ガストンネル型プラズマ溶射による高性能熱遮蔽複合膜の開発に関する研究

ガストンネル型プラズマ溶射を用いて、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を基とするセラミックス複合皮膜を作製し、超耐熱熱遮蔽複合膜(TBC)の開発に関する研究を行った。この場合、ランタンジルコニアLa_2Zr_2O_7などセラミックスとの複合化によりジルコニアの持つ熱遮蔽機能に加えて、高温耐食性などの機能を高めた。このため、様々な作製条件で得られたジルコニア複合皮膜の組織・構造、物理的機能性(機械的特性、熱的特性など)や化学的機能性(反応分解性、耐食性など)について各種分析装置を用いて明らかにして適正溶射条件を求めた。1.適正溶射条件において得られた50%8YSZ+50%La_2Zr_2O_7複合膜の微細組織・構造をFE-SEM、XEDSを用いて調べた結果、300μm以上の厚みの品質のよいLa_2Zr_2O_7複合膜が得られることが分かった。また、皮膜断面中の気孔率は8-13%であった。2.La_2Zr_2O_7複合膜について、V_2O_5,Na_2SO_4とNa_2SO_4+V_2O_5(60:40)混合溶液を用いた高温腐食試験の結果、V_2O_5環境におけるTBCに適合することが分かった。一方、高温におけるNa_2SO_4+V_2O_5(60:40)混合溶液について、La_2Zr_2O_7複合膜はTBCとして適用できる耐食性を示した。3.50%8YSZ+50%La_2Zr_2O_7複合膜の高温腐食試験の結果、40wt%V_2O_5-60wt%Na2SO4環境において、8YSZ、La_2Zr_2O_7膜と比較しても、最も良い高温耐食性が得られた。このため、TBCとして50%8YSZ+50%La_2Zr_2O_7複合膜がトップコートとして最適であることが明らかになった。4.作製したLa_2Zr_2O_7/8YSZとLa_2Zr_2O_7/CYSZによる多層膜TBCのサーマルショックテストの結果、従来の単層膜のTBCと比較し、格段に良い耐熱衝撃性が得られた。

ガストンネル型プラズマ溶射を用いて、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を基とするセラミックス複合皮膜を作製し、超耐熱熱遮蔽複合膜(TBC)の開発に関する研究を行った。この場合、ランタンジルコニアLa_2Zr_2O_7などセラミックスとの複合化によりジルコニアの持つ熱遮蔽機能に加えて、高温耐食性などの機能を高めた。このため、様々な作製条件で得られたジルコニア複合皮膜の組織・構造、物理的機能性(機械的特性、熱的特性など)や化学的機能性(反応分解性、耐食性など)について各種分析装置を用いて明らかにして適正溶射条件を求めた。1.適正溶射条件において得られた50%8YSZ+50%La_2Zr_2O_7複合膜の微細組織・構造をFE-SEM、XEDSを用いて調べた結果、300μm以上の厚みの品質のよいLa_2Zr_2O_7複合膜が得られることが分かった。また、皮膜断面中の気孔率は8-13%であった。2.La_2Zr_2O_7複合膜について、V_2O_5,Na_2SO_4とNa_2SO_4+V_2O_5(60:40)混合溶液を用いた高温腐食試験の結果、V_2O_5環境におけるTBCに適合することが分かった。一方、高温におけるNa_2SO_4+V_2O_5(60:40)混合溶液について、La_2Zr_2O_7複合膜はTBCとして適用できる耐食性を示した。3.50%8YSZ+50%La_2Zr_2O_7複合膜の高温腐食試験の結果、40wt%V_2O_5-60wt%Na2SO4環境において、8YSZ、La_2Zr_2O_7膜と比較しても、最も良い高温耐食性が得られた。このため、TBCとして50%8YSZ+50%La_2Zr_2O_7複合膜がトップコートとして最適であることが明らかになった。4.作製したLa_2Zr_2O_7/8YSZとLa_2Zr_2O_7/CYSZによる多層膜TBCのサーマルショックテストの結果、従来の単層膜のTBCと比較し、格段に良い耐熱衝撃性が得られた。