JPH0873259A - Ceramic sintered compact and method for inspecting the same - Google Patents

Ceramic sintered compact and method for inspecting the same

Info

Publication number
JPH0873259A
JPH0873259A JP6207496A JP20749694A JPH0873259A JP H0873259 A JPH0873259 A JP H0873259A JP 6207496 A JP6207496 A JP 6207496A JP 20749694 A JP20749694 A JP 20749694A JP H0873259 A JPH0873259 A JP H0873259A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramics
oxide
sintered body
oxidation
ceramic sintered
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.)
Pending
Application number
JP6207496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Mizutani
敏昭 水谷
Yasuhiro Itsudo
康広 五戸
Takayuki Fukazawa
孝幸 深澤
Masanori Katou
雅礼 加藤
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6207496A priority Critical patent/JPH0873259A/en
Publication of JPH0873259A publication Critical patent/JPH0873259A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To obtain a ceramic sintered compact having function to detect the progress of oxidation, breakage, etc., or self-restoring function and also having satisfactory mechanical characteristics at high temp. and to provide a method for inspecting the ceramic sintered compact by which the oxidation, breakage, etc., of the ceramic sintered compact can be successively inspected during use. CONSTITUTION: A detecting medium which reacts to oxidation or breakage and causes a chemical or physical change is allowed to exist in a part close to the surface of a ceramic sintered compact. based on nonoxide ceramics or a ceramic sintered compact having a layered structure obtd. by forming a surface layer based on oxide ceramics on the surface of a substrate based on nonoxide ceramics.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、酸化や破損等の進展検
知機能または自己修復機能を有し、さらには高温で良好
な機械的特性を有するセラミックス焼結体と、そのセラ
ミックス焼結体の酸化や破損等を使用状態下で逐次検査
することが可能なセラミックス焼結体の検査方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic sintered body having a function of detecting progress such as oxidation and damage or a self-repairing function, and further having good mechanical properties at high temperature, and a ceramic sintered body thereof. The present invention relates to a method for inspecting a ceramic sintered body, which can successively inspect for oxidation, damage, and the like in use.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばSi3 4 、SiC、AlNなど
の共有結合性が高い非酸化物セラミックスは、低密度
(約3g/cc)の割には高温まで機械的破壊強度が劣化
しないため、燃焼器やガスタービンなどの高温構造材料
として注目されている。
2. Description of the Related Art Non-oxide ceramics having a high covalent bond, such as Si 3 N 4 , SiC, and AlN, have a low mechanical density (about 3 g / cc) and a high mechanical fracture strength. It has attracted attention as a high temperature structural material for combustors and gas turbines.

【0003】しかし、Si3 4 やSiCは高温の燃焼
ガスなどの酸化雰囲気中に長時間曝されると、下記
(1)(2)に示す受動的酸化を生じる。
However, when Si 3 N 4 or SiC is exposed to an oxidizing atmosphere such as a high temperature combustion gas for a long time, passive oxidation shown in the following (1) and (2) occurs.

【0004】[0004]

【数1】 [Equation 1]

【数2】 [Equation 2]

【0005】なお、このような受動的酸化においては、
表面にクリストバライトSiO2 (融点1713℃)皮
膜が形成され、SiO2 皮膜中のO拡散により、下記
(3)のように膜厚dの成長が律速され、酸化速度が抑
制される。
In such passive oxidation,
A cristobalite SiO 2 (melting point: 1713 ° C.) film is formed on the surface, and O diffusion in the SiO 2 film limits the growth of the film thickness d as shown in (3) below and suppresses the oxidation rate.

【0006】[0006]

【数3】 すなわち時間経過に連れ、酸化に対する保護皮膜SiO
2 (クリストバライト)によって破壊強度の経時劣化は
緩和される。
(Equation 3) That is, with the passage of time, a protective film SiO against oxidation
2 (Cristobalite) reduces the deterioration of fracture strength over time.

【0007】ところが、通常のSiCセラミックスに小
量添加される焼結助剤B、Al等の元素や、通常のSi
3 4 セラミックスに小量添加される焼結助剤Y
2 3 、Al2 3 等の酸化物は、長時間の高温酸化試
験では焼結体表面に拡散し、SiO2 保護皮膜と固溶し
て共晶温度を低下させて液相を生成するため、クリスト
バライト皮膜を破壊(発泡現象)して酸化を促進する。
However, elements such as sintering aid B and Al, which are added in small amounts to ordinary SiC ceramics, and ordinary Si
Sintering aid Y added in small amount to 3 N 4 ceramics
Oxides such as 2 O 3 and Al 2 O 3 diffuse on the surface of the sintered body in a long-time high-temperature oxidation test and form a solid solution with the SiO 2 protective film to lower the eutectic temperature to form a liquid phase. Therefore, the cristobalite film is destroyed (foaming phenomenon) to promote oxidation.

【0008】このため、焼結助剤は出来る限り微量であ
ることが望まれる。しかし、いかに助剤量を極限まで減
少させた理想的なSi3 4 セラミックスやSiCセラ
ミックスでも、保護皮膜を形成するクリストバライトS
iO2 の融点(1713℃)以上の高温燃焼ガス流に曝
されると保護皮膜は散逸されてしまうため、到底使用に
耐えられない。ただし、ガス・タービンの効率向上のた
めには更に高温までの耐久性・耐酸化性が望まれる。
Therefore, it is desired that the amount of the sintering aid is as small as possible. However, even with ideal Si 3 N 4 ceramics and SiC ceramics with the amount of auxiliary agent reduced to the limit, Cristobalite S forms a protective film.
When it is exposed to a high temperature combustion gas flow having a melting point (1713 ° C.) or higher of iO 2, the protective film is dissipated and cannot be used at all. However, in order to improve the efficiency of the gas turbine, durability and oxidation resistance up to higher temperatures are desired.

【0009】一方、高温の燃焼ガスなどの酸化雰囲気中
に長時間曝されると、AlNは受動的酸化を生じ、下記
(4)のように高温まで安定なAl2 3 (TMP=20
54℃)が生成する。
On the other hand, when exposed to an oxidizing atmosphere such as a high-temperature combustion gas for a long time, AlN undergoes passive oxidation, and Al 2 O 3 (T MP = 20) which is stable up to a high temperature as shown in (4) below.
54 ° C.) is produced.

【0010】[0010]

【数4】 [Equation 4]

【0011】しかし、その熱膨張係数(8ppm /℃)が
AlN基材の熱膨張係数(5ppm /℃)とは大幅に相違
するために微細亀裂が発生し、安定な耐酸化保護皮膜の
形成が困難である。このため、AlNセラミックスの高
温構造部品への応用が阻害されている。
However, since its thermal expansion coefficient (8 ppm / ° C.) is significantly different from that of the AlN base material (5 ppm / ° C.), fine cracks are generated, and a stable oxidation resistant protective film is formed. Have difficulty. Therefore, the application of AlN ceramics to high temperature structural parts is hindered.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、15
00〜1700℃の高温まで即時破壊強度の低下を示さ
ない優れた特徴を備えるSi3 4 、SiC、AlNセ
ラミックスを、燃焼器やガスタービンなどの高温構造部
材として応用しようとする時、高温酸化腐食に支配され
た機械的特性劣化による寿命が問題となって、燃焼器や
ガスタービン等の定格運転温度の上限が抑えられ、高温
運転による効率向上が限界に達する。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention As described above, 15
When applying Si 3 N 4 , SiC, or AlN ceramics, which has the excellent characteristics of not showing a reduction in immediate fracture strength up to a high temperature of 00 to 1700 ° C., as a high temperature structural member such as a combustor or a gas turbine, high temperature oxidation The problem of life due to deterioration of mechanical properties dominated by corrosion causes the upper limit of the rated operating temperature of the combustor, gas turbine, etc. to be suppressed, and efficiency improvement due to high temperature operation reaches its limit.

【0013】また、脆性を有するセラミックスについて
は、酸化や亀裂等の破損を早期に知ることが部材全体の
信頼性の向上に有効であり、さらに進んで自己修復機能
が備わっていれば、亀裂等の進展防止に対して有効なも
のとなる。
For brittle ceramics, early detection of damage such as oxidation and cracks is effective in improving the reliability of the entire member, and if the self-healing function is further advanced, cracks or the like will occur. Will be effective in preventing the progress of

【0014】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、酸化や破損等の進展検知機能または自己修復機
能を有し、さらには高温で良好な機械的特性を有するセ
ラミックス焼結体と、そのセラミックス焼結体の酸化や
破損等を使用状態下で逐次検査することが可能なセラミ
ックス焼結体の検査方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a ceramic sintered body having a function of detecting progress of oxidation or damage or a self-repairing function, and further having good mechanical properties at high temperature. It is an object of the present invention to provide a method for inspecting a ceramics sintered body, which can sequentially inspect the ceramics sintered body for oxidation, damage and the like under use.

【0015】すなわち、Si3 4 、SiC、AlNセ
ラミックス素材の機械的破壊強度に関する特長を損なわ
ずに高温耐食性に優れた構造用の酸化物・非酸化物セラ
ミックス積層材料部品等の応用に供せるようにするもの
である。
That is, it can be used for application to structural oxide / non-oxide ceramic laminated material parts having excellent high-temperature corrosion resistance without impairing the characteristics of Si 3 N 4 , SiC, and AlN ceramic materials related to mechanical fracture strength. To do so.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、非酸化物セラミックスを主体と
するセラミックス焼結体、または非酸化物セラミックス
を主体とする基体の表面に酸化物セラミックスを主体と
する表面層を形成してなる層状構造のセラミックス焼結
体であって、表面近傍に、酸化または破損に感応して化
学的または物理的な変化を起こす検知媒体を内在させた
ものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 provides a ceramic sintered body mainly composed of non-oxide ceramics or a surface of a base body mainly composed of non-oxide ceramics. A ceramic sintered body having a layered structure formed by forming a surface layer mainly composed of oxide ceramics, in which a detection medium which causes a chemical or physical change in response to oxidation or damage is internally provided near the surface. It is a thing.

【0017】検知媒体として望ましくは、炭素繊維の複
合、酸化バリウム、または酸化イットリウムなどを適用
する。
Desirably, a composite of carbon fibers, barium oxide, or yttrium oxide is applied as the detection medium.

【0018】請求項2の発明は、請求項1記載のセラミ
ックス焼結体を酸化性雰囲気内で使用しながら、前記セ
ラミックス焼結体の検知媒体の化学的または物理的な変
化を電気的、気体分析的または光学的に測定して、前記
セラミックス焼結体の酸化または破損を前記セラミック
ス焼結体の外部において検査することを特徴とするセラ
ミックス焼結体の検査方法である。
According to a second aspect of the present invention, the ceramic sintered body according to the first aspect is used in an oxidizing atmosphere, and a chemical or physical change of the detection medium of the ceramic sintered body is electrically or gas changed. A method for inspecting a ceramic sintered body, characterized by performing an analytical or optical measurement and inspecting the oxidation or damage of the ceramic sintered body outside the ceramic sintered body.

【0019】請求項3の発明は、非酸化物セラミックス
を主体とする基体の表面に、酸化物セラミックスを主体
とする表面層を、中間層を介して形成してなる層状構造
のセラミックス焼結体であって、前記中間層を、酸化性
雰囲気内で酸化して表面層を構成する酸化物もしくはそ
れに類似した酸化物を主体とする生成物を生じる材料に
よって構成したものである。
According to a third aspect of the present invention, a ceramic sintered body having a layered structure is formed by forming a surface layer mainly composed of oxide ceramics on the surface of a base body mainly composed of non-oxide ceramics with an intermediate layer interposed therebetween. The intermediate layer is made of a material which is oxidized in an oxidizing atmosphere to produce a product mainly containing an oxide constituting the surface layer or an oxide similar thereto.

【0020】請求項4の発明は、SiCセラミックス基
材またはAlNセラミックス基材の表面をAlN−Si
C固溶体層(SiC:AlN=1:2〜1:6)で被覆
し、その上を更にムライト(3Al2 3 ・2SiO2
〜3Al2 3 ・SiO2 )とアルミナ(Al2 3
との酸化物複合層で被覆したものである。
According to a fourth aspect of the invention, the surface of the SiC ceramic substrate or the AlN ceramic substrate is AlN-Si.
It is covered with a C solid solution layer (SiC: AlN = 1: 2 to 1: 6), and mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) is further coated thereon.
~ 3Al 2 O 3 · SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 )
And is covered with an oxide composite layer.

【0021】このセラミックス焼結体の製造に際して
は、非酸化物(Si3 4 、SiC、AlN)基材表面
に中間層(サイアロン、AlN−SiC固溶体、AlN
−Si3 4 複合体)を被覆した部材の上に酸化物複合
層を形成するときに、高温酸化性雰囲気中での熱処理に
より実施する製造方法が好適である。
When manufacturing this ceramic sintered body, an intermediate layer (Sialon, AlN-SiC solid solution, AlN) is formed on the surface of a non-oxide (Si 3 N 4 , SiC, AlN) substrate.
A preferred manufacturing method is to perform heat treatment in a high temperature oxidizing atmosphere when forming the oxide composite layer on a member coated with (Si 3 N 4 composite).

【0022】例えば、(1)高温酸化性雰囲気中での熱
処理において、ムライト製の容器・試料台を使用して、
高品質なムライト表面皮膜を形成する。(2)高温酸化
性雰囲気中での熱処理において、アルミナ製の容器・試
料台を使用して1500℃以上の高温で処理することに
よりアルミナ表面皮膜を先ず形成したのち、アルミナ表
面皮膜と中間層界面にムライト層を生成させる。
For example, (1) in a heat treatment in a high temperature oxidizing atmosphere, using a mullite container / sample stand,
Form high quality mullite surface film. (2) In a heat treatment in a high temperature oxidizing atmosphere, an alumina surface film is first formed by treating at a high temperature of 1500 ° C. or higher using an alumina container / sample stage, and then the alumina surface film and the intermediate layer interface. To generate a mullite layer.

【0023】また、セラミック焼結体として望ましく
は、Si3 4 セラミックス基材またはAlNセラミッ
クス基材の表面をサイアロン系(Z=4〜36/7相
当)固溶体層で被覆し、その上を更にムライト(3Al
2 3 ・2SiO2 〜3Al2 3 ・SiO2 )とアル
ミナAl2 3 の酸化物複合層で被覆した構成とする。
Further, as the ceramic sintered body, preferably, the surface of the Si 3 N 4 ceramics base material or the AlN ceramics base material is coated with a sialon-based (Z = 4 to 36/7 equivalent) solid solution layer, and further thereon. Mullite (3Al
2 O 3 · 2SiO 2 to 3Al 2 O 3 · SiO 2 ) and an oxide composite layer of alumina Al 2 O 3 are used.

【0024】酸化物複合層は、ムライト(3Al2 3
・2SiO2 〜3Al2 3 ・SiO2 )であること、
または、酸化物複合層は内側ムライト(3Al2 3
2SiO2 〜3Al2 3 ・SiO2 )と外側アルミナ
Al2 3 の二重構造であることが望ましい。
The oxide composite layer is made of mullite (3Al 2 O 3
· 2SiO 2 ~3Al 2 O 3 · SiO 2) is that,
Alternatively, the oxide composite layer is an inner mullite (3Al 2 O 3 ·.
2SiO 2 ~3Al 2 O 3 · SiO 2) and it is desirable that the double structure of the outer alumina Al 2 O 3.

【0025】サイアロン系(Z 3.0〜5.0相当)
中間層組成の原子比O/Nは、Al2 3 −AlN−S
iO2 −Si3 4 系相図においてSi3 4 −3Al
2 3 ・AlN混合線よりも窒素過剰側であり、原子比
Si/Alは2以上6以下であることが望ましい。
Sialon type (Z 3.0 to 5.0 equivalent)
The atomic ratio O / N of the composition of the intermediate layer is Al 2 O 3 -AlN-S.
Si In iO 2 -Si 3 N 4 system phase diagram 3 N 4 -3Al
It is desirable that it is on the nitrogen excess side of the 2 O 3 .AlN mixed line and the atomic ratio Si / Al is 2 or more and 6 or less.

【0026】また、積層構造のセラミックスにおいて、
界面近傍に閉気孔を分散分布させることにより、発生熱
応力の集中を緩和することが望ましい。さらに、酸化物
・非酸化物積層構造において、熱膨張係数の大きい酸化
物側に大部分の閉気孔が分布していることが望ましい。
Further, in ceramics having a laminated structure,
It is desirable to alleviate the concentration of generated thermal stress by dispersing and distributing closed pores near the interface. Further, in the oxide / non-oxide laminated structure, it is desirable that most of the closed pores are distributed on the oxide side having a large thermal expansion coefficient.

【0027】[0027]

【作用】請求項1の発明に係るセラミックス焼結体にお
いて、例えば窒化ケイ素中に検知媒体として炭素繊維が
複合されている場合、酸化が進行したとき、炭素繊維が
酸化されて二酸化炭素となって蒸発し、炭素繊維の径が
小さくなり、電気抵抗が変化するので、電気的に酸化の
程度を検知することができる。また、炭素繊維に亀裂が
入ったことによっても、電気抵抗は変化するので、亀裂
の検知も可能である。
In the ceramic sintered body according to the first aspect of the present invention, for example, when carbon fibers are combined as a detection medium in silicon nitride, when the oxidation progresses, the carbon fibers are oxidized to carbon dioxide. Since the diameter of the carbon fiber evaporates and the electric resistance changes, the degree of oxidation can be electrically detected. In addition, even if a crack is formed in the carbon fiber, the electric resistance changes, so that the crack can be detected.

【0028】また、窒化ケイ素中に酸化検知媒体として
バリウムセラミックスが積層されている場合、亀裂の進
展にともなって酸化バリウムが酸化雰囲気にさらされる
と、酸化バリウムが蒸発する。この蒸発圧をモニターす
ることで、亀裂を検知することができる。この際、電気
抵抗測定用の配線等が不要となる。
Further, when barium ceramics is laminated in silicon nitride as an oxidation detecting medium, when barium oxide is exposed to an oxidizing atmosphere as the crack progresses, barium oxide evaporates. By monitoring this evaporation pressure, cracks can be detected. At this time, wiring for measuring electric resistance is not necessary.

【0029】また、窒化ケイ素セラミックス中にユーロ
ビウムをドープした酸化イットリウムセラミックスを積
層した場合、亀裂の発生により、発光量を変換した電流
値が変化するので、亀裂の検知をすることができる。
When eurobium-doped yttrium oxide ceramics are laminated in silicon nitride ceramics, the generation of cracks changes the current value converted from the amount of emitted light, so that cracks can be detected.

【0030】請求項2の発明では、セラミックス焼結体
を酸化性雰囲気内で使用しながら、セラミックス焼結体
の検知媒体の化学的または物理的な変化を電気的、気体
分析的または光学的に測定して、セラミックス焼結体の
酸化または破損をセラミックス焼結体の外部において検
査する。
According to the second aspect of the invention, while the ceramics sintered body is used in an oxidizing atmosphere, the chemical or physical change of the detection medium of the ceramics sintered body is electrically, gas analytically or optically changed. The measurement is performed and the oxidation or damage of the ceramic sintered body is inspected outside the ceramic sintered body.

【0031】上記の請求項1および請求項2の発明によ
れば、例えばセラミックス焼結体をガスタービン翼に適
用し、その表面近傍に検知媒体を配置し、これにより表
面層に亀裂が生じた時点で検知して、基体への亀裂進展
前に運転等を安全に止めること等の応用が可能となる。
According to the first and second aspects of the present invention, for example, a ceramic sintered body is applied to a gas turbine blade, and a detection medium is arranged in the vicinity of the surface of the gas turbine blade, which causes a crack in the surface layer. It becomes possible to apply such as detecting at a point of time and safely stopping the operation etc. before the cracks propagate to the substrate.

【0032】なお、炭素繊維による亀裂検知に関する公
知例(例えば、日本セラミックス協会学術論文誌,100
[4] 585-588 (1992))のように、弾性率が低いマトリッ
クスを用い、マトリックスが大きく変形して炭素繊維が
破断することを検知する手段も知られている。しかしな
がら、この技術では、前記公知例の著者等も報告してい
るように(例えば、日本セラミックス協会1993年秋季シ
ンポジウム予稿集,p262-263)、繊維として炭素繊維で
はなく、より導電性の高いSiC繊維を用いている。も
し、弾性率の高いセラミックスをマトリックスに用いる
と、繊維が破断して抵抗の増加が認められるときには、
マトリックスの破壊も既に大きく進んでしまい、検知と
いう意味をなさないのである。
Known examples of crack detection by carbon fiber (for example, Journal of the Ceramic Society of Japan, 100
[4] 585-588 (1992)), a means of using a matrix having a low elastic modulus to detect a large deformation of the matrix and fracture of the carbon fibers is also known. However, in this technique, as reported by the authors of the above-mentioned publicly known examples (for example, Proceedings of Autumn Symposium of the Japan Ceramic Society 1993, p262-263), the fiber is not carbon fiber but SiC having higher conductivity. It uses fibers. If ceramics with a high elastic modulus is used for the matrix and the fibers break and an increase in resistance is observed,
The destruction of the matrix has already advanced significantly, and it does not make sense.

【0033】これに対して、本発明では、酸化性の高温
雰囲気下で用いるという限定の下で、繊維の応力がかか
って、それにより破断するというよりも、亀裂の進展に
より雰囲気と接触した繊維が燃えて断裂することによる
電気抵抗の増加を意図した発明であるため、ほんの少し
の亀裂でも鋭敏に感じることができ、非常に有効な検知
機能を有することになる。したがって、後の試験例に記
載したように、飛翔物等の衝撃にる微小亀裂をも検知で
きるようになる。
On the other hand, in the present invention, under the limitation that it is used in an oxidizing high temperature atmosphere, the fiber is contacted with the atmosphere due to the development of cracks rather than being stressed and broken. Since the invention is intended to increase the electric resistance due to burning and breaking, even a slight crack can be felt sharply and has a very effective detection function. Therefore, as described in the later test example, it becomes possible to detect even a small crack caused by an impact of a flying object or the like.

【0034】請求項3の発明では、例えばタービンなど
の高温部材として適用した場合、実装運転中に発生した
表面亀裂が、供給されている酸化性高温雰囲気ガスと表
面層・中間層・基材との反応生成物で埋め戻され、これ
により自己修復作用が行われる。この場合、実装運転中
に発生した部材の表面亀裂を、所定の修復促進剤の塗布
により表面亀裂内に浸透させた後、実装運転あるいは別
途の熱処理により修復するようにしてもよい。ここで所
定の修復促進剤としては、Al2 3 系またはSiO2
系の溶液状有機もしくは無機化合物であることが望まし
い。
According to the third aspect of the invention, when applied as a high temperature member such as a turbine, surface cracks generated during the mounting operation are caused by the supplied oxidizing high temperature atmosphere gas and the surface layer / intermediate layer / base material. Back-filled with the reaction product of (3), thereby performing a self-repairing action. In this case, the surface crack of the member generated during the mounting operation may be penetrated into the surface crack by applying a predetermined repair accelerator, and then repaired by the mounting operation or a separate heat treatment. Here, as the predetermined repair accelerator, Al 2 O 3 system or SiO 2 is used.
It is desirable to be a solution-type organic or inorganic compound of the system.

【0035】請求項4の本発明に係るセラミックス焼結
体は、1500℃以上の高温まで優れた機械的破壊強度
を有する非酸化物(Si3 4 、SiC、AlN)セラ
ミックスを基材とし、その表面に中間層(サイアロン、
SiC−AlN固溶体、AlN−Si3 4 混合体)を
被覆し、その上を更にムライト(3Al2 3 ・2Si
2 〜3Al2 3 ・SiO2 )とアルミナAl2 3
の酸化物複合層で被覆することにより、1500〜17
00℃超の耐熱・耐酸化性を付与した構造用セラミック
積層材料部品して適用される。
A ceramics sintered body according to the present invention of claim 4 is based on a non-oxide (Si 3 N 4 , SiC, AlN) ceramics having excellent mechanical fracture strength up to a high temperature of 1500 ° C. or higher, An intermediate layer (Sialon,
SiC-AlN solid solution, AlN-Si 3 N 4 mixture) is coated, and mullite (3Al 2 O 3 .2Si) is further coated thereon.
O 2 ~3Al 2 O 3 · SiO 2) and alumina Al 2 O 3
By coating with an oxide composite layer of
It is applied as a structural ceramic laminated material component with heat resistance and oxidation resistance of over 00 ° C.

【0036】本発明では基材のSi3 4 、SiC、A
lNセラミックの種類に特別な限定は無い。しかし、構
造用材料として応用するには、機械的破壊強度、破壊靭
性値が高い強靭な基材で複雑形状が比較的容易に製造で
きる種類の部材が望ましい。そのためAl2 3 −Y2
3 系等、B−C・Al−C系等、Al2 3 ・Y2
3 系等の緻密化助剤を小量添加して非加圧焼結法で緻密
化した類の素材が望ましい。また、部材の信頼性を高め
るために炭素・SiC・等の長繊維・短繊維あるいは耐
熱金属の硼化物・炭化物・窒化物などの粒子を意図的に
分散複合化して靭性値を改良した素材も使用される。し
かし、従来想定されていた1300〜1500℃の温度
域を上回る1500〜1700℃以上の高温域での使用
を目指す場合には、SiC基材の機械的破壊強度なども
1500〜1700℃以上まで顕著な劣化を起こさない
ことが求められる。この様な類の基材としては、例えば
助剤Bの焼結体内含有量を0.1wt%以下に抑制した
非加圧焼結B−C助剤系SiCセラミックス他があり、
今後更に新しいSi3 4 、SiC、AlN系基材組成
物も開発されるであろう。
In the present invention, the base material of Si 3 N 4 , SiC, A
There is no special limitation on the type of 1N ceramic. However, for application as a structural material, it is desirable to use a type of member that is a tough base material having high mechanical fracture strength and fracture toughness and that can be manufactured in a complicated shape relatively easily. Therefore, Al 2 O 3 -Y 2
O 3 system or the like, B-C · Al-C system, etc., Al 2 O 3 · Y 2 O
It is desirable to use a material that has been densified by a non-pressure sintering method by adding a small amount of a densification aid such as 3 series. In addition, to improve the reliability of the member, there is also a material in which particles such as long fibers and short fibers of carbon, SiC, etc. or boride, carbide, nitride of heat-resistant metal are intentionally dispersed and complexed to improve the toughness value. used. However, when aiming for use in a high temperature range of 1500 to 1700 ° C or higher, which is higher than the temperature range of 1300 to 1500 ° C that has been conventionally assumed, the mechanical fracture strength of the SiC base material is remarkable up to 1500 to 1700 ° C or higher. It is required not to cause significant deterioration. As such a kind of base material, there is, for example, non-pressurized sintered B-C auxiliary SiC ceramics in which the content of the auxiliary B in the sintered body is suppressed to 0.1 wt% or less,
In the future, new Si 3 N 4 , SiC, and AlN base material compositions will be developed.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】非酸化物系セラミックス部品の高温酸化に
よる性能劣化を抑制する手段として、発明者らは高温ま
で安定で低い酸素拡散係数を示す酸化物系皮膜で表面を
覆う方法を様々に検討した。この様な酸化物としては融
点の高いAl2 3 が有力であるけれども、Si
3 4 、SiC、AlNセラミックスとAl2 3 セラ
ミックスにおける熱膨張係数の差が大幅であるので、皮
膜形成後の昇温降下サイクルにおいて歪が蓄積されて皮
膜に亀裂・剥離が発生するため、実用に供するのが難し
い。発明者等々はムライト・セラミックスの低ヤング率
・高融点・中間的熱膨張係数およびAl2 3 との高い
共晶点(1840℃)に着目し、Si3 4 、SiC、
AlNセラミックス基材表面をムライト保護皮膜で覆っ
た部材を鋭意試作検討した。
As a means for suppressing the performance deterioration of non-oxide ceramic parts due to high temperature oxidation, the inventors have variously studied a method of covering the surface with an oxide film which is stable at high temperatures and has a low oxygen diffusion coefficient. Although Al 2 O 3 having a high melting point is effective as such an oxide,
Since the difference in the coefficient of thermal expansion between 3 N 4 , SiC, AlN ceramics and Al 2 O 3 ceramics is large, strain accumulates in the temperature rising / falling cycle after film formation, and cracks / delamination occur in the film. It is difficult to put to practical use. The inventors have paid attention to the low Young's modulus, high melting point, intermediate thermal expansion coefficient of mullite ceramics, and high eutectic point (1840 ° C.) with Al 2 O 3, and have focused on Si 3 N 4 , SiC,
A member in which the surface of the AlN ceramic substrate was covered with a mullite protective film was experimentally studied.

【0039】その過程でムライトのSi/Al原子比に
近い組成物に着目し、サイアロン(Si6-z Alz z
8-z ;z=4.5)および3AlN−SiC焼結体を
高温酸化処理してムライト表面層を形成することに成功
した。更にサイアロン(Si6-z Alz z 8-z ;z
=4.5)セラミックスとSi3 4 セラミックスのホ
ットプレス同時焼成等で両者の積層材料が容易に得られ
る事を発見した。これは両者の結晶構造が同じであり、
熱膨張係数が似通っているためであろう。
In the process, paying attention to the composition close to the Si / Al atomic ratio of mullite, the sialon (Si 6-z Al z O z
N 8 −z; z = 4.5) and 3AlN—SiC sintered body were subjected to high temperature oxidation treatment to form a mullite surface layer. Furthermore, sialon (Si 6-z Al z O z N 8-z ; z
= 4.5) It was discovered that a laminated material of both ceramics and Si 3 N 4 ceramics can be easily obtained by hot-press simultaneous firing. This is because the crystal structures of both are the same,
This is probably because the thermal expansion coefficients are similar.

【0040】また、AlN−SiC固溶体(3AlN−
SiC)セラミックスとSiCセラミックスあるいはA
lNセラミックスのホットプレス同時焼成等で2種類
(3AlN−SiC/SiC、3AlN−SiC/AlN)
の積層材料が容易に得られる事を見出した。これも各々
の結晶構造と熱膨張係数が似通っているためであろう。
このような経過を経て、1500〜1700℃超の耐熱
・耐酸化性を付与した一連の構造用セラミック積層材料
部品とその製造方法の基本構成を発明するに至ったので
ある。
In addition, AlN-SiC solid solution (3AlN-
SiC) ceramics and SiC ceramics or A
2 types by simultaneous hot pressing of 1N ceramics (3AlN-SiC / SiC, 3AlN-SiC / AlN)
It was found that the above laminated material can be easily obtained. This may be because the crystal structure of each is similar to the coefficient of thermal expansion.
Through such a process, the inventors have invented a series of structural ceramic laminated material parts to which heat resistance and oxidation resistance of more than 1500 to 1700 ° C. have been imparted and a basic structure of a manufacturing method thereof.

【0041】次に本発明の機械的破壊強度に関する特長
を損わずに高温耐食性に優れた構造用の酸化物・非酸化
物セラミックス積層材料部品の製造方法について説明す
る。本発明の製品化に際しては、そのサイズと形状およ
び形成膜厚に応じて、様々な方法で製造可能である。燃
焼器内壁等の大型単純形状製品の場合は通常の粉末冶金
手法が適用できる。
Next, a method for producing a structural oxide / non-oxide ceramics laminated material component excellent in high temperature corrosion resistance without deteriorating the features of the present invention concerning mechanical fracture strength will be described. When the product of the present invention is commercialized, it can be manufactured by various methods depending on its size and shape and the formed film thickness. Ordinary powder metallurgy can be applied to large simple shaped products such as inner walls of combustors.

【0042】サブミクロンの6H−SiC粉/2H−A
lN粉を3mol /1mol に調合した固溶体造粒粉を、金
型成形(0.25ton /cm2 )により33×44×1.
5mmの平板を製作した。また、SiC粉に少量の焼結助
剤(BとC、AlとC、その他)を加えた単体用造粒粉
およびAlN粉に少量の焼結助剤(Al2 3 、Y2
3 、etc.)を加えた単体用造粒粉を、各々金型成形
(0.25ton /cm2)により33×44×9mmの平板
を製作した。各単体用成形体の上下に固溶体用成形体を
積み重ね、離型剤(BN)を塗布した黒鉛モールド(内
寸33×44mm)に装填し、ホットプレス焼結(190
0〜2200℃−1H−50MPa )した。焼結において
は、1000℃迄は非加圧で真空昇温して吸着ガスの排
除を徹底させ、次いで雰囲気導入後の焼結温度までの定
速昇温(1000℃/H)の過程初期(1000〜15
00℃)にホットプレス圧を定率昇圧(50MPa /H)
し、ホットプレス焼結(1900〜2200℃−1H)
中に観測している収縮挙動が飽和した時点でホットプレ
ス圧を解除した。ホットプレス焼結時の雰囲気は、それ
ぞれ1〜9気圧のArガス、N2 ガスまたは両者の混合
ガスである。
Submicron 6H-SiC powder / 2H-A
The solid solution granulated powder prepared by mixing 1N powder in an amount of 3 mol / 1 mol was subjected to mold molding (0.25 ton / cm 2 ) to obtain 33 × 44 × 1.
I made a flat plate of 5mm. Granulated powder for simple substance in which a small amount of sintering aid (B and C, Al and C, etc.) is added to SiC powder and a small amount of sintering aid (Al 2 O 3 , Y 2 O) in AlN powder.
3 , etc.) was added to the granulated powder for simple substance, and a flat plate of 33 × 44 × 9 mm was produced by mold molding (0.25 ton / cm 2 ). The solid solution compacts were stacked on the upper and lower sides of each single compact and loaded into a graphite mold (inner dimension 33 × 44 mm) coated with a release agent (BN), and hot press sintering (190
0-2200 ° C-1H-50 MPa). In sintering, the temperature is raised to 1000 ° C. without pressurizing in vacuum to thoroughly remove the adsorbed gas, and then the constant temperature increase (1000 ° C./H) to the sintering temperature after introducing the atmosphere is performed at the beginning of the process ( 1000-15
Hot press pressure to 00 ° C) at a constant rate (50 MPa / H)
And hot press sintering (1900-2200 ° C-1H)
The hot pressing pressure was released when the shrinkage behavior observed inside was saturated. The atmosphere at the time of hot press sintering is Ar gas, N 2 gas or a mixed gas of both of them at 1 to 9 atm.

【0043】気孔率3%未満にまで緻密化できた2種類
の積層焼結体(概寸33×44×5mm)の上下表面を研
磨してX線回析測定したところ、六方晶(2H)の回析
ピークのみが認められAlN−SiC固溶体単相であっ
た。また、2種類の焼結体の切断・研磨面をEDX観察
して界面の様子を探ったところ、界面に垂直方向の組成
傾斜幅は何れの組み合わせと元素(Si、Al、N、
C、etc.)でも1〜100μm以内であり、焼結条件
(温度:時間:昇温・加圧プログラム)に微妙に依存し
ていた。
The upper and lower surfaces of the two kinds of laminated sintered bodies (roughly 33 × 44 × 5 mm) which could be densified to a porosity of less than 3% were polished and measured by X-ray diffraction. Hexagonal (2H) Only the diffraction peak of was observed and it was an AlN-SiC solid solution single phase. Moreover, when the state of the interface was searched by observing the cut / polished surfaces of the two types of sintered bodies by EDX, the composition gradient width in the direction perpendicular to the interface was determined by any combination of elements (Si, Al, N,
C, etc.) was also within 1 to 100 μm, and was slightly dependent on the sintering conditions (temperature: time: temperature rising / pressurizing program).

【0044】サブミクロンのα−Si3 4 粉/2H−
AlN粉/α−Al2 3 粉を「1mol /3mol /3mo
l (Z=4.5)、1mol /2mol /2mol (Z=4.
0)、1mol /9mol /0mol (Si3 4 ・9Al
N)」の比率に調合した3種類の固溶体用造粒粉を金型
成形(0.25ton /cm2 )により、33×44:1.
5mmの平板を製作した。また、Si3 4 粉に少量の焼
結助剤(Z=0.25相当のAlN/Al2 3 および
2wt%Y2 3 )を加えた単体用造粒粉を金型成形
(0.25ton /cm2 )により、33×44×9mmの平
板を製作した。
Submicron α-Si 3 N 4 powder / 2H-
AlN powder / α-Al 2 O 3 powder was added to “1 mol / 3 mol / 3 mo
l (Z = 4.5), 1 mol / 2 mol / 2 mol (Z = 4.
0), 1mol / 9mol / 0mol (Si 3 N 4 · 9Al
N) ”, three types of granulated powder for solid solution prepared by metal mold molding (0.25 ton / cm 2 ) are used, and 33 × 44: 1.
I made a flat plate of 5mm. Further, a small amount of sintering aid (ZN = 0.25 equivalent of AlN / Al 2 O 3 and 2 wt% Y 2 O 3 ) was added to the Si 3 N 4 powder to form a granulated powder for simple substance into a die (0 A flat plate of 33 × 44 × 9 mm was produced by 0.25 ton / cm 2 ).

【0045】各単体用成形体の上下に各々の同一固溶体
用成形体を積み重ね、離型剤(BN)を塗布した黒鉛モ
ールド(内寸33×44mm)に装填し、ホットプレス焼
結(1700〜1850℃−1H−30MPa )した。ま
た、先のAlN単体用造粒粉成形体の上下に「Si3
4 ・9AlN組成」の固溶体用造粒成形体を積み重ね、
離型剤(BN)を塗布した黒鉛モールド(内寸33×4
4mm)に装填し、ホットプレス焼結(1700〜185
0℃−1H−30MPa )した。焼結に於いては、100
0℃迄は非加圧で真空昇温して吸着ガスの排除を徹底さ
せ、次いで雰囲気導入後の焼結温度までの定速昇温(1
000℃/H)過程初期(1000〜1300℃)にホ
ットプレス圧を定率昇圧(50MPa /H)し、ホップレ
ス焼結(1700〜1850℃−1H)中に観測してい
る収縮挙動が飽和した時点でホットプレス圧を解除し
た。ホットプレス焼結時の雰囲気は、1〜9気圧のN2
ガスである。
The same solid solution compacts were stacked on the upper and lower sides of the individual compacts and loaded into a graphite mold (inner dimension 33 × 44 mm) coated with a release agent (BN), followed by hot press sintering (1700-170). 1850 ° C-1H-30 MPa). In addition, “Si 3 N
Stacking a solid solution for granulation molding of 4 · 9AlN composition ",
Graphite mold coated with release agent (BN) (inner dimension 33 x 4
4 mm) and hot press sintered (1700-185)
0 ° C-1H-30 MPa). 100 for sintering
Up to 0 ° C, the temperature was raised without vacuum to thoroughly remove the adsorbed gas, and then the temperature was raised at a constant rate up to the sintering temperature after introducing the atmosphere (1
(000 ° C / H) At the initial stage (1000 to 1300 ° C) of the process, the hot press pressure was increased at a constant rate (50 MPa / H), and the shrinkage behavior observed during hopless sintering (1700 to 1850 ° C-1H) was saturated. Then the hot press pressure was released. The atmosphere during hot press sintering is N 2 at 1 to 9 atm.
It is gas.

【0046】4種類の積層焼結体は気孔率3%未満にま
で緻密化できたが、他の積層焼結体と異なり、「Z=
4.5組成」の表面層には亀甲状亀裂が認められ、表面
を研磨してX線回析測定したところβ−サイアロン相、
γ−Al2 3 相、8H−AlN多形Si3-x Al1+x
x 5-x 相(x=2.20〜2.37)が存在した。そ
こで、Si3 4 単体用造粒粉のY2 3 添加量を増量
(2wt%→4wt%)し、1800℃のホットプレス
に引き続いて1850℃−3Hのアニールをして緩降温
(100℃/H)したところ、亀甲状亀裂とγ−Al2
3 相は消滅し8H−AlN多形Si3-x Al1+x x
5-x 相が増加した事から、熱膨張係数の大きなAl2
3 相の大量発生が亀甲状亀裂の発生原因であることを確
認した。「Z=4.0組成」の表面層はβ−サイアロン
単相であった。また、「Si3 4 ・9AlN組成」の
表面層はβ−サイアロン(Z=0)と2H−AlNの混合
相であった。
The four types of laminated sintered bodies were able to be densified to a porosity of less than 3%, but unlike other laminated sintered bodies, "Z =
A hexagonal crack was observed in the surface layer of "4.5 composition", and when the surface was polished and X-ray diffraction measurement was performed, a β-sialon phase,
γ-Al 2 O 3 phase, 8H-AlN polymorph Si 3-x Al 1 + x O
There was an x N 5-x phase (x = 2.20-2.37). Therefore, the amount of Y 2 O 3 added to the granulated powder for simple substance of Si 3 N 4 is increased (2 wt% → 4 wt%), followed by hot pressing at 1800 ° C., followed by annealing at 1850 ° C.-3H and slow cooling (100%). (° C / H), the hexagonal cracks and γ-Al 2
The O 3 phase disappears and the 8H-AlN polymorph Si 3-x Al 1 + x O x N
Since the 5-x phase increased, Al 2 O with a large coefficient of thermal expansion
It was confirmed that the large amount of three phases was the cause of the hexagonal crack. The surface layer of “Z = 4.0 composition” was β-sialon single phase. The surface layer of "Si 3 N 4 .9AlN composition" was a mixed phase of β-sialon (Z = 0) and 2H-AlN.

【0047】また、3種類の焼結体の切断・研磨面をE
DX観察して界面の様子を探ったところ、界面に垂直方
向の組成傾斜幅は何れの組み合わせと元素(Si、A
l、N、O、Y)でも1〜100μm以内であり、焼結
方法(温度:時間:昇温:加圧プログラム)に微妙に依
存していた。
Further, the cutting / polishing surfaces of the three types of sintered bodies are E
When the state of the interface was investigated by DX observation, the composition gradient width in the direction perpendicular to the interface was determined by any combination of elements and elements (Si, A
(l, N, O, Y) was within 1 to 100 μm, and was slightly dependent on the sintering method (temperature: time: temperature rise: pressurization program).

【0048】酸化物皮膜積層試験では、Al2 3 多孔
質煉瓦製の保持台上に6種類の上下表面研磨焼結体試料
(概寸33×44×5mm)を立てて、テコランダム発熱
体横型環状炉のAl2 3 質炉心管内(内径50φ)に
炉心管軸と平行に置き、模擬大気流80%N2 −20%
2 :0.05〜5.0リットル/Min.)中で温度(1
200〜1600℃)時間(:3〜96H)効果を追っ
た。
In the oxide film stacking test, six types of upper and lower surface-polished sintered body samples (rough size 33 × 44 × 5 mm) were set up on a holder made of Al 2 O 3 porous brick, and a Tecorundum heating element was used. Placed in an Al 2 O 3 core tube (inner diameter 50φ) parallel to the tube axis of a horizontal annular furnace, and simulating atmospheric flow 80% N 2 -20%
O 2 : 0.05 to 5.0 liters / Min.) In temperature (1
The effect was pursued for 200 to 1600 ° C.) time (: 3 to 96 H).

【0049】生成酸化物皮膜の構成相は温度・時間・環
境に依存して変化した。XRDデータを整理し、Al2
3 の平衡蒸気圧が微かで無視できるのに対してSiO
2 が有意味な平衡蒸気圧(Peq(atm)=10-10.4 ;1
600゜K、10-8.3:1800゜K)を示す事を参照
して、次の様な酸化反応が生ずる事が判明した。
The constituent phases of the produced oxide film changed depending on temperature, time and environment. Organize XRD data, Al 2
The equilibrium vapor pressure of O 3 is so small that it can be ignored.
2 means significant equilibrium vapor pressure (P eq (atm) = 10 -10.4 ; 1
600 ° K, 10 -8.3 : 1800 ° K), it was found that the following oxidation reaction occurred.

【0050】即ち、酸化初期に於いてはSiO2 の散逸
が顕著で反応(5),(6)または反応(7),(8)
あるいは反応(9),(10)が同時進行するけれど
も、表面が程々のアルミナ相・ムライト相混合皮膜で覆
われると反応(5),(7),(9)は次第に抑制され
て反応式(6),(7),(10)が主反応になる。
That is, in the initial stage of oxidation, the dissipation of SiO 2 is remarkable and the reaction (5), (6) or the reaction (7), (8) occurs.
Alternatively, although the reactions (9) and (10) proceed simultaneously, if the surface is covered with a moderate alumina-mullite phase mixed film, the reactions (5), (7) and (9) are gradually suppressed and the reaction formula ( 6), (7) and (10) are the main reactions.

【0051】[0051]

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【数8】 [Equation 8]

【数9】 [Equation 9]

【数10】 [Equation 10]

【0052】このため、高温(1600℃)・高速気流
(40mm/s)中で96H酸化処理すると、酸化物皮膜
は最表面がα−Al2 3 相で内側がムライト相(3A
2 3 ・2SiO2 〜3Al2 3 ・SiO2 )の2
層構造となった。また、中温(1500℃)・中速気流
(8.5mm/s)中での24H酸化処理でも同様の酸化
物皮膜が形成されたが、96H酸化処理すると酸化物皮
膜は最表面までムライト相(3Al2 3 ・2SiO2
〜3Al2 3 ・SiO2 )の単相となった。
Therefore, when 96H oxidation treatment is carried out in a high temperature (1600 ° C.) high speed air stream (40 mm / s), the oxide film has an α-Al 2 O 3 phase on the outermost surface and a mullite phase (3 A) on the inner side.
l 2 O 3 · 2SiO 2 to 3Al 2 O 3 · SiO 2 ) 2
It has a layered structure. A similar oxide film was also formed by 24H oxidation treatment in a medium temperature (1500 ° C) / medium velocity air stream (8.5 mm / s), but when 96H oxidation treatment, the oxide film reaches the outermost surface in the mullite phase ( 3Al 2 O 3・ 2SiO 2
It became a ~3Al 2 O 3 · SiO 2) single-phase.

【0053】これは内側のムライト相から供給されたS
iO2 と最表面Al2 3 が反応してムライト化される
ためであり、EDXの線分析で最表面の原子比Al/S
iは幾分内部よりも高くてムライト相の安定組成領域
(3Al2 3 ・2SiO2 〜3Al2 3 ・Si
2 )の範囲内である事が確認された。さらに、低温
(1300℃)・低速気流(1.7mm/s)中での酸化
では、処理時間に依らず酸化物皮膜はムライト単相(3
Al2 3 ・2SiO2 〜3Al2 3 ・SiO2 )で
あった。
This is the S supplied from the inner mullite phase
This is because iO 2 reacts with Al 2 O 3 on the outermost surface to form mullite, and the atomic ratio Al / S on the outermost surface in EDX line analysis.
i is somewhat higher than the inside and is in the stable composition region (3Al 2 O 3 .2SiO 2 to 3Al 2 O 3 .Si) of the mullite phase.
It was confirmed to be within the range of O 2 ). Furthermore, in oxidation at low temperature (1300 ° C) and low-speed air flow (1.7 mm / s), the oxide film is mullite single-phase (3
Al 2 O 3 · 2SiO 2 to 3Al 2 O 3 · SiO 2 ).

【0054】他方、多孔質煉瓦製の保持台と横型環状炉
の炉心管をアルミナ(Al2 3 )からムライト(3A
2 3 ・2SiO2 )に交換して実施した同様の酸化
物皮膜積層試験では、生成酸化物皮膜の構成相は何れの
場合にもムライト(3Al2 3 ・2SiO2 )単相で
あった。
On the other hand, the porous brick holder and the core tube of the horizontal annular furnace are made of alumina (Al 2 O 3 ) and mullite ( 3 A ).
In a similar oxide film stacking test conducted by replacing with l 2 O 3 .2SiO 2 ), the constituent phase of the produced oxide film was a mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) single phase in any case. It was

【0055】その他の製造方法、特に中間層の形成方法
に付いて、言及しておく。ガスタービンの動翼・静翼等
の複雑曲面形状部材表面に数10μmの薄い中間層を形
成する場合にはCVD法およびスパッター法が適用で
き。緻密で高品質な中間層を形成できる。しかし、製造
コストと能率を考えると所定中間層組成に調合した混合
粉を有機溶媒中に均一に分散した懸濁液を複雑形状基材
曲面に塗布する方法が有望である。
Reference will be made to other manufacturing methods, particularly the method of forming the intermediate layer. When forming a thin intermediate layer of several tens of μm on the surface of a member having a complicated curved surface such as a moving blade or a stationary blade of a gas turbine, the CVD method and the sputtering method can be applied. A dense and high-quality intermediate layer can be formed. However, considering the manufacturing cost and efficiency, a method of applying a suspension in which a mixed powder prepared in a predetermined intermediate layer composition is uniformly dispersed in an organic solvent to a curved surface of a base material having a complicated shape is promising.

【0056】最も簡便なのは刷毛で塗る方法である。一
層塗布ごとに加熱乾燥し次の塗布に移り、数回の塗布ご
とに1800℃付近まで加熱して焼結した後に次の塗布
に進むのが、緻密で良質の中間層を形成する上で好まし
い。また、毎回の加熱焼結後に、表面をレーザ照射光で
走査して焼結を充実させれば、ピン・ホールの無い良好
な中間層が完成する。
The simplest method is to apply with a brush. In order to form a dense and high-quality intermediate layer, it is preferable to heat-dry for each one-layer coating, move to the next coating, heat up to around 1800 ° C. for several coatings and sinter, and then proceed to the next coating. . Also, after each heating and sintering, if the surface is scanned with laser irradiation light to enhance the sintering, a good intermediate layer without pin holes is completed.

【0057】以上に述べた様な条件と方法により、大小
の単純形状から複雑形状までの各種燃焼器・ガスタービ
ン部品等を耐熱性耐久性に優れた構造用製品に仕上げる
ことができる。
Under the conditions and methods as described above, various combustor / gas turbine parts of large and small simple shapes to complex shapes can be finished into structural products having excellent heat resistance and durability.

【0058】表面酸化処理温度と雰囲気流速および雰囲
気環境の望ましい範囲は以下の通りである。すなわち、
1200℃未満の処理温度では表面酸化皮膜の生成速度
が遅くて長時間処理を必要として経済的でない。また、
1800℃を超える処理温度ではSiO2 の揮散が顕著
になり生成表面酸化物皮膜の密度が極端に低下して内部
気孔の連結が発生するため、表面酸化皮膜の保護皮膜と
しての作用が損なわれる。0.85mm/s.未満の気流
速度では環境雰囲気中に有害不純物種(例えば、C
2 、B2 3 、Y2 3 、他)が排気不完全で滞留す
るので好ましくなく、85mm/s.を超える気流速度で
は炉内温度分布が無視できなくなり、大量一括処理が困
難になる。
Desirable ranges of the surface oxidation treatment temperature, the atmospheric flow velocity and the atmospheric environment are as follows. That is,
If the treatment temperature is less than 1200 ° C., the production rate of the surface oxide film is slow and long treatment is required, which is not economical. Also,
At a treatment temperature of more than 1800 ° C., volatilization of SiO 2 becomes remarkable, the density of the produced surface oxide film is extremely lowered, and internal pores are connected, so that the function of the surface oxide film as a protective film is impaired. 0.85 mm / s. At air velocities below, harmful impurity species (eg C
O 2, B 2 O 3, Y 2 O 3, etc.) is not preferable because the residence incomplete evacuation, 85 mm / s. At air velocities in excess of 10, the temperature distribution in the furnace cannot be ignored, making large-scale batch processing difficult.

【0059】試料容器を兼ねる炉心管・試料保持台等の
材質が生成酸化物表面層の共材で高純度高融点を有する
アルミナかムライトに限定されるのは環境雰囲気中への
予期しない有害不純物種の放出を避けるためである。
The material of the core tube / sample holder, which also serves as a sample container, is limited to alumina or mullite which has a high purity and a high melting point as a co-material of the produced oxide surface layer. This is to avoid the release of seeds.

【0060】中間層の各組成(サイアロン、SiC−A
lN)の望ましい範囲は以下の通りである。すなわち、
原子比Al/Siが2未満では高温酸化処理して形成し
た酸化物皮膜(ムライト3Al2 3 ・2SiO2 )内
にSiO2 が出現し、共晶点(SiO2 −3Al2 3
・2SiO2 ;1535℃)で液相が発生して発泡現象
が顕著になり耐久可能温度を低下させる。原子比Al/
Siが6を超えると高温酸化処理して形成した酸化物皮
膜(ムライト3Al2 3 ・2SiO2 〜3Al2 3
・SiO2 )内のSiO2 欠陥が多くなり、酸素の透過
率が向上して中間層の酸化が促進される一方で、酸化物
皮膜内にAl2 3 相が多量に生成して多孔質化する。
また、熱膨張係数の高いAl2 3 が原因で、加熱冷却
サイクルでの酸化物皮膜の破壊が顕著になる。サイアロ
ン中間層に於いては原子比O/Nは、原子比O/NがS
3 4 −3Al2 3 ・AlN混合線以上の酸素過剰
側に至ると、Al/Si比大の場合はサイアロン中間層
内に熱膨張係数が大きいAl2 3 相が多量に生じて基
材と接合された中間層に於ける発生亀裂の抑制が困難に
なり、Al/Si比小の場合はサイアロン中間層内に低
融点のX相(Si3 Al6 122 :1750℃)が多
量に生じて中間層の耐熱性を損なう。
Each composition of the intermediate layer (Sialon, SiC-A
The desirable range of 1N) is as follows. That is,
When the atomic ratio Al / Si is less than 2 , SiO 2 appears in the oxide film (mullite 3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) formed by the high temperature oxidation treatment, and the eutectic point (SiO 2 -3Al 2 O 3
・ 2SiO 2 ; 1535 ° C.) causes a liquid phase to cause a remarkable foaming phenomenon and lowers the durable temperature. Atomic ratio Al /
Si exceeds 6 When oxide film formed by high-temperature oxidation treatment (mullite 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ~3Al 2 O 3
・ Since the number of SiO 2 defects in (SiO 2 ), the oxygen permeability is improved and the oxidation of the intermediate layer is promoted, a large amount of Al 2 O 3 phase is generated in the oxide film to make it porous. Turn into.
Further, due to Al 2 O 3 having a high coefficient of thermal expansion, the oxide film is significantly broken in the heating and cooling cycle. In the sialon intermediate layer, the atomic ratio O / N is
When reaching the oxygen excess side above the i 3 N 4 -3Al 2 O 3 · AlN mixed line, a large amount of Al 2 O 3 phase having a large thermal expansion coefficient is generated in the sialon intermediate layer when the Al / Si ratio is large. It becomes difficult to suppress cracks generated in the intermediate layer joined to the base material, and when the Al / Si ratio is small, the low melting point X phase (Si 3 Al 6 O 12 N 2 : 1750 ° C) is contained in the sialon intermediate layer. ) Is generated in a large amount to impair the heat resistance of the intermediate layer.

【0061】中間層の肉厚の好ましい範囲は次の通りで
ある。中間層の最少肉厚が10μm未満では通常の酸化
処理により表面酸化物層を形成した段階で中間層が実質
的に消失してしまうため、実装部品として使用中に酸化
物表面層を通して基材のSi3 4 ・SiC・AlN素
材が酸化され、折角の積層材料部品の高温長時間寿命が
損なわれる。従って、特に過酷な環境での長寿命を必要
とする燃焼器・ガスタービン応用では100μm以上の
最少肉厚が望ましい。中間層の最大肉厚には上限はな
く、積層部品が実質的に中間層組成物より構成されてい
もかわまない。
The preferable range of the thickness of the intermediate layer is as follows. If the minimum thickness of the intermediate layer is less than 10 μm, the intermediate layer will be substantially lost at the stage of forming the surface oxide layer by a normal oxidation treatment, so that the intermediate layer will be removed through the oxide surface layer during use as a mounting component. The Si 3 N 4 · SiC · AlN material is oxidized, and the high temperature long-term service life of the laminated material component is compromised. Therefore, the minimum wall thickness of 100 μm or more is desirable for combustor / gas turbine applications that require long life especially in harsh environments. There is no upper limit to the maximum thickness of the intermediate layer, and it does not matter if the laminated component is substantially composed of the intermediate layer composition.

【0062】温度と雰囲気等を制御した高温酸化処理に
より形成する表面酸化物層の肉厚の望ましい範囲は次の
通りである。すなわち、高温酸化処理により形成される
当初表面酸化物層の最少肉厚は2μmである。2μm未
満の当初肉厚では、部品として実装して高温燃焼ガス等
に曝したとき、表面酸化物層と中間層の界面で中間層が
酸化され、新たに生成する酸化物相が必ずしも当初表面
層と整合する均質なムライト単相になるとは限らず、表
面酸化物層と中間層との界面で生成する酸化物相を適切
に誘導する為には、上記2μmが必要最少限の表面酸化
物層肉厚である。
The desirable range of the thickness of the surface oxide layer formed by the high temperature oxidation treatment in which the temperature and atmosphere are controlled is as follows. That is, the minimum thickness of the initial surface oxide layer formed by the high temperature oxidation treatment is 2 μm. When the initial thickness is less than 2 μm, the intermediate layer is oxidized at the interface between the surface oxide layer and the intermediate layer when mounted as a component and exposed to high temperature combustion gas, etc., and the newly generated oxide phase is not always the initial surface layer. It is not always the case that a homogeneous mullite single phase that matches the above is obtained, and the above-mentioned 2 μm is the minimum necessary in order to properly induce the oxide phase generated at the interface between the surface oxide layer and the intermediate layer. It is thick.

【0063】高温酸化処理により形成される当初表面酸
化物層肉厚と実装後に、当初表面酸化物層と中間層の界
面で生成した酸化物層肉厚の総和には、部材の面からの
上限はない。しかし、100mmを超える表面酸化物層肉
厚は、非酸化物・酸化物積層材料部品を使用する実利が
少ない。
The total thickness of the initial surface oxide layer formed by the high temperature oxidation treatment and the total thickness of the oxide layer generated at the interface between the initial surface oxide layer and the intermediate layer after mounting is the upper limit from the surface of the member. There is no. However, a surface oxide layer thickness of more than 100 mm is not practical for using non-oxide / oxide laminated material parts.

【0064】[0064]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。まず、実
施例1〜3として請求項1および2の発明に係るセラミ
ックス焼結体およびその検査方法について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below. First, as Examples 1 to 3, a ceramics sintered body according to the invention of claims 1 and 2 and an inspection method thereof will be described.

【0065】なお、これらの実施例1〜3では、セラミ
ックス焼結体が、窒化ケイ素(Si3 4 )粉末、炭素
繊維、酸化バリウム(B2 3 )粉末、および酸化イッ
トリウム(Y2 3 )粉末をモールド中に充填した後、
成形、焼結して製作できる。基体の原料となる窒化ケイ
素粉末には、焼結助材として酸化イットリウムおよび酸
化アルミニウムをボールミルで混合する。また、積層さ
れる酸化イットリウム粉末は、ユーロビウムを加え、酢
酸中で共沈させた粉末を仮焼することにより得る。
In these Examples 1 to 3, the ceramics sintered body was composed of silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder, carbon fiber, barium oxide (B 2 O 3 ) powder, and yttrium oxide (Y 2 O 3 ). 3 ) After filling the powder into the mold,
It can be manufactured by molding and sintering. Yttrium oxide and aluminum oxide as a sintering aid are mixed with a silicon nitride powder, which is a raw material of the substrate, in a ball mill. The yttrium oxide powder to be laminated is obtained by adding eurobium and calcining the powder coprecipitated in acetic acid.

【0066】こうして準備された原料を用いて、本実施
例の焼結体を製造するに当たり、まず、任意形状のモー
ルド中に、基体を形成する窒化ケイ素粉末を充填する。
その後、炭素繊維、酸化バリウム粉末、酸化イットリウ
ム粉末のいずれかを積層し、最後に再び窒化ケイ素粉末
を充填し、コールドプレスにより予備成形体を作製す
る。得られた予備成形体をホットプレス焼結して、本実
施例の焼結体が得られる。
In producing the sintered body of this example using the raw material thus prepared, first, a mold of an arbitrary shape is filled with silicon nitride powder for forming a substrate.
After that, one of carbon fiber, barium oxide powder, and yttrium oxide powder is laminated, and finally silicon nitride powder is filled again, and a preform is prepared by cold pressing. The obtained preformed body is hot-press sintered to obtain the sintered body of this example.

【0067】実施例1(図1〜図4) 本実施例ではセラミックス焼結体の原料として、窒化ケ
イ素粉末と、検知媒体となる炭素繊維とを使用した。基
体である窒化ケイ素には、焼結助剤として、酸化イット
リウム5重量%および酸化アルミニウム2重量%を加
え、ボールミルを用いて混合した。
Example 1 (FIGS. 1 to 4) In this example, silicon nitride powder and carbon fiber as a detection medium were used as raw materials for the ceramic sintered body. 5% by weight of yttrium oxide and 2% by weight of aluminum oxide were added to the silicon nitride as a base material as a sintering aid and mixed using a ball mill.

【0068】上記窒化ケイ素粉末、炭素繊維を用いて、
焼結体を作製した。まず、基体となる窒化ケイ素粉末を
任意形状のモールド中に充填し、炭素繊維をモールドの
低面に平行になるように配置した。このとき炭素繊維の
数は、試料の最終形状の4mm×3mm×40mmのとき、表
面から0.5mmの深さの場所に、中央に1本となるよう
にした。炭素繊維を並べた後、再び窒化ケイ素粉末を積
層し、コールドプレスして成形体を得た。
Using the above silicon nitride powder and carbon fiber,
A sintered body was produced. First, a silicon nitride powder serving as a substrate was filled in a mold having an arbitrary shape, and carbon fibers were arranged so as to be parallel to the lower surface of the mold. At this time, when the final shape of the sample was 4 mm × 3 mm × 40 mm, the number of carbon fibers was one at the center at a depth of 0.5 mm from the surface. After arranging the carbon fibers, silicon nitride powder was laminated again and cold pressed to obtain a molded body.

【0069】その後カーボンモールド中でホットプレス
焼結して、焼結体試料とした。焼結条件は、焼結温度1
800℃、プレス圧力30MPa 、焼結温度保持時間は1
時間である。また、雰囲気は0.1MPa 窒素とした。得
られた焼結体を、4mm×3mm×40mmの試験片に加工
し、試料とした。
Then, hot press sintering was performed in a carbon mold to obtain a sintered body sample. Sintering conditions are sintering temperature 1
800 ℃, Pressing pressure 30MPa, Sintering temperature holding time is 1
It's time. The atmosphere was 0.1 MPa nitrogen. The obtained sintered body was processed into a test piece of 4 mm × 3 mm × 40 mm, which was used as a sample.

【0070】図1は、上記の方法によって得られたセラ
ミックス焼結体1の断面状態について、顕微鏡写真で撮
影した像を模式的に示したものである。同図に示すよう
に、基体2としての窒化ケイ素セラミックスの表面近傍
に、炭素繊維3が配置している。
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional state of the ceramic sintered body 1 obtained by the above method, which is taken by a micrograph. As shown in the figure, the carbon fibers 3 are arranged near the surface of the silicon nitride ceramics as the base 2.

【0071】図2は、得られたセラミックス焼結体1
に、検査手段としての電気抵抗測定装置4の配線5を施
して実用化した状態を示している。同図に示すように、
電気抵抗測定用の配線5は試料としてのセラミックス焼
結体1の中を通っており、運動中でも測定が可能であ
る。
FIG. 2 shows the obtained ceramic sintered body 1.
In the figure, the wiring 5 of the electrical resistance measuring device 4 as the inspection means is provided and put into practical use. As shown in the figure,
The wiring 5 for measuring the electric resistance passes through the ceramic sintered body 1 as a sample, and the measurement can be performed even during exercise.

【0072】図3は、この試料について1500℃の大
気中で酸化性試験を行い、そのときの電気抵抗を測定し
た結果を示している。同図に特性線Aで示すように、時
間の経過とともに電気抵抗が大きくなってくる。これ
は、酸化により炭素繊維3の炭素が、二酸化炭素となっ
て蒸発してしまい、繊維径が小さくなったことによる。
したがって、この電気抵抗の変化をモニターすること
で、酸化の進展度が検知できる。
FIG. 3 shows the results of measuring the electrical resistance of this sample which was subjected to an oxidative test in the air at 1500.degree. As indicated by the characteristic line A in the figure, the electric resistance increases with the passage of time. This is because the carbon of the carbon fiber 3 is converted into carbon dioxide and evaporated by the oxidation, and the fiber diameter is reduced.
Therefore, the progress of oxidation can be detected by monitoring the change in this electric resistance.

【0073】図4は、この試料についてJISに基づく
3点曲げ試験を行い、0.1mAの通電を行ったときの、
荷重−電気抵抗曲線を直流2端子法を用いて測定した結
果を示している。同図に特性線Bで示すように、荷重が
ある値になると、電気抵抗の値が急激に増加している。
これは、炭素繊維3が破断したためである。
FIG. 4 shows a three-point bending test based on JIS for this sample, which was subjected to energization of 0.1 mA.
The result of having measured the load-electrical resistance curve using the direct current 2 terminal method is shown. As indicated by the characteristic line B in the figure, when the load reaches a certain value, the value of the electric resistance sharply increases.
This is because the carbon fiber 3 was broken.

【0074】炭素繊維3の破断は、基体2である窒化ケ
イ素セラミックスに亀裂が発生し、この亀裂が進展して
きたことを意味している。したがって、この電気抵抗の
変化をモニターすることで、亀裂の発生を検知すること
ができる。
The breakage of the carbon fiber 3 means that a crack has been generated in the silicon nitride ceramics which is the substrate 2, and the crack has grown. Therefore, the occurrence of cracks can be detected by monitoring the change in this electric resistance.

【0075】実施例2(図5,6) 本実施例では、セラミックス焼結体の原料として、窒化
ケイ素粉末と検知媒体としての酸化バリウムとを使用し
た。窒化ケイ素粉末は上記実施例1と同様の方法で得
た。
Example 2 (FIGS. 5 and 6) In this example, silicon nitride powder and barium oxide as a detection medium were used as raw materials for the ceramics sintered body. The silicon nitride powder was obtained by the same method as in Example 1 above.

【0076】上記窒化ケイ素粉末、酸化バリウム粉末を
用いて積層体を作製した。まず、基体となる窒化ケイ素
粉末を任意形状のモールド中に充填し、続いて酸化バリ
ウム粉末、窒化ケイ素粉末の順に積層し、コールドプレ
スして成形体を得た。その後カーボンモールド中でホッ
トプレス焼結して、積層体試料とした。焼結条件は、焼
結温度1800℃、プレス圧力30MPa 、温度保持時間
は1時間である。また、雰囲気は0.1MPa 窒素とし
た。得られた焼結体を、4mm×3mm×40mmの試験片に
加工し、試料とした。この際、酸化バリウムセラミック
スは試料の表面から0.5mmの場所に位置し、厚さは
0.1mmとなるようにした。
A laminate was prepared using the above silicon nitride powder and barium oxide powder. First, a silicon nitride powder serving as a substrate was filled in a mold having an arbitrary shape, and subsequently barium oxide powder and silicon nitride powder were laminated in this order and cold pressed to obtain a molded body. Then, hot press sintering was performed in a carbon mold to obtain a laminated body sample. The sintering conditions are a sintering temperature of 1800 ° C., a pressing pressure of 30 MPa, and a temperature holding time of 1 hour. The atmosphere was 0.1 MPa nitrogen. The obtained sintered body was processed into a test piece of 4 mm × 3 mm × 40 mm, which was used as a sample. At this time, the barium oxide ceramics were positioned 0.5 mm from the surface of the sample, and the thickness thereof was set to 0.1 mm.

【0077】図5は、得られたセラミックス焼結体1の
断面状態について、顕微鏡写真で撮影した像を模式的に
示したものである。基体6の窒化ケイ素セラミックスの
表面近傍に、酸化バリウムセラミックス層7が形成され
ている。
FIG. 5 schematically shows an image of a cross section of the obtained ceramic sintered body 1, taken by a micrograph. A barium oxide ceramic layer 7 is formed near the surface of the silicon nitride ceramic of the base 6.

【0078】図6は、この試料について1500℃にお
いてJISに基づく3点曲げ試験を行い、そのときの酸
化バリウムの蒸気圧を測定した結果を示している。同図
に特性線Cで示すように、荷重がある値を越えると、蒸
気圧が上昇し始めることがわかる。これは、基体2に発
生した亀裂が酸化バリウム層7に達し、酸化バリウムが
蒸発したことによる。
FIG. 6 shows the results of measuring the vapor pressure of barium oxide at this time by conducting a three-point bending test based on JIS at 1500 ° C. As shown by the characteristic line C in the figure, it can be seen that the vapor pressure begins to rise when the load exceeds a certain value. This is because the crack generated in the substrate 2 reached the barium oxide layer 7 and the barium oxide was evaporated.

【0079】これより、酸化バリウムの蒸気圧をモニタ
ーすることで、亀裂の発生を検知することができる。具
体的には、試験中に大気をフローさせ、出口のところで
酸化バリウムの蒸気圧をモニターした。
From this, it is possible to detect the occurrence of cracks by monitoring the vapor pressure of barium oxide. Specifically, the atmosphere was allowed to flow during the test, and the vapor pressure of barium oxide was monitored at the outlet.

【0080】実施例3(図7,8) 本実施例では、セラミックス焼結体の原料として、窒化
ケイ素粉末および検知媒体としての酸化イットリウムを
使用した。窒化ケイ素粉末は上記実施例1と同様の方法
で得た。酸化イットリウムは、ユーロビウムを5重量%
ドープした後、酢酸中で混合し、共沈反応によってでき
た粉末を、仮焼することにより得た。
Example 3 (FIGS. 7 and 8) In this example, silicon nitride powder was used as the raw material for the ceramic sintered body and yttrium oxide was used as the detection medium. The silicon nitride powder was obtained by the same method as in Example 1 above. Yttrium oxide is 5% by weight of eurobium
After doping, the powder was mixed in acetic acid, and the powder formed by the coprecipitation reaction was calcined.

【0081】上記窒化ケイ素粉末および酸化イットリウ
ム粉末を用いて積層体を作製した。まず、基体となる窒
化ケイ素粉末を任意形状のモールド中に充填し、続いて
酸化イットリウム粉末、窒化ケイ素粉末の順に積層し、
コールドプレスして成形体を得た。その後カーボンモー
ルド中でホットプレス焼結して、積層体試料とした。焼
結条件は、焼結温度1800℃、プレス圧力30MPa 、
温度保持時間は1時間である。
A laminate was prepared using the above silicon nitride powder and yttrium oxide powder. First, a silicon nitride powder serving as a substrate is filled in a mold having an arbitrary shape, and then yttrium oxide powder and silicon nitride powder are laminated in this order,
Cold pressing was performed to obtain a molded body. Then, hot press sintering was performed in a carbon mold to obtain a laminated body sample. The sintering conditions are a sintering temperature of 1800 ° C., a pressing pressure of 30 MPa,
The temperature holding time is 1 hour.

【0082】また、雰囲気は0.1MPa 窒素とした。得
られた焼結体を、4mm×3mm×40mmの試験片に加工
し、試料とした。この際、酸化イットリウムセラミック
スは試料の表面から0.5mmの場所に位置し、厚さは5
mmとなるようにした。
The atmosphere was 0.1 MPa nitrogen. The obtained sintered body was processed into a test piece of 4 mm × 3 mm × 40 mm, which was used as a sample. At this time, the yttrium oxide ceramics was located 0.5 mm from the surface of the sample and had a thickness of 5 mm.
It was set to mm.

【0083】図7は、得られたセラミックス焼結体1の
断面状態について、顕微鏡写真で撮影した像を模式的に
示したものである。同図に示すように、基体8の窒化ケ
イ素セラミックス中に、酸化イットリウム層9が形成さ
れている。
FIG. 7 schematically shows a cross-sectional state of the obtained ceramics sintered body 1 taken by a micrograph. As shown in the figure, the yttrium oxide layer 9 is formed in the silicon nitride ceramics of the substrate 8.

【0084】図8は、この試料についてJISに基づく
3点曲げ試験を行い、同時に紫外線を酸化イットリウム
層に照射し、発光量をシリコンフォトダイオードを用い
て変換した電流値の測定結果を示している。
FIG. 8 shows the results of measurement of the current value obtained by performing a three-point bending test based on JIS on this sample, irradiating the yttrium oxide layer with ultraviolet rays at the same time, and converting the light emission amount using a silicon photodiode. .

【0085】同図に特性線Dで示すように、荷重がある
値を越えると、電流値が急激に減少することがわかる。
これは、酸化イットリウム層9に亀裂が発生したためで
ある。亀裂は基体8である窒化ケイ素セラミックスから
発生したものであるので、電流値をモニターすること
で、亀裂の発生を検知することができる。
As shown by the characteristic line D in the figure, it can be seen that the current value sharply decreases when the load exceeds a certain value.
This is because the yttrium oxide layer 9 was cracked. Since the crack is generated from the silicon nitride ceramic which is the substrate 8, the occurrence of the crack can be detected by monitoring the current value.

【0086】実施例4〜15(参考例1〜7)(表2,
3) これらの実施例は請求項3および4を適用したもので、
表2は中間層をAlN・SiC固溶体とした場合の実施
例4〜7および参考例1,2について、その中間層の組
成範囲、構成相、亀裂の有無、生成酸化物、表面相等を
示している。また、表3は中間層をサイアロン等とした
場合の実施例8〜15および参考例3〜7について、そ
の中間層の組成範囲、構成相、亀裂の有無、生成酸化
物、表面相等を示している。
Examples 4 to 15 (Reference Examples 1 to 7) (Table 2,
3) These embodiments apply claims 3 and 4,
Table 2 shows the composition range of the intermediate layer, constituent phases, presence or absence of cracks, generated oxides, surface phases, etc. for Examples 4 to 7 and Reference Examples 1 and 2 when the intermediate layer is an AlN / SiC solid solution. There is. Further, Table 3 shows the composition range of the intermediate layer, the constituent phase, the presence or absence of cracks, the produced oxide, the surface phase, etc. of Examples 8 to 15 and Reference Examples 3 to 7 when the intermediate layer is Sialon or the like. There is.

【0087】[0087]

【表2】 [Table 2]

【0088】[0088]

【表3】 [Table 3]

【0089】酸化物皮膜積層処理作業の難易は各種積層
体基材の種類(Si3 4 、SiC、AlN)に関係な
く、中間層の構成結晶相の種類(3AlN・SiC、サ
イアロン、2H−AlN−β−Si3 4 )とその組成
比に影響された。
The difficulty of the oxide film laminating process is irrespective of the type of various laminated base materials (Si 3 N 4 , SiC, AlN), and the type of crystalline phase constituting the intermediate layer (3AlN.SiC, Sialon, 2H-). AlN-β-Si 3 N 4 ) and its composition ratio.

【0090】原子比率Si/Alが2未満の参考例1、
3、6では、ムライト相以外に多量のシリカ(クリスト
バライト相)発生と、1600℃処理での発泡とが表面
酸化物相に認められた。これは、シリカ/ムライト共融
温度(1535℃)を超えているので一部溶融が生じた
ためである。
Reference example 1 in which the atomic ratio Si / Al is less than 2,
In Nos. 3 and 6, generation of a large amount of silica (cristobalite phase) in addition to the mullite phase and foaming at 1600 ° C. treatment were observed in the surface oxide phase. This is because the silica / mullite eutectic temperature (1535 ° C.) was exceeded and some melting occurred.

【0091】原子比率Si/Alが6を超える参考例
2、4、7では、ムライト相以外に多量のアルミナ(α
相)が発生して表面酸化物層が多孔質化し、中間層の消
耗が96H処理でも飽和しなかった。しかし、原子比率
Si/Alが6の実施例7、11、15では、相当量の
アルミナを含有する表面酸化物層の開気孔が閉気孔にな
って、中間層の消耗に飽和が認められ、酸化物表面層内
に表面アルミナ内面ムライトの組成傾斜を生じた。
In Reference Examples 2, 4, and 7 in which the atomic ratio Si / Al exceeds 6, a large amount of alumina (α
Phase) was generated and the surface oxide layer became porous, and the consumption of the intermediate layer was not saturated even by the 96H treatment. However, in Examples 7, 11, and 15 in which the atomic ratio Si / Al was 6, the open pores of the surface oxide layer containing a considerable amount of alumina became closed pores, and saturation of the consumption of the intermediate layer was observed. A composition gradient of mullite on the surface of alumina was generated in the oxide surface layer.

【0092】アルミナとムライトの間の大きな熱膨張率
差にも拘らず、表面酸化物層が剥離することなく安定強
固に一体化していた。この理由は酸化物相内(特にアル
ミナ側に多い)に分散している閉気孔がアルミナの見か
け上の熱膨張係数を低減するためであることが、別途実
施したアルミナ/ムライト積層焼結実験の結果より判明
した。
Despite the large difference in coefficient of thermal expansion between alumina and mullite, the surface oxide layer was stably and firmly integrated without peeling. The reason for this is that the closed pores dispersed in the oxide phase (particularly on the alumina side) reduce the apparent thermal expansion coefficient of alumina. It turned out from the result.

【0093】このように、閉気孔を適切に接合界面近傍
に分布させて接合界面近傍の残留応力を緩和する方法は
一般的積層複合体にも適用可能である。(例えば閉気孔
率10%のアルミナ焼結体と緻密なSi3 4 焼結体と
を2Al2 3 −Si3 4混合粉スラリーで張り合わ
せてホットブレス(1800℃−30MPa )することに
より、安定強固な接合体が得られた。) 原子比率Si/Alが2〜5の実施例4〜6、8〜1
0、13、14では、緻密に形成された酸化物表面皮膜
がムライト単相とは限らないが、第二相のクリストバラ
イト(皮膜内側で高濃度)やアルミナ(皮膜外側で高濃
度)は少量で問題にならなかった。
As described above, the method of appropriately distributing the closed pores in the vicinity of the joint interface to relax the residual stress in the vicinity of the joint interface can be applied to a general laminated composite. (For example, an alumina sintered body having a closed porosity of 10% and a dense Si 3 N 4 sintered body are pasted with a 2Al 2 O 3 —Si 3 N 4 mixed powder slurry and hot pressed (1800 ° C.-30 MPa). A stable and strong joined body was obtained.) Examples 4 to 6 and 8 to 1 in which the atomic ratio Si / Al was 2 to 5
In Nos. 0, 13, and 14, the densely formed oxide surface film is not necessarily a mullite single phase, but a small amount of the second phase cristobalite (high concentration inside the film) or alumina (high concentration outside the film). It didn't matter.

【0094】なお、ムライト相(3Al2 3 ・2Si
2 〜3Al2 3 ・SiO2 )の原子比率Al/Si
がいずれの場合でも皮膜の内側から外側に向かって高ま
ることがEDX で検出できた。これにより、ムライト相の
組成比自体も「3Al2 3・2SiO2 →3Al2
3 ・SiO2 」方向に傾斜する傾向が判明した。これは
場合に応じて、中間層の初期酸化で生成した最表面アル
ミナおよび最表面ムライトの微量な熱分解の双方に起因
する。
The mullite phase (3Al 2 O 3 .2Si
O 2 ~3Al 2 O 3 · SiO 2) of the atomic ratio Al / Si
In each case, it was detected by EDX that it increased from the inside to the outside of the film. As a result, the composition ratio of the mullite phase itself becomes “3Al 2 O 3 .2SiO 2 → 3Al 2 O
Tendency to tilt to 3 · SiO 2 "direction has been found. This is due, in some cases, to both the trace thermal decomposition of the outermost surface alumina and the outermost surface mullite formed in the initial oxidation of the intermediate layer.

【0095】原子比率O/NがSi3 4 −3Al2
3 /AlN混合線上にある参考例5では、中間層の亀甲
状亀裂がホットプレス条件の最適化の努力にも拘らず、
抑制できなかった。
The atomic ratio O / N is Si 3 N 4 -3Al 2 O.
In Reference Example 5 on the 3 / AlN mixed line, the hexagonal cracks in the intermediate layer were despite the efforts to optimize the hot pressing conditions.
I couldn't control it.

【0096】ところが、その上に酸化物積層処理した最
表面では亀裂は認められなくなった。積層体断面をED
X観察したところ、中間層の亀裂ならびに基材にまで延
びた亀裂が、生成酸化物(SiO2 に富んだムライト)
で埋め戻されていることが判明した。
However, no cracks were observed on the outermost surface having the oxide layered thereon. ED of laminated body cross section
X observation revealed that cracks in the intermediate layer and cracks extending to the base material were oxides (mullite rich in SiO 2 ).
It was found to be backfilled with.

【0097】表面層酸化物による自己修復作用を確認す
るため別途、実施例5、9、14の積層体(ムライト表
面層0.3mm:中間層0.6mm:基材5mm)の表面に、
ダイヤモンドカッター(0.1mm厚)で0.5、1.
0、2.0mmの切り込みを入れた試料を、ケラマックス
発熱体アルミナ炉心管の縦型環状炉で模擬大気中175
0℃処理試験をした。
In order to confirm the self-repairing effect of the surface layer oxide, separately, on the surface of the laminate of Examples 5, 9 and 14 (mullite surface layer 0.3 mm: intermediate layer 0.6 mm: substrate 5 mm),
Diamond cutter (0.1mm thickness) 0.5, 1.
A sample with 0, 2.0 mm cuts was placed in a simulated vertical atmosphere of a Keramax heating element alumina core tube in a simulated atmosphere at 175
A 0 ° C. treatment test was conducted.

【0098】切り込み0.5mmと1.0mmでは基材の種
類に関係なく、初期溝が完全に修復された。切り込み
2.0mmでは修復状況は基材の種類に幾分影響され、S
iC>AlN>Si3 4 の順に修復が不完全になる傾
向が認められた。
At the cuts of 0.5 mm and 1.0 mm, the initial groove was completely repaired regardless of the kind of the substrate. With a 2.0 mm incision, the repair status is affected somewhat by the type of substrate, and S
It was confirmed that the repair was incomplete in the order of iC>AlN> Si 3 N 4 .

【0099】また、Al2 3 またはSiO2 の微粉末
のスラリーを表面塗布して2.0mmの切り込み染み込ま
せた試料における模擬大気中1750℃処理試験では、一部
に初期溝修復効果の改善が認められた。改善効果が顕著
な組み合わせはSi3 4 基材−Al2 3 粉と AlN基
材−SiO2 粉の2組であり、 SiC基材−Al2 3
の組み合わせでは多少の効果が認められた。
Further, in a simulated atmosphere 1750 ° C. treatment test in a sample in which a slurry of fine powder of Al 2 O 3 or SiO 2 was applied on the surface and impregnated with a notch of 2.0 mm, the initial groove repair effect was partially improved. Was recognized. There are two combinations of Si 3 N 4 base material-Al 2 O 3 powder and AlN base material-SiO 2 powder that show remarkable improvement effects, and the combination of SiC base material-Al 2 O 3 powder shows some effect. Was given.

【0100】試験例 本発明の試験方法は、酸化物を表面層とする積層構造の
セラミックス焼結体に亀裂が発生した場合の検知につい
て、非常に有効である。以下、図9〜図16を参照とし
て試験例1〜5を説明する。
Test Example The test method of the present invention is very effective in detecting the occurrence of cracks in a ceramics sintered body having a laminated structure having an oxide as a surface layer. Hereinafter, Test Examples 1 to 5 will be described with reference to FIGS. 9 to 16.

【0101】試験例1(図9,10) 本例で使用した試験片10は図9に示すように、非酸化
物(SiN4 )の基体11に酸化物(Al2 3 )の表
面層12を形成し、両層の界面部に例えば両材料の傾斜
組成を有する中間層13を形成したものである。この試
験片10の表面層12に、炭素繊維14が内装してあ
る。
Test Example 1 (FIGS. 9 and 10) As shown in FIG. 9, the test piece 10 used in this example has a non-oxide (SiN 4 ) substrate 11 and an oxide (Al 2 O 3 ) surface layer. 12 is formed, and an intermediate layer 13 having, for example, a gradient composition of both materials is formed at the interface between both layers. The surface layer 12 of this test piece 10 is internally provided with carbon fibers 14.

【0102】この試験片10の炭素繊維14に、例えば
図2に示した装置と同様にして電気抵抗測定装置を接続
しておき、この試験片10の曲げ試験を1500℃の高
温空気の雰囲気下で行った。
An electric resistance measuring device is connected to the carbon fiber 14 of the test piece 10 in the same manner as the device shown in FIG. 2, and the bending test of the test piece 10 is performed in an atmosphere of high temperature air of 1500 ° C. I went there.

【0103】そして、この場合に生じる表面層12側で
の引張り応力に対応する、炭素繊維14の電気抵抗の変
化を調べた。
Then, the change of the electric resistance of the carbon fiber 14 corresponding to the tensile stress on the surface layer 12 side which occurred in this case was examined.

【0104】図10は、この場合における表面層12の
応力・歪の関係(特性線E)と、炭素繊維14の電気抵
抗の変化(特性線F)を示している。これらの特性線
E,Fから、表面層12の破断より充分前の段階で、電
気抵抗が増大していることが認められる。
FIG. 10 shows the relationship between the stress and strain of the surface layer 12 (characteristic line E) and the change in the electrical resistance of the carbon fiber 14 (characteristic line F) in this case. From these characteristic lines E and F, it is recognized that the electric resistance increases at a stage well before the fracture of the surface layer 12.

【0105】このことは、試験片10の表面層12に僅
かの亀裂が生じただけで、炭素繊維14が高温雰囲気と
接触して酸化し、電気抵抗を大幅に上昇させることを示
しており、従って酸化性雰囲気下で用いるという限定の
もとで、表面層12の亀裂の進展を鋭敏に検出すること
ができることが確認された。
This indicates that even if a slight crack is generated in the surface layer 12 of the test piece 10, the carbon fiber 14 comes into contact with the high temperature atmosphere and is oxidized, thereby significantly increasing the electric resistance. Therefore, it was confirmed that the progress of cracks in the surface layer 12 can be sensitively detected under the limitation that it is used in an oxidizing atmosphere.

【0106】試験例2(図11,12) 本例では図11に示すように、前記同様の試験片10の
表面層12をハンマ15で叩き、これにより衝撃荷重を
与えた場合の炭素繊維14の抵抗変化を調べたものであ
る。なお、本例の場合も1500℃の高温空気の雰囲気
下で試験を行った。
Test Example 2 (FIGS. 11 and 12) In this example, as shown in FIG. 11, the surface layer 12 of the same test piece 10 as described above was hit with a hammer 15 to thereby give a carbon fiber 14 when an impact load was applied. This is the result of examining the resistance change of. In the case of this example as well, the test was performed in an atmosphere of high temperature air of 1500 ° C.

【0107】この場合は図12に示すように、衝撃直後
の時点aで急激に電気抵抗が増大した。このことから、
急激に亀裂が発生した場合にも炭素繊維14の酸化によ
る抵抗変化を検出できることが確認された。
In this case, as shown in FIG. 12, the electrical resistance rapidly increased at time point a immediately after the impact. From this,
It was confirmed that the resistance change due to the oxidation of the carbon fiber 14 can be detected even when the crack is suddenly generated.

【0108】従って、例えばガスタービン翼に飛翔物が
衝突して亀裂が発生した時点、即ち翼全体の破断以前の
早期段階で修復等の処置をとることが可能となり、安全
対策の万全を期するうえでも極めて有効となることが判
った。
Therefore, for example, it becomes possible to take measures such as repair at the time when a flying object collides with the gas turbine blade to cause a crack, that is, at an early stage before the entire blade is broken, and complete safety measures are taken. It turned out to be extremely effective on the above.

【0109】試験例3(図13,14) 本例では図13に示すように、前記同様の試験片10を
1500℃の高温空気の雰囲気下に長時間置き、その場
合の炭素繊維14の電気抵抗の変化を調べた。
Test Example 3 (FIGS. 13 and 14) In this example, as shown in FIG. 13, a test piece 10 similar to that described above was placed in an atmosphere of high temperature air at 1500 ° C. for a long time, and the electricity of the carbon fiber 14 in that case was changed. The change in resistance was investigated.

【0110】この結果、図14に示すように、徐々に電
気抵抗が増加することが認められた。
As a result, as shown in FIG. 14, it was confirmed that the electric resistance gradually increased.

【0111】このことから、酸化物(Al2 3 )中の
酸素の拡散により、炭素繊維が一部酸化されて小径化
し、抵抗が漸増することが判明した。
From this, it was found that the diffusion of oxygen in the oxide (Al 2 O 3 ) partially oxidizes the carbon fiber to reduce its diameter and gradually increase the resistance.

【0112】従って、例えば非常に微弱な酸化進展度を
示すモニターとしても、本発明の検査方法を有効に適用
することができる。
Therefore, the inspection method of the present invention can be effectively applied to, for example, a monitor showing a very weak degree of progress of oxidation.

【0113】試験例14(図15) 本例では、前記実施例2(図5)で示した構成の試験
片、即ち、炭素繊維ではなく酸化バリウム層7を基体6
の表面近傍に配置したものを適用し、前記試験例1と同
様の方法で試験したものである。
Test Example 14 (FIG. 15) In this example, the test piece having the structure shown in Example 2 (FIG. 5), that is, not the carbon fiber but the barium oxide layer 7 was used as the substrate 6.
The test piece was tested by the same method as in Test Example 1 above by applying the test piece placed in the vicinity of the surface.

【0114】流動する1500℃の高温空気(エアフロ
ー)の雰囲気下に試験片を置き、曲げ試験を行うととも
に、エアフローの下流側に酸化バリウムの蒸気圧モニタ
ーを配置して、酸化バリウムガスの検知を行った。
A test piece was placed in an atmosphere of flowing high temperature air (air flow) of 1500 ° C. to perform a bending test, and a vapor pressure monitor of barium oxide was placed downstream of the air flow to detect barium oxide gas. went.

【0115】この結果、図15に特性線E,F(試験例
1と同意)で示すように、曲げ破断の前に、酸化バリウ
ムの蒸気圧が急上昇していることが認められ、試験例1
と同様に、早期の亀裂発見が遠隔のガス検知により行え
ることが判った。このことから、例えばガスタービンの
翼に本試験片の構成を採用し、ガス通路出口に酸化バリ
ウムの蒸気圧モニターを配設しておけば、翼の亀裂発生
が早期に発見できるものとなり、本発明が安全対策に有
用なものとなることが認められる。
As a result, as shown by characteristic lines E and F (same as Test Example 1) in FIG. 15, it was confirmed that the vapor pressure of barium oxide increased sharply before the bending rupture.
Similarly, it was found that early crack detection can be performed by remote gas detection. From this, for example, if the structure of this test piece is adopted for a blade of a gas turbine and a vapor pressure monitor of barium oxide is arranged at the outlet of the gas passage, the occurrence of blade cracks can be detected early. It is recognized that the invention is useful for safety measures.

【0116】試験例5(図16) 本例では、試験例4と同様に酸化バリウムを用いた試験
片について、試験例2と同様の方法で衝撃荷重を与え、
その場合の検知ガス圧の変化を調べたものである。
Test Example 5 (FIG. 16) In this example, an impact load was applied to a test piece using barium oxide as in Test Example 4 by the same method as in Test Example 2,
The change in the detected gas pressure in that case is examined.

【0117】前記試験例4と同様に、本例においても、
衝撃後の早期に酸化バリウムの蒸気圧の上昇がb点で認
められ、この結果、本例の方法も飛翔物の衝突等による
衝撃破壊の未然防止に有効的に適用できることが判っ
た。
In the same manner as in Test Example 4 described above, this example also
A rise in the vapor pressure of barium oxide was observed at point b early after the impact, and as a result, it was found that the method of this example can also be effectively applied to the prevention of impact damage due to collision of flying objects.

【0118】[0118]

【発明の効果】以上で詳述したように、請求項1および
2の発明によれば、酸化や亀裂等の進展をセラミックス
焼結体の内部に設けた繊維その他の検知媒体によって知
ることができるので、ガスタービン等の高温酸化雰囲気
で使用される部品について、運転中においても連続的に
検査が行え、セラミックス焼結体の信頼性を向上するこ
とができる。
As described in detail above, according to the inventions of claims 1 and 2, the progress of oxidation and cracks can be detected by the fibers and other detection media provided inside the ceramic sintered body. Therefore, the parts used in a high temperature oxidizing atmosphere such as a gas turbine can be continuously inspected even during operation, and the reliability of the ceramic sintered body can be improved.

【0119】請求項3および4の発明によれば、170
0℃以上の高温燃焼ガスにも耐えられる高強度耐酸化構
造用部材としてSi3 4 セラミックス、SiCセラミ
ックス、AlNセラミックス基耐熱被覆複合素材等が実
現でき、燃焼器・ガスタービン等の定格温度の上昇によ
る効率向上に活路を見出すことができる。
According to the inventions of claims 3 and 4, 170
Si 3 N 4 ceramics, SiC ceramics, AlN ceramics-based heat resistant coating composite materials, etc. can be realized as high-strength and oxidation-resistant structural members that can withstand high-temperature combustion gas of 0 ° C or higher. We can find a way to improve efficiency by climbing.

【0120】また、実装部材に表面亀裂が発生しても、
高温実装運転中に自己修復作用が働くとともに、所定の
スラリー塗布による自己修復促進を図ることも可能とな
り、高温構造用積層セラミックス部材としての工業的価
値を増大させることができる。
Even if a surface crack occurs in the mounting member,
The self-repairing action works during the high-temperature mounting operation, and the self-repairing can be promoted by applying a predetermined slurry, so that the industrial value of the high-temperature structural laminated ceramic member can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1によるセラミックス焼結体の
断面状態について、顕微鏡写真で撮影した像を模式的に
示した図。
FIG. 1 is a view schematically showing an image of a cross section of a ceramics sintered body according to Example 1 of the present invention, which is taken by a micrograph.

【図2】本発明の実施例1によるセラミックス焼結体
を、電気抵抗測定の配線を施して実用化した回転体の断
面を模式的に示した図。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of a rotating body in which a ceramic sintered body according to Example 1 of the present invention is put into practical use by providing wiring for electric resistance measurement.

【図3】本発明の実施例1によるセラミックス焼結体
を、1500℃において、酸化試験を行ったとき得られ
た時間−電気抵抗曲線。
FIG. 3 is a time-electrical resistance curve obtained when an oxidation test was performed on the ceramic sintered body according to Example 1 of the present invention at 1500 ° C.

【図4】本発明の実施例1によるセラミックス焼結体を
用いて、JISに基づく3点曲げ試験を行ったとき得ら
れた荷重−電気抵抗曲線。
FIG. 4 is a load-electrical resistance curve obtained when a three-point bending test based on JIS is performed using the ceramics sintered body according to Example 1 of the present invention.

【図5】本発明の実施例2によるセラミックス焼結体の
断面状態について、顕微鏡写真で撮影した像を模式的に
示した図。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an image of a cross section of a ceramics sintered body according to Example 2 of the present invention, which is taken by a micrograph.

【図6】本発明の実施例2によるセラミックス焼結体を
用いて、JISに基づく3点曲げ試験を行ったとき得ら
れた荷重−蒸気圧曲線。
FIG. 6 is a load-vapor pressure curve obtained when a three-point bending test based on JIS is performed using the ceramics sintered body according to Example 2 of the present invention.

【図7】比較例3によるセラミックス焼結体の断面状態
について、顕微鏡写真で撮影した像を模式的に示した
図。
FIG. 7 is a diagram schematically showing an image of a cross section of a ceramic sintered body according to Comparative Example 3, taken by a micrograph.

【図8】比較例3によるセラミックス焼結体を用いて、
JISに基づく3点曲げ試験を行ったとき得られた荷重
−電流値曲線。
[FIG. 8] Using a ceramic sintered body according to Comparative Example 3,
The load-current value curve obtained when performing the 3-point bending test based on JIS.

【図9】本発明の試験例1を示す試験片の拡大断面図。FIG. 9 is an enlarged sectional view of a test piece showing Test Example 1 of the present invention.

【図10】本発明の試験例1による試験結果を示す特性
図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing test results according to Test Example 1 of the present invention.

【図11】本発明の試験例2を示す試験状態の模式図。FIG. 11 is a schematic diagram of a test state showing Test Example 2 of the present invention.

【図12】本発明の試験例2による試験結果を示す特性
図。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing test results according to Test Example 2 of the present invention.

【図13】本発明の試験例3を示す試験片の拡大断面
図。
FIG. 13 is an enlarged sectional view of a test piece showing Test Example 3 of the present invention.

【図14】本発明の試験例3による試験結果を示す特性
図。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing test results according to Test Example 3 of the present invention.

【図15】本発明の試験例4による試験結果を示す特性
図。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing test results according to Test Example 4 of the present invention.

【図16】本発明の試験例5による試験結果を示す特性
図。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing test results according to Test Example 5 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 基体(窒化ケイ素セラミックス) 3 炭素繊維 4 電気抵抗測定装置 5 配線 6 基体(窒化ケイ素セラミックス) 7 酸化バリウム層 8 基体(窒化ケイ素セラミックス) 9 酸化イットリウム層 10 試験片 11 基体 12 表面層 13 中間層 14 炭素繊維 15 ハンマ 2 Substrate (Silicon Nitride Ceramics) 3 Carbon Fiber 4 Electrical Resistance Measuring Device 5 Wiring 6 Substrate (Silicon Nitride Ceramics) 7 Barium Oxide Layer 8 Substrate (Silicon Nitride Ceramics) 9 Yttrium Oxide Layer 10 Test Piece 11 Substrate 12 Surface Layer 13 Intermediate Layer 14 carbon fiber 15 hammer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 21/78 C 27/04 Z (72)発明者 加藤 雅礼 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─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location G01N 21/78 C 27/04 Z (72) Inventor Masanori Kato Komukai, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Toshiba Town No. 1 Inside Toshiba Research and Development Center

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非酸化物セラミックスを主体とするセラ
ミックス焼結体、または非酸化物セラミックスを主体と
する基体の表面に酸化物セラミックスを主体とする表面
層を形成してなる層状構造のセラミックス焼結体であっ
て、表面近傍に、酸化または破損に感応して化学的また
は物理的な変化を起こす検知媒体を内在させてなること
を特徴とするセラミックス焼結体。
1. A ceramic sintered body mainly composed of non-oxide ceramics, or a ceramic structure having a layered structure in which a surface layer mainly composed of oxide ceramics is formed on the surface of a base body mainly composed of non-oxide ceramics. A ceramic sintered body, which is a bonded body, in which a sensing medium which causes a chemical or physical change in response to oxidation or damage is internally provided near the surface.
【請求項2】 請求項1記載のセラミックス焼結体を酸
化性雰囲気内で使用しながら、前記セラミックス焼結体
の検知媒体の化学的または物理的な変化を電気的、気体
分析的または光学的に測定して、前記セラミックス焼結
体の酸化または破損を前記セラミックス焼結体の外部に
おいて検査することを特徴とするセラミックス焼結体の
検査方法。
2. The ceramic sintered body according to claim 1 is used in an oxidizing atmosphere, and chemical or physical changes in a detection medium of the ceramic sintered body are detected by electrical, gas analytical or optical changes. The method for inspecting a ceramics sintered body according to claim 1, wherein the oxidation or damage of the ceramics sintered body is inspected outside the ceramics sintered body.
【請求項3】 非酸化物セラミックスを主体とする基体
の表面に、酸化物セラミックスを主体とする表面層を、
中間層を介して形成してなる層状構造のセラミックス焼
結体であって、前記中間層を、酸化性雰囲気内で酸化し
て表面層を構成する酸化物もしくはそれに類似した酸化
物を主体とする生成物を生じる材料によって構成したこ
とを特徴とするセラミックス焼結体。
3. A surface layer mainly composed of oxide ceramics is formed on the surface of a base body mainly composed of non-oxide ceramics.
A ceramics sintered body having a layered structure formed through an intermediate layer, wherein the intermediate layer is mainly composed of an oxide or a similar oxide that constitutes a surface layer by oxidizing the intermediate layer in an oxidizing atmosphere. A ceramics sintered body characterized by being formed of a material that produces a product.
【請求項4】 SiCセラミックス基材またはAlNセ
ラミックス基材の表面をAlN−SiC固溶体層(Si
C:AlN=1:2〜1:6)で被覆し、その上を更に
ムライト(3Al2 3 ・2SiO2 〜3Al2 3
SiO2 )とアルミナ(Al2 3 )との酸化物複合層
で被覆したことを特徴とするセラミックス焼結体。
4. An AlN-SiC solid solution layer (Si) is formed on the surface of the SiC ceramics base material or the AlN ceramics base material.
C: AlN = 1: 2 to 1: 6) and further mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 to 3Al 2 O 3. )
A ceramics sintered body characterized by being coated with an oxide composite layer of SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ).
JP6207496A 1994-08-31 1994-08-31 Ceramic sintered compact and method for inspecting the same Pending JPH0873259A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6207496A JPH0873259A (en) 1994-08-31 1994-08-31 Ceramic sintered compact and method for inspecting the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6207496A JPH0873259A (en) 1994-08-31 1994-08-31 Ceramic sintered compact and method for inspecting the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0873259A true JPH0873259A (en) 1996-03-19

Family

ID=16540684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6207496A Pending JPH0873259A (en) 1994-08-31 1994-08-31 Ceramic sintered compact and method for inspecting the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0873259A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015032523A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 コバレントマテリアル株式会社 Silicon carbide heating element and method of manufacturing the same
WO2016140125A1 (en) * 2015-03-02 2016-09-09 株式会社Ihi Environment-resistant coating

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015032523A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 コバレントマテリアル株式会社 Silicon carbide heating element and method of manufacturing the same
WO2016140125A1 (en) * 2015-03-02 2016-09-09 株式会社Ihi Environment-resistant coating
JPWO2016140125A1 (en) * 2015-03-02 2017-06-29 株式会社Ihi Environmental resistant coating
US10011724B2 (en) 2015-03-02 2018-07-03 Ihi Corporation Environmental barrier coating

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Colombo et al. Joining of reaction-bonded silicon carbide using a preceramic polymer
US7943241B2 (en) Composite ceramic body
Krstic et al. Silicon nitride: the engineering material of the future
Mallik et al. Oxidation behavior of hot pressed ZrB2–SiC and HfB2–SiC composites
Vargas‐Gonzalez et al. Flexural strength, fracture toughness, and hardness of silicon carbide and boron carbide armor ceramics
Choi et al. Crack healing behavior of hot pressed silicon nitride due to oxidation
Farahmand et al. The fabrication of Al2O3–Al FGM by SPS under different sintering temperatures: microstructural evaluation and bending behavior
JP2008239432A (en) Graphite-silicon carbide composite and its manufacturing method
Zhou et al. Fracture resistance behavior of high‐thermal‐conductivity silicon nitride ceramics
Zhang et al. Preparation and oxidation of bauxite-based β-Sialon-bonded SiC composite
JPH0873259A (en) Ceramic sintered compact and method for inspecting the same
Jiang et al. Formation of an α‐SiAlON Layer on ß‐SiAlON and Its Effect on Mechanical Properties
Sciti et al. Microstructure and properties of Si, N-MoSi, composites
Blugan et al. Oxidation and corrosion of silicon nitride ceramics with different sintering additives at 1200 and 1500° C in air, water vapour, SO2 and HCl environments–A comparative study
Riu et al. Oxidation behaviour and strength of B 4 C-30 wt% SiC composite materials
Trice et al. Mode I Fracture Toughness of a Small‐Grained Silicon Nitride: Orientation, Temperature, and Crack Length Effects
Young et al. Interfacial failure in ceramic fibre/glass composites
EP2832709B1 (en) Process for producing inorganic-fiber-bonded ceramic material
Bľanda et al. Hardness and indentation fracture toughness of alumina-silicon carbide nanocomposites
Dutta et al. Characterization and properties of controlled nucleation thermochemical deposition (CNTD)-silicon carbide
Qingwei et al. The high temperature oxidation behavior of reaction-bonded silicon carbide
Karlsdottir et al. Role of rare‐earth oxide additives on mechanical properties and oxidation behavior of Si3N4/BN fibrous monolith ceramics
Dusza et al. Dynamic fatigue and fracture toughness of Si3N4+ SiC nanocomposite at 1350° C
JP3255354B2 (en) Ceramic structure
Akin et al. Oxidation behavior of zirconium diboride-silicon carbide composites

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090530

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 7

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100530

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100530

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110530

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120530

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 10

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130530

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 10

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130530

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130530

Year of fee payment: 10

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250