JPH0790619A - 高温耐熱部材 - Google Patents
高温耐熱部材Info
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- JPH0790619A JPH0790619A JP23604893A JP23604893A JPH0790619A JP H0790619 A JPH0790619 A JP H0790619A JP 23604893 A JP23604893 A JP 23604893A JP 23604893 A JP23604893 A JP 23604893A JP H0790619 A JPH0790619 A JP H0790619A
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- heat
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基材に対する良好な密着性や耐酸化性を維持
しつつ、高温下での基材と遮熱層間または異種の遮熱層
間の元素拡散を効果的に防止し、特性の劣化を抑制した
高温耐熱部材を提供する。 【構成】 耐熱合金等からなる基材１の表面に、少なく
とも 1種のガラス形成酸化物、具体的には P2 O 5 や B
2 O 3 等を含むセラミックスからなる中間層２が設けら
れており、その上に Ni-Co-Cr-Al-Y合金等からなる耐熱
金属層３やジルコニア、アルミナ等からなるセラミック
ス外層４のような遮熱層が積層形成されている。中間層
２により、高温下での遮熱層３から基材１への元素拡散
が抑制され、かつ層間の熱応力等が緩和される。
しつつ、高温下での基材と遮熱層間または異種の遮熱層
間の元素拡散を効果的に防止し、特性の劣化を抑制した
高温耐熱部材を提供する。 【構成】 耐熱合金等からなる基材１の表面に、少なく
とも 1種のガラス形成酸化物、具体的には P2 O 5 や B
2 O 3 等を含むセラミックスからなる中間層２が設けら
れており、その上に Ni-Co-Cr-Al-Y合金等からなる耐熱
金属層３やジルコニア、アルミナ等からなるセラミック
ス外層４のような遮熱層が積層形成されている。中間層
２により、高温下での遮熱層３から基材１への元素拡散
が抑制され、かつ層間の熱応力等が緩和される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基材上に遮熱層を積層
形成してなる高温耐熱部材に関する。
形成してなる高温耐熱部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ガスタービンブレードのよう
な高温耐熱部材には、耐熱合金等の基材の表面に、基材
と組成や種類が異なる金属からなるコーティング層や、
アルミナ等からなるセラミックス層を、単独でまたは金
属層／セラミックス層の順に積層した厚さ 0.3〜 0.5mm
の遮熱層を形成した構造が用いられている。このような
耐熱部材においては、上記した遮熱層により基材を耐久
限度以上の高温から保護しており、これにより長期間高
温下で使用することが可能となるため、種々の大型産業
用機器への適用が研究されている。
な高温耐熱部材には、耐熱合金等の基材の表面に、基材
と組成や種類が異なる金属からなるコーティング層や、
アルミナ等からなるセラミックス層を、単独でまたは金
属層／セラミックス層の順に積層した厚さ 0.3〜 0.5mm
の遮熱層を形成した構造が用いられている。このような
耐熱部材においては、上記した遮熱層により基材を耐久
限度以上の高温から保護しており、これにより長期間高
温下で使用することが可能となるため、種々の大型産業
用機器への適用が研究されている。
【０００３】しかしながら、上述したような高温耐熱部
材においては、高温時に基材と金属やセラミックスから
なる遮熱層との間で元素の移動や拡散が生じるため、組
成が変化し、遮熱層が本来有する諸性質、すなわち融点
や軟化温度のような物理的性質、熱膨張率、熱伝導率、
熱拡散率等の熱的性質、あるいは弾性率、ポアソン比、
剛性率のような機械的性質が著しく変化してしまう。こ
のように、遮熱層の組成変動によって遮熱特性等の著し
い劣化が生じ、高温耐熱部材としての役割を担いきれな
くなるという問題があった。
材においては、高温時に基材と金属やセラミックスから
なる遮熱層との間で元素の移動や拡散が生じるため、組
成が変化し、遮熱層が本来有する諸性質、すなわち融点
や軟化温度のような物理的性質、熱膨張率、熱伝導率、
熱拡散率等の熱的性質、あるいは弾性率、ポアソン比、
剛性率のような機械的性質が著しく変化してしまう。こ
のように、遮熱層の組成変動によって遮熱特性等の著し
い劣化が生じ、高温耐熱部材としての役割を担いきれな
くなるという問題があった。
【０００４】また、上記した諸性質の変化に伴って、層
間の整合性が低下するため、遮熱層の剥離等が生じ、こ
れが高温耐熱部材としての寿命を縮める大きな原因とな
っていた。さらに、基材においては、遮熱層からの元素
の拡散により、遮熱層内での元素拡散による特性劣化よ
りも、さらに深刻な特性劣化が生じ、耐熱部材そのもの
の寿命が縮まるおそれがあった。
間の整合性が低下するため、遮熱層の剥離等が生じ、こ
れが高温耐熱部材としての寿命を縮める大きな原因とな
っていた。さらに、基材においては、遮熱層からの元素
の拡散により、遮熱層内での元素拡散による特性劣化よ
りも、さらに深刻な特性劣化が生じ、耐熱部材そのもの
の寿命が縮まるおそれがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のガスタービンブレード等の高温耐熱部材においては、
基材と遮熱層間の元素拡散による特性劣化が回避すべき
重要な課題であるが、基材に対する耐酸化性や層間の密
着性を良好に維持しつつ、高温における元素拡散を抑え
る有効な手段は、いまだ確立されていないのが現状であ
る。
のガスタービンブレード等の高温耐熱部材においては、
基材と遮熱層間の元素拡散による特性劣化が回避すべき
重要な課題であるが、基材に対する耐酸化性や層間の密
着性を良好に維持しつつ、高温における元素拡散を抑え
る有効な手段は、いまだ確立されていないのが現状であ
る。
【０００６】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、基材上に組成や種類が異なる耐熱材
料層が積層形成された高温耐熱部材において、基材に対
する良好な密着性や耐酸化性を維持しつつ、高温下での
基材と遮熱層間または異種の遮熱層間の元素拡散を効果
的に防止し、特性の劣化を抑制した高温耐熱部材を提供
することを目的としている。
になされたもので、基材上に組成や種類が異なる耐熱材
料層が積層形成された高温耐熱部材において、基材に対
する良好な密着性や耐酸化性を維持しつつ、高温下での
基材と遮熱層間または異種の遮熱層間の元素拡散を効果
的に防止し、特性の劣化を抑制した高温耐熱部材を提供
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と作用】本発明の高温耐熱
部材は、基材と、前記基材上に積層形成され、前記基材
と異なる材料からなる単一または複数の遮熱層とを具備
する高温耐熱部材において、前記基材と前記遮熱層間ま
たは前記複数の遮熱層間における異種材料の界面に、あ
るいは前記遮熱層として、ガラス形成酸化物を含むセラ
ミックスからなる中間層が設けられていることを特徴と
している。
部材は、基材と、前記基材上に積層形成され、前記基材
と異なる材料からなる単一または複数の遮熱層とを具備
する高温耐熱部材において、前記基材と前記遮熱層間ま
たは前記複数の遮熱層間における異種材料の界面に、あ
るいは前記遮熱層として、ガラス形成酸化物を含むセラ
ミックスからなる中間層が設けられていることを特徴と
している。
【０００８】本発明の高温耐熱部材において、基材とし
ては、ステンレス鋼、インコネル738のようなNi基超合
金、ハステロイ系超合金等の耐熱合金が使用される。ま
た、このような基材上に積層形成される遮熱層として
は、例えば Ni-Co-Cr-Al-Y合金のようなNi系合金、Co-C
r-Al-Y合金のようなCo系合金等からなる耐熱金属層や、
アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、 CaO
-SiO2 系セラミックス等からなるセラミックス層が例示
される。また、ガラス形成酸化物を少なくとも1種含む
セラミックスからなる層を遮熱層として、単独で使用す
ることも可能である。これらの層は単独で、あるいは耐
熱金属層同士の積層構造、セラミックス層同士の積層構
造、耐熱金属層／セラミックス層の積層構造等として遮
熱層を形成する。
ては、ステンレス鋼、インコネル738のようなNi基超合
金、ハステロイ系超合金等の耐熱合金が使用される。ま
た、このような基材上に積層形成される遮熱層として
は、例えば Ni-Co-Cr-Al-Y合金のようなNi系合金、Co-C
r-Al-Y合金のようなCo系合金等からなる耐熱金属層や、
アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、 CaO
-SiO2 系セラミックス等からなるセラミックス層が例示
される。また、ガラス形成酸化物を少なくとも1種含む
セラミックスからなる層を遮熱層として、単独で使用す
ることも可能である。これらの層は単独で、あるいは耐
熱金属層同士の積層構造、セラミックス層同士の積層構
造、耐熱金属層／セラミックス層の積層構造等として遮
熱層を形成する。
【０００９】本発明の高温耐熱部材は、上記した基材と
遮熱層との界面に、あるいは複数の遮熱層間における異
種材料の界面に、ガラス形成酸化物を 1種含むセラミッ
クスからなる中間層を設けたものである。このセラミッ
クスからなる中間層は、例えばガラス形成酸化物である
Si、 B、 P、Ge、Te等の酸化物を少なくとも 1種を含む
ものである。上記ガラス形成酸化物の具体例としては、
SiO2 、 B2 O 3 、 P2 O 5 、 GeO2 、 TeO2 等が挙げ
られる。これらガラス形成酸化物は、少なくとも10重量
% 以上含むことが好ましい。さらに、上記酸化物に、Na
2 O 、 CaO、Al2 O 3 、Fe2 O 3 、 K2 CO3 、LiCO3 等
の化合物を 1種以上含有させたセラミックスでもよい。
これらの化合物を添加すると、セラミックス層が低融点
化する。これらの化合物の添加量は、ガラス形成化合物
に対して 0〜60mol%相当量とすることが好ましい。さら
に好ましくは20〜50mol%である。また、その他の添加物
として、CaCO3 、Sr2 CO3 、Ba2 CO3 等の炭酸塩や、 Z
rO2 、 ZrO、Ti O2 、 TiO、 PbO等の高融点化合物を適
宜必要に応じて含有させたものが挙げられる。これら炭
酸塩や高融点化合物を添加することにより、セラミック
ス層の熱膨張率や融点を所望値に変化させることができ
る。これら炭酸塩や高融点化合物の含有量は、全体の90
〜 0重量% であることが好ましい。このような中間層の
厚さは、10〜300μm の範囲とすることが好ましく、特
に10〜 100μm の範囲とすることが望ましい。
遮熱層との界面に、あるいは複数の遮熱層間における異
種材料の界面に、ガラス形成酸化物を 1種含むセラミッ
クスからなる中間層を設けたものである。このセラミッ
クスからなる中間層は、例えばガラス形成酸化物である
Si、 B、 P、Ge、Te等の酸化物を少なくとも 1種を含む
ものである。上記ガラス形成酸化物の具体例としては、
SiO2 、 B2 O 3 、 P2 O 5 、 GeO2 、 TeO2 等が挙げ
られる。これらガラス形成酸化物は、少なくとも10重量
% 以上含むことが好ましい。さらに、上記酸化物に、Na
2 O 、 CaO、Al2 O 3 、Fe2 O 3 、 K2 CO3 、LiCO3 等
の化合物を 1種以上含有させたセラミックスでもよい。
これらの化合物を添加すると、セラミックス層が低融点
化する。これらの化合物の添加量は、ガラス形成化合物
に対して 0〜60mol%相当量とすることが好ましい。さら
に好ましくは20〜50mol%である。また、その他の添加物
として、CaCO3 、Sr2 CO3 、Ba2 CO3 等の炭酸塩や、 Z
rO2 、 ZrO、Ti O2 、 TiO、 PbO等の高融点化合物を適
宜必要に応じて含有させたものが挙げられる。これら炭
酸塩や高融点化合物を添加することにより、セラミック
ス層の熱膨張率や融点を所望値に変化させることができ
る。これら炭酸塩や高融点化合物の含有量は、全体の90
〜 0重量% であることが好ましい。このような中間層の
厚さは、10〜300μm の範囲とすることが好ましく、特
に10〜 100μm の範囲とすることが望ましい。
【００１０】上述してガラス形成酸化物含有のセラミッ
クス層は、基材と遮熱層間または複数の遮熱層間におけ
る異種材料の界面における元素の拡散抑制層として有効
に機能すると共に、セラミックス層の組成を調整するこ
とにより、異種材料間の熱応力の緩衝層、耐熱層、熱伝
導率を低下させる層、耐酸化性向上層等としても機能す
る。例えば、基材と遮熱層または複数の遮熱層がそれぞ
れ金属−セラミックスのような異種の材料を用いた部材
の場合、熱膨張率の差によって異種材料間に熱応力を生
じることがあるが、ガラス形成酸化物含有のセラミック
ス層として、上記異種材料の中間の熱膨張率を有するセ
ラミックスを適用すると、上記熱応力を緩和することが
できる。例えば、 P2 O 5 または B2 O 3 を含むセラミ
ックス層は、セラミックスの中でも比較的熱膨張率が高
いため、金属材料とセラミックス材料の中間層として適
用することが好ましい。
クス層は、基材と遮熱層間または複数の遮熱層間におけ
る異種材料の界面における元素の拡散抑制層として有効
に機能すると共に、セラミックス層の組成を調整するこ
とにより、異種材料間の熱応力の緩衝層、耐熱層、熱伝
導率を低下させる層、耐酸化性向上層等としても機能す
る。例えば、基材と遮熱層または複数の遮熱層がそれぞ
れ金属−セラミックスのような異種の材料を用いた部材
の場合、熱膨張率の差によって異種材料間に熱応力を生
じることがあるが、ガラス形成酸化物含有のセラミック
ス層として、上記異種材料の中間の熱膨張率を有するセ
ラミックスを適用すると、上記熱応力を緩和することが
できる。例えば、 P2 O 5 または B2 O 3 を含むセラミ
ックス層は、セラミックスの中でも比較的熱膨張率が高
いため、金属材料とセラミックス材料の中間層として適
用することが好ましい。
【００１１】本発明におけるガラス形成酸化物含有のセ
ラミックス層においては、上述したような各種成分を添
加することにより、大きな自由度で融点を上昇させるこ
とができ、またガラス形成酸化物を含有しているため
に、製造過程において一旦ガラス化するため、得られる
セラミックス層は組成の均一な物質となり、高温耐熱部
材の構成材料としての十分な耐熱性を持たせることがで
きる。従って、遮熱層としての効果を得ることもでき
る。すなわち、ガラス形成酸化物含有のセラミックス層
を単独で遮熱層として、あるいは複数積層構造の遮熱層
の最上層として用いることもできる。
ラミックス層においては、上述したような各種成分を添
加することにより、大きな自由度で融点を上昇させるこ
とができ、またガラス形成酸化物を含有しているため
に、製造過程において一旦ガラス化するため、得られる
セラミックス層は組成の均一な物質となり、高温耐熱部
材の構成材料としての十分な耐熱性を持たせることがで
きる。従って、遮熱層としての効果を得ることもでき
る。すなわち、ガラス形成酸化物含有のセラミックス層
を単独で遮熱層として、あるいは複数積層構造の遮熱層
の最上層として用いることもできる。
【００１２】さらに、ガラス形成酸化物含有のセラミッ
クス層の組成を制御し、気孔率を調整して多孔質とする
ことにより、層間の熱伝導率を下げたり、層間の熱応力
をより一層緩和することができる。例えば、 100〜1300
℃において分解反応に伴う炭酸ガス等を離脱させたり、
また蒸気圧の高い物質を選択的揮散させることにより、
熱処理過程において多孔質のセラミックス層を形成する
ことができる。これにより、層間の熱伝導率の低下や層
間の熱応力の緩和を図った上で、基材、耐熱金属層、異
なる組成のセラミックス層に対する密着性を高めること
ができる。また、ガラス形成酸化物含有のセラミックス
層として熱処理過程で結晶化させたものは、基材や他の
層に対する良好な密着性を得ることができる。
クス層の組成を制御し、気孔率を調整して多孔質とする
ことにより、層間の熱伝導率を下げたり、層間の熱応力
をより一層緩和することができる。例えば、 100〜1300
℃において分解反応に伴う炭酸ガス等を離脱させたり、
また蒸気圧の高い物質を選択的揮散させることにより、
熱処理過程において多孔質のセラミックス層を形成する
ことができる。これにより、層間の熱伝導率の低下や層
間の熱応力の緩和を図った上で、基材、耐熱金属層、異
なる組成のセラミックス層に対する密着性を高めること
ができる。また、ガラス形成酸化物含有のセラミックス
層として熱処理過程で結晶化させたものは、基材や他の
層に対する良好な密着性を得ることができる。
【００１３】本発明の高温耐熱部材におけるガラス形成
元素含有セラミックス層は、一般的な異種材料を用いた
多層構造膜の形成や、基材表面への薄膜形成に用いられ
ている、スパッタ法、ＭＢＥ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等
の薄膜形成法を適用して形成することも可能であるが、
ガラス形成酸化物含有のセラミックス層は易形成性を有
することから、以下に示すような塗布法を用いることが
できる。上記薄膜形成法は、成膜速度が遅く、均一な被
膜を形成するのが難しいという欠点があり、特に大型の
部位に対しては不向きである。これに対して、以下に示
すような塗布法を適用することによって、大型の部位に
対しても均一な被膜を簡便に形成することができる。
元素含有セラミックス層は、一般的な異種材料を用いた
多層構造膜の形成や、基材表面への薄膜形成に用いられ
ている、スパッタ法、ＭＢＥ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等
の薄膜形成法を適用して形成することも可能であるが、
ガラス形成酸化物含有のセラミックス層は易形成性を有
することから、以下に示すような塗布法を用いることが
できる。上記薄膜形成法は、成膜速度が遅く、均一な被
膜を形成するのが難しいという欠点があり、特に大型の
部位に対しては不向きである。これに対して、以下に示
すような塗布法を適用することによって、大型の部位に
対しても均一な被膜を簡便に形成することができる。
【００１４】すなわち、まずガラス形成酸化物を含む原
料組成を一度溶融させた後に固化させ、これを粉砕す
る。この粉末に、可塑性を生じさせる溶媒、例えば蒸留
水、ステアリン酸ナトリウム等の解膠剤を含んだ溶媒、
ＰＶＡやＰＶＢのような有機バインダを含んだ溶媒等を
加えて、可塑性を有するセラミックスペーストを調製す
る。このペーストを基材上や遮熱層上に直接塗布した
後、熱処理を加えることにより、簡単に所定の厚さのセ
ラミックス層を形成することができる。
料組成を一度溶融させた後に固化させ、これを粉砕す
る。この粉末に、可塑性を生じさせる溶媒、例えば蒸留
水、ステアリン酸ナトリウム等の解膠剤を含んだ溶媒、
ＰＶＡやＰＶＢのような有機バインダを含んだ溶媒等を
加えて、可塑性を有するセラミックスペーストを調製す
る。このペーストを基材上や遮熱層上に直接塗布した
後、熱処理を加えることにより、簡単に所定の厚さのセ
ラミックス層を形成することができる。
【００１５】また、セラミックス層に所望の特性を付与
する炭酸塩や高融点化合物等の添加物を加えて、組成を
変化させたガラス形成酸化物含有のセラミックス層は、
例えばガラス形成元素を含む溶融粉末に、さらに添加物
粉末を加えることにより実現できる。
する炭酸塩や高融点化合物等の添加物を加えて、組成を
変化させたガラス形成酸化物含有のセラミックス層は、
例えばガラス形成元素を含む溶融粉末に、さらに添加物
粉末を加えることにより実現できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１７】実施例１ CaO:P2 O 5 =1:1からなるガラス組成粉末を、白金るつ
ぼ中で1100℃で溶融した後に急冷、粉砕して粉末を得
た。この粉末に、CaCO3 粉末を15重量% と希土類酸化物
を30重量% 添加し、湿式で混合した後、さらに蒸留水を
30ml以上加えて、可塑性を有するセラミックスペースト
を得た。
ぼ中で1100℃で溶融した後に急冷、粉砕して粉末を得
た。この粉末に、CaCO3 粉末を15重量% と希土類酸化物
を30重量% 添加し、湿式で混合した後、さらに蒸留水を
30ml以上加えて、可塑性を有するセラミックスペースト
を得た。
【００１８】得られたセラミックスペーストを、SUS304
製の基材上に10μm の厚さで数回塗布した後、 500℃で
1時間保持し、さらに1000℃に加熱して結晶化させて、
厚さ約50μm の中間セラミックス層を得た。
製の基材上に10μm の厚さで数回塗布した後、 500℃で
1時間保持し、さらに1000℃に加熱して結晶化させて、
厚さ約50μm の中間セラミックス層を得た。
【００１９】次に、上記中間セラミックス層の上に、 N
i-Co-Cr-Al-Y合金（23.8Co-16.7Cr-13.0Al-0.65Y-BalN
i;wt%）からなる耐熱金属層と、ジルコニアまたはアル
ミナからなるセラミックス外層とを、大気溶射法により
順に形成し、図１に示すように、SUS304製基材１／中間
セラミックス層２（厚さ約50μm)／耐熱金属層３（厚さ
約 120μm)／セラミックス外層４（厚さ約 250μm)から
なる積層高温耐熱部材５を得た。なお、大気溶射の条件
は表１に示す通りとした。
i-Co-Cr-Al-Y合金（23.8Co-16.7Cr-13.0Al-0.65Y-BalN
i;wt%）からなる耐熱金属層と、ジルコニアまたはアル
ミナからなるセラミックス外層とを、大気溶射法により
順に形成し、図１に示すように、SUS304製基材１／中間
セラミックス層２（厚さ約50μm)／耐熱金属層３（厚さ
約 120μm)／セラミックス外層４（厚さ約 250μm)から
なる積層高温耐熱部材５を得た。なお、大気溶射の条件
は表１に示す通りとした。
【００２０】
【表１】 このようにして得た積層高温耐熱部材と、中間セラミッ
クス層２を設けない以外は実施例１と同一構成とした高
温耐熱部材（比較例１）とを、 800℃、 900℃、1000
℃、1200℃の温度で、それぞれ1000時間保持したとこ
ろ、実施例１の耐熱部材では、比較例１の部材で顕著に
見られた耐熱金属層３からSUS304製基材１への元素の拡
散が非常に少なく、以下に示すように強度低下が大幅に
抑えられた。すなわち、比較例１の引張り強度は 60ksi
であったのに対し、実施例１では 80ksiとなり、中間セ
ラミックス層２により元素の拡散を抑制することによっ
て、強度の低下を大幅に抑制できることが分かった。
クス層２を設けない以外は実施例１と同一構成とした高
温耐熱部材（比較例１）とを、 800℃、 900℃、1000
℃、1200℃の温度で、それぞれ1000時間保持したとこ
ろ、実施例１の耐熱部材では、比較例１の部材で顕著に
見られた耐熱金属層３からSUS304製基材１への元素の拡
散が非常に少なく、以下に示すように強度低下が大幅に
抑えられた。すなわち、比較例１の引張り強度は 60ksi
であったのに対し、実施例１では 80ksiとなり、中間セ
ラミックス層２により元素の拡散を抑制することによっ
て、強度の低下を大幅に抑制できることが分かった。
【００２１】実施例２ CaO:P2 O 5 =1:1からなるガラス組成粉末を、白金るつ
ぼ中で1100℃で溶融した後に急冷、粉砕して粉末を得
た。この粉末に、CaCO3 粉末を30重量% と希土類酸化物
を20重量% 添加し、湿式で混合した後、さらに蒸留水を
30ml以上加えて、可塑性を有するセラミックスペースト
を得た。
ぼ中で1100℃で溶融した後に急冷、粉砕して粉末を得
た。この粉末に、CaCO3 粉末を30重量% と希土類酸化物
を20重量% 添加し、湿式で混合した後、さらに蒸留水を
30ml以上加えて、可塑性を有するセラミックスペースト
を得た。
【００２２】得られたセラミックスペーストを、SUS304
製の基材上に10μm の厚さで数回塗布した後、大気雰囲
気電気炉により 200℃および 500℃で各々 1時間保持
し、この後一旦炉外に取り出し、予め1000℃に保持され
た電気炉に入れて加熱し、結晶化した多孔質のセラミッ
クス層（厚さ約 100μm)を得た。
製の基材上に10μm の厚さで数回塗布した後、大気雰囲
気電気炉により 200℃および 500℃で各々 1時間保持
し、この後一旦炉外に取り出し、予め1000℃に保持され
た電気炉に入れて加熱し、結晶化した多孔質のセラミッ
クス層（厚さ約 100μm)を得た。
【００２３】次に、このセラミックス層上に、 Ni-Co-C
r-Al-Y合金（23.8Co-16.7Cr-13.0Al-0.65Y-BalNi;wt%）
からなる耐熱金属層（遮熱層）を、大気溶射法により実
施例１と同一条件で形成し、SUS304製基材／セラミック
ス層（厚さ約 100μm)／耐熱金属層（厚さ約 150μm)か
らなる積層高温耐熱部材を得た。
r-Al-Y合金（23.8Co-16.7Cr-13.0Al-0.65Y-BalNi;wt%）
からなる耐熱金属層（遮熱層）を、大気溶射法により実
施例１と同一条件で形成し、SUS304製基材／セラミック
ス層（厚さ約 100μm)／耐熱金属層（厚さ約 150μm)か
らなる積層高温耐熱部材を得た。
【００２４】このようにして得た積層高温耐熱部材と、
セラミックス層を設けない以外は実施例２と同一構成と
した高温耐熱部材（比較例２）について、高温雰囲気中
で耐熱金属層表面およびSUS304製基材表面の温度をそれ
ぞれ測定したところ、耐熱金属層表面はどちらも1050℃
であったのに対し、SUS304製基材表面の温度は、実施例
２では 750℃、比較例２では 850℃となり、低熱伝導率
の多孔質セラミックス層を設けた実施例２においては、
基材の温度上昇が抑制できることを確認した。 実施例３ CaO:P2 O 5 =1:1からなるガラス組成粉末を、白金るつ
ぼ中で1100℃で溶融した後に急冷、粉砕して粉末を得
た。この粉末に、CaCO3 粉末を10重量% と希土類酸化物
を10重量% 添加し、湿式で混合した後、さらに蒸留水を
30ml以上加えて、可塑性を有するセラミックスペースト
を得た。
セラミックス層を設けない以外は実施例２と同一構成と
した高温耐熱部材（比較例２）について、高温雰囲気中
で耐熱金属層表面およびSUS304製基材表面の温度をそれ
ぞれ測定したところ、耐熱金属層表面はどちらも1050℃
であったのに対し、SUS304製基材表面の温度は、実施例
２では 750℃、比較例２では 850℃となり、低熱伝導率
の多孔質セラミックス層を設けた実施例２においては、
基材の温度上昇が抑制できることを確認した。 実施例３ CaO:P2 O 5 =1:1からなるガラス組成粉末を、白金るつ
ぼ中で1100℃で溶融した後に急冷、粉砕して粉末を得
た。この粉末に、CaCO3 粉末を10重量% と希土類酸化物
を10重量% 添加し、湿式で混合した後、さらに蒸留水を
30ml以上加えて、可塑性を有するセラミックスペースト
を得た。
【００２５】得られたセラミックスペーストを、SUS304
製の基材上に10μm の厚さで数回塗布した後、 500℃で
1時間保持し、さらに1000℃に加熱して結晶化させて、
厚さ約50μm の中間セラミックス層を得た。
製の基材上に10μm の厚さで数回塗布した後、 500℃で
1時間保持し、さらに1000℃に加熱して結晶化させて、
厚さ約50μm の中間セラミックス層を得た。
【００２６】次に、このセラミックス層上に、ジルコニ
アまたはアルミナからなるセラミックス外層を、大気溶
射法により実施例１と同一条件で形成し、SUS304製基材
／中間セラミックス層（厚さ約50μm)／セラミックス外
層（厚さ約 150μm)からなる積層高温耐熱部材を得た。
なお、中間セラミックス層の熱膨張率は、SUS304製基材
とセラミックス外層の熱膨張率の中間の値とした。
アまたはアルミナからなるセラミックス外層を、大気溶
射法により実施例１と同一条件で形成し、SUS304製基材
／中間セラミックス層（厚さ約50μm)／セラミックス外
層（厚さ約 150μm)からなる積層高温耐熱部材を得た。
なお、中間セラミックス層の熱膨張率は、SUS304製基材
とセラミックス外層の熱膨張率の中間の値とした。
【００２７】このようにして得た高温耐熱部材と、SUS3
04製基材上に中間セラミックス層を設けずに、セラミッ
クス外層を直接積層した二層構造の高温耐熱部材（比較
例３）とに対して、 280℃から1000℃および1000℃から
280℃の熱サイクルを1000回繰り返して熱疲労試験を行
った。その試験の結果を表２に示す。
04製基材上に中間セラミックス層を設けずに、セラミッ
クス外層を直接積層した二層構造の高温耐熱部材（比較
例３）とに対して、 280℃から1000℃および1000℃から
280℃の熱サイクルを1000回繰り返して熱疲労試験を行
った。その試験の結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】 表２から明らかなように、SUS304製基材とセラミックス
外層との間に、多孔質の中間セラミックス層を設けた実
施例３による積層高温耐熱部材は、基材上に直接セラミ
ックス外層を積層形成した比較例３に比べて、耐熱性と
密着性がそれぞれ向上しており、熱サイクルを加えても
セラミックス外層が剥離することがなく、耐高温安定性
並びに熱疲労特性に優れた耐熱部材であることが分か
る。
外層との間に、多孔質の中間セラミックス層を設けた実
施例３による積層高温耐熱部材は、基材上に直接セラミ
ックス外層を積層形成した比較例３に比べて、耐熱性と
密着性がそれぞれ向上しており、熱サイクルを加えても
セラミックス外層が剥離することがなく、耐高温安定性
並びに熱疲労特性に優れた耐熱部材であることが分か
る。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高温耐熱
部材によれば、基材と遮熱層間や複数の遮熱層間の異種
材料の界面等に、ガラス構造部分を含むセラミックス層
を設けているため、上記異種材料の界面における元素の
移行拡散を抑制することができる。よって、基材や各層
の特性劣化を防止することができ、高温耐熱部材の長寿
命化や安定化等を図ることが可能となる。また、本発明
に係るセラミックス層は、異種材料間の熱応力を緩和す
る機能や、遮熱層としての機能も有しているため、種々
の効果を有する高温耐熱部材の構成が可能となる。
部材によれば、基材と遮熱層間や複数の遮熱層間の異種
材料の界面等に、ガラス構造部分を含むセラミックス層
を設けているため、上記異種材料の界面における元素の
移行拡散を抑制することができる。よって、基材や各層
の特性劣化を防止することができ、高温耐熱部材の長寿
命化や安定化等を図ることが可能となる。また、本発明
に係るセラミックス層は、異種材料間の熱応力を緩和す
る機能や、遮熱層としての機能も有しているため、種々
の効果を有する高温耐熱部材の構成が可能となる。
【図１】 本発明の一実施例による高温耐熱部材の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１……基材 ２……中間セラミックス層 ３……耐熱金属層 ４……セラミックス外層 ５……高温耐熱部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 真次 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (1)
- 【請求項１】 基材と、前記基材上に積層形成され、前
記基材と異なる材料からなる単一または複数の遮熱層と
を具備する高温耐熱部材において、 前記基材と前記遮熱層間または前記複数の遮熱層間にお
ける異種材料の界面に、あるいは前記遮熱層として、ガ
ラス形成酸化物を含むセラミックスからなる中間層が設
けられていることを特徴とする高温耐熱部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23604893A JPH0790619A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 高温耐熱部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23604893A JPH0790619A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 高温耐熱部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790619A true JPH0790619A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=16994983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23604893A Withdrawn JPH0790619A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 高温耐熱部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0790619A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000029634A1 (de) * | 1998-11-13 | 2000-05-25 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Wärmedämmende glas-metall/keramik-schichten |
| JP2012167543A (ja) * | 2011-02-09 | 2012-09-06 | Ibiden Co Ltd | 構造体、及び、構造体の製造方法 |
| WO2014069180A1 (ja) | 2012-10-31 | 2014-05-08 | 福田金属箔粉工業株式会社 | 耐高温腐食特性を備えたNi-Cr-Co系合金とそれを用いて表面改質したポペットバルブ |
| US9074705B2 (en) | 2011-03-28 | 2015-07-07 | Ibiden Co., Ltd. | Exhaust pipe and method for manufacturing exhaust pipe |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP23604893A patent/JPH0790619A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000029634A1 (de) * | 1998-11-13 | 2000-05-25 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Wärmedämmende glas-metall/keramik-schichten |
| JP2002530525A (ja) * | 1998-11-13 | 2002-09-17 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | ガラス−金属／セラミック−断熱層 |
| JP2012167543A (ja) * | 2011-02-09 | 2012-09-06 | Ibiden Co Ltd | 構造体、及び、構造体の製造方法 |
| US9074705B2 (en) | 2011-03-28 | 2015-07-07 | Ibiden Co., Ltd. | Exhaust pipe and method for manufacturing exhaust pipe |
| WO2014069180A1 (ja) | 2012-10-31 | 2014-05-08 | 福田金属箔粉工業株式会社 | 耐高温腐食特性を備えたNi-Cr-Co系合金とそれを用いて表面改質したポペットバルブ |
| US9441287B2 (en) | 2012-10-31 | 2016-09-13 | Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd. | Ni-Cr-Co-based alloy having high-temperature corrosion resistance, and poppet valve surface-modified with the same |
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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: 20001128 |