報告書番号

Q07025

タイトル（和文）

ガスタービン用セラミックスの耐環境コーティングの開発 －高純度ZrO2コーティングの曝露試験結果－

タイトル（英文）

Development of Environmental Barrier Coating on Ceramics for Gas Turbine -Exposure Test Results of Highly Purified YSZ Coating for Ceramics in Combustion Gas Flow-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

開発した窒化けい素（Si3N4）用ZrO2コーティングの長期耐久性を検討するため、試験片温度1500℃の過酷条件において燃焼ガス流曝露試験を行い、コーティングの健全性と組織劣化を把握するとともに、今後の技術課題を検討した。その結果、（１）コーティングプロセス上の問題が生じやすい試験片上流面の近傍において、コーティングの局所はく離が認められ、はく離は中間層内のき裂進展防止層と応力緩和層の界面で生じていた。しかしながら、その他の部分については、はく離による損傷は見られず、コーティング各層における密着性は確保されていた。また、コーティングには、き裂による損傷や減肉による様相変化は確認されなかった。（２）コーティング中間層とSi3N4基材との間には酸化層（SiO2層）の生成が認められた。また、酸化層外層側に多数の気孔が確認され、コーティング内部に侵入した水蒸気が酸化層と反応して揮発・消失したものと推定された。さらに、ZrO2層と中間層の間で元素（ZrO2中のYと中間層内の周期律表第３a族元素(RE））の相互拡散が確認された。（３）以上の結果から、開発したZrO2コーティングの長期耐久性を確保するためには次の課題があるものと考えられた。①中間層内のき裂進展防止層と応力緩和層の密着性の向上、②酸素および水蒸気の侵入を防止するための環境遮断性の付与、③ZrO2層／中間層界面における元素拡散の抑制。

概要 （英文）

In order to examine the long term durability of YSZ-coating with intermediate layers for Si3N4, the exposure test under a combustion gas flow condition (T = 1500 degree C, P = 0.3 MPa, V = 150 m/s, PH2O = 35 kPa, t = 100h) were performed. In the flat surface of the YSZ-coating specimen, except the upstream surface side limited delamination that occurred at the interface between the crack extension layer and the stress relaxing layer, the crack or the delamination damage was not observed after the exposure test under a combustion gas flow condition. The recession was not found in outer YSZ layer, and YSZ-coating maintained good adhesion. On the other hand, the oxide scale created between the substrate and the intermediate layer was observed, and some pores that occurred by the volatilization by the reaction with water vapor were observed. Furthermore, elemental mutual diffusion was confirmed between the YSZ layer and the intermediate layers. The subjects to ensure the long term durability of the YSZ-coating are as follows. (1) Improvement of the adhesion between the crack extension layer and the stress relaxing layer. (2) Installation of environmental protection layer in the coating. (3) Diffusion control of the coating element between the YSZ layer and the intermediate layers.

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