耐环境性被膜制造技术

在水蒸气氧化性气氛下利用的被膜具备包含赛隆的第1层、以及包含莫来石的第2层，所述第2层被覆前述第1层并被暴露于前述气氛，前述第1层与前述第2层相互相接，以此被覆母材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐环境性被膜
本公开涉及将航空器的发动机等进行被覆的被膜，特别涉及在高温且氧化性环境中保护发动机等的被膜。
技术介绍
改善航空器发动机的包含燃料效率在内的诸性能，是一直持续要求的技术课题。如人们熟知的那样，改善燃料效率的重要的关键因素是轻型化，但可以与其并列地举出运行温度的提高。如果在更高温度下运行发动机则热效率得以改善，以此可期待改善燃料效率。以往以来，人们利用镍基超合金作为耐热材料，但为了实现更进一步的轻型化以及耐热性提高，因而正在研究陶瓷基复合材料(CMC)的利用。CMC例如是通过将由碳化硅(SiC)纤维形成的织物与由SiC形成的基体进行复合化而得到的材料(SiC/SiC)。此外，可以有C/C、C/SiC、SiC/Si3N4、Al2O3/Al2O3等各种组合。SiC具有极其高的耐热性，另外在氧化后生成的二氧化硅(SiO2)可以保护SiC以防止被进一步氧化。然而，发动机所吸入的空气中包含有不能忽视的量的水蒸气。该水蒸气在高温下与二氧化硅进行反应而使其变成挥发性的氢氧化物，因而最终不能防止SiC的损耗。为了防止这样的高温水蒸气氧化，提出了利用耐环境性被膜(EBC)来被覆CMC的技术。专利文献1、2中公开了相关的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利申请公开2003/0003328A1专利文献2：日本国专利申请公开H11-12050号
技术实现思路
专利技术想要解决的课题莫来石(mullite：典型地是由3Al2O3·2SiO2表示的硅酸铝)在高温氧化性气氛下也稳定，是在保护母材的被膜中常常利用的物质。然而，根据本专利技术人等的研究，为了接近实用的条件而置于反复设为常温气氛与高温气氛的循环条件下时，观察到莫来石被膜的耐环境性能常常会发生劣化。很难认为其主要原因可以归因于因所谓热冲击而导致在被膜中产生缺陷。这是因为，即使使缓和莫来石与母材之间的热膨胀系数(thermalexpansioncoefficient)的差的层介入，也不能充分防止该劣化。用于解决问题的方案本专利技术人等查明了该问题的原因，以此想到了以下公开内容所涉及的被膜。根据一方面，在水蒸气氧化性气氛下利用的被膜具备包含赛隆(sialon)的第1层、以及包含莫来石的第2层，所述第2层被覆前述第1层并被暴露于前述气氛，前述第1层与前述第2层相互相接。专利技术的效果被膜即使被反复放置于常温气氛与高温气氛中也能够持续维持耐环境性能。附图说明图1为本实施方式的被膜的概念性的截面图。图2为在水蒸气氧化性的气氛中放置的被膜的概念性的截面图。具体实施方式参照附图在以下说明几个实施方式。本专利技术涉及的被膜，可以在例如超过1100℃的高温且是氧化性的气氛下，用作保护母材不受环境损害的耐环境性被膜，特别是在包含水蒸气的高温气氛下，可以出于保护SiC/SiC等CMC不受环境损害的目的而适宜利用，但未必受限于此。参照图1，耐热材料1包含母材11、覆盖母材11的第1层13、以及被覆第1层13并被暴露于气氛中的第2层15。母材11例如是由包含SiC/SiC的CMC形成的耐热材料。第1层13包含赛隆，或者由赛隆形成。赛隆通常是可理解为氮化硅(Si3N4)与氧化铝(Al2O3)的固溶体的陶瓷。由于氮化硅结晶存在多个形态(例如α-Si3N4以及β-Si3N4)，因而赛隆的结晶也具有多个形态，其中β’-赛隆是高熔点且在有问题的温度区域中不引起相转变，从这个观点考虑，适合于本实施方式。或者也可以包含O’-赛隆、X-赛隆、或者如氧化铝那样的其它的相。为了享受铝离子的供给能力，其它的相越少越有利。因此，其它的相相对于赛隆小于50体积％，优选小于30体积％，更优选小于10体积％。第1层13介于母材11与第2层15之间。优选的是，第1层13与母材11直接相接而与其结合，但是也可以出于提高密合性、其它目的而使其它的层介入。另外优选的是，第1层13实质上整面地由第2层15被覆，不暴露于氧化性气氛。另外优选的是，第1层13与第2层15直接相接而相互结合，但是如后述那样，其它的相可以以极薄的层的形态或其它的形态介于第1层13与第2层15之间。第2层15包含莫来石，或者由莫来石形成。如已叙述的那样，莫来石典型地是由3Al2O3·2SiO2表示的硅酸铝。或者莫来石也可以从该化学计量组成偏离。第2层15可以包含其它的相，例如可以包含Re2Si2O7的相，其中，Re是Y、Yb、Er、Dy中的任1个以上。为了享受基于莫来石的保护能力，其它的相越少越有利。因此，其它的相相对于莫来石小于50体积％，优选小于30体积％，更优选小于10体积％。如上所述，第2层15将第1层13被覆并自身被暴露于气氛中。第2层15通常直接露出于气氛中。或者，也可以其它的层进一步部分地或者整面地被覆第2层15。关于该其它的层，以防止外来物质的附着等为目的，可以是在使用一定时间之后会损耗那样的性质。关于各层，越厚则越提高耐环境性，但如果过厚则容易发生如裂纹那样的缺陷。因此各层例如为5～300μm的范围，或者为10～100μm的范围。虽然在第1层13上层叠第2层15，但也可以进一步层叠多个这样的组合而形成多层。参照图2，当具备本实施方式的被膜的耐热材料1放置于高温氧化性气氛时，氧离子(O2-)在暴露于气氛的第2层15的表面变得丰富，作为结果，在第2层15内产生氧离子(O2-)从表面朝向下层递减的浓度梯度。为了与其平衡，铝离子(Al3+)发生如箭头D那样朝向表面扩散的倾向，即，产生与氧离子相反方向的浓度梯度。如果没有赛隆，则在第2层15，特别是在其底部，发生铝离子相对缺乏而导致莫来石变得不稳定的倾向。如果莫来石分解，则生成如方石英那样的二氧化硅，这是伴随体积变化的分解反应。另外，方石英也是多种形态，在约270℃时，在β相(高温相)与α相(低温相)之间引起相转变，这也是伴随体积变化。这些体积变化是损害莫来石层的密合性、或者在莫来石层内生成如裂纹那样的缺陷的原因。特别是在实用条件下，被膜反复被暴露于常温气氛与高温气氛，反复发生上述的相转变，因而不能忽视密合性的劣化或缺陷的产生。剥离或缺陷的产生必然带来耐环境性能的降低。在本实施方式中，由于如箭头S那样从第1层13供给铝离子，因而可以防止莫来石的分解。随着供给，第1层13将失去一部分的铝离子，但这只不过会使赛隆中的Si3N4与Al2O3之间的固溶比发生变化，通常不伴随结晶形的变化。即，对于在第1层13以及第2层15中的任一层都不用担心发生引发问题的体积变化。附带说，莫来石中的铝离子的向外扩散、以及因其而导致的莫来石的分解使得被膜发生劣化，是本专利技术人等的发现，与赛隆的组合因发现该问题的原因而想到了。如根据上述说明而理解的那样，为了通过供给铝离子来防止莫来石的分解，优选在第1层13与第2层15之间没有针对其扩散的屏障。因此如已叙述的那样，优选第1层13与第2层15直接相接而相互结合。但是，在允许铝离子扩散的限度，也可以使其它的相介入，即使那样也可视为实质上相互相接的形态。作为这样的形态，例如是极薄的层的形态，但是也可以是分散在界面附近的颗粒状的形态、其它的形态。以层的形态介入的情况下，可认为例如小于1μm是限度。如果第1层13相对于第2层15而言过薄，则供给铝离子的能力不足，如果与其相反，那么基于第2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被膜，其是在水蒸气氧化性气氛下利用的被膜，具备包含赛隆的第1层、以及包含莫来石的第2层，所述第2层被覆所述第1层并被暴露于所述气氛，所述第1层与所述第2层相互相接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.02 JP 2015-0405941.一种被膜，其是在水蒸气氧化性气氛下利用的被膜，具备包含赛隆的第1层、以及包含莫来石的第2层，所述第2层被覆所述第1层并被暴露于所述气氛，所述第1...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村武志，田村崇，北冈谕，川岛直树，
申请(专利权)人：株式会社IHI，一般财团法人日本精细陶瓷中心，
类型：发明
国别省市：日本,JP