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技術 積層構造

出願人 一般財団法人ファインセラミックスセンター
発明者 松平恒昭北岡諭和田匡史川島直樹横江大作加藤丈晴
出願日 2016年6月27日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-126798
公開日 2018年1月11日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2018-002494
状態 特許登録済
技術分野 アルカリ土類,Al,希土類金属化合物 積層体(2) セラミックスの後処理
主要キーワード 基部材料 単位粒 粒界溝 水蒸気遮蔽性 耐食性セラミックス 炭化ホウ素繊維 薄肉板 酸素遮蔽層
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

高温酸素を含む雰囲気下における酸素遮蔽性に優れる積層構造を提供する。

解決手段

本発明の積層構造10は、無機化合物を含む基部20の1面側に形成されるものであり、ムライトを含む第1層11と、REを希土類元素とした場合に、RE2Si2O7で表される希土類ダイシリケート化合物及びRE2SiO5で表される希土類モノシリケート化合物を含む第2層13とが接合されてなり、第2層13は、前記希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、希土類モノシリケート化合物を含む分散相とからなることを特徴とする。

概要

背景

例えば、航空産業において、エンジン燃費を改善したり、二酸化炭素の排出量を削減したりするために、高圧タービン部材等の高温部品耐熱性を向上させる検討が進められている。このような高温部品は、一般に、セラミックスからなる基部と、その表面に配設された保護膜とを備える構造を有する。

特許文献1には、耐熱性、耐熱衝撃性耐摩耗性及び耐酸化性に優れる窒化珪素質焼結体又はサイアロン質焼結体を利用した耐食性セラミックス、即ち、窒化珪素及び/又はサイアロンからなる焼結体と、該焼結体の表面に形成された周期律表第3a族元素珪酸化合物からなる表面層と、表面層と焼結体との間に設けられ、焼結体を構成する主結晶と表面層を構成する珪酸化合物とからなる厚さ3〜60μmの混合層とを具備し、該混合層における窒化珪素及び/又はサイアロン主結晶の粒子平均長径が40μm以上であることを特徴とする耐食性セラミックスが開示されている。

概要

高温酸素を含む雰囲気下における酸素遮蔽性に優れる積層構造を提供する。本発明の積層構造10は、無機化合物を含む基部20の1面側に形成されるものであり、ムライトを含む第1層11と、REを希土類元素とした場合に、RE2Si2O7で表される希土類ダイシリケート化合物及びRE2SiO5で表される希土類モノシリケート化合物を含む第2層13とが接合されてなり、第2層13は、前記希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、希土類モノシリケート化合物を含む分散相とからなることを特徴とする。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

無機化合物を含む基部の1面側に形成される積層構造であって、ムライトを含む第1層と、REを希土類元素とした場合に、RE2Si2O7で表される希土類ダイシリケート化合物及びRE2SiO5で表される希土類モノシリケート化合物を含む第2層とが接合されてなり、前記第2層は、前記希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、前記希土類モノシリケート化合物を含む分散相とからなることを特徴とする積層構造。

請求項2

前記第2層における前記希土類ダイシリケート化合物及び前記希土類モノシリケート化合物の含有割合が、前記希土類ダイシリケート化合物及び前記希土類モノシリケート化合物の合計量を100体積%とした場合に、それぞれ、90体積%以上100体積%未満及び0体積%を超えて10体積%以下である請求項1に記載の積層構造。

請求項3

前記希土類元素がYb、Lu、Sm、Eu、Tm、Y及びGdから選ばれた少なくとも一種である請求項1又は2に記載の積層構造。

請求項4

前記希土類ダイシリケート化合物がYb2Si2O7であり、前記希土類モノシリケート化合物が、Yb2SiO5である請求項1乃至3のいずれか一項に記載の積層構造。

請求項5

前記第2層の表面に、更に、酸素遮蔽層を備える請求項1乃至4のいずれか一項に記載の積層構造。

請求項6

前記酸素遮蔽層の酸素透過係数が、前記第2層の酸素透過係数の0.1倍以下である請求項5に記載の積層構造。

技術分野

0001

本発明は、高温酸素を含む雰囲気下における酸素遮蔽性及び構造安定性に優れる積層構造に関し、更に詳しくは、航空機エンジン等に配設され、高温の酸素、水蒸気等を含む雰囲気下で用いられる高温部品を与える積層構造に関する。

背景技術

0002

例えば、航空産業において、エンジンの燃費を改善したり、二酸化炭素の排出量を削減したりするために、高圧タービン部材等の高温部品の耐熱性を向上させる検討が進められている。このような高温部品は、一般に、セラミックスからなる基部と、その表面に配設された保護膜とを備える構造を有する。

0003

特許文献1には、耐熱性、耐熱衝撃性耐摩耗性及び耐酸化性に優れる窒化珪素質焼結体又はサイアロン質焼結体を利用した耐食性セラミックス、即ち、窒化珪素及び/又はサイアロンからなる焼結体と、該焼結体の表面に形成された周期律表第3a族元素珪酸化合物からなる表面層と、表面層と焼結体との間に設けられ、焼結体を構成する主結晶と表面層を構成する珪酸化合物とからなる厚さ3〜60μmの混合層とを具備し、該混合層における窒化珪素及び/又はサイアロン主結晶の粒子平均長径が40μm以上であることを特徴とする耐食性セラミックスが開示されている。

先行技術

0004

特開2003−226581号公報

発明が解決しようとする課題

0005

高温部品の多くは、積層構造を有するものであり、実用環境においては、積層材料の表面と内部とでは酸素の化学ポテンシャル(それと平衡する酸素分圧)が異なることから、高温の酸素を含む雰囲気の中で、断面方向の酸素遮蔽性及び構造安定性が求められていた。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、以下に示される。
1.無機化合物を含む基部の1面側に形成される積層構造であって、ムライトを含む第1層と、REを希土類元素とした場合に、RE2Si2O7で表される希土類ダイシリケート化合物及びRE2SiO5で表される希土類モノシリケート化合物を含む第2層とが接合されてなり、上記第2層は、上記希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、上記希土類モノシリケート化合物を含む分散相とからなることを特徴とする積層構造。
2.上記第2層における上記希土類ダイシリケート化合物及び上記希土類モノシリケート化合物の含有割合が、上記希土類ダイシリケート化合物及び上記希土類モノシリケート化合物の合計量を100体積%とした場合に、それぞれ、90体積%以上100体積%未満及び0体積%を超えて10体積%以下である上記項1に記載の積層構造。
3.上記希土類元素がYb、Lu、Sm、Eu、Tm、Y及びGdから選ばれた少なくとも一種である上記項1又は2に記載の積層構造。
4.上記希土類ダイシリケート化合物がYb2Si2O7であり、上記希土類モノシリケート化合物が、Yb2SiO5である上記項1乃至3のいずれか一項に記載の積層構造。
5.上記第2層の表面に、更に、酸素遮蔽層を備える上記項1乃至4のいずれか一項に記載の積層構造。
6.上記酸素遮蔽層の酸素透過係数が、上記第2層の酸素透過係数の0.1倍以下である上記項5に記載の積層構造。

発明の効果

0007

本発明の積層構造は、高い温度、例えば、1300℃〜1600℃、特に好ましくは1400℃以上1500℃程度までの温度の酸素を含む雰囲気下における断面方向の酸素遮蔽性及び構造安定性(耐熱性)を有する。また、酸素及び水蒸気を含む雰囲気下における断面方向の水蒸気遮蔽性及び耐水蒸気揮散性を有する。従って、本発明の積層構造は、航空機のエンジン、ガスタービン等に配設される高温部品の構成要素として好適である。

図面の簡単な説明

0008

本発明の積層構造を含む積層材料を示す概略断面図である。
実施例1の酸素透過係数測定前の焼結体試験片(A)の断面拡大画像である。
〔実施例〕で用いた酸素透過係数測定装置を示す概略図である。
実施例1及び比較例1の酸素透過試験結果を示すグラフである。
比較例1の酸素透過係数測定前の焼結体試験片(A)の断面拡大画像である。

0009

本発明の積層構造は、図1に示されるように、無機化合物を含む基部20の1面側に形成される積層構造10であって、ムライトを含む第1層11と、REを希土類元素とした場合に、RE2Si2O7で表される希土類ダイシリケート化合物及びRE2SiO5で表される希土類モノシリケート化合物を含む第2層13とが接合されてなる。そして、第2層は、希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、希土類モノシリケート化合物を含む分散相とからなる。
本発明の積層構造10の第1層11と、基部20とが接合された積層材料1は、特に、酸素、水蒸気等を含む高温ガス環境下で使用される航空機エンジン発電用タービンにおける高圧タービン部の動翼部品静翼部品又はシュラウド部品、更には、ロケットエンジンスラスター燃焼ガスチューブ等の高温部品の形成に好適である。

0010

上記第1層は、ムライトを含む層である。ムライトは、好ましくは、Al4+2xSi2−2xO10−x(0.20≦x≦0.39)で表される化合物であり、0.20≦x≦0.39の範囲における複数の化合物を用いてもよい。本発明においては、積層構造10を含む物品(高温部品)を、1100℃以上の高い温度で、且つ、酸素、水蒸気等を含む雰囲気下で用いた場合に、アルミニウムイオンの、酸素分圧の低い側に位置する第1層の基部側への移動の抑制効果に優れることから、好ましくはAl4+2xSi2−2xO10−x(0.20≦x≦0.34)で表される化合物、より好ましくはAl4+2xSi2−2xO10−x(0.23≦x≦0.30)で表される化合物である。尚、第1層は、化学組成が限定されたムライトのみを含んでよいし、化学組成の異なるムライトどうし(2種以上)を含んでもよい。後者の場合、複数のムライトは、混合状態であってよいし、特定の化学組成を有するムライトの分布を、層の一端側から他端側に向かって傾斜させてもよい。化学組成の異なるムライトを傾斜配置する場合には、第2層の構成材料との熱膨張係数差がより小さくなり、また、上記基部の表面(図1の下面側)における耐水蒸気揮散性を高められることから、上記基部側から第1層の表面側に向かって、Al/Si比を大きくすることが好ましい。

0011

上記第1層の気孔率の上限は、高い温度の酸素を含む雰囲気下における断面方向の酸素遮蔽性及び構造安定性(耐熱性)の観点から、好ましくは10体積%、より好ましくは5体積%である。

0012

上記第1層は、ムライトのみからなる層であることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲において、ムライトと他の化合物とからなる層であってもよい。他の化合物としては、アルミナ等が挙げられる。上記第1層が他の化合物を含む場合、その含有割合の上限は、ムライト及び他の化合物の合計を100体積%とした場合に、好ましくは30体積%、より好ましくは20体積%、更に好ましくは10体積%である。

0013

上記第1層の厚さは、特に限定されないが、本発明の効果が確実に得られることから、好ましくは5〜800μm、より好ましくは10〜600μmである。

0014

次に、上記第2層は、希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、希土類モノシリケート化合物を含む分散相とを備える層である。
上記希土類ダイシリケート化合物は、RE2Si2O7で表され、また、上記希土類モノシリケート化合物は、RE2SiO5で表される。希土類ダイシリケート化合物のRE及び希土類モノシリケート化合物のREは、同一であってよいし、異なってもよいが、REは、いずれも、好ましくはYb、Lu、Sm、Eu、Tm、Y又はGdであり、特に好ましくはYbである。

0015

上記母相に含まれる希土類ダイシリケート化合物の種類は、1種のみであってよいし、2種以上であってもよい。本発明の積層構造において、第1層及び第2層は接合されており、これらの界面では、実質的に、第1層に含まれるムライトと、第2層の母相に含まれる希土類ダイシリケートとが接合している。ムライトの熱膨張係数及び希土類ダイシリケートの熱膨張係数の差は微少であるため、本発明の積層構造は、1300℃〜1600℃における断面方向の酸素遮蔽性だけでなく、構造安定性にも優れる。

0016

上記分散相に含まれる希土類モノシリケート化合物の種類は、1種のみであってよいし、2種以上であってもよい。また、上記第2層は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、アルミナ、ムライト等の他の物質とからなる分散相を含んでもよい。

0017

上記第2層において、希土類モノシリケート化合物を含む分散相の形状及び大きさは、特に限定されない。例えば、断面画像画像処理により求められる数平均粒子径は、本発明の効果が確実に得られることから、好ましくは0.1〜5.0μm、より好ましくは0.1〜2.0μmである。

0018

上記第2層において、上記希土類ダイシリケート化合物及び上記希土類モノシリケート化合物の含有割合は、1300℃〜1600℃、特に、1400℃以上1500℃程度までの温度における酸素遮蔽性及び構造安定性(耐熱性)の観点から、上記希土類ダイシリケート化合物及び上記希土類モノシリケート化合物の合計量を100体積%とした場合に、それぞれ、好ましくは90体積%以上100体積%未満及び0体積%を超えて10体積%以下、より好ましくは92.0〜99.5体積%及び0.5〜8.0体積%、更に好ましくは96.0〜99.0体積%及び1.0〜4.0体積%である。尚、上記各化合物の含有割合は、第2層における希土類元素RE及び珪素元素モル比(RE/Si)に反映され、RE/Siは、好ましくは1.000を超えて1.070以下、より好ましくは1.005〜1.060、更に好ましくは1.010〜1.030である。

0019

上記第2層の気孔率の上限は、高い温度の酸素を含む雰囲気下における断面方向の酸素遮蔽性及び構造安定性(耐熱性)の観点から、好ましくは10体積%、より好ましくは5体積%である。

0020

上記第2層の厚さは、特に限定されないが、本発明の効果が確実に得られることから、好ましくは1〜100μm、より好ましくは2〜50μmである。

0021

本発明の積層構造は、無機化合物を含む基部の1面側に形成されるものである。この基部は、単層型及び複層型のいずれでもよい。
上記基部を構成する無機化合物は、好ましくは、窒化物炭化物ホウ化物等であり、これらは、単独で用いてよいし、2種以上の組み合わせで用いてもよい。
窒化物としては、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム窒化チタン窒化ジルコニウム窒化タンタル等を用いることができる。
炭化物としては、炭化硅素炭化チタン炭化ジルコニウム炭化タンタル等を用いることができる。
ホウ化物としては、ホウ化チタンホウ化ジルコニウムホウタンタル等を用いることができる。
これらのうち、上記基部を構成する材料は、炭化珪素、窒化珪素又はサイアロンを含むことが好ましい。

0022

上記基部が複数の材料からなる場合、炭素繊維又はセラミックス繊維が、上記の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物等を含む母相の中に分散された繊維強化セラミックスを用いることができる。セラミックス繊維としては、アルミナ繊維炭化珪素繊維炭窒化チタン繊維、炭化ホウ素繊維等が挙げられる。母相に含まれる炭素繊維又はセラミックス繊維の含有割合は、特に限定されないが、機械的強度破壊靱性等の観点から、繊維強化セラミックスの全体に対して、好ましくは10〜50体積%、より好ましくは20〜45体積%である。
上記繊維強化セラミックスとしては、炭化珪素を含む母相の中に炭化珪素繊維が分散されてなる炭化珪素繊維強化セラミックスが好ましい。

0023

上記基部が複層型である場合、炭素繊維又はセラミックス繊維が、上記の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物等を含む母相の中に分散された繊維強化セラミックスからなる層と、サイアロンを含む層とからなるものとし、サイアロン層が第1層側に配されていることが好ましい。このときのサイアロンは、特に限定されず、α’−サイアロン、β’−サイアロン、(α’+β’)複合サイアロン等とすることができる。これらのうち、β’−サイアロンが好ましい。このβ’−サイアロンは、β−Si3N4のSi原子の位置にAl原子が、N原子の位置にO原子が置換型に固溶した固溶体であり、一般式Si6−ZAlZOZN8−Z(0<z≦4.2)で表される化合物である。本発明においては、この一般式において0<z≦3.5の化合物が好ましい。

0024

上記基部の形状は、特に限定されず、板状、筒状、棒状、各種複雑三次元形状等の定形又はこれらを変形させた不定形とすることができる。また、第1層と面する部分における基部の形状は、平面、曲面及び凹凸面のいずれでもよい。

0025

本発明の積層構造は、酸素遮蔽性に優れ、例えば、1400℃の場合、1面側から他面側への酸素透過係数(単位粒界長さ1mあたりの酸素透過係数)は、好ましくは2×10−17mol/(m・s)以下、より好ましくは1×10−17mol/(m・s)以下である。

0026

本発明の積層構造は、第2層の表面に、更に、酸素遮蔽層を備えることができる。この酸素遮蔽層の酸素透過係数は、第2層の酸素透過係数に対して、好ましくは0.1倍以下、より好ましくは0.05倍以下である。
上記酸素遮蔽層は、単層型及び複層型のいずれでもよいが、アルミナ、ムライト等を含むことが好ましい。

0027

本発明の積層構造が、酸素遮蔽層を備える場合、この酸素遮蔽層の厚さは、好ましくは5〜500μm、より好ましくは10〜300μmである。

0028

本発明の積層構造は、基部材料の表面に、第1層及び第2層を、順次、形成することにより製造することができる。
上記第1層は、ムライト粉末加熱処理又はエアロゾルデポジション電子ビーム蒸着レーザー化学蒸着アルミナ粉末及び酸化珪素粉末混合粉末の加熱処理等により形成することができる。
上記第2層は、希土類酸化物粉末及び酸化珪素粉末の混合粉末の加熱処理、電子ビーム蒸着、熱蒸着イオンビーム蒸着スパッタリング反応性スパッタリング熱化学蒸着、プラズマ化学蒸着電子サイクロトロン共鳴源プラズマ化学蒸着、プラズマ溶射等により形成することができる。例えば、希土類酸化物粉末及び酸化珪素粉末の混合粉末を加熱処理する場合、これら原料粉末元素比を調整することにより、希土類ダイシリケート化合物を含む母相の中に希土類モノシリケート化合物を含む分散相を有する膜を形成することができる。具体的には、希土類酸化物を構成する希土類元素REと、酸化珪素を構成する珪素元素とのモル比(RE/Si)を、好ましくは0.99以上、より好ましくは1.00以上とする。但し、上限は、通常、1.07である。
また、電子ビーム蒸着の場合、希土類酸化物及び酸化珪素を蒸着原料として使用し、それぞれを、独立した電子ビームにより蒸発させることで、希土類ダイシリケート化合物及び希土類モノシリケート化合物を含む膜を形成することができる。

0029

本発明の積層構造は、1300℃〜1600℃、特に、1400℃以上1500℃程度までの高い温度であって、酸素、水蒸気等を含む雰囲気下において、第1層側の第2層における粒界溝の形成が抑制され、接合状態が良好に保持される。従って、本発明の積層構造は、上記の温度において酸素遮蔽性だけでなく、構造安定性(耐酸化性、耐水蒸気性耐剥離性防食性等)が求められる用途に好適である。
例えば、航空機エンジン等に配設されるタービン部品等の高温部品は、水蒸気を含む高温ガス環境下(例えば、燃焼ガス中水蒸気分圧が101.3kPa)において、高温(例えば、部品表面温度が700℃〜1400℃)と、低温(例えば、部品表面温度が50℃以下)とを繰り返す熱サイクルに曝される。本発明の積層構造を利用して高温部品を形成した場合には、特に、第1層及び第2層の剥離又は積層構造の薄肉化がないだけでなく、全体の層構造が安定である。

0030

本発明の効果である実用上の酸素遮蔽性は、第2層のみの単層型基板、あるいは、基部を備えない、第1層及び第2層からなる積層構造物、を用いて確認することができる。前者の場合、単層型基板の両面側の酸素分圧に差をつけた状態で、その断面方向に酸素透過試験を行うことにより確認することができる。また、後者の場合、ムライト薄肉板の上に、噴霧熱分解等により希土類ダイシリケート化合物及び希土類モノシリケート化合物を含む膜を形成し、得られた積層構造物の断面方向に第2層側からの酸素透過試験を行うことにより確認することができる。

0031

以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制約されるものではない。

0032

実施例1
日本イットリウム社製硝酸イッテルビウム及び日産化学社製シリカゾルを、Yb及びSiのモル比がYb/Si=1.00となるように用い、イオン交換水媒体とした混合液を得た。次いで、この混合液を噴霧熱分解法に供し、Yb2Si2O7基粉末(p1)を得た。その後、このYb2Si2O7基粉末(p1)を大気雰囲気中、1400℃で2時間仮焼した。そして、仮焼物を粉砕し、圧力20MPaでプレス成形、及び、圧力250MPaでCIP成形を、順次、行った。次いで、得られた円板状成形体を、大気雰囲気中、1500℃で5時間焼成した。その後、切削加工及び鏡面仕上げを行い、直径23.5mm、厚さ250μmの焼結体試験片(A)を得た。この焼結体試験片(A)の走査型電子顕微鏡による断面拡大画像を図2に示す。この図2において矢印で示した部分はYb2SiO5であり、画像処理によるYb2SiO5の割合は、4体積%であった。また、ICP分析により、焼結体試験片(A)におけるYb及びSiのモル比はYb/Si=1.03であった。

0033

次に、この焼結体試験片(A)に対し、図3に示す熱処理装置を用いて、酸素透過試験を行い、酸素遮蔽性を評価した。
具体的には、2本のアルミナ保護管の間に、Pt製シールリングを介して焼結体試験片(A)を配置し、上側のアルミナ保護管に対して一定荷重を加え、焼結体試験片(A)とPt−Au製シールリングとの間に面圧負荷した。その後、図3の上側に「X」と表記したところ、及び、下側に「Y」と表記したところから、焼結体試験片(A)の両面に、ドライアイス投入されたエタノール浴中を通過させて−72℃に冷却した高純度Arガスを、毎分100mlの流速で供給した。
次いで、焼結体試験片(A)の上側チャンバー及び下側チャンバーの酸素分圧を、それぞれ、酸素センサジルコニアセンサ)により計測しながら、電気炉を駆動して1400℃まで昇温させてPt−Au製シールリングによるシールを完成させた。そして、「X」から、上側チャンバーのみにAr−H2系ガスを供給し続けて、焼結体試験片(A)の上側で、PO2(lo)=10−9Pa、10−7Pa及び10−5Pa、下側で、PO2(hi)=1Paの各酸素分圧差として、単位粒界長さ1mあたりの酸素透過係数を測定した。その結果を図4に示す。
また、図3の「X」から、上側チャンバーにAr−H2系ガスを供給して焼結体試験片(A)の上側の酸素分圧PO2(lo)を10−9Paで一定とし、「Y」から、下側チャンバーに酸素を供給して、PO2(hi)=105Paとした場合、酸素透過係数は2.5×10−16mol/sであった。この値は、図4のPO2(lo)=10−9Paのときの酸素透過係数1.7×10−16mol/sよりも高かったが、酸素分圧が105倍であっても、透過率上昇率が47%に留まった。

0034

比較例1
日本イットリウム社製硝酸イッテルビウム及び日産化学社製シリカゾルを、Yb及びSiのモル比がYb/Si=0.98となるように用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、Yb2Si2O7基粉末(p2)を得た。そして、このYb2Si2O7基粉末(p2)を用いて、実施例1と同様の操作を行い、直径23.5mm、厚さ250μmの焼結体試験片(B)を得た。ICP分析により、焼結体試験片(B)におけるYb及びSiのモル比はYb/Si=1.00であった。
図5は、焼結体試験片(B)の走査型電子顕微鏡による断面拡大画像である。この図5において矢印で示した部分はSi−Oを含む非晶質相であり、粒界に存在すること、及び、実施例1の図2で観察されたYb2SiO5が確認されず、焼結体試験片(B)はYb2SiO5を含まず、実質的にYb2Si2O7からなることが分かった。

0035

次に、実施例1と同様にして、焼結体試験片(B)の上側で、PO2(lo)=5×10−7Pa、2×10−5Pa及び10−3Pa、下側で、PO2(hi)=1Paの各酸素分圧差として、酸素透過係数を測定した。その結果を図4に示す。

0036

図4より、実施例1の焼結体試験片(A)の酸素透過係数は、比較例1の焼結体試験片(B)の酸素透過係数より小さく、酸素遮蔽性に優れることが分かる。

実施例

0037

尚、図3の「X」から、上側チャンバーにAr−H2系ガスを供給して焼結体試験片(B)の上側の酸素分圧PO2(lo)を10−9Paで一定とし、「Y」から、下側チャンバーに酸素を供給して、PO2(hi)=105Paとした場合、酸素透過が確認されなかった。これは、粒界に偏析するSi−Oを含む非晶質相に沿って焼結体試験片(B)の上側方向に透過してきた酸素が、焼結体試験片(B)の上側に存在するH2と反応して水蒸気を生成し、それが、焼結体試験片(B)の表面粒界に存在するSi−Oを含む非晶質相と反応して、ガス種のSi(OH)4を生成したためと考えられる。
この反応が継続的に進行すると、焼結体試験片(B)を構成するYb2Si2O7の粒界部分からSi−Oを含む非晶質相が消失し、構造を維持することができず崩壊に至る。

0038

本発明の積層構造を備える積層材料は、1300℃〜1600℃の高い温度であって、1面側と他面側との間で酸素ポテンシャル差のある、酸素、水蒸気等を含む雰囲気下に曝されても、酸素遮蔽性に優れるため、このような条件下、耐熱性(耐酸化性、耐水蒸気性、耐剥離性、防食性等)、形状安定性等が求められる用途に好適である。特に、酸素、水蒸気等を含む高温ガス環境下で使用される航空機エンジンや発電用タービンにおける高圧タービン部の動翼部品、静翼部品又はシュラウド部品、更には、ロケットエンジンのスラスターや燃焼ガスチューブ等の高温部品の形成に好適である。

0039

1:積層材料、10:積層構造、11:第1層、13:第2層、20:基部

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