JPH0459978A - 炭素系材料の耐酸化コーティング方法 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 本発明は、炭素系材料の耐酸化コーティング方法に係り
、特に、高温状態での高強度、高靭性、耐環境安定性を
得る技術に関するものである。

「従来の技術」 高温、高強度、高靭性、耐環境安定性が特に必要とされ
る技術分野である航空機、ロケット、宇宙、核融合、エ
ネルギ関連技術分野では、ロケット・ジェット・ラムジ
ェットエンジン、超高温耐熱壁用の材料として、超耐熱
材料である繊維強化無機系材料が求められている。

これらの用途を完全に満たす材料を提供することは困難
であるが、一部を満足させる材料として、炭素系繊維の
表面に、耐熱性でかつ耐酸化性を有する材料によってオ
ーバーコート層を形成した耐熱性複合材料等が検討され
ている。

従来、かかる耐熱性複合材料を製造する場合には、炭素
繊維の成形体を目的とする形状に形成しておき、該成形
体にＣＶＤ法（化学蒸着法）等によって、オーバーコー
ト層を付着形成する方法が採用されている。

「発明か解決しようとする課題」 しかしながら、オーバーコート層がセラミックス材料等
を蒸着法や拡散浸透法によって付着形成したものである
と、オーバーコート層そのものは耐酸化性の点では優れ
るものの、オーバーコート層にガス浸透性があるために
、耐酸性が不十分なものとなり易く、そして、炭素繊維
とオーバーコート層との線膨張係数、弾性率等の差が大
きくなるために、割れや剥離現象が生じ易く、炭素繊維
の高強度を十分に生かすことが困難となる。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、（１）炭
素繊維本来の高強度を生かして複合材料の強度を向上さ
せること。

（２）耐酸化性等の環境安定性を向上させること。

（３）高温状態における強度、靭性、耐酸化性等を向上
させること。

等を目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明は、炭素系母材表面に
線膨張係数の近い金属材料を溶着してアンダーコート層
を形成する工程と、アンダーコート層の上にペースト状
白金を塗布する工程と、ペースト状白金層を真空雰囲気
で焼結し酸素バリアコート層を形成する工程と、酸素バ
リアコート層の上にセラミックス材料を溶射することに
よりセラミックスコート層を形成する工程とを有する炭
素系材料の耐酸化コーティング方法を採用している。

「作用　」 炭素系母材表面に金属材料を溶着すると、母材表面の状
態や金属材料を適宜に選定することにより、炭化物が形
成されることも相まって優れた溶着強度が得られる。か
つ、一体化される二つの材料の線膨張係数が近いことに
より、溶着部分が温度変化にともなって剥離する現象の
発生が抑制される。

酸素バリアコート層の形成は、アンダーコート層の上に
白金ペーストを塗布及び焼結することにより容易となる
。アンダーコート層と酸素バリアコート層との間で、線
膨張係数の差に基づく伸縮が発生した場合には、酸素バ
リアコート層が延性展性によって塑性変形することによ
って吸収される。

酸素バリアコート層の上にセラミックスコート層を形成
すると、両層が溶着して一体化状態となり、線膨張係数
の差に基づく伸縮が発生した場合には、酸素バリアコー
ト層が塑性変形することによって吸収される。

最外層にセラミックスコート層が位置することによって
、全体の耐熱性が高められる。セラミックスコート層は
、若干のガス通過性を有するために、酸素が酸素バリア
コート層に達するが、酸素バリアコート層によって遮断
されるために、炭素系母材の高温状態での耐酸性、機械
的強度等が維持される。

「実施例」 本発明に係る炭素系材料の耐酸化コーティング方法の実
施例について、第１図を参照しながら工程順に説明する
。

第１図は、上記耐酸化コーティング方法によって作成さ
れた耐酸化性炭素材料Ａを示しており、符号ｌは炭素系
母材、２はアンダーコート層、３は酸素バリアコート層
、４はセラミックスコート層である。

炭素系母材１は、炭素繊維強化炭素等の複合材料であり
、複数の単繊維を２次元方向に集合させるとともに、必
要に応じて成形加工を施したもの等である。かかる炭素
繊維を使用する理由は、非酸化性雰囲気の高温までの温
度範囲において優れた引張り強さを有するためである。

〈炭素系母材表面の前処理〉 炭素系母材１の表面は、サンドブラスト加工等によって
、予め若干荒らした状態とされる。

〈アンダーフート層の形成工程〉 炭素系母材１の表面上に、炭素繊維と類似する線膨張係
数を有する高融点金属材料、例えばタングステン、モリ
ブデンを低圧プラズマ溶射によって溶着させ、アンダー
コート層２を形成する。この場合におけるアンダーコー
ト層２の厚さは、例えば２０〜５０μｍに設定される。

そして、前述した前処理を実施することにより、高融点
材料の溶着性が高められる。

炭素系母材１の表面に高融点材料を溶着すると、溶着金
属との間で、炭化タングステンや炭化モリブデン等の炭
化物が形成されることも相まって、２種類の金属間に優
れた溶着強度が得られる。かっ、２種類金属の線膨張係
数が近似していると、温度変化が生じた場合でも、２種
類の金属の境界近傍に熱膨張差に基づく応力が付与され
ず、境界近傍に割れや剥離等の不具合現象の発生が抑制
される。

なお、炭素系母材の線膨張係数は１．５〜２．５×１０
−’／’Ｃ、モリブデンの線膨張係数は５．７Ｘ１０−
６／℃程度である。

くペースト状白金の塗布工程〉 アンダーコート層２の上にペースト状白金を塗布して、
ペースト状白金層を形成する。該ペースト状白金層の厚
さの設定は、次の焼成工程によって寸法が収縮する分を
見込んだものに設定され、かつ、塗布方法は、例えば刷
毛塗りとされる。

く酸素バリアコート層の焼成工程〉 ペースト状白金層の形成後において、真空雰囲気でペー
スト状白金層を加熱して溶剤及び気化成分を気化させ、
焼結状態とすることによって酸素バリアコート層３が形
成される。該酸素バリアコート層３の厚さは、例えば１
００〜３００μｍに設定される。

以下、アンダーコート層２と酸素バリアコート層３との
間で、線膨張係数の差に基づく熱伸縮が発生した場合に
は、酸素バリアコート層３が白金であり、相対的に延性
展性に優れていることによって、酸素バリアコート層３
に塑性変形が生じ、熱伸縮差が吸収される。

〈セラミックスコート層の形成工程〉 酸素バリアコート層３の表面上に、高融点材料であるム
ライト（３ＡｌｔＯ３・２ＳｉＯ，）やジルコニアセラ
ミックス等のセラミックス材料を溶射することによって
溶着させ、セラミックスコート層４を形成する。この場
合における酸素バリアコート層３の厚さは、例えば２０
〜５０μｍに設定される。

このような工程によって作成された第１図に示す耐酸化
性炭素材料へであると、酸素バリアコート層３とセラミ
ックスコート層４との溶着により一体化状態となって機
械的強度が向上する。

セラミックスコート層４がムライトである場合には、そ
の線膨張係数が５，０ＸＩＯ−６／’Ｃであり、白金の
線膨張係数が９．７５Ｘ　１０−’／’Ｃであってその
差に基づく熱伸縮差によって熱応力か加わるものの、ア
ンダーコート層２やセラミックスコート層４に対して相
対的に軟質材である酸素バリアコート層３の部分に塑性
変形が生じることによって吸収される。

最外層である部分に、セラミックスコート層４が存在す
ると、その材質及び厚さの設定に基づいて、全体の耐熱
性が高められるものとなる。

また、セラミックスコート層４は、溶射によって形成さ
れるために、若干のガス通過性を有して酸素が透過し、
透過した酸素が、酸素バリアコート層３に達するものと
なるが、焼結によって形成された緻密な酸素バリアコー
ト層３の遮断性によって、酸素の透過が妨げられるとと
もに、白金の良好な耐酸性に基づいて、耐酸化性炭素材
料として、高温状態での耐酸性、機械的強度等が付与さ
れることになる。

「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明に係る炭素系材料
の耐酸化コーティング方法によれば、（１）炭素系母材
表面上をアンダーコート層と酸素バリアコート層とセラ
ミックスコート層とでコーティングすることによって、
耐酸化性炭素材料を作成するものであるから、最外層と
なるセラミックスコート層によって炭素系材料の高温、
高強度、高靭性を生かしながら耐熱性をさらに向上させ
ることができる。

（２）セラミックスコート層の下に白金からなる酸素バ
リアコート層が介在するために、セラミックスコート層
を透過した酸素等を酸素バリアコート層で遮断して、炭
素系材料の高温時の酸化を防止し、耐環境安定性を得る
ことができる。

（３）酸素バリアコート層の部分が、その上下層に対し
て相対的に塑性変形性を有するものとなっていることに
より、熱伸縮による熱応力あるいは機械的変形による応
力の発生時に、酸素バリアコート層に塑性変形を生じさ
せて上下層の変形分を吸収し、使用温度や許容負荷の範
囲を拡大することができる。

（４）炭素系母材と酸素バリアコート層との間に、炭素
系母材に近い線膨張係数のアンダーコート層を介在させ
ることにより、炭素系母材とアンダーコート層との付着
性、アンダーコート層と酸素バリアコート層との付着性
をそれぞれ向上させることができる。

等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る炭素系材料の耐酸化コーティング
方法によって作成された耐酸化性炭素材料の組織モデル
を示す正断面図である。 Ａ・・・・・・耐酸化性炭素材料、 １・・・・・・炭素系母材、 ２・・・・・・アンダーコート層、 ３・・・・・・酸素バリアコート層、 ４・・・・・・セラミックスコート層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素系母材表面に線膨張係数の近い金属材料を溶着して
   アンダーコート層を形成する工程と、アンダーコート層
   の上にペースト状白金を塗布する工程と、ペースト状白
   金層を真空雰囲気で焼結し酸素バリアコート層を形成す
   る工程と、酸素バリアコート層の上にセラミックス材料
   を溶射することによりセラミックスコート層を形成する
   工程とを有する炭素系材料の耐酸化コーティング方法。