(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化媒体中での高温に耐える耐熱材料であって、前記材料が少なくともホウ化ハフニウム及びホウ化タンタルを含み、前記材料においてハフニウム及びタンタルが化合物の形態でのみ存在し、５０容量％のＨｆＢ2、２５容量％のＨｆＣ及び２５容量％のＴａＢ2を含むことを特徴とする耐熱材料。
【請求項２】
前記材料がホウ素を含み、タンタルに対するハフニウムの原子比率が、厳密に１を超え１０未満（１＜ｎHf／ｎTa＜１０）であり、タンタルに対するホウ素の原子比率は、５．４以上である（ｎB／ｎTa≧５．４）ことを特徴とする請求項１に記載の材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の耐熱材料で構成されることを特徴とする酸化媒体中での高温に耐える耐熱性部品。
【請求項４】
特定の材料でできている基材を備える部品であって、前記部品は酸化媒体中での高温における保護を提供するための保護コーティングを備え、前記部品は前記保護コーティングが請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐熱材料によって構成されることを特徴とする。
【請求項５】
前記基材が炭化ケイ素をベースとするモノリシックセラミック材料又は炭素をベースとするモノリシック材料、又は炭化ケイ素を含むセラミックマトリックス複合材料でできていることを特徴とする請求項４に記載の部品。
【請求項６】
前記基材がＣ／Ｃ複合材料でできていることを特徴とする請求項４に記載の部品。
【請求項７】
さらに、該部品の前記基材のＣ／Ｃ複合材料の近くに位置する炭化ケイ素の層及び前記炭化ケイ素層と前記保護コーティングとの間に配置された炭化ジルコニウム又は炭化ハフニウムの層を備えることを特徴とする請求項６に記載の部品。
【請求項８】
酸化媒体中での高温に耐える耐熱材料から部品を製造する方法であって、前記方法は、少なくともホウ化ハフニウム及びホウ化タンタルを含む組成物を製造する工程、
前記組成物においてハフニウム及びタンタルは化合物の形態でのみ存在し、前記組成物は５０容量％のＨｆＢ2、２５容量％のＨｆＣ及び２５容量％のＴａＢ2を含む;及び
前記組成物を成形して、当該組成物を高密度化する工程、
を備えることを特徴とする。
【請求項９】
特定の材料でできている基材を備える部品上に、酸化媒体中での高温に耐える保護層を製造する方法であって、前記方法は、
少なくともホウ化ハフニウム及びホウ化タンタルを含む組成物を部品上に塗布する工程、前記組成物においてハフニウム及びタンタルが化合物の形態でのみ存在し、前記組成物は５０容量％のＨｆＢ2、２５容量％のＨｆＣ及び２５容量％のＴａＢ2を含む;及び
前記組成物を高密度化する工程、
を備える。
【請求項１０】
前記基材が、炭化ケイ素をベースとするモノリシックセラミック材料、又は炭素をベースとするモノリシック材料、又は炭化ケイ素を含むセラミックマトリックス複合材料でできていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基材が、Ｃ／Ｃ複合材料でできていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、前記部品の前記基材のＣ／Ｃ複合材料の近くに位置する炭化ケイ素の層を形成し、前記炭化ケイ素の層と前記保護層との間に配置された炭化ジルコニウム又は炭化ハフニウムの層を形成する工程を備えること特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化媒体中において、特に空気、水蒸気の存在下において、さらに一般的には酸素もしくは酸素化合物を含む気相又は液相の存在下において高温に耐える超耐熱材料の製造に関する。
【０００２】
本発明は、特に、高温での酸化媒体に耐える保護を構成するのに適した耐熱材料部品の製造に関する。
【０００３】
また、本発明は、マトリックスによって高密度化された繊維強化材でできており、酸化媒体中における高温から保護する熱構造複合材料に関する。より詳しくは、限定されるものではないが、本発明は、炭素マトリックスによって高密度化された炭素繊維強化材によって構成される炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材料等の、炭素及び／又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む熱構造複合材料に関し、前記繊維及び／又は前記マトリックスがＳｉＣを含むセラミックマトリックス複合材料に関する。
【０００４】
本発明はまた、高温に対する、炭素（例えば、グラファイト）をベースとする又はＳｉＣ系セラミックをベースとするモノリシック材料の保護に関する。
【背景技術】
【０００５】
熱構造複合材料には、構造部品を構成するのに適した機械的特性を有し、その機械的物性を高温において保持することができるという特徴がある。しかしながら、その熱構造複合材料が炭素を含む場合、その複合材料は空気中又は酸化媒体中において、４００℃から酸化し、その熱構造特性が部分的に失われるという重大な欠点を示す。
【０００６】
さらに、ＳｉＣを含むモノリシックセラミック材料又は複合材料で、ＳｉＣは２つのモードで酸化する。第１のモードは、高圧の酸素分圧下で、かつ相対的に低い温度で発生する、いわゆる「パッシブ」酸化に相当し、その結果、ＳｉＣはシリカの層で覆われるようになる。第２のモードは「アクティブ酸化」として知られ、低圧の酸素分圧下でＳｉＣが非常に高い温度まで昇温された場合に発生し、その結果、生成するすべての酸化物はガス状であるため、ＳｉＣは急速に消費される。
【０００７】
Ｃ／Ｃ複合材料では、二ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ2）又は二ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）をベースとする超耐熱性単層堆積物でできている保護層を使用することが知られている。（Ｚｒ／Ｈｆ）Ｂ2とＳｉＣとを混合することにより作製される種々の系において、最も広く用いられているものの１つは、２０容量％のＳｉＣ（原子比率（Ｚｒ又はＨｆ）／Ｓｉ＝２．７とする場合）、場合により添加剤（好ましくは最大で３容量％のＲＥ2Ｏ3（前記ＲＥはイットリウム（Ｙ）及びランタニド系元素を含むレアアースを意味する）、又は好ましくは１０容量％の、ＲＥＢ6、ＭｏＳｉ2、若しくはＡｌＮ）、又はこれらの組成物の混合物を含むものである。
【０００８】
しかしながら、そのタイプの保護材料は２つの欠点を提示する、すなわち:
Ｃ／Ｃ材料に対して熱膨張係数が大きすぎるため、超耐熱性層でのクラックの出現及びＣ／Ｃ材料と前記層との界面に沿った密着性の喪失につながり、このようにして生成したクラックはひいては酸素及び水（いずれかの使用環境に存在する場合）を拡散するための経路となり、それによって、Ｃ／Ｃ基材が酸化されるに至り、その機械的物性が弱くなったり、失われることにさえなること；及び
２３００℃よりも高い温度における低い耐酸化性。
【０００９】
上記の第１の欠点を緩和するために、熱膨張係数を一致させるための層を付与するように、ＳｉＣだけをベースとする下地層がＣ／Ｃ基材と超耐熱性層の間に導入されている。しかしながら、利用条件に応じて、ＳｉＣは、超耐熱性層と相互作用するシリカの層で覆われるようになることによってパッシブ酸化する、又は、ＳｉＣ層内に孔が形成されること又は密着性の損失にさえつながるアクティブ酸化するため、当該解決法は、十分に満足できるものと考えられていない。
【００１０】
非特許文献１（High temperature oxidation-resistant hafnium-tantalum alloys by K. Marnoch, J. Metals. 1225 (1965)）及び２（Oxidation of refractory metallic coatings on carbon fibers heated up to 1850℃ by A.-S. Andreani et al., ICMCTF No.37, San Diego, 2010, Vol.205, No.5 (482 p.) pp.1262-1267）は、超耐熱システムの耐酸化性を改善するために、ハフニウム（Ｈｆ）及びタンタル（Ｔａ）の合金又はＨｆＣ−Ｔａ、Ｈｆ−ＴａＢ2、又はＨｆ−ＴａＣ混合組成物を用いることを提案している。それらの系は、空気中では満足できる結果を与えるが、これらの金属は水の存在下で爆発性の蒸気を生成するため、Ｈｆ及びＴａ金属の非常に不安定な性質に起因して、水又は水蒸気の存在下では使用できなかった。
【００１１】
そのような組成物は空気中で２０００℃より高い温度で確かに酸化に耐えるが、金属材料のＨｆ及びＴａは水の存在下で不安定であるため、それらは水の存在下で使用することができない。その欠点は、水を含む雰囲気を伴う用途を排除することにより、当該組成物の利用分野を限定する。さらに、例えば、水性溶媒を使用する可能性がある液体法（liquid technique）等のような材料を調製するある特定の技術は、同様に使用できない。最終的に、それらが無水分で保管されていることを保証する必要があるため、それらを粉末形態で保管するという問題が生じる。
【００１２】
したがって、特に湿潤環境（水が存在する）の存在下において、２０００℃よりも高温で酸化に耐える保護材料が求められている。
【００１３】
このことは、特に、生成されノズルを通じて噴出された水蒸気及び二酸化炭素が湿った酸化環境を作り出す、ロケットエンジン用コンポーネント又はターボジェット型の航空エンジン用コンポーネントに当てはまる。この保護の問題は、大気への再突入のためのロケット本体の熱シールドにも生じる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】高温酸化耐性のハフニウム−タンタル合金（High temperature oxidation-resistant hafnium-tantalum alloys） by K. Marnoch, J. Metals. 1225 (1965)
【非特許文献２】1850℃まで加熱した炭素繊維表面の耐熱金属皮膜の酸化（Oxidation of refractory metallic coatings on carbon fibers heated up to 1850℃） by A.-S. Andreani et al., ICMCTF No.37, San Diego, 2010, Vol.205, No.5 (482 p.) pp.1262-1267
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、極めて低い圧力（≧１パスカル（Ｐａ））から、より高い値（＞３０メガパスカル（ＭＰａ））までに至る圧力条件下及び特に水の存在を伴う環境において、高温に耐える、特に２０００℃以上の温度での酸化に耐える耐熱材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的は、酸化媒体中での高温に耐える耐熱材料であって、前記材料が少なくともホウ化ハフニウム及びホウ化タンタルを含み、ハフニウム及びタンタルは、前記材料において化合物の形態でのみ存在することを特徴とする耐熱材料によって達成される。
【００１７】
このような材料は、特に水の存在下での意図される利用条件にかかわらず、その超耐熱特性及び化学安定性を保全するのに適した保護システムを構成している。ハフニウム及びタンタルを、金属の形態ではなく化合物又は誘導体の形態で使用することによって、元素が金属の形態で存在する場合に、水の存在下に起こり得る激しい反応のリスクが回避される。
【００１８】
さらに、ホウ化ハフニウム及びホウ化タンタルを使用することによって、組成物はホウ素を含み、そのホウ素は約１７００℃で第一のヒーリング相を提供しながら、材料の超耐熱特性を向上させるのに役立つ。
【００１９】
材料の第一の態様において、その材料は、炭素及び窒素から選ばれる少なくとも１種の元素も含む。炭素又は窒素を導入することで、材料の超耐熱特性を向上させることができ、それゆえ、さらに高い温度で使用することができる。
【００２０】
超高温での酸化条件下において、ホウ素、炭素、又は窒素の存在は、例えばＣＯ、ＣＯ2、Ｂ2Ｏ3、又はＮＯｘのみの気体の化合物の生成を引き起こし、それらは利用の間に形成された固体又は液体相の安定性に害を及ぼさない。
【００２１】
本発明の材料の第二の態様において、タンタルに対するハフニウムの原子比率は、厳密に１を超え１０未満（１＜ｎHf／ｎTa＜１０）であり、好ましくはｎHf／ｎTa＝２．７であり、タンタルに対するホウ素の原子比率は、５．４以上である（ｎB／ｎTa≧５．４）。
【００２２】
本発明の材料の第三の態様において、材料は、好ましくは、５０容量％のＨｆＢ2、７５容量％のＨｆＣ及び２５容量％のＴａＢ2を含む。
【００２３】
本発明はまた、酸化媒体中での高温に耐える耐熱性部品を提供し、前記部品は本発明の耐熱材料で構成されることを特徴とする。
【００２４】
本発明はまた、２０００℃よりも高い温度で使用されるのに適している特定の材料でできている基材を備える部品を提供し、前記部品は酸化媒体中での高温における保護を付与するための保護コーティングを備え、前記部品は前記保護コーティングが本発明の耐熱材料によって構成されることを特徴とする。部品は特にバルブ、推進、及び大気への再突入での用途、又は実際にソーラー用途を対象とし得る。
【００２５】
部品の基材は、特に、炭化ケイ素をベースとするモノリシックセラミック材料、炭素（例えば、グラファイト）をベースとするモノリシック材料、炭化ケイ素を備えるセラミックマトリックス複合材料、又は必要に応じて前処理されたＣ／Ｃ複合材料でできていてもよい。
【００２６】
Ｃ／Ｃ複合材料製の基材について、部品はさらに、基材のＣ／Ｃ材料の近くに位置する炭化ケイ素の層及び、炭化ケイ素の層及び保護コーティングの間に配置された炭化ジルコニウム又は炭化ハフニウムの層を備えていてもよい。このようにして、二重接着層（double bonding layer）は形成され、使用される層の厚さに応じて、基材の材料と保護コーティングとの間の熱機械応力を調整するのに役立つ。
【００２７】
本発明の保護コーティングは、部品内において酸素がＳｉＣの存在に到達するのを防ぐ効果的なバリアを形成するため、保護コーティングの下地となる層又は基材の部品におけるＳｉＣの存在は、問題を生じない。
【００２８】
本発明はまた、酸化媒体中における高温に耐える耐熱材料から部品を製造する方法を提供し、前記方法は、少なくともホウ化ハフニウム及びホウ化タンタルを含む組成物を製造する工程、前記組成物においてハフニウム及びタンタルは化合物の形態でのみ存在する;及び
前記組成物を成形して、当該組成物を高密度化する工程、
を備えることを特徴とする。
【００２９】
本発明はまた、特定の材料でできている基材を備える部品上に、酸化媒体中における高温に耐える保護層を製造する方法を提供し、前記方法は、少なくともホウ化ハフニウム及びホウ化タンタルを含み、ハフニウム及びタンタルが化合物の形態でのみ存在する組成物を部品上に適用する工程及び前記組成物を高密度化する工程を備える。
【００３０】
本発明の方法の第一の態様において、組成物はまた、炭素及び窒素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む。
【００３１】
本発明の方法の第二の態様において、部品の基材は、特に、炭化ケイ素をベースとするモノリシックセラミック材料、炭素（例えば、グラファイト）をベースとするモノリシック材料、炭化ケイ素を含むセラミックマトリックス複合材料、又は必要に応じて前処理されたＣ／Ｃ複合材料でできていてもよい。
【００３２】
Ｃ／Ｃ複合材料製の基材について、部品はさらに、基材のＣ／Ｃ材料の近くに位置する炭化ケイ素の層及び、炭化ケイ素の層及び保護コーティングの間に配置された炭化ジルコニウム又は炭化ハフニウムの層を備えていてもよい。このようにして、二重接着層は形成され、使用される層の厚さに応じて、基材の材料と保護コーティングとの間の熱機械応力を調整するのに役立つ。
【００３３】
本発明のその他の特徴及び利点は、非限定的な実施態様として挙げられる本発明の特定の実施態様についての以下の説明から、添付の図面を参照することにより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】腐食性媒体内で高温の熱流束に曝された後の、本発明の保護材料で覆われたＣ／Ｃ複合材料試験片の部分断面図を示す写真である。
【図２】表面にＳｉＣとＺｒＣの各層を備えたＣ／Ｃ複合基材を含む多層材料の腐食前の部分断面図を示す写真であり、前記基材は本発明の保護材料の層でコーティングされている。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、酸化媒体中、特に酸素及び水蒸気の存在を伴う湿潤環境において、２０００℃を超える高温、特に２３００℃を超える高温に耐えるのに適した、新規な超耐熱材料を提示する。
【００３６】
本発明の材料は、ロケット本体の大気への再突入を可能にするための熱シールド等のような条件下で使用するための耐熱性の部品を形成するために使用されてもよい。本発明の材料はまた、酸化媒体中、高温（２３００℃を超える）に暴露される部品、特にロケットエンジンノズルのスロート又は航空エンジン（特にターボジェット型）の部品、の基材のための保護コーティングとして使用することができる。
【００３７】
前記部品の基材は、例えば、公知の方法で炭素マトリックスによって高密度化された炭素繊維強化材でできている材料を含むＣ／Ｃ複合材料等の、少なくともいくつかの炭素を含む熱構造複合材料製であってもよい。また、基材は、例えば、以下の複合材料等のような、少なくとも一部にＳｉＣを含むマトリックスによって高密度化された炭素又はＳｉＣ繊維強化材料製の材料に相当するセラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）熱構造材料を用いて製造されていてもよい：
炭素相及び炭化ケイ素相を有するマトリックスによって高密度化された炭素繊維強化材でできた材料に相当するＣ−Ｃ／ＳｉＣ；
炭化ケイ素のマトリックスによって高密度化された炭素繊維強化材でできた材料に相当するＣ−ＳｉＣ；及び
炭化ケイ素のマトリックスによって高密度化された炭化ケイ素繊維強化材でできた材料に相当するＳｉＣ／ＳｉＣ。
【００３８】
ＣＭＣ基材では、基材は好ましくは機械加工され、シールコートタイプのコーティング層を含まない。
【００３９】
本発明の材料は、ＳｉＣをベースとするモノリシックセラミック基材又は炭素（グラファイト）をベースとするモノリシック基材を備える部品のための保護コーティングとしても用いられ得る。
【００４０】
本発明の超耐熱材料は、少なくとも２つの構成成分、すなわちハフニウム化合物及びタンタル化合物を含む。
【００４１】
本発明の材料において、ハフニウム及びタンタルは、化合物又は誘導体の形態でのみ存在する。本発明の材料は、水の存在下に非常に不安定な形態であるため、ハフニウム又はタンタルを「メタリック」といわれる元素形態では含まない。
【００４２】
本発明の超耐熱性保護材料が初期非酸化物系を形成するように、本発明の材料において、ハフニウム化合物及びタンタル化合物が、非酸化物の形態で存在する。したがって、本発明の材料は、酸化媒体中において高温で使用される前に、既に形成されたいずれの酸化物も含まず、酸化物は専ら使用中に生成される。最初に形成される酸化物、すなわち、製造される間に材料中に既に存在する酸化物は、通常高い膨張係数及び低い熱伝導率を示し、結果的に熱衝撃に感応性である。最初からこのような酸化物を含む材料が使用される間に、材料の温度上昇はこれらの酸化物を伴う熱衝撃につながり、熱衝撃が材料の亀裂及び/又は剥離をもたらす。本発明の材料では、材料が酸化媒体中において使用される間、温度上昇に伴って酸化物は形成されるため、そのような欠点は回避される。
【００４３】
使用時、すなわち、セ氏数百度から２３００℃以上までに及ぶ温度範囲の酸化媒体中にある間、材料系の成分は、本発明の材料によって構成された部品又は保護コーティングが機械的に無傷であること及び耐熱特性を保持することを可能にする保護酸化物を形成するように自身に又は共に作用する。
【００４４】
本発明の材料によって形成される系にとって非常に良好な基本成分に相当し、特に熱衝撃に対する高い耐性及び高温での酸素に対して効果的なバリアを形成する能力のため、ハフニウム及びタンタルが選ばれる。
【００４５】
タンタルは、アクティブ酸化を受けず、形成する酸化物はＢ2Ｏ3又はＳｉＯ2より安定である。酸化タンタルは、安定で、酸素と水の材料内での拡散を制限する液相を提供する。酸化ハフニウムは高温において固体で安定したままであり、従って、任意の周囲の流れ（例えば、高速燃焼ストリームがノズル内を流れる）により、液相が吹き飛ばされるのを防止することができる。
【００４６】
ハフニウム及びタンタルは、本発明の材料において、好ましくはホウ化物の形態で存在する。特定の状況下では、それらは炭化物と窒化物の形態で存在してもよい。
【００４７】
したがって、本発明の材料はまた、１又はそれ以上の以下の元素を含んでいてもよい：
炭素及び窒素。
【００４８】
タンタルに対するハフニウムの原子比率は、厳密に１を超え１０未満（１＜ｎHf／ｎTa＜１０）であり、好ましくはｎHf／ｎTa＝２．７であり、タンタルに対するホウ素の原子比率は、５．４以上である（ｎB／ｎTa≧５．４）。
【００４９】
非限定的な例において、本発明の超耐熱材料は、５０容量％のＨｆＢ2、２５容量％のＨｆＣ及び２５容量％のＴａＢ2で構成されていてもよい。
【００５０】
したがって、本発明の組成物は、好ましくは、約１７００℃で第一のヒーリングを提供するのに役立つホウ素を含む。上記のように、ホウ素は組成物中においてハフニウム化合物及びタンタル化合物の形で提供される。本発明において、ホウ素はホウ化ニッケル又はホウ化鉄の形態で提供されるべきではない。それらの金属元素は組成物の耐熱特性を低下させるためである。
【００５１】
さらに、本発明の組成物は、酸化により形成されるＳｉＯ2を高レベルで揮発するケイ素系化合物のアクティブ酸化の問題を回避するために、ケイ素を含まない。
【００５２】
本発明の材料は、少なくとも２つの上記構成成分の粉末の混合物を含む組成物を用いて作製されてもよい。
【００５３】
例えば、モールドの中で冷間圧縮成形（ペレット化）によって成形された後、粉末混合物は、フラッシュ焼結又は放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）によって高密度化される。フラッシュ焼結又はＳＰＳは、成形された組成物の密度を高めるために用いることもできる従来のホットプレスと同じような方法である。フラッシュ焼結は、結晶の間にそれらを完全に溶かすことなく結合を形成することによって部品を固めることを可能にする電流を流しながら圧力下で熱処理するものである。物質の拡散によって実現されるこの接合は密度の増加、すなわち、多孔性の減少、及び成形体への密着性を付与する硬化を伴う。
【００５４】
製造するべき部品の形状を有するように成形された組成物は、焼結中に一軸方向の圧力をかけることができる囲いに挿入される。このフラッシュ焼結を行うのに適した装置は、特に、供給元である住友電気工業によって販売されており、その装置は、サンプルに、周囲温度から２０００℃まで変動する温度範囲で数十メガパスカル（１５０ＭＰａまで）の圧力を加えつつ、（３．３ミリ秒（ｍｓ））の直流電流パルス（典型的は０〜１０ボルト（Ｖ）及び１キロアンペア（ｋＡ）〜５ｋＡ）にかけることができる。フラッシュ焼結は通常、減圧下で行われるが、不活性雰囲気（窒素、アルゴン）で行うこともできる。
【００５５】
フラッシュ焼結が本発明の様々な耐熱材料組成物を高密度化するための参考として同一の焼結サイクルが用いられてもよく、最終の焼結温度だけは焼結される成分の耐熱特性に応じて変更される必要がある。
【００５６】
焼結サイクルのために選ばれた温度パラメータは、例えば、６００℃まで３分（ｍｉｎ）で昇温させ、次に焼結温度の１６００℃まで１００℃／ｍｉｎの速度で昇温し、その後、５分間その温度で一時停止し、最終的に３０分で６００℃まで降温させて加熱を停止するというものであってもよい。
【００５７】
サイクルの間、残存している孔の大部分を閉じるため、かつ、焼結の後で材料の密度が不均一に高まっていることを避けるために、６００℃への昇温の開始から４０ＭＰａの圧力が段階的にかけられる。したがって、焼結の開始から、粒子間の接触が最適化され、全体的に高密度の材料を得ることができる。
【００５８】
制御された冷却は、熱残留応力源を緩和させ、クラック及びマイクロクラックが材料に現れるのを回避することができる。
【００５９】
使用される鋳型又はピストンはグラファイト製であり、これらは、いかなる接着をも避けるためのグラファイトのシートによって、圧縮された粉体の形態をしている組成物から分離される。
【００６０】
フラッシュ焼結によって、（例えばＣ／Ｃの又はＣＭＣの）熱構造複合材料の基材又はモノリシックＳｉＣの基材を備える部品の周囲に保護コーティングを形成する場合、部品の基材は、焼結モールドの中で粉体（本発明の材料を構成する成分の混合物の粉体に相当する）の層の上に置かれ、その後フラッシュ焼結によって製造される部品の中で完全に中心に位置するように同一の粉体で覆われる。しかしながら、必要に応じて、例えば、表面の一部だけが保護される必要がある場合、部品の基材の一部だけが、本発明の材料によって覆われる必要がある。
【００６１】
本発明の酸化媒体中での高温に耐えることができる耐熱材料のモノリシック部品及び保護コーティングは、標準的な焼結、プラズマ溶射法、熱プレス、物理的蒸着法(PVD)、スリップコーティング、又は浸漬によって製造されてもよい。
【００６２】
Ｃ／Ｃ複合材料製の基材を備える部品に関して、ＳｉＣ層と、ＺｒＣ層又はＨｆＣ層とが前記基材と超耐熱性コーティングの間に形成されていてもよく、ＳｉＣ層は部品の基材のＣ／Ｃ複合材料の近くに形成され、ＺｒＣ層又はＨｆＣ層はＳｉＣ層と保護コーティングとの間に配置される。
【００６３】
ＳｉＣの層とＺｒＣ又はＨｆＣの層とはスリップコーティングを用いて形成されてもよい。また、ＳｉＣの層とＺｒＣ又はＨｆＣの層とは、記載内容がここに参照して組み込まれるＷＯ２００９／０８１００６に記載されるように、部品の基材のＣ／Ｃ材料を、原子濃度又は原子比率において５％以上２／３以下の範囲で少なくともケイ素を含み、１／３以上９５％以下の範囲で少なくともジルコニウムを含む溶融された反応性組成物に含浸させることによって形成されてもよい。ケイ素とジルコニウムは、金属の融点温度より高い温度で処理された材料の炭素と反応する。これによって、単一の操作によって、２つの炭化物相を形成することが可能となり、基材の炭素上にＳｉＣの第１層と、次いでＳｉＣの層の上にＺｒＣ又はＨｆＣの第２層が形成される。
【００６４】
組成物材料を保護する場合、複合材料又はＳｉＣの層とＺｒＣ若しくはＨｆＣの層とにおいて、浸漬、スリップコーティング、又はサブミクロン粉体吸引（suction submicron powder (SSP)）によって前記コーティングを行うことで本発明の超耐熱性保護コーティングを固定することができる。
【００６５】
本発明の耐熱材料の有効性を実証するために、Ｃ／Ｃ複合材料の試料について試験を行った。
【００６６】
図１の写真は、５０容量％のＨｆＢ2、２５容量％のＨｆＣ、及び２５容量％のＴａＢ2を含む保護層２０で覆われているＣ／Ｃ複合材料の基材１０上で得られた結果を示す。このように構成された試験片は、腐食性雰囲気下に２２００℃で熱流束に曝された。下層２０ｂはそのまま残り、保護層２０の上部２０ａのみが酸化されたことがわかる。Ｃ／Ｃ基材１０は結果的に完全に保護された。
【００６７】
図２の写真は、表面にＳｉＣ層３１及びＺｒＣ層３２を有するＣ／Ｃ複合材料の基材３０から得られた多層材料を示し、前記基材は５０容量％のＨｆＢ2、２５容量％のＨｆＣ、及び２５容量％のＴａＢ2を含む保護層４０で覆われている。
【００６８】
以下の表は、
５０容量％のＨｆＢ2、２５容量％のＨｆＣ、及び２５容量％のＴａＢ2を含む本発明の材料；
ＺｒＢ2−ＺｉＣ（２０容量％）をベースとする組成物よりも優れた耐腐食性の、参考のＺｒＢ2−ＳｉＣ−Ｙ2Ｏ3組成物を含む超耐熱材料；及び
熱構造Ｃ／ＳｉＣ複合材料、
の間で、ＳｉＣのアクティブ酸化温度（約２０００℃）で腐食試験中に測定された収縮速度を示す。
【００６９】
表は、本発明の材料が、Ｃ／ＳｉＣ材料よりも優れ、参考の超耐熱材料（ＺｒＢ2−２０ｖｏｌ％ＳｉＣ−２０ｖｏｌ％Ｙ2Ｏ3）よりも優れることを示す。
【００７０】
【表１】
0006002769.tif 000002
【符号の説明】
【００７１】
１０    基材
２０    保護層
２０ａ  上部
２０ｂ  下層
３０    基材
３１    ＳｉＣ層
３２    ＺｒＣ層
４０    保護層
【図１】
0006002769.tif 000003
【図２】
0006002769.tif 000004