JPH0789779A - 自己修復機能被覆材およびその製法 - Google Patents
自己修復機能被覆材およびその製法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、機械構造部品表面に自己修復機能を
持つ層を中間層として設け、亀裂の発生と同時に最表面
層の亀裂を修復することにより、信頼性の高い機械構造
部品を提供することにある。 【構成】本発明では、セラミックス，Ｃ／Ｃ，金属の部
材表面に外気の環境に対して強靱な被覆層以外に、自己
修復機能を有する中間層を設けることにより、亀裂の発
生と同時に最表面層の亀裂を修復する機能を有する構造
部材が得られる。 【効果】本発明により、自己修復機能を持つ信頼性の高
い機械構造部品が得られ、ガスタービン用動翼部品，静
翼部品，燃焼器部品，シュラウド部品などや原子力プラ
ントのなかの核融合炉第１壁部品，連続溶融金属めっき
装置用部品など耐熱性や熱衝撃性を要求される部品に容
易に適用可能である。
持つ層を中間層として設け、亀裂の発生と同時に最表面
層の亀裂を修復することにより、信頼性の高い機械構造
部品を提供することにある。 【構成】本発明では、セラミックス，Ｃ／Ｃ，金属の部
材表面に外気の環境に対して強靱な被覆層以外に、自己
修復機能を有する中間層を設けることにより、亀裂の発
生と同時に最表面層の亀裂を修復する機能を有する構造
部材が得られる。 【効果】本発明により、自己修復機能を持つ信頼性の高
い機械構造部品が得られ、ガスタービン用動翼部品，静
翼部品，燃焼器部品，シュラウド部品などや原子力プラ
ントのなかの核融合炉第１壁部品，連続溶融金属めっき
装置用部品など耐熱性や熱衝撃性を要求される部品に容
易に適用可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械構造部品のクラッ
クの補修を可能とする自己修復機能被覆に関するもので
ある。
クの補修を可能とする自己修復機能被覆に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】金属，Ｃ／Ｃ(炭素／炭素繊維複合体)お
よび非酸化物セラミックスを高温酸化雰囲気中で使用す
ると表面が酸化されるために、ジルコニアなどの酸化物
を被覆することにより酸化の防止を行っている。金属に
ジルコニアを被覆した例は、特開昭55−28351号，特開
昭58−87273号で示されている。また、特開昭58−12567
9号では、炭素にジルコニアを被覆する方法が示されて
いる。さらに、特公平5−8152号では、窒化珪素にジル
コニアを被覆する方法が示されている。一方、切削工具
の被覆において密着性を高めるために、硼化物等を被覆
した後、アルミナを被覆することが示されている。
よび非酸化物セラミックスを高温酸化雰囲気中で使用す
ると表面が酸化されるために、ジルコニアなどの酸化物
を被覆することにより酸化の防止を行っている。金属に
ジルコニアを被覆した例は、特開昭55−28351号，特開
昭58−87273号で示されている。また、特開昭58−12567
9号では、炭素にジルコニアを被覆する方法が示されて
いる。さらに、特公平5−8152号では、窒化珪素にジル
コニアを被覆する方法が示されている。一方、切削工具
の被覆において密着性を高めるために、硼化物等を被覆
した後、アルミナを被覆することが示されている。
【０００３】また、非酸化物セラミックスにおいて、表
面の気孔や亀裂を修復するために、大気中で高温処理す
る方法が知られている。
面の気孔や亀裂を修復するために、大気中で高温処理す
る方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、実際
の使用環境下における信頼性について配慮がされていな
い。ジルコニアなどの酸化物で被覆したとしても、その
被覆層に亀裂が生じると耐酸化性の悪い母材が剥き出し
となり、一気に母材の酸化が進行するという問題があ
る。つまり、亀裂の発生と同時に母材の酸化が生じ、機
械的強度が低下するという問題がある。
の使用環境下における信頼性について配慮がされていな
い。ジルコニアなどの酸化物で被覆したとしても、その
被覆層に亀裂が生じると耐酸化性の悪い母材が剥き出し
となり、一気に母材の酸化が進行するという問題があ
る。つまり、亀裂の発生と同時に母材の酸化が生じ、機
械的強度が低下するという問題がある。
【０００５】本発明の目的は、自己修復層を設けること
により、最表面層に亀裂が生じても最表面と同じ組成物
である修復層により亀裂を積極的に修復することにあ
る。
により、最表面層に亀裂が生じても最表面と同じ組成物
である修復層により亀裂を積極的に修復することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、セラミック
ス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも１種からなる部材表面に
外気の環境に対して強靱な被覆層以外に、自己修復機能
を有する被覆層を設けることにより達成される。
ス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも１種からなる部材表面に
外気の環境に対して強靱な被覆層以外に、自己修復機能
を有する被覆層を設けることにより達成される。
【０００７】特に、セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少な
くとも１種からなる部材表面に外気の大気中１５００℃
の環境に耐える最表面酸化物被覆層、および該最表面酸
化物被覆層と部材表面との中間層として自己修復層が存
在しており、自己修復層の酸化速度が該最表面被覆層の
酸化速度より大きく、自己修復層が最表面被覆層の亀裂
を修復する機能を有し、自己修復層から生成した化合物
が最表面被覆層の相と同じであることにより達成され
る。ここで、特に最表面酸化物被覆層は、大気中１５０
０℃の環境における蒸気圧が１×１０-4Ｎ／ｍ2 以下の
安定な酸化物であり、自己修復層からの酸化生成物が該
最表面酸化物被覆層と同じ組成の酸化物を含むことによ
り、高温下で最適な自己修復が達成される。
くとも１種からなる部材表面に外気の大気中１５００℃
の環境に耐える最表面酸化物被覆層、および該最表面酸
化物被覆層と部材表面との中間層として自己修復層が存
在しており、自己修復層の酸化速度が該最表面被覆層の
酸化速度より大きく、自己修復層が最表面被覆層の亀裂
を修復する機能を有し、自己修復層から生成した化合物
が最表面被覆層の相と同じであることにより達成され
る。ここで、特に最表面酸化物被覆層は、大気中１５０
０℃の環境における蒸気圧が１×１０-4Ｎ／ｍ2 以下の
安定な酸化物であり、自己修復層からの酸化生成物が該
最表面酸化物被覆層と同じ組成の酸化物を含むことによ
り、高温下で最適な自己修復が達成される。
【０００８】
【作用】本発明の自己修復層は、硼素化合物あるいは珪
素化合物を含有する組成から成ることに特徴を有する。
これらの化合物は、酸化雰囲気と反応して反応生成物を
生成し、該反応生成物により亀裂を補修することができ
る。この自己修復層からの酸化生成物が該最表面酸化物
被覆層と同じ組成の酸化物を含むことにより、本発明の
自己修復が達成される。さらに、環境に耐える最表面被
覆層が酸化物とすることにより、自己修復層としての役
割を果たすことができる。例えば、窒化珪素からなるガ
スタービン動翼表面に自己修復層であるＺｒＢ2 を被覆
し、さらに最表面にＺｒＯ2 を被覆した構造体において
ＺｒＯ2 表面に亀裂を導入し、1500℃の高温酸化雰囲気
中に放置する。ＺｒＢ2層が酸化され、ＺｒＯ2，Ｂ2Ｏ3
およびＺｒＢＯ化合物が生成し、最表面のＺｒＯ2層の
亀裂をＺｒＯ2組成を含む化合物で修復することができ
る。これにより、従来のＺｒＯ2 被覆だけを行った構造
体に比較して、信頼性の高い被覆層を得ることができ
る。ここで、酸化速度は、ＺｒＢ2＞ＺｒＯ2の関係にあ
る。また、ＺｒＯ2 の大気中１５００℃における蒸気圧
は５.６×１０-8Ｎ／ｍ2と高温下で極めて安定である。
図１に自己修復機能の概念図を示す。
素化合物を含有する組成から成ることに特徴を有する。
これらの化合物は、酸化雰囲気と反応して反応生成物を
生成し、該反応生成物により亀裂を補修することができ
る。この自己修復層からの酸化生成物が該最表面酸化物
被覆層と同じ組成の酸化物を含むことにより、本発明の
自己修復が達成される。さらに、環境に耐える最表面被
覆層が酸化物とすることにより、自己修復層としての役
割を果たすことができる。例えば、窒化珪素からなるガ
スタービン動翼表面に自己修復層であるＺｒＢ2 を被覆
し、さらに最表面にＺｒＯ2 を被覆した構造体において
ＺｒＯ2 表面に亀裂を導入し、1500℃の高温酸化雰囲気
中に放置する。ＺｒＢ2層が酸化され、ＺｒＯ2，Ｂ2Ｏ3
およびＺｒＢＯ化合物が生成し、最表面のＺｒＯ2層の
亀裂をＺｒＯ2組成を含む化合物で修復することができ
る。これにより、従来のＺｒＯ2 被覆だけを行った構造
体に比較して、信頼性の高い被覆層を得ることができ
る。ここで、酸化速度は、ＺｒＢ2＞ＺｒＯ2の関係にあ
る。また、ＺｒＯ2 の大気中１５００℃における蒸気圧
は５.６×１０-8Ｎ／ｍ2と高温下で極めて安定である。
図１に自己修復機能の概念図を示す。
【０００９】さらに本発明では、セラミックス，金属，
Ｃ／Ｃの少なくとも１種からなる部材表面に酸化物が被
覆されており、該酸化物と部材との間に少なくとも硼素
化合物，珪素化合物を含む層が存在する構造において、
セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも１種からなる
部材と少なくとも硼素化合物，珪素化合物を含む中間層
と酸化物層の間が傾斜的に熱膨張係数が変化しているこ
とが好ましい。なぜなら、熱衝撃などが生じると熱膨張
係数差により多数の亀裂が生じ、最表面の酸化物だけで
なく自己修復層までが亀裂を生じる可能性があるためで
ある。特に、熱膨張係数差が大きいと縦の亀裂だけでな
く横方向の亀裂が発生し、剥離を招く恐れがあるためで
ある。
Ｃ／Ｃの少なくとも１種からなる部材表面に酸化物が被
覆されており、該酸化物と部材との間に少なくとも硼素
化合物，珪素化合物を含む層が存在する構造において、
セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも１種からなる
部材と少なくとも硼素化合物，珪素化合物を含む中間層
と酸化物層の間が傾斜的に熱膨張係数が変化しているこ
とが好ましい。なぜなら、熱衝撃などが生じると熱膨張
係数差により多数の亀裂が生じ、最表面の酸化物だけで
なく自己修復層までが亀裂を生じる可能性があるためで
ある。特に、熱膨張係数差が大きいと縦の亀裂だけでな
く横方向の亀裂が発生し、剥離を招く恐れがあるためで
ある。
【００１０】本発明の自己修復層は、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ａｌ，Ｙの少なくとも１種からなる硼素化合物、あ
るいは、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａｌ，Ｙの少なくとも１種
の珪素化合物を、３０vol％ 以上含まれている組成とす
ることにより自己修復機能をもたらせることができる。
ここで、３０vol％ 以上とする理由は、全体の均一分散
を考えると３０vol％ より少ないと分散性が悪く、修復
機能に支障をもたらすためである。
ａ，Ａｌ，Ｙの少なくとも１種からなる硼素化合物、あ
るいは、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａｌ，Ｙの少なくとも１種
の珪素化合物を、３０vol％ 以上含まれている組成とす
ることにより自己修復機能をもたらせることができる。
ここで、３０vol％ 以上とする理由は、全体の均一分散
を考えると３０vol％ より少ないと分散性が悪く、修復
機能に支障をもたらすためである。
【００１１】本発明の自己修復層は、１層以上で構成さ
れていれば良く、信頼性を高めるために２層，３層とす
ることも修復機能上可能である。
れていれば良く、信頼性を高めるために２層，３層とす
ることも修復機能上可能である。
【００１２】自己修復機能によって得られる反応生成物
は、主としてＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2，ジルコン
(ＺｒＯ2・ＳｉＯ2)，ムライト(３Ａｌ2Ｏ3・２Ｓｉ
Ｏ2)，ＺｒＯ2とＢ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3とＢ2Ｏ3，ジルコン
(ＺｒＯ2・ＳｉＯ2）とＢ2Ｏ3，ムライト(３Ａｌ2Ｏ3・
２ＳｉＯ2)とＢ2Ｏ3，ＨｆＯ2とＢ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3とＢ2Ｏ
3，Ｔａ2Ｏ5とＢ2Ｏ3，ＨｆＯ2とＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3とＳ
ｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5とＳｉＯ2の１種からなることが特に修
復機能として優れている。あるいは自己修復反応生成物
が、Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＢｅＯ，Ａｌ2Ｏ3−
ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＭｎＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，Ａｌ2
Ｏ3−ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＺｎＯ，Ａｌ2Ｏ3−Ｚｒ
Ｏ2，ＺｒＯ2−ＴｉＯ2，ＺｒＯ2−ＳｉＯ2，ＺｒＯ2−
Ｎｂ2Ｏ5，Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，ＭｇＯ−Ａｌ2
Ｏ3−ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＣｅＯ2,ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−
ＳｉＯ2，ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，ＦｅＯ−Ａｌ2
Ｏ3−ＳiＯ2，ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2，ＣａＯ−Ｚｒ
Ｏ2−ＳｉＯ2，ＭｇＯ−ＣａＯ，ＭｇＯ−ＳｉＯ2，Ｈe
xacelsian，ＭｇＯ−ＴｉＯ2，ＭｇＯ−ＺｒＯ2，Ｓｉ
Ｏ2−ＴｉＯ2の１種以上の結晶質で構成することにより
達成される。なぜなら、ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，
Ｙ2Ｏ3 などは高温下で安定な酸化物であり、大気中１
５００℃における蒸気圧が１×１０-4Ｎ／ｍ2以下であ
る。
は、主としてＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2，ジルコン
(ＺｒＯ2・ＳｉＯ2)，ムライト(３Ａｌ2Ｏ3・２Ｓｉ
Ｏ2)，ＺｒＯ2とＢ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3とＢ2Ｏ3，ジルコン
(ＺｒＯ2・ＳｉＯ2）とＢ2Ｏ3，ムライト(３Ａｌ2Ｏ3・
２ＳｉＯ2)とＢ2Ｏ3，ＨｆＯ2とＢ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3とＢ2Ｏ
3，Ｔａ2Ｏ5とＢ2Ｏ3，ＨｆＯ2とＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3とＳ
ｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5とＳｉＯ2の１種からなることが特に修
復機能として優れている。あるいは自己修復反応生成物
が、Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＢｅＯ，Ａｌ2Ｏ3−
ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＭｎＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，Ａｌ2
Ｏ3−ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＺｎＯ，Ａｌ2Ｏ3−Ｚｒ
Ｏ2，ＺｒＯ2−ＴｉＯ2，ＺｒＯ2−ＳｉＯ2，ＺｒＯ2−
Ｎｂ2Ｏ5，Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，ＭｇＯ−Ａｌ2
Ｏ3−ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＣｅＯ2,ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−
ＳｉＯ2，ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，ＦｅＯ−Ａｌ2
Ｏ3−ＳiＯ2，ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2，ＣａＯ−Ｚｒ
Ｏ2−ＳｉＯ2，ＭｇＯ−ＣａＯ，ＭｇＯ−ＳｉＯ2，Ｈe
xacelsian，ＭｇＯ−ＴｉＯ2，ＭｇＯ−ＺｒＯ2，Ｓｉ
Ｏ2−ＴｉＯ2の１種以上の結晶質で構成することにより
達成される。なぜなら、ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，
Ｙ2Ｏ3 などは高温下で安定な酸化物であり、大気中１
５００℃における蒸気圧が１×１０-4Ｎ／ｍ2以下であ
る。
【００１３】一方、Ｂ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｌｉ，Ｎ
ａ，Ｎｂ，Ｋ，Ｖなどの酸化物ガラスで自己修復層を構
成した場合、一時的な修復は可能であるが、該ガラスの
蒸気圧が大きいために、蒸発して消失するために修復層
としての作用をなさない。修復生成物は、使用環境下に
おいて安定である必要がある。
ａ，Ｎｂ，Ｋ，Ｖなどの酸化物ガラスで自己修復層を構
成した場合、一時的な修復は可能であるが、該ガラスの
蒸気圧が大きいために、蒸発して消失するために修復層
としての作用をなさない。修復生成物は、使用環境下に
おいて安定である必要がある。
【００１４】本発明は、被覆する構造体には依存しない
ため、被覆する構造体はセラミックス，金属，Ｃ／Ｃな
どからなり、特に限定されるものではない。ＳｉＣ，ム
ライト，Ｓｉ3Ｎ4，サイアロン，ＡｌＮ，Ｓｉ2Ｎ2Ｏな
どのセラミックス。マトリックス中の粒内および／また
は粒界に異粒子が分散したナノコンポジット構造のＳｉ
Ｃ，ＺｒＯ2，ムライト，Ｓｉ3Ｎ4，ＡｌＮ，Ａｌ
2Ｏ3，Ｂ4Ｃ，ＢＮ，Ｓｉ2Ｎ2Ｏ，Ｙ2Ｏ3などの複合
材。酸化物，炭化物，窒化物，炭窒化物の少なくとも１
種からなる無機化合物５から６０vol％と金属窒化物９
５から４０vol％からなり、該無機化合物が該金属窒化
物で互いに結合された構造の反応焼結複合材。Ｆｅ系金
属，Ａｌ系金属，Ｔｉ系金属，Ｎｉ系金属，金属間化合
物，一方向凝固金属，単結晶，鋳鉄，炭素鋼，耐熱鋼な
どの金属、など各種適用可能である。各種機械構造部品
への寿命診断回路の設置は、各種機械構造部品全体に設
けなくても、最大応力が発生する近傍や酸化が生じる面
に設けるだけでもよい。また、寿命診断回路は自己修復
層表層部近傍（表面から５mm以内）に設ける必要が有
る。なぜなら、構造部材は、表面から亀裂が入り破壊を
生じるため、自己修復層表面の亀裂発生を敏感に検知す
る必要が有るためである。表面から発生した亀裂がファ
イバーの束(１００から１０００本)を徐々に切断するこ
とにより抵抗率が増加し、設定されたしきい値を超えた
とき保守が必要であると判断し、設備を止め、部品の交
換を行うことができる。単繊維ではなく長繊維の束や単
繊維の組合せによる束、繊維と粒子の組合せによる束を
設けることにより、亀裂によりこの束中の繊維が徐々に
切断し、抵抗率の増加を徐々に生じさせることができ
る。
ため、被覆する構造体はセラミックス，金属，Ｃ／Ｃな
どからなり、特に限定されるものではない。ＳｉＣ，ム
ライト，Ｓｉ3Ｎ4，サイアロン，ＡｌＮ，Ｓｉ2Ｎ2Ｏな
どのセラミックス。マトリックス中の粒内および／また
は粒界に異粒子が分散したナノコンポジット構造のＳｉ
Ｃ，ＺｒＯ2，ムライト，Ｓｉ3Ｎ4，ＡｌＮ，Ａｌ
2Ｏ3，Ｂ4Ｃ，ＢＮ，Ｓｉ2Ｎ2Ｏ，Ｙ2Ｏ3などの複合
材。酸化物，炭化物，窒化物，炭窒化物の少なくとも１
種からなる無機化合物５から６０vol％と金属窒化物９
５から４０vol％からなり、該無機化合物が該金属窒化
物で互いに結合された構造の反応焼結複合材。Ｆｅ系金
属，Ａｌ系金属，Ｔｉ系金属，Ｎｉ系金属，金属間化合
物，一方向凝固金属，単結晶，鋳鉄，炭素鋼，耐熱鋼な
どの金属、など各種適用可能である。各種機械構造部品
への寿命診断回路の設置は、各種機械構造部品全体に設
けなくても、最大応力が発生する近傍や酸化が生じる面
に設けるだけでもよい。また、寿命診断回路は自己修復
層表層部近傍（表面から５mm以内）に設ける必要が有
る。なぜなら、構造部材は、表面から亀裂が入り破壊を
生じるため、自己修復層表面の亀裂発生を敏感に検知す
る必要が有るためである。表面から発生した亀裂がファ
イバーの束(１００から１０００本)を徐々に切断するこ
とにより抵抗率が増加し、設定されたしきい値を超えた
とき保守が必要であると判断し、設備を止め、部品の交
換を行うことができる。単繊維ではなく長繊維の束や単
繊維の組合せによる束、繊維と粒子の組合せによる束を
設けることにより、亀裂によりこの束中の繊維が徐々に
切断し、抵抗率の増加を徐々に生じさせることができ
る。
【００１５】さらに、自己修復機能被覆を有する機械構
造部品の被覆層近傍に導電回路を設け、該導電回路の抵
抗率変化を測定することにより、自己修復機能被覆の寿
命を予測することも可能である(図２)。この機械構造部
品に設けられる寿命測定用導電回路はＣ，ＳｉＣ，Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＣ，ＺｒＮ，Ｃｒ2Ｎ などの低抵抗率の繊維，
粒子で構成できる。また、弾性率の異なる２種類以上の
繊維，粒子で構成することも寿命診断に有効である。特
に、寿命測定用導電回路が機械構造部品の強化材として
の効果を兼ねることが重要である。寿命測定用導電回路
の抵抗率の変化は、導電回路の繊維束の引き抜き現象，
切断現象，界面(接触)現象，変形現象，化学的腐食現
象，温度変化現象により生じ、この変化を測定し、しき
い値と比較することにより、寿命予測，寿命診断，保守
診断などが可能になる。例えば、表面層にクラックが入
り、自己修復層が酸化を生じ修復機能をもたらし、さら
に酸化が進行すると、寿命測定用導電回路が酸化され、
抵抗が増加する。この値を読み取り、外部に設けられた
計算機によりしきい値と比較し、しきい値を超えると自
動的に停止信号を出すようにする。これにより、機械構
造部材が破壊する前に設備を停止させ、部品の交換を行
うことができる。
造部品の被覆層近傍に導電回路を設け、該導電回路の抵
抗率変化を測定することにより、自己修復機能被覆の寿
命を予測することも可能である(図２)。この機械構造部
品に設けられる寿命測定用導電回路はＣ，ＳｉＣ，Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＣ，ＺｒＮ，Ｃｒ2Ｎ などの低抵抗率の繊維，
粒子で構成できる。また、弾性率の異なる２種類以上の
繊維，粒子で構成することも寿命診断に有効である。特
に、寿命測定用導電回路が機械構造部品の強化材として
の効果を兼ねることが重要である。寿命測定用導電回路
の抵抗率の変化は、導電回路の繊維束の引き抜き現象，
切断現象，界面(接触)現象，変形現象，化学的腐食現
象，温度変化現象により生じ、この変化を測定し、しき
い値と比較することにより、寿命予測，寿命診断，保守
診断などが可能になる。例えば、表面層にクラックが入
り、自己修復層が酸化を生じ修復機能をもたらし、さら
に酸化が進行すると、寿命測定用導電回路が酸化され、
抵抗が増加する。この値を読み取り、外部に設けられた
計算機によりしきい値と比較し、しきい値を超えると自
動的に停止信号を出すようにする。これにより、機械構
造部材が破壊する前に設備を停止させ、部品の交換を行
うことができる。
【００１６】さらに、この抵抗値の変化をシステムに送
り、この抵抗値が決められたしきい値を超えたときシス
テムを自動的に停止させ、保守点検を行うことが可能で
ある。
り、この抵抗値が決められたしきい値を超えたときシス
テムを自動的に停止させ、保守点検を行うことが可能で
ある。
【００１７】本発明の被覆方法は、溶射，化学蒸着，物
理蒸着，塗布法，ディップ法，積層法などにより可能で
あり、密着性だけの問題であり、自己修復機能には被覆
方法は依存しない。強いていえば、金属，Ｃ／Ｃの場合
にはプラズマ溶射が最適である。セラミックスの場合に
は、プラズマ溶射，積層法，化学蒸着が最適である。さ
らに必要に応じてセラミックスおよびＣ／Ｃコンポジッ
トの構造体表面と自己修復層の間に酸化を防止するバリ
アを入れても良い。
理蒸着，塗布法，ディップ法，積層法などにより可能で
あり、密着性だけの問題であり、自己修復機能には被覆
方法は依存しない。強いていえば、金属，Ｃ／Ｃの場合
にはプラズマ溶射が最適である。セラミックスの場合に
は、プラズマ溶射，積層法，化学蒸着が最適である。さ
らに必要に応じてセラミックスおよびＣ／Ｃコンポジッ
トの構造体表面と自己修復層の間に酸化を防止するバリ
アを入れても良い。
【００１８】
【実施例】本発明に係る実施例について、以下に具体的
に説明する。
に説明する。
【００１９】（実施例１−９５）表１に示すセラミック
スおよびＣ／Ｃコンポジットの構造体表面に粉末式プラ
ズマ溶射法により、各種自己修復層を２００μｍ、さら
にその上に最表面層としてＺｒＯ2 などを２００μｍ被
覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴンガス
を用いてプラズマを発生させて行った。得られた自己修
復層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。
本構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ２００μｍ導
入し、そして該構造体を大気中１５００℃で１００時間
保持した。その結果、亀裂部分は自己修復層と大気中の
酸素との反応による生成物で修復されていることがわか
った。修復された部分の成分を表１〜表３に示す。修復
機構概念図を図１に示す。
スおよびＣ／Ｃコンポジットの構造体表面に粉末式プラ
ズマ溶射法により、各種自己修復層を２００μｍ、さら
にその上に最表面層としてＺｒＯ2 などを２００μｍ被
覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴンガス
を用いてプラズマを発生させて行った。得られた自己修
復層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。
本構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ２００μｍ導
入し、そして該構造体を大気中１５００℃で１００時間
保持した。その結果、亀裂部分は自己修復層と大気中の
酸素との反応による生成物で修復されていることがわか
った。修復された部分の成分を表１〜表３に示す。修復
機構概念図を図１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】 比較例として、自己修復層なしでＺｒＯ2 を２００μｍ
被覆したＳｉＣ焼結体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ
２００μｍ導入し、そして該構造体を大気中１５００℃
で１００時間保持した。図８に酸化試験前後の電顕写真
を示す。その結果、亀裂部分のＳｉＣ焼結体表面にＳｉ
Ｏ2が生成し、そのＳｉＯ2が蒸発するために大気孔が多
数発生しており、ＳｉＣ焼結体が侵食されていた。ま
た、自己修復層なしでＺｒＯ2 を２００μｍ被覆したＳ
ｉ3Ｎ4焼結体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ２００μ
ｍ導入し、そして該構造体を大気中１５００℃で１００
時間保持した。図９に酸化試験前後の電顕写真を示す。
その結果、亀裂部分のＳｉ3Ｎ4焼結体表面にＳｉＯ2 酸
化膜が生成すると同時に、焼結助剤であるＹｂ酸化物が
表面層に溶融析出し、Ｓｉ3Ｎ4焼結体が侵食されてい
た。このように、自己修復層が存在しないとＳｉＣやＳ
ｉ3Ｎ4焼結体などの表面が酸化により侵食される。この
侵食は、信頼性低下の原因となる。
被覆したＳｉＣ焼結体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ
２００μｍ導入し、そして該構造体を大気中１５００℃
で１００時間保持した。図８に酸化試験前後の電顕写真
を示す。その結果、亀裂部分のＳｉＣ焼結体表面にＳｉ
Ｏ2が生成し、そのＳｉＯ2が蒸発するために大気孔が多
数発生しており、ＳｉＣ焼結体が侵食されていた。ま
た、自己修復層なしでＺｒＯ2 を２００μｍ被覆したＳ
ｉ3Ｎ4焼結体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ２００μ
ｍ導入し、そして該構造体を大気中１５００℃で１００
時間保持した。図９に酸化試験前後の電顕写真を示す。
その結果、亀裂部分のＳｉ3Ｎ4焼結体表面にＳｉＯ2 酸
化膜が生成すると同時に、焼結助剤であるＹｂ酸化物が
表面層に溶融析出し、Ｓｉ3Ｎ4焼結体が侵食されてい
た。このように、自己修復層が存在しないとＳｉＣやＳ
ｉ3Ｎ4焼結体などの表面が酸化により侵食される。この
侵食は、信頼性低下の原因となる。
【００２３】本実施例において、酸化速度は自己修復層
＞最表面層である構造としていることが重要であり、本
実施例で使用したセラミックスおよびＣ／Ｃコンポジッ
トに限らず、本発明の自己修復層を設けることにより、
すべてのセラミックスおよびＣ／Ｃコンポジット，金属
に自己修復機能をもたらせることが可能である。
＞最表面層である構造としていることが重要であり、本
実施例で使用したセラミックスおよびＣ／Ｃコンポジッ
トに限らず、本発明の自己修復層を設けることにより、
すべてのセラミックスおよびＣ／Ｃコンポジット，金属
に自己修復機能をもたらせることが可能である。
【００２４】最表面層としては、外気の環境に耐える化
合物で有ればよく、特にＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，
ＨｆＯ2，Ｔａ2Ｏ5 が高温環境下において優れている。
これにともなって、自己修復層はＺｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈ
ｆ，Ｔａの硼素化合物が適している。
合物で有ればよく、特にＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，
ＨｆＯ2，Ｔａ2Ｏ5 が高温環境下において優れている。
これにともなって、自己修復層はＺｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈ
ｆ，Ｔａの硼素化合物が適している。
【００２５】自己修復層としてＢ4Ｃ，Ｂ などは、大気
中の酸素と反応してＢ2Ｏ3ガラスを生成する際、ＣＯガ
スなどが発生するために該反応ガスによって修復された
部分にボイドあるいは亀裂の発生が見られ、さらにＢ2
Ｏ3ガラスは蒸気圧が大きいために蒸発・消失し、自己
修復機能をもたらさないことがわかった。
中の酸素と反応してＢ2Ｏ3ガラスを生成する際、ＣＯガ
スなどが発生するために該反応ガスによって修復された
部分にボイドあるいは亀裂の発生が見られ、さらにＢ2
Ｏ3ガラスは蒸気圧が大きいために蒸発・消失し、自己
修復機能をもたらさないことがわかった。
【００２６】（実施例９６−１０２）自己修復層の適正
を調べるために、表４に示す物質からなる試験片（１０
×１０×５mm）表面に粉末式プラズマ溶射法により、各
種自己修復層を２００μｍ、さらにその上に最表面層と
してＺｒＯ2 などを２００μｍ被覆した。本試験片表面
に幅０.２mm ，深さ２００μｍの亀裂を導入し、そして
該構造体を大気中１５００℃で１００時間保持した。そ
の結果を表４に示す。これより、Ｂ4Ｃ 単体，Ｂ単体，
Ｂ4Ｃ＋ＳｉＯ2は蒸発が生じ、亀裂の修復機能を持たな
いことがわかった。
を調べるために、表４に示す物質からなる試験片（１０
×１０×５mm）表面に粉末式プラズマ溶射法により、各
種自己修復層を２００μｍ、さらにその上に最表面層と
してＺｒＯ2 などを２００μｍ被覆した。本試験片表面
に幅０.２mm ，深さ２００μｍの亀裂を導入し、そして
該構造体を大気中１５００℃で１００時間保持した。そ
の結果を表４に示す。これより、Ｂ4Ｃ 単体，Ｂ単体，
Ｂ4Ｃ＋ＳｉＯ2は蒸発が生じ、亀裂の修復機能を持たな
いことがわかった。
【００２７】
【表４】 ここで、自己修復層が高温酸化によりどのように変化す
るか熱天秤を用いて測定した結果を図１０に示す。この
実験からもＢ4Ｃ 単体，Ｂ単体は酸化により完全に蒸発
・消失し、Ｂ4Ｃ＋ＳｉＯ2は酸化により５０％減量して
いることが確認された。
るか熱天秤を用いて測定した結果を図１０に示す。この
実験からもＢ4Ｃ 単体，Ｂ単体は酸化により完全に蒸発
・消失し、Ｂ4Ｃ＋ＳｉＯ2は酸化により５０％減量して
いることが確認された。
【００２８】（実施例１０３−１３２）表５に示すセラ
ミックスおよびＣ／Ｃコンポジットの構造体表面に粉末
式プラズマ溶射法により各種自己修復層を２００μｍ、
さらにその上に最表面層として各種酸化物を１５０μｍ
を被覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴン
ガスを用いてプラズマを発生させた。得られた自己修復
層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。本
構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ１５０μｍ導入
し、そして該構造体を大気中１５００℃で１００時間保
持した。その結果、亀裂部分は自己修復層と大気中の酸
素との反応による生成物で修復されていることがわかっ
た。修復された部分の成分を表５に示す。
ミックスおよびＣ／Ｃコンポジットの構造体表面に粉末
式プラズマ溶射法により各種自己修復層を２００μｍ、
さらにその上に最表面層として各種酸化物を１５０μｍ
を被覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴン
ガスを用いてプラズマを発生させた。得られた自己修復
層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。本
構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ１５０μｍ導入
し、そして該構造体を大気中１５００℃で１００時間保
持した。その結果、亀裂部分は自己修復層と大気中の酸
素との反応による生成物で修復されていることがわかっ
た。修復された部分の成分を表５に示す。
【００２９】
【表５】 本実施例において、酸化速度は自己修復層＞最表面層で
ある構造としていることが重要であり、本実施例で使用
したセラミックスおよびＣ／Ｃコンポジットに限らず、
本発明の自己修復層を設けることにより、すべてのセラ
ミックスおよびＣ／Ｃコンポジットに自己修復機能をも
たらせることが可能である。
ある構造としていることが重要であり、本実施例で使用
したセラミックスおよびＣ／Ｃコンポジットに限らず、
本発明の自己修復層を設けることにより、すべてのセラ
ミックスおよびＣ／Ｃコンポジットに自己修復機能をも
たらせることが可能である。
【００３０】表６に示す比較例のように、酸化速度が自
己修復層＜最表面層の関係にある被覆構造とした場合、
最表面層の亀裂は最表面層の酸化反応により、一時的に
修復されるが最表面層全体が酸化侵食されるために、本
質的な修復機能をもたらすことができない。
己修復層＜最表面層の関係にある被覆構造とした場合、
最表面層の亀裂は最表面層の酸化反応により、一時的に
修復されるが最表面層全体が酸化侵食されるために、本
質的な修復機能をもたらすことができない。
【００３１】
【表６】 （実施例１３３−１５５）表７に示す金属の構造体表面
に粉末式プラズマ溶射法により各種自己修復層を２００
μｍ、さらにその上に最表面層として各種酸化物を１５
０μｍ被覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアル
ゴンガスを用いてプラズマを発生させた。得られた自己
修復層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質であ
る。本構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ１５０μ
ｍ導入し、そして金属の構造体中を水冷し、該構造体を
大気中１５００℃で１００時間保持した。その結果、亀
裂部分は自己修復層と大気中の酸素との反応による生成
物で修復されていることがわかった。修復された部分の
成分を表７に示す。
に粉末式プラズマ溶射法により各種自己修復層を２００
μｍ、さらにその上に最表面層として各種酸化物を１５
０μｍ被覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアル
ゴンガスを用いてプラズマを発生させた。得られた自己
修復層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質であ
る。本構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ１５０μ
ｍ導入し、そして金属の構造体中を水冷し、該構造体を
大気中１５００℃で１００時間保持した。その結果、亀
裂部分は自己修復層と大気中の酸素との反応による生成
物で修復されていることがわかった。修復された部分の
成分を表７に示す。
【００３２】
【表７】 本発明の自己修復機能は、被覆素材には影響されないこ
とが上記等の実施例からわかる。被覆の対象となる構造
体としては、セラミックス，Ｃ／Ｃコンポジット，各種
金属が適用可能である。
とが上記等の実施例からわかる。被覆の対象となる構造
体としては、セラミックス，Ｃ／Ｃコンポジット，各種
金属が適用可能である。
【００３３】（実施例１５６−１６４）表８に示す構造
体表面に粉末式プラズマ溶射法により自己修復層２００
μｍ，最表面層１００μｍを含む３層以上の被覆を行っ
た。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴンガスを用
いてプラズマを発生させた。得られた自己修復層および
最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。
体表面に粉末式プラズマ溶射法により自己修復層２００
μｍ，最表面層１００μｍを含む３層以上の被覆を行っ
た。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴンガスを用
いてプラズマを発生させた。得られた自己修復層および
最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。
【００３４】
【表８】 その被覆層の構造を表８に示す。得られた自己修復層な
どの各層は気孔率３％以下の緻密質である。本構造体最
表面に亀裂を自己修復層まで幅０.２mm ，深さ１００μ
ｍ以上導入し、そして該構造体を大気中１５００℃で１
００時間保持した。その結果、亀裂部分は自己修復層と
大気中の酸素との反応による生成物で修復されているこ
とがわかった。
どの各層は気孔率３％以下の緻密質である。本構造体最
表面に亀裂を自己修復層まで幅０.２mm ，深さ１００μ
ｍ以上導入し、そして該構造体を大気中１５００℃で１
００時間保持した。その結果、亀裂部分は自己修復層と
大気中の酸素との反応による生成物で修復されているこ
とがわかった。
【００３５】（実施例１６５−１７３）被覆層間の熱膨
張係数の差がどのように影響するか調べるために、表９
に示す構造体表面に粉末式プラズマ溶射法により自己修
復層２００μｍ，最表面層100μｍを含む３層以上の被
覆を行った。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴン
ガスを用いてプラズマを発生させた。得られた自己修復
層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。そ
の被覆層の構造を表９に示す。該被覆した構造体を室温
から５００℃まで加熱後、水冷し被覆層の界面の状況を
調べた。
張係数の差がどのように影響するか調べるために、表９
に示す構造体表面に粉末式プラズマ溶射法により自己修
復層２００μｍ，最表面層100μｍを含む３層以上の被
覆を行った。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴン
ガスを用いてプラズマを発生させた。得られた自己修復
層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。そ
の被覆層の構造を表９に示す。該被覆した構造体を室温
から５００℃まで加熱後、水冷し被覆層の界面の状況を
調べた。
【００３６】
【表９】 その結果、自己修復層を含む何層かの被覆層間の熱膨張
係数差が４×１０-6／℃以上より大きくなると剥離を生
じ、信頼性の高い自己修復機能をもたらせることが出来
ないことがわかった。したがって、被覆層間の熱膨張係
数傾斜的に制御することにより、優れた耐熱衝撃性を有
する自己修復機能を有する被覆層とすることが可能であ
る。
係数差が４×１０-6／℃以上より大きくなると剥離を生
じ、信頼性の高い自己修復機能をもたらせることが出来
ないことがわかった。したがって、被覆層間の熱膨張係
数傾斜的に制御することにより、優れた耐熱衝撃性を有
する自己修復機能を有する被覆層とすることが可能であ
る。
【００３７】（実施例１７４−２２８）表１０に示す構
造体表面に粉末式プラズマ溶射法により、各種自己修復
層を２００μｍ、さらにその上に最表面層としてＺｒＯ
2 を２００μｍ被覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気
中でアルゴンガスを用いてプラズマを発生させた。得ら
れた自己修復層および最表面層は気孔率３％以下の緻密
質である。本構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ２
００μｍ導入し、そして該構造体を大気中1500℃で１０
０時間保持した。その結果、亀裂部分は自己修復層と大
気中の酸素との反応による生成物で修復されていること
がわかった。修復された部分の成分を表１０及び表１１
に示す。
造体表面に粉末式プラズマ溶射法により、各種自己修復
層を２００μｍ、さらにその上に最表面層としてＺｒＯ
2 を２００μｍ被覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気
中でアルゴンガスを用いてプラズマを発生させた。得ら
れた自己修復層および最表面層は気孔率３％以下の緻密
質である。本構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ２
００μｍ導入し、そして該構造体を大気中1500℃で１０
０時間保持した。その結果、亀裂部分は自己修復層と大
気中の酸素との反応による生成物で修復されていること
がわかった。修復された部分の成分を表１０及び表１１
に示す。
【００３８】
【表１０】
【００３９】
【表１１】 （実施例２２９−２４４）表１２に示す構造体表面に粉
末式プラズマ溶射法により、各種自己修復層を２００μ
ｍ、さらにその上に最表面層としてＺｒＯ2 を２００μ
ｍ被覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴン
ガスを用いてプラズマを発生させた。得られた自己修復
層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。本
構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ２００μｍ導入
し、そして該構造体を大気中1500℃で１００時間保持し
た。その結果、亀裂部分は自己修復層と大気中の酸素と
の反応による生成物で修復されていることがわかった。
修復された部分の成分を表１２に示す。
末式プラズマ溶射法により、各種自己修復層を２００μ
ｍ、さらにその上に最表面層としてＺｒＯ2 を２００μ
ｍ被覆した。プラズマ溶射は、真空雰囲気中でアルゴン
ガスを用いてプラズマを発生させた。得られた自己修復
層および最表面層は気孔率３％以下の緻密質である。本
構造体最表面に亀裂を幅０.２mm ，深さ２００μｍ導入
し、そして該構造体を大気中1500℃で１００時間保持し
た。その結果、亀裂部分は自己修復層と大気中の酸素と
の反応による生成物で修復されていることがわかった。
修復された部分の成分を表１２に示す。
【００４０】
【表１２】 （実施例２４５）実施例１から８４，実施例１５６から
１５８，実施例１６２で示した組成のセラミックス構造
体，自己修復層，最表面層を積層法によって作製した。
平均粒径０.５μｍの構造体の原料であるセラミックス
粉末を、ライカイ機(自動撹拌機）により乾式混合し、
この混合粉末を所定量の有機溶媒に混合してスラリー状
にし、これをドクターブレード法によりグリーンシート
化した。同様に、自己修復層となるセラミックス原料を
用いてこれをドクターブレード法によりグリーンシート
化した。さらに、最表面層となるセラミックス原料を用
いてこれをドクターブレード法によりグリーンシート化
した。これらのグリーンシートを積層し、積層方向に９
８ＭＰａで加圧して成形体とした。得られた成形体を不
活性ガス中で１４００℃から２１００℃の温度範囲で緻
密化するまで加熱し、自己修復層を被覆した構造体を作
製した（図３）。本構造体最表面に亀裂を自己修復層ま
で幅０.３mm で導入し、そして該構造体を大気中１５０
０℃で１００時間保持した。その結果、亀裂部分は自己
修復層と大気中の酸素との反応による生成物で修復され
ていることがわかった。
１５８，実施例１６２で示した組成のセラミックス構造
体，自己修復層，最表面層を積層法によって作製した。
平均粒径０.５μｍの構造体の原料であるセラミックス
粉末を、ライカイ機(自動撹拌機）により乾式混合し、
この混合粉末を所定量の有機溶媒に混合してスラリー状
にし、これをドクターブレード法によりグリーンシート
化した。同様に、自己修復層となるセラミックス原料を
用いてこれをドクターブレード法によりグリーンシート
化した。さらに、最表面層となるセラミックス原料を用
いてこれをドクターブレード法によりグリーンシート化
した。これらのグリーンシートを積層し、積層方向に９
８ＭＰａで加圧して成形体とした。得られた成形体を不
活性ガス中で１４００℃から２１００℃の温度範囲で緻
密化するまで加熱し、自己修復層を被覆した構造体を作
製した（図３）。本構造体最表面に亀裂を自己修復層ま
で幅０.３mm で導入し、そして該構造体を大気中１５０
０℃で１００時間保持した。その結果、亀裂部分は自己
修復層と大気中の酸素との反応による生成物で修復され
ていることがわかった。
【００４１】（実施例２４６）実施例１から実施例１３
２の自己修復層および最表面層などをＣＶＤ法（気相反
応法）によって被覆した。例えば、反応炉内に構造体を
設置し、ハロゲン化チタンガスとハロゲン化ホウ素ガス
を１０００℃の反応炉内に導入することにより、構造体
表面にＴｉＢ2 を被覆できる。同様に、導入ガスの成分
および反応炉の温度を変えることより、上記実施例で示
した各組成の層を被覆可能である。得られた被覆層の気
孔率は５％以下の緻密質である。本構造体最表面に亀裂
を自己修復層まで幅０.３mm で導入し、そして該構造体
を大気中１２００℃で１０００時間保持した。その結
果、亀裂部分は自己修復層と大気中の酸素との反応によ
る生成物で修復されていることがわかった。
２の自己修復層および最表面層などをＣＶＤ法（気相反
応法）によって被覆した。例えば、反応炉内に構造体を
設置し、ハロゲン化チタンガスとハロゲン化ホウ素ガス
を１０００℃の反応炉内に導入することにより、構造体
表面にＴｉＢ2 を被覆できる。同様に、導入ガスの成分
および反応炉の温度を変えることより、上記実施例で示
した各組成の層を被覆可能である。得られた被覆層の気
孔率は５％以下の緻密質である。本構造体最表面に亀裂
を自己修復層まで幅０.３mm で導入し、そして該構造体
を大気中１２００℃で１０００時間保持した。その結
果、亀裂部分は自己修復層と大気中の酸素との反応によ
る生成物で修復されていることがわかった。
【００４２】本発明の自己修復機能は、被覆方法には影
響されないことが上記等の実施例からわかる。被覆方法
としては、積層法以外の塗布法，印刷法，ＰＶＤ法，Ｃ
ＶＤ法，電気泳動法，溶射法など一般に知られている方
法が適用可能である。その被覆方法は、例えば総合技術
センター発行の「セラミックコーティング技術」などで
示されている。
響されないことが上記等の実施例からわかる。被覆方法
としては、積層法以外の塗布法，印刷法，ＰＶＤ法，Ｃ
ＶＤ法，電気泳動法，溶射法など一般に知られている方
法が適用可能である。その被覆方法は、例えば総合技術
センター発行の「セラミックコーティング技術」などで
示されている。
【００４３】（実施例２４７−２５４）実施例１におい
て、被覆層の厚みがどのように影響するか調べた。その
結果を表１３に示す。これより、十分な自己修復機能を
持たせるためには、自己修復層の厚みは最表面被膜の厚
みに対して１／１０以上必要であることがわかる。
て、被覆層の厚みがどのように影響するか調べた。その
結果を表１３に示す。これより、十分な自己修復機能を
持たせるためには、自己修復層の厚みは最表面被膜の厚
みに対して１／１０以上必要であることがわかる。
【００４４】
【表１３】 （実施例２５５）実施例１，実施例１６，実施例８５，
実施例１５６から１６３で得られた発明材を用いて図
４，図５に示すガスタービン用動翼および静翼を作製し
た。本部材を１５００℃級ガスタービン設備に組み込
み、運転を行った結果、定期的に設備を停止し、表面の
ダメージ状況を調べた。１０００時間までは異常が無
く、2000時間後亀裂が入っており、自己修復層か生成し
た化合物によって亀裂部分が自己修復されていることが
わかった。その後運転を続け５０００時間後も自己修復
層によって亀裂が埋められ、母体と成る構造体の酸化を
防止していることが分かった。
実施例１５６から１６３で得られた発明材を用いて図
４，図５に示すガスタービン用動翼および静翼を作製し
た。本部材を１５００℃級ガスタービン設備に組み込
み、運転を行った結果、定期的に設備を停止し、表面の
ダメージ状況を調べた。１０００時間までは異常が無
く、2000時間後亀裂が入っており、自己修復層か生成し
た化合物によって亀裂部分が自己修復されていることが
わかった。その後運転を続け５０００時間後も自己修復
層によって亀裂が埋められ、母体と成る構造体の酸化を
防止していることが分かった。
【００４５】（実施例２５６）Ｓｉ3Ｎ4構造体表面に自
己修復層としてＡｌＢ2 を被覆し、最表面にサイアロン
を被覆した構造部材を連続溶融亜鉛金属めっき用ロール
軸に適用した。図３に連続溶融亜鉛金属めっき装置を示
す。図６のロール軸８，サポートロール１０に適用し
た。軸受９にはＣ／Ｃコンポジットを適用した。本実施
例の装置を５００℃の亜鉛浴中で連続めっき作業に使用
した。１００時間運転後サイアロン層が摩耗により損傷
し、自己修復層であるＡｌＢ2 が亜鉛と反応してＡｌ−
Ｚｎの金属間化合物が生成し、修復を行っていることが
わかった。
己修復層としてＡｌＢ2 を被覆し、最表面にサイアロン
を被覆した構造部材を連続溶融亜鉛金属めっき用ロール
軸に適用した。図３に連続溶融亜鉛金属めっき装置を示
す。図６のロール軸８，サポートロール１０に適用し
た。軸受９にはＣ／Ｃコンポジットを適用した。本実施
例の装置を５００℃の亜鉛浴中で連続めっき作業に使用
した。１００時間運転後サイアロン層が摩耗により損傷
し、自己修復層であるＡｌＢ2 が亜鉛と反応してＡｌ−
Ｚｎの金属間化合物が生成し、修復を行っていることが
わかった。
【００４６】従来の鋼ロール軸および軸受の摩耗による
寿命が３日間であったのに対して、本実施例のものは３
か月以上連続使用しても異常な摩耗は見られず、均一な
めっき作業を行うことができた。
寿命が３日間であったのに対して、本実施例のものは３
か月以上連続使用しても異常な摩耗は見られず、均一な
めっき作業を行うことができた。
【００４７】本実施例のように、使用環境中の溶融金属
と自己修復層との反応生成物を修復機能として利用可能
である。
と自己修復層との反応生成物を修復機能として利用可能
である。
【００４８】（実施例２５７）Ｓｉ3Ｎ4構造体表面に自
己修復層としてＮｂＢ2 を被覆し、最表面にサイアロン
を被覆した構造部材を連続溶融アルミ金属めっき用ロー
ル軸に適用した。図６のロール軸８，サポートロール１
０に適用した。軸受９にはＣ／Ｃコンポジットを適用し
た。本実施例の装置を６８０℃のアルミ浴中で連続めっ
き作業に使用した。１００時間運転後サイアロン層が摩
耗により損傷し、自己修復層であるＮｂＢ2 が亜鉛と反
応してＮｂ−Ａｌの金属間化合物が生成し、修復を行っ
ていることがわかった。従来の鋼ロール軸および軸受の
摩耗による寿命が４日間であったのに対して、本実施例
のものは３か月以上連続使用しても異常な摩耗は見られ
ず、均一なめっき作業を行うことができた。
己修復層としてＮｂＢ2 を被覆し、最表面にサイアロン
を被覆した構造部材を連続溶融アルミ金属めっき用ロー
ル軸に適用した。図６のロール軸８，サポートロール１
０に適用した。軸受９にはＣ／Ｃコンポジットを適用し
た。本実施例の装置を６８０℃のアルミ浴中で連続めっ
き作業に使用した。１００時間運転後サイアロン層が摩
耗により損傷し、自己修復層であるＮｂＢ2 が亜鉛と反
応してＮｂ−Ａｌの金属間化合物が生成し、修復を行っ
ていることがわかった。従来の鋼ロール軸および軸受の
摩耗による寿命が４日間であったのに対して、本実施例
のものは３か月以上連続使用しても異常な摩耗は見られ
ず、均一なめっき作業を行うことができた。
【００４９】（実施例２５８）セラミックス部品の原料
として、平均粒径１μｍの金属Ｓｉ粉末１００重量部
に、ポリエチレンとステアリン酸と合成ワックスの混合
物を１３重量部添加，混練し原料とした。この原料を押
出し成形機を用いて厚さ１０mm，１００mm角の板を作製
した。この板上にカーボン繊維（直径１０μｍ，長さ１
０００μｍ）束（直径１.５mm)を寿命診断用抵抗測定回
路として成形，形成した。
として、平均粒径１μｍの金属Ｓｉ粉末１００重量部
に、ポリエチレンとステアリン酸と合成ワックスの混合
物を１３重量部添加，混練し原料とした。この原料を押
出し成形機を用いて厚さ１０mm，１００mm角の板を作製
した。この板上にカーボン繊維（直径１０μｍ，長さ１
０００μｍ）束（直径１.５mm)を寿命診断用抵抗測定回
路として成形，形成した。
【００５０】上記成形体を、窒素雰囲気の炉中で、昇温
速度１℃／min で１３５０℃まで加熱し、炉中で放冷し
て寿命診断用抵抗測定回路を有する反応焼結Ｓｉ3Ｎ4セ
ラミックスを得た。なお、前記バインダ等の脱脂は、昇
温過程で行われる。得られた反応焼結セラミックスの表
層部に自己修復層としてプラズマ溶射によりＺｒＢ2を
２００μｍ被覆し、さらにその上に耐熱性を持たせるた
めにプラズマ溶射によりＺｒＯ2 の緻密な膜２００μｍ
を形成した。反応焼結材では、表層部が多孔質なためそ
の気孔中にもＺｒＢ2 が生成し、接着強度の高い膜が得
られる。そして、内部回路の端部に銅配線をろう付け
し、外部の測定器に配線を行った。
速度１℃／min で１３５０℃まで加熱し、炉中で放冷し
て寿命診断用抵抗測定回路を有する反応焼結Ｓｉ3Ｎ4セ
ラミックスを得た。なお、前記バインダ等の脱脂は、昇
温過程で行われる。得られた反応焼結セラミックスの表
層部に自己修復層としてプラズマ溶射によりＺｒＢ2を
２００μｍ被覆し、さらにその上に耐熱性を持たせるた
めにプラズマ溶射によりＺｒＯ2 の緻密な膜２００μｍ
を形成した。反応焼結材では、表層部が多孔質なためそ
の気孔中にもＺｒＢ2 が生成し、接着強度の高い膜が得
られる。そして、内部回路の端部に銅配線をろう付け
し、外部の測定器に配線を行った。
【００５１】本セラミックス部品を１５００℃級ガスタ
ービンの燃焼器内張り部品に適用した。その結果、セラ
ミックス部品が燃焼試験によりＺｒＯ2 膜が破壊される
と同時にＺｒＢ2が酸化されＺｒＯ2などによりＺｒＯ2
膜が修復される。それと同時に寿命診断用抵抗測定回路
の抵抗の変化があらわれ、しきい値と比較することによ
り燃焼器内張り部品としての寿命診断も可能である（図
７）。
ービンの燃焼器内張り部品に適用した。その結果、セラ
ミックス部品が燃焼試験によりＺｒＯ2 膜が破壊される
と同時にＺｒＢ2が酸化されＺｒＯ2などによりＺｒＯ2
膜が修復される。それと同時に寿命診断用抵抗測定回路
の抵抗の変化があらわれ、しきい値と比較することによ
り燃焼器内張り部品としての寿命診断も可能である（図
７）。
【００５２】また上記のＳｉ粉末にＳｉ3Ｎ4，Ｓｉ2Ｎ2
Ｏ，ＡｌＮ，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，Ｂ4Ｃ ，ＢＮ，ムラ
イトなどの粉末，ウイスカなどを混合して同様に寿命診
断用抵抗測定回路を有する複合セラミックス（Ｓｉ3Ｎ4
／Ｓｉ2Ｎ2Ｏ，Ｓｉ3Ｎ4／ＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4／Ａｌ
2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4／ＺｒＯ2，Ｓｉ3Ｎ4／ムライト，Ｓｉ3
Ｎ4／ＳｉＣなど）を反応焼結法により作製し、燃焼器
内張り部品に適用した。その結果、同様の結果が得ら
れ、自己修復機能および寿命診断が可能であることが分
かった。
Ｏ，ＡｌＮ，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，Ｂ4Ｃ ，ＢＮ，ムラ
イトなどの粉末，ウイスカなどを混合して同様に寿命診
断用抵抗測定回路を有する複合セラミックス（Ｓｉ3Ｎ4
／Ｓｉ2Ｎ2Ｏ，Ｓｉ3Ｎ4／ＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4／Ａｌ
2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4／ＺｒＯ2，Ｓｉ3Ｎ4／ムライト，Ｓｉ3
Ｎ4／ＳｉＣなど）を反応焼結法により作製し、燃焼器
内張り部品に適用した。その結果、同様の結果が得ら
れ、自己修復機能および寿命診断が可能であることが分
かった。
【００５３】本発明のセラミックスの成形は、ドクター
ブレード，金型粉末成形，ＣＩＰ，射出成形，鋳込み成
形，押出し成形など各種部品形状に応じて可能で有る。
ブレード，金型粉末成形，ＣＩＰ，射出成形，鋳込み成
形，押出し成形など各種部品形状に応じて可能で有る。
【００５４】前記グリーンシート等の成形用バインダ
は、ポリビニルブチラールやポリエチレンなどの高分子
材料，シリコーン系化合物やポリシラン系化合物など一
般にセラミックス成形用のバインダとして用いられてい
るものを使用することができる。これらのバインダの脱
脂方法は特に限定しないが、焼結時の昇温速度を制御す
ることによって脱脂することができる。
は、ポリビニルブチラールやポリエチレンなどの高分子
材料，シリコーン系化合物やポリシラン系化合物など一
般にセラミックス成形用のバインダとして用いられてい
るものを使用することができる。これらのバインダの脱
脂方法は特に限定しないが、焼結時の昇温速度を制御す
ることによって脱脂することができる。
【００５５】（実施例２５９）セラミックス部品の原料
として、ＺｒＯ2粉末：５０重量部とＳｉＯ2粉末：３０
重量部，Ａｌ2Ｏ3粉末：２０重量部に、トリエタノール
アミン：１重量部，蒸留水：６５重量部添加，混合し原
料とした。この原料を鋳込み成形により金属溶湯用タン
ディッシュ，鋳型注入口用耐火物，鋳型を作製した。成
形の際に各部材内にＣ繊維束（直径１００μｍ，長さ５
０cm，１００本）を用いて寿命診断用抵抗測定回路とし
て形成した。
として、ＺｒＯ2粉末：５０重量部とＳｉＯ2粉末：３０
重量部，Ａｌ2Ｏ3粉末：２０重量部に、トリエタノール
アミン：１重量部，蒸留水：６５重量部添加，混合し原
料とした。この原料を鋳込み成形により金属溶湯用タン
ディッシュ，鋳型注入口用耐火物，鋳型を作製した。成
形の際に各部材内にＣ繊維束（直径１００μｍ，長さ５
０cm，１００本）を用いて寿命診断用抵抗測定回路とし
て形成した。
【００５６】上記成形体を、酸化雰囲気中で、昇温速度
５℃／min で１６５０℃まで加熱し２時間保持後、炉中
で放冷して寿命診断用抵抗測定回路を有するセラミック
スを得た。なお、前記バインダ等の脱脂は、昇温過程で
行われる。そして、寿命診断回路の端部を銅配線を用い
て外部の測定器に配線を行った。また、寿命診断回路は
Ａｌ2Ｏ3保護管で絶縁を保持した。
５℃／min で１６５０℃まで加熱し２時間保持後、炉中
で放冷して寿命診断用抵抗測定回路を有するセラミック
スを得た。なお、前記バインダ等の脱脂は、昇温過程で
行われる。そして、寿命診断回路の端部を銅配線を用い
て外部の測定器に配線を行った。また、寿命診断回路は
Ａｌ2Ｏ3保護管で絶縁を保持した。
【００５７】得られたセラミックスの表層部に自己修復
層としてプラズマ溶射によりＬaＢ2を２００μｍ被覆
し、さらにその上に耐熱性を持たせるためにプラズマ溶
射によりサイアロンの緻密な膜２００μｍを形成した。
層としてプラズマ溶射によりＬaＢ2を２００μｍ被覆
し、さらにその上に耐熱性を持たせるためにプラズマ溶
射によりサイアロンの緻密な膜２００μｍを形成した。
【００５８】本セラミックス部品を連続アルミ鋳造設備
に適用した。試験の結果、セラミックス部品が老朽化
し、亀裂が入ると同時にＬａＡｌ層で修復されると同時
に抵抗率が変化し、その変化を検知して部品寿命を運転
者に知らせることができる。これにより、連続鋳造設備
の保守を効率良く行うことができる。
に適用した。試験の結果、セラミックス部品が老朽化
し、亀裂が入ると同時にＬａＡｌ層で修復されると同時
に抵抗率が変化し、その変化を検知して部品寿命を運転
者に知らせることができる。これにより、連続鋳造設備
の保守を効率良く行うことができる。
【００５９】（実施例２６０）実施例８５，実施例９
４，実施例９５で得られた発明材を用いて宇宙往環機用
の外壁タイルおよびノーズコーンを作製した。本部材を
２０００℃のバーナー試験を行い、定期的に設備を停止
し、表面のダメージ状況を調べた。５０時間までは異常
が無く、１００時間後ＺｒＯ2 層に亀裂が入っており、
自己修復層から生成した化合物によって亀裂部分が修復
されている。これにより、母体と成る構造体の酸化を防
止していることが分かった。
４，実施例９５で得られた発明材を用いて宇宙往環機用
の外壁タイルおよびノーズコーンを作製した。本部材を
２０００℃のバーナー試験を行い、定期的に設備を停止
し、表面のダメージ状況を調べた。５０時間までは異常
が無く、１００時間後ＺｒＯ2 層に亀裂が入っており、
自己修復層から生成した化合物によって亀裂部分が修復
されている。これにより、母体と成る構造体の酸化を防
止していることが分かった。
【００６０】（実施例２６１）自己修復層から生成され
る酸化物は、上記の実施例以外に表１４に示す酸化物で
構成することにより、表１４の化合物の融点より低い温
度環境で使用する場合、後修復部分が安定であることが
わかった。特に、Ａｌ2Ｏ3系，ＭｇＯ系，ＺｒＯ2 系が
安定な化合物である。自己修復層としては、酸化により
表１４の化合物になるように硼素化合物，珪素化合物を
選択すればよい。
る酸化物は、上記の実施例以外に表１４に示す酸化物で
構成することにより、表１４の化合物の融点より低い温
度環境で使用する場合、後修復部分が安定であることが
わかった。特に、Ａｌ2Ｏ3系，ＭｇＯ系，ＺｒＯ2 系が
安定な化合物である。自己修復層としては、酸化により
表１４の化合物になるように硼素化合物，珪素化合物を
選択すればよい。
【００６１】
【表１４】 また、表１４の化合物を自己修復層として使用すること
も考えられる。ただし、この場合は自己修復層の融点よ
り低い環境温度で使用する必要がある。
も考えられる。ただし、この場合は自己修復層の融点よ
り低い環境温度で使用する必要がある。
【００６２】さらに、必要に応じてセラミックスおよび
Ｃ／Ｃコンポジットの構造体表面と自己修復層の間に酸
化を防止するバリアを入れても良い。
Ｃ／Ｃコンポジットの構造体表面と自己修復層の間に酸
化を防止するバリアを入れても良い。
【００６３】本発明の自己修復機能層は、複雑形状品に
も対応でき、エンジン部品，連続溶融金属めっき装置部
品，原子力プラントのなかの核融合炉第１壁部品，ガス
タービン用動翼部品，静翼部品，燃焼器部品，シュラウ
ド部品など高信頼性を要求される部品に容易に適用可能
である。
も対応でき、エンジン部品，連続溶融金属めっき装置部
品，原子力プラントのなかの核融合炉第１壁部品，ガス
タービン用動翼部品，静翼部品，燃焼器部品，シュラウ
ド部品など高信頼性を要求される部品に容易に適用可能
である。
【００６４】
【発明の効果】本発明では、機械構造部品表面に自己修
復機能を持つ層を中間層として設け、亀裂の発生と同時
に最表面層の亀裂を修復することにより、機械構造部品
の信頼性が大巾に向上する。
復機能を持つ層を中間層として設け、亀裂の発生と同時
に最表面層の亀裂を修復することにより、機械構造部品
の信頼性が大巾に向上する。
【図１】本発明の一実施例である自己修復被覆材の概念
図。
図。
【図２】本発明の他の実施例である寿命診断回路図。
【図３】本発明の他の実施例である積層法による自己修
復層構成図。
復層構成図。
【図４】本発明を用いたセラミックスガスタービン動翼
の外観図。
の外観図。
【図５】本発明を用いたセラミックスガスタービン静翼
の外観図。
の外観図。
【図６】本発明を用いた連続溶融金属めっき装置の模式
図。
図。
【図７】本発明を用いた燃焼器用タイル外観図および寿
命診断機能概念図。
命診断機能概念図。
【図８】ＳｉＣ酸化試験前後の結晶構造の電子顕微鏡写
真。
真。
【図９】Ｓｉ3Ｎ4酸化試験前後の結晶構造の電子顕微鏡
写真。
写真。
【図１０】本発明の一実施例である自己修復被覆材の熱
分析による重量変化分析図。
分析による重量変化分析図。
【符号の説明】 １…翼部、２…プラットフォーム部、３…シールフィン
部、４…シャンク部、５…タブテーブル部、６…翼部、
７…サイドウォール部、８…ロール軸、９…ロール軸
受、１０…サポートロール、１１…スナウト、１２…ス
トリップ、１３…めっき槽、１４…シンクロール、１５
…めっき浴。
部、４…シャンク部、５…タブテーブル部、６…翼部、
７…サイドウォール部、８…ロール軸、９…ロール軸
受、１０…サポートロール、１１…スナウト、１２…ス
トリップ、１３…めっき槽、１４…シンクロール、１５
…めっき浴。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 師夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮田 素之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (21)
- 【請求項１】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも
１種からなる部材と最表面に設けた酸化物被覆層との間
に形成した自己修復機能被覆材であって、該酸化物被覆
層と同じ組成を含む化合物により修復する機能を有する
ことを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項２】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも
１種からなる部材と最表面に設けた酸化物被覆層との間
に形成した自己修復機能被覆材であって、該自己修復層
によって修復された酸化生成物が大気中１５００℃の環
境において蒸気圧が１×10-4Ｎ／ｍ2 以下の安定な化合
物であることを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項３】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも
１種からなる部材と最表面に設けた酸化物被覆層との間
に形成した自己修復機能被覆材であって、該酸化物被覆
層は大気中１５００℃の環境において蒸気圧が１×１０
-4Ｎ／ｍ2 以下であり、該自己修復層によって修復され
た酸化生成物が大気中１５００℃の環境において蒸気圧
が１×１０-4Ｎ／ｍ2 以下の安定な化合物により修復す
る機能を有することを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項４】請求項１，２あるいは３に記載の該自己修
復層の酸化速度が該酸化物被覆層の酸化速度より大きい
ことを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項５】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも
１種からなる部材と最表面に設けた酸化物被覆層との間
に形成した自己修復機能被覆材であって、該自己修復層
が少なくとも硼素化合物あるいは珪素化合物を含む層で
あり、該酸化物被覆層に亀裂が発生した際に、該自己修
復層が高温雰囲気と反応して該酸化物被覆層の組成を含
む反応生成物を生成し、該反応生成物により亀裂を補修
することを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項６】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも
１種からなる部材と、最表面に設けた酸化物被覆層との
間に形成した自己修復機能被覆材であって、該自己修復
層が少なくとも硼素化合物あるいは珪素化合物を含む層
であり、該酸化物被覆層に亀裂が発生した際に、該自己
修復層が高温雰囲気と反応して該酸化物被覆層の組成を
含む反応生成物を生成し、該反応生成物により亀裂を補
修することを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項７】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくとも
１種からなる部材と、最表面に設けた酸化物被覆層との
間に形成した自己修復機能被覆材であって、該自己修復
層が少なくとも硼素化合物あるいは珪素化合物を含む層
であり、該自己修復層と該酸化物被覆層の間の熱膨張係
数差が３×１０-6／℃以下であることを特徴とする自己
修復機能被覆材。 - 【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の該酸
化物被覆層が、ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3,Ｙ2Ｏ3，ＨｆＯ2，
Ｔa2Ｏ5の少なくとも１種以上からなることを特徴とす
る自己修復機能被覆材。 - 【請求項９】請求項１ないし７のいずれかに記載の該硼
素化合物が、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａｌ，Ｙの硼化物の少
なくとも１種以上からなり、３０vol％ 以上含まれてい
ることを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項１０】請求項１ないし７のいずれかに記載の該
珪素化合物が、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａｌ，Ｙの珪素化合
物の少なくとも１種以上からなり、３０vol％ 以上含ま
れていることを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項１１】請求項１ないし７のいずれかに記載の該
自己修復反応生成物が、主としてＺｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａ
ｌ，Ｙの酸化物を含むことを特徴とする自己修復機能被
覆材。 - 【請求項１２】請求項１ないし７のいずれかに記載の該
自己修復反応生成物が、主としてＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3，
ジルコン(ＺｒＯ2・ＳｉＯ2），ムライト(３Ａｌ2Ｏ3・
２ＳｉＯ2），ＺｒＯ2とＢ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3とＢ2Ｏ3，ジ
ルコン(ＺｒＯ2・ＳｉＯ2）とＢ2Ｏ3，ムライト(３Ａｌ
2Ｏ3・２ＳｉＯ2）とＢ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3とＢ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ
5とＢ2Ｏ3の１種以上の結晶質からなることを特徴とす
る自己修復機能被覆材。 - 【請求項１３】請求項１ないし７のいずれかに記載の該
自己修復反応生成物が、Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ，Ａｌ2Ｏ3−
ＢｅＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3−ＭｎＯ，Ａｌ2
Ｏ3−ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−Ｚｎ
Ｏ，Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2，ＺｒＯ2−ＴｉＯ2，ＺｒＯ2−
ＳｉＯ2，ＺｒＯ2−Ｎｂ2Ｏ5，Ｋ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｓｉ
Ｏ2，ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＣｅＯ2,
ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｓｉ
Ｏ2，ＦｅＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｓ
ｉＯ2，ＣａＯ−ＺｒＯ2−ＳｉＯ2，ＭｇＯ−ＣａＯ，
ＭｇＯ−ＳｉＯ2，Ｈexacelsian，ＭｇＯ−ＴｉＯ2，Ｍ
ｇＯ−ＺｒＯ2，ＳｉＯ2−ＴｉＯ2の１種以上の結晶質
からなることを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項１４】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくと
も１種からなる部材と、最表面に設けた溶融金属に耐え
る被覆層からなる自己修復機能被覆材であって、該自己
修復層が少なくとも硼素化合物あるいは珪素化合物を含
む層であり、該被覆層に亀裂が発生した際に、該自己修
復層が溶融金属と反応して該被覆層の組成を含む反応生
成物を生成し、該反応生成物により亀裂を補修すること
を特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項１５】請求項１４に記載の該自己修復層が、主
としてＺｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ａｌ，Ｙ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｆ
ｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｌａの１種以上からなる硼素化合物であ
ることを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項１６】自己修復機能被覆を有する機械構造部品
の被覆層近傍に導電回路を設け、該導電回路の抵抗率変
化を測定することにより、自己修復機能被覆の寿命を予
測することを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項１７】自己修復機能被覆を有する機械構造部品
の被覆層近傍に導電回路を設け、該導電回路の抵抗率変
化を測定し、決められたしきい値と比較することによ
り、該機械構造部品の寿命を判断し、保守を決定するよ
うにしたことを特徴とする自己修復機能被覆材。 - 【請求項１８】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくと
も１種からなる部材表面に少なくとも硼素化合物あるい
は珪素化合物を含む層を被覆し、その上に第２層として
酸化物層を被覆することを特徴とする自己修復機能被覆
材の製法。 - 【請求項１９】セラミックス，金属，Ｃ／Ｃの少なくと
も１種からなる部材表面に酸化物，炭化物，窒化物の少
なくとも１種からなる層を被覆し、その上に少なくとも
硼素化合物あるいは珪素化合物を含む中間層を被覆し、
さらにその上に酸化物層を被覆する被覆方法であって、
各層間の熱膨張係数が傾斜的に変化するように組成を制
御することを特徴とする自己修復機能被覆材の製法。 - 【請求項２０】請求項１８または１９に記載の該被覆方
法が、プラズマ溶射，化学蒸着，物理蒸着，塗布法，デ
ィップ法，積層法，電気泳動法の少なくとも１種からな
ることを特徴とする自己修復機能被覆材の製法。 - 【請求項２１】ガスタービン用静翼，動翼，燃焼器，シ
ュラウド，核融合炉壁材，ノーズコーン，金属浴部品に
請求項１から２０に記載の自己修復機能被覆材を用いて
なることを特徴とする自己修復機能被覆材。
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