DE69913575T2

DE69913575T2 - Material zur Gasphasenabscheidung

Info

Publication number: DE69913575T2
Application number: DE69913575T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Yokohama-shi Kondou; Yoshitaka Sagamihara-shi Kubota
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: JPH11209175A; US6143437A; DE69913575D1; JP4253855B2; EP0931852A1; EP0931852B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Dampfabscheidungs-Beschichtungsmaterial mit einer hohen Wärmebeständigkeit und einer hohen Wärmeschockbeständigkeit, welches einen stabilen Schmelzpool in der Dampfabscheidung zur Erzeugung eines Beschichtungsfilms ausbilden kann.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Wärmebeständige Beschichtungsfilme werden im allgemeinen mittels einer Flammensprühbeschichtung ausgebildet. Mit der Forderung nach verbesserten Eigenschaften der Beschichtungsfilme und als Ergebnis des Fortschritts in der Dampfabscheidungstechnik wurde eine physikalische Dampfabscheidung (hierin nachstehend als PVD bezeichnet) in der Praxis für die Ausbildung von wärmebeständigen Beschichtungsfilmen verwendet. Insbesondere wurde PVD-Prozessen, die einen Elektronenstrahl verwenden (EB-PVD) viel Beachtung geschenkt und verschiedene Verfahren wurden zur Ausbildung eines wärmebeständigen Beschichtungsfilms mittels eines EB-PVD-Prozesses, wie er in ADVANCED MATERIALS & PROCESS, Band 140, Nr. 6, Seiten 18 bis 22 (1991) offenbart ist, entwickelt.
Der vorstehend erwähnte EB-PVD-Prozess zur Ausbildung von wärmebeständigen Filmen wird für wärmebeständige Beschichtungen von Teilen eines Flugzeugantriebs und ähnlichen Teilen verwendet. Das Dampfabscheidungsmaterial für die Be schichtung von Antriebsteilen erfordert eine hinreichend hohe Wärmebeständigkeit, um dem direkten Kontakt mit einem Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu widerstehen, für welches das Material hinreichend hohe Schmelzpunkte und eine hinreichend hohe Reinheit besitzen sollte. Das Beschichtungsmaterial für Antriebsteile erfordert ebenso eine hinreichende Haftfähigkeit gegenüber Metallteilen, darf sich nicht in Heizzyklen ablösen, darf nicht durch eine Verbrennungsgaskomponente korrodiert werden, muss eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzen und muss die Oberflächentemperatur der Metallteile zur Verbesserung der Beständigkeit der Metallteile maximal verringern, um die Aufgabe des Beschichtungsfilms zu erzielen. Wenige Materialsorten können die vorstehenden Anforderungen erfüllen. Formkörper aus Zirkoniumoxidpulvern, die ein Stabilisierungsmittel wie etwa Yttrium enthalten, werden für diesen Zweck eingesetzt.
Ein solches Dampfabscheidungsmaterial, das aus Zirkoniumoxid mit einem Stabilisierungsmittel aufgebaut ist, welches einen hohen Schmelzpunkt besitzt, wird mittels einer EB-Dampfabscheidung, in der ein Hochenergie-Elektronenstrahl zum Zwecke der Ausbildung des Dampfabscheidungsfilms mit einer hohen Geschwindigkeit verwendet wird, zu einem Film ausgebildet. In dem EB-Dampfabscheidungsverfahren wird ein in einem Tiegel platziertes Dampfabscheidungsmaterial mit einem Hochenergie-Elektronenstrahl heftig bestrahlt, wodurch ein gewöhnlicher Formkörper aus dem Dampfabscheidungsmaterial durch den Wärmeschock bricht. Das Auseinanderbrechen bzw. Zusammenbrechen (breakdown) des Dampfabscheidungsmaterialkörpers verhindert eine stabile Zufuhr des Dampfs aus dem Abscheidungsmaterial, um die Qualität des mittels Dampfabscheidung abgeschiedenen Films zu verschlechtern. Deshalb sollte in der Praxis der Dampfabscheidung der Dampfabscheidungsmaterialkörper nicht durch den Elektronenstrahl brechen.
Verschiedene Dampfabscheidungsmaterialkörper sind offenbart, welche nicht durch den Schock des Elektronenstrahls brechen. Zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit und der Wärmeschockbeständigkeit gegenüber den Elektronenstrahlen wird ein Verfahren offenbart, in welchem der Dampfabscheidungsmaterialkörper porös gemacht worden ist.
Zum Beispiel offenbart die DE 43 02 167 C1 einen Dampfabscheidungsmaterialkörper, der aus Zirkoniumoxid aufgebaut ist, welches als ein Stabilisierungsmittel Yttrium mit einem Gehalt im Bereich von 0,5 bis 25 Gew.-% enthält, wobei dieser porös gemacht worden ist, um eine Dichte im Bereich von 3,0 bis 4,5 g/cm³ zu besitzen, und welcher eine monokline Phase mit einem Phasenverhältnis im Bereich von 5 bis 80% enthält, wodurch das durch die EB-Bestrahlung verursachte Auseinanderbrechen verhindert wird. Dieses Dampfabscheidungsmaterial hat jedoch keine hinreichende Wärmebeständigkeit und Wärmeschockbeständigkeit, und der Materialkörper wird durch heftiges Erwärmen mittels der Hochenergie-EB-Bestrahlung gebosten, wobei der stationäre Betrieb unmöglich wird.
Die JP-A-7-82019 offenbart ein Dampfabscheidungsmaterial für einen wärmebeständigen Beschichtungsfilm, das aus einem Zirkoniumoxid-haltigen, porösen, gesinterten Körper ausgebildet ist. Der gesinterte Körper wird durch Granulieren einer Mischung aus teilchenförmigem Zirkoniumoxid mit einer Reinheit von 99,8% oder höher und einem Partikeldurchmesser im Bereich von 0,01 bis 10 μm, und teilchenförmiges Yttriumoxid mit einem Teilchendurchmesser von 1 μm oder weniger, um Körner bzw. Granalien mit einem Durchmesser im Bereich von 45 bis 300 μm, die 70% oder mehr der gesamten Körner aufbauen, aufzuweisen, und durch Wärmebehandeln der Körner hergestellt, um einen Zirkoniumoxid-haltigen gesin terten Körper mit Körnern mit einem Durchmesser von 45 bis 300 μm in einem Gehalt von 50% oder mehr zu erhalten. Der gesinterte Körper hat eine Porosität im Bereich von 25 bis 50%, und 70% oder mehr der Poren liegen in einem Porendurchmesserbereich von 0,1 bis 50 μm. Ein wärmeschockbeständiger und wärmebeständiger Beschichtungsfilm kann aus diesem Dampfabscheidungsmaterial hergestellt werden. Jedoch schrumpft dieses Dampfabscheidungsmaterial, in welchem die Feststoffauflösung des Stabilisierungsmittel fortschreiten kann, bei EB-Bestrahlung merklich. Deshalb wird das Material durch Schrumpfung um die mittels EB-Bestrahlung geschmolzenen Bereiche herum geborsten, was den Dampfabscheidungsprozess instabil macht.
Die EP-A-0 812 931 beschreibt ein Dampfabscheidungsmaterial, welches ein gesinterter Körper aus Zirkoniumoxid mit einem Stabilisierungsmittel ist. Die Körner sind aus Zirkoniumoxidsinter aufgebaut, welches ein Stabilisierungsmittel enthält, und der gesinterte Körper besteht aus 25 bis 70 Gew.-% einer monoklinen Phase, nicht mehr als 3 Gew.-% einer tetragonalen Phase, wobei der Rest eine kubische Phase ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues Dampfabscheidungs-Beschichtungsmaterial zur Verfügung, welches eine verbesserte Wärmeschockbeständigkeit bei EB-Bestrahlung besitzt, einen stabilen Schmelzpool ausbildet, welcher kein abruptes Sieden der mittels EB-Bestrahlung erzeugten geschmolzenen Substanz verursacht, welches einen stabilen Schmelzpool erzeugt und welches mit einer stabilen Verdampfungsrate verdampft.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenso ein Dampfabscheidungsverfahren zur Verfügung, in welchem das Dampfabscheidungsmaterial verwendet wird, und stellt ebenso einen Gegenstand zur Verfügung, der aus einem Basiselement besteht, das direkt oder über einen dazwischenliegenden dritten Film mit einen dünnen Zirkoniumoxidfilm beschichtet ist.
Die vorliegende Erfindung wurde nach intensiven Studien zur Lösung der Probleme des Stands der Technik durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung gemacht.
Das erfindungsgemäße Dampfabscheidungsmaterial ist ein aus einem pulverförmigen Zirkoniumoxid und einem Stabilisierungsmittel aufgebauter Formkörper, wobei der Formkörper eine Feinstruktur besitzt, die aus einer Mischung von Körnern bzw. Granulen aus Zirkoniumoxidteilchen und nichtkörnigen Teilchen aufgebaut ist; wobei 20 bis 90% des Formkörpers aus Körnern mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 20 bis 300 μm aufgebaut ist; die Körner der Zirkoniumoxidteilchen im wesentlichen kein Stabilisierungsmittel enthalten und aus Kristallen aus einer monoklinen Phase und einer kubischen Phase mit einem Verhältnis an monokliner Phase von 70% oder höher aufgebaut sind; und wobei die die Körner aufbauenden Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 bis 15 μm besitzen.
Bevorzugt liegt der Gehalt der monoklinen Phase in den Kristallphasen in dem Formkörper im Bereich von 25 bis 70%, wobei der Gehalt der tetragonalen Phase nicht höher als 10% ist, und der Rest darin eine kubische Phase ist. Die Raumdichte des Formkörpers liegt im Bereich von 3,0 bis 5,0 g/cm³, die Porosität liegt im Bereich von 15 bis 50%, der Modalwert der Poren liegt im Bereich von 0,5 bis 3 μm und 90% oder mehr des gesamten Porenvolumens besteht aus Poren mit einer Größe im Bereich von 0,1 bis 5 μm.
Die vorliegende Erfindung deckt das Verfahren der Dampfabscheidung gemäß Anspruch 3 unter Verwendung des vorstehenden Dampfabscheidungsmaterials sowie die speziellen Ausführungsformen des Verfahrens, die in den Ansprüchen 4 und 5 definiert sind, ab.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Verteilung der Körner und der nichtkörnigen Teilchen in dem Formkörper.
2 zeigt die Verteilung der Körner und der nichtkörnigen Teilchen in dem gesinterten Formkörper.
3 zeigt ein Verfahren zur Ableitung des Modalwerts (B) der Poren aus einer Porengrößenverteilung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Das Dampfabscheidungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Formkörper, der hauptsächlich aus pulverigem Zirkoniumoxid und einem Stabilisierungsmittel aufgebaut ist. Der Formkörper kann durch Pressformung, Sinterung oder einem ähnlichen Formverfahren in irgendeiner Ausgestaltung wie etwa einem zylindrischen Gussblock (Ingot) und in jeglicher Körnung von mehreren Millimetern im Durchmesser ausgebildet sein.
Das Stabilisierungsmittel in der vorliegenden Erfindung schließt Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Scandiumoxid und Oxide der Seltenerdmetalle der sechsten Periode der Gruppe IIIA des Periodensystems mit ein. Das Stabilisierungsmittel kann alleine oder in Kombination von zweien oder mehreren eingesetzt werden. Das Stabilisierungsmittel wird in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 40 Gew.-% in Abhängigkeit von dessen Verwendung zugegeben.
Das Dampfabscheidungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Formkörper, welcher aus einem pulverigen Zirkoniumoxid und einem Stabilisierungsmittel aufgebaut ist, wobei der Formkörper eine Feinstruktur aufweist, die aus einer Mischung aus Körpern aus Zirkoniumoxidteilchen und nicht-körnigen Teilchen besteht; wobei Körner mit einem Teilchendurchmesser von 20 bis 300 μm 20 bis 90% des Formkörpers aufbauen; die Körner der Zirkoniumoxidteilchen im wesentlichen kein Stabilisierungsmittel enthalten und aus Kristallen mit einer monoklinen Phase und einer kubischen Phase in einem Verhältnis der monoklinischen Phase von 70% oder höher aufgebaut sind; und die die Körner aufbauenden Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 bis 15 μm besitzen.
Die Körner des Dampfabscheidungsmaterials mit einem Durchmesser im Bereich von 20 bis 300 μm bauen 20% oder mehr des gesamten Formkörpers des Dampfabscheidungsmaterials auf. Das Dampfabscheidungsmaterial mit einem Gehalt an Körnern in dem vorstehenden Durchmesserbereich von weniger als 20% schrumpfen merklich bei einer hohen Temperatur, was zu einer Senkung der Wärmebeständigkeit und der Wärmeschockbeständigkeit führt. Das Dampfabscheidungsmaterial mit einem Gehalt an Körnern in dem vorstehenden Durchmesserbereich von mehr als 90% besitzt eine für die Handhabung ungenügende mechanische Festigkeit.
Der Durchmesser der Körper wird in einen Bereich von 20 bis 300 μm eingestellt. Ein größerer Gehalt an Körnern, die kleiner als 20 μm sind, vermindert den Effekt der Verzögerung der Sinterung bei der Granulierung und vermindert die Verbesserung der Berstbeständigkeit bei EB-Bestrahlung, die auf eine Ausbildung einer Kompositstruktur zurückgeht, wobei ein größerer Gehalt an Körnern mit einer Größe von mehr als 300 μm die mechanische Festigkeit verringert, und somit für die Handhabung ungeeignet ist.
Die Kristallphase des Korns umfasst eine monokline Phase und eine kubische Phase. Das Korn enthält keine tetragonale Phase, da das Korn im wesentlichen kein Stabilisierungsmittel enthält. Der Gehalt der monoklinen Phase in dem Korn wird auf nicht weniger als 70% eingestellt. Bei einem Gehalt von weniger als 70% schreitet die Feststoffauflösung des Stabilisierungsmittels übermäßig voran, wodurch ein Sintern während des Heizens verursacht wird. was zu einer größeren Kristallteilchengröße führt, wobei die Wärmeschockbeständigkeit unerwünschterweise vermindert wird.
Die Worte "das Korn enthält im wesentlichen kein Stabilisierungsmittel" bedeuten hierin, dass das Korn selbst im wesentlichen nur aus Zirkoniumoxid aufgebaut ist. Das Dampfabscheidungsmaterial wird durch Vermischen von körnigem Zirkoniumoxid, das kein Stabilisierungsmittel enthält, mit einem pulverigen Stabilisierungsmittel, oder durch Vermischen von körnigem Zirkoniumoxid, das kein Stabilisierungsmittel enthält, mit einem pulverigen Stabilisierungsmittel und einem pulverigen Zirkoniumoxid hergestellt. Deshalb ist das Korn im wesentlichen nur aus Zirkoniumoxid aufgebaut, obwohl das Stabilisierungsmittel etwas in dem Feststoff in der Berührungsoberfläche des körnigen Zirkoniumoxids, das kein Stabilisierungsmittel enthält, gelöst vorliegt.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der das Korn aufbauenden Teilchen wird auf nicht weniger als 0,5 μm, aber nicht mehr als 15 μm eingestellt. Durch die kornbildenden Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 0,5 μm schrumpft der Formkörper bei einer hohen Temperatur signifikant und ist weniger wärmebeständig und weniger wärmeschockbeständig. Durch die kornbildenden Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 15 μm können die Körner schwer in ihrer Gestalt gehalten werden, und die größeren Teilchen vermindern die EB-Schmelzbarkeit des Formkörpers des Dampfabscheidungsmaterials.
Die bevorzugten Eigenschaften des Formkörpers des Dampfabscheidungsmaterials werden nachstehend beschrieben.
Der Formkörper enthält die monokline Phase in einer Menge im Bereich bevorzugt von 25 bis 70 Gew.-% des Formkörpers. Bei einem Gehalt der monoklinen Phase von weniger als 25% wird die thermische Ausdehnung übermäßig und der Kristallteilchendurchmesser wird übermäßig groß, wobei dadurch die Wärmeschockbeständigkeit vermindert wird. Bei einem Verhältnis der monoklinen Phase von mehr als 70% kann der Phasenübergang leicht zu ein Bersten und Aufspalten führt, und so signifikant die Festigkeit des Formkörpers verringern.
Die Raumdichte des Formkörpers liegt bevorzugt im Bereich von 3,0 bis 5,0 g/cm³. Der Formkörper mit einer Raumdichte von mehr als 5,0 g/cm³ wird durch Wärmebeanspruchung bei einer lokalen Erwärmung mittels EP-Bestrahlung gebrochen, wohingegen der Formkörper mit einer Raumdichte von weniger als 3,0 g/cm³ eine geringere mechanische Festigkeit besitzt, die für die Handhabung ungeeignet ist.
Die Porosität des Formkörpers liegt bevorzugt im Bereich von 15 bis 50%. Der Modalwert der Poren liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 3 μm. Der Formkörper mit einer Porosität von weniger als 15% wird bei EB-Bestrahlung aufgrund der Wärmebeanspruchung gebrochen, die durch lokale Wärmeausdehnung verursacht wird, wohingegen der Formkörper mit einer Porosität von mehr als 50% eine geringe mechanische Festigkeit besitzt, die für die Handhabung unerwünschterweise unzureichend ist.
Die Poren in dem Formkörper haben einen Modaldurchmesser im Bereich von bevorzugt 0,5 bis 3 μm und das Volumen der Poren mit einem Porendurchmesser von 0,1 bis 5 μm baut bevorzugt 90% oder mehr des gesamten Porenvolumens auf. Der Formkörper mit einer größeren Menge an Poren von 0,1 mm Durchmesser oder kleiner verliert die kleineren Poren mit Fortschreiten des Sinterns mittels Erwärmung bei der EB-Dampfabscheidung, um dadurch die Funktion der Porosität zu verlieren, wohingegen der Formkörper mit einer größeren Menge an Poren von 5 μm Durchmesser oder größer eine geringere mechanische Festigkeit besitzt und unerwünschterweise einen wenig stabilen Schmelzpool ergibt. Der Formkörper mit der Modalporengröße von weniger als 0,5 μm besitzt eine unzureichende Wärmeschockbeständigkeit, da insgesamt mehr kleinere Poren in dem Formkörper enthalten sind, selbst obwohl das Volumen der Poren mit einem Durchmesser von 0,1 bis 5 μm 90% oder mehr des gesamten Porenvolumens aufbauen, und die kleineren Poren bei EB-Dampfabscheidung leicht verschwinden. Der Formkörper mit der Modalporengröße von mehr als 3 μm hat eine geringere mechanische Festigkeit und ergibt einen wenig stabilen Schmelzpool aufgrund eines unerwünschterweise größeren Gehalts an Poren mit einem größeren Durchmesser.
Das Verfahren zur Erzeugung des Dampfabscheidungsmaterials wird nachstehend ohne Beschränkung der Erfindung erläutert.
Pulveriges Zirkoniumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser im Bereich von 0,05 bis 15 μm, welches kein Stabilisierungsmittel enthält, wird zur Herstellung von Körnern mit einer Teilchengröße innerhalb eines vorbeschriebenen Bereichs gekörnt bzw. granuliert. Das pulverige Zirkoniumoxid wird, wenn es einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von mehr als dem vorbeschriebenen Teilchengrößenbereich als das Quellmaterial besitzt, vor der Verwendung mittels einer Kugelmühle oder einem ähnlichen Apparat in Teilchen mit einer Größe innerhalb des vorbeschriebenen Durchmesserbereichs zerkleinert. Das Verfahren zur Körnung ist nicht im Einzelnen beschränkt. Zum Beispiel wird eine Aufschlämmung eines pulverigen Zirkoniumoxids mittels eines gewöhnlichen Trocknungsgeräts wie etwa eines Sprühtrockners, zur Erzeugung von Körnern getrocknet. Die Granulation kann durch Zugabe eines organischen Bindemittels erleichtert werden.
Die erhaltene körnige Substanz wird wärmebehandelt. Die Wärmebehandlungstemperatur ist nicht beschränkt, vorausgesetzt, dass die körnige Substanz bei einer höheren Temperatur als die Temperatur zur Entfernung des Bindemittels und einer adsorbierten Substanz gesintert wird. Die Sinterungstemperatur liegt bevorzugt nicht niedriger als 1.000°C und weiter bevorzugt nicht niedriger als 1.400°C. Diese Sinterungsbehandlung ist zur Senkung der Schrumpfung effektiv, welche durch Sintern beim Erwärmen mittels eines Elektronenstrahls verursacht wird. Im Falle, dass das pulverige Zirkoniumoxid als das Rohmaterial einen kleineren durchschnittlichen Durchmesser als den im Anspruch 1 definierten Durchmesser besitzt (durchschnittlicher Teilchen durchmesser im Bereich von 0,5 bis 15 μm), wird die Wärmebehandlungstemperatur so angepasst, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 15 μm erhalten wird.
Zu der wärmebehandelten körnigen Substanz wird ein Stabilisierungsmittel in einer vorbeschriebenen Menge zur Herstellung einer pulverigen Mischung des beabsichtigten Formkörpers hinzugegeben. Andererseits wird zu der wärmebehandelten körnigen Substanz pulveriges Zirkoniumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser im Bereich von 0,05 bis 10 μm bzw. ein Stabilisierungsmittel in einer vorbeschriebenen Menge zur Herstellung einer pulverigen Mischung für den beabsichtigten Formkörper hinzugegeben. Die Mischung wird vermischt bzw. ein Blend wird hergestellt, um eine pulverige Substanz zur Herstellung des Formkörpers zu erhalten. Das Blendverfahren ist im einzelnen nicht beschränkt. Zum Beispiel wird die pulverige Mischung dispergiert und in einem Lösungsmittel vermischt, und die resultierende Aufschlämmung wird mittels eines gewöhnlichen Trocknungsgeräts wie etwa einem Sprühtrockner, einem Vakuumtrockner und einer Filterpresse getrocknet. In dieser Mischungsbehandlung können die nur aus pulverigem Zirkoniumoxid bestehenden Körner teilweise in einen pulverigen Zustand zerfallen. Dies verursacht kein Problem, vorausgesetzt, dass das Pulver nach der Vermischungsbehandlung Körner mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 20 bis 300 μm in einem Anteil von 20 bis 90% enthält. Jedoch wird das Mischen bevorzugt so durchgeführt, dass kein Zerfall der Körner verursacht wird. Der endgültige Anteil der Körner in dem Formkörper ist durch Änderung der Zusammensetzung der körnigen Substanz und der anderen pulverigen Substanz eingestellt.
Die gemischte pulverige Substanz wird gewöhnlicherweise in einer Gummiform oder einer ähnlichen Form durch eine hydrostatische Kaltpessvorrichtung geformt, um einen zylindrischen Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Der Formungsdruck ist in der vorliegenden Erfindung nicht im Einzelnen beschränkt.
Falls das pulverige Rohmaterial in einem gekörnten Zustand eingesetzt wird, wird das Pulver zu einer geeigneten Größe gekörnt. Das Körnungsverfahren ist nicht im Einzelnen beschränkt. Zum Beispiel kann das Pulver durch unmittelbares Walzen (direct rolling) gekörnt werden. Das Ausbilden von Körnern kann durch Zugabe eines anorganischen Bindemittels oder eines ähnlichen Additivs erleichtert werden.
Der erhaltene Formkörper wird gewöhnlicherweise wärmebehandelt. Die Wärmebehandlungstemperatur ist nicht beschränkt, vorausgesetzt, dass die Temperatur höher als die Temperatur zur Entfernung des Bindemittels und der adsorbierten Substanz liegt. Die Sinterungstemperatur liegt bevorzugt nicht niedriger als 1.000°C und weiter bevorzugt nicht niedriger als 1.400°C. Diese Sinterungsbehandlung senkt effektiv die durch Sintern mittels Erwärmung mit einem Elektronenstrahl verursachte Schrumpfung. Jedoch schrumpft der Formkörper selbst vor der vorstehend erwähnten Wärmebehandlung etwas, wobei das Schrumpfungsverhältnis nicht höher als 5% bei einer Wärmebehandlung bei 1.450°C ist.
Der wie vorstehend beschrieben hergestellte Formkörper besitzt eine Mikrostruktur, in welcher die Körner mit einem größeren Durchmesser die ursprüngliche Gestalt beibehalten, und die Körner und die nicht-körnigen Teilchen vermischt vorliegen, wie in 1 gezeigt ist. Beim Vermischen der Körner und der nicht-körnigen pulverigen Substanz können in Abhängigkeit der Mischbedingungen die Körner teilweise zerfallen. Dies verursacht kein Problem, vorausgesetzt, dass in dem Pulver nach der Mischbehandlung Körner mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 20 bis 300 μm in einem Anteil im Bereich von 20 bis 90% enthalten sind.
Die das teilchenförmige Zirkoniumoxid aufbauenden Körner können mit dem Stabilisierungsmittel in der Peripherie der Körner während der Wärmebehandlung reagieren. Jedoch kann die Reaktion nur in den Oberflächenbereichen der Körner auftreten. Deshalb wird dadurch kein Problem verursacht, vorausgesetzt, dass das Kristallsystem der Körner aus einer monoklinen Phase und einer kubischen Phase im Verhältnis der monoklinen Phase von nicht weniger als 70% aufgebaut ist, und die Körner im wesentlichen kein Stabilisierungsmittel enthalten.
Bei der Wärmebehandlung des Formkörpers bei 1.400°C kann zum Beispiel das Stabilisierungsmittel in der Peripherie der Körner im Bereich der Körner im Feststoff gelöst vorliegen, um eine tetragonale Phase oder eine kubische Phase auszubilden. In einem solchen Fall sollte das Verhältnis der monoklinen Phase in den Körnern ebenso bei nicht weniger als 70% liegen. Die Körner mit einem Verhältnis der monoklinen Phase von weniger als 70% schrumpfen beim Erwärmen signifikant. Somit ist die Beanspruchung durch Schrumpfung beim Erwärmen mittels EB-Bestrahlung in der Peripherie des geschmolzenen Bereichs größer, wodurch nachteilhafterweise leicht ein Bersten des Formkörpers verursacht wird.
Das Korn enthält eine kleine Menge des Stabilisierungsmittels und besitzt eine monokline Phase in einem hohen Phasenverhältnis. Deshalb hat das Korn darin viele Mikrosprünge, welche die Entwicklung von Sprüngen (Bersten) effektiv verzögern. Da die Körner feste aneinander gesintert vorliegen, ist das Vorhandensein der Körner zur Verhinderung der Entwicklung von Sprüngen (Bersten), die durch eine durch das Sintern durch Erhitzen mittels EB-Bestrahlung resultierenden Schrumpfung verursacht werden, effektiv. Zur Erzielung des vorstehenden Effekts sollte der Anteil der Körner mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 20 bis 300 μm im Bereich von 20 bis 90% des Formkörpers liegen. Falls der Bereich der Körner mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 20 bis 300 μm geringer als 20% ist, schrumpft der Formkörper bei der Wärmebehandlung merklich, wohingegen der Formkörper eine unzureichende mechanische Festigkeit bei der Handhabung besitzt, falls der vorstehende Bereich größer als 90% ist.
Der Durchmesser der Körner wird in einen Bereich von 20 bis 300 μm eingestellt. Ein größerer Gehalt an kleineren Körnern als 20 μm vermindert den Effekt der Verzögerung des Sinterns bei der Granulierung und vermindert die Verbesserung der Berstbeständigkeit bei EB-Bestrahlung, aufgrund der Ausbildung einer Kompositstruktur, wohingegen ein größerer Anteil der Körner von größer als 300 μm die mechanische Festigkeit verringert, um so für die Handhabung ungeeignet zu sein.
Die Kristallphase des vorstehend erhaltenen Formkörpers ist gewöhnlicherweise aus einer monoklinen Phase, einer kubischen Phase und nur einem kleinen Anteil einer tetragonalen Phase aufgebaut. Falls das Stabilisierungsmittel gleichförmig im Formkörper als Feststofflösung gelöst vorliegt und das Zusammensetzungsverhältnis von Zirkoniumoxid und dem Stabilisierungsmittel durch den Formkörper hindurch leicht variiert, steigert die Wärmebehandlung des Formkörpers bei einer hohen Temperatur die tetragonale Phase in dem Formkörper. Einige Stabilisierungsmittel fördern das Sintern. Deshalb besitzt ein Formkörper, der aus einer gleichförmigen Feststofflösung, die eine größere Menge an tetragonaler Phase enthält, aufgebaut ist, übermäßig große Kristallteilchen, die durch Erwärmung gewachsen sind, wodurch es unerwünschterweise eine geringere Wärmeschockbeständigkeit besitzt. Die Worte "nur einen kleinen Anteil einer tetragonalen Phase" bedeuten hierin, dass der Peak der tetragonalen Phase (400) mittels Röntgenstrahldiffraktion im wesentlichen nicht detektiert wird.
Die monokline Phase ist in dem Formkörper mit einem Gehalt im Bereich von bevorzugt 25 bis 70% und weiter bevorzugt von 30 bis 65% enthalten.
Die monokline Phase geht bei Erwärmung auf eine Temperatur von 1.000°C oder höher eine Phasenumwandlung in eine tetragonale Phase ein. Die Phasenumwandlung verursacht einen Volumenabfall von ungefähr 4%. Diese Schrumpfung durch den Phasenübergang schränkt die Ausdehnung des Formkörpers durch Wärmeausdehnung ein. Die monokline Phase induziert viele Mikrosprünge in dem Formkörper. Die Mikrosprünge dienen dazu, die Ausbreitung der Sprünge beim Brechen des Formkörpers zu stoppen. Deshalb verbessert die Gegenwart der monoklinen Phase effektiv die Wärmeschockbeständigkeit des Formkörpers. Bei einem Verhältnis der monoklinen Phase von weniger als 25% sind solche Effekte nicht hinreichend, wohingegen bei einem Verhältnis von mehr als 70% die Volumenänderung durch die Phasenumwandlung übermäßig groß ist, um dadurch zu einem Bersten des Formkörpers zu führen.
Die Porosität des erhaltenen Formkörpers liegt bevorzugt im Bereich von 15 bis 50%. Die Modalgröße der Poren liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 3 μm. Das Volumen der Poren mit 0,1 bis 5 μm ist bevorzugt nicht geringer als 90% des gesamten Porenvolumens.
Die vorstehende poröse Struktur schützt den Formkörper vom Auseinanderfallen, das durch Wärmeausdehnung durch lokales Erwärmen mittels Elektronenstrahlbestrahlung verursacht wird. Zu diesem Zwecke wird die Porosität in einem Bereich von bevorzugt 15 bis 50% eingestellt. Der Formkörper mit einer Porosität von weniger als 15% wird durch thermische Beanspruchung durch eine lokale Wärmeausdehnung bei EB-Bestrahlung gebrochen, wohingegen der Formkörper mit einer Porosität von mehr als 50% eine geringere mechanische Festigkeit aufweist, die unerwünschterweise nicht für die Handhabung genügend ist. Ferner können extrem kleine Poren leicht bei Erwärmen mittels EB-Bestrahlung verschwinden, sind nicht effektiv und können das Sintern erleichtern, wobei die Wärmeschockbeständigkeit des Formkörpers verringert wird, wohingegen die größeren Poren die mechanische Festigkeit des Formkörpers des Dampfabscheidungsmaterials verringern und den Schmelzpool bei der Dampfabscheidung instabil machen. Demgemäß ist das Volumen der Poren von 0,1 bis 5 μm bevorzugt nicht geringer als 90% des gesamten Porenvolumens. Bei einem Porenvolumen innerhalb dieses Bereichs, gilt für den Fall, dass Poren mit einer kleineren Größe in einer größeren Anzahl enthalten sind, z. B. wenn das Volumen der Poren mit 0,1 bis 0,4 μm 90% oder mehr des gesamten Porenvolumens aufbaut, die kleineren Poren mit Fortschreiten des Sinterns durch Erwärmung für die EB-Dampfabscheidung leicht verschwinden, wodurch die Wärmeschockbeständigkeit nachteilhafterweise verringert wird. Deshalb liegt die Modalgröße der Poren bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 3 μm. Eine moderat größere Modalgröße der Poren verbessert die Wärmeschockbeständigkeit des Formkörpers.
Wie vorstehend beschrieben, wird ein neues Dampfabscheidungsmaterial für eine wärmebeständige Beschichtung durch Auswählen der Eigenschaften der Ausgangspulvermaterialien und der Mischbedingungen, so dass die gewünschten Eigenschaften des Dampfabscheidungsmaterials erhalten werden, Formen und Sintern der Pulvermischung zur Verfügung gestellt. Das resultierende Dampfabscheidungsmaterial ermöglicht eine stabile Dampfabscheidung ohne Bersten des Formkörpers während der EB-Bestrahlung.
Die vorliegende Erfindung schließt ebenso ein Verfahren der Dampfabscheidung des vorstehenden Dampfabscheidungsmaterials zur Beschichtung mittels einer Dampfabscheidung mit einer Energiestrahlbestrahlung wie etwa einer Elektronenstrahlbestrahlung, und das durch unmittelbare Beschichtung des Grundartikels oder durch Beschichtung des Grundartikels mit einer dazwischenliegenden dritten Schicht gemäß dem vorstehenden Verfahren hergestellte Element mit ein.
Die vorliegende Erfindung wird detaillierter durch Bezugnahme auf Beispiele erläutert, ohne die Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken.
Beispiel 1
Pulveriges Zirkoniumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm wurde in eine körnige Substanz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 μm granuliert. Diese körnige Substanz wurde bei 1.500°C calciniert. Zu 1,5 l Wasser wurden 2.500 g dieser körnigen Substanz, 287 g eines pulverigen Zirkoniumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm und 213 g eines pulverigen Yttriumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm gegeben. Die resultierende Aufschlämmung wurde für 2 Stunden gerührt. Die Aufschläm mung wurde getrocknet, um eine pulverige Substanz zu erhalten. Die pulverige Substanz wurde in einer Gummiform (75 mm Durchmesser, 180 mm Höhe) eingefüllt und mittels einer isostatischen Kaltpress-Formmaschine (Modell: 4KB × 150D × 500L, hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) bei einem Druck von 0,3 t/cm² geformt. Der Formkörper wurde bei 1.600°C gesintert und dann in einen Zylinder mit 63 mm Durchmesser und 150 mm Höhe als Formkörper des Dampfabscheidungsmaterials gedrechselt.
Beispiel 2
Pulveriges Zirkoniumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm wurde in eine körnige Substanz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 70 μm granuliert. Diese körnige Substanz wurde bei 1.500°C calciniert. Zu 1,5 l Wasser wurden 2.500 g dieser körnigen Substanz, 787 g eines pulverigen Zirkoniumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm und 213 g eines pulverigen Yttriumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm gegeben. Die resultierende Aufschlämmung wurde für 2 Stunden gerührt. Die Aufschlämmung wurde getrocknet, um eine pulverige Substanz zu erhalten. Die pulverige Substanz wurde in einer Gummiform (75 mm Durchmesser, 180 mm Höhe) eingefüllt und mittels einer isostatischen Kaltpress-Formmaschine (Modell: 4KB × 150D × 500L, hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) bei einem Druck von 0,3 t/cm² geformt. Der Formkörper wurde bei 1.600°C gesintert und dann in einen Zylinder mit 63 mm Durchmesser und 150 mm Höhe als Formkörper des Dampfabscheidungsmaterials gedrechselt.
Beispiel 3
Pulveriges Zirkoniumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm wurde in eine körnige Substanz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 μm granuliert. Diese körnige Substanz wurde bei 1.300°C calciniert. Zu 1,5 l Wasser wurden 2.500 g dieser körnigen Substanz, 287 g eines pulverigen Zirkoniumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm und 213 g eines pulverigen Yttriumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm gegeben. Die resultierende Aufschlämmung wurde für 2 Stunden gerührt. Die Aufschlämmung wurde getrocknet, um eine pulverige Substanz zu erhalten. Die pulverige Substanz wurde in einer Gummiform (75 mm Durchmesser, 180 mm Höhe) eingefüllt und mittels einer isostatischen Kaltpress-Formmaschine (Modell: 4KB × 150D × 500L, hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) bei einem Druck von 0,3 t/cm² geformt. Der Formkörper wurde bei 1.550°C gesintert und dann in einen Zylinder mit 63 mm Durchmesser und 150 mm Höhe als Formkörper des Dampfabscheidungsmaterials gedrechselt.
Vergleichsbeispiel 1
Zu 1,5 l Wasser wurden 2.787 g eines pulverigen Zirkoniumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3 μm und 213 g eines pulverigen Yttriumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm gegeben. Die resultierende Aufschlämmung wurde mit einer Kugelmühle für 16 Stunden vermahlen und vermischt. Die Mischung wurde getrocknet, um eine pulverige Substanz zu erhalten. Die pulverige Substanz wurde in einer Gummiform (75 mm Durchmesser, 180 mm Höhe) eingefüllt und mittels einer isostatischen Kaltpress-Formmaschine (Modell: 4KB × 150D × 500L, hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) bei einem Druck von 1 t/cm² geformt. Der Formkörper wurde gedrechselt und dann bei 1.400°C gesintert, um einen zylindrischen Formkörper mit 63 mm Durchmesser und 150 mm Höhe als Dampfabscheidungsmaterial zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Pulveriges Zirkoniumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm wurde in eine körnige Substanz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 μm granuliert. Diese körnige Substanz wurde bei 1.500°C calciniert. Zu 1,5 l Wasser wurden 387 g dieser körnigen Substanz, 2400 g eines pulverigen Zirkoniumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm und 213 g eines pulverigen Yttriumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm gegeben. Die resultierende Aufschlämmung wurde für 2 Stunden gerührt. Die Aufschlämmung wurde getrocknet, um eine pulverige Substanz zu erhalten. Die pulverige Substanz wurde in einer Gummiform (75 mm Durchmesser, 180 mm Höhe) eingefüllt und mittels einer isostatischen Kaltpress-Formmaschine (Modell: 4KB × 150D × 500L, hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) bei einem Druck von 1 t/cm² geformt. Der Formkörper wurde gedrechselt und dann bei 1.400°C gesintert, um einen zylindrischen Formkörper mit 63 mm Durchmesser und 150 mm Höhe als Dampfabscheidungsmaterial zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
Zu 1,5 l Wasser wurden 2.323 g eines pulverigen Zirkoniumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm und 177 g eines pulverigen Yttriumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm gegeben. Die resultierende Aufschlämmung wurde mit einer Kugelmühle für 16 Stunden vermahlen und vermischt. Die Mischung wurde getrocknet, um eine pulverige Substanz zu erhalten. Die getrocknete pulverige Substanz wurde in eine körnige Substanz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 mm granuliert. Diese körnige Substanz wurde bei 1.500°C calciniert. Zu 1,5 l Wasser wurden 2.500 g dieser körnigen Substanz, 464 g eines pulverigen Zirkoniumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm und 353 g eines pulverigen Yttriumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm gegeben. Die resultierende Aufschlämmung wurde für 2 Stunden gerührt. Die Aufschlämmung wurde getrocknet, um eine pulverige Substanz zu erhalten. Die pulverige Substanz wurde in einer Gummiform (75 mm Durchmesser, 180 mm Höhe) eingefüllt und mittels einer isostatischen Kaltpress-Formmaschine (Modell: 4KB × 150D × 500L, hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) bei einem Druck von 0,3 t/cm² geformt. Der Formkörper wurde bei 1.600°C gesintert und dann in einen Zylinder mit 63 mm Durchmesser und 150 mm Höhe als Formkörper des Dampfabscheidungsmaterials gedrechselt.
Vergleichsbeispiel 4
Pulveriges Zirkoniumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm wurde in eine körnige Substanz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 μm granuliert. Diese körnige Substanz wurde bei 1.200°C calciniert. Zu 1,5 l Wasser wurden 2.500 g dieser körnigen Substanz, 287 g eines pulverigen Zirkoniumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm und 213 g eines pulverigen Yttriumoxids mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 μm gegeben. Die resultierende Aufschlämmung wurde für 2 Stunden gerührt. Die Aufschlämmung wurde getrocknet, um eine pulverige Substanz zu erhal ten. Die pulverige Substanz wurde in einer Gummiform (75 mm Durchmesser, 180 mm Höhe) eingefüllt und mittels einer isostatischen Kaltpress-Formmaschine (Modell: 4KB × 150D × 500L, hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) bei einem Druck von 1 t/cm² geformt. Der Formkörper wurde bei 1.250°C gesintert und dann in einen Zylinder mit 63 mm Durchmesser und 150 mm Höhe als Formkörper des Dampfabscheidungsmaterials gedrechselt.
Die in den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 erhaltenen Dampfabscheidungsmaterialien wurden auf den Anteil (%) der Körner in dem Dampfabscheidungsmaterial, das Verhältnis (%) der monoklinen Phase in den Körnern, den Teilchendurchmesser (μm) der Körner in dem Formkörper, das Verhältnis (%) der monoklinen Phase in dem Formkörper, der Porosität (%) des Formkörpers, der Modalgröße (μm) der Poren, der Verteilung (%) der Poren mit einem Durchmesser von 0,1 bis 5 μm und der Ergebnisse des EB-Bestrahlungstests getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Die Tests für die Eigenschaften der Dampfabscheidungsmaterialien wurden wie nachstehend beschrieben durchgeführt.
Raumdichte
Die Raumdichte wurde für eine zylindrische Probe aus dem mittels einer elektronischen Waage gemessenen Gewicht und den mittels eines Mikrometers gemessenen Dimensionen berechnet.
Porosität, Porendurchmesserverteilung, Porenmodalgröße und Porenvolumen
Die Messung wurde mit einem Quecksilber-Porosimeter (Pore-Sizer: Model MIC-9320, hergestellt von Shimadzu Corporation) durchgeführt. Die Messung mit dem Quecksilber-Porosimeter wird durch Eindrücken von Quecksilber in eine poröse Probe durchgeführt, um das kumulative Volumen des eingedrungenen Quecksilbers über den Druck zu erhalten. Der Druck für die Eindringung des Quecksilbers in eine Pore mit einem bestimmten Durchmesser wird durch die Washburn's-Gleichung dargestellt. Das Volumen an Quecksilber, das in eine Pore mit einem bestimmten Durchmesser eingedrungen ist, und die Poren, die größer als diese sind, werden durch die Beziehung zwischen dem Druck und dem kumulierten Volumen des eingedrungenen Quecksilbers gemäß der Washburn's-Gleichung berechnet.
Die Beziehung zwischen dem Porendurchmesser und dem Porenvolumen wird gewöhnlich für die Oberflächenspannung und den Kontaktwinkel des Quecksilbers, die Abweichung des Quecksilberkopfes, die durch die Struktur des Messgeräts verursacht wird, und andere Faktoren korrigiert.
Die nachstehend gezeigten Werte werden aus der Gleichung zwischen dem Porendurchmesser und dem kumulativen Porenvolumen, das mit dem Quecksilber-Porosimeter erhalten worden ist, abgeleitet. 3 erläutert die Bedeutung der Symbole A und B für die gemessenen Werte.
Porosität (%)
[(Gemessenes Gesamtporenvolumen)/(scheinbares Volumen)] × 100%
Modalwert des Porendurchmessers (B)
Der Modalwert (B) entspricht dem maximalen Peakwert in der Porendurchmesserverteilung (A), welche sich aus der Kurve der Beziehung zwischen dem Porendurchmesser und dem kumulativen Porenvolumen durch Differenzierung ableitet.
Durchschnittlicher Teilchendurchmesser
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Pulvers wird folgendermaßen abgeleitet. Die pulverigen Teilchen werden geformt, der Formkörper wird gehobelt und die freigelegte flache Oberfläche wird mittels eines Rasterelektronenmikroskops beobachtet. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser wird mittels eines Intercept-Verfahrens (Unterbrechungsverfahrens) abgeleitet. Die durchschnittliche Teilchengröße des Dampfabscheidungsmaterials wird von einer ähnlichen Beobachtung einer gehobelten Fläche mittels eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem Intercept-Verfahren abgeleitet.
Verhältnis der monoklinen Phase (%)
Das Verhältnis der monoklinen Phase wird aus den Diffraktionspeaks, die mittels eines Röntgendiffraktionsgeräts (Model M × p³ VA, hergestellt von MacScience Co.) durch Berechnung gemäß der nachstehenden Gleichung abgeleitet.
wobei Im(111): integrierte Intensität der Peaks der monoklinen Phase (111)
Im(111): integrierte Intensität der Peaks der monoklinen Phase (111)
It,c(111): Summe der integrierten Intensitäten der Peaks der tetragonalen Phase (111) und der kubischen Phase (111)
Elektronenstrahl-Bestrahlungstest
Ein Elektronenstrahl wird auf das Dampfabscheidungsmaterial gerichtet und das Auftreten von Sprüngen (Bersten) in dem geformten Dampfabscheidungsmaterial wird beobachtet. Die Bestrahlung wird mit zwei EB-Ausgabeniveaus von 0,27 kW und 5 kW durchgeführt.
EB-Bestrahlungstest 1: Beschleunigungsspannung: 9 kV, Strom: 30 mA, reduzierter Druck: 1 bis 2 × 10^–5 Torr,
EB-Bestrahlungstest 2: Beschleunigungsspannung: 5 kV, Strom 1 A.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Dampfabscheidungsmaterial zur Verfügung, welches selbst bei EB-Bestrahlung keine Sprünge (Bersten) zeigt. Dieses Material ist für eine wärmebeständige Beschichtung für Teile von Flugzeugantrieben und dergleichen zweckdienlich.
Ein Dampfabscheidungsmaterial wird zur Verfügung gestellt, welches ein aus einem pulverförmigen Zirkoniumoxid und einem Stabilisierungsmittel aufgebauter Formkörper ist, wobei der Formkörper eine Feinstruktur besitzt, die aus einer Mischung von Körnern aus Zirkoniumoxidteilchen und nichtkörnigen Teilchen aufgebaut ist; wobei 20 bis 90% des Formkörpers aus Körnern mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 20 bis 300 μm aufgebaut ist; die Körner der Zirkoniumoxidteilchen im Wesentlichen kein Stabilisierungsmittel enthalten und aus Kristallen aus einer monoklinen Phase und einer kubischen Phase mit einem Verhältnis an der monoklinen Phase von 70% oder höher aufgebaut sind; und wobei die die Körner aufbauenden Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 bis 15 μm besitzen. Bevorzugt liegt in dem Dampfabscheidungsmaterial der Gehalt der monoklinen Phase in der Kristallphase in dem Formkörper im Bereich von 25 bis 70%, wobei der Gehalt der tetragonalen Phase darin nicht höher als 10% ist und der Rest eine kubische Phase ist, und wobei die Raumdichte des Formkörpers im Bereich von 3,0 bis 5,0 g/cm³ liegt, die Porosität im Bereich von 15 bis 50% liegt, der Modalwert der Poren im Bereich von 0,5 bis 3 μm liegt und 90% oder mehr des Porenvolumens aus Poren mit einer Größe im Bereich von 0,1 bis 5 μm aufgebaut ist. Ein Verfahren zur Dampfabscheidung, in welchem das vorstehende Dampfabscheidungsmaterial verwendet wird, wird ebenso zur Verfügung gestellt. Ferner wird ein Element zur Verfügung gestellt, welches aus einem Grundartikel, der direkt mit einem dünnen Zirkoniumoxidfilm, oder zusätzlich mit einer dazwischenliegenden dritten Schicht, beschichtet wird. Das Dampfabscheidungs-Beschichtungsmaterial Besitzt eine verbesserte Wärmeschockbeständigkeit bei EB-Bestrahlung, verursacht kein abruptes Sieden der geschmolzenen Substanz bei EB-Bestrahlung, kann einen stabilen Schmelzpool ausbilden und besitzt eine stabile Verdampfungsrate.

Claims

Ein Dampfabscheidungsmaterial, welches ein aus einem pulverförmigen Zirkoniumoxid und einem Stabilisierungsmittel aufgebauter Formkörper ist, wobei der Formkörper eine Feinstruktur besitzt, die aus einer Mischung von Körnern aus Zirkoniumoxidteilchen und nichtkörnigen Teilchen aufgebaut ist; wobei 20 bis 90% des Formkörpers aus Körnern mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 20 bis 300 μm aufgebaut ist; die Körner der Zirkoniumoxidteilchen im Wesentlichen kein Stabilisierungsmittel enthalten und aus Kristallen aus einer monoklinen Phase und einer kubischen Phase mit einem Verhältnis an der monoklinen Phase von 70% oder höher aufgebaut sind; und wobei die die Körner aufbauenden Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 bis 15 μm besitzen.
Dampfabscheidungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei der Gehalt der monoklinen Phase in der Kristallphase in dem Formkörper im Bereich von 25 bis 70% liegt, der Gehalt der tetragonalen Phase darin nicht höher als 10% ist und der Rest eine kubische Phase ist, und wobei die Raumdichte des Formkörpers im Bereich von 3,0 bis 5,0 g/cm³ liegt, die Porosität im Bereich von 15 bis 50% liegt, der Modalwert der Poren im Bereich von 0,5 bis 3 μm liegt und 90% oder mehr des Porenvolumens aus Poren mit einer Größe im Bereich von 0,1 bis 5 μm aufgebaut ist.
Ein Verfahren zur Dampfabscheidung, in welchem das Dampfabscheidungsmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2 verwendet wird.
Das Verfahren zur Dampfabscheidung gemäß Anspruch 3, wobei die Dampfabscheidung unter Verwendung einer Elektronenstrahlbestrahlung durchgeführt wird.
Das Verfahren zur Dampfabscheidung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei ein Grundartikel direkt mit einem dünnen Zirkoniumoxidfilm oder mit einer dazwischenliegenden dritten Schicht beschichtet wird, und somit ein beschichtetes Element erzeugt wird.