JPH10291853A - 自己修復型高温用部材及びその製造方法 - Google Patents
自己修復型高温用部材及びその製造方法Info
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- JPH10291853A JPH10291853A JP9100228A JP10022897A JPH10291853A JP H10291853 A JPH10291853 A JP H10291853A JP 9100228 A JP9100228 A JP 9100228A JP 10022897 A JP10022897 A JP 10022897A JP H10291853 A JPH10291853 A JP H10291853A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基材表面に形成した酸化層や耐酸化コーティ
ング層に割れを生じ、基材を露出させたときでも、Ａｌ
系酸化物にて割れを修復する自己修復機能を備え、機械
強度と耐酸化性との両立を図る。 【解決手段】 少なくともセラミックス又はカーボンを
主成分に含有し、且つＡｌ又はＡｌ化合物を含有する基
材（３）を備えた自己修復型高温用部材であって、基材
は、高温酸化雰囲気にて使用されるとき、高温酸化雰囲
気との反応によりＡｌ系酸化物層（１０）を表面に形成
し、Ａｌ系酸化物層に割れ（１１）を生じたとき、高温
酸化雰囲気との反応によりＡｌ系酸化物（１２）を割れ
による露出部に形成して割れを修復する自己修復機能を
有する自己修復型高温用部材及びその製造方法。
ング層に割れを生じ、基材を露出させたときでも、Ａｌ
系酸化物にて割れを修復する自己修復機能を備え、機械
強度と耐酸化性との両立を図る。 【解決手段】 少なくともセラミックス又はカーボンを
主成分に含有し、且つＡｌ又はＡｌ化合物を含有する基
材（３）を備えた自己修復型高温用部材であって、基材
は、高温酸化雰囲気にて使用されるとき、高温酸化雰囲
気との反応によりＡｌ系酸化物層（１０）を表面に形成
し、Ａｌ系酸化物層に割れ（１１）を生じたとき、高温
酸化雰囲気との反応によりＡｌ系酸化物（１２）を割れ
による露出部に形成して割れを修復する自己修復機能を
有する自己修復型高温用部材及びその製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、ジ
ェットエンジンなど、高温酸化雰囲気中で使用される自
己修復型高温用部材およびその製造方法に関する。
ェットエンジンなど、高温酸化雰囲気中で使用される自
己修復型高温用部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガスタービンやジェットエンジン
などの原動機においては、熱効率の向上を図るための開
発研究が精力的に継続されている。熱効率の向上のため
の最も有効な技術の一つは、燃焼ガスの温度を高温化さ
せることである。
などの原動機においては、熱効率の向上を図るための開
発研究が精力的に継続されている。熱効率の向上のため
の最も有効な技術の一つは、燃焼ガスの温度を高温化さ
せることである。
【０００３】よって、高温の燃焼ガスに直接接する、動
翼、静翼、燃焼器及びシュラウド等の高温用部材の基材
は、より過酷な高温環境での使用にも耐え得るような改
良が要請される。
翼、静翼、燃焼器及びシュラウド等の高温用部材の基材
は、より過酷な高温環境での使用にも耐え得るような改
良が要請される。
【０００４】ところが、金属、カーボン（黒鉛、カーボ
ン／カーボン繊維複合体を含む）、非酸化物セラミック
を高温の酸化雰囲気で使用すると、その酸化雰囲気に晒
された表面が酸化される問題がある。
ン／カーボン繊維複合体を含む）、非酸化物セラミック
を高温の酸化雰囲気で使用すると、その酸化雰囲気に晒
された表面が酸化される問題がある。
【０００５】一方、酸化物セラミックは、この酸化を低
減可能であると同時に、耐熱性に優れ、かつ化学的にも
安定である利点をもつが、じん性に劣る問題があるた
め、信頼性に欠ける問題がある。
減可能であると同時に、耐熱性に優れ、かつ化学的にも
安定である利点をもつが、じん性に劣る問題があるた
め、信頼性に欠ける問題がある。
【０００６】このような問題の解決する観点から、次の
（Ａ），（Ｂ）の点から改良が試みられている。 （Ａ）合金化による耐酸化性を向上させる試みである。 （Ｂ）機械強度やじん性に優れた金属、セラミック、カ
ーボンを基材として用い、その表面に耐酸化性に優れた
材料をコーティングし、機能を分離することで機械特性
と耐環境性を両立させる試みである。なお、金属表面に
セラミックをコーティングした例は、特願平４−２１４
４２２号公報などに開示されている。窒化珪素セラミッ
ク表面に酸化物セラミックをコーティングした例は、特
公平５−８１５２号公報などに開示されている。また、
カーボンにセラミックをコーティングした例は、特開昭
５８−１２５６７号公報などに開示されている。
（Ａ），（Ｂ）の点から改良が試みられている。 （Ａ）合金化による耐酸化性を向上させる試みである。 （Ｂ）機械強度やじん性に優れた金属、セラミック、カ
ーボンを基材として用い、その表面に耐酸化性に優れた
材料をコーティングし、機能を分離することで機械特性
と耐環境性を両立させる試みである。なお、金属表面に
セラミックをコーティングした例は、特願平４−２１４
４２２号公報などに開示されている。窒化珪素セラミッ
ク表面に酸化物セラミックをコーティングした例は、特
公平５−８１５２号公報などに開示されている。また、
カーボンにセラミックをコーティングした例は、特開昭
５８−１２５６７号公報などに開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上のよ
うな基材からなる高温用部材では、ガスタービンやジェ
ットエンジン等の如き高温の酸化雰囲気で使用されると
き、次の（Ａｐ），（Ｂｐ）に述べるように、機械強度
と耐酸化性とが不十分である問題がある。 （Ａｐ）合金化による方法は、耐酸化性を向上させるも
のの、当然、同時に機械強度を低下させる欠点をもつ。
また、セラミックは化学的に安定なものが多いため、多
くの合金元素の使用が制限されるという欠点もある。ま
とめると、合金化による方法は、機械強度と耐酸化性の
両立が困難である問題がある。 （Ｂｐ）一方、基材表面に耐酸化性材料をコーティング
する方法では、耐酸化性のセラミックコーティング層が
一般的には脆いため、急激な温度変化に伴う熱衝撃や基
材との熱膨張差による熱応力などにより、容易に割れを
生じる問題がある。
うな基材からなる高温用部材では、ガスタービンやジェ
ットエンジン等の如き高温の酸化雰囲気で使用されると
き、次の（Ａｐ），（Ｂｐ）に述べるように、機械強度
と耐酸化性とが不十分である問題がある。 （Ａｐ）合金化による方法は、耐酸化性を向上させるも
のの、当然、同時に機械強度を低下させる欠点をもつ。
また、セラミックは化学的に安定なものが多いため、多
くの合金元素の使用が制限されるという欠点もある。ま
とめると、合金化による方法は、機械強度と耐酸化性の
両立が困難である問題がある。 （Ｂｐ）一方、基材表面に耐酸化性材料をコーティング
する方法では、耐酸化性のセラミックコーティング層が
一般的には脆いため、急激な温度変化に伴う熱衝撃や基
材との熱膨張差による熱応力などにより、容易に割れを
生じる問題がある。
【０００８】正確には、この割れにより、金属、非酸化
物セラミック、カーボン基材を露出させて高温の酸化雰
囲気に晒し、基材に著しく酸化を進行させ、基材の強度
低下を招く問題がある。また、係る問題は、使用に支障
をきたすトラブルを発生させる可能性がある。
物セラミック、カーボン基材を露出させて高温の酸化雰
囲気に晒し、基材に著しく酸化を進行させ、基材の強度
低下を招く問題がある。また、係る問題は、使用に支障
をきたすトラブルを発生させる可能性がある。
【０００９】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、基材表面に形成した酸化層や耐酸化コーティング層
に割れを生じ、基材を露出させたときでも、Ａｌ系酸化
物にて割れを修復する自己修復機能を備え、機械強度と
耐酸化性を両立し得る自己修復型高温用部材及びその製
造方法を提供することを目的とする。
で、基材表面に形成した酸化層や耐酸化コーティング層
に割れを生じ、基材を露出させたときでも、Ａｌ系酸化
物にて割れを修復する自己修復機能を備え、機械強度と
耐酸化性を両立し得る自己修復型高温用部材及びその製
造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、少なくともセラミックス又はカーボンを主成分に含
有し、且つＡｌ又はＡｌ化合物を含有する基材を備えた
自己修復型高温用部材であって、前記基材としては、高
温酸化雰囲気にて使用されるとき、前記高温酸化雰囲気
との反応によりＡｌ系酸化物層を表面に形成し、前記Ａ
ｌ系酸化物層に割れを生じたとき、高温酸化雰囲気との
反応によりＡｌ系酸化物を前記割れによる露出部に形成
して前記割れを修復する自己修復機能を有する自己修復
型高温用部材である。
は、少なくともセラミックス又はカーボンを主成分に含
有し、且つＡｌ又はＡｌ化合物を含有する基材を備えた
自己修復型高温用部材であって、前記基材としては、高
温酸化雰囲気にて使用されるとき、前記高温酸化雰囲気
との反応によりＡｌ系酸化物層を表面に形成し、前記Ａ
ｌ系酸化物層に割れを生じたとき、高温酸化雰囲気との
反応によりＡｌ系酸化物を前記割れによる露出部に形成
して前記割れを修復する自己修復機能を有する自己修復
型高温用部材である。
【００１１】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する自己修復型高温用部材において、前記基材
としては、少なくともセラミックス又はカーボンを主成
分に含有する複数の繊維からなる繊維部材と、前記繊維
部材中に保持され、少なくともセラミックス又はカーボ
ンを主成分に含有し、且つＡｌ又はＡｌ化合物を含有す
るマトリクス部材とを備えた自己修復型高温用部材であ
る。
１に対応する自己修復型高温用部材において、前記基材
としては、少なくともセラミックス又はカーボンを主成
分に含有する複数の繊維からなる繊維部材と、前記繊維
部材中に保持され、少なくともセラミックス又はカーボ
ンを主成分に含有し、且つＡｌ又はＡｌ化合物を含有す
るマトリクス部材とを備えた自己修復型高温用部材であ
る。
【００１２】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１又は請求項２に対応する自己修復型高温用部材にお
いて、前記基材の表面に予め形成された耐酸化性コーテ
ィング層を備えた自己修復型高温用部材である。
項１又は請求項２に対応する自己修復型高温用部材にお
いて、前記基材の表面に予め形成された耐酸化性コーテ
ィング層を備えた自己修復型高温用部材である。
【００１３】また、請求項４に対応する発明は、請求項
１乃至請求項３のいずれかに対応する自己修復型高温用
部材において、前記基材としては、内部のＡｌの含有率
よりも表面のＡｌの含有率の方が高いことにより、前記
内部にて高い高温強度を維持し、前記表面にて高い耐酸
化性を備えた自己修復型高温用部材である。
１乃至請求項３のいずれかに対応する自己修復型高温用
部材において、前記基材としては、内部のＡｌの含有率
よりも表面のＡｌの含有率の方が高いことにより、前記
内部にて高い高温強度を維持し、前記表面にて高い耐酸
化性を備えた自己修復型高温用部材である。
【００１４】さらに、請求項５に対応する発明は、請求
項２又は請求項３に対応する自己修復型高温用部材にお
いて、前記繊維部材及び前記マトリクス部材としては、
両者ともＳｉＣを主成分とする自己修復型高温用部材で
ある。
項２又は請求項３に対応する自己修復型高温用部材にお
いて、前記繊維部材及び前記マトリクス部材としては、
両者ともＳｉＣを主成分とする自己修復型高温用部材で
ある。
【００１５】また、請求項６に対応する発明は、請求項
３に対応する自己修復型高温用部材において、前記耐酸
化性コーティング層としては、Ａｌ2 Ｏ3 、ＢｅＯ、Ｃ
ｅＯ、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｔ
ｈＯ2 、ＵＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＺｒＯ2 よりなる群か
ら選ばれた１種類以上の酸化物から形成され、２０００
℃以上の融点を有する自己修復型高温用部材である。
３に対応する自己修復型高温用部材において、前記耐酸
化性コーティング層としては、Ａｌ2 Ｏ3 、ＢｅＯ、Ｃ
ｅＯ、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｔ
ｈＯ2 、ＵＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＺｒＯ2 よりなる群か
ら選ばれた１種類以上の酸化物から形成され、２０００
℃以上の融点を有する自己修復型高温用部材である。
【００１６】さらに、請求項７に対応する発明は、少な
くともセラミックス又はカーボンを主成分に含有する複
数の繊維を編み込んで繊維部材を形成する繊維部材形成
工程と、前記繊維部材に、少なくともセラミックス又は
カーボンを主成分に含有するスラリーを含浸させる含浸
工程と、前記スラリーの含浸された繊維部材にＡｌを固
溶又はＡｌ化合物を分散させ、これらスラリーとＡｌと
を繊維部材ごと焼結してこの繊維部材中にマトリクス部
材を形成するマトリクス部材形成工程とを含んでいる自
己修復型高温用部材の製造方法である。
くともセラミックス又はカーボンを主成分に含有する複
数の繊維を編み込んで繊維部材を形成する繊維部材形成
工程と、前記繊維部材に、少なくともセラミックス又は
カーボンを主成分に含有するスラリーを含浸させる含浸
工程と、前記スラリーの含浸された繊維部材にＡｌを固
溶又はＡｌ化合物を分散させ、これらスラリーとＡｌと
を繊維部材ごと焼結してこの繊維部材中にマトリクス部
材を形成するマトリクス部材形成工程とを含んでいる自
己修復型高温用部材の製造方法である。
【００１７】また、請求項８に対応する発明は、請求項
７に対応する自己修復型高温用部材の製造方法におい
て、前記繊維部材及び前記マトリクス部材としては、両
者ともＳｉＣを主成分とする自己修復型高温用部材の製
造方法である。
７に対応する自己修復型高温用部材の製造方法におい
て、前記繊維部材及び前記マトリクス部材としては、両
者ともＳｉＣを主成分とする自己修復型高温用部材の製
造方法である。
【００１８】さらに、請求項９に対応する発明は、請求
項７又は請求項８に対応する自己修復型高温用部材の製
造方法において、前記マトリクス部材の形成後、機械加
工により、前記繊維部材及び前記マトリクス部材からな
る基材を所定の寸法に成形する成形工程と、前記成形さ
れた基材の表面に、ＣＶＤ法により、耐酸化性コーティ
ング層を形成するコーティング層形成工程とを含んでい
る自己修復型高温用部材の製造方法である。
項７又は請求項８に対応する自己修復型高温用部材の製
造方法において、前記マトリクス部材の形成後、機械加
工により、前記繊維部材及び前記マトリクス部材からな
る基材を所定の寸法に成形する成形工程と、前記成形さ
れた基材の表面に、ＣＶＤ法により、耐酸化性コーティ
ング層を形成するコーティング層形成工程とを含んでい
る自己修復型高温用部材の製造方法である。
【００１９】また、請求項１０に対応する発明は、請求
項９に対応する自己修復型高温用部材の製造方法におい
て、前記ＣＶＤ法としては、Ａｌ塩化物を原料ガスに用
いており、前記耐酸化性コーティング層としては、Ａｌ
2 Ｏ3 である自己修復型高温用部材の製造方法である。 （用語）ここで、以上のような本発明の技術内容につい
て補足的に説明する。
項９に対応する自己修復型高温用部材の製造方法におい
て、前記ＣＶＤ法としては、Ａｌ塩化物を原料ガスに用
いており、前記耐酸化性コーティング層としては、Ａｌ
2 Ｏ3 である自己修復型高温用部材の製造方法である。 （用語）ここで、以上のような本発明の技術内容につい
て補足的に説明する。
【００２０】基材は、セラミックス単独又はカーボン単
独あるいはその両者の合計を０．１〜９９．９重量％の
範囲内で含有するものである。なお、他の副成分として
は、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂなどの高融点金属、ＮｉＡ
ｌ，ＮｂＡｌ，ＭｏＳｉ，ＴｉＡｌなどの金属間化合物
などの融点が１２００℃以上の金属系材料等が適宜使用
可能となっている。
独あるいはその両者の合計を０．１〜９９．９重量％の
範囲内で含有するものである。なお、他の副成分として
は、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂなどの高融点金属、ＮｉＡ
ｌ，ＮｂＡｌ，ＭｏＳｉ，ＴｉＡｌなどの金属間化合物
などの融点が１２００℃以上の金属系材料等が適宜使用
可能となっている。
【００２１】ここで、セラミックスとしては、例えばＳ
ｉＣに代表される炭化物系セラミック、Ｓｉ3 Ｎ4 に代
表される窒化物系セラミック、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＭｇＯ，Ｓ
ｉＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 などの酸化物系セラミック
等が適用可能となっており、繊維部材及びマトリクス部
材でも同様である。
ｉＣに代表される炭化物系セラミック、Ｓｉ3 Ｎ4 に代
表される窒化物系セラミック、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＭｇＯ，Ｓ
ｉＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 などの酸化物系セラミック
等が適用可能となっており、繊維部材及びマトリクス部
材でも同様である。
【００２２】Ａｌ化合物としては、例えばＴｉＡｌ，Ｎ
ｉＡｌなどの金属間化合物、ＡｌＣなどの炭化物系セラ
ミック、ＡｌＮなどの窒化物系セラミック等が適用可能
となっている。
ｉＡｌなどの金属間化合物、ＡｌＣなどの炭化物系セラ
ミック、ＡｌＮなどの窒化物系セラミック等が適用可能
となっている。
【００２３】また、基材中のＡｌの含有率は、０．１〜
３０重量％の範囲内にあり、自己修復機能を迅速に発現
させる観点から１０〜３０重量％の範囲内にあることが
好ましい。なお、基材は、内部でのＡｌの含有率が０．
１〜３０重量％の範囲内にあり、表面でのＡｌの含有率
が１０〜３０重量％の範囲内にあることが、内部にて高
い高温強度を維持し、前記表面にて高い耐酸化性を備え
る観点から好ましい。
３０重量％の範囲内にあり、自己修復機能を迅速に発現
させる観点から１０〜３０重量％の範囲内にあることが
好ましい。なお、基材は、内部でのＡｌの含有率が０．
１〜３０重量％の範囲内にあり、表面でのＡｌの含有率
が１０〜３０重量％の範囲内にあることが、内部にて高
い高温強度を維持し、前記表面にて高い耐酸化性を備え
る観点から好ましい。
【００２４】Ａｌ系酸化物は、例えばＡｌ2 Ｏ3 ，Ａｌ
2 Ｏ3 ・ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ・ＭｇＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ・
ＺｒＯ2 などの複合酸化物系セラミック等がある。繊維
部材は、セラミックス単独又はカーボン単独あるいはそ
の両者の合計を０．１〜９９．９重量％の範囲内で含有
するものである。
2 Ｏ3 ・ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ・ＭｇＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ・
ＺｒＯ2 などの複合酸化物系セラミック等がある。繊維
部材は、セラミックス単独又はカーボン単独あるいはそ
の両者の合計を０．１〜９９．９重量％の範囲内で含有
するものである。
【００２５】マトリクス部材は、セラミックス単独又は
カーボン単独あるいはその両者の合計を０．１〜９９．
９重量％の範囲内で含有するものである。また、マトリ
クス部材のＡｌの含有率は、０．１〜３０重量％の範囲
内にあり、自己修復機能を迅速に発現させる観点から１
０〜３０重量％の範囲内にあることが好ましい。
カーボン単独あるいはその両者の合計を０．１〜９９．
９重量％の範囲内で含有するものである。また、マトリ
クス部材のＡｌの含有率は、０．１〜３０重量％の範囲
内にあり、自己修復機能を迅速に発現させる観点から１
０〜３０重量％の範囲内にあることが好ましい。
【００２６】なお、繊維部材及びマトリクス部材の夫々
のセラミックス等の含有率に対し、各部材の重量を重み
とした重みつき平均を施した値が前述した基材における
セラミックス等の含有率となることは言うまでもない。 （作用）従って、請求項１に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、基材がＡｌ又はＡｌ化合物
を含有するため、高温酸化雰囲気にて、酸化物の生成自
由エネルギーが小さい（酸素と結合し易い）Ａｌが優先
的に酸素と反応し、表面にＡｌ系酸化物が形成される。
このＡｌ系酸化物は、その中の酸素の拡散速度が遅いた
めに、酸化物の生成速度を遅くできる。すなわち、表面
にＡｌ系酸化物を形成させ、酸化速度を低減している。
のセラミックス等の含有率に対し、各部材の重量を重み
とした重みつき平均を施した値が前述した基材における
セラミックス等の含有率となることは言うまでもない。 （作用）従って、請求項１に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、基材がＡｌ又はＡｌ化合物
を含有するため、高温酸化雰囲気にて、酸化物の生成自
由エネルギーが小さい（酸素と結合し易い）Ａｌが優先
的に酸素と反応し、表面にＡｌ系酸化物が形成される。
このＡｌ系酸化物は、その中の酸素の拡散速度が遅いた
めに、酸化物の生成速度を遅くできる。すなわち、表面
にＡｌ系酸化物を形成させ、酸化速度を低減している。
【００２７】さらに、このＡｌ系酸化物に割れが生じ、
基材表面が露出しても、基材中のＡｌが優先的に酸素と
反応し、表面にＡｌ系酸化物が形成される。よって、こ
のＡｌ系酸化物により、割れによる露出部からの急激な
酸化を防止している。
基材表面が露出しても、基材中のＡｌが優先的に酸素と
反応し、表面にＡｌ系酸化物が形成される。よって、こ
のＡｌ系酸化物により、割れによる露出部からの急激な
酸化を防止している。
【００２８】このように、基材表面に形成したＡｌ系酸
化物に割れを生じ、基材を露出させたときでも、Ａｌ系
酸化物を再形成して割れを修復する自己修復機能を備え
ているので、機械強度と耐酸化性を両立させることがで
きる。
化物に割れを生じ、基材を露出させたときでも、Ａｌ系
酸化物を再形成して割れを修復する自己修復機能を備え
ているので、機械強度と耐酸化性を両立させることがで
きる。
【００２９】また、請求項２に対応する発明は、基材と
しては、繊維部材中にマトリクス部材を保持させた構成
のため、請求項１に対応する作用に加え、機械的強度や
じん性の向上を期待することができる。
しては、繊維部材中にマトリクス部材を保持させた構成
のため、請求項１に対応する作用に加え、機械的強度や
じん性の向上を期待することができる。
【００３０】さらに、請求項３に対応する発明は、基材
表面に耐酸化性コーティング層を形成したので、請求項
１又は請求項２に対応する作用に加え、基材への酸素の
侵入を抑制し、酸化速度を低減させることができる。
表面に耐酸化性コーティング層を形成したので、請求項
１又は請求項２に対応する作用に加え、基材への酸素の
侵入を抑制し、酸化速度を低減させることができる。
【００３１】また、この耐酸化性コーティング層に割れ
が生じ、基材が露出した場合にも、前述同様に、基材中
のＡｌが優先的に酸素と反応してＡｌ系酸化物を形成す
るので、割れによる基材露出部からの急激な酸化を防止
することができる。
が生じ、基材が露出した場合にも、前述同様に、基材中
のＡｌが優先的に酸素と反応してＡｌ系酸化物を形成す
るので、割れによる基材露出部からの急激な酸化を防止
することができる。
【００３２】また、請求項４に対応する発明は、請求項
１乃至請求項３のいずれかに対応する作用に加え、基材
としては、内部のＡｌの含有率よりも表面のＡｌの含有
率の方が高いことにより、内部にて高い高温強度を維持
し、表面にて高い耐酸化性を備えた構造であるため、基
材の酸化を抑制することにより、酸化減肉に伴う応力上
昇による破壊を低減させることができる。
１乃至請求項３のいずれかに対応する作用に加え、基材
としては、内部のＡｌの含有率よりも表面のＡｌの含有
率の方が高いことにより、内部にて高い高温強度を維持
し、表面にて高い耐酸化性を備えた構造であるため、基
材の酸化を抑制することにより、酸化減肉に伴う応力上
昇による破壊を低減させることができる。
【００３３】さらに、請求項５に対応する発明は、繊維
部材及びマトリクス部材としては、両者ともＳｉＣを主
成分とするので、請求項２又は請求項３に対応する作用
を容易かつ確実に奏することができる。
部材及びマトリクス部材としては、両者ともＳｉＣを主
成分とするので、請求項２又は請求項３に対応する作用
を容易かつ確実に奏することができる。
【００３４】また、請求項６に対応する発明は、耐酸化
性コーティング層としては、Ａｌ2Ｏ3 、ＢｅＯ、Ｃｅ
Ｏ、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｔｈ
Ｏ2、ＵＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＺｒＯ2 よりなる群から
選ばれた１種類以上の酸化物から形成され、２０００℃
以上の融点を有するので、請求項３に対応する作用を容
易かつ確実に奏することができる。
性コーティング層としては、Ａｌ2Ｏ3 、ＢｅＯ、Ｃｅ
Ｏ、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｔｈ
Ｏ2、ＵＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＺｒＯ2 よりなる群から
選ばれた１種類以上の酸化物から形成され、２０００℃
以上の融点を有するので、請求項３に対応する作用を容
易かつ確実に奏することができる。
【００３５】さらに、請求項７に対応する発明は、請求
項２と同様に機械的強度やじん性の向上を期待し得る繊
維部材やマトリクス部材からなる自己修復型高温用部材
を容易かつ確実に製造することができる。
項２と同様に機械的強度やじん性の向上を期待し得る繊
維部材やマトリクス部材からなる自己修復型高温用部材
を容易かつ確実に製造することができる。
【００３６】また、請求項８に対応する発明は、繊維部
材及びマトリクス部材としては両者ともＳｉＣを主成分
とするので、請求項７の基材の作用を容易かつ確実に奏
することができる。
材及びマトリクス部材としては両者ともＳｉＣを主成分
とするので、請求項７の基材の作用を容易かつ確実に奏
することができる。
【００３７】さらに、請求項９に対応する発明は、請求
項７又は請求項８に対応する作用に加え、基材表面に耐
酸化性コーティング層を形成するので、請求項３に対応
する作用と同様に、基材への酸素の侵入を抑制し、酸化
速度を低減できる自己修復型高温用部材を製造すること
ができる。
項７又は請求項８に対応する作用に加え、基材表面に耐
酸化性コーティング層を形成するので、請求項３に対応
する作用と同様に、基材への酸素の侵入を抑制し、酸化
速度を低減できる自己修復型高温用部材を製造すること
ができる。
【００３８】また、請求項１０に対応する発明は、基材
表面の耐酸化性コーティング層をＡｌ2 Ｏ3 としたの
で、請求項９に対応する作用を容易かつ確実に奏するこ
とができる。
表面の耐酸化性コーティング層をＡｌ2 Ｏ3 としたの
で、請求項９に対応する作用を容易かつ確実に奏するこ
とができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
に係る自己修復型高温用部材の構成を模式的に示す模式
図である。この自己修復型高温用部材は、ＳｉＣ系繊維
１と、ＳｉＣ系繊維１中に保持されたＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ
系マトリクス２とからなるＳｉＣ繊維強化複合材料３で
ある。
いて図面を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
に係る自己修復型高温用部材の構成を模式的に示す模式
図である。この自己修復型高温用部材は、ＳｉＣ系繊維
１と、ＳｉＣ系繊維１中に保持されたＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ
系マトリクス２とからなるＳｉＣ繊維強化複合材料３で
ある。
【００４０】ＳｉＣ系繊維１は、セラミックス及びカー
ボンを主成分に含有するものであり、予め平織りされた
複数のＳｉＣ系平織りクロスが互いに重ねられ、各Ｓｉ
Ｃ系平織りクロスがＳｉＣ系長繊維で編込まれて形成さ
れている。
ボンを主成分に含有するものであり、予め平織りされた
複数のＳｉＣ系平織りクロスが互いに重ねられ、各Ｓｉ
Ｃ系平織りクロスがＳｉＣ系長繊維で編込まれて形成さ
れている。
【００４１】ＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリックス２は、Ｓ
ｉＣ系繊維１中に保持され、セラミックス及びカーボン
を主成分に含有し、かつＡｌを含有する焼結体である。
なお、ＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリックス２は、内部のＡ
ｌの含有率よりも表面のＡｌの含有率の方が高い構造
が、内部にて高い高温強度を維持し、表面にて後述する
高い耐酸化性を備える観点から好ましい。
ｉＣ系繊維１中に保持され、セラミックス及びカーボン
を主成分に含有し、かつＡｌを含有する焼結体である。
なお、ＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリックス２は、内部のＡ
ｌの含有率よりも表面のＡｌの含有率の方が高い構造
が、内部にて高い高温強度を維持し、表面にて後述する
高い耐酸化性を備える観点から好ましい。
【００４２】ＳｉＣ系繊維強化複合化材料３は、これら
ＳｉＣ系繊維１とＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリックス２が
一体形成されたものである。次に、以上のように構成さ
れた自己修復型高温用部材の製造方法及び作用等を説明
する。 （製造方法）図２に示すように、始めに、ＳｉＣ系平織
りクロス４をＳｉＣ系長繊維５で編込むことにより、所
望の形状のＳｉＣ系繊維１（以下プリフォーム６ともい
う）を形成する（ＳＴ１；プリフォーム工程）。
ＳｉＣ系繊維１とＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリックス２が
一体形成されたものである。次に、以上のように構成さ
れた自己修復型高温用部材の製造方法及び作用等を説明
する。 （製造方法）図２に示すように、始めに、ＳｉＣ系平織
りクロス４をＳｉＣ系長繊維５で編込むことにより、所
望の形状のＳｉＣ系繊維１（以下プリフォーム６ともい
う）を形成する（ＳＴ１；プリフォーム工程）。
【００４３】次は、そのＳｉＣ系繊維１でできたプリフ
ォーム６の隙間を、水、又は有機溶媒中にＳｉＣとＣの
微粉末を混合したＳｉＣ−Ｃ系スラリー７で埋める（Ｓ
Ｔ２；含浸工程）。
ォーム６の隙間を、水、又は有機溶媒中にＳｉＣとＣの
微粉末を混合したＳｉＣ−Ｃ系スラリー７で埋める（Ｓ
Ｔ２；含浸工程）。
【００４４】このとき、ガス、または水を圧力媒体とし
たＣＩＰ（冷間等方性加圧）８法を用い、圧力を１９６
ＭＰａ程度とすれば、プリフォーム７内部の隙間にまで
ＳｉＣ−Ｃ系スラリー７を含浸させることができる。
たＣＩＰ（冷間等方性加圧）８法を用い、圧力を１９６
ＭＰａ程度とすれば、プリフォーム７内部の隙間にまで
ＳｉＣ−Ｃ系スラリー７を含浸させることができる。
【００４５】次は、このＳｉＣ−Ｃ系スラリー７を含浸
させたプリフォーム６に、溶融したＳｉ−Ａｌ溶液９を
充填させながら全体を焼結してＳｉ−ＡｌーＣ系マトリ
クス２を形成させる（ＳＴ３；反応焼結工程）。
させたプリフォーム６に、溶融したＳｉ−Ａｌ溶液９を
充填させながら全体を焼結してＳｉ−ＡｌーＣ系マトリ
クス２を形成させる（ＳＴ３；反応焼結工程）。
【００４６】これにより、ＳｉＣ系繊維１とＳｉ−Ａｌ
−Ｃ系マトリクス２からなるＳｉＣ繊維強化複合材料３
が完成される。なお、反応焼結工程は、４９ＭＰａ以上
のＡｒなどの不活性ガス加圧雰囲気で行われることが、
高い蒸気圧をもつＡｌの蒸発防止という観点から望まし
い。
−Ｃ系マトリクス２からなるＳｉＣ繊維強化複合材料３
が完成される。なお、反応焼結工程は、４９ＭＰａ以上
のＡｒなどの不活性ガス加圧雰囲気で行われることが、
高い蒸気圧をもつＡｌの蒸発防止という観点から望まし
い。
【００４７】また、完成されたＳｉＣ繊維強化複合材料
３は、動翼、静翼、燃焼機及びシュラウド等の基材に適
用するため、所定の寸法に機械仕上げされる（ＳＴ４；
機械加工工程）。 （作用）ＳｉＣ繊維強化複合材料３は、高温酸化雰囲気
に晒されると、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ−Ａｌー
Ｃ系マトリクス２中のＡｌが酸化物の生成自由エネルギ
ーの小さいことから優先的に酸化されるので、表面にＡ
ｌ2 Ｏ3 等のＡｌ系酸化物１０が形成される。
３は、動翼、静翼、燃焼機及びシュラウド等の基材に適
用するため、所定の寸法に機械仕上げされる（ＳＴ４；
機械加工工程）。 （作用）ＳｉＣ繊維強化複合材料３は、高温酸化雰囲気
に晒されると、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ−Ａｌー
Ｃ系マトリクス２中のＡｌが酸化物の生成自由エネルギ
ーの小さいことから優先的に酸化されるので、表面にＡ
ｌ2 Ｏ3 等のＡｌ系酸化物１０が形成される。
【００４８】このＡｌ系酸化物１０は非常に緻密であ
り、また、その中の酸素の拡散速度が遅いために酸化速
度が小さくできる。但し、Ａｌ系酸化物１０は、ぜい性
であるために、加熱冷却時の熱衝撃やＳｉＣ繊維強化複
合材料３とＡｌ系酸化物１０の線膨張差による熱応力な
どにより割れ１１が生じやすい。
り、また、その中の酸素の拡散速度が遅いために酸化速
度が小さくできる。但し、Ａｌ系酸化物１０は、ぜい性
であるために、加熱冷却時の熱衝撃やＳｉＣ繊維強化複
合材料３とＡｌ系酸化物１０の線膨張差による熱応力な
どにより割れ１１が生じやすい。
【００４９】次に、図３（ｂ）に示すように、このＡｌ
系酸化物１０に割れ１１が生じ、ＳｉＣ繊維強化複合材
料３が露出したとする。このとき、図３（ｃ）に示すよ
うに、Ｓｉ−ＡｌーＣ系マトリクス２中のＡｌと雰囲気
の酸素とが反応してＡｌ2 Ｏ3 のＡｌ系酸化物（修復）
１２を形成し、割れ１１を塞ぐという自己修復作用によ
り、ＳｉＣ繊維強化複合材料３の表面は、再びＡｌ系酸
化物１２で修復される。 （評価）図４は本実施形態におけるＳｉＣ繊維強化複合
材料３の１３００℃、大気圧下での酸化増量を従来材料
に比較して示す図である。なお、従来材料とは、ＳｉＣ
−Ｃ系（Ａｌを含まない）マトリクスである。
系酸化物１０に割れ１１が生じ、ＳｉＣ繊維強化複合材
料３が露出したとする。このとき、図３（ｃ）に示すよ
うに、Ｓｉ−ＡｌーＣ系マトリクス２中のＡｌと雰囲気
の酸素とが反応してＡｌ2 Ｏ3 のＡｌ系酸化物（修復）
１２を形成し、割れ１１を塞ぐという自己修復作用によ
り、ＳｉＣ繊維強化複合材料３の表面は、再びＡｌ系酸
化物１２で修復される。 （評価）図４は本実施形態におけるＳｉＣ繊維強化複合
材料３の１３００℃、大気圧下での酸化増量を従来材料
に比較して示す図である。なお、従来材料とは、ＳｉＣ
−Ｃ系（Ａｌを含まない）マトリクスである。
【００５０】図示するように、本実施形態のＳｉＣ繊維
強化複合材料３では、ＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス２
中にＡｌを含有させ、高温酸化雰囲気での使用時、表面
にＡｌ系酸化物１０を形成させることにより、従来材料
と比べ、酸化増量を著しく低減させることができた。す
なわち、本実施形態に係るＳｉＣ繊維強化複合材料３
は、耐酸化性を著しく向上させることができる。
強化複合材料３では、ＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス２
中にＡｌを含有させ、高温酸化雰囲気での使用時、表面
にＡｌ系酸化物１０を形成させることにより、従来材料
と比べ、酸化増量を著しく低減させることができた。す
なわち、本実施形態に係るＳｉＣ繊維強化複合材料３
は、耐酸化性を著しく向上させることができる。
【００５１】図５は本実施形態におけるＳｉＣ繊維強化
複合材料３の高温酸化雰囲気への暴露時間に対する曲げ
強度の変化を従来材料に比較して示す図である。図示す
るように、本実施形態のＳｉＣ繊維強化複合材料３は、
暴露時間が経過しても曲げ強度がほとんど低下せず、経
時的な強度特性を明らかに向上させることができた。一
方、従来構造は暴露時間と共に曲げ強度を低下させてい
た。
複合材料３の高温酸化雰囲気への暴露時間に対する曲げ
強度の変化を従来材料に比較して示す図である。図示す
るように、本実施形態のＳｉＣ繊維強化複合材料３は、
暴露時間が経過しても曲げ強度がほとんど低下せず、経
時的な強度特性を明らかに向上させることができた。一
方、従来構造は暴露時間と共に曲げ強度を低下させてい
た。
【００５２】上述したように第１の実施の形態によれ
ば、ＳｉＣ繊維強化複合材料３表面に形成したＡｌ系酸
化物１０に割れ１１を生じ、ＳｉＣ繊維強化複合材料３
を露出させたときでも、Ａｌ系酸化物１１を再形成して
割れ１１を修復する自己修復機能を備えているので、機
械強度と耐酸化性を両立させることができる。
ば、ＳｉＣ繊維強化複合材料３表面に形成したＡｌ系酸
化物１０に割れ１１を生じ、ＳｉＣ繊維強化複合材料３
を露出させたときでも、Ａｌ系酸化物１１を再形成して
割れ１１を修復する自己修復機能を備えているので、機
械強度と耐酸化性を両立させることができる。
【００５３】また、耐酸化性の向上、すなわち、ＳｉＣ
繊維強化複合材料３における酸化の抑制により、酸化減
肉に伴う応力上昇による破壊を低減させることができ
る。なお、この酸化減肉の抑制効果は、ＳｉＣ−Ａｌ−
Ｃ系マトリックス２において、内部のＡｌの含有率より
も表面のＡｌの含有率の方が高い構造の方がより一層顕
著となる。
繊維強化複合材料３における酸化の抑制により、酸化減
肉に伴う応力上昇による破壊を低減させることができ
る。なお、この酸化減肉の抑制効果は、ＳｉＣ−Ａｌ−
Ｃ系マトリックス２において、内部のＡｌの含有率より
も表面のＡｌの含有率の方が高い構造の方がより一層顕
著となる。
【００５４】ＳｉＣ繊維強化複合材料３としては、Ｓｉ
Ｃ繊維１中にＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス２を保持さ
せた構成のため、機械的強度やじん性の向上を期待する
ことができる。
Ｃ繊維１中にＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス２を保持さ
せた構成のため、機械的強度やじん性の向上を期待する
ことができる。
【００５５】また、ＳｉＣ繊維強化複合材料３により、
航空機、又は発電用ガスタービンにおける動翼、静翼、
燃焼器、シュラウド等の高温部品の基材を構成すること
で、これら高温用部材の信頼性を向上させることができ
る。 （第２の実施の形態）図６は本発明の第２の実施の形態
に係る自己修復型高温用部材の構成を模式的に示す模式
図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳
しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
航空機、又は発電用ガスタービンにおける動翼、静翼、
燃焼器、シュラウド等の高温部品の基材を構成すること
で、これら高温用部材の信頼性を向上させることができ
る。 （第２の実施の形態）図６は本発明の第２の実施の形態
に係る自己修復型高温用部材の構成を模式的に示す模式
図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳
しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
【００５６】すなわち、本実施の形態は、ＳｉＣ繊維強
化複合材料３の表面にコーティングを施した変形例であ
り、具体的には図６に示すように、ＳｉＣ系繊維１とＳ
ｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス２からなるＳｉＣ繊維強化
複合材料３の表面に、耐酸化性に優れたＡｌ2 Ｏ3 コー
ティング層１３が形成されている。
化複合材料３の表面にコーティングを施した変形例であ
り、具体的には図６に示すように、ＳｉＣ系繊維１とＳ
ｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス２からなるＳｉＣ繊維強化
複合材料３の表面に、耐酸化性に優れたＡｌ2 Ｏ3 コー
ティング層１３が形成されている。
【００５７】ここで、Ａｌ2 Ｏ3 コーティング層１３
は、２０００℃以上の融点を有し、かつ化学的にも安定
なものである。なお、この表面のコーティング層１３と
しては、Ａｌ2 Ｏ3 に限らず他に、ＢｅＯ、ＣｅＯ、Ｃ
ｒ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＴｈＯ2 、
ＵＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＺｒＯ2 よりなる群から選ばれ
た１種類以上の酸化物から形成され、２０００℃以上の
融点を有する材料が適宜使用可能である。
は、２０００℃以上の融点を有し、かつ化学的にも安定
なものである。なお、この表面のコーティング層１３と
しては、Ａｌ2 Ｏ3 に限らず他に、ＢｅＯ、ＣｅＯ、Ｃ
ｒ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＴｈＯ2 、
ＵＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＺｒＯ2 よりなる群から選ばれ
た１種類以上の酸化物から形成され、２０００℃以上の
融点を有する材料が適宜使用可能である。
【００５８】次に、このような自己修復型高温用部材の
製造方法及び作用を説明する。 （製造方法）図７に示すように、機械加工工程ＳＴ４ま
では、第１の実施形態におけるＳｉＣ繊維強化複合材料
３の製造方法と同様である。
製造方法及び作用を説明する。 （製造方法）図７に示すように、機械加工工程ＳＴ４ま
では、第１の実施形態におけるＳｉＣ繊維強化複合材料
３の製造方法と同様である。
【００５９】機械加工工程ＳＴ４の完了後、ＣＶＤ法に
より、ＳｉＣ繊維強化複合材料３の表面にＡｌ2 Ｏ3 コ
ーティング層１３が形成される（ＳＴ５；ＣＶＤコーテ
ィング工程）。具体的には、Ａｌ2 Ｏ3 層コーティング
層１３は、ＣＶＤ法による成長中、Ａｌ2 Ｏ3 （ｇ）、
Ｈ2 Ｏ（ｇ）の供給により形成される。ガスの反応式
は、以下の（１）式乃至（３）式の通りである。 ２Ａｌ（ｓ）＋６ＨＣｌ（ｇ） →２ＡｌＣｌ3 （ｇ）＋３Ｈ2 （ｇ）…（１） ３Ｈ2 （ｇ）＋ＣＯ2 （ｇ） →３Ｈ2 Ｏ（ｇ）＋３ＣＯ（ｇ） …（２） ２ＡｌＣｌ3 （ｇ）＋３Ｈ2 Ｏ（ｇ） →Ａｌ2 Ｏ3 （ｓ）＋６ＨＣｌ（ｇ）…（３） （作用）Ａｌ2 Ｏ3 コーティング層１３が表面に形成さ
れたＳｉＣ繊維強化複合材料３は、Ａｌ2 Ｏ3 中の酸素
の拡散速度が遅いために、耐酸化性に優れるとともに、
Ａｌ2 Ｏ3 コーティング層１３に割れが生じＳｉＣ繊維
強化複合材料３が露出した場合も、前述同様に、自己修
復作用により再びＡｌ系酸化物で修復される。
より、ＳｉＣ繊維強化複合材料３の表面にＡｌ2 Ｏ3 コ
ーティング層１３が形成される（ＳＴ５；ＣＶＤコーテ
ィング工程）。具体的には、Ａｌ2 Ｏ3 層コーティング
層１３は、ＣＶＤ法による成長中、Ａｌ2 Ｏ3 （ｇ）、
Ｈ2 Ｏ（ｇ）の供給により形成される。ガスの反応式
は、以下の（１）式乃至（３）式の通りである。 ２Ａｌ（ｓ）＋６ＨＣｌ（ｇ） →２ＡｌＣｌ3 （ｇ）＋３Ｈ2 （ｇ）…（１） ３Ｈ2 （ｇ）＋ＣＯ2 （ｇ） →３Ｈ2 Ｏ（ｇ）＋３ＣＯ（ｇ） …（２） ２ＡｌＣｌ3 （ｇ）＋３Ｈ2 Ｏ（ｇ） →Ａｌ2 Ｏ3 （ｓ）＋６ＨＣｌ（ｇ）…（３） （作用）Ａｌ2 Ｏ3 コーティング層１３が表面に形成さ
れたＳｉＣ繊維強化複合材料３は、Ａｌ2 Ｏ3 中の酸素
の拡散速度が遅いために、耐酸化性に優れるとともに、
Ａｌ2 Ｏ3 コーティング層１３に割れが生じＳｉＣ繊維
強化複合材料３が露出した場合も、前述同様に、自己修
復作用により再びＡｌ系酸化物で修復される。
【００６０】すなわち割れによる露出部においては、Ｓ
ｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス２中のＡｌと雰囲気の酸素
が反応してＡｌ系酸化物（Ａｌ2 Ｏ3 ）が形成され、速
やかに割れが塞がれる。
ｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス２中のＡｌと雰囲気の酸素
が反応してＡｌ系酸化物（Ａｌ2 Ｏ3 ）が形成され、速
やかに割れが塞がれる。
【００６１】上述したように第２の実施の形態によれ
ば、ＳｉＣ繊維強化複合材料３表面に、耐酸化性のＡｌ
2 Ｏ3 コーティング層１３を形成したので、第１の実施
形態の効果に加え、ＳｉＣ繊維強化複合材料３への酸素
の侵入を抑制し、酸化速度を低減させることができる。
ば、ＳｉＣ繊維強化複合材料３表面に、耐酸化性のＡｌ
2 Ｏ3 コーティング層１３を形成したので、第１の実施
形態の効果に加え、ＳｉＣ繊維強化複合材料３への酸素
の侵入を抑制し、酸化速度を低減させることができる。
【００６２】また、このＡｌ2 Ｏ3 コーティング層１３
に割れが生じ、ＳｉＣ繊維強化複合材料３が露出した場
合にも、前述同様に、ＳｉＣ繊維強化複合材料３中のＡ
ｌが優先的に酸素と反応してＡｌ系酸化物を形成するの
で、割れによるＳｉＣ繊維強化複合材料３の露出部から
の急激な酸化を防止することができる。
に割れが生じ、ＳｉＣ繊維強化複合材料３が露出した場
合にも、前述同様に、ＳｉＣ繊維強化複合材料３中のＡ
ｌが優先的に酸素と反応してＡｌ系酸化物を形成するの
で、割れによるＳｉＣ繊維強化複合材料３の露出部から
の急激な酸化を防止することができる。
【００６３】また特に、ＳｉＣ繊維強化複合材料３表面
の耐酸化性コーティング層をＡｌ2Ｏ3 としたので、こ
れらの効果を容易かつ確実に奏することができる。 （他の実施の形態）なお、上記第１の実施の形態では、
ＳｉＣ−Ｃ系スラリーの含浸・Ｓｉ−Ａｌ溶液の充填・
焼結という製造方法について説明したが、これに限ら
ず、少なくともセラミック又はカーボンを主成分に含有
する粉末と、Ａｌ、又はＡｌ化合物を少なくとも１つ含
む粉末とをメカニカルアロイ法により固相反応、又は微
細分散させた後、その粉末を成形焼結する方法により、
マトリクス２中にＡｌを固溶、又はＡｌ化合物を形成さ
せる製造方法としても、本発明を同様に実施して同様の
効果を得ることができる。
の耐酸化性コーティング層をＡｌ2Ｏ3 としたので、こ
れらの効果を容易かつ確実に奏することができる。 （他の実施の形態）なお、上記第１の実施の形態では、
ＳｉＣ−Ｃ系スラリーの含浸・Ｓｉ−Ａｌ溶液の充填・
焼結という製造方法について説明したが、これに限ら
ず、少なくともセラミック又はカーボンを主成分に含有
する粉末と、Ａｌ、又はＡｌ化合物を少なくとも１つ含
む粉末とをメカニカルアロイ法により固相反応、又は微
細分散させた後、その粉末を成形焼結する方法により、
マトリクス２中にＡｌを固溶、又はＡｌ化合物を形成さ
せる製造方法としても、本発明を同様に実施して同様の
効果を得ることができる。
【００６４】また同様に、焼結法、反応焼結法、物理蒸
着法、気相合成法、プラズマ溶射法、ディッピング法、
電気メッキ法、イオン注入法、または、これらの方法の
組合せにより、マトリクス２中にＡｌを固溶、又はＡｌ
化合物を形成させる製造方法としても、本発明を同様に
実施して同様の効果を得ることができる。
着法、気相合成法、プラズマ溶射法、ディッピング法、
電気メッキ法、イオン注入法、または、これらの方法の
組合せにより、マトリクス２中にＡｌを固溶、又はＡｌ
化合物を形成させる製造方法としても、本発明を同様に
実施して同様の効果を得ることができる。
【００６５】また、上記各実施形態は、繊維部材及びマ
トリクス部材の両方が、セラミックス及びカーボンを主
成分にする構造であったが、これに限らず、少なくとも
セラミックス又はカーボンを主成分に含有していればよ
い。
トリクス部材の両方が、セラミックス及びカーボンを主
成分にする構造であったが、これに限らず、少なくとも
セラミックス又はカーボンを主成分に含有していればよ
い。
【００６６】また、上記第１の実施形態では、Ａｌを固
溶させる製造工程を含む製造方法について説明したが、
これに限らず、Ａｌ化合物を分散させる製造工程を含む
製造方法であっても、基材中にＡｌ元素を含有させるた
めの製造方法として置換可能なため、本発明の概念に包
含される。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施できる。
溶させる製造工程を含む製造方法について説明したが、
これに限らず、Ａｌ化合物を分散させる製造工程を含む
製造方法であっても、基材中にＡｌ元素を含有させるた
めの製造方法として置換可能なため、本発明の概念に包
含される。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施できる。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
材表面に形成した酸化層や耐酸化コーティング層に割れ
を生じ、基材を露出させたときでも、Ａｌ系酸化物にて
割れを修復する自己修復機能を備え、機械強度と耐酸化
性を両立し得る自己修復型高温用部材及びその製造方法
を提供できる。
材表面に形成した酸化層や耐酸化コーティング層に割れ
を生じ、基材を露出させたときでも、Ａｌ系酸化物にて
割れを修復する自己修復機能を備え、機械強度と耐酸化
性を両立し得る自己修復型高温用部材及びその製造方法
を提供できる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る自己修復型高温
用部材の構成を模式的に示す模式図
用部材の構成を模式的に示す模式図
【図２】同実施の形態における製造工程図
【図３】同実施の形態における自己修復機能を説明する
ための模式図
ための模式図
【図４】同実施の形態におけるＳｉＣ繊維強化複合材料
の高温、大気圧下での酸化増量を従来材料に比較して示
す図
の高温、大気圧下での酸化増量を従来材料に比較して示
す図
【図５】同実施の形態におけるＳｉＣ繊維強化複合材料
の高温酸化雰囲気への暴露時間に対する曲げ強度の変化
を従来材料に比較して示す図
の高温酸化雰囲気への暴露時間に対する曲げ強度の変化
を従来材料に比較して示す図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る自己修復型高温
用部材の構成を模式的に示す模式図
用部材の構成を模式的に示す模式図
【図７】同実施の形態における製造工程図
１…ＳｉＣ系繊維 ２…ＳｉＣ−Ａｌ−Ｃ系マトリクス ３…ＳｉＣ繊維強化複合材料 ４…ＳｉＣ系平織りクロス ５…ＳｉＣ系長繊維 ６…プリフォーム ７…ＳｉＣ−Ｃ系スラリー ８…ＣＩＰ ９…Ｓｉ−Ａｌ溶液 １０，１２…Ａｌ系酸化物 １１…割れ １３…Ａｌ2 Ｏ3 コーティング層
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくともセラミックス又はカーボンを
主成分に含有し、且つＡｌ又はＡｌ化合物を含有する基
材を備えた自己修復型高温用部材であって、 前記基材は、高温酸化雰囲気にて使用されるとき、前記
高温酸化雰囲気との反応によりＡｌ系酸化物層を表面に
形成し、前記Ａｌ系酸化物層に割れを生じたとき、高温
酸化雰囲気との反応によりＡｌ系酸化物を前記割れによ
る露出部に形成して前記割れを修復する自己修復機能を
有することを特徴とする自己修復型高温用部材。 - 【請求項２】 請求項１に記載の自己修復型高温用部材
において、 前記基材は、 少なくともセラミックス又はカーボンを主成分に含有す
る複数の繊維からなる繊維部材と、 前記繊維部材中に保持され、少なくともセラミックス又
はカーボンを主成分に含有し、且つＡｌ又はＡｌ化合物
を含有するマトリクス部材とを備えたことを特徴とする
自己修復型高温用部材。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の自己修復
型高温用部材において、 前記基材の表面に予め形成された耐酸化性コーティング
層を備えたことを特徴とする自己修復型高温用部材。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
記載の自己修復型高温用部材において、 前記基材は、内部のＡｌの含有率よりも表面のＡｌの含
有率の方が高いことにより、前記内部にて高い高温強度
を維持し、前記表面にて高い耐酸化性を備えたことを特
徴とする自己修復型高温用部材。 - 【請求項５】 請求項２又は請求項３に記載の自己修復
型高温用部材において、 前記繊維部材及び前記マトリクス部材は、両者ともＳｉ
Ｃを主成分とすることを特徴とする自己修復型高温用部
材。 - 【請求項６】 請求項３に記載の自己修復型高温用部材
において、 前記耐酸化性コーティング層は、Ａｌ2 Ｏ3 、ＢｅＯ、
ＣｅＯ、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、
ＴｈＯ2 、ＵＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＺｒＯ2 よりなる群
から選ばれた１種類以上の酸化物から形成され、２００
０℃以上の融点を有することを特徴とした自己修復型高
温用部材。 - 【請求項７】少なくともセラミックス又はカーボンを主
成分に含有する複数の繊維を編み込んで繊維部材を形成
する繊維部材形成工程と、 前記繊維部材に、少なくともセラミックス又はカーボン
を主成分に含有するスラリーを含浸させる含浸工程と、 前記スラリーの含浸された繊維部材にＡｌを固溶又はＡ
ｌ化合物を分散させ、これらスラリーとＡｌとを繊維部
材ごと焼結してこの繊維部材中にマトリクス部材を形成
するマトリクス部材形成工程とを含んでいることを特徴
とする自己修復型高温用部材の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載の自己修復型高温用部材
の製造方法において、 前記繊維部材及び前記マトリクス部材は、両者ともＳｉ
Ｃを主成分とすることを特徴とする自己修復型高温用部
材の製造方法。 - 【請求項９】 請求項７又は請求項８に記載の自己修復
型高温用部材の製造方法において、 前記マトリクス部材の形成後、機械加工により、前記繊
維部材及び前記マトリクス部材からなる基材を所定の寸
法に成形する成形工程と、 前記成形された基材の表面に、ＣＶＤ法により、耐酸化
性コーティング層を形成するコーティング層形成工程と
を含んでいることを特徴とする自己修復型高温用部材の
製造方法。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の自己修復型高温用部
材の製造方法において、 前記ＣＶＤ法は、Ａｌ塩化物を原料ガスに用いており、 前記耐酸化性コーティング層は、Ａｌ2 Ｏ3 であること
を特徴とした自己修復型高温用部材の製造方法。
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-
1997
- 1997-04-17 JP JP10022897A patent/JP4109732B2/ja not_active Expired - Fee Related
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