JPH05865A - タービン部品およびその製造方法 - Google Patents

タービン部品およびその製造方法

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JPH05865A
JPH05865A JP5118391A JP5118391A JPH05865A JP H05865 A JPH05865 A JP H05865A JP 5118391 A JP5118391 A JP 5118391A JP 5118391 A JP5118391 A JP 5118391A JP H05865 A JPH05865 A JP H05865A
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JP
Japan
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silicon carbide
turbine
turbine component
preform
fibers
Prior art date
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Pending
Application number
JP5118391A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshio Akimune
宗 淑 雄 秋
Toshio Ogasawara
俊 夫 小笠原
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP5118391A priority Critical patent/JPH05865A/ja
Publication of JPH05865A publication Critical patent/JPH05865A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 破壊靭性に優れていると共に耐熱衝撃性およ
び耐粒子衝撃性にも優れたタービン部品を得る。 【構成】 炭化珪素マトリックスを炭化珪素繊維で強化
した炭化珪素繊維強化炭化珪素により形成したタービン
部品、および炭化珪素繊維を用いてタービン部品形状の
プリフォームを作製したのち、前記プリフォームを形成
する炭化珪素繊維の空隙部分に炭化珪素を蒸着法により
付着させて炭化珪素をマトリックスとする炭化珪素繊維
強化炭化珪素よりなるタービン部品に形成するタービン
部品の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温の燃焼ガスと接触
するタービンブレード,タービンベーン,タービンロー
タ,シュラウド,ステータなどとして利用されるタービ
ン部品に関し、かつまた前記タービン部品を製造するの
に利用されるタービン部品の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】高温の燃焼ガスと接触するタービンブレ
ード,タービンベーン,タービンローター,シュラウ
ド,ステーターなどの素材としては、従来、Ni基耐熱
合金や高Ni耐熱鋼などが使用されてきたが、近年に至
っては、より一層の軽量化ならびにより一層の耐熱・耐
食性の向上をはかるために、セラミックス材料の適用に
ついての開発も進められている。
【0003】従来、セラミックス材料のタービン部品へ
の適用については、炭化珪素や窒化珪素などの単一成分
系のセラミックス材が主に開発の対象となっていた。
【0004】例えば、Proc,British Ce
ra.Soc.22,129−46(1973)には、
炭化珪素(SiC)および窒化珪素(Si34 )の特
性比較、ならびにホットプレスにより成形した炭化珪素
および窒化珪素の微細構造、さらにはホットプレスによ
り成形した窒化珪素製小型タービンブレード,同じくホ
ットプレスにより成形した窒化珪素製大型タービンベー
ン,反応焼結により成形した小型タービンステーターお
よび直接焼結により成形した炭化珪素製小型タービンノ
ーズキャップ組立体などについての特性評価ないしは特
性比較が記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭化珪
素や窒化珪素のごとき単一成分系のセラミックス材料に
より形成したタービン部品にあっては、1350℃以上
の高温でかつ酸化雰囲気中で熱による衝撃を受けたり、
燃焼ガス中に存在するカーボンの燃え残り粒子による衝
撃を受けたりしたときに、炭化珪素よりなるタービン部
品では前記熱や粒子による衝撃によって破壊ないしは破
損を生ずることがあり、また、窒化珪素よりなるタービ
ン部品では高温により窒化珪素が分解反応を生じて使用
に耐え得なくなることがあるという問題点を有し、これ
らの問題点を解消したタービン部品の開発が望まれると
いう課題があった。
【0006】
【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたもので、1350℃以上の高温でかつ酸化
雰囲気中での熱による衝撃やカーボンの燃え残り粒子に
よる衝撃に対する抵抗性が大きく、耐熱衝撃性および耐
粒子衝撃性に優れたタービン部品を提供することを目的
としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるタービン
部品は、炭化珪素マトリックスを炭化珪素繊維で強化し
た炭化珪素繊維強化炭化珪素により形成した構成とした
ことを特徴としており、このようなタービン部品を製造
するための本発明に係わるタービン部品の製造方法は、
炭化珪素繊維を用いてタービン部品形状のプリフォーム
を作製したのち、前記プリフォームを形成する炭化珪素
繊維の空隙部分に炭化珪素を蒸着法により付着させて炭
化珪素をマトリックスとする炭化珪素繊維強化炭化珪素
よりなるタービン部品に形成する構成としたことを特徴
としており、これらのタービン部品およびその製造方法
に係わる発明の構成を前述した従来の課題を解決するた
めの手段としている。
【0008】本発明に係わるタービン部品およびその製
造方法は、上述した構成を有するものであり、実施態様
においては図1に例示するような製造工程を採用するこ
とができる。
【0009】すなわち、まず、素材準備工程1において
炭化珪素繊維を用意し、次いで、プリフォーム成形工程
2において前記炭化珪素繊維を用いてタービン部品形状
のプリフォームに成形する。
【0010】この場合、炭化珪素繊維を用いて平織物,
朱子織物,綾織物,一方向ないしは多方向強化織物,多
軸多層織物,不織布などの手法によりタービン部品のプ
リフォームに成形する。
【0011】次いで、蒸着工程3において、前記プリフ
ォームを形成する炭化珪素繊維の空隙部分に炭化珪素を
蒸着法により付着させて炭化珪素をマトリックスとする
炭化珪素繊維強化炭化珪素よりなるタービン部品4に形
成する。この蒸着工程においては、プリフォームを加熱
した状態にして、例えばCH3 SiCl3 −H2 混合ガ
スや、SiCl4 −CH4 −H2 混合ガスを流す化学気
相沈着法によって、プリフォームを形成する炭化珪素繊
維の空隙部分に炭化珪素を沈着させるようになすことが
できる。
【0012】この場合、蒸着法によって付着する炭化珪
素は、プリフォームを形成する炭化珪素繊維の空隙部分
において、前記炭化珪素繊維の表面に順次付着するの
で、これにより形成された炭化珪素をマトリックスとす
る炭化珪素繊維強化炭化珪素の内部には空孔が残ること
となる。
【0013】このような空孔は5〜30体積%程度であ
るようにしておくことが望ましく、空孔が少なすぎると
熱や粒子等による衝撃荷重に対する衝撃吸収能が低下し
て耐熱衝撃性や耐粒子衝撃性が低下する傾向となり、反
対に空孔が多すぎると強度が低下して構造体としての剛
性を保持しがたいものとなる。
【0014】
【発明の作用】本発明に係わるタービン部品およびその
製造方法によれば、タービン部品が炭化珪素をマトリッ
クスとする炭化珪素繊維強化炭化珪素により形成された
ものとなっているので、燃焼ガス中に存在するカーボン
の燃え残り粒子による衝撃に対する耐粒子衝撃性に優れ
たものになっていると共に、1350℃以上の高温でか
つ酸化雰囲気中での熱による衝撃に対する耐熱衝撃性に
優れたものになっており、タービンブレード,タービン
ベーン,タービンローター,シュラウド,ステーター,
タービンノーズキャップなどの高温でかつカーボン粒子
が存在する燃焼ガスと接触するタービン部品として好適
なものとなる。
【0015】
【実施例】炭化珪素(SiC)繊維として直径14μm
のもの(商品名;ニカロン(日本カーボン製))を用
い、これらを束ねた炭化珪素繊維束を3次元編みとする
ことによって、図2に示すようなタービンローター形状
の編み物からなるプリフォーム11を作製した。
【0016】このときのプリフォーム11の繊維体積率
は40Vol%であった。
【0017】次に、前記プリフォーム11を1100〜
1300℃に加熱した状態にして、実施例1においては
CH3 SiCl3 −H2 混合ガスを流す化学気相沈着法
によって、プリフォーム11を形成する炭化珪素繊維の
空隙部分に炭化珪素を付着(沈着)させることにより、
炭化珪素をマトリックスとする炭化珪素繊維強化炭化珪
素よりなるタービンローターを作製した。
【0018】次いで、このようにして作製した実施例1
のタービンローターにおいて、その構成素材である炭化
珪素繊維強化炭化珪素の表面付近(平面)および断面の
微構造を電子顕微鏡により調べたところ、各々図3およ
び図4に示す結果であった。
【0019】また、アルキメデス法によって上記炭化珪
素繊維強化炭化珪素の密度を測定し、スパン70mmの
3点曲げ試験によって曲げ強度を測定し、シェブロンノ
ッチ試験によって破壊靭性を測定し、高温状態からシリ
コンオイル中に投下して急冷することにより破壊させる
急冷法による耐熱衝撃性(破壊する温度)を測定し、さ
らには直径1.0mmのセラミックス粒子をHeガス圧
により飛ばして打ち込むことにより残留強度を測定する
粒子衝撃性(強度が低下する粒子の速度)を調べたとこ
ろ、表1に示す結果であった。
【0020】また、比較のために、炭化珪素単体の諸特
性についても上記した要領で評価した結果を同じく表1
に示す。
【0021】
【表1】
【0022】図3,図4に示すように、炭化珪素繊維
(束)が三次元方向に配向していると共に、内部に空孔
が存在しているものとなっていた。
【0023】また、表1に示すように、本発明実施例で
は空孔率が約28%となっていて密度が比較的小さいも
のとなっており、曲げ強度は比較例のものに比べて大分
低いものとなっているが、タービン部品の剛性保持には
それに対応して設計を考慮することにより十分に適する
ものとなっており、破壊靭性値は単体成分系の場合に比
べてかなり大きなものになっていると共に耐熱衝撃性に
もかなり優れたものになっており、耐熱衝撃試験では破
壊温度が600℃とかなり高いものとなっていることか
ら、例えばガスタービン稼動時の燃焼カットによる停止
時に発生する熱衝撃に十分耐え得るものであって、繰り
返しの使用が可能であり、さらに、耐粒子衝撃試験では
タービンローターの先端速度が安全を見ても500m/
s前後の高速まで耐えることが可能であるため破断の心
配のないすぐれた特性を有するものであって、タービン
ローターのみならず、タービンブレード,タービンベー
ン,シュラウド,ステーターなどの高温の燃焼ガスと接
触するタービン部品として優れた特性を有するものであ
ることが認められた。
【0024】また、密度が2.30と低いものであるこ
とから、軽金属であるアルミニウムやチタンなどよりも
軽いため、タービン部品をはじめその他の各種構造体の
軽量化にも大きく寄与するものとなる。
【0025】
【発明の効果】本発明に係わるタービン部品およびその
製造方法によれば、炭化珪素マトリックスを炭化珪素繊
維で強化した炭化珪素繊維強化炭化珪素を素材としてい
るものであるから、破壊靭性に優れていると共に耐熱衝
撃性および耐粒子衝撃性にも優れたものであり、135
0℃以上の高温でかつ酸化雰囲気中で熱による衝撃を受
ける際の耐熱衝撃性に優れていると共に、燃焼ガス中に
存在するカーボンの燃え残り粒子による衝撃を受ける際
の耐粒子衝撃性にも優れたものであるので、タービン部
品として適したものであると共に、従来のNi基耐熱合
金や高Ni耐熱鋼を素材とするものに比べてタービン部
品の大幅な軽量化が実現されるようになり、タービン部
品に限らず各種構造体の耐熱性,耐食性の向上ならびに
軽量化に大きく貢献するという優れた効果がもたらされ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるタービン部品の製造工程を例示
する説明図である。
【図2】炭化珪素繊維を編んで形成したプリフォームを
例示する斜面説明図である。
【図3】タービン部品を構成する炭化珪素繊維強化炭化
珪素の表面付近における平面での粒子構造を示す電子顕
微鏡写真(28倍)である。
【図4】タービン部品を構成する炭化珪素繊維強化炭化
珪素の断面での微構造を示す電子顕微鏡写真(28倍)
である。
【手続補正書】
【提出日】平成3年3月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化珪素マトリックスを炭化珪素繊維で
    強化した炭化珪素繊維強化炭化珪素により形成したこと
    を特徴とするタービン部品。
  2. 【請求項2】 炭化珪素繊維強化炭化珪素の内部に5〜
    30体積%の空孔を有する請求項1に記載のタービン部
    品。
  3. 【請求項3】 炭化珪素繊維を用いてタービン部品形状
    のプリフォームを作製したのち、前記プリフォームを形
    成する炭化珪素繊維の空隙部分に炭化珪素を蒸着法によ
    り付着させて炭化珪素をマトリックスとする炭化珪素繊
    維強化炭化珪素よりなるタービン部品に形成することを
    特徴とするタービン部品の製造方法。
JP5118391A 1991-03-15 1991-03-15 タービン部品およびその製造方法 Pending JPH05865A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09125901A (ja) * 1995-08-30 1997-05-13 Soc Europ Propulsion <Sep> 耐熱構造複合材料の小径タービンおよびその製造方法
CN1325759C (zh) * 2005-05-17 2007-07-11 江津增压器厂 一种小型涡轮轴的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09125901A (ja) * 1995-08-30 1997-05-13 Soc Europ Propulsion <Sep> 耐熱構造複合材料の小径タービンおよびその製造方法
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