JPS63162575A - 非酸化物系セラミツクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ｇ楽土の利用分野１ 本発明は、破壊靭性を向上させたセラミックスでターボ
ホイールやガスタービンなどの構造用セラミックスに関
する。

［従来技術］ ターボホイールやガスタービンの羽根はａｉ下で高速回
転するためセラミックスとりわけ非酸化物系セラミック
スによるホイール、ブレードの研究開発が行われてきた
。ホイールに加わる応力は、翼の付は根部やハブ背面で
大きく高強度セラミックスが必要とされるが翼の先端部
は比較的加わる応力は低い反面、微粒子の衝突による不
具合が発生するためその対策として画形状の工夫が行わ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ セラミックスは脆性材料であるため、いったん部品に亀
裂が発生すると、亀裂の伝播速度が速いため部品が粉々
に破壊しゅすい。例えばヒラミックス製ターボホイール
翼への排気からの金属酸化物の粒子が衝突して、翼部は
又は破壊を生ずることがある。本発明ではこの耐エロー
ジヨン性を向上させた翼部用のセラミックス組成を提唱
するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、ブト酸化物系セラミックスのマトリックス中
に焼結助剤を添加し焼結した非酸化物系セラミックスで
あって、上記非酸化物系セラミックスに上記マトリック
スとは異なる酸化物相または非酸化物からなる分散相を
形成させた非酸化物系セラミックスである。

本発明の非酸化物系セラミックスは、窒化珪素、炭化珪
素、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４−ＡＩｚＯ３の固溶体）な
どが相当する。焼結助剤としては、イツトリア、アルミ
ナ、マグネシア、スピネル、シリコニアなどの酸化物が
用いられる。この非酸化物系ビラミックス粉末に前記焼
結助剤および成形助剤を混合して成形づる。例えば射出
成形、スリップキャスト成形法でタービンホイール等の
成形体を成形し、加熱脱脂を行い多孔質体を（りる。

この多孔質体を本焼結温度の５０〜８０％の温度下で仮
焼成して気孔率が５〜３０％の仮焼成体とする。

この仮焼成体に」二記焼結助剤のうち成形時に使用した
ものと同じものを使用するのが好ましい。

この前記の焼結助剤を水またｔま有機溶剤に分散させた
スラリーに浸漬し酸化物系焼結助剤を仮焼成体中吸着さ
せたのち本焼成を行う。１りられた焼結体は、非酸化物
系セラミックスのマトリックス中に酸化物相が５〜５Ｑ
ｗｔ％含まれている。焼結助剤の種類、吊、焼成４度、
焼成時間によって焼成中に焼結助剤の酸化物が酸窒化物
に変化し、非酸化物系セラミックスのマトリックス中に
は酸窒化物相単独または酸窒化物相と酸化物相の混在と
なる場合もあり両省とも本発明の目的に適合する。

本発明は、非酸化物系セラミックスのマトリックスに対
して酸化物、窒化物を液相焼結させ、マトリックス中に
該マトリックスとは異なる酸化物、酸窒化物の多い相を
形成させ高温での引張力向への粒子の伸長を伴う塑性を
有する相を形成し破壊例を向上さぼるものである。従っ
てターボホイール又はガスタービンブレードなどは回転
による応力がホイールの軸付近や翼の付Ｇ）根付近にか
かるため、この部分は強度を必要とするが翼先端部には
この様な応力はかからない為に強度よりも靭性を必要と
する。本発明は、必要部分のみの浸漬によって目的が達
成される。すなわち翼部分のみ塑性変形しやすい構造物
に変換することが出来る。

多孔質体の焼成温度は本焼成温度の５０〜８０％の温度
で行う。（９られる焼成体は気孔率５〜３０容壜％を有
しスラリー状の酸化物系焼結助剤を吸着する。スラリー
は水又はアルコール等の極性で低沸点の有機溶媒に上記
の焼結助剤を分散させる。

焼結助剤の川はマトリックスに対し最高５０ｍ吊％であ
る。これ以上の場合はマトリックスの物性が低下するた
め不適当であり、５％以下では目的とする靭性を付与す
ることが出来ない。以上の方法で＋７られる非酸化物系
セラミックスは高温での塑性変形しやすい特性を有する
。

［実施例］ （実施例１） 窒化珪素の粉末に焼結助剤のＹｔＯ３，ＡＩｚＯ３を３
ｗｔ％および射出成形助剤を加えて射出成形によりター
ビンホイールを１１だ、脱脂により射出成形助剤を除い
たのち真空中にて１０００’Ｃで仮焼成した。この仮焼
体の気孔率は１０％であった。成形時に使用したと同じ
焼結助剤Ｙ２Ｏ３、△Ｉｚ０３の５０％濃度のエタノー
ルスラリーを作成し上記で１９だタービンホイールの翼
部のみ浸漬し３０秒後に取り出し全翼部について同様の
処理を行った。第１図の２が処理を行った部分である。

これを焼結温度１７００℃で窒素中にて焼結した。得ら
れたタービンホイールについて以下の評価を行った。

温度変化に伴う破壊靭性を調べた結果を第２図に示す。

高温での靭性が向、トした。ベンチ耐久試験（９５０℃
、１０万ｒ、ｐで５００時間連続回転）を行った結果本
実施例で作成した１０本中全数異常が認められなかった
が窒化珪素のみの製品は合格率が５０％であり酸化物相
の翼部の効果を示している。また９００℃における耐エ
ロージジン試験においては表に示すごと＜１ｆｆｉ減少
は非常に少なく良好な結果を示した。

（実施例２） 実施例１と同様焼結助剤にＭＱＯ１〜ＩＱＡ　Ｉ　ｚＯ
４を含む窒化珪素の成形体を削出成形によって１！？た
。脱脂後置空中１０００℃で仮焼成した。Ｍ２Ｏ、〜１
ｑ△１ｚ０４をエタノールに分散したスラリーに翼部の
み浸漬して１７００℃で本焼成を行った。得られたター
ビンホイールの耐エロージヨン試験を行なった。試験方
法は、試料上部より酸化鉄１００〜１５０μｍ粒子を加
熱し空気によりノズル口より高速ひ噴出させた。噴出速
度をＡｌＢ、Ｃの三段ｊ１４でおこなった。結末は表に
示すごとく小量減少率は０．１％以下であった。

（実施例３） 実施例１と同様の仮焼体翼部を焼結助剤ＺｒＯ２の５０
Ｗ［％′ｆＡ度のエタノールスラリー中に３０秒浸漬し
てＺｒＯ２を含浸させた。これを１７００℃で窒素中で
焼結した。生成物はＺｒ０ｚは窒化されてＺｒＮとなっ
ていた。高温での破壊靭性を第２図に示ず。

［効果］ 非酸化物系セラミックス中にマトリックスとは（以下余
白り ５？なる酸化物相、ないしは酸窒化物相を存在させると
、高温ではセラミックス体の軟化により塑性変形がしや
すくなり、微粉了等の衝突に対し塑性変形的挙動により
亀裂の発生や破壊を防ぐことが出来る。特にターボホイ
ール等に於いては翼部のみに酸化物相を含有させること
が出来るため耐久性が向上しｆ５頼性の高い構ｊΔ部品
が（りられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に使用したターボホイールの断
面図、第２図は一度変化による破壊靭性との関係４示す
グラフである。 １・・・ターボホイール本体 ２・・・酸化物相の多い翼先端

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）非酸化物系セラミックスのマトリックス中に焼結
   助剤を添加し焼結した非酸化物系セラミックスであつて
   、上記非酸化物系セラミックスに上記マトリックスとは
   異なる酸化物または非酸化物からなる分散相を形成させ
   たことを特徴とする非酸化物系セラミックス。
2. （２）分散相がマトリックスに対して５〜５０重量％含
   有する特許請求の範囲第１項記載の非酸化物系セラミッ
   クス。
3. （３）分散相が焼結助剤と同じ材質である特許請求の範
   囲第１項記載の非酸化物系セラミックス。