複合体。
JP32087990A 1990-11-27 1990-11-27 金属線強化耐熱セラミック複合体 Expired - Lifetime JP2868893B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32087990A JP2868893B2 (ja) 1990-11-27 1990-11-27 金属線強化耐熱セラミック複合体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32087990A JP2868893B2 (ja) 1990-11-27 1990-11-27 金属線強化耐熱セラミック複合体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04193774A true JPH04193774A (ja) 1992-07-13
JP2868893B2 JP2868893B2 (ja) 1999-03-10

Family

ID=18126284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32087990A Expired - Lifetime JP2868893B2 (ja) 1990-11-27 1990-11-27 金属線強化耐熱セラミック複合体

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2868893B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995023776A1 (en) * 1994-03-02 1995-09-08 Bhp Steel (Rp) Pty. Ltd. 'iron aluminide alloy' reinforced composite materials
JP2009214540A (ja) * 2008-03-07 2009-09-24 Boeing Co:The 金属−セラミックマトリックスハイブリッド複合構造の製造方法、複合構造の製造方法、および積層複合構造
CN108369069A (zh) * 2015-12-15 2018-08-03 奥图泰(芬兰)公司 用于传送松散材料以进行热处理的台车

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995023776A1 (en) * 1994-03-02 1995-09-08 Bhp Steel (Rp) Pty. Ltd. 'iron aluminide alloy' reinforced composite materials
JP2009214540A (ja) * 2008-03-07 2009-09-24 Boeing Co:The 金属−セラミックマトリックスハイブリッド複合構造の製造方法、複合構造の製造方法、および積層複合構造
CN108369069A (zh) * 2015-12-15 2018-08-03 奥图泰(芬兰)公司 用于传送松散材料以进行热处理的台车
US10414597B2 (en) 2015-12-15 2019-09-17 Outotec (Finland) Oy Pallet car for the transport of bulk material for a thermal treatment
CN112629262A (zh) * 2015-12-15 2021-04-09 奥图泰(芬兰)公司 用于传送松散材料以进行热处理的台车

Also Published As

Publication number Publication date
JP2868893B2 (ja) 1999-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5993980A (en) Protective coating for protecting a component from corrosion, oxidation and excessive thermal stress, process for producing the coating and gas turbine component
US5562998A (en) Durable thermal barrier coating
US6103386A (en) Thermal barrier coating with alumina bond inhibitor
CN101307442B (zh) 承受高温的物件的制造方法
US6335105B1 (en) Ceramic superalloy articles
Ebach-Stahl et al. Cyclic oxidation behaviour of the titanium alloys Ti-6242 and Ti-17 with Ti–Al–Cr–Y coatings at 600 and 700 C in air
US6720088B2 (en) Materials for protection of substrates at high temperature, articles made therefrom, and method for protecting substrates
EP2537822A2 (en) Composite article including silicon oxycarbide layer
US20020192491A1 (en) Oxidation resistant coatings for niobium-based silicide composites
US5413871A (en) Thermal barrier coating system for titanium aluminides
JP2007247055A (ja) コーティング方法およびコーティング物品
Knittel et al. Nb4Fe4Si7 coatings to protect niobium and niobium silicide composites against high temperature oxidation
US10590527B2 (en) High-temperature protective layer for titanium aluminide alloys
An et al. Enhanced interfacial bonding and superior oxidation resistance of CoCrAlY-TiB2 composite coating fabricated by air plasma spraying
US10619494B2 (en) Method for manufacturing a part coated with a protective coating
Das et al. Thermal cyclic behavior of glass–ceramic bonded thermal barrier coating on nimonic alloy substrate
US20080187773A1 (en) Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced
Smialek et al. Service limitations for oxidation resistant intermetallic compounds
JPH04193774A (ja) 金属線強化耐熱セラミック複合体
Li et al. Oxidation behavior of niobium aluminide intermetallics protected by aluminide and silicide diffusion coatings
Braun et al. Lifetime of environmental/thermal barrier coatings deposited on a niobium silicide composite with boron containing M7Si6‐based bond coat
Petrasek et al. Tungsten‐Fiber‐Reinforced Superalloys—A Status Review
Tchizhik et al. The effect of EB PVD coatings on structure and properties of nickel-base superalloy for gas turbine blades
Lange et al. PVD thermal barrier coating systems for Mo–Si–B alloys
Pérez et al. Silicon/silicon oxide coating on AISI 304 stainless steel by CVD in FBR: analysis of silicides and adherence of coating