特許 6735164 積層構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6735164

(24)【登録日】2020年7月15日

(45)【発行日】2020年8月5日

(54)【発明の名称】積層構造

(51)【国際特許分類】

   C04B 41/87 20060101AFI20200728BHJP

   B32B 9/00 20060101ALI20200728BHJP

   B32B 18/00 20060101ALI20200728BHJP

   C04B 41/89 20060101ALI20200728BHJP

【ＦＩ】

   C04B41/87 M

   B32B9/00 A

   B32B18/00 A

   C04B41/87 F

   C04B41/89 A

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-126798(P2016-126798)

(22)【出願日】2016年6月27日

(65)【公開番号】特開2018-2494(P2018-2494A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2019年5月10日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、独立行政法人科学技術振興機構、ＳＩＰ（戦略的イノベーション創造プログラム）「コーティングの環境遮蔽設計及びプロセス技術の開発」「コーティング材の実機システム適用可能性評価」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000173522

【氏名又は名称】一般財団法人ファインセラミックスセンター

(74)【代理人】

【識別番号】100094190

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 清路

(74)【代理人】

【識別番号】100151644

【弁理士】

【氏名又は名称】平岩 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100151127

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 勝雅

(72)【発明者】

【氏名】松平 恒昭

(72)【発明者】

【氏名】北岡 諭

(72)【発明者】

【氏名】和田 匡史

(72)【発明者】

【氏名】川島 直樹

(72)【発明者】

【氏名】横江 大作

(72)【発明者】

【氏名】加藤 丈晴

【審査官】 西垣 歩美

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０１２０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１６０１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２６５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４８８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９７００７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ４１／８５−４１／９０

Ｂ３２Ｂ ９／００

Ｂ３２Ｂ １８／００

Ｃ０１Ｆ １／００−１７／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無機化合物を含む基部の１面側に形成される積層構造であって、ムライトを含む第１層と、ＲＥを希土類元素とした場合に、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７で表される希土類ダイシリケート化合物及びＲＥ_２ＳｉＯ_５で表される希土類モノシリケート化合物を含む第２層とが接合されてなり、
前記第２層は、前記希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、前記希土類モノシリケート化合物を含む分散相とからなることを特徴とする積層構造。

【請求項2】

前記第２層における前記希土類ダイシリケート化合物及び前記希土類モノシリケート化合物の含有割合が、前記希土類ダイシリケート化合物及び前記希土類モノシリケート化合物の合計量を１００体積％とした場合に、それぞれ、９０体積％以上１００体積％未満及び０体積％を超えて１０体積％以下である請求項１に記載の積層構造。

【請求項3】

前記希土類元素がＹｂ、Ｌｕ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙ及びＧｄから選ばれた少なくとも一種である請求項１又は２に記載の積層構造。

【請求項4】

前記希土類ダイシリケート化合物がＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７であり、前記希土類モノシリケート化合物が、Ｙｂ_２ＳｉＯ_５である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層構造。

【請求項5】

前記第２層の表面に、更に、酸素遮蔽層を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の積層構造。

【請求項6】

前記酸素遮蔽層の酸素透過係数が、前記第２層の酸素透過係数の０．１倍以下である請求項５に記載の積層構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高温の酸素を含む雰囲気下における酸素遮蔽性及び構造安定性に優れる積層構造に関し、更に詳しくは、航空機のエンジン等に配設され、高温の酸素、水蒸気等を含む雰囲気下で用いられる高温部品を与える積層構造に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、航空産業において、エンジンの燃費を改善したり、二酸化炭素の排出量を削減したりするために、高圧タービン部材等の高温部品の耐熱性を向上させる検討が進められている。このような高温部品は、一般に、セラミックスからなる基部と、その表面に配設された保護膜とを備える構造を有する。

【0003】

特許文献１には、耐熱性、耐熱衝撃性、耐摩耗性及び耐酸化性に優れる窒化珪素質焼結体又はサイアロン質焼結体を利用した耐食性セラミックス、即ち、窒化珪素及び／又はサイアロンからなる焼結体と、該焼結体の表面に形成された周期律表第３ａ族元素の珪酸化合物からなる表面層と、表面層と焼結体との間に設けられ、焼結体を構成する主結晶と表面層を構成する珪酸化合物とからなる厚さ３〜６０μｍの混合層とを具備し、該混合層における窒化珪素及び／又はサイアロン主結晶の粒子の平均長径が４０μｍ以上であることを特徴とする耐食性セラミックスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２２６５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

高温部品の多くは、積層構造を有するものであり、実用環境においては、積層材料の表面と内部とでは酸素の化学ポテンシャル（それと平衡する酸素分圧）が異なることから、高温の酸素を含む雰囲気の中で、断面方向の酸素遮蔽性及び構造安定性が求められていた。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、以下に示される。
１．無機化合物を含む基部の１面側に形成される積層構造であって、ムライトを含む第１層と、ＲＥを希土類元素とした場合に、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７で表される希土類ダイシリケート化合物及びＲＥ_２ＳｉＯ_５で表される希土類モノシリケート化合物を含む第２層とが接合されてなり、上記第２層は、上記希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、上記希土類モノシリケート化合物を含む分散相とからなることを特徴とする積層構造。
２．上記第２層における上記希土類ダイシリケート化合物及び上記希土類モノシリケート化合物の含有割合が、上記希土類ダイシリケート化合物及び上記希土類モノシリケート化合物の合計量を１００体積％とした場合に、それぞれ、９０体積％以上１００体積％未満及び０体積％を超えて１０体積％以下である上記項１に記載の積層構造。
３．上記希土類元素がＹｂ、Ｌｕ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙ及びＧｄから選ばれた少なくとも一種である上記項１又は２に記載の積層構造。
４．上記希土類ダイシリケート化合物がＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７であり、上記希土類モノシリケート化合物が、Ｙｂ_２ＳｉＯ_５である上記項１乃至３のいずれか一項に記載の積層構造。
５．上記第２層の表面に、更に、酸素遮蔽層を備える上記項１乃至４のいずれか一項に記載の積層構造。
６．上記酸素遮蔽層の酸素透過係数が、上記第２層の酸素透過係数の０．１倍以下である上記項５に記載の積層構造。

【発明の効果】

【0007】

本発明の積層構造は、高い温度、例えば、１３００℃〜１６００℃、特に好ましくは１４００℃以上１５００℃程度までの温度の酸素を含む雰囲気下における断面方向の酸素遮蔽性及び構造安定性（耐熱性）を有する。また、酸素及び水蒸気を含む雰囲気下における断面方向の水蒸気遮蔽性及び耐水蒸気揮散性を有する。従って、本発明の積層構造は、航空機のエンジン、ガスタービン等に配設される高温部品の構成要素として好適である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の積層構造を含む積層材料を示す概略断面図である。

【図2】実施例１の酸素透過係数測定前の焼結体試験片（Ａ）の断面拡大画像である。

【図3】〔実施例〕で用いた酸素透過係数測定装置を示す概略図である。

【図4】実施例１及び比較例１の酸素透過試験結果を示すグラフである。

【図5】比較例１の酸素透過係数測定前の焼結体試験片（Ａ）の断面拡大画像である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の積層構造は、図１に示されるように、無機化合物を含む基部２０の１面側に形成される積層構造１０であって、ムライトを含む第１層１１と、ＲＥを希土類元素とした場合に、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７で表される希土類ダイシリケート化合物及びＲＥ_２ＳｉＯ_５で表される希土類モノシリケート化合物を含む第２層１３とが接合されてなる。そして、第２層は、希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、希土類モノシリケート化合物を含む分散相とからなる。
本発明の積層構造１０の第１層１１と、基部２０とが接合された積層材料１は、特に、酸素、水蒸気等を含む高温ガス環境下で使用される航空機エンジンや発電用タービンにおける高圧タービン部の動翼部品、静翼部品又はシュラウド部品、更には、ロケットエンジンのスラスターや燃焼ガスチューブ等の高温部品の形成に好適である。

【0010】

上記第１層は、ムライトを含む層である。ムライトは、好ましくは、Ａｌ_４＋２ｘＳｉ_２−２ｘＯ_１０−ｘ（０．２０≦ｘ≦０．３９）で表される化合物であり、０．２０≦ｘ≦０．３９の範囲における複数の化合物を用いてもよい。本発明においては、積層構造１０を含む物品（高温部品）を、１１００℃以上の高い温度で、且つ、酸素、水蒸気等を含む雰囲気下で用いた場合に、アルミニウムイオンの、酸素分圧の低い側に位置する第１層の基部側への移動の抑制効果に優れることから、好ましくはＡｌ_４＋２ｘＳｉ_２−２ｘＯ_１０−ｘ（０．２０≦ｘ≦０．３４）で表される化合物、より好ましくはＡｌ_４＋２ｘＳｉ_２−２ｘＯ_１０−ｘ（０．２３≦ｘ≦０．３０）で表される化合物である。尚、第１層は、化学組成が限定されたムライトのみを含んでよいし、化学組成の異なるムライトどうし（２種以上）を含んでもよい。後者の場合、複数のムライトは、混合状態であってよいし、特定の化学組成を有するムライトの分布を、層の一端側から他端側に向かって傾斜させてもよい。化学組成の異なるムライトを傾斜配置する場合には、第２層の構成材料との熱膨張係数差がより小さくなり、また、上記基部の表面（図１の下面側）における耐水蒸気揮散性を高められることから、上記基部側から第１層の表面側に向かって、Ａｌ／Ｓｉ比を大きくすることが好ましい。

【0011】

上記第１層の気孔率の上限は、高い温度の酸素を含む雰囲気下における断面方向の酸素遮蔽性及び構造安定性（耐熱性）の観点から、好ましくは１０体積％、より好ましくは５体積％である。

【0012】

上記第１層は、ムライトのみからなる層であることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲において、ムライトと他の化合物とからなる層であってもよい。他の化合物としては、アルミナ等が挙げられる。上記第１層が他の化合物を含む場合、その含有割合の上限は、ムライト及び他の化合物の合計を１００体積％とした場合に、好ましくは３０体積％、より好ましくは２０体積％、更に好ましくは１０体積％である。

【0013】

上記第１層の厚さは、特に限定されないが、本発明の効果が確実に得られることから、好ましくは５〜８００μｍ、より好ましくは１０〜６００μｍである。

【0014】

次に、上記第２層は、希土類ダイシリケート化合物を含む母相と、該母相の中に分散された、希土類モノシリケート化合物を含む分散相とを備える層である。
上記希土類ダイシリケート化合物は、ＲＥ_２Ｓｉ_２Ｏ_７で表され、また、上記希土類モノシリケート化合物は、ＲＥ_２ＳｉＯ_５で表される。希土類ダイシリケート化合物のＲＥ及び希土類モノシリケート化合物のＲＥは、同一であってよいし、異なってもよいが、ＲＥは、いずれも、好ましくはＹｂ、Ｌｕ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙ又はＧｄであり、特に好ましくはＹｂである。

【0015】

上記母相に含まれる希土類ダイシリケート化合物の種類は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。本発明の積層構造において、第１層及び第２層は接合されており、これらの界面では、実質的に、第１層に含まれるムライトと、第２層の母相に含まれる希土類ダイシリケートとが接合している。ムライトの熱膨張係数及び希土類ダイシリケートの熱膨張係数の差は微少であるため、本発明の積層構造は、１３００℃〜１６００℃における断面方向の酸素遮蔽性だけでなく、構造安定性にも優れる。

【0016】

上記分散相に含まれる希土類モノシリケート化合物の種類は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。また、上記第２層は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、アルミナ、ムライト等の他の物質とからなる分散相を含んでもよい。

【0017】

上記第２層において、希土類モノシリケート化合物を含む分散相の形状及び大きさは、特に限定されない。例えば、断面画像の画像処理により求められる数平均粒子径は、本発明の効果が確実に得られることから、好ましくは０．１〜５．０μｍ、より好ましくは０．１〜２．０μｍである。

【0018】

上記第２層において、上記希土類ダイシリケート化合物及び上記希土類モノシリケート化合物の含有割合は、１３００℃〜１６００℃、特に、１４００℃以上１５００℃程度までの温度における酸素遮蔽性及び構造安定性（耐熱性）の観点から、上記希土類ダイシリケート化合物及び上記希土類モノシリケート化合物の合計量を１００体積％とした場合に、それぞれ、好ましくは９０体積％以上１００体積％未満及び０体積％を超えて１０体積％以下、より好ましくは９２．０〜９９．５体積％及び０．５〜８．０体積％、更に好ましくは９６．０〜９９．０体積％及び１．０〜４．０体積％である。尚、上記各化合物の含有割合は、第２層における希土類元素ＲＥ及び珪素元素のモル比（ＲＥ／Ｓｉ）に反映され、ＲＥ／Ｓｉは、好ましくは１．０００を超えて１．０７０以下、より好ましくは１．００５〜１．０６０、更に好ましくは１．０１０〜１．０３０である。

【0019】

上記第２層の気孔率の上限は、高い温度の酸素を含む雰囲気下における断面方向の酸素遮蔽性及び構造安定性（耐熱性）の観点から、好ましくは１０体積％、より好ましくは５体積％である。

【0020】

上記第２層の厚さは、特に限定されないが、本発明の効果が確実に得られることから、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは２〜５０μｍである。

【0021】

本発明の積層構造は、無機化合物を含む基部の１面側に形成されるものである。この基部は、単層型及び複層型のいずれでもよい。
上記基部を構成する無機化合物は、好ましくは、窒化物、炭化物、ホウ化物等であり、これらは、単独で用いてよいし、２種以上の組み合わせで用いてもよい。
窒化物としては、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル等を用いることができる。
炭化物としては、炭化硅素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化タンタル等を用いることができる。
ホウ化物としては、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化タンタル等を用いることができる。
これらのうち、上記基部を構成する材料は、炭化珪素、窒化珪素又はサイアロンを含むことが好ましい。

【0022】

上記基部が複数の材料からなる場合、炭素繊維又はセラミックス繊維が、上記の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物等を含む母相の中に分散された繊維強化セラミックスを用いることができる。セラミックス繊維としては、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、炭窒化チタン繊維、炭化ホウ素繊維等が挙げられる。母相に含まれる炭素繊維又はセラミックス繊維の含有割合は、特に限定されないが、機械的強度、破壊靱性等の観点から、繊維強化セラミックスの全体に対して、好ましくは１０〜５０体積％、より好ましくは２０〜４５体積％である。
上記繊維強化セラミックスとしては、炭化珪素を含む母相の中に炭化珪素繊維が分散されてなる炭化珪素繊維強化セラミックスが好ましい。

【0023】

上記基部が複層型である場合、炭素繊維又はセラミックス繊維が、上記の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物等を含む母相の中に分散された繊維強化セラミックスからなる層と、サイアロンを含む層とからなるものとし、サイアロン層が第１層側に配されていることが好ましい。このときのサイアロンは、特に限定されず、α’−サイアロン、β’−サイアロン、（α’＋β’）複合サイアロン等とすることができる。これらのうち、β’−サイアロンが好ましい。このβ’−サイアロンは、β−Ｓｉ_３Ｎ_４のＳｉ原子の位置にＡｌ原子が、Ｎ原子の位置にＯ原子が置換型に固溶した固溶体であり、一般式Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ（０＜ｚ≦４．２）で表される化合物である。本発明においては、この一般式において０＜ｚ≦３．５の化合物が好ましい。

【0024】

上記基部の形状は、特に限定されず、板状、筒状、棒状、各種複雑三次元形状等の定形又はこれらを変形させた不定形とすることができる。また、第１層と面する部分における基部の形状は、平面、曲面及び凹凸面のいずれでもよい。

【0025】

本発明の積層構造は、酸素遮蔽性に優れ、例えば、１４００℃の場合、１面側から他面側への酸素透過係数（単位粒界長さ１ｍあたりの酸素透過係数）は、好ましくは２×１０^−１７ｍｏｌ／（ｍ・ｓ）以下、より好ましくは１×１０^−１７ｍｏｌ／（ｍ・ｓ）以下である。

【0026】

本発明の積層構造は、第２層の表面に、更に、酸素遮蔽層を備えることができる。この酸素遮蔽層の酸素透過係数は、第２層の酸素透過係数に対して、好ましくは０．１倍以下、より好ましくは０．０５倍以下である。
上記酸素遮蔽層は、単層型及び複層型のいずれでもよいが、アルミナ、ムライト等を含むことが好ましい。

【0027】

本発明の積層構造が、酸素遮蔽層を備える場合、この酸素遮蔽層の厚さは、好ましくは５〜５００μｍ、より好ましくは１０〜３００μｍである。

【0028】

本発明の積層構造は、基部材料の表面に、第１層及び第２層を、順次、形成することにより製造することができる。
上記第１層は、ムライト粉末の加熱処理又はエアロゾルデポジション、電子ビーム蒸着、レーザー化学蒸着、アルミナ粉末及び酸化珪素粉末の混合粉末の加熱処理等により形成することができる。
上記第２層は、希土類酸化物粉末及び酸化珪素粉末の混合粉末の加熱処理、電子ビーム蒸着、熱蒸着、イオンビーム蒸着、スパッタリング、反応性スパッタリング、熱化学蒸着、プラズマ化学蒸着、電子サイクロトロン共鳴源プラズマ化学蒸着、プラズマ溶射等により形成することができる。例えば、希土類酸化物粉末及び酸化珪素粉末の混合粉末を加熱処理する場合、これら原料粉末の元素比を調整することにより、希土類ダイシリケート化合物を含む母相の中に希土類モノシリケート化合物を含む分散相を有する膜を形成することができる。具体的には、希土類酸化物を構成する希土類元素ＲＥと、酸化珪素を構成する珪素元素とのモル比（ＲＥ／Ｓｉ）を、好ましくは０．９９以上、より好ましくは１．００以上とする。但し、上限は、通常、１．０７である。
また、電子ビーム蒸着の場合、希土類酸化物及び酸化珪素を蒸着原料として使用し、それぞれを、独立した電子ビームにより蒸発させることで、希土類ダイシリケート化合物及び希土類モノシリケート化合物を含む膜を形成することができる。

【0029】

本発明の積層構造は、１３００℃〜１６００℃、特に、１４００℃以上１５００℃程度までの高い温度であって、酸素、水蒸気等を含む雰囲気下において、第１層側の第２層における粒界溝の形成が抑制され、接合状態が良好に保持される。従って、本発明の積層構造は、上記の温度において酸素遮蔽性だけでなく、構造安定性（耐酸化性、耐水蒸気性、耐剥離性、防食性等）が求められる用途に好適である。
例えば、航空機エンジン等に配設されるタービン部品等の高温部品は、水蒸気を含む高温ガス環境下（例えば、燃焼ガス中の水蒸気分圧が１０１．３ｋＰａ）において、高温（例えば、部品表面温度が７００℃〜１４００℃）と、低温（例えば、部品表面温度が５０℃以下）とを繰り返す熱サイクルに曝される。本発明の積層構造を利用して高温部品を形成した場合には、特に、第１層及び第２層の剥離又は積層構造の薄肉化がないだけでなく、全体の層構造が安定である。

【0030】

本発明の効果である実用上の酸素遮蔽性は、第２層のみの単層型基板、あるいは、基部を備えない、第１層及び第２層からなる積層構造物、を用いて確認することができる。前者の場合、単層型基板の両面側の酸素分圧に差をつけた状態で、その断面方向に酸素透過試験を行うことにより確認することができる。また、後者の場合、ムライト薄肉板の上に、噴霧熱分解等により希土類ダイシリケート化合物及び希土類モノシリケート化合物を含む膜を形成し、得られた積層構造物の断面方向に第２層側からの酸素透過試験を行うことにより確認することができる。

【実施例】

【0031】

以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制約されるものではない。

【0032】

実施例１
日本イットリウム社製硝酸イッテルビウム及び日産化学社製シリカゾルを、Ｙｂ及びＳｉのモル比がＹｂ／Ｓｉ＝１．００となるように用い、イオン交換水を媒体とした混合液を得た。次いで、この混合液を噴霧熱分解法に供し、Ｙｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７基粉末（ｐ１）を得た。その後、このＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７基粉末（ｐ１）を大気雰囲気中、１４００℃で２時間仮焼した。そして、仮焼物を粉砕し、圧力２０ＭＰａでプレス成形、及び、圧力２５０ＭＰａでＣＩＰ成形を、順次、行った。次いで、得られた円板状成形体を、大気雰囲気中、１５００℃で５時間焼成した。その後、切削加工及び鏡面仕上げを行い、直径２３．５ｍｍ、厚さ２５０μｍの焼結体試験片（Ａ）を得た。この焼結体試験片（Ａ）の走査型電子顕微鏡による断面拡大画像を図２に示す。この図２において矢印で示した部分はＹｂ_２ＳｉＯ_５であり、画像処理によるＹｂ_２ＳｉＯ_５の割合は、４体積％であった。また、ＩＣＰ分析により、焼結体試験片（Ａ）におけるＹｂ及びＳｉのモル比はＹｂ／Ｓｉ＝１．０３であった。

【0033】

次に、この焼結体試験片（Ａ）に対し、図３に示す熱処理装置を用いて、酸素透過試験を行い、酸素遮蔽性を評価した。
具体的には、２本のアルミナ保護管の間に、Ｐｔ製シールリングを介して焼結体試験片（Ａ）を配置し、上側のアルミナ保護管に対して錘で一定荷重を加え、焼結体試験片（Ａ）とＰｔ−Ａｕ製シールリングとの間に面圧を負荷した。その後、図３の上側に「Ｘ」と表記したところ、及び、下側に「Ｙ」と表記したところから、焼結体試験片（Ａ）の両面に、ドライアイスが投入されたエタノール浴中を通過させて−７２℃に冷却した高純度Ａｒガスを、毎分１００ｍｌの流速で供給した。
次いで、焼結体試験片（Ａ）の上側チャンバー及び下側チャンバーの酸素分圧を、それぞれ、酸素センサ（ジルコニアセンサ）により計測しながら、電気炉を駆動して１４００℃まで昇温させてＰｔ−Ａｕ製シールリングによるシールを完成させた。そして、「Ｘ」から、上側チャンバーのみにＡｒ−Ｈ_２系ガスを供給し続けて、焼結体試験片（Ａ）の上側で、Ｐ_Ｏ２（ｌｏ）＝１０^−９Ｐａ、１０^−７Ｐａ及び１０^−５Ｐａ、下側で、Ｐ_Ｏ２（ｈｉ）＝１Ｐａの各酸素分圧差として、単位粒界長さ１ｍあたりの酸素透過係数を測定した。その結果を図４に示す。
また、図３の「Ｘ」から、上側チャンバーにＡｒ−Ｈ_２系ガスを供給して焼結体試験片（Ａ）の上側の酸素分圧Ｐ_Ｏ２（ｌｏ）を１０^−９Ｐａで一定とし、「Ｙ」から、下側チャンバーに酸素を供給して、Ｐ_Ｏ２（ｈｉ）＝１０^５Ｐａとした場合、酸素透過係数は２．５×１０^−１６ｍｏｌ／ｓであった。この値は、図４のＰ_Ｏ２（ｌｏ）＝１０^−９Ｐａのときの酸素透過係数１．７×１０^−１６ｍｏｌ／ｓよりも高かったが、酸素分圧が１０^５倍であっても、透過率の上昇率が４７％に留まった。

【0034】

比較例１
日本イットリウム社製硝酸イッテルビウム及び日産化学社製シリカゾルを、Ｙｂ及びＳｉのモル比がＹｂ／Ｓｉ＝０．９８となるように用いた以外は、実施例１と同様の操作を行い、Ｙｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７基粉末（ｐ２）を得た。そして、このＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７基粉末（ｐ２）を用いて、実施例１と同様の操作を行い、直径２３．５ｍｍ、厚さ２５０μｍの焼結体試験片（Ｂ）を得た。ＩＣＰ分析により、焼結体試験片（Ｂ）におけるＹｂ及びＳｉのモル比はＹｂ／Ｓｉ＝１．００であった。
図５は、焼結体試験片（Ｂ）の走査型電子顕微鏡による断面拡大画像である。この図５において矢印で示した部分はＳｉ−Ｏを含む非晶質相であり、粒界に存在すること、及び、実施例１の図２で観察されたＹｂ_２ＳｉＯ_５が確認されず、焼結体試験片（Ｂ）はＹｂ_２ＳｉＯ_５を含まず、実質的にＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７からなることが分かった。

【0035】

次に、実施例１と同様にして、焼結体試験片（Ｂ）の上側で、Ｐ_Ｏ２（ｌｏ）＝５×１０^−７Ｐａ、２×１０^−５Ｐａ及び１０^−３Ｐａ、下側で、Ｐ_Ｏ２（ｈｉ）＝１Ｐａの各酸素分圧差として、酸素透過係数を測定した。その結果を図４に示す。

【0036】

図４より、実施例１の焼結体試験片（Ａ）の酸素透過係数は、比較例１の焼結体試験片（Ｂ）の酸素透過係数より小さく、酸素遮蔽性に優れることが分かる。

【0037】

尚、図３の「Ｘ」から、上側チャンバーにＡｒ−Ｈ２系ガスを供給して焼結体試験片（Ｂ）の上側の酸素分圧Ｐ_Ｏ２（ｌｏ）を１０^−９Ｐａで一定とし、「Ｙ」から、下側チャンバーに酸素を供給して、Ｐ_Ｏ２（ｈｉ）＝１０^５Ｐａとした場合、酸素透過が確認されなかった。これは、粒界に偏析するＳｉ−Ｏを含む非晶質相に沿って焼結体試験片（Ｂ）の上側方向に透過してきた酸素が、焼結体試験片（Ｂ）の上側に存在するＨ２と反応して水蒸気を生成し、それが、焼結体試験片（Ｂ）の表面粒界に存在するＳｉ−Ｏを含む非晶質相と反応して、ガス種のＳｉ（ＯＨ）_４を生成したためと考えられる。
この反応が継続的に進行すると、焼結体試験片（Ｂ）を構成するＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の粒界部分からＳｉ−Ｏを含む非晶質相が消失し、構造を維持することができず崩壊に至る。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の積層構造を備える積層材料は、１３００℃〜１６００℃の高い温度であって、１面側と他面側との間で酸素ポテンシャル差のある、酸素、水蒸気等を含む雰囲気下に曝されても、酸素遮蔽性に優れるため、このような条件下、耐熱性（耐酸化性、耐水蒸気性、耐剥離性、防食性等）、形状安定性等が求められる用途に好適である。特に、酸素、水蒸気等を含む高温ガス環境下で使用される航空機エンジンや発電用タービンにおける高圧タービン部の動翼部品、静翼部品又はシュラウド部品、更には、ロケットエンジンのスラスターや燃焼ガスチューブ等の高温部品の形成に好適である。

【符号の説明】

【0039】

１：積層材料、１０：積層構造、１１：第１層、１３：第２層、２０：基部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】