JPH05238859A - セラミックコーティング部材 - Google Patents
セラミックコーティング部材Info
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- JPH05238859A JPH05238859A JP4043579A JP4357992A JPH05238859A JP H05238859 A JPH05238859 A JP H05238859A JP 4043579 A JP4043579 A JP 4043579A JP 4357992 A JP4357992 A JP 4357992A JP H05238859 A JPH05238859 A JP H05238859A
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- 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
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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
- C04B41/5025—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 with ceramic materials
- C04B41/5027—Oxide ceramics in general; Specific oxide ceramics not covered by C04B41/5029 - C04B41/5051
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基材と被覆層の耐剥離性が良好で、耐熱性、
耐熱衝撃性、耐食性に優れたセラミックコーティング部
材およびその製造方法を提供する。 【構成】 窒化珪素基セラミック基材の表面に被覆層が
形成され、この被覆層は、基材の熱膨張係数と同等また
は近い熱膨張係数を有する酸化物の下地層と、この下地
層の表面に形成される酸化物の中間層と、この中間層の
表面に形成される酸化物の表面層とを有する。そして、
被覆層は、下地層、中間層、表面層の順に熱膨張係数が
傾斜して次第に高くなる傾斜構造を有する。セラミック
基材は、窒化珪素および炭化珪素分散強化窒化珪素複合
材から選ばれる。酸化物は、ジルコン、ジルコニア、ア
ルミナ、ムライト、イットリアから選ばれる２種以上で
ある。
耐熱衝撃性、耐食性に優れたセラミックコーティング部
材およびその製造方法を提供する。 【構成】 窒化珪素基セラミック基材の表面に被覆層が
形成され、この被覆層は、基材の熱膨張係数と同等また
は近い熱膨張係数を有する酸化物の下地層と、この下地
層の表面に形成される酸化物の中間層と、この中間層の
表面に形成される酸化物の表面層とを有する。そして、
被覆層は、下地層、中間層、表面層の順に熱膨張係数が
傾斜して次第に高くなる傾斜構造を有する。セラミック
基材は、窒化珪素および炭化珪素分散強化窒化珪素複合
材から選ばれる。酸化物は、ジルコン、ジルコニア、ア
ルミナ、ムライト、イットリアから選ばれる２種以上で
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐熱性、耐熱衝撃性、耐
食性に優れたセラミックコーティング部材に関する。
食性に優れたセラミックコーティング部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、高温で過酷な条件で使用され
る高温構造材料としては窒化珪素、炭化珪素等のセラミ
ック材料が知られている。耐熱性の良好なセラミック材
料としては特開昭６２−７２５８２号公報に示されるジ
ルコニア被覆層をもつ窒化珪素焼結部材が知られてい
る。
る高温構造材料としては窒化珪素、炭化珪素等のセラミ
ック材料が知られている。耐熱性の良好なセラミック材
料としては特開昭６２−７２５８２号公報に示されるジ
ルコニア被覆層をもつ窒化珪素焼結部材が知られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな窒化珪素あるいは炭化珪素は、高温耐熱材料といえ
ども、これらの材料が高速の流速をもつ燃焼ガスに晒さ
れると、高温酸化、高温腐食等により部材が減肉される
ことが多い。このため、高速の流速をもつ燃焼ガスに晒
される部材については、耐久性を向上するために耐酸化
性を向上させることが重要な課題である。
うな窒化珪素あるいは炭化珪素は、高温耐熱材料といえ
ども、これらの材料が高速の流速をもつ燃焼ガスに晒さ
れると、高温酸化、高温腐食等により部材が減肉される
ことが多い。このため、高速の流速をもつ燃焼ガスに晒
される部材については、耐久性を向上するために耐酸化
性を向上させることが重要な課題である。
【０００４】この課題解決のため酸化物セラミックスを
表面被覆する方法が提案されるが、このような従来の酸
化物セラミックスの表面被覆方法によると、基材の表面
に単に酸化物セラミックスを表面被覆するだけでは、高
温で長時間使用すると、基材の熱膨張係数と酸化物セラ
ミックスの熱膨張係数の差異に起因し、境界層で応力歪
が過大になるなどして被覆層が基材から剥離しやすい。
表面被覆する方法が提案されるが、このような従来の酸
化物セラミックスの表面被覆方法によると、基材の表面
に単に酸化物セラミックスを表面被覆するだけでは、高
温で長時間使用すると、基材の熱膨張係数と酸化物セラ
ミックスの熱膨張係数の差異に起因し、境界層で応力歪
が過大になるなどして被覆層が基材から剥離しやすい。
【０００５】本発明の目的は、基材と被覆層の耐剥離性
が良好で、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性に優れたセラミ
ックコーティング部材およびその製造方法を提供するこ
とにある。
が良好で、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性に優れたセラミ
ックコーティング部材およびその製造方法を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明によるセラミックコーティング部材は、窒化珪
素基セラミック基材の表面に、基材の熱膨張係数と同等
または近い熱膨張係数を有する酸化物の下地層と、この
下地層の表面に形成される酸化物の中間層と、この中間
層の表面に形成される酸化物の表面層とを有し、前記下
地層、中間層、表面層の順に熱膨張係数が傾斜して次第
に高くなる傾斜構造を有することを特徴とする。
の本発明によるセラミックコーティング部材は、窒化珪
素基セラミック基材の表面に、基材の熱膨張係数と同等
または近い熱膨張係数を有する酸化物の下地層と、この
下地層の表面に形成される酸化物の中間層と、この中間
層の表面に形成される酸化物の表面層とを有し、前記下
地層、中間層、表面層の順に熱膨張係数が傾斜して次第
に高くなる傾斜構造を有することを特徴とする。
【０００７】前記酸化物は、ジルコン、ジルコニア、ア
ルミナ、ムライト、イットリアから選ばれる２種以上で
ある。前記中間層は、前記下地層と前記表面層の混合層
からなり、その混合割合を次第に傾斜させて前記下地層
から前記表面層にいくに従い熱膨張係数が傾斜して次第
に高くなる多層状の傾斜構造からなる。
ルミナ、ムライト、イットリアから選ばれる２種以上で
ある。前記中間層は、前記下地層と前記表面層の混合層
からなり、その混合割合を次第に傾斜させて前記下地層
から前記表面層にいくに従い熱膨張係数が傾斜して次第
に高くなる多層状の傾斜構造からなる。
【０００８】前記酸化物は、例えばプラズマ溶射により
セラミック基材の表面に薄膜形成される。前記セラミッ
クコーティング部材の製造方法は、窒化珪素基セラミッ
ク基材の表面に、基材の熱膨張係数と同等または近い熱
膨張係数を有する酸化物を被覆した後、その酸化物の表
面に順次熱膨張係数が傾斜して次第に高くなる酸化物を
被覆する。
セラミック基材の表面に薄膜形成される。前記セラミッ
クコーティング部材の製造方法は、窒化珪素基セラミッ
ク基材の表面に、基材の熱膨張係数と同等または近い熱
膨張係数を有する酸化物を被覆した後、その酸化物の表
面に順次熱膨張係数が傾斜して次第に高くなる酸化物を
被覆する。
【０００９】前記下地層は緻密で基材との密着性が良好
な層、前記中間層はマイクロクラック、気孔等を有し多
孔質な層、前記表面層は緻密で耐熱性を有する層が好ま
しい。一層当たりの厚さは５〜１５μｍ、好ましくは１
０μｍである。全体の被覆層厚さは５０〜１５０μｍ
で、好ましくは７０〜１２０μｍである。全被覆層厚さ
が５０μｍ未満であると熱膨張を吸収することができな
く割れる可能性が大きく、また、全被覆層厚さが１５０
μｍを超えると被覆層が剥離しやすいからである。
な層、前記中間層はマイクロクラック、気孔等を有し多
孔質な層、前記表面層は緻密で耐熱性を有する層が好ま
しい。一層当たりの厚さは５〜１５μｍ、好ましくは１
０μｍである。全体の被覆層厚さは５０〜１５０μｍ
で、好ましくは７０〜１２０μｍである。全被覆層厚さ
が５０μｍ未満であると熱膨張を吸収することができな
く割れる可能性が大きく、また、全被覆層厚さが１５０
μｍを超えると被覆層が剥離しやすいからである。
【００１０】
【作用】本発明のセラミックコーティング部材による
と、図１に被覆層の模式的断面図を示すように、窒化珪
素基セラミック基材１の表面に形成される被覆層２のう
ちの下地層３から中間層４、表面層５にいくに従い熱膨
張係数の値が次第に増大する傾斜被覆層構造とするた
め、各層間の応力歪等が吸収される機構が生成されるの
で、応力発生時の最大応力が低減される。これにより、
熱衝撃等耐性の高いコーティング層のあるセラミック部
材が得られる。
と、図１に被覆層の模式的断面図を示すように、窒化珪
素基セラミック基材１の表面に形成される被覆層２のう
ちの下地層３から中間層４、表面層５にいくに従い熱膨
張係数の値が次第に増大する傾斜被覆層構造とするた
め、各層間の応力歪等が吸収される機構が生成されるの
で、応力発生時の最大応力が低減される。これにより、
熱衝撃等耐性の高いコーティング層のあるセラミック部
材が得られる。
【００１１】このセラミックコーティング部材による
と、表面被覆層の熱膨張係数の傾斜により熱衝撃性が向
上し、高温での酸化性、腐食性が大幅に改善され、信頼
性が高いセラミックコーティング部材が得られる。
と、表面被覆層の熱膨張係数の傾斜により熱衝撃性が向
上し、高温での酸化性、腐食性が大幅に改善され、信頼
性が高いセラミックコーティング部材が得られる。
【００１２】
【実施例】試験片寸法幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ５０
ｍｍのセラミック基材の表面を粗面化後、下地層および
中間層を形成し、最表層にアルミナ、ジルコニアまたは
イットリアの表面層を溶射により形成した。 (1) 実施例 １〜１０ セラミック基材は、窒化珪素、あるいは炭化珪素粒子、
ウィスカー等を分散強化した窒化珪素複合材を使用し、
被覆層は各種酸化物を使用した。被覆層は、下地層、中
間層および表面層からなる。各実施例１〜１０の基材、
下地層、中間層、表面層は表１に示すとおりである。
ｍｍのセラミック基材の表面を粗面化後、下地層および
中間層を形成し、最表層にアルミナ、ジルコニアまたは
イットリアの表面層を溶射により形成した。 (1) 実施例 １〜１０ セラミック基材は、窒化珪素、あるいは炭化珪素粒子、
ウィスカー等を分散強化した窒化珪素複合材を使用し、
被覆層は各種酸化物を使用した。被覆層は、下地層、中
間層および表面層からなる。各実施例１〜１０の基材、
下地層、中間層、表面層は表１に示すとおりである。
【００１３】
【表１】 各セラミック基材および各酸化物の材料の特性は、表２
に示すとおりである。
に示すとおりである。
【００１４】
【表２】 前記表１に示すように、下地層は、ジルコンまたはムラ
イトを使用し、表面層は、イットリア、アルミナまたは
ジルコニアを使用した。中間層は、前記下地層の材料と
表面層の材料の割合を変化させ傾斜させた。実施例１を
例にとって詳述すると、下地層はジルコン、表面層がジ
ルコニアで中間層がジルコンとジルコニアの混合割合を
変化させた。この場合、中間層を次の(1)〜(11)の１１
層に積層した。中間層の混合割合は重量比である。
イトを使用し、表面層は、イットリア、アルミナまたは
ジルコニアを使用した。中間層は、前記下地層の材料と
表面層の材料の割合を変化させ傾斜させた。実施例１を
例にとって詳述すると、下地層はジルコン、表面層がジ
ルコニアで中間層がジルコンとジルコニアの混合割合を
変化させた。この場合、中間層を次の(1)〜(11)の１１
層に積層した。中間層の混合割合は重量比である。
【００１５】 (1) ジルコン／ジルコニア＝１００：０ (2) ジルコン／ジルコニア＝１００：０ (3) ジルコン／ジルコニア＝８５：１５ (4) ジルコン／ジルコニア＝７０：３０ (5) ジルコン／ジルコニア＝５０：５０ (6) ジルコン／ジルコニア＝３０：７０ (7) ジルコン／ジルコニア＝１５：８５ (9) ジルコン／ジルコニア＝０：１００ (10) ジルコン／ジルコニア＝０：１００ (11) ジルコン／ジルコニア＝０：１００ 前記実施例２〜１０についても同様に表１に示す下地層
と表面層をとり、中間層の混合割合を変化させた。
と表面層をとり、中間層の混合割合を変化させた。
【００１６】前記下地層、中間層と表面層を形成する時
の溶射条件は次のとおりであった。 (2) 比較例 １〜３ 比較例１〜３は、被覆層の形成にあたり、前記表１に示
すように、セラミック基材の表面に直接表面層を形成し
た。つまり、下地層および中間層を形成しなかった。表
面層の溶射条件は、前記実施例１〜１０と同様であっ
た。
の溶射条件は次のとおりであった。 (2) 比較例 １〜３ 比較例１〜３は、被覆層の形成にあたり、前記表１に示
すように、セラミック基材の表面に直接表面層を形成し
た。つまり、下地層および中間層を形成しなかった。表
面層の溶射条件は、前記実施例１〜１０と同様であっ
た。
【００１７】熱サイクル試験 前記実施例１〜１０および前記比較例１〜３の材料を１
４００℃長時間アニールおよび１４００℃の電気炉中で
３０分間加熱保持した後、大気中へ取り出し、空冷する
熱サイクル試験を繰り返して実施し、各材料について表
面被覆層の剥離が見られるまでの繰り返し数を調べた。
４００℃長時間アニールおよび１４００℃の電気炉中で
３０分間加熱保持した後、大気中へ取り出し、空冷する
熱サイクル試験を繰り返して実施し、各材料について表
面被覆層の剥離が見られるまでの繰り返し数を調べた。
【００１８】その結果を表１に示す。前記実施例１〜１
０は、１４００℃−１５０ｈｒアニールおよび室温−１
４００℃の熱サイクルを５０回実施したが、剥離、クラ
ック等の異常は発生しなかった。前記比較例１〜３は、
サイクル１０回で剥離した。
０は、１４００℃−１５０ｈｒアニールおよび室温−１
４００℃の熱サイクルを５０回実施したが、剥離、クラ
ック等の異常は発生しなかった。前記比較例１〜３は、
サイクル１０回で剥離した。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クコーティング部材によると、基材と被覆層の耐剥離性
が良好で、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性に優れていると
いう効果がある。また、本発明のセラミックコーティン
グ部材の製造方法によると、簡便な方法によって、被覆
層の耐剥離性が良好で、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性に
優れたセラミックコーティング部材が得られるという効
果がある。
クコーティング部材によると、基材と被覆層の耐剥離性
が良好で、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性に優れていると
いう効果がある。また、本発明のセラミックコーティン
グ部材の製造方法によると、簡便な方法によって、被覆
層の耐剥離性が良好で、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性に
優れたセラミックコーティング部材が得られるという効
果がある。
【図１】本発明の被覆層の構造を示す模式的断面図であ
る。
る。
１ セラミック基材 ２ 被覆層 ３ 下地層 ４ 中間層 ５ 表面層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 知典 愛知県知多市新舞子字北畑151番地 (72)発明者 小林 廣道 三重県四日市市浮橋１丁目11番地の１
Claims (5)
- 【請求項１】 窒化珪素基セラミック基材の表面に、基
材の熱膨張係数と同等または近い熱膨張係数を有する酸
化物の下地層と、この下地層の表面に形成される酸化物
の中間層と、この中間層の表面に形成される酸化物の表
面層とを有し、前記下地層、中間層、表面層の順に熱膨
張係数が傾斜して次第に高くなる傾斜構造を有すること
を特徴とするセラミックコーティング部材。 - 【請求項２】 前記酸化物はジルコン、ジルコニア、ア
ルミナ、ムライト、イットリアから選ばれる２種以上で
ある請求項１に記載のセラミックコーティング部材。 - 【請求項３】 前記中間層は、前記下地層と前記表面層
の混合層からなり、その混合割合を次第に傾斜させて前
記下地層から前記表面層にいくに従い熱膨張係数が傾斜
して次第に高くなる多層状の傾斜構造からなることを特
徴とする請求項１に記載のセラミックコーティング部
材。 - 【請求項４】 前記酸化物は、プラズマ溶射により窒化
珪素基セラミック基材の表面に薄膜形成されることを特
徴とする請求項１に記載のセラミック部材。 - 【請求項５】 前記窒化珪素基セラミック基材の表面
に、基材の熱膨張係数と同等または近い熱膨張係数を有
する酸化物を被覆した後、その酸化物の表面に順次熱膨
張係数が傾斜して次第に高くなる酸化物を被覆すること
を特徴とするセラミックコーティング部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4043579A JPH05238859A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | セラミックコーティング部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4043579A JPH05238859A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | セラミックコーティング部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05238859A true JPH05238859A (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=12667677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4043579A Pending JPH05238859A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | セラミックコーティング部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05238859A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2000064836A1 (en) * | 1999-04-26 | 2000-11-02 | General Electric Company | Ceramic with zircon coating |
| EP1142850A1 (en) * | 2000-04-06 | 2001-10-10 | General Electric Company | Thermal/environmental barrier coating for silicon-containing materials |
| US6783863B2 (en) | 1999-12-10 | 2004-08-31 | Tocalo Co., Ltd. | Plasma processing container internal member and production method thereof |
| JP2005335990A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Kyocera Corp | 表面被覆セラミック焼結体 |
| JP2006104577A (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | United Technol Corp <Utc> | セグメント化ガドリニアジルコニア被膜およびその形成方法、セグメント化セラミック被覆システムならびに被膜部品 |
| JP2007176734A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Kyocera Corp | 表面被覆セラミック焼結体 |
| JP2007197307A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-08-09 | General Electric Co <Ge> | 構成要素の環境障壁コーティングおよびタービンエンジンの構成要素 |
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| US7648782B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-01-19 | Tokyo Electron Limited | Ceramic coating member for semiconductor processing apparatus |
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| US7850864B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-12-14 | Tokyo Electron Limited | Plasma treating apparatus and plasma treating method |
| US8231986B2 (en) | 2005-08-22 | 2012-07-31 | Tocalo Co., Ltd. | Spray coating member having excellent injury resistance and so on and method for producing the same |
| US8247080B2 (en) | 2004-07-07 | 2012-08-21 | Momentive Performance Materials Inc. | Coating structure and method |
| US8877002B2 (en) | 2002-11-28 | 2014-11-04 | Tokyo Electron Limited | Internal member of a plasma processing vessel |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP4043579A patent/JPH05238859A/ja active Pending
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