JPH0725670A - 高温用複合材料 - Google Patents
高温用複合材料Info
- Publication number
- JPH0725670A JPH0725670A JP5166569A JP16656993A JPH0725670A JP H0725670 A JPH0725670 A JP H0725670A JP 5166569 A JP5166569 A JP 5166569A JP 16656993 A JP16656993 A JP 16656993A JP H0725670 A JPH0725670 A JP H0725670A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon carbide
- composite material
- high temperature
- oxide
- silicon dioxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温用複合材料に関し、特に宇宙往還機のジ
ェットエンジン、ガスタービン等用高温部材として有利
に適用される同材料に関する。 【構成】 炭化けい素繊維または炭化けい素を主成
分とする被膜によって被覆された炭素繊維によって強化
された二酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化
物よりなる高温用複合材料及び 上記の複合酸化物
中の二酸化けい素の量がモル百分率で5〜67%である
高温用複合材料。
ェットエンジン、ガスタービン等用高温部材として有利
に適用される同材料に関する。 【構成】 炭化けい素繊維または炭化けい素を主成
分とする被膜によって被覆された炭素繊維によって強化
された二酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化
物よりなる高温用複合材料及び 上記の複合酸化物
中の二酸化けい素の量がモル百分率で5〜67%である
高温用複合材料。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高温用複合材料に関し、
特に宇宙往還機ジェットエンジン、ガスタービン等用高
温部材として有利に適用される同材料に関する。
特に宇宙往還機ジェットエンジン、ガスタービン等用高
温部材として有利に適用される同材料に関する。
【0002】
【従来の技術】1500℃を超える高温でも使用できる
構造用複合材料としては炭素繊維強化炭素複合材料(以
下、C/C複合材という)が唯一のものであるが、繊
維、基材ともに炭素質であるため耐酸化性が乏しく、S
iCなどの耐酸化性のある物質で表面を被覆して用いて
いる。図2にその構成の一例を示すが、C/C複合材0
1の表面にSiCなどの被覆層02が形成されている。
図中、03はSiO2 で、SiCを被覆層として用いた
場合にSiCの酸化によって形成されるが、初期の酸化
を防ぐなどの目的で補助的に塗付などの方法によって形
成されることが多い。(米国特許第4,471,023
号明細書など参照)
構造用複合材料としては炭素繊維強化炭素複合材料(以
下、C/C複合材という)が唯一のものであるが、繊
維、基材ともに炭素質であるため耐酸化性が乏しく、S
iCなどの耐酸化性のある物質で表面を被覆して用いて
いる。図2にその構成の一例を示すが、C/C複合材0
1の表面にSiCなどの被覆層02が形成されている。
図中、03はSiO2 で、SiCを被覆層として用いた
場合にSiCの酸化によって形成されるが、初期の酸化
を防ぐなどの目的で補助的に塗付などの方法によって形
成されることが多い。(米国特許第4,471,023
号明細書など参照)
【0003】このSiC/SiO2 による耐酸化被覆の
耐熱性を更に高めた被覆として、二酸化けい素と希土類
元素の酸化物との複合酸化物(以下、Ln−Si複合酸
化物という。これには希土類元素のけい酸塩をも含む)
を用いたものが本発明らによって提案されている。その
構成を図3に示すが、C/C複合材001の上にSiC
層002が形成され、その上にLn−Si複合酸化物0
03が形成されるものである。(特願平4−14132
8号参照)
耐熱性を更に高めた被覆として、二酸化けい素と希土類
元素の酸化物との複合酸化物(以下、Ln−Si複合酸
化物という。これには希土類元素のけい酸塩をも含む)
を用いたものが本発明らによって提案されている。その
構成を図3に示すが、C/C複合材001の上にSiC
層002が形成され、その上にLn−Si複合酸化物0
03が形成されるものである。(特願平4−14132
8号参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の高温用複合材と
してC/C複合材を耐酸化性のある物質で被覆して使用
する方法では以下の問題点がある。すなわち、被膜自体
は強度をになう部分とならないため、構造材料としての
実用性を考えると被膜の厚さには自ずから限度が生じ
る。耐酸化被覆として用いられる材料自体も高温で蒸
発、摩耗あるいは酸化によって徐々に損耗するため、薄
い被膜は比較的短時間の耐用寿命しか示し得ず、高温で
連続的に長時間使用する用途には適さない。
してC/C複合材を耐酸化性のある物質で被覆して使用
する方法では以下の問題点がある。すなわち、被膜自体
は強度をになう部分とならないため、構造材料としての
実用性を考えると被膜の厚さには自ずから限度が生じ
る。耐酸化被覆として用いられる材料自体も高温で蒸
発、摩耗あるいは酸化によって徐々に損耗するため、薄
い被膜は比較的短時間の耐用寿命しか示し得ず、高温で
連続的に長時間使用する用途には適さない。
【0005】本発明は上記技術水準に鑑み、C/C複合
材の強度の大部分をになう繊維の特徴をそのまま活用し
ながら、長時間にわたって高温の酸化雰囲気で使用でき
る新しい高温用複合材料を提供しようとするものであ
る。
材の強度の大部分をになう繊維の特徴をそのまま活用し
ながら、長時間にわたって高温の酸化雰囲気で使用でき
る新しい高温用複合材料を提供しようとするものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は (1)炭化けい素繊維または炭化けい素を主成分とする
被膜によって被覆された炭素繊維によって強化された二
酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化物よりな
ることを特徴とする高温用複合材料。 (2)二酸化けい素と希土類元素との複合酸化物中の二
酸化けい素の量がモル百分率で5〜67%であることを
特徴とする上記(1)記載の高温用複合材料。である。
被膜によって被覆された炭素繊維によって強化された二
酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化物よりな
ることを特徴とする高温用複合材料。 (2)二酸化けい素と希土類元素との複合酸化物中の二
酸化けい素の量がモル百分率で5〜67%であることを
特徴とする上記(1)記載の高温用複合材料。である。
【0007】本発明はまず長時間にわたる耐酸化性を維
持するために、耐酸化被覆として用いられる物質を基材
として用いることにしたもので、1700℃以上の高温
酸化雰囲気でも優れた耐熱性、耐酸化性を示す二酸化け
い素と希土類元素の酸化物との複合酸化物(以下、Ln
−Si複合酸化物と略す。これには希土類元素のけい酸
塩を含む)を基材としたものである。また、これらの基
材を強化する繊維としては炭化けい素繊維または炭化け
い素を主成分(80%以上)とする被膜により被覆され
た炭素繊維を使用するものである。
持するために、耐酸化被覆として用いられる物質を基材
として用いることにしたもので、1700℃以上の高温
酸化雰囲気でも優れた耐熱性、耐酸化性を示す二酸化け
い素と希土類元素の酸化物との複合酸化物(以下、Ln
−Si複合酸化物と略す。これには希土類元素のけい酸
塩を含む)を基材としたものである。また、これらの基
材を強化する繊維としては炭化けい素繊維または炭化け
い素を主成分(80%以上)とする被膜により被覆され
た炭素繊維を使用するものである。
【0008】本発明のうち、基材を構成するLn−Si
複合酸化物の組成範囲として、二酸化けい素の量比とし
てはモル百分率で5〜67%であることを好ましい態様
とするものである。
複合酸化物の組成範囲として、二酸化けい素の量比とし
てはモル百分率で5〜67%であることを好ましい態様
とするものである。
【0009】
【作用】Ln−Si複合酸化物中の希土類元素として
は、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム
(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、
プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユーロピ
ウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(T
b)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、
エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウ
ム(Yb)、ルテチウム(Lu)が含まれ、さらに複合
酸化物には溶融温度が高い、熱膨張率が炭化けい素に近
いといった特性が求められることから、好ましくはイッ
トリウム(Y)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム
(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イ
ッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)が複合酸化
物の希土類元素として好ましい。特にLn−Si複合酸
化物の希土類元素の酸化物として酸化イットリウムを使
用すると2000℃近くの溶融温度となるので、特にイ
ットリウムは好ましい希土類元素である。
は、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム
(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、
プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユーロピ
ウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(T
b)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、
エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウ
ム(Yb)、ルテチウム(Lu)が含まれ、さらに複合
酸化物には溶融温度が高い、熱膨張率が炭化けい素に近
いといった特性が求められることから、好ましくはイッ
トリウム(Y)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム
(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イ
ッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)が複合酸化
物の希土類元素として好ましい。特にLn−Si複合酸
化物の希土類元素の酸化物として酸化イットリウムを使
用すると2000℃近くの溶融温度となるので、特にイ
ットリウムは好ましい希土類元素である。
【0010】Ln−Si複合酸化物における二酸化けい
素のモル%が67%を超えると二酸化けい素の単独層が
出現し溶融温度が低下するので好ましくない。また、L
n−Si複合酸化物単独では、炭化けい素繊維または炭
化けい素を主成分とする被膜によって被覆された炭素繊
維との密着化が図れないので二酸化けい素は最小限モル
%で5%以上が必要である。好ましくは溶融温度が高
く、熱膨張率が前記繊維に近いモル%で50%付近の二
酸化けい素含有率が好ましい。
素のモル%が67%を超えると二酸化けい素の単独層が
出現し溶融温度が低下するので好ましくない。また、L
n−Si複合酸化物単独では、炭化けい素繊維または炭
化けい素を主成分とする被膜によって被覆された炭素繊
維との密着化が図れないので二酸化けい素は最小限モル
%で5%以上が必要である。好ましくは溶融温度が高
く、熱膨張率が前記繊維に近いモル%で50%付近の二
酸化けい素含有率が好ましい。
【0011】炭素繊維に被覆する炭化けい素を主成分と
する被膜は炭素繊維の酸化を防ぐためとマトリックスで
あるLn−Si複合酸化物との密着化させるためである
が、炭素繊維の直径が7〜10μmであることから、限
定的な値ではないが通常被膜の厚さは1〜3μmであ
る。
する被膜は炭素繊維の酸化を防ぐためとマトリックスで
あるLn−Si複合酸化物との密着化させるためである
が、炭素繊維の直径が7〜10μmであることから、限
定的な値ではないが通常被膜の厚さは1〜3μmであ
る。
【0012】また、Ln−Si複合酸化物と繊維(炭化
けい素繊維または炭化けい素を主成分とする被膜によっ
て被覆された炭素繊維)との配合量比は繊維が5%から
一方向強化材における繊維含有率の理論量比である約8
0%まで可能であるが、一般的には20〜60%であ
る。
けい素繊維または炭化けい素を主成分とする被膜によっ
て被覆された炭素繊維)との配合量比は繊維が5%から
一方向強化材における繊維含有率の理論量比である約8
0%まで可能であるが、一般的には20〜60%であ
る。
【0013】Ln−Si複合酸化物は、炭化けい素との
界面が高温でも安定であり、炭素繊維表面に被覆された
炭化けい素または炭化けい素繊維と安定な界面を形成す
るため、繊維の強度を損なわない。さらに、Ln−Si
複合酸化物は酸化物の中でも熱膨張率が小さく、炭化け
い素とほぼ同程度であるため、加熱・冷却の熱履歴を受
けても繊維と基材の界面で亀裂や剥離が発生し難い効果
を奏する。さらに、また本発明では、Ln−Si複合酸
化物を複合材料の基材として用いているため、被膜に比
べて充分な厚さを有しており、これを耐酸化被覆として
用いる場合よりも更に長時間の耐酸化性を維持すること
が可能となる。
界面が高温でも安定であり、炭素繊維表面に被覆された
炭化けい素または炭化けい素繊維と安定な界面を形成す
るため、繊維の強度を損なわない。さらに、Ln−Si
複合酸化物は酸化物の中でも熱膨張率が小さく、炭化け
い素とほぼ同程度であるため、加熱・冷却の熱履歴を受
けても繊維と基材の界面で亀裂や剥離が発生し難い効果
を奏する。さらに、また本発明では、Ln−Si複合酸
化物を複合材料の基材として用いているため、被膜に比
べて充分な厚さを有しており、これを耐酸化被覆として
用いる場合よりも更に長時間の耐酸化性を維持すること
が可能となる。
【0014】
【実施例】表1に実施例として5種の組成のLn−Si
複合酸化物を基材とし、炭化けい素を被覆した炭素繊維
を強化繊維として作製した供試材を示す。これらの実施
例では、化学蒸着で表面に炭化けい素を約2μm被覆し
た炭素繊維(直径約7μm)を強化繊維とし、これに減
圧プラズマ溶射によってLn−Si複合酸化物を吹き付
けてプリフォームシートとし、このプリフォームシート
を0°/90°の直交積層とし、この積層体をアルゴン
ガス雰囲気中1600℃で加熱加圧して繊維体積率50
%の成形厚さ2mmの供試材とした。この供試材を図1
に示す。図1において、1は強化繊維、2はマトリック
スであるLn−Si複合酸化物を示す。
複合酸化物を基材とし、炭化けい素を被覆した炭素繊維
を強化繊維として作製した供試材を示す。これらの実施
例では、化学蒸着で表面に炭化けい素を約2μm被覆し
た炭素繊維(直径約7μm)を強化繊維とし、これに減
圧プラズマ溶射によってLn−Si複合酸化物を吹き付
けてプリフォームシートとし、このプリフォームシート
を0°/90°の直交積層とし、この積層体をアルゴン
ガス雰囲気中1600℃で加熱加圧して繊維体積率50
%の成形厚さ2mmの供試材とした。この供試材を図1
に示す。図1において、1は強化繊維、2はマトリック
スであるLn−Si複合酸化物を示す。
【0015】また、比較材として上記実施例で使用した
ものと同じ炭素繊維によって作られたC/C複合材表面
に化学蒸着によって厚さ約100μmの炭化けい素層を
形成し、さらにその上にLn−Si複合酸化物をプラズ
マ溶射によって厚さ約100μm被覆し、所定の熱処理
によって緻密化したものを供した。この供試材も成形厚
さは2mmとし、繊維体積率は50%とした。(図3参
照)
ものと同じ炭素繊維によって作られたC/C複合材表面
に化学蒸着によって厚さ約100μmの炭化けい素層を
形成し、さらにその上にLn−Si複合酸化物をプラズ
マ溶射によって厚さ約100μm被覆し、所定の熱処理
によって緻密化したものを供した。この供試材も成形厚
さは2mmとし、繊維体積率は50%とした。(図3参
照)
【0016】
【表1】
【0017】表2に、本発明の実施例材(No.1〜N
o.5)及び比較材(No.6,7)を1900℃大気
中に1000時間まで暴露した後の相対重量と、三点曲
げ試験による相対強度、すなわち、暴露前の重量、強度
を1とした時の暴露後の相対的な値を示す。
o.5)及び比較材(No.6,7)を1900℃大気
中に1000時間まで暴露した後の相対重量と、三点曲
げ試験による相対強度、すなわち、暴露前の重量、強度
を1とした時の暴露後の相対的な値を示す。
【0018】比較材は100時間までの短時間では変化
ないが、長時間にわたる暴露の結果、耐酸化被覆が損耗
し、著しい重量減少と強度低下を示したのに対し、本発
明の実施例材では重量減少強度低下共にわずかであっ
た。
ないが、長時間にわたる暴露の結果、耐酸化被覆が損耗
し、著しい重量減少と強度低下を示したのに対し、本発
明の実施例材では重量減少強度低下共にわずかであっ
た。
【0019】
【表2】 暴露試験は1900℃大気中で100、1000時間実
施 強度試験は室温の三点曲げ試験で実施
施 強度試験は室温の三点曲げ試験で実施
【0020】なお、上記実施例では強化繊維として炭化
けい素で被覆した炭素繊維を用いたものであるが、炭化
けい素繊維を用いても、ぼゞ同様な結果が得られた。
けい素で被覆した炭素繊維を用いたものであるが、炭化
けい素繊維を用いても、ぼゞ同様な結果が得られた。
【0021】
【発明の効果】本発明の高温用複合材料によれば、基材
自体が充分な耐酸化性を示すLn−Si複合酸化物であ
りしかも繊維との適合性も良好であるため、長時間にわ
たって優れた耐熱性を発揮することが可能となる。
自体が充分な耐酸化性を示すLn−Si複合酸化物であ
りしかも繊維との適合性も良好であるため、長時間にわ
たって優れた耐熱性を発揮することが可能となる。
【図1】本発明の高温用複合材料の一実施例の説明図。
【図2】従来材である炭化けい素を被覆したC/C複合
材料の説明図。
材料の説明図。
【図3】本発明者らの先に提案した高温用複合材料の説
明図。
明図。
Claims (2)
- 【請求項1】 炭化けい素繊維または炭化けい素を主成
分とする被膜によって被覆された炭素繊維によって強化
された二酸化けい素と希土類元素の酸化物との複合酸化
物よりなることを特徴とする高温用複合材料。 - 【請求項2】 二酸化けい素と希土類元素との複合酸化
物中の二酸化けい素の量がモル百分率で5〜67%であ
ることを特徴とする請求項1記載の高温用複合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5166569A JPH0725670A (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 高温用複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5166569A JPH0725670A (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 高温用複合材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0725670A true JPH0725670A (ja) | 1995-01-27 |
Family
ID=15833698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5166569A Withdrawn JPH0725670A (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 高温用複合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0725670A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013513772A (ja) * | 2009-12-11 | 2013-04-22 | エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア | 樹脂含浸された炭化ケイ素からなる成形品 |
US9581041B2 (en) | 2010-02-09 | 2017-02-28 | Rolls-Royce Corporation | Abradable ceramic coatings and coating systems |
-
1993
- 1993-07-06 JP JP5166569A patent/JPH0725670A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013513772A (ja) * | 2009-12-11 | 2013-04-22 | エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア | 樹脂含浸された炭化ケイ素からなる成形品 |
US9581041B2 (en) | 2010-02-09 | 2017-02-28 | Rolls-Royce Corporation | Abradable ceramic coatings and coating systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2752182C2 (ru) | Деталь, содержащая подложку и защитный барьер | |
JP3866002B2 (ja) | シリコンを含有する基板とイットリウムを含有するバリア層とを有する物品及びその製造方法 | |
RU2519250C2 (ru) | Барьер для защиты от окружающей среды для жаростойкого субстрата, содержащего кремний | |
JP5436761B2 (ja) | 炭化ケイ素系繊維強化セラミックス複合材料の耐環境コーティング構造 | |
US6759151B1 (en) | Multilayer article characterized by low coefficient of thermal expansion outer layer | |
EP1764351A2 (en) | Silicon based substrate with hafnium silicate containing barrier layer | |
CA2938229C (en) | Hot dust resistant environmental barrier coatings | |
JP3723719B2 (ja) | シリコンを含有する基板とバリア層とを有する物品及びその製造方法 | |
US7429424B2 (en) | Sintering resistant, low conductivity, high stability thermal barrier coating/environmental barrier coating system for a ceramic-matrix composite (CMC) article to improve high temperature capability | |
KR100500131B1 (ko) | 기판에 적합한 열팽창계수를 갖는 층이 구비된 실리콘 함유 기판 | |
US7579085B2 (en) | Coated silicon comprising material for protection against environmental corrosion | |
TW200539245A (en) | Article comprising silicon based substrate and hafnium oxide-containing environmental/thermal top barrier layer and method for preparing the same | |
KR100497864B1 (ko) | 환경/열 배리어층이 구비된 실리콘 함유 기재 | |
US9017764B2 (en) | High temperature stable amorphous silica-rich aluminosilicates | |
WO2010123602A1 (en) | High temperature stable amorphous silica-rich aluminosilicates | |
JPH0725670A (ja) | 高温用複合材料 | |
JP3994253B2 (ja) | セラミックス複合材料 | |
WO2023200720A1 (en) | Environmental barrier materials and coatings containing low melting temperature phases | |
EP0639165B1 (en) | A CERAMIC COMPOSITE, PARTICULARLY FOR USE AT TEMPERATURES ABOVE 1400 oC | |
JP4031244B2 (ja) | 耐食性セラミックス | |
JPH08232082A (ja) | 高温用金属部材 | |
JP2915696B2 (ja) | 炭素質材料の高温耐酸化被覆 | |
JP3042821B2 (ja) | 耐熱・耐酸化性炭素材料およびその製造方法 | |
US20240254060A1 (en) | Bondcoats having a metalloid-based material matrix | |
KR102197552B1 (ko) | 치밀화된 탑 코팅을 포함한 비산화물 기판 및 이의 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001003 |