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炭化ケイ素セラミックス NEW 外国出願あり

国内特許コード P200016904
整理番号 5855
掲載日 2020年5月14日
出願番号 特願2019-518774
出願日 平成30年5月14日(2018.5.14)
国際出願番号 JP2018018601
国際公開番号 WO2018212139
国際出願日 平成30年5月14日(2018.5.14)
国際公開日 平成30年11月22日(2018.11.22)
優先権データ
  • 特願2017-096885 (2017.5.15) JP
発明者
  • 檜木 達也
  • 柳川 翔平
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 炭化ケイ素セラミックス NEW 外国出願あり
発明の概要 本発明の目的は、優れた耐環境被覆を有するSiCセラミックスを提供することである。
金属酸化物を含有するSiCセラミックスであって、ケイ酸塩を含む表面改質層を含み、当該表面改質層が母材であるSiCセラミックスの形成原料に由来する、ことを特徴とするSiCセラミックス。
従来技術、競合技術の概要

炭化ケイ素(以下「SiC」とも記す。)からなるセラミックス材料(以下「SiCセラミックス材料」とも記す。)は、軽量、耐熱性(高温強度)、耐摩耗性(高硬度)、化学的安定性(耐酸化、耐食性等)、高熱伝導率、低熱膨張率、低誘導放射化、低崩壊熱等の優れた物性を有する。航空宇宙分野ではエンジンにSiCセラミックス材料が採用されており、航空機素材にSiCセラミックス材料を用いる航空機開発が進められている。原子力分野では、水素爆発のリスクを下げることを目的に、燃料被覆管等へのSiCセラミックス材料の適用が検討されている。

従来、セラミックス基材上に、希土類の硝酸水和物とテトラエトキシシランを出発物質として用いてゾル-ゲル法により成膜し、コーティングした皮膜を熱処理することにより、希土類シリケート皮膜を形成する技術が開示されている(特許文献1)。特許文献1では、セラミックス基材上に皮膜を形成させる為にゾル-ゲル法を採用しており、実際にはセラミックス基材として窒化ケイ素セラミックスを開示するのみである。しかし、特許文献1で開示されたゾル-ゲル法による成膜技術、或いは一般的なプラズマ溶射による成膜技術等では、十分に緻密な被膜を形成することができず、形成させた被膜とセラミックス基材(母材)との密着性が高くなく、その結果、被覆が剥がれて、耐環境特性が損なわれてしまうという問題が生じていた。

そして、特許文献1の技術は、炭化ケイ素セラミックス基材が形成された後、その基材表面に希土類硝酸水和物とテトラエトキシシランを出発物資とするゾルーゲル法により、希土類シリケートからなる耐水蒸気腐食皮膜を形成する。この技術では、耐水蒸気腐食皮膜に剥離などの損傷が生じた場合、再度、損傷部分にゾルーゲル法を施す等、希土類シリケートの原料となる希土類金属成分を外部から供給しない限り、耐水蒸気腐食皮膜の自己修復は期待できない。

本発明者らは、これまで、SiC相と、SiCに対して反応性の低い物質からなる相を含む多相構造のマトリックスと、該マトリックス中に配置されたSiC繊維を含むSiC繊維強化SiC複合材料(以下「SiC/SiC複合材料」とも記す。)を開発している(特許文献2)。

このSiC/SiC複合材料は、SiC繊維と複合化することによってSiCセラミックスの靭性が改善されており、しかも、高温の酸化性雰囲気下においてもシリカの酸化膜の形成により酸化が抑制されることから優れた耐久性を有する。このSiC/SiC複合材料を用いても、高温水蒸気のようにシリカが反応してしまう環境において、耐久性を維持することについては検討の余地があった。

産業上の利用分野

本発明は、炭化ケイ素セラミックスに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
金属酸化物を含有する炭化ケイ素セラミックスであって、
ケイ酸塩を含む表面改質層を含み、
当該表面改質層が母材である炭化ケイ素セラミックスの形成原料に由来する、
ことを特徴とする炭化ケイ素セラミックス。

【請求項2】
前記表面改質層が、ケイ酸塩を50重量%以上含む、請求項1に記載の炭化ケイ素セラミックス。

【請求項3】
前記ケイ酸塩を含む表面改質層が、前記母材である炭化ケイ素セラミックス表面付近に生成されている、請求項1又は2に記載の炭化ケイ素セラミックス。

【請求項4】
前記金属酸化物が、酸化スカンジウム(Sc2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化エリビウム(Er2O3)、酸化イッテルビウム(Yb2O3)、アルミナ(Al2O3)及び酸化ルテチウム(Lu2O3)からなる群から選ばれた少なくとも一種の金属酸化物である、請求項1~3のいずれかに記載の炭化ケイ素セラミックス。

【請求項5】
前記ケイ酸塩が、スカンジウムシリケート(Sc2Si2O7)、イットリウムシリケート(Y2SiO5)、エリビウムシリケート(ErSiO5)、イッテルビウムシリケート(Yb2SiO5)、イッテルビウムシリケート(Yb2Si2O7)、ケイ酸アルミニウム(Al2SiO5)及びルテチウムシリケート(LuSiO5)からなる群から選ばれた少なくとも一種のケイ酸塩である、請求項1~4のいずれかに記載の炭化ケイ素セラミックス。

【請求項6】
炭化ケイ素セラミックスを製造する方法であって、
(1)分散媒中で炭化ケイ素形成原料、及び金属酸化物を分散する工程、
(2)工程(1)で得られた分散物を焼結する工程、
(3)工程(2)で得られた焼結物を熱処理して、母材である炭化ケイ素セラミックスにケイ酸塩を含む表面改質層を形成させる工程、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項7】
前記表面改質層が、ケイ酸塩を50重量%以上含む、請求項6に記載の方法。

【請求項8】
前記工程(3)が、工程(2)で得られた焼結物を熱処理して、母材である炭化ケイ素セラミックスの表面付近にケイ酸塩を含む表面改質層を形成させる工程である、請求項7又は8に記載の方法。

【請求項9】
前記金属酸化物が、酸化スカンジウム(Sc2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化エリビウム(Er2O3)、酸化イッテルビウム(Yb2O3)、アルミナ(Al2O3)及び酸化ルテチウム(Lu2O3)からなる群から選ばれた少なくとも一種の酸化物である、請求項6~8のいずれかに記載の方法。

【請求項10】
前記ケイ酸塩が、スカンジウムシリケート(Sc2Si2O7)、イットリウムシリケート(Y2SiO5)、エリビウムシリケート(ErSiO5)、イッテルビウムシリケート(Yb2SiO5)、イッテルビウムシリケート(Yb2Si2O7)、ケイ酸アルミニウム(Al2SiO5)及びルテチウムシリケート(LuSiO5)からなる群から選ばれた少なくとも一種のケイ酸塩である、請求項6~9のいずれかに記載の方法。

【請求項11】
請求項1~5のいずれかに記載の炭化ケイ素セラミックスを母材とし、セラミックス繊維を含むことを特徴とするセラミックス繊維強化炭化ケイ素複合材料。

【請求項12】
前記セラミックス繊維が、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維及び炭素繊維からなる群から選ばれた少なくとも一種のセラミックス繊維である、請求項11記載のセラミックス繊維強化炭化ケイ素複合材料。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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