JPS63223156A - 耐熱部材およびその製造方法 - Google Patents

耐熱部材およびその製造方法

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JPS63223156A
JPS63223156A JP62053924A JP5392487A JPS63223156A JP S63223156 A JPS63223156 A JP S63223156A JP 62053924 A JP62053924 A JP 62053924A JP 5392487 A JP5392487 A JP 5392487A JP S63223156 A JPS63223156 A JP S63223156A
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JP
Japan
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coating layer
layer
heat
base material
resistant member
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Pending
Application number
JP62053924A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichi Tajima
多嶋 孝一
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
Motoji Tsubota
基司 坪田
Masashi Takahashi
雅士 高橋
Akinori Nagata
永田 晃則
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP62053924A priority Critical patent/JPS63223156A/ja
Publication of JPS63223156A publication Critical patent/JPS63223156A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、高温における耐食性を備えたコーティング層
を有する耐熱部材、およびその製造方法に関する。
(従来の技術) 高温物質と接して設けられる耐熱性部材は、特に高温物
質の化学的活性が強く耐熱性部材と反応するおそれが強
いときには、基材となる耐熱性部材の高温物質との接触
面に高温物質と反応し難い物質からなるコーティング層
を設けて、複合耐熱性部材とすることが行われる。
たとえばウランの同位体を分離するための設備において
は、その一部にウランを加熱溶解して蒸発ウランを発生
させる装置が用いられる。この種の装置の構成部材のう
ち、たとえばウラン溶解用のるつぼ、製品回収板、廃品
回収板、底抜、封入容器等の構造部材には、グラファイ
トあるいはNb。
Ta、 Mo、 Wのような高融点金属を使用すること
が望ましい、これらは溶融ウランと直接触れると、反応
したり溶解したりして浸蝕されるばかりでなく、ウラン
中に溶は出すとウランの純度を侵す原因ともなるので、
これら構造部材の基材のウランとの接触面にウランに対
して耐熱・耐食性の優れた、たとえば酸化イツトリウム
等のコーティング層を設けたものが知られている。この
場合、通常基材上には高融点金属の下地コーティングを
施した上に、上記したコーティング層が設けられる。
またこのコーティング層と基材との各材質の熱膨張係数
の差に基づく剥離を防止するために、」ユ記した酸化イ
ツトリウム層と基材との間に、たとえば酸化ジルコニウ
ムのコーティング層を設けたものが提案されている。
このようなコーティング層を有する耐熱部材を採用した
一例としてウラン溶解用のるつぼをあげれば、第3図に
示すように、グラファイト製の基材1によって作製され
たるつぼの内面に、Nbによる下地コーティング2を施
した上に、酸化イツトリウムのコーティング層3が設け
られ、ウラン4を収容するようになっている。
このコーティング層3はたとえばプラズマ溶射法によっ
て厚さ0.1〜0.5++*n程度に形成され、第3図
のA部を拡大した第4図に示されるように、その表面5
は一般に15〜50μ程度の凹凸(表面粗さ158〜5
OS)を呈している。
(発明が解決しようとする問題点) たとえば上述したるつぼに収容されたウラン4が適宜の
手段を用いて加熱されると、溶融したウラン4は、第3
図のA部を拡大した第4図に示されるようにコーティン
グ層3の凹所6に侵入するが、加熱を中止した後には凹
所6に侵入したまま凝固し収縮する。
ここに金属ウランの線膨張係数は40 X 10″″@
/に以上であるのに、コーティング層3をなす酸化イツ
トリウムのそれは約9X10−”/にであって1両者の
差が大きいため、温度降下過程においてコーティング層
3に大きな応力を与え、亀裂が発生したり剥離を生じた
りしがちであった。一旦コーティング層3にこのような
損傷が生ずると、るつぼはそれ以上使用することができ
なかった。
本発明の目的は、繰返し高温負荷に対する耐久性を向上
したコーティング層を有する耐熱部材、およびその製造
方法を提供することにある。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明においては、基材上に高温物質と相対するセラミ
ック材からなるコーティング層を有する耐熱部材につい
て、基材にセラミック材を溶射して形成された溶射層を
表面粗さ153以下に研磨し。
この研磨面の凹所にセラミック材の研磨粉が埋没された
ままの状態で溶射層を焼結して、高温物質と相対する面
の表面粗さをIO8以下としたコーティング層を有する
耐熱部材を得ている。
(作用) 溶射層を表面粗さ15S以下に研磨すると、削り取られ
たセラミック材の粉末は溶射層表面の凹所に埋没する。
この凹所に粉末が埋没した状態のまま溶射層を焼結する
ことによって、完成したコーティング層はさらに平滑化
され108以下の表面粗さを得ることができる。
(実施例) 以下本発明の第1の実施例を第1図および第2図を参照
して説明する。
第1図は、本発明をたとえば金属溶解用のるつぼに適用
した場合の断面図である。
第1図において、グラファイトによって作製されたるつ
ぼの基材1の内面には、Nbによる下地層2が施され、
この下地層2の上に膜厚200〜300゜のY2O,の
コーティング層:3が設けられ、ウラン4を収容するよ
うになっている。ここに下地層2は。
一つには、コーティング層3のY、0.が基材1のCに
よって直接還元されるのを防f卜するために通常設けら
れるものである。
次にこのるつぼの製造方法の要部を述べれば、下地W2
の上にたとえばプラズマ溶射によってセラミック材であ
るY、0.を溶射し、コーティング層3となるべき溶射
層を形成させる。次いでこの溶射層の表面を、たとえば
# 1000のエメリーペーパを用いて表面粗さが少な
くとも158を超えない程度に研磨する。溶射層の表面
になお残る凹所には、研磨によって生じたセラミック材
の微粉末が陥入しているが、これをそのままにしてこの
単標るつぼを真空中に置き、約2000 Kに加熱して
溶射層を焼結しコーティング層;3を完成する。焼結湿
度はY2O3の融点2680 Kよりも低く、しかしウ
ラン4の溶解温度である1500によりは高く選ばれる
。なお焼結雰囲気はAr等の不活性ガスであってもよい
すなわちコーティング層3は、第1図のA部を拡大した
第2図に示されるように、溶射層の表面5の凹所に陥入
したセラミック材の微粉末7が。
焼結の結果溶射層と一体となって完成されるので、その
表面粗さは108以下とすることが可能となり、ウラン
4を収容して加熱されたるつぼが再び冷却されて、溶融
したウラン4が凝固・収縮するとき。
コーティング層3に固着したまま収縮して膨張係数が小
さいコーティング層3に大きな応力を与えることはなく
なる。
なおグラファイト製の基材1の内面に施されろ下地層2
は、 Nbの他にW、 Mo、 Ta等であってもよい
、また基材1はZrO,、Y、+1. 、 Red、 
M gO等のセラミックスの焼結体を使うこともできる
本発明の第2の実施例は、基材1を高融点金属であるN
bとしたものである。他に第1の実施例と異なるところ
は、下地層2は不要となるので省略され、 コーティン
グ層3は、先ず基材】の上にZrO,からなる中間層を
溶射によって形成し、その上にYオO,の溶射層を設け
た点にあり、その他は製作工程を含め第1の実施例と同
様である。
第3の実施例は基材1を高融点金属であるTaとし、下
地層2を省いた意思外は第1の実施例と同様である。
なお第2および第3の実施例ともに、基材1は高融点金
属であればNo、W等でもよい。
さらにいづれの場合でも、ウラン4と接するコーティン
グ層3のセラミック材は、  The、、 [0,。
BOO,MgO9あるいはCaO安定化2rO,等でも
よい。
次に上記した実施例i、n、mを、従来例A。
Bとともに繰返し高温負荷を与えた実験結果を第1表に
示す、なお比較例として、 Nb基材に単層のY20□
のコーティングを施し、焼結工程を省略したものCを加
えた。熱負荷は、るつぼに収容したウラン4に電子ビー
ムを投射して加熱し、約150+IKにてウラン4の溶
融状態を30分間保持し、常温に戻した後再び加熱する
サイクルを、コーティング層3が剥離を生じるまで行な
った。
(以下余白) 第1表 従来例A、Bは1〜3回の熱負荷で剥離を生じ、特にグ
ラファイト基材のものの寿命は短い。これに対し実施例
ではいづれもコーティング層3の表面粗さは108以下
となり、グラファイト基材のもので4回(実施例1 )
 、Nb、 Ta基材のものでは剥離を生ずるまでそれ
ぞれ9回(n)、8回(III)の使用に耐えた。
なお剥離する時期に達しても、コーティング層3の下部
にウラン4が回り込んでいることはまれであり、凝固し
たウラン4は容易にるつぼから取出すことができた。ま
た比較例Cは焼結を行なっていないため、コーティング
層3の表面粗さも13Sにとどまり、同じNb基材を用
いた実施例■と比ベロ回の熱負荷で剥離を生じている。
これらの結果より1本実施例によりるつぼ寿命の延長が
達成されていることは明らかである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、コーティング層の研磨による表面粗さ
を15S程度にとどめても、焼結後の表面粗さはIO3
以下とすることが可能となり、繰返し熱負荷耐力が優れ
た耐熱部材およびその製造方法を提供することができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第2図
は第1図のA部を拡大して示す詳細断面図、第3図は従
来の耐熱部材の構成を示す断面図、第4図は第3図のA
部を拡大して示す詳細断面図である。 1・・・基材     2・・・下地コーティング層3
・・・コーティング層  4・・・ウラン5・・・表面
     6・・・凹所 7・・・微粉末 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  三俣弘文 第1図 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基材上に高温物質と相対するセラミック材からなる
    コーティング層を有する耐熱部材において、前記コーテ
    ィング層の表面の凹所に埋没させた前記セラミック材の
    微粉と前記コーティング層とが一体として焼結され且つ
    前記表面の粗さ10S以下とされた前記コーティング層
    を設けたことを特徴とする耐熱部材。 2、前記コーティング層は酸化イットリウムからなる特
    許請求の範囲第1項記載の耐熱部材。 3、前記コーティング層と前記基材の間に酸化ジルコニ
    ウムからなる中間コーティング層を設けた特許請求の範
    囲第2項記載の耐熱部材。 4、基材上に高温物質と相対するセラミック材からなる
    コーティング層を施す耐熱部材の製造方法において、前
    記基材に前記セラミック材を溶射して形成された溶射層
    を表面粗さ15S以下に研磨し、この研磨面の凹所に前
    記セラミック材の研磨粉が埋没されたままの状態で前記
    溶射層を焼結し前記コーティング層を完成する各工程を
    有することを特徴とする耐熱部材の製造方法。 5、前記コーティング層は酸化イットリウムからなる特
    許請求の範囲第4項記載の耐熱部材の製造方法。 6、前記コーティング層を酸化ジルコニウムからなる中
    間層とその上に施された酸化イットリウムからなる表面
    層とした特許請求の範囲第4項記載の耐熱部材の製造方
    法。
JP62053924A 1987-03-11 1987-03-11 耐熱部材およびその製造方法 Pending JPS63223156A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03245697A (ja) * 1990-02-23 1991-11-01 Mitsubishi Electric Corp スピーカー用振動板の製造方法
US7357078B2 (en) * 2000-05-31 2008-04-15 Macdermid Graphic Arts S.A. Method for making a multilayer printing blanket and resulting blanket

Cited By (2)

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