WO2015029444A1 - 耐エロージョン性材料およびタービン翼 - Google Patents

耐エロージョン性材料およびタービン翼 Download PDF

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continuous
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岡本　徹志
史雄 澤
崇 原川
顕一 山崎
広明 長
渋川　直紀
忠之 橋立
義浩 兵藤
田中　明
佐久間　将実
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株式会社 東芝
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an erosion resistant material and a turbine blade.
  • fiber reinforced plastics reinforced with carbon fiber, glass fiber, or the like are used in transportation equipment such as aircraft, automobiles, and railroads in order to reduce weight for the purpose of energy saving.
  • Embodiments of the present invention have been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a material that is lightweight and has good erosion resistance.
  • the erosion-resistant material of the first embodiment has a continuous part and a discontinuous part.
  • the continuous part has a continuous structure.
  • the discontinuous part is disposed so as to have a discontinuous structure inside the continuous part.
  • the discontinuous portion is composed of particles having an average particle diameter of 1 ⁇ m or less.
  • the discontinuous portion is made of a material having a higher surface hardness and Young's modulus than the continuous portion.
  • the erosion resistant material of the second embodiment has a continuous part and a discontinuous part.
  • the continuous part has a continuous structure.
  • the discontinuous part is disposed so as to have a discontinuous structure inside the continuous part.
  • the discontinuous portion is composed of particles having an average particle diameter of 20 ⁇ m or less.
  • the discontinuous portion is made of a material having a lower surface hardness and Young's modulus than the continuous portion.
  • the erosion resistant material of the third embodiment has a resin material part.
  • the resin material constituting the resin material portion has a hydrophilic group.
  • the resin material constituting the resin material portion has a water droplet contact angle of 80 degrees or less on the surface.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an erosion-resistant material according to the first embodiment.
  • FIG. 1 also shows colliding particles 40 that collide with the erosion resistant material 10.
  • the erosion resistant material 10 of the first embodiment has a continuous portion 11 and a discontinuous portion 12.
  • the continuous portion 11 has a continuous structure and serves as a matrix of the erosion resistant material 10.
  • a discontinuous portion 12 is disposed inside the continuous portion 11.
  • the discontinuous portion 12 is disposed inside the continuous portion 11 so as to have a discontinuous structure.
  • the discontinuous portion 12 is composed of particles having an average particle diameter of 1 ⁇ m or less. Further, the discontinuous portion 12 is made of a material having a higher surface hardness and Young's modulus than the continuous portion 11.
  • the discontinuous structure means that the particles are not in contact with each other. However, it is not necessary until all the particles are not in contact with each other. For example, some of the particles may be in contact with each other.
  • Such a discontinuous structure is formed by disperse
  • erosion-resistant material 10 of the present embodiment having the above-described continuous portion 11 and discontinuous portion 12 enables weight reduction and good erosion resistance.
  • the surface hardness and Young's modulus are low.
  • the Young's modulus is low, so that the impact of the collision particles is absorbed and erosion is suppressed.
  • the incident angle of the collision particles is small, the surface hardness is low, so that the particles are easily eroded as if they were scratched.
  • the case where the incident angle of the colliding particle is large means a case where the colliding particle is incident at an angle close to perpendicular to the surface.
  • the case where the incident angle of the collision particle is small means the case where the collision particle is incident so as to rub the surface.
  • the continuous portion 11 made of a material having a relatively low surface hardness and Young's modulus and the discontinuous portion 12 made of a material having a relatively high surface hardness and Young's modulus. Arranged properly. Thereby, erosion is suppressed regardless of the incident angle of the collision particle 40.
  • the discontinuous portion 12 is made of a material having a relatively high surface hardness and Young's modulus. Thereby, the erosion which was scratched is suppressed.
  • the continuous portion 11 is made of a material having a relatively low surface hardness and Young's modulus. Thereby, both erosion such as scratching when the incident angle of the collision particle 40 is small and erosion due to impact when the incident angle of the collision particle 40 is large are suppressed. That is, erosion is suppressed regardless of the incident angle of the collision particle 40.
  • the effect of absorbing the impact becomes remarkable when the particle diameter of the particles constituting the discontinuous portion 12 is sufficiently smaller than that of the collision particles 40.
  • the collision particle 40 include a solid or a liquid.
  • a typical example of the collision particle 40 is a water droplet having an average particle diameter of about 200 ⁇ m.
  • erosion due to impact is effectively suppressed by making the average particle size of the particles constituting the discontinuous portion 12 sufficiently small to 1 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the particles constituting the discontinuous portion 12 is preferably 500 nm or less, and more preferably 300 nm or less.
  • the lower limit of the average particle diameter is not necessarily limited, but is usually about 1 nm.
  • the effect of absorbing the impact is obtained because the particles constituting the discontinuous portion 12 are not in contact with each other.
  • erosion due to impact is effectively suppressed by adopting a discontinuous structure in which particles are not in contact with each other.
  • the ratio of the volume of the continuous part 11 to the continuous part 11 and the discontinuous part 12 is 1/3 or more, the particles constituting the discontinuous part 12 are in a discontinuous state in which they do not contact each other.
  • a resin material can be used as a constituent material of the continuous portion 11. Thereby, weight reduction can be achieved.
  • the continuous portion 11 and the discontinuous portion 12 are provided as a whole. Therefore, even if the collision particle 40 collides and the surface 10a is shaved, the surface which has the same structure appears one after another, and the fall of erosion resistance is suppressed.
  • the average particle diameter, surface hardness, and Young's modulus can be measured as follows.
  • the average particle diameter can be measured by a laser diffraction method.
  • the surface hardness can be measured for a bulk product made of a material constituting each part.
  • a hardness meter corresponding to the material can be used.
  • a Rockwell hardness meter can be used for a soft material such as a material constituting the continuous portion 11.
  • a Vickers hardness meter can be used for a rubber material.
  • the Young's modulus can be measured using a test piece defined in JISG0567J using a tensile tester.
  • the surface hardness of the material constituting the continuous portion 11 is preferably Rockwell hardness (M scale) of 130 or less, more preferably 120 or less, further preferably 110 or less, and 100 or less. It is particularly preferred.
  • the lower limit value of the surface hardness of the material constituting the continuous portion 11 is not necessarily limited, but usually the Rockwell hardness (M scale) is about 60.
  • the Young's modulus of the material constituting the continuous part 11 is preferably 20 GPa or less, more preferably 10 GPa or less, and even more preferably 5 GPa or less. When the Young's modulus is within the above range, the impact applied to the discontinuous portion 12 by the collision particles 40 is absorbed, and the erosion resistance is improved.
  • the lower limit value of the Young's modulus of the material constituting the continuous portion 11 is not necessarily limited, but is usually about 100 MPa.
  • a resin material is preferable.
  • a resin material what contains at least 1 sort (s) chosen from an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide resin, and a polyesterimide resin is preferable.
  • the resin material one containing an epoxy resin is particularly preferable.
  • the resin material may contain a curing agent, a dispersion medium, a leveling agent, an antifoaming agent, a pigment, and the like as necessary.
  • epoxy resin examples include those obtained by condensation of epichlorohydrin with polyhydric phenols such as bisphenols and polyhydric alcohols.
  • bisphenol A type epoxy resin brominated bisphenol A type epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol AF type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, Naphthalene type epoxy resin, fluorene type epoxy resin, novolak type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, orthocresol novolak type epoxy resin, tris (hydroxyphenyl) methane type epoxy resin and the like can be mentioned.
  • glycidyl ether type epoxy resins such as tetraphenylolethane type epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins obtained by condensation of epichlorohydrin and carboxylic acid, hydantoins obtained by reaction of triglycidyl isocyanate or epichlorohydrin and hydantoins And heterocyclic epoxy resins such as type epoxy resins.
  • the resin material constituting the continuous part 11 preferably has a surface water droplet contact angle of 80 degrees or less.
  • the erosion resistance is further improved.
  • Such a water droplet contact angle is obtained, for example, when the resin material has a hydrophilic group.
  • the hydrophilic group include a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a sulfo group, and an amide group. Such an effect is exhibited particularly when the collision particle 40 is a water droplet.
  • the introduction of the hydrophilic group into the resin material is performed, for example, by using a resin having a hydrophilic group as a resin used for manufacturing the resin material.
  • the resin having a hydrophilic group may have at least one hydrophilic group in the molecule, but when it has a repeating unit in the molecule, it must have at least one hydrophilic group in each repeating unit. Is preferred.
  • the water droplet contact angle of the surface 10a on which the collision particles 40 collide is 80 degrees or less.
  • the erosion resistance is further improved.
  • the surface 10 a is a surface having a continuous portion 11 and a discontinuous portion 12.
  • the surface hardness of the material constituting the discontinuous portion 12 is Vickers hardness, preferably 700 or more, and more preferably 1000 or more. As the surface hardness of the material constituting the discontinuous portion 12 is higher, erosion such as scratching when the incident angle of the collision particle 40 is smaller is suppressed.
  • the upper limit value of the surface hardness of the material constituting the discontinuous portion 12 is not necessarily limited, but is usually about 2500.
  • the Young's modulus of the material constituting the discontinuous portion 12 is preferably 50 GPa or more, more preferably 100 GPa or more, and further preferably 300 GPa or more. Although the upper limit of the Young's modulus of the material constituting the discontinuous portion 12 is not necessarily limited, it is usually about 500 GPa.
  • the constituent material of the discontinuous portion 12 is preferably a metal material, a ceramic material, or a composite material thereof.
  • a metal material what consists of at least 1 sort (s) chosen from iron, copper, aluminum, titanium, and tungsten is preferable.
  • the ceramic material is preferably made of at least one selected from aluminum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, and layered silicate mineral.
  • the content ratio of the discontinuous part 12 is preferably 1% by volume or more in the total of the continuous part 11 and the discontinuous part 12.
  • the content ratio of the discontinuous portion 12 is preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, further preferably 15% by volume or more, and 20% by volume since erosion such as scratching is suppressed. % Or more is even more preferable, and 25% by volume or more is particularly preferable.
  • the content ratio of the discontinuous part 12 is preferably 40% by volume or less, more preferably 35% by volume or less, and further preferably 30% by volume or less, in the total of the continuous part 11 and the discontinuous part 12.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modification of the erosion resistant material 10.
  • the erosion resistant material 10 may contain fibers 13.
  • the structural member itself has sufficient mechanical strength.
  • the fiber 13 is contained in the state of the base material which consists of a woven fabric or a nonwoven fabric, for example. Examples of the material constituting the fiber 13 include glass fiber, carbon fiber, and polymer fiber. The length of the fiber 13 can be appropriately changed according to the size of the material.
  • the content ratio can be appropriately selected according to the required mechanical strength and the like.
  • the content ratio of the fibers 13 is preferably 50% by volume or more, more preferably 60% by volume or more, and further preferably 70% by volume or more in the entire erosion-resistant material 10.
  • the content ratio of the fibers 13 is preferably 99% by volume or less and more preferably 95% by volume or less in the entire erosion-resistant material 10.
  • the ratio in each volume of the continuous part 11, the discontinuous part 12, and the fiber 13 contained in the erosion resistant material 10 is the continuous part 11, the discontinuous part 12, and the fiber 13 contained in the erosion resistant material 10. It is calculated
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing another modification of the erosion resistant material 10.
  • the particles constituting the discontinuous portion 12 are not necessarily limited to spherical particles, and may be those having an average aspect ratio higher than 1 such as a flat plate shape and a columnar shape. In the case of particles having an average aspect ratio higher than 1, since the bonding force between the continuous portion 11 and the discontinuous portion 12 is improved, erosion due to impact is suppressed particularly when the incident angle of the collision particles 40 is large.
  • the average aspect ratio of the particles constituting the discontinuous portion 12 is preferably 5 or more, and more preferably 10 or more.
  • grains which comprise the discontinuous part 12 is calculated
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the erosion-resistant material 20 of the second embodiment.
  • the erosion-resistant material 20 of the second embodiment is the erosion-resistant material of the first embodiment except that the surface hardness and Young's modulus of the continuous portion 21 and the discontinuous portion 22 are reversed.
  • the structure is almost the same as that of the material 10.
  • the erosion resistant material 20 has a continuous portion 21 and a discontinuous portion 22.
  • the continuous portion 21 has a continuous structure and serves as a matrix of the erosion resistant material 20.
  • the discontinuous portion 22 is disposed so as to have a discontinuous structure inside the continuous portion 21.
  • the discontinuous portion 22 is composed of particles having an average particle diameter of 20 ⁇ m or less.
  • the discontinuous portion 22 is made of a material having a lower surface hardness and Young's modulus than the continuous portion 21.
  • the discontinuous portion 22 is made of a material having a lower surface hardness and Young's modulus than the continuous portion 21 is the same as the case where the discontinuous portion 22 is made of a material having a higher surface hardness and Young's modulus than the continuous portion 21.
  • the erosion resistance is good.
  • the surface hardness of the material constituting the continuous portion 21 is preferably Rockwell hardness (M scale) of 80 or more, more preferably 90 or more, and further preferably 100 or more. Although the upper limit value of the surface hardness of the material constituting the continuous portion 21 is not necessarily limited, the Rockwell hardness (M scale) is usually about 130.
  • the Young's modulus of the material constituting the continuous portion 21 is preferably 1 GPa or more, more preferably 2 GPa or more, further preferably 3 GPa or more, and may be 10 GPa or more.
  • the upper limit value of the Young's modulus of the material constituting the continuous portion 21 is not necessarily limited, but is usually about 50 GPa.
  • a resin material is preferable.
  • a material containing at least one selected from an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide resin, and a polyesterimide resin is preferable.
  • the resin material one containing an epoxy resin is particularly preferable.
  • such a resin material may contain a curing agent, a dispersion medium, a leveling agent, an antifoaming agent, a pigment, and the like as necessary.
  • epoxy resin examples include those obtained by condensation of epichlorohydrin with polyhydric phenols such as bisphenols and polyhydric alcohols.
  • bisphenol A type epoxy resin brominated bisphenol A type epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol AF type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, Naphthalene type epoxy resin, fluorene type epoxy resin, novolak type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, orthocresol novolak type epoxy resin, tris (hydroxyphenyl) methane type epoxy resin and the like can be mentioned.
  • glycidyl ether type epoxy resins such as tetraphenylolethane type epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins obtained by condensation of epichlorohydrin and carboxylic acid, hydantoins obtained by reaction of triglycidyl isocyanate or epichlorohydrin and hydantoins And heterocyclic epoxy resins such as type epoxy resins.
  • the resin material constituting the continuous portion 21 preferably has a surface water droplet contact angle of 80 degrees or less.
  • the erosion resistance is further improved.
  • Such a water droplet contact angle is obtained, for example, when the resin material has a hydrophilic group.
  • the hydrophilic group include a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a sulfo group, and an amide group.
  • the introduction of the hydrophilic group into the resin material is performed, for example, by using a resin having a hydrophilic group as a resin used for manufacturing the resin material.
  • the resin having a hydrophilic group may have at least one hydrophilic group in the molecule, but when it has a repeating unit in the molecule, it must have at least one hydrophilic group in each repeating unit. Is preferred.
  • the water droplet contact angle of the surface 20a on which the collision particles 40 collide that is, the surface 20a having the continuous portion 21 and the discontinuous portion 22 is 80 degrees or less.
  • the erosion resistance is further improved.
  • the average particle size of the particles constituting the discontinuous portion 22 is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 7 ⁇ m or less, further preferably 6 ⁇ m or less, and particularly preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average particle diameter is not particularly limited, but is usually about 10 nm.
  • the surface hardness of the material constituting the discontinuous portion 22 is preferably Rockwell hardness (M scale) of 130 or less, and more preferably 100 or less.
  • the Young's modulus of the material constituting the discontinuous portion 22 is preferably 100 MPa or less, more preferably 10 MPa or less, further preferably 5 MPa or less, and particularly preferably 3 MPa or less.
  • the lower limit value of the Young's modulus of the material constituting the discontinuous portion 22 is not necessarily limited, but is usually about 0.1 MPa.
  • the constituent material of the discontinuous portion 22 is preferably a material having rubber elasticity, and core-shell rubber, solid rubber, liquid rubber and the like are preferable.
  • the content ratio of the discontinuous part 22 is preferably 1% by volume or more, more preferably 5% by volume or more, further preferably 10% by volume or more, and more preferably 15% by volume or more in the total of the continuous part 21 and the discontinuous part 22. Particularly preferred. Moreover, 40 volume% or less is preferable in the sum total of the continuous part 21 and the discontinuous part 22, and, as for the content rate of the discontinuous part 22, 35 volume% or less is more preferable, and 30 volume% or less is further more preferable.
  • the discontinuous portion 22 a first material composed of particles having an average particle diameter of 1 ⁇ m or less and having a higher surface hardness and Young's modulus than the continuous portion 21 (the discontinuous portion 12 of the erosion resistant material 10 of the first embodiment). ), And a second material (discontinuous portion 22 of the erosion resistant material 20 of the second embodiment) having a surface hardness and Young's modulus lower than those of the continuous portion 21, and particles having an average particle diameter of 20 ⁇ m or less.
  • the first material is desirably contained in an amount of 5 to 30% by volume
  • the second material is desirably contained in an amount of 5 to 30% by volume. More preferably, the first material is 5 to 20% by volume, the second material is 5 to 20% by volume, and the total discontinuity is 40% by volume or less.
  • the erosion-resistant material 20 can contain fibers in the same manner as the erosion-resistant material 10 of the first embodiment.
  • the type of fiber and the content ratio of the fiber in the case of containing the fiber are the same as in the case of the erosion resistant material 10 of the first embodiment.
  • the erosion resistant material of the first and second embodiments can be manufactured as follows, for example. First, a raw material mixture is prepared by mixing a resin constituting a continuous part, particles constituting a discontinuous part, and, if necessary, a curing agent, a leveling agent, an antifoaming agent, a pigment, a dispersion medium and the like. Thereafter, it is cured. Thereby, the erosion-resistant material of 1st, 2nd embodiment can be manufactured. Alternatively, the raw material mixture may be impregnated into a base material made of woven fabric or non-woven fabric and then cured. Thereby, what has a fiber in the inside of a continuous part can be manufactured.
  • an epoxy resin as an epoxy resin curing agent, an amine curing agent, an acid anhydride curing agent, an imidazole curing agent, a polymercaptan curing agent, a phenol curing agent, a Lewis acid curing agent, an isocyanate
  • an epoxy resin curing agent an amine curing agent, an acid anhydride curing agent, an imidazole curing agent, a polymercaptan curing agent, a phenol curing agent, a Lewis acid curing agent, an isocyanate
  • amine curing agents include ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, hexamethylenediamine, dipropylenediamine, polyether diamine, 2,5-dimethylhexamethylenediamine, trimethylhexamethylenediamine, Diethylenetriamine, iminobispropylamine, bis (hexamethyl) triamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, aminoethylethanolamine, tri (methylamino) hexane, dimethylaminopropylamine, diethylaminopropylamine, methylimino Bispropylamine, mensendiamine, isophoronediamine, bis (4-amino-3-methyldicyclohexyl) methane, diaminodicyclohexyl Tan, bis (aminomethyl) cyclohexane, N-aminoethyl
  • acid anhydride curing agents examples include dodecenyl succinic anhydride, polyadipic acid anhydride, polyazeline acid anhydride, polysebacic acid anhydride, poly (ethyloctadecanedioic acid) anhydride, poly (phenylhexadecanedioic acid) anhydride , Methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylhymic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, methylcyclohexenedicarboxylic anhydride, phthalic anhydride, anhydrous Trimellitic acid, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic acid, ethylene glycol bis trimellitate, glycerol tris trimellitate, het anhydride, tet
  • imidazole curing agents examples include 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-heptadecylimidazole, and the like.
  • Specific examples of the polymercaptan curing agent include polysulfide and thioester.
  • the amount of the curing agent for the epoxy resin is appropriately set within the range of the effective amount according to the kind of the curing agent, etc., but generally 1/2 to 2 equivalents to the epoxy equivalent of the epoxy resin is preferable. . If it is less than 1 ⁇ 2 equivalent, the curing reaction of the epoxy resin may not proceed sufficiently. On the other hand, if it exceeds 2 equivalents, the heat resistance of the erosion-resistant material 10 may be reduced.
  • an epoxy resin curing accelerator can be used to promote or control the curing reaction of the epoxy resin.
  • an acid anhydride curing agent when used, it is preferable to use an epoxy resin curing accelerator because its curing reaction is slower than other curing agents such as an amine curing agent.
  • the curing accelerator for the acid anhydride curing agent include a tertiary amine or a salt thereof, a quaternary ammonium compound, imidazole, and an alkali metal alkoxide.
  • a reactive solvent or a non-reactive solvent can be used as the dispersion medium.
  • the reactive solvent is a solvent having reactivity with the epoxy resin curing agent, and examples thereof include an organic compound having one or more epoxy groups per molecule. According to the reactive solvent, since it reacts with the curing agent for epoxy resin and is taken into the cured epoxy resin, a decrease in heat resistance or the like is suppressed.
  • Examples of the reactive solvent include butyl glycidyl ether, alkylene monoglycidyl ether, alkylphenol monoglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, and alkylene diglycidyl ether.
  • non-reactive solvents examples include toluene, xylene, benzene, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, hexane, cyclohexane, cyclopentane, and N-methyl-2-pyrrolidone.
  • Dimethylformamide dimethyl sulfoxide, ethyl acetate, acetonitrile, diethyl ether, tetrahydrofuran, carbon tetrachloride, dichloromethane, chloroform, chlorobenzene and the like.
  • the blending amount of the dispersion medium is preferably 1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin, for example. In the case of 1 mass part or more, the dispersibility of the filler used as the discontinuous part 12 can fully be improved. On the other hand, in the case of 100 parts by mass or less, heat resistance and the like can be ensured.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the erosion-resistant material of the third embodiment.
  • the erosion resistant material 30 of the third embodiment has a resin material portion 31.
  • the resin material constituting the resin material portion 31 has a hydrophilic group.
  • the resin material constituting the resin material portion 31 has a water droplet contact angle of 80 degrees or less on the surface.
  • the erosion resistant material 30 since it has a resin material having a water droplet contact angle of 80 degrees or less due to having a hydrophilic group, the erosion resistance is improved.
  • the hydrophilic group include a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a sulfo group, and an amide group.
  • the water droplet contact angle is preferably 75 ° or less, and more preferably 70 ° or less because erosion resistance is improved.
  • the lower limit value of the water droplet contact angle is not particularly limited, and may be 0 degrees, but usually about 60 degrees is sufficient.
  • the resin material preferably contains a resin having a hydrophilic group.
  • the resin having a hydrophilic group is preferably at least one selected from an epoxy resin having a hydrophilic group, a phenol resin, a polyimide resin, and a polyesterimide resin.
  • an epoxy resin having a hydrophilic group is particularly preferable.
  • the resin having a hydrophilic group may have at least one hydrophilic group in the molecule, but when it has a repeating unit in the molecule, it must have at least one hydrophilic group in each repeating unit. Is preferred.
  • the resin material may contain a curing agent, a dispersion medium, a leveling agent, an antifoaming agent, a pigment, and the like as necessary.
  • the erosion-resistant material 30 may be composed only of the resin material part 31 or may contain fibers inside the resin material part 31 (not shown). Examples of the material constituting the fiber include glass fiber, carbon fiber, and polymer fiber.
  • the total amount of the erosion resistant material 30 is preferably 50% by volume or more, more preferably 60% by volume or more, and further preferably 70% by volume or more.
  • the fiber content is preferably 99% by volume or less, more preferably 95% by volume or less in the entire erosion-resistant material 30.
  • the erosion resistant material 30 may contain a discontinuous portion 12 as in the erosion resistant material 10 of the first embodiment inside the resin material portion 31.
  • the erosion resistant material 30 has the same structure as the erosion resistant material 10 of the first embodiment. That is, the resin material portion 31 becomes the continuous portion 11 in the erosion resistant material 10 of the first embodiment.
  • preferable characteristics, constituent materials, content ratios, and the like of the discontinuous portion 12 are the same as those of the erosion resistant material 10 of the first embodiment.
  • the erosion resistant material 30 may contain a discontinuous portion 22 as in the erosion resistant material 20 of the second embodiment inside the resin material portion 31.
  • the erosion resistant material 30 has the same structure as the erosion resistant material 20 of the second embodiment. That is, the resin material part 31 becomes the continuous part 21 in the erosion resistant material 20 of the second embodiment.
  • the discontinuous portion 22 is included, preferable characteristics, constituent materials, content ratios, and the like of the discontinuous portion 22 are the same as those of the erosion resistant material 20 of the second embodiment.
  • the water droplet contact of the surface 30a is preferably 80 degrees or less.
  • the surface 30 a is the surface 30 a on which the collision particles 40 collide in the erosion resistant material 30. That is, the surface 30 a is a surface having the resin material part 31 and the discontinuous part 12 or the discontinuous part 22.
  • the erosion resistant material 30 can be manufactured as follows, for example. First, a resin having a hydrophilic group and, if necessary, a curing agent, a leveling agent, an antifoaming agent, a pigment, a dispersion medium and the like are mixed to prepare a raw material mixture. Thereafter, it is cured. Thereby, the erosion resistant material 30 can be manufactured. Alternatively, the raw material mixture may be impregnated into a base material made of woven fabric or non-woven fabric and then cured. Thereby, the erosion-resistant material 30 containing a fiber can be manufactured. In addition, what was already demonstrated can be used about components, such as a hardening
  • the erosion resistant material of each embodiment is used without particular limitation to those that may cause collision particles to collide at high speed.
  • the collision particles may be either solid or liquid.
  • Examples of the erosion-resistant material used in each of the embodiments include industrial equipment such as turbine generators and nuclear equipment, transportation equipment such as airplanes, automobiles, and railways, and various types that constitute buildings. These structural members can be mentioned.
  • the erosion resistant material of each embodiment is used as the whole or a part of such a structural member. When used as a part of a structural member, for example, it is used as a coating that covers and protects the surface.
  • Example 1 The continuous part is a cured product of bisphenol A type epoxy resin (surface hardness: Rockwell hardness (M scale) 100, Young's modulus: 3 GPa), and the discontinuous part is tungsten oxide particles (surface hardness: Vickers hardness 1300, Young Ratio: 500 GPa), and an evaluation material was manufactured in which the ratio of the discontinuous portion to the continuous portion and the discontinuous portion was changed within the range of 5 to 40% by volume.
  • This evaluation material has the structure of the erosion resistant material of the first embodiment.
  • the material for evaluation consists of a continuous part and a discontinuous part, and does not contain a fiber.
  • the particle size of the tungsten oxide particles constituting the discontinuous portion is about 100 nm.
  • the bisphenol A type epoxy resin is produced by a condensation reaction of bisphenol A and epichlorohydrin, has a repeating unit composed of bisphenol A and epichlorohydrin, and has a hydroxyl group as a hydrophilic group in the repeating unit.
  • the water droplet contact angle on the surface of the material constituting the continuous part was measured and found to be 88 degrees.
  • the water droplet contact angle was measured as follows. First, the material for evaluation was cut into 100 mm square, held for 12 hours in an environment of 50% humidity and a temperature of 55 ° C., and then held for 12 hours in an environment of 25 ° C. at the same humidity. Thereafter, this evaluation material was placed on a contact angle meter (CA-2 type) manufactured by Kyowa Interface Chemical, and 2 ⁇ l of water was dropped on the surface of the evaluation material to measure the contact angle of the water droplets.
  • CA-2 type manufactured by Kyowa Interface Chemical
  • the erosion resistance of these evaluation materials was evaluated.
  • a large number of glass beads having a particle diameter of about 200 nm were collided with the evaluation material at a gas pressure of 0.5 MPa as collision particles.
  • a decrease in the volume of the evaluation material was measured as an erosion amount.
  • the evaluation was performed in two ways with the incident angles of the collision particles being 30 degrees and 90 degrees. The incident angle was 0 degree when parallel to the surface of the evaluation material, and 90 degrees when perpendicular to the surface of the evaluation material. The results are shown in FIG.
  • the connection of particles is called the percolation phenomenon.
  • the volume ratio when the particles are connected that is, the percolation threshold, is theoretically about 31% in the case of a random system.
  • the erosion amount when the incident angle is large corresponds to this value.
  • the content ratio of the discontinuous portion in the continuous portion and the discontinuous portion is preferably 40% by volume or less.
  • the amount of erosion due to scratching when the incident angle is small can be reduced.
  • the amount of erosion due to impact when the incident angle is large can be reduced.
  • the scratch-resistant portion and the impact-resistant portion are appropriately disposed over the entire structural material, and the erosion resistance of the entire structural material is improved.
  • Example 2 As is clear from the results of Example 1, when the content ratio of the discontinuous portion increases, the amount of erosion when the incident angle is large increases. As one of the factors, the bonding force between the continuous portion and the discontinuous portion is weak, and it is estimated that the material breaks at these interfaces. Therefore, in order to increase the bonding force between the continuous portion and the discontinuous portion, an attempt was made to reduce the amount of erosion by changing the aspect ratio of the particles constituting the discontinuous portion to increase the area of the interface.
  • the continuous part is a cured product of bisphenol A type epoxy resin (surface hardness: Rockwell hardness (M scale) 100, Young's modulus: 3 GPa), and the discontinuous part is a spherical oxidation having a particle size of about 100 nm.
  • Tungsten particles surface hardness: Vickers hardness 1300, Young's modulus: 500 GPa
  • flat silicate particles having a thickness of about several nanometers and a radius of about 100 nm
  • surface hardness: Vickers hardness 500, Young's modulus: 100 GPa surface hardness: Vickers hardness 500, Young's modulus: 100 GPa
  • diameter of 15 nm Columnar titanium oxide particles having a length of about 20 to 100 nm (surface hardness: Vickers hardness 1600, Young's modulus: 300 GPa), and the content ratio of the discontinuous part in the continuous part and the discontinuous part is 20% by volume.
  • the incident angle is higher than that of the non-composite resin or the spherical tungsten oxide composite resin. The amount of erosion when large is reduced.
  • Example 3 The continuous part is a cured product of bisphenol A type epoxy resin (surface hardness: Rockwell hardness (M scale) 100, Young's modulus: 3 GPa), and the discontinuous part is core-shell rubber particles (surface hardness: Shore A hardness 60, A plurality of evaluation materials having a Young's modulus of 1 MPa and having a discontinuous portion content ratio of 5 to 40% by volume in a continuous portion and a discontinuous portion were manufactured.
  • This evaluation material has the structure of the erosion resistant material of the second embodiment.
  • the material for evaluation consists of a continuous part and a discontinuous part, and does not contain a fiber.
  • grains which comprise a discontinuous part are about 500 nm in particle size.
  • Erosion resistance was evaluated for such evaluation materials.
  • a large number of water droplets having a particle size of about 180 ⁇ m were collided at about 240 m / sec as collision particles with the evaluation material.
  • the weight loss of the evaluation material was measured as the erosion amount.
  • the evaluation was performed with the incident angle of the collision particles being 30 to 90 degrees. The results are shown in FIG. Note that FIG. 8 also shows the results for a continuous portion only and a discontinuous portion.
  • the discontinuous portion is made of a material having a lower surface hardness and Young's modulus than the continuous portion, and the discontinuous portion is made of a material having a higher surface hardness and Young's modulus than the continuous portion.
  • erosion resistance is improved.
  • the discontinuous part is made of a material having a lower surface hardness and Young's modulus than the continuous part, the erosion resistance is obtained when the incident angle is on the high angle side such as 75 degrees or 90 degrees. Becomes better.
  • Example 4 a material obtained by curing an ester-acrylic monomer resin having at least a hydroxyl group as a hydrophilic group and having a surface water droplet contact angle of 47 degrees was prepared.
  • Example 5 a material obtained by curing an epoxy-phenol resin having at least a hydroxyl group as a hydrophilic group and having a surface water droplet contact angle of 61 degrees was prepared.
  • Example 6 a material obtained by curing an epoxy-anhydride-acrylic monomer resin having at least a hydroxyl group as a hydrophilic group and having a surface water droplet contact angle of 67 degrees is used. Produced.
  • Example 7 a material obtained by curing an epoxy-ester-acrylic monomer resin having at least a hydroxyl group as a hydrophilic group and having a surface water droplet contact angle of 66.5 degrees is used. Produced. As an evaluation material of Comparative Example 1, a material obtained by curing an epoxy-amine resin having no hydrophilic group and having a surface water droplet contact angle of 71.5 degrees was prepared. As an evaluation material of Comparative Example 2, a material obtained by curing an epoxy-acid anhydride resin having no hydrophilic group and having a surface water droplet contact angle of 88 degrees was prepared.
  • the evaluation materials of Examples 4 to 7 have the structure of the erosion resistant material of the third embodiment.
  • the erosion resistance of the evaluation materials of Examples 4 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 was evaluated.
  • a large number of water droplets having a particle size of about 200 ⁇ m were made to collide with the evaluation material for 20 minutes at a speed of about 240 m / sec.
  • the weight loss of the evaluation material was measured as the erosion amount.
  • the evaluation was performed with the incident angle of the collision particles being 75 degrees. The results are shown in FIG.
  • the amount of erosion decreases when the surface of the resin material has a hydrophilic group and the water droplet contact angle is 80 degrees or less. Further, in the range where the water droplet contact angle on the surface of the resin material is 80 degrees or less, the erosion amount decreases as the water droplet contact angle decreases. From these facts, it can be seen that a good erosion resistance can be obtained by having a resin material having a surface water droplet contact angle of 80 degrees or less.
  • FIG. 10 shows the time change of the erosion amount when the collision angle is 90 degrees.
  • BR is only an epoxy resin as a comparative example.
  • LS10 an epoxy resin is used as a continuous part, and 10% by mass of flat silicate is dispersed as a discontinuous part.
  • the RPLS 10 is a composite of 10 mass% of flat silicate and 10 mass% of core-shell rubber particles as discontinuous parts using an epoxy-phenol resin having good wettability as a continuous part. As is apparent from the figure, RPLS 10 in which silicate and core-shell rubber particles are dispersed in a resin having high wettability has the highest erosion property.
  • the specific gravity of the epoxy resin is 1.1 to 1.2
  • the specific gravity of the flat silicate is 1.2
  • the specific gravity of the core-shell rubber particles is 1.0 to 1.1.
  • the ratio by mass of each component is substantially equal to the ratio by volume. That is, the LS10 contains about 10% by volume of flat silicate as a discontinuous portion.
  • the RPLS 10 contains about 10% by volume of flat silicate and about 10% by volume of core-shell rubber particles.

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Abstract

　耐エロージョン性材料は、連続部および不連続部を有する。連続部は、連続した構造を有する。不連続部は、連続部の内部に不連続な構造となるように配置されている。該不連続部は、平均粒径１μｍ以下の粒子からなる。また、該不連続部は、連続部よりも表面硬度およびヤング率が高い材料からなる。

Description

耐エロージョン性材料およびタービン翼
　本発明の実施形態は、耐エロージョン性材料およびタービン翼に関する。
　従来、固体または液体からなる粒子が高速で衝突する環境下において、金属材料が用いられている。一方、航空機、自動車、鉄道等の輸送用機器において、省エネルギー化を目的とする軽量化のために、カーボン繊維、ガラス繊維等により強化された繊維強化プラスチックが用いられている。
　繊維強化プラスチックについては、軽量化が可能になる。しかし、固体または液体からなる粒子が高速で衝突したとき、繊維またはプラスチックが侵食を受けて特性が低下しやすい。そこで、侵食を受ける表面に、金属材料、セラミックス材料等の強化材料を配置する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－１６９８４４号公報
　しかしながら、強化材料を表面に配置する方法の場合、軽量化が犠牲になる。また、表面の強化材料が浸食されると、特性の低下が進行しやすい。本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであって、軽量で、かつ耐エロージョン性が良好な材料の提供を目的とする。
　第１の実施形態の耐エロージョン性材料は、連続部および不連続部を有する。連続部は、連続した構造を有する。不連続部は、連続部の内部に不連続な構造となるように配置されている。該不連続部は、平均粒径１μｍ以下の粒子からなる。また、該不連続部は、連続部よりも表面硬度およびヤング率が高い材料からなる。
　第２の実施形態の耐エロージョン性材料は、連続部および不連続部を有する。連続部は、連続した構造を有する。不連続部は、連続部の内部に不連続な構造となるように配置されている。該不連続部は、平均粒径２０μｍ以下の粒子からなる。また、該不連続部は、連続部よりも表面硬度およびヤング率が低い材料からなる。
　第３の実施形態の耐エロージョン性材料は、樹脂材料部を有する。該樹脂材料部を構成する樹脂材料は、親水性基を有する。また、該樹脂材料部を構成する樹脂材料は、表面の水滴接触角が８０度以下である。
第１の実施形態の耐エロージョン性材料の一例を示す断面図である。 第１の実施形態の耐エロージョン性材料の変形例を示す断面図である。 第１の実施形態の耐エロージョン性材料の他の変形例を示す断面図である。 第２の実施形態の耐エロージョン性材料の一例を示す断面図である。 第３の実施形態の耐エロージョン性材料の一例を示す断面図である。 不連続部（酸化タングステン粒子）の含有割合とエロージョン量との関係を示す図である。 不連続部を構成する粒子の形状とエロージョン量との関係を示す図である。 不連続部（ゴム粒子）の含有割合とエロージョン量との関係を示す図である。 表面の水滴接触角とエロージョン量との関係を示す図である。 不連続部の構成とエロージョン量との関係を示す図である。
　以下、耐エロージョン性材料の実施形態について図面を参照して説明する。
　まず、第１の実施形態の耐エロージョン性材料について説明する。
　図１は、第１の実施形態の耐エロージョン性材料の一例を示す断面図である。
　なお、図１には、耐エロージョン性材料１０に衝突する衝突粒子４０を合わせて図示している。
　第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０は、連続部１１および不連続部１２を有する。連続部１１は、連続した構造を有するものであり、耐エロージョン性材料１０のマトリックスとなるものである。連続部１１の内部には、不連続部１２が配置されている。
　不連続部１２は、連続部１１の内部に不連続な構造となるように配置されている。該不連続部１２は、平均粒径１μｍ以下の粒子から構成されている。また、該不連続部１２は、連続部１１よりも表面硬度およびヤング率が高い材料から構成されている。
　ここで、不連続な構造とは、粒子どうしが接触していないことを意味する。しかし、必ずしも全ての粒子が互いに接触していないことまでは必要とされない。例えば、一部の粒子については互いに接触していてもよい。このような不連続な構造は、粒子が分散して配置され、これらの粒子間に連続部１１が介在することにより形成されている。
　本実施形態の耐エロージョン性材料１０によれば、上記した連続部１１と不連続部１２とを有することにより、軽量化が可能になるとともに、耐エロージョン性が良好になる。
　例えば、一般的な樹脂材料の場合、表面硬度およびヤング率が低い。上記樹脂材料の場合、衝突粒子の入射角が大きいときには、ヤング率が低いために衝突粒子の衝撃が吸収されて侵食が抑制される。しかし、衝突粒子の入射角が小さいときには、表面硬度が低いために引っ掻かれたように侵食されやすい。ここで、衝突粒子の入射角が大きい場合とは、表面に垂直に近い角度で衝突粒子が入射する場合を意味する。また、衝突粒子の入射角が小さい場合とは、表面を擦るように衝突粒子が入射する場合を意味する。
　反対に、表面硬度およびヤング率が高い材料の場合、衝突粒子の入射角が小さいときには、表面硬度が高いために引っ掻かれたような侵食が抑制される。しかし、衝突粒子の入射角が大きいときには、ヤング率が高いために衝撃が十分に吸収されないことから侵食されやすい。
　本実施形態の耐エロージョン性材料１０によれば、表面硬度およびヤング率が相対的に低い材料からなる連続部１１と、表面硬度およびヤング率が相対的に高い材料からなる不連続部１２とが適切に配置される。これにより、衝突粒子４０の入射角の大小によらずに侵食が抑制される。
　例えば、衝突粒子４０の入射角が小さい場合、衝突粒子４０が不連続部１２を擦るように衝突する。ここで、不連続部１２は、表面硬度およびヤング率が相対的に高い材料からなるものである。これにより、引っ掻かれたような侵食が抑制される。一方、衝突粒子４０の入射角が大きい場合、衝突粒子４０が不連続部１２に衝突したとしても、この不連続部１２に加えられた衝撃は連続部１１により吸収される。ここで、連続部１１は、表面硬度およびヤング率が相対的に低い材料からなるものである。これにより、衝突粒子４０の入射角が小さいときの引っ掻かれたような侵食、および衝突粒子４０の入射角が大きいときの衝撃による侵食の双方が抑制される。すなわち、衝突粒子４０の入射角の大小によらずに侵食が抑制される。
　ここで、衝撃を吸収する効果は、衝突粒子４０に比べて不連続部１２を構成する粒子の粒径が十分に小さいときに顕著となる。衝突粒子４０として、固体または液体が挙げられる。衝突粒子４０の代表例として、平均粒径が２００μｍ程度の水滴が挙げられる。本実施形態の耐エロージョン性材料１０では、不連続部１２を構成する粒子の平均粒径を１μｍ以下と十分に小さくすることで、衝撃による侵食が効果的に抑制される。不連続部１２を構成する粒子の平均粒径は、５００ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましい。平均粒径の下限値は、必ずしも制限されないが、通常１ｎｍ程度である。
　また、衝撃を吸収する効果は、不連続部１２を構成する粒子どうしが接触していないことにより得られる。本実施形態の耐エロージョン性材料１０では、粒子どうしが接触していない不連続な構造とすることで、衝撃による侵食が効果的に抑制される。理論的には、連続部１１と不連続部１２とにおける連続部１１の体積での割合が１／３以上になると、不連続部１２を構成する粒子が互いに接触しない不連続な状態になる。
　また、本実施形態の耐エロージョン性材料１０によれば、連続部１１の構成材料として樹脂材料を用いることができる。これにより、軽量化を図ることができる。
　さらに、本実施形態の耐エロージョン性材料１０によれば、連続部１１と、不連続部１２とを全体として有する。これにより、仮に衝突粒子４０が衝突して表面１０ａが削られたとしても、同様の構造を有する表面が次々に現れて耐エロージョン性の低下が抑制される。
　なお、平均粒径、表面硬度、ヤング率は、以下のようにして測定することができる。平均粒径は、レーザー回折法により測定することができる。表面硬度は、各部を構成する材料からなるバルク品について測定することができる。表面硬度の測定では、材料に応じた硬度計を用いることができる。例えば、連続部１１を構成する材料のように柔らかい材料については、ロックウェル硬度計を用いることができる。不連続部１２を構成する材料のように固い材料については、ビッカース硬度計を用いることができる。ゴム材料については、デュロメータを用いることができる。ヤング率は、引張試験機を用いて、ＪＩＳＧ０５６７Ｊに規定される試験片を用いて測定することができる。
　連続部１１を構成する材料の表面硬度は、ロックウェル硬さ（Ｍスケール）が１３０以下であることが好ましく、１２０以下であることがより好ましく、１１０以下であることがさらに好ましく、１００以下であることが特に好ましい。連続部１１を構成する材料の表面硬度の下限値は、必ずしも制限されないが、通常、ロックウェル硬さ（Ｍスケール）が６０程度である。
　連続部１１を構成する材料のヤング率は、２０ＧＰａ以下が好ましく、１０ＧＰａ以下がより好ましく、５ＧＰａ以下がさらに好ましい。ヤング率が上記範囲内の場合、衝突粒子４０により不連続部１２に加えられる衝撃が吸収されて耐エロージョン性が良好になる。連続部１１を構成する材料のヤング率の下限値は、必ずしも制限されないが、通常、１００ＭＰａ程度である。
　連続部１１を構成する材料としては、樹脂材料が好ましい。樹脂材料としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、およびポリエステルイミド樹脂から選ばれる少なくとも１種を含むものが好ましい。樹脂材料としては、特に、エポキシ樹脂を含むものが好ましい。なお、樹脂材料には、必要に応じて、硬化剤、分散媒、レベリング剤、消泡剤、顔料等が含有されてもよい。
　エポキシ樹脂としては、例えば、エピクロルヒドリンとビスフェノール類等の多価フェノール類や多価アルコールとの縮合によって得られるものが挙げられる。具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂等が挙げられる。また、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、エピクロルヒドリンとカルボン酸との縮合によって得られるグリジジルエステル型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアネートやエピクロルヒドリンとヒダントイン類との反応によって得られるヒダントイン型エポキシ樹脂のような複素環式エポキシ樹脂等が挙げられる。
　連続部１１を構成する樹脂材料は、表面の水滴接触角が８０度以下であることが好ましい。樹脂材料の表面の水滴接触角が８０度以下である場合、さらに耐エロージョン性が良好となる。このような水滴接触角は、例えば、樹脂材料が親水性基を有することにより得られる。親水性基としては、例えば、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、スルホ基、アミド基が挙げられる。このような効果は、特に衝突粒子４０が水滴のときに発揮される。
　樹脂材料への親水性基の導入は、例えば、樹脂材料の製造に用いられる樹脂として、親水性基を有する樹脂を用いることにより行われる。親水性基を有する樹脂としては、分子内に親水性基を少なくとも１つ有していればよいが、分子内に繰り返し単位を有する場合、それぞれの繰り返し単位に親水性基を少なくとも１つ有することが好ましい。
　耐エロージョン性材料１０においては、さらに、衝突粒子４０が衝突する表面１０ａの水滴接触角が８０度以下であることが好ましい。表面１０ａの水滴接触角が８０度以下となることで、さらに耐エロージョン性が良好となる。ここで、表面１０ａは、連続部１１および不連続部１２を有する表面である。
　不連続部１２を構成する材料の表面硬度は、ビッカース硬さで、７００以上が好ましく、１０００以上がより好ましい。不連続部１２を構成する材料の表面硬度が高いほど、衝突粒子４０の入射角が小さいときの引っ掻かれたような侵食が抑制される。不連続部１２を構成する材料の表面硬度の上限値は、必ずしも制限されないが、通常、２５００程度である。
　不連続部１２を構成する材料のヤング率は、５０ＧＰａ以上が好ましく、１００ＧＰａ以上がより好ましく、３００ＧＰａ以上がさらに好ましい。不連続部１２を構成する材料のヤング率の上限値は、必ずしも制限されないが、通常、５００ＧＰａ程度である。
　不連続部１２の構成材料としては、金属材料、セラミックス材料、またはこれらの複合材料が好ましい。金属材料としては、鉄、銅、アルミニウム、チタン、およびタングステンから選ばれる少なくとも１種からなるものが好ましい。セラミックス材料としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タングステン、および層状ケイ酸塩鉱物から選ばれる少なくとも１種からなるものが好ましい。
　不連続部１２の含有割合は、連続部１１と不連続部１２との合計中、１体積％以上が好ましい。不連続部１２の含有割合が１体積％以上である場合、入射角が小さい衝突粒子４０による引っ掻かれたような侵食が効果的に抑制される。不連続部１２の含有割合は、引っ掻かれたような侵食が抑制されることから、５体積％以上がより好ましく、１０体積％以上がより一層好ましく、１５体積％以上がさらに好ましく、２０体積％以上がさらに一層好ましく、２５体積％以上が特に好ましい。
　一方、不連続部１２の含有割合が高くなると、入射角が小さい衝突粒子４０による引っ掻かれたような侵食がそれ以上抑制されず、かえって入射角が大きい衝突粒子４０の衝撃により侵食されやすい。このため、不連続部１２の含有割合は、連続部１１と不連続部１２との合計中、４０体積％以下が好ましく、３５体積％以下がより好ましく、３０体積％以下がさらに好ましい。
　図２は、耐エロージョン性材料１０の変形例を示す断面図である。
　耐エロージョン性材料１０は、繊維１３を含有してもよい。例えば、構造部材の場合、それ自体で十分な機械的強度を有することが好ましい。このため、耐エロージョン性材料１０を構造部材として用いる場合、機械的強度を確保するために繊維１３を含有させることが好ましい。繊維１３は、例えば、織布または不織布からなる基材の状態で含有される。繊維１３を構成する材料としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、ポリマー繊維が挙げられる。繊維１３の長さは、材料の大きさ等に応じて適宜変更できる。
　繊維１３を含有する場合、その含有割合は必要とされる機械的強度等に応じて適宜選択できる。通常、繊維１３の含有割合は、耐エロージョン性材料１０の全体中、５０体積％以上が好ましく、６０体積％以上がより好ましく、７０体積％以上がさらに好ましい。一方、繊維１３の含有割合が増加すると、連続部１１および不連続部１２の含有割合が相対的に低下して耐エロージョン性が低下する。このため、繊維１３の含有割合は、耐エロージョン性材料１０の全体中、９９体積％以下が好ましく、９５体積％以下がより好ましい。
　なお、耐エロージョン性材料１０に含まれる、連続部１１、不連続部１２、繊維１３のそれぞれの体積での割合は、耐エロージョン性材料１０に含まれる連続部１１、不連続部１２、繊維１３のそれぞれの質量での割合をそれぞれの比重で除すことにより求められる。
　図３は、耐エロージョン性材料１０の他の変形例を示す断面図である。
　不連続部１２を構成する粒子は、必ずしも球状のものに限られず、平板状、柱状等の平均アスペクト比が１より高いものでもよい。平均アスペクト比が１より高い粒子の場合、連続部１１と不連続部１２との間の結合力が向上することから、特に衝突粒子４０の入射角が大きいときの衝撃による侵食が抑制される。
　不連続部１２を構成する粒子の平均アスペクト比は、５以上が好ましく、１０以上がより好ましい。なお、不連続部１２を構成する粒子の平均アスペクト比は、ＳＥＭおよびＴＥＭ観察により求められる。
　次に、第２の実施形態の耐エロージョン性材料について説明する。
　図４は、第２の実施形態の耐エロージョン性材料２０の一例を示す断面図である。
　第２の実施形態の耐エロージョン性材料２０は、連続部２１と不連続部２２とにおける表面硬度およびヤング率の大小関係が逆転していることを除いて、第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０とほぼ同様な構造を有する。
　すなわち、耐エロージョン性材料２０は、連続部２１および不連続部２２を有する。連続部２１は、連続した構造を有するものであって、耐エロージョン性材料２０のマトリックスとなるものである。不連続部２２は、連続部２１の内部において不連続な構造となるように配置されている。該不連続部２２は、平均粒径２０μｍ以下の粒子から構成されている。また、該不連続部２２は、連続部２１よりも表面硬度およびヤング率が低い材料からなる。
　このように不連続部２２が連続部２１よりも表面硬度およびヤング率が低い材料からなる場合についても、不連続部２２が連続部２１よりも表面硬度およびヤング率が高い材料からなる場合と同様、耐エロージョン性が良好となる。
　連続部２１を構成する材料の表面硬度は、ロックウェル硬さ（Ｍスケール）が８０以上であることが好ましく、９０以上であることがより好ましく、１００以上であることがさらに好ましい。連続部２１を構成する材料の表面硬度の上限値は、必ずしも制限されないが、通常、ロックウェル硬さ（Ｍスケール）が１３０程度である。
　連続部２１を構成する材料のヤング率は、１ＧＰａ以上が好ましく、２ＧＰａ以上がより好ましく、３ＧＰａ以上がさらに好ましく、１０ＧＰａ以上でもよい。連続部２１を構成する材料のヤング率の上限値は、必ずしも制限されないが、通常、５０ＧＰａ程度である。
　連続部２１を構成する材料としては、樹脂材料が好ましい。樹脂材料としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、およびポリエステルイミド樹脂から選ばれる少なくとも１種を含むものが好まし。樹脂材料としては、特にエポキシ樹脂を含むものが好ましい。なお、このような樹脂材料には、必要に応じて、硬化剤、分散媒、レベリング剤、消泡剤、顔料等が含有されてもよい。
　エポキシ樹脂として、例えば、エピクロルヒドリンとビスフェノール類等の多価フェノール類や多価アルコールとの縮合によって得られるものが挙げられる。具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂等が挙げられる。また、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、エピクロルヒドリンとカルボン酸との縮合によって得られるグリジジルエステル型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアネートやエピクロルヒドリンとヒダントイン類との反応によって得られるヒダントイン型エポキシ樹脂のような複素環式エポキシ樹脂等が挙げられる。
　連続部２１を構成する樹脂材料は、表面の水滴接触角が８０度以下であることが好ましい。樹脂材料の表面の水滴接触角が８０度以下である場合、さらに耐エロージョン性が良好となる。このような水滴接触角は、例えば、樹脂材料が親水性基を有することにより得られる。親水性基としては、例えば、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、スルホ基、アミド基が挙げられる。
　樹脂材料への親水性基の導入は、例えば、樹脂材料の製造に用いられる樹脂として、親水性基を有する樹脂を用いることにより行われる。親水性基を有する樹脂としては、分子内に親水性基を少なくとも１つ有していればよいが、分子内に繰り返し単位を有する場合、それぞれの繰り返し単位に親水性基を少なくとも１つ有することが好ましい。
　耐エロージョン性材料２０においては、さらに、衝突粒子４０が衝突する表面２０ａ、すなわち連続部２１および不連続部２２を有する表面２０ａの水滴接触角が８０度以下であることが好ましい。表面２０ａの水滴接触角が８０度以下となることで、さらに耐エロージョン性が良好となる。
　不連続部２２を構成する粒子の平均粒径は、１０μｍ以下が好ましく、７μｍ以下がより好ましく、６μｍ以下がさらに好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。平均粒径の下限値は、特に制限されないが、通常１０ｎｍ程度である。
　不連続部２２を構成する材料の表面硬度は、ロックウェル硬さ（Ｍスケール）が１３０以下であることが好ましく、１００以下であることがより好ましい。
　不連続部２２を構成する材料のヤング率は、１００ＭＰａ以下が好ましく、１０ＭＰａ以下がより好ましく、５ＭＰａ以下がさらに好ましく、３ＭＰａ以下が特に好ましい。不連続部２２を構成する材料のヤング率の下限値は、必ずしも制限されないが、通常、０．１ＭＰａ程度である。
　不連続部２２の構成材料は、ゴム弾性を有する材料が好ましく、コアシェルゴム、固形ゴム、液状ゴム等が好ましい。
　不連続部２２の含有割合は、連続部２１と不連続部２２との合計中、１体積％以上が好ましく、５体積％以上がより好ましく、１０体積％以上がさらに好ましく、１５体積％以上が特に好ましい。また、不連続部２２の含有割合は、連続部２１と不連続部２２との合計中、４０体積％以下が好ましく、３５体積％以下がより好ましく、３０体積％以下がさらに好ましい。
　さらに不連続部２２として、平均粒径１μｍ以下の粒子からなり、連続部２１よりも表面硬度およびヤング率が高い第１の材料（第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０の不連続部１２）、および平均粒径２０μｍ以下の粒子からなり、連続部２１よりも表面硬度およびヤング率が低い第２の材料（第２の実施形態の耐エロージョン性材料２０の不連続部２２）の両方を含有させてもよい。この場合、第１の材料は５～３０体積％、第２の材料は５～３０体積％として含有させることが望ましい。さらに好ましくは、第１の材料は５～２０体積％、第２の材料は５～２０体積％として、不連続部全体を４０体積％以下とすることが望ましい。
　耐エロージョン性材料２０は、図示しないが、第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０と同様、繊維を含有することができる。繊維を含有する場合についての繊維の種類、繊維の含有割合等は、第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０の場合と同様である。
　第１、第２の実施形態の耐エロージョン性材料は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、連続部を構成する樹脂、不連続部を構成する粒子、必要に応じて、硬化剤、レベリング剤、消泡剤、顔料、分散媒等を混合して原料混合物を調製する。その後、これを硬化させる。これにより、第１、第２の実施形態の耐エロージョン性材料を製造することができる。また、該原料混合物を織布または不織布からなる基材に含浸させてから硬化させてもよい。これにより、連続部の内部に繊維を有するものを製造することができる。
　例えば、エポキシ樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂用硬化剤として、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、ポリメルカプタン系硬化剤、フェノール系硬化剤、ルイス酸系硬化剤、イソシアネート系硬化剤等が用いられる。
　アミン系硬化剤として、例えば、エチレンジアミン、１，３－ジアミノプロパン、１，４－ジアミノブタン、ヘキサメチレンジアミン、ジプロプレンジアミン、ポリエーテルジアミン、２，５－ジメチルヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス（ヘキサメチル）トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、アミノエチルエタノールアミン、トリ（メチルアミノ）へキサン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ビス（４－アミノ－３－メチルジシクロヘキシル）メタン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、ビス（アミノメチル）シクロへキサン、Ｎ－アミノエチルピペラジン、３，９－ビス（３－アミノプロピル）２，４，８，１０－テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカン、ｍ－キシレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジアミノジエチルジフェニルメタン、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジド等が挙げられる。
　酸無水物系硬化剤として、例えば、ドデセニル無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリ（エチルオクタデカン二酸）無水物、ポリ（フェニルヘキサデカン二酸）無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロへキセンジカルボン酸無水物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテート、無水ヘット酸、テトラブロモ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、無水ポリアゼライン酸等が挙げられる。
　イミダゾール系硬化剤として、例えば、２－メチルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、２－ヘプタデシルイミダゾール等が挙げられる。また、ポリメルカプタン系硬化剤の具体例として、ポリサルファイド、チオエステル等が挙げられる。
　エポキシ樹脂用硬化剤の配合量は、硬化剤の種類等に応じて有効量の範囲内で適宜設定されるが、一般的にはエポキシ樹脂のエポキシ当量に対して１／２～２当量が好ましい。１／２当量未満の場合、エポキシ樹脂の硬化反応が十分に進行しないおそれがある。一方、２当量を超える場合、耐エロージョン性材料１０の耐熱性等が低下するおそれがある。
　また、エポキシ樹脂の硬化反応を促進あるいは制御するために、エポキシ樹脂用硬化促進剤を用いることができる。例えば、酸無水物系硬化剤を用いる場合、その硬化反応がアミン系硬化剤等の他の硬化剤と比較して遅いことから、エポキシ樹脂用硬化促進剤を用いることが好ましい。酸無水物系硬化剤用の硬化促進剤として、三級アミンまたはその塩、四級アンモニウム化合物、イミダゾール、アルカリ金属アルコキシド等が挙げられる。
　また、分散媒として、反応性溶媒、非反応性溶媒を用いることができる。反応性溶媒は、エポキシ樹脂用硬化剤に対して反応性を有する溶媒であり、１分子当たり１個以上のエポキシ基を有する有機化合物等が挙げられる。反応性溶媒によれば、エポキシ樹脂用硬化剤と反応してエポキシ樹脂硬化物中に取り込まれることから、耐熱性等の低下が抑制される。
　反応性溶媒として、例えば、ブチルグリシジルエーテル、アルキレンモノグリシジルエーテル、アルキルフェノールモノグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、アルキレンジグリシジルエーテル等が挙げられる。
　非反応性溶媒として、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロペンタン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、酢酸エチル、アセトニトリル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン等が挙げられる。
　分散媒の配合量は、例えば、エポキシ樹脂１００質量部に対して、１～１００質量部が好ましい。１質量部以上の場合、不連続部１２となる充填材の分散性を十分に高めることができる。一方、１００質量部以下の場合、耐熱性等を確保できる。
　次に、第３の実施形態の耐エロージョン性材料について説明する。
　図５は、第３の実施形態の耐エロージョン性材料の一例を示す断面図である。
　第３の実施形態の耐エロージョン性材料３０は、樹脂材料部３１を有する。該樹脂材料部３１を構成する樹脂材料は、親水性基を有する。また、該樹脂材料部３１を構成する樹脂材料は、表面の水滴接触角が８０度以下である。
　耐エロージョン性材料３０によれば、親水性基を有することにより表面の水滴接触角が８０度以下となる樹脂材料を有することから、耐エロージョン性が良好となる。親水性基としては、例えば、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、スルホ基、アミド基が挙げられる。水滴接触角は、耐エロージョン性が良好になることから、７５度以下が好ましく、７０度以下がより好ましい。水滴接触角の下限値は特に制限されず、０度でもよいが、通常は６０度程度もあれば十分である。
　樹脂材料としては、親水性基を有する樹脂を含むものが好ましい。親水性基を有する樹脂としては、親水性基を有するエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、およびポリエステルイミド樹脂から選ばれる少なくとも１種が好ましい。親水性基を有する樹脂としては、特に、親水性基を有するエポキシ樹脂が好ましい。親水性基を有する樹脂としては、分子内に親水性基を少なくとも１つ有していればよいが、分子内に繰り返し単位を有する場合、それぞれの繰り返し単位に親水性基を少なくとも１つ有することが好ましい。なお、樹脂材料には、必要に応じて、硬化剤、分散媒、レベリング剤、消泡剤、顔料等が含有されてもよい。
　耐エロージョン性材料３０は、樹脂材料部３１のみからなるものでもよいし、図示しないが、樹脂材料部３１の内部に繊維を含有するものでもよい。繊維を構成する材料としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、ポリマー繊維が挙げられる。
　繊維を含有する場合、耐エロージョン性材料３０の全体中、５０体積％以上が好ましく、６０体積％以上がより好ましく、７０体積％以上がさらに好ましい。一方、繊維の含有割合が増加すると耐エロージョン性が低下しやすいことから、繊維の含有割合は、耐エロージョン性材料３０の全体中、９９体積％以下が好ましく、９５体積％以下がより好ましい。
　耐エロージョン性材料３０は、樹脂材料部３１の内部に、第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０におけるような不連続部１２を含有してもよい。この場合、耐エロージョン性材料３０は、第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０と同様の構造となる。すなわち、樹脂材料部３１が第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０における連続部１１となる。不連続部１２を含有する場合の不連続部１２の好ましい特性、構成材料、含有割合等は、第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０の場合と同様である。
　また、耐エロージョン性材料３０は、樹脂材料部３１の内部に、第２の実施形態の耐エロージョン性材料２０におけるような不連続部２２を含有してもよい。この場合、耐エロージョン性材料３０は、第２の実施形態の耐エロージョン性材料２０と同様の構造となる。すなわち、樹脂材料部３１が第２の実施形態の耐エロージョン性材料２０における連続部２１となる。不連続部２２を含有する場合の不連続部２２の好ましい特性、構成材料、含有割合等は、第２の実施形態の耐エロージョン性材料２０の場合と同様である。
　第１の実施形態の耐エロージョン性材料１０におけるような不連続部１２、または第２の実施形態の耐エロージョン性材料２０におけるような不連続部２２を含有する場合についても、表面３０ａの水滴接触角が８０度以下となることが好ましい。ここで、表面３０ａは、耐エロージョン性材料３０において衝突粒子４０が衝突する表面３０ａである。すなわち、表面３０ａは、樹脂材料部３１と、不連続部１２または不連続部２２とを有する表面である。表面３０ａの水滴接触角が８０度以下となることで、さらに耐エロージョン性が良好となる。
　耐エロージョン性材料３０は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、親水性基を有する樹脂、必要に応じて、硬化剤、レベリング剤、消泡剤、顔料、分散媒等を混合して原料混合物を調製する。その後、これを硬化させる。これにより、耐エロージョン性材料３０を製造することができる。また、該原料混合物を織布または不織布からなる基材に含浸させてから硬化させてもよい。これにより、繊維を含有する耐エロージョン性材料３０を製造することができる。なお、硬化剤等の成分については、既に説明したものを用いることができる。
　各実施形態の耐エロージョン性材料は、衝突粒子が高速で衝突するおそれのあるものに特に制限されずに用いられる。衝突粒子としては、固体、液体のいずれからなるものでもよい。このような各実施形態の耐エロージョン性材料が用いられるものとしては、例えば、タービン発電機、原子力機器等の産業用機器、航空機、自動車、鉄道等の輸送用機器、建築物等を構成する各種の構造部材が挙げられる。各実施形態の耐エロージョン性材料は、このような構造部材の全体または一部として用いられる。構造部材の一部として用いられる場合、例えば、表面を被覆して保護するコーティングとして用いられる。
　例えば、蒸気タービンの低圧タービンにおける最終段落付近においては、蒸気圧力の低下から水滴が発生しやすい。この水滴は、蒸気流によりタービン翼に衝突して、タービン翼を侵食させる。このようなタービン翼の全体または一部に各実施形態の耐エロージョン性材料を用いることで、軽量化しつつ、水滴の衝突による侵食を抑制できる。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
　連続部がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の硬化物（表面硬度：ロックウェル硬さ（Ｍスケール）１００、ヤング率：３ＧＰａ）からなり、不連続部が酸化タングステン粒子（表面硬度：ビッカース硬さ１３００、ヤング率：５００ＧＰａ）からなり、連続部と不連続部とにおける不連続部の割合が５～４０体積％の範囲で変更された評価用材料を製造した。この評価用材料は、第１の実施形態の耐エロージョン性材料の構成を有するものである。
　なお、評価用材料は、連続部と不連続部とからなり、繊維を含まないものである。不連続部を構成する酸化タングステン粒子の粒径は、１００ｎｍ程度である。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの縮合反応により製造されるものであり、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとからなる繰返し単位を有し、この繰返し単位中に親水性基としての水酸基を有する。
　また、連続部を構成する材料の表面の水滴接触角を測定したところ、８８度であった。ここで、水滴接触角の測定は、以下のようにして行った。まず、評価用材料を１００ｍｍ角に切断した後、湿度５０％、温度５５℃の環境で１２時間保持後、同湿度にて温度２５℃の環境で１２時間保持した。その後、この評価用材料を協和界面化学製接触角計（ＣＡ－２型）に設置し、評価用材料の表面に２μｌの水を滴下して水滴の接触角を測定した。
　このような評価用材料について、耐エロージョン性を評価した。評価は、評価用材料に衝突粒子として粒径２００ｎｍ程度の多数のガラスビーズをガス圧０．５ＭＰａで衝突させた。そして、評価用材料の容積（質量を比重で除して算出）の減量をエロージョン量として計測した。なお、評価は、衝突粒子の入射角を３０度および９０度とした２通りについて行った。入射角は、評価用材料の表面と平行な場合を０度とし、評価用材料の表面に垂直な場合を９０度とした。結果を図６に示す。
　図６から明らかなように、入射角が３０度の場合、不連続部の含有割合の増加に伴ってエロージョン量が低下する。しかし、含有割合が３０体積％を超えるとエロージョン量はそれ以上低下しなくなる。一方、入射角が９０度の場合、不連続部の含有割合が３０体積％を超えると急速にエロージョン量が増加する。
　上記結果は、以下のような理由によるものと推測される。
　入射角が小さい場合、引っ掻かれたような侵食が主体となる。不連続部の含有割合が増加すると評価用材料の表面に現れる不連続部が多くなり、この表面に現れた不連続部によりエロージョン量が低下すると推測される。しかし、不連続部の含有割合が３０体積％を超えると、評価用材料の表面に現れる不連続部がそれ以上多くならない。このため、エロージョン量がそれ以上低下しなくなると推測される。
　一方、入射角が大きい場合、不連続部に加えられた衝撃が連続部に吸収される。これにより、エロージョン量が低減すると推測される。しかし、不連続部の含有割合が３０体積％を超えると、不連続部を構成する粒子どうしの間隔が短くなり、これらの間に介在する連続部が少なくなる。このため、衝撃が十分に吸収されず、結果として衝撃に弱い構造になると推測される。
　粒子が繋がることをパーコレーション現象と呼ぶ。粒子が繋がるときの体積割合、すなわちパーコレーション閾値は、ランダム系の場合、理論的には３１％程度である。入射角が大きいときのエロージョン量は、この値と呼応している可能性がある。
　これらのことから、連続部と不連続部とにおける不連続部の含有割合は４０体積％以下が好ましいことがわかる。これにより、入射角が小さいときの引掻きによるエロージョン量を低減することができる。また、入射角が大きいときの衝撃によるエロージョン量を低減することができる。さらに、引掻きに強い部分と衝撃に強い部分とが構造材料の全体に渡って適性に配置され、構造材料の全体について耐エロージョン性が良好となる。
（実施例２）
　実施例１の結果からも明らかなように、不連続部の含有割合が増加すると、入射角が大きいときのエロージョン量が増加する。この要因の一つとして、連続部と不連続部との間の結合力が弱く、これらの界面で破壊することが推測される。そこで、連続部と不連続部との結合力を高めるために、不連続部を構成する粒子のアスペクト比を変更して界面の面積を増加させることで、エロージョン量の低減を試みた。
　評価用材料として、連続部がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の硬化物（表面硬度：ロックウェル硬さ（Ｍスケール）１００、ヤング率：３ＧＰａ）からなり、不連続部が、粒径１００ｎｍ程度の球状酸化タングステン粒子（表面硬度：ビッカース硬さ１３００、ヤング率：５００ＧＰａ）、厚さ数ｎｍ程度で半径が１００ｎｍ程度の扁平状シリケート粒子（表面硬度：ビッカース硬さ５００、ヤング率：１００ＧＰａ）、または直径１５ｎｍ程度で長さが２０～１００ｎｍ程度の柱状酸化チタン粒子（表面硬度：ビッカース硬さ１６００、ヤング率：３００ＧＰａ）からなり、連続部と不連続部とにおける不連続部の含有割合が２０体積％であるものを製造した。なお、評価用材料は、粒子の種類に応じて、球状酸化タングステン複合樹脂、扁平状シリケート複合樹脂、柱状酸化チタン複合樹脂の３種を作製した。
　これらの評価用材料について耐エロージョン性を評価した。評価は、評価用材料に衝突粒子として、粒径１００μｍ程度の多数のガラスビーズ（固体）または粒径１８０μｍ程度の多数の水滴（液体）を、ガス圧０．５ＭＰａ、衝突粒子の入射角を９０度として衝突させた。そして、評価用材料の質量の減量をエロージョン量として計測した。また、比較のために、不連続部を含まない連続部のみからなるもの（非複合樹脂）について同様の計測を行った。結果を図７に示す。
　図７から明らかなように、不連続部を構成する粒子のアスペクト比が大きい扁平状シリケート複合樹脂および柱状酸化チタン複合樹脂の場合、非複合樹脂または球状酸化タングステン複合樹脂に比べて、入射角が大きいときのエロージョン量が低下する。
（実施例３）
　連続部がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の硬化物（表面硬度：ロックウェル硬さ（Ｍスケール）１００、ヤング率：３ＧＰａ）からなり、不連続部がコアシェルゴム粒子（表面硬度：ショアＡ硬さ６０、ヤング率：１ＭＰａ）からなり、連続部と不連続部とにおける不連続部の含有割合が５～４０体積％の範囲で変更された評価用材料を複数製造した。この評価用材料は、第２の実施形態の耐エロージョン性材料の構成を有するものである。なお、評価用材料は、連続部と不連続部とからなり、繊維を含まないものである。また、不連続部を構成する粒子は、粒径５００ｎｍ程度である。
　このような評価用材料について耐エロージョン性を評価した。評価は、評価用材料に衝突粒子として粒径１８０μｍ程度の多数の水滴を約２４０ｍ／ｓｅｃで衝突させた。そして、評価用材料の質量の減量をエロージョン量として計測した。評価は、衝突粒子の入射角を３０～９０度として行った。結果を図８に示す。なお、図８には、連続部のみからなり、不連続部を有しないものについての結果も合わせて示す。
　図８から明らかなように、不連続部が連続部よりも表面硬度およびヤング率が低い材料からなる場合についても、不連続部が連続部よりも表面硬度およびヤング率が高い材料からなる場合と同様、耐エロージョン性が良好となる。特に、図８から明らかなように、不連続部が連続部よりも表面硬度およびヤング率が低い材料からなる場合、入射角が７５度または９０度のように高角度側のときに耐エロージョン性が良好となる。
（実施例４～７、比較例１～２）
　実施例４の評価用材料として、親水性基として少なくとも水酸基を有するエステル－アクリルモノマー樹脂を硬化させて得られたものであって、表面の水滴接触角が４７度であるものを作製した。
　実施例５の評価用材料として、親水性基として少なくとも水酸基を有するエポキシ－フェノール樹脂を硬化させて得られたものであって、表面の水滴接触角が６１度であるものを作製した。
　実施例６の評価用材料として、親水性基として少なくとも水酸基を有するエポキシ－酸無水物－アクリルモノマー樹脂を硬化させて得られたものであって、表面の水滴接触角が６７度であるものを作製した。
　実施例７の評価用材料として、親水性基として少なくとも水酸基を有するエポキシ－エステル－アクリルモノマー樹脂を硬化させて得られたものであって、表面の水滴接触角が６６．５度であるものを作製した。
　比較例１の評価用材料として、親水性基を有しないエポキシ－アミン樹脂を硬化させて得られたものであって、表面の水滴接触角が７１．５度であるものを作製した。
　比較例２の評価用材料として、親水性基を有しないエポキシ－酸無水物樹脂を硬化させて得られたものであって、表面の水滴接触角が８８度であるものを作製した。
　なお、実施例４～７の評価用材料は、第３の実施形態の耐エロージョン性材料の構成を有するものである。
　次に、実施例４～７および比較例１～２の評価用材料について耐エロージョン性を評価した。評価は、評価用材料に衝突粒子として粒径２００μｍ程度の多数の水滴を約２４０ｍ／秒の速度で２０分間衝突させた。そして、評価用材料の質量の減量をエロージョン量として計測した。なお、評価は、衝突粒子の入射角を７５度にして行った。結果を図９に示す。
　図９から明らかなように、親水性基を有し、かつ樹脂材料の表面の水滴接触角が８０度以下となる場合、エロージョン量が低下する。また、樹脂材料の表面の水滴接触角が８０度以下となる範囲では、水滴接触角が小さくなるほどエロージョン量が低下する。これらのことから、表面の水滴接触角が８０度以下である樹脂材料を有することにより、良好な耐エロージョン性が得られることがわかる。
　図１０は、衝突角度を９０度としたときのエロージョン量の時間変化を示す。ＢＲは、比較例であるエポキシ樹脂のみである。ＬＳ１０は、連続部としてエポキシ樹脂を用い、不連続部として扁平状シリケートを１０質量％分散したものである。また、ＲＰＬＳ１０は、連続部として濡れ性が良いエポキシ－フェノール樹脂を用いて、不連続部として、扁平状シリケートを１０質量％、および、コアシェルゴム粒子を１０質量％複合したものである。図より明らかなように、シリケート、コアシェルゴム粒子を濡れ性が高い樹脂に分散させたＲＰＬＳ１０が最もエロージョン性が高い。
　なお、上記エポキシ樹脂の比重は１．１～１．２、上記扁平状シリケートの比重は１．２、上記コアシェルゴム粒子の比重は１．０～１．１である。このように、各成分の比重はほぼ等しいことから、各成分の質量での割合は体積での割合にほぼ等しくなる。すなわち、上記ＬＳ１０は、不連続部として扁平状シリケートを１０体積％程度含有する。また、ＲＰＬＳ１０は、扁平状シリケートを１０体積％程度、コアシェルゴム粒子を１０体積％程度含有する。
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１０…耐エロージョン性材料、１１…連続部、１２…不連続部、１３…繊維、２０…耐エロージョン性材料、２１…連続部、２２…不連続部、３０…耐エロージョン性材料、３１…樹脂材料部、４０…衝突粒子。

Claims (16)

  1. 　連続した構造を有する連続部と、
    　前記連続部の内部に不連続な構造となるように配置され、平均粒径１μｍ以下の粒子からなり、前記連続部よりも表面硬度およびヤング率が高い材料からなる不連続部と、
    を有することを特徴とする耐エロージョン性材料。
  2. 　前記粒子の平均アスペクト比が５以上であることを特徴とする請求項１記載の耐エロージョン性材料。
  3. 　前記不連続部は、金属材料、セラミックス材料、またはこれらの複合材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の耐エロージョン性材料。
  4. 　前記金属材料は、鉄、銅、アルミニウム、チタン、およびタングステンから選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする請求項３記載の耐エロージョン性材料。
  5. 　前記セラミックス材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タングステン、および層状ケイ酸塩鉱物から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする請求項３記載の耐エロージョン性材料。
  6. 　連続した構造を有する連続部と、
    　前記連続部の内部に不連続な構造となるように配置され、平均粒径２０μｍ以下の粒子からなり、前記連続部よりも表面硬度およびヤング率が低い材料からなる不連続部と、
    を有することを特徴とする耐エロージョン性材料。
  7. 　前記不連続部は、ゴム弾性を有する材料からなることを特徴とする請求項６記載の耐エロージョン性材料。
  8. 　連続した構造を有する連続部と、
    　前記連続部の内部に不連続な構造となるように配置され、平均粒径１μｍ以下の粒子からなり、前記連続部よりも表面硬度およびヤング率が高い第１の材料、および平均粒径２０μｍ以下の粒子からなり、前記連続部よりも表面硬度およびヤング率が低い第２の材料からなる不連続部と、
    を有することを特徴とする耐エロージョン性材料。
  9. 　前記不連続部を、前記連続部と前記不連続部との合計中、１体積％以上４０体積％以下含有する請求項１乃至８のいずれか１項記載の耐エロージョン性材料。
  10. 　前記連続部が樹脂材料からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の耐エロージョン性材料。
  11. 　前記樹脂材料は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、およびポリエステルイミド樹脂から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１０記載の耐エロージョン性材料。
  12. 　前記樹脂材料は、親水性基を有し、かつ表面の水滴接触角が８０度以下であることを特徴とする請求項１０または１１記載の耐エロージョン性材料。
  13. 　前記連続部の内部に繊維を含有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の耐エロージョン性材料。
  14. 　前記繊維は、ガラス繊維、カーボン繊維、およびポリマー繊維から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１１記載の耐エロージョン性材料。
  15. 　前記連続部、前記不連続部、および前記繊維の合計中、前記繊維を１体積％以上４０体積％以下含有する請求項１３または１４記載の耐エロージョン性材料。
  16. 　請求項１乃至１５のいずれか１項記載の耐エロージョン性材料を少なくとも表面に有することを特徴とするタービン翼。
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