[发明专利]进行了耐环境包覆的陶瓷基复合材料构件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及进行了耐环境包覆的陶瓷基复合材料构件及其制造方法，特别是涉及用于在含水蒸汽的高温气体环境下使用的喷气式发动机、火箭发动机(rocket engine)等的高温构件的陶瓷基复合材料构件及其制造方法。

背景技术

近年来，作为在含水蒸汽的高温气体环境下使用的喷气式发动机的涡轮机(turbine)构件、护罩(shroud)构件、火箭发动机的推进器、燃气管(combustion gas tube)等高温构件，耐热性比镍合金等耐热合金更优异且高温区域内的比强度大的陶瓷基复合材料(CMC：Ceramic Matrix Composite)引人注目。

另一方面，已知高温气体中的水蒸汽会引起含Si材料的减薄反应，在选择含有硅化物的陶瓷基复合材料作为高温构件的基材时，必须确保耐氧化性和耐水蒸汽性。

专利文献1中记载了一种气体涡轮发动机的燃烧器构件等，所述构件由以含硅材料形成的基材、重叠在基材上的环境阻隔层、重叠在环境阻隔层上的迁移层、和重叠在迁移层上的顶涂层构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4901192号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，喷气式发动机的涡轮机构件等高温构件在含水蒸汽的高温气体环境下(例如燃烧气体中所含的水蒸汽的分压为30kPa～140kPa)暴露于高温(例如构件表面温度为1200℃～1400℃)、低温(例如构件表面温度为600℃以下)不断反复的热循环中。

在为了使高温构件具备耐氧化性和耐水蒸汽性而在含有硅化物的陶瓷基复合材料的表面包覆例如专利文献1所述那样的多层被膜时，在各层间的密合性低时、在热循环带来的不断反复的热应力等作用下，存在多层被膜在短时间内几乎整面剥离，损害高温构件的耐氧化性和耐水蒸汽性的可能性。

因此，本发明的目的在于提供一种进行了耐环境包覆的陶瓷基复合材料构件及其制造方法，所述构件即使在含水蒸汽的高温气体环境下暴露于热循环时也能够进一步提高耐氧化性和耐水蒸汽性。

用于解决课题的手段

本发明的陶瓷基复合材料构件，其特征在于，其为进行了耐环境包覆的陶瓷基复合材料构件，具备：由含有硅化物的陶瓷基复合材料形成的基材、层叠在前述基材的表面的碳化硅层、层叠在前述碳化硅层的表面的硅层、层叠在前述硅层的表面的由富铝红柱石和硅酸镱混合而成的混合层、和层叠在前述混合层的表面的氧化物层。

本发明的陶瓷基复合材料构件中，前述硅酸镱优选为Yb₂SiO₅或Yb₂Si₂O₇。

本发明的陶瓷基复合材料构件中，优选的是：前述碳化硅层的膜厚为10μm以上且50μm以下，前述硅层的膜厚为50μm以上且140μm以下，前述混合层的膜厚为75μm以上且225μm以下。

本发明的陶瓷基复合材料构件中，前述硅层的膜厚优选为50μm以上且100μm以下。

本发明的陶瓷基复合材料构件中，前述氧化物层优选由以选自氧化铪、硅酸铪、硅酸镥、硅酸镱、氧化钛、氧化锆、钛酸铝、硅酸铝和镥铪氧化物组成的组中的至少1种作为主成分的氧化物形成。

本发明的陶瓷基复合材料构件中，前述氧化物层优选由单斜晶的氧化铪形成。

本发明的陶瓷基复合材料构件中，优选的是：前述碳化硅层由化学蒸镀膜形成，前述硅层和前述混合层由利用减压喷镀法得到的喷镀覆膜形成，前述氧化物层由利用大气喷镀法得到的喷镀覆膜形成。

本发明的陶瓷基复合材料构件中，前述基材优选由使碳化硅基体与碳化硅纤维复合化而得到的陶瓷基复合材料形成。

本发明的陶瓷基复合材料构件优选在构件表面温度为1200℃～1400℃、水蒸汽分压为30kPa～140kPa的环境下使用。

本发明的陶瓷基复合材料构件的制造方法，其特征在于，其为进行了耐环境包覆的陶瓷基复合材料构件的制造方法，具备：用含有硅化物的陶瓷基复合材料形成基材的基材形成工序、通过化学蒸镀法在前述基材的表面层叠碳化硅层的碳化硅层层叠工序、通过减压喷镀法在前述碳化硅层的表面层叠硅层的硅层层叠工序、通过减压喷镀法在前述硅层的表面层叠由富铝红柱石和硅酸镱混合而成的混合层的混合层层叠工序、和通过大气喷镀法在前述混合层的表面层叠氧化物层的氧化物层层叠工序。