JPH05117065A - 複合焼結体およびその製造方法 - Google Patents
複合焼結体およびその製造方法Info
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- JPH05117065A JPH05117065A JP30702491A JP30702491A JPH05117065A JP H05117065 A JPH05117065 A JP H05117065A JP 30702491 A JP30702491 A JP 30702491A JP 30702491 A JP30702491 A JP 30702491A JP H05117065 A JPH05117065 A JP H05117065A
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- Japan
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- sintered body
- alumina
- surface layer
- sialon
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5024—Silicates
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱衝撃性が良好で、かつ高温強度の高いア
ルミナとサイアロンとが複合した焼結体およびその製造
方法を提供する。 【構成】 アルミナとサイアロンとが複合した焼結体よ
りなる母材と、該母材の表面に形成したムライトを含む
表面層とよりなる複合焼結体。該複合焼結体は、アルミ
ナとサイアロンとが複合した焼結体を酸化させることに
より表面にムライトを含む表面層を形成して製造でき
る。
ルミナとサイアロンとが複合した焼結体およびその製造
方法を提供する。 【構成】 アルミナとサイアロンとが複合した焼結体よ
りなる母材と、該母材の表面に形成したムライトを含む
表面層とよりなる複合焼結体。該複合焼結体は、アルミ
ナとサイアロンとが複合した焼結体を酸化させることに
より表面にムライトを含む表面層を形成して製造でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミナとサイアロン
とが複合した焼結体およびその製造方法に関するもので
ある。
とが複合した焼結体およびその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】アルミナ焼結体は、工業材料として用い
られているが、熱衝撃に弱い欠点がある。それに対し
て、アルミナとサイアロンとが複合した焼結体は、アル
ミナ焼結体よりも耐熱衝撃性に優れており、さらに高温
強度が高いため高温構造用材料として期待されている。
しかしながら、ガスタービンエンジンのロータ等の厳し
い条件で使用する構造用材料では、耐熱衝撃性の向上が
望まれている。
られているが、熱衝撃に弱い欠点がある。それに対し
て、アルミナとサイアロンとが複合した焼結体は、アル
ミナ焼結体よりも耐熱衝撃性に優れており、さらに高温
強度が高いため高温構造用材料として期待されている。
しかしながら、ガスタービンエンジンのロータ等の厳し
い条件で使用する構造用材料では、耐熱衝撃性の向上が
望まれている。
【０００３】この耐熱衝撃性の向上のため種々の提案が
なされている。例えば、一般に高温用材料の表面にジル
コニア等の断熱物質を被覆することが行われている（Th
ermal Barrier Coating ；ＴＢＣ）。しかし、ジルコニ
ア等の断熱物質は熱膨張係数が大きいため、加熱冷却等
熱サイクルが加わると表面層に剥離等が発生するという
問題点がある。また、アルミナ焼結体の表面にムライト
よりなる表面層を形成することも提案されている（日本
セラミックス協会学術論文誌、９８、〔１０〕、1114〜
1119（１９９０））。これは、アルミナ上にカオリンを
塗布、焼成してカオリンをムライトに反応変化させ、そ
の後余分なガラスをエッチングで取り除いてムライトよ
りなる表面層を形成するものである。しかし、この提案
はアルミナ焼結体を母材とするものに関するものであ
り、熱衝撃によって表面層と母材との界面にクラックが
発生することが知られている。
なされている。例えば、一般に高温用材料の表面にジル
コニア等の断熱物質を被覆することが行われている（Th
ermal Barrier Coating ；ＴＢＣ）。しかし、ジルコニ
ア等の断熱物質は熱膨張係数が大きいため、加熱冷却等
熱サイクルが加わると表面層に剥離等が発生するという
問題点がある。また、アルミナ焼結体の表面にムライト
よりなる表面層を形成することも提案されている（日本
セラミックス協会学術論文誌、９８、〔１０〕、1114〜
1119（１９９０））。これは、アルミナ上にカオリンを
塗布、焼成してカオリンをムライトに反応変化させ、そ
の後余分なガラスをエッチングで取り除いてムライトよ
りなる表面層を形成するものである。しかし、この提案
はアルミナ焼結体を母材とするものに関するものであ
り、熱衝撃によって表面層と母材との界面にクラックが
発生することが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来で
は、高温材料の表面に種々の表面層を形成することが提
案されているが、耐熱衝撃性が向上し、かつ高温強度の
高いものは得られていない。
は、高温材料の表面に種々の表面層を形成することが提
案されているが、耐熱衝撃性が向上し、かつ高温強度の
高いものは得られていない。
【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたものであり、耐熱衝撃性が向上し、かつ高温強度
の高い、アルミナとサイアロンとの複合焼結体およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
されたものであり、耐熱衝撃性が向上し、かつ高温強度
の高い、アルミナとサイアロンとの複合焼結体およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の複合焼結体（第
１発明とする）は、アルミナとサイアロンとが複合した
焼結体よりなる母材と、該母材の表面に設けられたムラ
イトを含む表面層とよりなることを特徴とするものであ
る。
１発明とする）は、アルミナとサイアロンとが複合した
焼結体よりなる母材と、該母材の表面に設けられたムラ
イトを含む表面層とよりなることを特徴とするものであ
る。
【０００７】また、本発明の複合焼結体の製造方法（第
２発明とする）は、アルミナとサイアロンとが複合した
焼結体を形成する第１工程と、該焼結体を酸化させるこ
とにより表面にムライトを含む表面層を形成する第２工
程とよりなることを特徴とするものである。
２発明とする）は、アルミナとサイアロンとが複合した
焼結体を形成する第１工程と、該焼結体を酸化させるこ
とにより表面にムライトを含む表面層を形成する第２工
程とよりなることを特徴とするものである。
【０００８】以下、本発明をより具体的にした具体例を
説明する。 （第１発明の具体例）本第１発明は、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3 ）とサイアロン（Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎを必須成分と
する物質）とが複合した焼結体よりなる母材の表面にム
ライト（一般的には３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）を含む
表面層（ムライト表面層）が形成されているものであ
る。
説明する。 （第１発明の具体例）本第１発明は、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3 ）とサイアロン（Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎを必須成分と
する物質）とが複合した焼結体よりなる母材の表面にム
ライト（一般的には３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）を含む
表面層（ムライト表面層）が形成されているものであ
る。
【０００９】母材である焼結体は、アルミナとサイアロ
ンとを構成成分とし、両者の存在割合は限定するもので
はないが、サイアロンが多いと、ムライト表面層との熱
膨張係数の差が小さくなることにより熱応力が小さくな
るので望ましい。なお、サイアロンは、一般式Ｓｉ6-Z
ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表されるβサイアロンとするのがよ
い。
ンとを構成成分とし、両者の存在割合は限定するもので
はないが、サイアロンが多いと、ムライト表面層との熱
膨張係数の差が小さくなることにより熱応力が小さくな
るので望ましい。なお、サイアロンは、一般式Ｓｉ6-Z
ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表されるβサイアロンとするのがよ
い。
【００１０】ムライト表面層の厚さは、５μｍ〜１ｍｍ
の範囲内が望ましい。この範囲では、表面層による焼結
体の耐熱衝撃性および高温強度が非常に良好である。た
だし、表面層が気孔を多く含む場合はこの限りではな
い。
の範囲内が望ましい。この範囲では、表面層による焼結
体の耐熱衝撃性および高温強度が非常に良好である。た
だし、表面層が気孔を多く含む場合はこの限りではな
い。
【００１１】また、母材と表面層との界面は、熱膨張係
数（α）が徐々に変化する状態が、両者の密着性が向上
するため望ましい。なお、表面層のムライトのαは4.5
×10-6℃-1で、母材のαは8 ×10-6℃-1以下であり、そ
の差が小さいので、界面に特別な処理を行うことなくα
が徐々に変化する状態となる。このαが徐々に変化する
状態にすることにより、αが表面近傍で小さい傾斜機能
材料的セラミックスとして利用することができる。
数（α）が徐々に変化する状態が、両者の密着性が向上
するため望ましい。なお、表面層のムライトのαは4.5
×10-6℃-1で、母材のαは8 ×10-6℃-1以下であり、そ
の差が小さいので、界面に特別な処理を行うことなくα
が徐々に変化する状態となる。このαが徐々に変化する
状態にすることにより、αが表面近傍で小さい傾斜機能
材料的セラミックスとして利用することができる。
【００１２】本第１発明の複合焼結体は、耐熱衝撃性お
よび高温強度が優れることより、ガスタービンエンジン
のロータ等の厳しい条件で使用する構造用材料に用いる
ことができる。
よび高温強度が優れることより、ガスタービンエンジン
のロータ等の厳しい条件で使用する構造用材料に用いる
ことができる。
【００１３】（第２発明の具体例）本第２発明は、アル
ミナとサイアロンとが複合した焼結体を形成し（第１工
程）、該焼結体を酸化することによりムライトを含む表
面層を形成する（第２工程）。
ミナとサイアロンとが複合した焼結体を形成し（第１工
程）、該焼結体を酸化することによりムライトを含む表
面層を形成する（第２工程）。
【００１４】第１工程において、アルミナとサイアロン
とが複合した焼結体の原料としては、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉ
3 Ｎ4 とＡｌＮ、またはこれらにさらにＳｉＯ2 を添加
してβサイアロンを合成する配合割合としたものにＡｌ
2 Ｏ3 を過剰に添加したものが望ましい。原料は粒子径
の小さいものを使用した方が、緻密な焼結体が得られる
ので望ましい。該原料を窒素雰囲気で焼結するのが望ま
しい。より緻密な焼結体を得るためにはＨＩＰやホット
プレスを用いてもよい。
とが複合した焼結体の原料としては、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉ
3 Ｎ4 とＡｌＮ、またはこれらにさらにＳｉＯ2 を添加
してβサイアロンを合成する配合割合としたものにＡｌ
2 Ｏ3 を過剰に添加したものが望ましい。原料は粒子径
の小さいものを使用した方が、緻密な焼結体が得られる
ので望ましい。該原料を窒素雰囲気で焼結するのが望ま
しい。より緻密な焼結体を得るためにはＨＩＰやホット
プレスを用いてもよい。
【００１５】第２工程において、焼結体の酸化は、焼結
体を酸化雰囲気中で加熱することにより行う。加熱温度
としては、１２００〜１７００℃の範囲内がよい。１２
００℃未満では、酸化層が形成されにくい。また、１７
００℃より高い場合、生成すするムライトが熱分解を始
めるおそれがある。
体を酸化雰囲気中で加熱することにより行う。加熱温度
としては、１２００〜１７００℃の範囲内がよい。１２
００℃未満では、酸化層が形成されにくい。また、１７
００℃より高い場合、生成すするムライトが熱分解を始
めるおそれがある。
【００１６】第２工程では、焼結体中のサイアロンが酸
化され、ムライトが生成する。例えば、βサイアロンは
一般式Ｓｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表わされ、これが酸
化されるとＳｉとＡｌとの複合酸化物であるムライトと
なる。焼結体中にＳｉが過剰に存在するとＳｉの酸化物
のガラスまたは結晶が共存するが、アルミナが過剰に存
在するとムライトのみが形成される。そのため、複合焼
結体は、アルミナが過剰となるようにするのがよい。
化され、ムライトが生成する。例えば、βサイアロンは
一般式Ｓｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表わされ、これが酸
化されるとＳｉとＡｌとの複合酸化物であるムライトと
なる。焼結体中にＳｉが過剰に存在するとＳｉの酸化物
のガラスまたは結晶が共存するが、アルミナが過剰に存
在するとムライトのみが形成される。そのため、複合焼
結体は、アルミナが過剰となるようにするのがよい。
【００１７】
（第１発明の作用）本第１発明では、母材のアルミナ−
サイアロンが複合した焼結体はアルミナ焼結体に比べて
熱膨張係数が小さく、ムライトの熱膨張係数に近いた
め、母材と表面層との界面に発生する熱応力が小さくな
り、表面層のはがれが生じにくい。従って、耐熱衝撃性
が向上する。また、ムライトを含む表面層により高温に
おける母材の特性が低下しにくいため、１０００℃以上
の高温でも強度低下が小さい。
サイアロンが複合した焼結体はアルミナ焼結体に比べて
熱膨張係数が小さく、ムライトの熱膨張係数に近いた
め、母材と表面層との界面に発生する熱応力が小さくな
り、表面層のはがれが生じにくい。従って、耐熱衝撃性
が向上する。また、ムライトを含む表面層により高温に
おける母材の特性が低下しにくいため、１０００℃以上
の高温でも強度低下が小さい。
【００１８】（第２発明の作用）本第２発明では、母材
のアルミナ−サイアロンが複合した焼結体を酸化させる
のみで焼結体中のサイアロンが酸化され、ムライトを含
む表面層が形成される。従って、簡便に本第１発明の複
合焼結体を製造することができる。
のアルミナ−サイアロンが複合した焼結体を酸化させる
のみで焼結体中のサイアロンが酸化され、ムライトを含
む表面層が形成される。従って、簡便に本第１発明の複
合焼結体を製造することができる。
【００１９】
（第１発明の効果）本第１発明の複合焼結体は、耐熱衝
撃性が向上し、かつ高温強度も高いものである。
撃性が向上し、かつ高温強度も高いものである。
【００２０】（第２発明の効果）本第２発明では、本第
１発明の複合焼結体を簡便に製造することができる。
１発明の複合焼結体を簡便に製造することができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 （実施例１）Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、およびＡｌＮを
表１に示すような割合で混合し、常法により成形し、そ
の後窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体をＪＩＳ
規格曲げ試験片に加工し、その後１４００℃大気中で１
００時間酸化した。Ｘ線回折およびＳＥＭ観察によりい
ずれの試料（試料Ｎｏ．１〜３）にもムライトよりなる
表面層の生成が確認された。また、表面層の厚さは８０
〜４５０μｍであった。
表１に示すような割合で混合し、常法により成形し、そ
の後窒素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体をＪＩＳ
規格曲げ試験片に加工し、その後１４００℃大気中で１
００時間酸化した。Ｘ線回折およびＳＥＭ観察によりい
ずれの試料（試料Ｎｏ．１〜３）にもムライトよりなる
表面層の生成が確認された。また、表面層の厚さは８０
〜４５０μｍであった。
【００２２】また比較のため、高純度易焼結性アルミナ
を母材として上記と同様にして酸化した（試料Ｎｏ．Ｃ
１）。しかし、表面層は生成されなかった。
を母材として上記と同様にして酸化した（試料Ｎｏ．Ｃ
１）。しかし、表面層は生成されなかった。
【００２３】これら試料を電気炉で加熱し、２０℃の水
中に急冷して試料にクラックが発生する温度差ΔＴC を
測定した。その結果を表１に示す。
中に急冷して試料にクラックが発生する温度差ΔＴC を
測定した。その結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１より明らかなように、本実施例の焼結
体の方が、比較例よりもΔＴC が大きく、耐熱衝撃性に
優れていることが分かる。
体の方が、比較例よりもΔＴC が大きく、耐熱衝撃性に
優れていることが分かる。
【００２６】（実施例２）実施例１の試料Ｎｏ．２と同
様な配合割合の原料を用いて実施例１と同様にして焼結
体を形成した。この焼結体を表２に示すように酸化温
度、酸化時間を種々変化させて酸化した。Ｘ線回折およ
びＳＥＭ観察により試料Ｎｏ．４〜７にはムライトより
なる表面層が生成し、試料Ｎｏ．８にはムライトとアル
ミナとシリカとよりなる表面層が生成していることが確
認された。
様な配合割合の原料を用いて実施例１と同様にして焼結
体を形成した。この焼結体を表２に示すように酸化温
度、酸化時間を種々変化させて酸化した。Ｘ線回折およ
びＳＥＭ観察により試料Ｎｏ．４〜７にはムライトより
なる表面層が生成し、試料Ｎｏ．８にはムライトとアル
ミナとシリカとよりなる表面層が生成していることが確
認された。
【００２７】これら試料を実施例１と同様にして耐熱衝
撃性を評価した。その結果を表２に示す。
撃性を評価した。その結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】表２より明らかなように、いずれの焼結体
もΔＴC が大きく、耐熱衝撃性に優れており、特に試料
Ｎｏ．４〜７の試料が優れていることが分かる。
もΔＴC が大きく、耐熱衝撃性に優れており、特に試料
Ｎｏ．４〜７の試料が優れていることが分かる。
【００３０】また、アルミナの表面にムライトよりなる
表面層を形成した従来の焼結体は耐熱衝撃性の評価試験
において母材と表面層との界面でクラックが発生すると
報告されているが、本実施例では界面にはクラックは発
生しなかった。
表面層を形成した従来の焼結体は耐熱衝撃性の評価試験
において母材と表面層との界面でクラックが発生すると
報告されているが、本実施例では界面にはクラックは発
生しなかった。
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミナとサイアロンとが複合した焼結
体よりなる母材と、該母材の表面に設けられたムライト
を含む表面層とよりなることを特徴とする複合焼結体。 - 【請求項２】 アルミナとサイアロンとが複合した焼結
体を形成する第１工程と、該焼結体を酸化させることに
より表面にムライトを含む表面層を形成する第２工程と
よりなることを特徴とする複合焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30702491A JPH05117065A (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 複合焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30702491A JPH05117065A (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 複合焼結体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05117065A true JPH05117065A (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=17964114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30702491A Pending JPH05117065A (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 複合焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05117065A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016140125A1 (ja) * | 2015-03-02 | 2016-09-09 | 株式会社Ihi | 耐環境性被膜 |
-
1991
- 1991-10-25 JP JP30702491A patent/JPH05117065A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016140125A1 (ja) * | 2015-03-02 | 2016-09-09 | 株式会社Ihi | 耐環境性被膜 |
| JPWO2016140125A1 (ja) * | 2015-03-02 | 2017-06-29 | 株式会社Ihi | 耐環境性被膜 |
| US10011724B2 (en) | 2015-03-02 | 2018-07-03 | Ihi Corporation | Environmental barrier coating |
| RU2675638C1 (ru) * | 2015-03-02 | 2018-12-21 | АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН | Защищающее от окружающей среды покрытие |
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