JPH0735314B2 - Heat and oxidation resistant high strength material - Google Patents
Heat and oxidation resistant high strength materialInfo
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- JPH0735314B2 JPH0735314B2 JP63223758A JP22375888A JPH0735314B2 JP H0735314 B2 JPH0735314 B2 JP H0735314B2 JP 63223758 A JP63223758 A JP 63223758A JP 22375888 A JP22375888 A JP 22375888A JP H0735314 B2 JPH0735314 B2 JP H0735314B2
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Description
(産業上の利用分野) 本発明は、高強度であって、しかも耐熱性および耐酸化
性にも優れていることが要求される構造体の部分,部品
および製品の素材として好適に利用される耐熱・耐酸化
性高強度部材に関するものである。 (従来の技術) 近年、構造体の部分,部品および製品を構成する素材に
対する要求特性が一段と厳しくなり、従来の金属系の材
料や樹脂系の材料ではこのような要求特性に十分対応し
きれなくなってきており、セラミックス系の材料が盛ん
に開発され、また、繊維強化金属(FRM)や繊維強化セ
ラミックス(FRC)、さらには炭素繊維/炭素複合材(C
/C材)などの複合材料が開発され、そして実用に供され
るようになってきている。 このC/C材は、軽量でかつ高強度であるため比強度の点
においてすぐれており、また耐熱性および耐酸化性が比
較的良好であって熱による損耗や強度低下が従来の金属
系の材料に比べてかなり少ないものであるので、宇宙航
空機器用部材や原子力設備用部材などのごとく苛酷な条
件下にさらされる用途に適しているものといえる。 このC/C材の製造方法として、カーボン繊維/フェノー
ルやグラファイト繊維/フェノール,カーボン繊維)ピ
ッチやグラファイト繊維/ピッチなどといった素材を一
次焼成により炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化す
るためにピッチ含浸と焼成とを繰返すレジン・チャー法
や、カーボン繊維もしくはグラファイト繊維で編んだ骨
材に炭化水素を熱分解して生成する炭素を蒸着する蒸着
法(CVD法)などがあり、二次元タイプのC/C材のほか、
三次元タイプ,四次元タイプなどのような多次元に繊維
が配向したC/C材の開発もなされている。 このように、C/C材は、従来の金属系の材料に比べる
と、軽量で強度的に優れしかも耐熱・耐酸化性が比較的
良好であり、熱による損耗や強度低下が少ないといえる
が、例えば、宇宙往還機などのように宇宙での活動後に
大気圏に再突入するような場合には、とくに空力加熱を
受ける部分でかなりの高温となり、C/C材では800℃位と
なったところで表面から酸化消耗してくる。 そこで、C/C材の表面における酸化消耗を抑制するため
の耐酸化表面処理法も開発されている。 この耐酸化表面処理法としては、例えば、10%アルミナ
(Al2O3),30%珪素(Si),60%炭化珪素(SiC)からな
る粉末をグラファイト製のレトルト内でC/C材のまわり
に詰め、アルゴン雰囲気中において約1650℃で加熱して
C/C材の表面をSiCに転化させ、この後の冷却過程で、C/
C材とSiCとの間における熱膨張差によって微少なクラッ
クを生ずるので、この微少なクラックをテトラエチルオ
ルトシリケート(TEOS)で処理してSiO2で含浸するよう
にした耐酸化表面処理法があった。また、SiCに生ずる
微少なクラックをシリコン改質剤で処理してSiO2で含浸
するようにした耐酸化表面処理法もあった(例えば、TE
OS処理に関しては、CERAMIC BULLETIN VOL.60,No.11(1
981)に記載されている。)。 (発明が解決しようとする課題) このようなC/C材の表面にTEOS処理を行ったSiC被覆層を
設けた場合には、C/C材が空力加熱を受けて酸化消耗す
るのを防止し、より高温での使用が可能となるが、およ
そ1400℃位に達すると表面のSiCが酸化してSiO2とな
り、このSiO2がおよそ1700℃位で溶融して航行中に飛散
することにより消耗される。 したがって、例えば、空力加熱を受けることによって17
00℃を超えるような温度に加熱されたときでも十分に耐
えうる部材が必要とされる場合には、上記の表面にTEOS
処理を行ったSiC被覆層を設けたC/C材では要求を十分に
満たすことができないという課題があった。 (発明の目的) 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
もので、構造部材として必要な高強度を有していると共
に、耐熱性および耐酸化性にも優れており、例えば、空
力加熱を受けることによって1800℃を超えるような温度
に加熱されたときでも酸化消耗が少なく十分に耐えるこ
とが可能である軽量な耐熱・耐酸化性高強度部材を提供
することを目的としている。(Field of Industrial Application) The present invention is suitably used as a material for a structure part, a part and a product which are required to have high strength and excellent heat resistance and oxidation resistance. The present invention relates to heat-resistant and oxidation-resistant high-strength members. (Prior Art) In recent years, the required properties for the materials constituting the parts of structures, products, and products have become more severe, and conventional metal-based materials and resin-based materials cannot fully meet such required properties. Recently, ceramic-based materials have been actively developed, and fiber-reinforced metal (FRM), fiber-reinforced ceramics (FRC), and carbon fiber / carbon composite materials (C
/ C materials) and other composite materials have been developed and are being put to practical use. Since this C / C material is lightweight and has high strength, it is superior in terms of specific strength.Also, it has relatively good heat resistance and oxidation resistance, and wear and strength reduction due to heat are less than those of conventional metal-based materials. Since it is much less than the material, it can be said that it is suitable for applications exposed to harsh conditions such as members for aerospace equipment and members for nuclear facilities. As a method for producing this C / C material, carbon fiber / phenol, graphite fiber / phenol, carbon fiber) pitch, graphite fiber / pitch, etc. are carbonized or graphitized by primary firing, and pitch impregnation is performed to further increase the density. There is a resin char method that repeats firing and firing, and a vapor deposition method (CVD method) that vaporizes carbon generated by pyrolyzing hydrocarbons into aggregate woven with carbon fiber or graphite fiber. In addition to / C material,
Development of multi-dimensional C / C materials such as three-dimensional type and four-dimensional type, in which fibers are oriented in multiple dimensions, has also been made. As described above, the C / C material is lighter in weight and superior in strength as compared with the conventional metal-based material, and also has relatively good heat resistance and oxidation resistance, and it can be said that there is little wear or strength reduction due to heat. For example, in the case of re-entry into the atmosphere after activity in space, such as a space shuttle, the temperature becomes considerably high especially in the part subjected to aerodynamic heating, and at a temperature of about 800 ° C for C / C materials. Oxidation is consumed from the surface. Therefore, an oxidation-resistant surface treatment method has been developed to suppress the oxidative consumption on the surface of the C / C material. As this oxidation-resistant surface treatment method, for example, a powder made of 10% alumina (Al 2 O 3 ), 30% silicon (Si), and 60% silicon carbide (SiC) is used as a C / C material in a graphite retort. Pack it around and heat it at about 1650 ℃ in an argon atmosphere.
The surface of the C / C material is converted to SiC, and in the subsequent cooling process, C / C
Since a minute crack is generated due to the difference in thermal expansion between C material and SiC, there was an oxidation-resistant surface treatment method in which this minute crack was treated with tetraethyl orthosilicate (TEOS) and impregnated with SiO 2 . . There is also an oxidation-resistant surface treatment method in which minute cracks generated in SiC are treated with a silicon modifier and impregnated with SiO 2 (for example, TE
Regarding OS processing, CERAMIC BULLETIN VOL.60, No.11 (1
981). ). (Problems to be solved by the invention) When a TEOS-treated SiC coating layer is provided on the surface of such a C / C material, it is prevented that the C / C material undergoes aerodynamic heating and is oxidized and consumed. However, it becomes possible to use it at higher temperatures, but when it reaches about 1400 ° C, the surface SiC oxidizes to SiO 2 , and this SiO 2 melts at about 1700 ° C and scatters during navigation. Exhausted. Thus, for example, by undergoing aerodynamic heating, 17
If a material that can withstand even a temperature higher than 00 ° C is required, TEOS can be applied to the above surface.
The C / C material provided with the treated SiC coating layer has a problem that the requirement cannot be sufficiently satisfied. (Object of the Invention) The present invention has been made in view of such conventional problems, and has high strength required as a structural member and is also excellent in heat resistance and oxidation resistance. The object of the present invention is to provide a lightweight heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member capable of withstanding a sufficient amount of oxidation consumption even when heated to a temperature exceeding 1800 ° C. by being subjected to aerodynamic heating. .
(課題を解決するための手段) 本発明の第1請求項に係る耐熱・耐酸化性高強度部材
は、炭素繊維/炭素複合材の表面部分の一部ないしは全
部に窒化アルミニウム層を有する構成となっていること
を特徴としており、本発明の第2請求項に係る耐熱・耐
酸化性高強度部材は、炭素繊維/炭素複合材の表面部分
の一部ないしは全部に窒化アルミニウム層を有し、前記
窒化アルミニウム層の表面部分の一部ないしは全部に酸
化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ばれ
る被覆層を有する構成となっていることを特徴としてお
り、本発明の第3請求項に係る耐熱・耐酸化性高強度部
材は、炭素繊維/炭素複合材の表面部分の一部ないしは
全部に窒化イットリウム層を有する構成となっているこ
とを特徴としており、本発明の第4請求項に係る耐熱・
耐酸化性高強度部材は、炭素繊維/炭素複合材の表面部
分の一部ないしは全部に窒化イットリウム層を有し、前
記窒化イットリウム層の表面部分の一部ないしは全部に
酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから選ば
れる被覆層を有する構成となっていることを特徴として
おり、上記のような耐熱・耐酸化性高強度部材の構成を
前述した従来の課題を解決するための手段としている。 本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材において、基材
となる炭素繊維/炭素複合材(C/C材)は、その製造方
法において特に限定されず、例えば、強化材となる炭素
繊維には平織や綾織したものが用いられ、マトリックス
結合材としてはフェノール系,フラン系,ピッチ系など
のものが用いられ、カーボン繊維/フェノール,グラフ
ァイト繊維/フェノール,カーボン繊維/ピッチ,グラ
ファイト繊維/ピッチなどといった素材を一次焼成によ
って炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するために
ピッチ含浸と焼成を繰り返すレジン・チャー法や、カー
ボン繊維またはグラファイト繊維で編んだ骨材に炭化水
素を熱分解して生成する炭素を蒸着する蒸着法や、それ
らの組み合わせ法などによって製造されたものが適用さ
れ、C/C材の製造方法は特に限定されない。 そして、このC/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒
化アルミニウム(AlN)層を有するものとするに際して
は、一実施態様において、密閉容器内に、C/C材からな
る基材とAlNを収容したるつぼとを設置し、密閉容器内
を例えば10-4Torr程度に減圧しそしてArが電離した雰囲
気にして前記C/C基材の表面をスパッタ洗浄する前処理
を行う。次いで、るつぼ内のAlNに対しEBガンにより電
子ビームを照射して前記AlNを蒸発させ、前記スパッタ
洗浄しそして予熱した状態のC/C基材の表面部分の一部
ないし全部にAlNを蒸着させて、例えば、25〜50μm程
度の厚さの窒化アルミニウム層を被覆したものとする手
法を採用することができる。 そして、必要に応じて、N2ガスを加圧源とする熱間等静
圧圧縮(HIP)を行うことによって、例えば2000℃程度
の高温で例えば2000Kgf/cm2程度の圧力で加圧し、窒素
が不足しているアルミニウム単体の部分が存在している
可能性がある窒化アルミニウム層にN2を供給して、未反
応のAlが存在しない窒化アルミニウム層に形成するとと
もに、C/C材に対する窒化アルミニウム層のなじみをさ
らに良好なものとする。 このように、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を
有するものとすることによって、構造材として必要な高
強度を有し、耐熱性および耐酸化性にも優れた耐熱・耐
酸化性高強度部材となる。 また、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を有する
ものとする他の実施態様においては、前記密閉容器内の
るつぼに、AlNの代わりにAlを入れておくと共に、密閉
容器内でNが電離した状態にし、C/C材の表面部分をス
パッタ洗浄したのち、前記Alに電子ビームを照射してAl
を蒸発させ、このAlが雰囲気中のNと結合した窒化アル
ミニウム層をC/C材の表面部分に形成させるようにする
こともできる。 この場合、密閉容器内の雰囲気は例えば10-4Torr程度の
減圧雰囲気であることから、蒸発したすべてのAlがAlN
に反応しない金属Alを含んだ窒化アルミニウム層がC/C
材の表面に形成される可能性があるが、このようなとき
には、前述したと同様にしてN2ガスを加圧源とする熱間
等静圧圧縮を行い、金属Alのすべてを窒化することによ
り、耐熱・耐酸化性の優れた窒化アルミニウム層が形成
されるようにすることも望ましい。 さらに、C/C材の表面に窒化アルミニウム層を有するも
のとする他の実施態様においては、C/C材の所要表面にA
lN粉等を置いた状態にすると共に加熱装置の内部を真
空,ArまたはN2雰囲気にし、例えば2350℃位まで誘導加
熱を行うことによってAlN粉を溶融状態とし、凝固後にC
/C材の表面部分の一部または全部に窒化アルミニウム層
が形成されているものとすることもできる。この場合、
窒化アルミニウム層がC/C材の少なくとも表面部分に一
部浸透しているような形態とすることももちろん可能で
ある。また、誘導加熱の際の雰囲気は当初において真空
またはArとし、途中から例えば1.5atm程度のN2雰囲気と
して、純金属Alのない窒化アルミニウム層を形成させる
ようになすこともできる。 そして、この場合にも、誘導加熱による窒化アルミニウ
ム層の形成後に、N2ガスを加圧源とした熱間等静圧圧縮
を行うようにすることによって、窒化アルミニウム層の
C/C基材に対するなじみ性がより一層良好なものとなる
ようにすることも必要に応じて望ましい。 また、AlN粉等の代わりにAl粉等をC/C基材の所要表面部
分に置いた状態にすると共に誘導加熱装置の内部を例え
ば1.5atm程度のN2雰囲気にして、誘導加熱を行うことに
より、Alを溶融しかつ必要に応じてC/C基材の表面部分
にAlを一部含浸させるとともにN2と反応させ、これによ
ってC/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化アルミ
ニウム層が形成されるようになすこともできる。 この場合、誘導加熱装置の内部をN2雰囲気とせず、誘導
加熱によってC/C材の表面部分にAl層を形成させ、その
後N2ガスを加圧源とする熱間等静圧圧縮によってC/C材
の表面部分に窒化アルミニウム層を形成させるようにす
ることもできる。 さらに、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を有す
るものとする他の実施態様においては、溶融したAl中に
C/C材を浸漬し、その後N2ガスを加圧源とする熱間等静
圧圧縮を行ったり、N2雰囲気中で誘導加熱を行ったりし
て、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を形成させ
るようにすることもできる。 さらにまた、C/C材の表面部分にイオンプレーティング
によってAl層を形成させ、その後同様にN2ガスを加圧源
とする熱間等静圧圧縮を行ったり、N2雰囲気中で誘導加
熱を行ったりすることにより、C/C材の表面部分に窒化
アルミニウム層を形成させるようにすることもできる。 このように、C/C材の表面部分に窒化アルミニウム層を
有するものとすることによって、構造体の強度はC/C材
によって保持されるとともに、耐熱・耐酸化性は窒化ア
ルミニウムによって良好なものとなる。そして、例え
ば、1700℃程度の高温において4時間程度の長時間さら
されるような環境においては、AlNの一部がAl2O3に変化
し、C/C材よりも熱膨張係数の大きいAl2O3が形成され
て、熱膨張係数の差による剥離を生ずることもありうる
が、例えば宇宙往還機の再突入の場合のごとく10分ない
しは20分というような短時間の場合にはさほどの支承は
なく十分に優れた耐熱・耐酸化性を有するものとなって
いる。 次に、前記窒化アルミニウム層の表面部分の一部ないし
は全部に、酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのう
ちから選ばれる被覆層を有するものとするに際しては、
例えば、上記酸化ハフニウム(HfO2)および/または酸
化ジルコニウム(ZrO2)の粉末を用いたプラズマ溶射を
行うことによって、例えば、0.1〜0.2mm程度の厚さのHf
O2やZrO2よりなる被覆層を形成させる。 したがって、酸化ハフニウム(HfO2)の融点は約2800
℃,酸化ジルコニウム(ZrO2)の融点は約2700℃であっ
て、耐熱・耐酸化性に著しく優れたものであり、酸素を
含有する高温度の雰囲気中で酸化消耗を生じたときに
は、酸化ハフニウム粉末および/または酸化ジルコニウ
ム粉末を用いたプラズマ溶射を再度行うことによって、
表面部分に窒化アルミニウム層を有するC/C材の再使用
が可能となる。 次に、C/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化イッ
トリウム(YN)層を有するものとする実施態様において
は、密閉容器内に、C/C材からなる基材とYNを収容した
るつぼとを設置し、密閉容器内を例えば10-4Torr程度に
減圧すると共にArが電離した雰囲気にして基材表面をス
パッタ洗浄し、次いでるつぼ内のYNに電子ビームを照射
して前記YNを蒸発させ、基材の表面部分の一部ないし全
部にYNを蒸着させて、例えば、25〜50μm程度の窒化イ
ットリウム層を被覆したものとする手法を採用すること
ができる。 そして、必要に応じて、N2ガスを加圧源とした熱間等静
圧圧縮を行うことによって、例えば2000℃程度の高温で
かつ2000Kgf/cm2程度に高温加圧し、YN分子の安定化を
はかるとともに、C/C材に対する窒化イットリウム層の
なじみをさらに良好なものとする。 このように、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を
有するものとすることによって、構造材として必要な高
強度を有し、耐熱性および耐酸化性にも優れた耐熱・耐
酸化性高強度部材となる。 また、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を有する
ものとする他の実施態様においては、前記密閉容器内の
るつぼに、YNの代わりにYを入れておくとともに、密閉
容器内でNが電離した雰囲気に形成しておき、C/C材の
表面をスパッタ洗浄したのち、前記Yに電子ビームを照
射してYを蒸発させ、このYが雰囲気中のNと結合した
窒化イットリウム層をC/C材の表面部分に形成させるよ
うにすることもできる。 そして、この場合にも必要に応じてN2ガスを加圧源とす
る熱間等静圧圧縮を行うことによって、YN分子構造の安
定化をはかると共に、窒化イットリウムのC/C材に対す
るなじみを良好なものにできるようにすることも望まし
い。 さらに、C/C材の表面に窒化イットリウム層を有するも
のとする他の実施態様においては、C/C材の所要表面にY
N粉等を置いた状態にすると共に加熱装置の内部を真空,
ArまたはN2雰囲気にして誘導加熱することにより、YNを
溶融状態とし、凝固後にC/C材の表面部分の一部ないし
は全部に窒化イットリウム層が形成されているものとな
すようにすることもできる。この場合、窒化イットリウ
ム層がC/C材の少なくとも表面部分に一部浸透している
ような形態とすることももちろん可能である。また、必
要に応じてN2ガスを加圧源とした熱間等静圧圧縮を行う
ようにして、窒化イットリウム層のC/C材に対するなじ
みをさらに良好なものとすることもできる。 また、上記実施態様の場合には、YN粉を用いているが、
C/C材の所要表面にY粉を置いた状態にすると共に加熱
装置の内部を例えば1.5atm程度のN2雰囲気にして、誘導
加熱することにより、Yを溶融しかつ必要に応じてC/C
材の表面部分にYを一部含浸させると共にN2と反応させ
て、C/C材の表面部分の一部ないしは全部に窒化イット
リウム層が形成されるようになすこともできる。 この場合、誘導加熱装置の内部をN2雰囲気とせず、誘導
加熱によってC/C材の表面部分にY層を形成させ、その
後N2ガスを加圧源とする熱間等静圧圧縮を行うことによ
って、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を形成さ
せるようにすることもできる。 次に、前記窒化イットリウム層の表面部分の一部または
全部に、さらに酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウム
のうちから選ばれる被覆層を有するものとするに際して
は、例えば、上記酸化ハフニウム(HfO2)の粉末や酸化
ジルコニウム(ZrO2)の粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、例えば、0.1〜0.2mm程度の厚さのHfO2
やZrO2よりなる被覆層を形成させる。 そして、この実施態様における耐熱・耐酸化性高強度部
材において、酸化ハフニウム(HfO2)の融点は約2800
℃,酸化ジルコニウム(ZrO2)の融点は約2700℃であっ
て、耐熱・耐酸化性に著しく優れたものであり、高温の
酸化雰囲気中においた場合にYが一部酸化してY2O3とな
り、このY2O3はZrO2の安定化に寄与するものとなる。ま
た、表層部分の酸化消耗を生じたときには、酸化ハフニ
ウム粉末および/または酸化ジルコニウム粉末を用いた
プラズマ溶射を再度行うことによって、表面部分に窒化
イットリウム層を有するC/C材の再使用が可能となる。 (発明の作用) 本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材は、炭素繊維/
炭素複合材(C/C材)の表面部分の一部または全部に、
融点が約2300℃でかつ低熱膨張係数の窒化アルミニウム
および融点が約2600℃でかつ低熱膨張係数の窒化イット
リウムのうちから選ばれる窒化物層を有するものである
から、C/C材を基材としていることにより高強度を有す
るものとなっており、かつまた表面部分に高融点でかつ
低熱膨張係数の窒化物層を有していることにより耐熱性
および耐酸化性が良好であってしかも表層部分の剥離が
生じがたいものとなっている。 また、必要に応じて、前記窒化アルミニウム層および窒
化イットリウム層のうちから選ばれる窒化物層の表面部
分の一部または全部に、融点が約2800℃の酸化ハフニウ
ムおよび融点が約2700℃の酸化ジルコニウムのうちから
選ばれる被覆層を有しているものとした場合に、耐熱性
および耐酸化性はより一層優れたものとなっている。そ
して、この場合に、C/C材の熱膨張係数と、酸化ハフニ
ウムおよび酸化ジルコニウムの熱膨張係数との間に差は
存在するが、これらの間に熱膨張係数の小さい窒化アル
ミニウムや窒化イットリウムが介在しているので、高温
時における熱膨張係数の差にもとづく剥離のおそれは、
著しく小さなものとなる。 (実施例) 次に、本発明に係る耐熱・耐酸化性高強度部材の実施例
を比較例とともに説明する。 実施例1 厚さ1.5mmのC/C材とAlNを収容したるつぼとを密閉容器
内に設置し、この密閉容器内を10-4TorrのAr電離雰囲気
にして、前記C/C材の表面をスパッタ洗浄し、EBガンよ
りるつぼ内のAlNに対して電子ビームを照射することに
よって、このAlNを蒸発させ、450℃に予熱したC/C材の
表面にAlNを40μmの厚さで付着させ、次いで熱間等静
圧圧縮により温度2000℃,圧力2000KgF/cm2の条件での
加熱加圧を行って、C/C材の表面部分に窒化アルミニウ
ム層を有する実施例1の耐熱・耐酸化性高強度部材を作
製し、後記する評価試験に供した。 実施例2 実施例1において作製したC/C材の表面部分に窒化アル
ミニウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ハフニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行う
ことによって、窒化アルミニウム層の表面部分に厚さ0.
18mmの酸化ハフニウム層を有する実施例2の耐熱・耐酸
化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供した。 実施例3 実施例1において作製したC/C材の表面部分に窒化アル
ミニウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、窒化アルミニウム層の表面部分に厚さ
0.18mmの酸化ジルコニウム層を有する実施例3の耐熱・
耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供し
た。 実施例4 厚さ1.5mmのC/C材とYNを収容したるつぼとを密閉容器内
に設置し、この密閉容器内を10-4TorrのAr電離雰囲気に
して、前記C/C材の表面をスパッタ洗浄し、EBガンより
るつぼ内のYNに対して電子ビームを照射することによっ
て、このYNを蒸発させ、450℃に予熱したC/C材の表面に
YNを40μmの厚さで付着させ、次いで熱間等静圧圧縮に
より温度2000℃,圧力2000Kgf/cm2の条件での加熱加圧
を行って、C/C材の表面部分に窒化イットリウム層を有
する実施例4の耐熱・耐酸化性高強度部材を作製し、後
記する評価試験に供した。 実施例5 実施例4において作製したC/C材の表面部分に窒化イッ
トリウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ハフニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行う
ことによって、窒化イットリウム層の表面部分に厚さ0.
18mmの酸化ハフニウム層を有する実施例5の耐熱・耐酸
化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供した。 実施例6 実施例4において作製したC/C材の表面部分に窒化イッ
トリウム層を有する耐熱・耐酸化性高強度部材の表面部
分に、酸化ジルコニウム粉末を用いたプラズマ溶射を行
うことによって、窒化イットリウム層の表面部分に厚さ
0.18mmの酸化ジルコニウム層を有する実施例6の耐熱・
耐酸化性高強度部材を作製し、後記する評価試験に供し
た。 比較例1 厚さ1.5mmのC/C材を何んら表面被覆することなく比較例
1の供試材として後記する評価試験に供した。 比較例2 密閉容器内で、厚さ1.5mmのC/C材のまわりに、10%Al2O
3−30%Si−60%SiCからなる粉末を詰め、Ar雰囲気中で
1650℃に加熱して,C/C材の表面をSiCに転化させ、冷却
過程で熱膨張係数差により発生するクラック中に、テト
ラエチルオルトシリケート(TEOS)で処理してSiO2を含
浸させた比較例2の供試材を作製し、後記する評価試験
に供した。 比較例3 厚さ1.5mmのC/C材の表面部分に、酸化ジルコニウム粉末
を用いたプラズマ溶射を行うことによって、厚さ0.18mm
の酸化ジルコニウム層を形成させたが、冷却過程で酸化
ジルコニウム層にクラックが生じて剥離したため、後記
する評価試験に供することはできなかった。 評価試験例 実施例1〜6において作製した供試材と、比較例1,2に
おいて用意した供試材とについて、1600℃×10分の大気
中プラズマトーチ加熱,1700℃×10分の大気中プラズマ
トーチ加熱、および2000℃×10分の大気中プラズマトー
チ加熱を行って、加熱後の酸化消耗量(1平方メートル
あたりの重量減少量)を調べることにより耐熱・耐酸化
性を評価した。この結果を第1表に示す。なお、第1表
における()内の数値は、重量減少量により算出した板
厚減少量を示している。また、「使用不能」とは、板厚
減少量が1mm以上であったものを示している。 第1表に示すように、C/C材の表面部分に窒化アルミニ
ウム層を有する実施例1および窒化イットリウム層を有
する実施例4の場合には、これらの層を有しないC/C材
そのものである比較例1の場合に比べて、耐熱・耐酸化
性がかなり向上していることが明らかであり、窒化アル
ミニウム層を有する実施例1の場合にはC/C材表面にSiC
被覆およびTEOS処理を施した比較例2の場合よりも耐熱
・耐酸化性に優れていることが認められ、窒化アルミニ
ウム層の表面部分にさらに酸化ハフニウム層および酸化
ジルコニウム層をそれぞれ被覆した実施例2および実施
例3の場合、ならびに窒化イットリウム層の表面部分に
さらに酸化ハフニウム層および酸化ジルコニウム層をそ
れぞれ被覆した実施例5および実施例6の場合には、耐
熱・耐酸化性がさらに向上していることが認められ、宇
宙往還機の大気圏再突入時において1900〜1950℃程度に
まで温度上昇した場合にも十分に耐え得るものであるこ
とが確かめられた。(Means for Solving the Problems) The heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member according to the first aspect of the present invention has a structure having an aluminum nitride layer on a part or all of the surface portion of the carbon fiber / carbon composite material. The heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member according to the second aspect of the present invention has an aluminum nitride layer on part or all of the surface portion of the carbon fiber / carbon composite material, The heat and acid resistance according to the third aspect of the present invention is characterized in that a part or all of the surface portion of the aluminum nitride layer has a coating layer selected from hafnium oxide and zirconium oxide. The chemical-resistant high-strength member is characterized in that it has a yttrium nitride layer on a part or all of the surface portion of the carbon fiber / carbon composite material. Heat resistance
The oxidation-resistant high-strength member has a yttrium nitride layer on a part or all of the surface portion of the carbon fiber / carbon composite material, and among the hafnium oxide and zirconium oxide on a part or all of the surface portion of the yttrium nitride layer. It is characterized in that it has a coating layer selected from the above, and the above-mentioned structure of the heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member is used as a means for solving the above-mentioned conventional problems. In the heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member according to the present invention, the carbon fiber / carbon composite material (C / C material) serving as a base material is not particularly limited in its manufacturing method. A plain weave or a twill weave is used as the matrix binder, and a phenol-based, furan-based, or pitch-based one is used as the matrix binder. Carbon fiber / phenol, graphite fiber / phenol, carbon fiber / pitch, graphite fiber / pitch, etc. The material is carbonized or graphitized by primary firing, and the resin char method in which pitch impregnation and firing are repeated in order to further densify it, or hydrocarbon is pyrolyzed into aggregate woven with carbon fiber or graphite fiber to generate A method of manufacturing C / C materials is applied, which is manufactured by a vapor deposition method of vapor depositing carbon or a combination of these methods. It is not particularly limited. When the aluminum nitride (AlN) layer is provided on a part or all of the surface portion of the C / C material, in one embodiment, in a closed container, the base material made of the C / C material and AlN are used. A crucible accommodating the above is installed, the pressure inside the closed container is reduced to, for example, about 10 −4 Torr, and an atmosphere in which Ar is ionized is performed to perform a pretreatment for cleaning the surface of the C / C substrate by sputtering. Then, the AlN in the crucible is irradiated with an electron beam by an EB gun to evaporate the AlN, and the AlN is vapor-deposited on a part or all of the surface portion of the C / C substrate in the sputter-cleaned and preheated state. For example, a method in which an aluminum nitride layer having a thickness of about 25 to 50 μm is coated can be adopted. Then, if necessary, hot isostatic pressing (HIP) using N 2 gas as a pressure source is performed to pressurize at a high temperature of about 2000 ° C., for example, at a pressure of about 2000 Kgf / cm 2 , and nitrogen. there are N 2 was supplied to the aluminum nitride layer is pure aluminum parts which may be present are missing, thereby forming an aluminum nitride layer Al unreacted absent, nitride to C / C material Makes the aluminum layer more familiar. In this way, by having the aluminum nitride layer on the surface of the C / C material, it has the high strength required as a structural material, and also has excellent heat resistance and oxidation resistance. It becomes a strength member. In another embodiment in which the surface portion of the C / C material has an aluminum nitride layer, in the crucible in the closed container, Al is put in place of AlN, and N is set in the closed container. After ionizing the surface of the C / C material by sputter cleaning, irradiate the Al with an electron beam to form Al.
Can be evaporated to form an aluminum nitride layer in which this Al is combined with N in the atmosphere on the surface portion of the C / C material. In this case, since the atmosphere in the closed container is a reduced pressure atmosphere of, for example, 10 −4 Torr, all evaporated Al is AlN.
Aluminum nitride layer containing metal Al that does not react with C
Although it may be formed on the surface of the material, in such a case, perform hot isostatic pressing using N 2 gas as a pressure source in the same manner as described above to nitride all the metal Al. Therefore, it is also desirable to form an aluminum nitride layer having excellent heat resistance and oxidation resistance. Further, in another embodiment in which the surface of the C / C material has an aluminum nitride layer, A is formed on the required surface of the C / C material.
lN powder etc. are placed and the inside of the heating device is evacuated, Ar or N 2 atmosphere, and the AlN powder is melted by induction heating up to about 2350 ° C.
The aluminum nitride layer may be formed on part or all of the surface portion of the / C material. in this case,
It is of course possible to adopt a form in which the aluminum nitride layer partially penetrates at least the surface portion of the C / C material. The atmosphere during the induction heating may be vacuum or Ar at the beginning, and an N 2 atmosphere of, for example, about 1.5 atm may be formed in the middle to form an aluminum nitride layer without pure metal Al. Then, also in this case, after forming the aluminum nitride layer by induction heating, by performing hot isostatic pressing using N 2 gas as a pressure source, the aluminum nitride layer
It is also desirable, if necessary, to make the conformability to the C / C substrate even better. Also, instead of AlN powder or the like, Al powder or the like should be placed on the required surface portion of the C / C base material, and the inside of the induction heating device should be in an N 2 atmosphere of about 1.5 atm for induction heating. Melts Al and partially impregnates the surface portion of the C / C base material with Al and reacts with N 2 as a result, whereby part or all of the surface portion of the C / C material is aluminum nitride. It can also be arranged so that layers are formed. In this case, the inside of the induction heating device is not set to N 2 atmosphere, an Al layer is formed on the surface portion of the C / C material by induction heating, and then C 2 is applied by hot isostatic pressing using N 2 gas as a pressure source. An aluminum nitride layer may be formed on the surface of the / C material. Furthermore, in another embodiment in which the surface portion of the C / C material has an aluminum nitride layer, in the molten Al,
Nitrogen the surface of the C / C material by immersing the C / C material and then performing hot isostatic pressing using N 2 gas as a pressure source or induction heating in an N 2 atmosphere. It is also possible to form an aluminum layer. Furthermore, an Al layer is formed on the surface of the C / C material by ion plating, and then hot isostatic pressing using N 2 gas as a pressure source is also performed, or induction heating is performed in an N 2 atmosphere. It is also possible to form the aluminum nitride layer on the surface portion of the C / C material by performing the above. In this way, by having the aluminum nitride layer on the surface of the C / C material, the strength of the structure is maintained by the C / C material, and the heat resistance and oxidation resistance are good by the aluminum nitride. Becomes Then, for example, in an environment such as prolonged exposure of about 4 hours at a high temperature of about 1700 ° C., a part of the AlN is changed to Al 2 O 3, a large Al of C / C thermal expansion coefficient than the material 2 O 3 may form and cause separation due to the difference in coefficient of thermal expansion, but in the case of a short time such as 10 minutes to 20 minutes as in the case of reentry of a space shuttle, a small amount of bearing is supported. Instead, it has sufficiently excellent heat resistance and oxidation resistance. Next, when providing a coating layer selected from hafnium oxide and zirconium oxide on a part or all of the surface portion of the aluminum nitride layer,
For example, by performing plasma spraying using the above-mentioned hafnium oxide (HfO 2 ) and / or zirconium oxide (ZrO 2 ) powder, for example, Hf having a thickness of about 0.1 to 0.2 mm can be obtained.
A coating layer made of O 2 or ZrO 2 is formed. Therefore, the melting point of hafnium oxide (HfO 2 ) is about 2800.
℃, the melting point of zirconium oxide (ZrO 2 ) is about 2700 ℃, it is extremely excellent in heat resistance and oxidation resistance, hafnium oxide when oxidative consumption occurs in the high temperature atmosphere containing oxygen. By again performing plasma spraying with powder and / or zirconium oxide powder,
It is possible to reuse the C / C material having the aluminum nitride layer on the surface portion. Next, in an embodiment in which a part or all of the surface portion of the C / C material has a yttrium nitride (YN) layer, the base material made of the C / C material and YN were housed in a closed container. Install a crucible, reduce the pressure in the closed container to, for example, about 10 -4 Torr and clean the substrate surface by sputter-cleaning the substrate surface in an atmosphere where Ar is ionized, then irradiate the YN in the crucible with an electron beam to remove the YN. It is possible to employ a method in which YN is evaporated and YN is vapor-deposited on a part or the whole of the surface portion of the base material, for example, a yttrium nitride layer having a thickness of about 25 to 50 μm is coated. Then, if necessary, hot isostatic pressing using N 2 gas as a pressure source is performed, for example, at a high temperature of about 2000 ° C. and at a high temperature of about 2000 Kgf / cm 2 to stabilize YN molecules. And improve the familiarity of the yttrium nitride layer with the C / C material. In this way, by having the yttrium nitride layer on the surface of the C / C material, it has the high strength required as a structural material, and also has excellent heat resistance and oxidation resistance. It becomes a strength member. In another embodiment in which the surface portion of the C / C material has an yttrium nitride layer, the crucible in the closed container contains Y instead of YN, and N in the closed container. After being formed in an ionized atmosphere, the surface of the C / C material is sputter-cleaned, and then Y is irradiated with an electron beam to evaporate Y, and this Y is combined with N in the atmosphere to form a yttrium nitride layer. It can also be formed on the surface of the / C material. And, in this case as well, by performing hot isostatic pressing using N 2 gas as a pressure source as necessary, the YN molecular structure is stabilized and the familiar yttrium nitride C / C material is used. It is also desirable to be able to do good things. Further, in another embodiment in which the surface of the C / C material has an yttrium nitride layer, Y is formed on the required surface of the C / C material.
Place the N powder, etc., and evacuate the inside of the heating device.
It is also possible to melt YN by inductively heating it in an Ar or N 2 atmosphere so that the yttrium nitride layer is formed on a part or all of the surface of the C / C material after solidification. it can. In this case, it is of course possible to adopt a form in which the yttrium nitride layer partially penetrates at least the surface portion of the C / C material. Further, if necessary, hot isostatic pressing using N 2 gas as a pressure source may be performed to further improve the conformability of the yttrium nitride layer to the C / C material. In the case of the above embodiment, YN powder is used,
The Y powder is placed on the required surface of the C / C material, and the inside of the heating device is made to have an atmosphere of N 2 of, for example, about 1.5 atm, and induction heating is performed to melt the Y and C / C as necessary. C
It is also possible to partially impregnate the surface portion of the material with Y and react it with N 2 so that the yttrium nitride layer is formed on part or all of the surface portion of the C / C material. In this case, the inside of the induction heating device is not made to be N 2 atmosphere, a Y layer is formed on the surface portion of the C / C material by induction heating, and then hot isostatic pressing is performed using N 2 gas as a pressure source. As a result, the yttrium nitride layer can be formed on the surface of the C / C material. Next, when providing a coating layer selected from hafnium oxide and zirconium oxide on a part or all of the surface portion of the yttrium nitride layer, for example, a powder of the above hafnium oxide (HfO 2 ) or By performing plasma spraying using zirconium oxide (ZrO 2 ) powder, for example, HfO 2 having a thickness of about 0.1 to 0.2 mm can be obtained.
And a coating layer of ZrO 2 is formed. In the heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member according to this embodiment, the melting point of hafnium oxide (HfO 2 ) is about 2800.
℃, the melting point of zirconium oxide (ZrO 2 ) is about 2700 ℃, which is extremely excellent in heat resistance and oxidation resistance. When it is placed in a high temperature oxidizing atmosphere, part of Y is oxidized and Y 2 O 3 , and this Y 2 O 3 contributes to the stabilization of ZrO 2 . In addition, when the surface layer is consumed by oxidation, plasma spraying with hafnium oxide powder and / or zirconium oxide powder can be performed again to reuse the C / C material having the yttrium nitride layer on the surface. Become. (Operation of the Invention) The heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member according to the present invention is made of carbon fiber /
Part or all of the surface of the carbon composite material (C / C material)
Since it has a nitride layer selected from aluminum nitride having a melting point of about 2300 ° C and a low thermal expansion coefficient and yttrium nitride having a melting point of about 2600 ° C and a low thermal expansion coefficient, a C / C material is used as a base material. Has a high strength due to the presence of a high melting point and a nitride layer with a high melting point and a low coefficient of thermal expansion on the surface portion, so that it has good heat resistance and oxidation resistance and has a surface layer portion. It is difficult to peel off. In addition, if necessary, on part or all of the surface portion of the nitride layer selected from the aluminum nitride layer and the yttrium nitride layer, hafnium oxide having a melting point of about 2800 ° C. and zirconium oxide having a melting point of about 2700 ° C. When it has a coating layer selected from the above, the heat resistance and the oxidation resistance are further excellent. Then, in this case, there is a difference between the coefficient of thermal expansion of the C / C material and the coefficient of thermal expansion of hafnium oxide and zirconium oxide, but between these there is a small coefficient of thermal expansion aluminum nitride or yttrium nitride. Since it is interposed, the risk of peeling due to the difference in thermal expansion coefficient at high temperature is
It will be extremely small. (Examples) Next, examples of heat-resistant and oxidation-resistant high-strength members according to the present invention will be described together with comparative examples. Example 1 A C / C material having a thickness of 1.5 mm and a crucible containing AlN were placed in a closed container, and the inside of the closed container was made into an Ar ionizing atmosphere of 10 −4 Torr to prepare the surface of the C / C material. Was sputter-cleaned, and the AlN in the crucible was irradiated with an electron beam from an EB gun to evaporate the AlN and attach it to the surface of the C / C material preheated to 450 ° C with a thickness of 40 μm. Then, heat and pressure are applied by hot isostatic pressing under the conditions of a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 2000 KgF / cm 2 to obtain the heat and oxidation resistance of Example 1 having an aluminum nitride layer on the surface of the C / C material. A high-strength high-strength member was produced and subjected to the evaluation test described below. Example 2 Aluminum nitride was obtained by performing plasma spraying using hafnium oxide powder on the surface of the heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member having the aluminum nitride layer on the surface of the C / C material produced in Example 1. The thickness of the surface of the layer is 0.
The heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member of Example 2 having a hafnium oxide layer of 18 mm was prepared and subjected to the evaluation test described below. Example 3 Aluminum nitride was obtained by performing plasma spraying using zirconium oxide powder on the surface of a heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member having an aluminum nitride layer on the surface of the C / C material produced in Example 1. Thickness on the surface part of the layer
Heat resistance of Example 3 having a 0.18 mm zirconium oxide layer
An oxidation resistant high-strength member was produced and subjected to the evaluation test described below. Example 4 A C / C material having a thickness of 1.5 mm and a crucible containing YN were placed in a closed container, and the inside of the closed container was made into an Ar ionizing atmosphere of 10 −4 Torr to prepare the surface of the C / C material. Was sputter-cleaned and the YN in the crucible was irradiated with an electron beam from an EB gun to evaporate this YN and onto the surface of the C / C material preheated to 450 ° C.
YN is deposited to a thickness of 40 μm, and then hot isostatic pressing is performed to heat and pressurize at a temperature of 2000 ° C. and a pressure of 2000 Kgf / cm 2 to form a yttrium nitride layer on the surface of the C / C material. The heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member of Example 4 having the same was produced and subjected to the evaluation test described below. Example 5 Yttrium nitride was obtained by performing plasma spraying using hafnium oxide powder on the surface of a heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member having a yttrium nitride layer on the surface of the C / C material produced in Example 4. The thickness of the surface of the layer is 0.
A heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member of Example 5 having a hafnium oxide layer of 18 mm was produced and subjected to the evaluation test described below. Example 6 Yttrium nitride was obtained by performing plasma spraying using zirconium oxide powder on the surface of the heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member having the yttrium nitride layer on the surface of the C / C material produced in Example 4. Thickness on the surface part of the layer
Heat resistance of Example 6 having a 0.18 mm zirconium oxide layer
An oxidation resistant high-strength member was produced and subjected to the evaluation test described below. Comparative Example 1 A C / C material having a thickness of 1.5 mm was subjected to an evaluation test described below as a test material of Comparative Example 1 without any surface coating. Comparative Example 2 10% Al 2 O around a C / C material having a thickness of 1.5 mm in a closed container.
3 filled with powder of -30% Si-60% SiC, in an Ar atmosphere
Comparison of heat treatment at 1650 ℃ to convert the surface of C / C material to SiC and treatment with tetraethylorthosilicate (TEOS) to impregnate SiO 2 into cracks caused by the difference in coefficient of thermal expansion during cooling The test material of Example 2 was produced and subjected to the evaluation test described below. Comparative Example 3 A surface of a 1.5 mm thick C / C material was plasma sprayed with zirconium oxide powder to give a thickness of 0.18 mm.
Although the zirconium oxide layer of No. 1 was formed, it could not be used for the evaluation test described later because cracks were generated in the zirconium oxide layer during the cooling process and the zirconium oxide layer was peeled off. Evaluation Test Example Regarding the test materials prepared in Examples 1 to 6 and the test materials prepared in Comparative Examples 1 and 2, 1600 ° C. × 10 minutes in air plasma torch heating, 1700 ° C. × 10 minutes in air Plasma torch heating and plasma torch heating in the atmosphere at 2000 ° C. for 10 minutes were performed, and the heat consumption and oxidation resistance were evaluated by examining the amount of oxidative consumption after heating (weight reduction amount per square meter). The results are shown in Table 1. The numerical value in parentheses in Table 1 indicates the amount of reduction in plate thickness calculated from the amount of weight reduction. In addition, “unusable” indicates that the thickness reduction amount was 1 mm or more. As shown in Table 1, in the case of Example 1 having the aluminum nitride layer on the surface portion of the C / C material and Example 4 having the yttrium nitride layer, the C / C material itself without these layers was used. It is clear that the heat resistance and the oxidation resistance are considerably improved as compared with the case of a certain Comparative Example 1, and in the case of Example 1 having an aluminum nitride layer, SiC is formed on the surface of the C / C material.
It was found that the heat resistance and the oxidation resistance were superior to those of Comparative Example 2 in which the coating and the TEOS treatment were applied, and the surface portion of the aluminum nitride layer was further coated with a hafnium oxide layer and a zirconium oxide layer, respectively. In the case of Example 3 and in the case of Example 5 and Example 6 in which the surface portion of the yttrium nitride layer was further coated with a hafnium oxide layer and a zirconium oxide layer, respectively, heat resistance and oxidation resistance were further improved. It was confirmed that it was able to withstand a temperature rise of about 1900 to 1950 ℃ when the spacecraft reentry into the atmosphere.
以上説明してきたように、本発明に係る耐熱・耐酸化性
高強度部材は、炭素繊維/炭素複合材の表面部分に窒化
アルミニウム層または窒化イットリウム層を有し、必要
に応じてそれらの上にさらに酸化ハフニウムおよび酸化
ジルコニウムのうちから選ばれる被覆層を有する構成と
なっているものであるから、炭素繊維/炭素複合材を基
材とすることにより高強度が得られると共に、熱膨張係
数が炭素繊維/炭素複合材の熱膨張係数に近い窒化アル
ミニウムまたは窒化イットリウムを表面部分に有してい
ることから、高温酸化雰囲気中での炭素繊維/炭素複合
材の酸化消耗を防止して耐熱・耐酸化性の良好なものに
なっていると同時に、熱膨張係数差に起因する窒化アル
ミニウム層および窒化イットリウム層のクラックないし
は剥離の発生を防ぐものになっており、窒化アルミニウ
ム層および窒化イットリウム層の表面部分にさらに酸化
ハフニウムや酸化ジルコニウムから選ばれる被覆層を有
するものとすることによって、耐熱・耐酸化性はさらに
向上したものにすることが可能であり、炭素繊維/炭素
複合材と酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムとの間には
熱膨張係数に差があるものの、これらの間に前記酸化ハ
フニウムや酸化ジルコニウムの熱膨張係数よりも小さい
熱膨張係数の窒化アルミニウム層や窒化イットリウム層
が介在されていることとなるので、酸化ハフニウムや酸
化ジルコニウムからなる被覆層のクラックないしは剥離
の発生を防ぐことが可能であり、例えば、空力加熱を受
けることによって1800℃を超えるような温度に加熱され
たときでも酸化消耗が著しく少なく十分に耐え得るもの
であるという非常に優れた効果がもたらされる。As described above, the heat / oxidation-resistant high-strength member according to the present invention has the aluminum nitride layer or the yttrium nitride layer on the surface portion of the carbon fiber / carbon composite material, and if necessary, on top of them. Furthermore, since it has a coating layer selected from hafnium oxide and zirconium oxide, high strength can be obtained by using a carbon fiber / carbon composite material as a base material, and the thermal expansion coefficient is Since aluminum nitride or yttrium nitride, which has a thermal expansion coefficient close to that of the fiber / carbon composite material, is provided on the surface, it prevents heat and oxidation resistance of the carbon fiber / carbon composite material in the high temperature oxidizing atmosphere. In addition to good performance, it also prevents cracking or peeling of the aluminum nitride layer and yttrium nitride layer due to the difference in thermal expansion coefficient. By further providing a coating layer selected from hafnium oxide and zirconium oxide on the surface portion of the aluminum nitride layer and the yttrium nitride layer, heat resistance and oxidation resistance can be further improved. Although there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the carbon fiber / carbon composite material and hafnium oxide or zirconium oxide, the coefficient of thermal expansion between them is smaller than that of the hafnium oxide or zirconium oxide. Since the aluminum nitride layer and the yttrium nitride layer are intervened, it is possible to prevent the occurrence of cracks or peeling of the coating layer made of hafnium oxide or zirconium oxide. Even when it is heated to a temperature exceeding ℃ It results in a very excellent effect that it is capable of withstanding.
Claims (4)
ルミニウム層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化性
高強度部材。1. A heat-resistant and oxidation-resistant high-strength member having an aluminum nitride layer on the surface of a carbon fiber / carbon composite material.
ルミニウム層を有し、前記窒化アルミニウム層の表面部
分に酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから
選ばれる被覆層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化
性高強度部材。2. A heat-resistant material comprising an aluminum nitride layer on a surface portion of a carbon fiber / carbon composite material, and a coating layer selected from hafnium oxide and zirconium oxide on a surface portion of the aluminum nitride layer. -Oxidation resistant high strength material.
ットリウム層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化性
高強度部材。3. A heat-resistant / oxidation-resistant high-strength member having a yttrium nitride layer on a surface portion of a carbon fiber / carbon composite material.
ットリウム層を有し、前記窒化イットリウム層の表面部
分に酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムのうちから
選ばれる被覆層を有することを特徴とする耐熱・耐酸化
性高強度部材。4. A heat-resistant material comprising a yttrium nitride layer on a surface portion of a carbon fiber / carbon composite material, and a coating layer selected from hafnium oxide and zirconium oxide on a surface portion of the yttrium nitride layer. -Oxidation resistant high strength material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63223758A JPH0735314B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Heat and oxidation resistant high strength material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63223758A JPH0735314B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Heat and oxidation resistant high strength material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274581A JPH0274581A (en) | 1990-03-14 |
| JPH0735314B2 true JPH0735314B2 (en) | 1995-04-19 |
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ID=16803252
Family Applications (1)
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| JP63223758A Expired - Lifetime JPH0735314B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Heat and oxidation resistant high strength material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0735314B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107460424B (en) * | 2017-08-23 | 2020-01-21 | 江苏丰辉高空建筑防腐有限公司 | Wear-resistant corrosion-resistant nano aluminum nitride composite coating |
-
1988
- 1988-09-06 JP JP63223758A patent/JPH0735314B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0274581A (en) | 1990-03-14 |
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