JPH05339082A - 被覆されたセラミック製品 - Google Patents
被覆されたセラミック製品Info
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Abstract
ラミック製品に関するものである。 【構成】 本発明の製品はセラミック基材の表面に一種
又はこれより多い貴金属若しくはこの合金を被覆し、実
質的に非多孔性の被覆膜を沈着したものである。
Description
ック製品に関する。
オリフィス環、撹拌器及び他の装置で使用されるガラ
ス、ガラス製品及びガラス成形品を製造する如きの高
温、腐蝕雰囲気の場所において、耐火性セラミックは幅
広く且つ広範囲に使用される。
は、保護シースで保護された熱電対を用いて行われる。
このような測定は、溶融ガラスの高粘度と研磨性、ガラ
スの化学的反応性及び加熱している燃焼雰囲気のそれぞ
れを含めた温度と関連した種々の問題が存在している。
シースを保護する機能は、機械的及び化学的損傷から保
護するという環境に熱電対を維持することである。一般
には、保護シースはアルミナから出来ている。しかしな
がら、このようなシースは高温度に耐えることができる
反面、相対的に脆いものである。更には、溶融ガラスに
よって侵され再三に渡って失敗の原因となり、そして熱
電対の保護を全たく無駄にすることになる。
合金は別個の保護物質として使用されているが、ジルコ
ニア粒子で安定化された(zirconia grai
nstabilised,ZGS)合金を余りにも多く
含んでいる。これらシースの最大構造の集結度は0.5
から0.8ミリの金属の厚さを必要とするので、シース
は大変高価なものとなる。セラミック管の内部保持を薄
くするようにして、現在では通常約0.3ミリの程度で
使用されているが、しかし機械的な設計に制限がありそ
して依然として本来的に高価である。
d)基材で製作されたものは保護されていて、そして有
効寿命を長くしているが、しかし適用温度は基材の融点
によって制限が課されている。例えば、Ni合金基材を
使用すると適用温度は1300℃までと制限され、そし
て多くの場合1200℃より低い。耐火性金属の使用は
適用温度を1600℃に上げることができるが、しかし
400−600℃より高い温度で全表面を保護する必要
があるという問題が存在する。セラミック基材は、特に
この高温度においての適用にまた媒体(vehicl
e)として役目を提供する。
来的にはこの温度の壁に満足している。しかしながら、
被着した金属とセラミックとの間に存在する空気のギャ
ップは、密封した熱電対の温度変化に対する応答を遅ら
せ、そしてこの製造されたシースは熱及び機械的ショッ
クに対し弱くなる。被着したセラミックは2つの構造を
有し、そして構成材料は被着した金属と基材のセラミッ
クの両方の属性を有する。
たセラミックは高温及び腐蝕雰囲気で耐久的に有利に使
用する製品を経済的な面から製造することは無理であっ
た。通常の被覆方法では、沈着の課程で歪が形成され、
そして特定の方法によっても一般に被覆膜の厚さに限界
を生じていた。このような厚さは必要とされる保護には
不十分である。満足できる厚さの被覆膜が形成できる被
覆方法が存在する場合には、例えば密着性及び/又は機
械的強度及び/又は集結度及び/又は多孔性の如き問題
が、一般的に明らかになっている。
ning Glass)には、プラズマ溶射によってセ
ラミックに白金を被覆する方法が説明されている。溶射
によっては密着性で且つ非多孔性の被覆膜は形成できな
いといわれている。英国特許第1,242,996号及
び別の他の方法によって得られた被覆されたセラミック
は、商業上成功したとはされていない。
び/又は腐蝕雰囲気で適用して、使用できる好ましいセ
ラミック製品を提供するもので、この製品は従来の問題
点の少なくとも一部分を改善したものである。
及び実質的非多孔性である一種又はこれより多い貴金属
若しくはこの合金の被覆膜を耐火性セラミック基材の上
に沈着(deposite)させた、高温そして腐蝕雰
囲気で使用できるセラミック製品を提供することにあ
る。
若しくはこの合金を溶射によって耐火性セラミック基材
に適用し、50から350ミクロンの厚さそして実質的
に非多孔性の被覆膜を製造することにより、高温そして
腐蝕雰囲気で使用できるセラミック製品を製造する方法
を提供する。
ン−ムライト、ムライト、シリカ若しくはチタニアの如
き酸化物若しくは非酸化物の工業用又は耐火性セラミッ
ク物質である。好ましくは、アルミナ若しくはジルコニ
アを基本とした物質、又はムライトを基本にした物質で
ある。最も重要なことは、セラミックと被覆膜とが使用
に際し製品中での不必要な歪を避けるために熱膨脹係数
が適合していなくてはならないということである。
り多い貴金属から選ばれる。好ましくは、白金又は例え
ば5%金の白金、10%イリジウムの白金、5%ルテニ
ウムの白金、10%ロジウムの白金若しくは1%までの
ジルコニウムの白金の如き白金の合金である。合金金属
の割合が高いか又は低いかは、被着(claddin
g)に適した形態で従来製品が困難であるとされた成分
をも含めて、また使用しても良い。他の白金属の金属、
特にパラジウム及びパラジウムを基本にした合金を用い
ても良い。
射によって沈着され形成される。好ましい溶射では、貴
金属源は他の分野で必要とされる粉末よりはむしろワイ
ヤーの形態である。好ましい装置は市場において入手で
きる。被覆膜の外面は、例えばショットピン(shot
peening)、火炎焼付け(flame gla
zing)又は機械的磨き仕上の如き沈着後の被覆膜の
処理により実質的に非多孔性のものとする。被覆膜の厚
さは代表的には50から350μm、有利には100か
ら350μmそして好ましくは少なくとも125μmで
ある。
有利である。被覆膜の微細構造を有する基材に、酸化体
が拡散しても良好な抵抗を示し、そして従来の製品に比
較し相当に貴金属の量が少ない。セラミック基材と金属
被覆膜との間の十分な密着は、エアーギャップによると
考えられる熱電対の応答の問題も取り除くことができ
る。構造並びに固有の熱及び電気的性質の高性能によ
り、熱電対の電磁シールドとして作用する白金属の金属
及び合金の被覆膜が形成でき、それ故に低レベルのノイ
ズの高品質の信号を得ることができる。
条件に関係する完全な中間接触面の特性によって作られ
た複合体構造物は、金属の被覆により金属の属性をセラ
ミックに与え、またその逆もまた同じであり、そしてそ
の結果従来技術の被着セラミックよりも構造的に優れた
物質になる。この完全な中間接触の達成は、基材の事前
の、化学的、機械的又は熱的製法によって、大部分がも
たらされる。このような処理は機械加工、グリットブラ
スチング、グリース除去又は酸処理が含まれる。
要ならば組織的な厚さにまで形成することができる。簡
単には被着することのできない錯体の構造体も被覆する
ことができる。被覆膜の厚さは、構成材料の種々の面に
おいて確実に保護するために、実質的に変化させること
ができる。また、一旦正確な中間接触面の特性が達成さ
れると、更に同一又は異るPGM及び合金の沈着は局部
的に少なくすることができる。
粒子をピングレイン(pin grain)の境界面に
使用しても良い。長時間にわたる高温において、白金属
の金属を基本にした合金、及び特に純粋の金属は、広範
囲な構造上の変化と粒子(grain)の成長を示す。
この特性は使用中に失敗の原因ともなる。ピングレイン
の境界面は、このような微細構造の変化を相殺したり又
は遅らしたりすることができる。
子は、組成、大きさ又は分布による要件に基づいて、沈
着の課程で被覆剤に直接含ませるか、又は後処理の沈着
によって生成させても良い。一般には、ZGS合金の被
着は得られるが、しかし錯体の形成にその接合(joi
ning)が必要である。いかなる状況においてもジョ
イントは潜在的に弱く、したがって被覆技術の利用によ
って、このような必要性の除去は大きく進歩される。
これより多いセラミックと一種若しくはこれより多い貴
金属若しくはこの合金との混合物を用い、基材と貴金属
被覆剤との間で更に被覆を行っても良い。更に追加の被
覆は、例えば溶射、真空若しくは空気溶射、又はプラズ
マ溶射の如き熱溶射により1つ以上の層の沈着層を形成
しても良い。複数の層はセラミックに対して金属の割合
を段階的に階調を形成するのに用いても良い。一般に、
例えばシート、ストリップ、管、ワイヤーの如きPGM
製品は通常の方法によって被覆成分を被着させる。この
ような方法は、アーク溶接、ハンマー溶接、レーザ又は
イオンビーム接着及び噴霧接着が含まれる。このこと
は、使用される両者の方法を最善の特徴を形成させるこ
とができる。
例13では被覆製品の工業的な使用の試みを明らかにす
る。
に被覆したものである。プロピレンと酸素とを用いて火
炎を形成し、そして圧縮空気により市場において入手で
きる白金を噴霧する溶射装置を使用した。白金ワイヤー
はリールから火炎に供給した。ショットピンの後処理を
行った。被覆したサンプルの試験は、1350℃の名目
上の温度のフリントガラスの中に部分的に100時間浸
漬して行った。
に被覆したものである。ショットピンの後処理を行っ
た。直接沈着し被覆されたサンプルの試験は、名目上1
350℃の温度に維持された琥珀ガラスに部分的に浸漬
して行った。
試料番号MX3のアルミナシースに直接白金を溶射し
た。ショットピンの後処理を行った。被覆試料の試験
は、名目上1250℃の温度のフリントガラスの中に3
00時間部分的に浸漬して行った。
ピンの後処理を行った。試料を1250℃に維持した琥
珀ガラスの中に300時間部分的に浸漬した。
中1時間1200℃において熱的に処理し、そしてショ
ットピンの後処理を行った。試験は1250℃の琥珀ガ
ラスの中で300時間行った。
ショットピンの後処理を行った。試料は、名目上143
0℃の温度に維持されたフリントガラスの中で40時間
部分的に浸漬して試験を行った。
し、そしてガラス内張りの厚さは局部的には200から
250μmであり、またガラスの上は175μmの厚さ
であった。ショットピンの後処理を行った。被覆した製
品を1140−1220℃の温度の琥珀ガラス、フラン
トガラス及びグリーンガラスの炉の中で時間を変えて試
験を行った。全実用寿命は8月以上であって、被覆製品
はこの段階で依然として試験を続行した。
てショットピンの処理を行った。被覆膜の厚さは225
μmと275μmの間であった。試験は、琥珀ガラスビ
ンを製造するのに使用される炉の内で行い、実用寿命は
1000時間であった。この製品を取り出してみると、
基材は本質的に保護されていた。
接溶射し、250μmの厚さの白金被覆膜を形成した。
ショットピンの後処理を行った。被覆した物品を143
0℃において1.75時間試験を行った。温度を約12
00℃にし、そしてまた各分ごとに戻し、約100回繰
返して行った。被覆は良くできたが、しかし基材の関係
から割れを生じた。
を直接溶射して、名目上250μmの厚さの白金被覆膜
を形成した。ショットピンの後処理を行った。被覆した
製品を最大1340℃において72時間以上試験を行
い、そしてこの最大温度と約1000℃の温度の間を各
分ごとに繰返して行った。被覆した製品を次いで室温に
冷却し、そして再度操作温度に加熱した。1300℃又
は700℃の温度に数日間維持することも含め行った。
被覆膜は特に良好であって、基材は実質的に保護されて
いた。
形成した。0.5mm厚の白金の管をこの試料に差し込
み、そして標準タングステン不活性溶接機を用いて溶接
した。この接合部は完全であった。集結度を更に評価す
るため、1時間で1300℃の温度に上げ、そして室温
に冷却した。この被覆膜に対する破損又は接合部に傷害
は認められなかった。
Claims (9)
- 【請求項1】 耐火性セラミック基材の上に一種又はこ
れより多い貴金属若しくはこの合金の被覆膜を沈着し、
該被覆膜は50から350ミクロンの厚さ及び実質的に
非多孔性である高温及び腐蝕雰囲気において使用できる
セラミック製品。 - 【請求項2】 基材はアルミナ又はジルコニアを含む請
求項1記載の製品。 - 【請求項3】 基材はムライトを含む請求項1記載の製
品。 - 【請求項4】 被覆膜は白金又は白金の合金を含む請求
項1,2、又は3記載の製品。 - 【請求項5】 被覆膜は少なくとも白金、5%金の白
金、5%ルテニウムの白金、10%ロジウム、及びZG
S(Zirconia Grain Stabilis
ed)白金の白金又は白金の合金を含む請求項4記載の
製品。 - 【請求項6】 被覆膜の厚さが少なくとも125μmで
ある請求項1から5いづれか記載の製品。 - 【請求項7】 一種又はそれより多いセラミック及び一
種又はこれより多い貴金属若しくはこの合金の混合物を
含む追加的被覆膜が基材と貴金属被覆膜の間に存在する
請求項1から6いづれか記載の製品。 - 【請求項8】 一種又はこれより多い貴金属若しくはこ
の合金の被覆剤を50から350ミクロンの厚さに溶射
して耐火性セラミック基材に適用しそして被覆膜を実質
的に非多孔性とすることを包含する高温及び腐蝕雰囲気
に使用できるセラミック製品の製造方法。 - 【請求項9】 被覆膜の処理はショットピン(shot
peening)、火炎焼付け(flame gla
zing)又は機械的磨き仕上げ(burnishin
g)を含む請求項8記載の方法。
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