(57)【要約】【課題】例えば、９００℃以上の高温域で使用した場合において、遮熱層の割れや剥離の発生が抑制され、耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れる遮熱部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の遮熱部材１は、合金基材１１と、該合金基材１１の表面に配され且つ該合金基材１１の酸化を抑制する耐酸化層１２と、該耐酸化層１２の表面に配され、周期的なＣ型構造を有するセラミック柱状体からなる遮熱層１３とを備え、上記Ｃ型構造の軸方向の周期間隔が１μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金基材と、該合金基材の表面に配され且つ該合金基材の酸化を抑制する耐酸化層と、該耐酸化層の表面に配され、周期的なＣ型構造を有するセラミック柱状体からなる遮熱層とを備える遮熱部材において、上記Ｃ型構造の軸方向の周期間隔が１μｍ以下であることを特徴とする遮熱部材。
【請求項２】
上記セラミック柱状体が、希土類元素を含むＺｒＯ２系セラミックスからなる請求項１に記載の遮熱部材。
【請求項３】
上記遮熱層が、ＺｒＯ２−３〜５ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３よりなる第１セラミック柱状体を含む基材側遮熱層と、該基材側遮熱層に配されてなり、上記第１セラミック柱状体と異なる構成であり、且つ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有するＺｒＯ２系セラミックスよりなる第２セラミック柱状体を含む表面側遮熱層と、からなる請求項１又は２に記載の遮熱部材。
【請求項４】
上記第２セラミック柱状体を構成する上記ＺｒＯ２系セラミックスが、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた少なくとも２種の希土類元素を含有する請求項３に記載の遮熱部材。
【請求項５】
合金基材の表面に耐酸化層を形成する耐酸化層形成工程と、電子ビームの照射により蒸発させたセラミックを、耐酸化層付き合金基材を同一方向に回転させながら上記耐酸化層の表面に堆積させる遮熱層形成工程と、を備える遮熱部材の製造方法であって、
上記遮熱層形成工程を、上記耐酸化層付き合金基材の回転数、及び、上記セラミックの成膜速度を、それぞれ、ｘ（ｒｐｍ）及びｙ（μｍ／秒）としたときに、下記式の条件のもとで進めることを特徴とする遮熱部材の製造方法。
０＜ｙ≦０．０１７ｘ
５≦ｘ≦６０
【請求項６】
上記耐酸化層付き合金基材の回転数ｘが、１５ｒｐｍ以上４０ｒｐｍ以下である請求項５に記載の遮熱部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性に優れた遮熱部材及びその製造方法に関する。更に詳しくは、ガスタービン部品、燃焼機器部品、ジェットエンジン部品等の高温部材等として有用な遮熱部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電用ガスタービンや航空機用ガスタービンの熱効率を向上させるため、燃焼ガスを高温化する研究が盛んに行われており、ガスタービンを構成する動翼、静翼等の基材を耐熱性に優れたものとし、この基材の表面にセラミック層を形成してなる部材が知られている。このような部材は、例えば、遮熱コーティング（ＴＢＣ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ）システムを採用することにより得られたものであり、部材の冷却技術の改良と併せて、燃焼ガスの入口温度が１５００℃を超えたガスタービンを実現している。
【０００３】
特許文献１には、金属基材と、この金属基材の表面に形成された金属結合層（ＭＣｒＡｌＹ合金等）と、この金属結合層の表面に形成された柱状組織を有するＬａ２Ｏ３含有Ｚｒ系セラミック層とを有する遮熱コーティング部材が開示されており、このセラミック層は、電子ビーム物理蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）によって形成している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７００３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の遮熱部材によると、使用温度が高くなるほど、セラミック遮熱層が割れたり、剥離したりし、熱遮蔽効果における耐久性及び信頼性が得られなくなるといった問題点があった。
本発明の目的は、例えば、９００℃以上の高温域で使用した場合において、遮熱層の割れ（亀裂）や剥離の発生が抑制され、耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れた遮熱部材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、タービン翼等の規則性の乏しい形状を有する基材を回転させながら、その表面に遮熱層を形成したところ、図３に示すように、遮熱層１３が、周期的なＣ型構造を有するセラミック柱状体１３１からなること、及び、得られた遮熱部材の耐熱性（熱サイクル耐久性）が、上記Ｃ型構造の軸方向の周期間隔に依存することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明は、以下に示される。
１．合金基材と、該合金基材の表面に配され且つ該合金基材の酸化を抑制する耐酸化層と、該耐酸化層の表面に配され、周期的なＣ型構造を有するセラミック柱状体からなる遮熱層とを備える遮熱部材において、上記Ｃ型構造の軸方向の周期間隔が１μｍ以下であることを特徴とする遮熱部材。
２．上記セラミック柱状体が、希土類元素を含むＺｒＯ２系セラミックスからなる上記１に記載の遮熱部材。
３．上記遮熱層が、ＺｒＯ２−３〜５ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３よりなる第１セラミック柱状体を含む基材側遮熱層と、該基材側遮熱層に配されてなり、上記第１セラミック柱状体と異なる構成であり、且つ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有するＺｒＯ２系セラミックスよりなる第２セラミック柱状体を含む表面側遮熱層と、からなる上記１又は２に記載の遮熱部材。
４．上記第２セラミック柱状体を構成する上記ＺｒＯ２系セラミックスが、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた少なくとも２種の希土類元素を含有する上記３に記載の遮熱部材。
５．合金基材の表面に耐酸化層を形成する耐酸化層形成工程と、電子ビームの照射により蒸発させたセラミックを、耐酸化層付き合金基材を同一方向に回転させながら上記耐酸化層の表面に堆積させる遮熱層形成工程と、を備える遮熱部材の製造方法であって、
上記遮熱層形成工程を、上記耐酸化層付き合金基材の回転数、及び、上記セラミックの成膜速度を、それぞれ、ｘ（ｒｐｍ）及びｙ（μｍ／秒）としたときに、下記式の条件のもとで進めることを特徴とする遮熱部材の製造方法。
０＜ｙ≦０．０１７ｘ
５≦ｘ≦６０
６．上記耐酸化層付き合金基材の回転数ｘが、１５ｒｐｍ以上４０ｒｐｍ以下である上記５に記載の遮熱部材の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の遮熱部材によれば、９００℃以上、好ましくは１０００℃〜１５００℃といった高温域で使用した場合において、遮熱層の割れ（亀裂）の発生が抑制され、また、上記温度の印加と、冷却等による低い温度の印加とを繰り返した場合に、この熱サイクルに伴う応力が遮熱層に作用しにくいので、剥離が起こりにくく、耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れ、長期間に渡る使用に対する信頼性が高い。尚、３００℃〜９００℃の範囲の温度で使用した場合においても、上記効果を得ることができる。
上記セラミック柱状体が、希土類元素を含むＺｒＯ２系セラミックスからなる場合には、低熱伝導性であり、特に耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れる。
また、上記遮熱層が、ＺｒＯ２−３〜５ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３よりなる第１セラミック柱状体を含む基材側遮熱層と、該基材側遮熱層に配されてなり、上記第１セラミック柱状体と異なる構成であり、且つ、Ｌａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた少なくとも１種を含有するＺｒＯ２系セラミックスよりなる第２セラミック柱状体を含む表面側遮熱層と、からなる場合には、遮熱特性がより高まり、耐熱性、耐久性に優れる。
【０００９】
本発明の遮熱部材の製造方法によれば、合金基材の形状に関わらず、均一な遮熱層を形成することができ、９００℃以上、好ましくは１０００℃〜１５００℃といった高温域で使用した場合において、遮熱層の割れ（亀裂）や剥離の発生が抑制され、耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れる遮熱部材を効率よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
１．遮熱部材
本発明の遮熱部材は、合金基材と、この合金基材の表面に配され且つこの合金基材の酸化を抑制する耐酸化層と、この耐酸化層の表面に配され、周期的なＣ型構造を有するセラミック柱状体からなる遮熱層とを備える遮熱部材において、上記Ｃ型構造の軸方向の周期間隔が１μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の遮熱部材の断面構造の一例を図１に示す。図１の遮熱部材１は、合金部材１１と、この合金基材１１の表面に配された耐酸化層１２と、この耐酸化層１２の表面に配されたセラミック柱状体からなる遮熱層１３とを備える。
【００１１】
上記合金基材は、ニッケル系合金、コバルト系合金、鉄系合金等から選ばれた部材とすることができる。
ニッケル系合金としては、Ｎｉを３５質量％以上含有し且つＮｉの質量割合が最大量である合金が好ましい。他の構成元素としては、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｆｅ等が挙げられる。これらのうち、１種のみが含まれてよいし、２種以上が含まれてもよい。
上記ニッケル系合金は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）、Ｒｅｎｅ’（登録商標）等を用いることができる。
コバルト系合金としては、Ｃｏを３０質量％以上含有し且つＣｏの質量割合が最大量である合金が好ましい。他の構成元素としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｆｅ等が挙げられる。これらのうち、１種のみが含まれてよいし、２種以上が含まれてもよい。
上記コバルト系合金は、Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）、Ｎｏｚｚａｌｏｙ（登録商標）、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）、Ｕｌｔｉｍｅｔ（登録商標）等を用いることができる。
また、鉄系合金としては、Ｆｅの質量割合が最大量であるステンレス等が好ましく用いられる。
【００１２】
上記合金基材の形状は、特に限定されず、規則性のある形状であってよいし、規則性のないいびつな形状を有してもよい。この合金基材の例としては、動翼、静翼、回転翼等が挙げられる。
【００１３】
上記耐酸化層は、上記合金基材の表面に配され且つ該合金基材の酸化を抑制するものである。この耐酸化層の構成材料は、特に限定されないが、ＭＣｒＡｌＸ合金（但し、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅから選ばれた１種以上の元素であり、Ｘは、Ｙ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｔ、Ｃｓ、Ｗ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＢから選ばれた１種以上の元素)、ニッケルアルミナイド（ＮｉＡｌ）、Ｈｆがドープされたニッケルアルミナイド（ＮｉＡｌ（Ｈｆ））、Ｚｒがドープされたニッケルアルミナイド（ＮｉＡｌ（Ｚｒ））、白金アルミナイド（ＰｔＡｌ）等が挙げられる。これらのうち、ＭＣｒＡｌＸ合金が好ましい。
上記耐酸化層は、１種の構成材料からなる単層であってよいし、複層であってもよい。また、異なる構成材料からなる複層（２層以上）であってもよい。
【００１４】
上記耐酸化層の厚さは、通常、５０〜２００μｍ、好ましくは１００〜１５０μｍである。この厚さが上記範囲にあれば、上記合金基材に対する耐酸化性に優れる。尚、上記厚さが厚すぎてもそれ以上の効果はなく、薄すぎると十分な耐酸化性が発現しない。
【００１５】
次に、上記遮熱層は、上記耐酸化層の表面に配され、周期的なＣ型構造を有するセラミック柱状体からなる。本発明の遮熱部材を、５０００倍程度の低倍率で観察すると、上記遮熱層は、上記合金基材の表面に対して垂直に且つ直線状に形成された多数本のセラミック柱状体により組織が緻密になっているように見えるが、更に高倍率とすると、図３に示すように、多数本のセラミック柱状体１３１が、合金基材の表面に対して略垂直に、波線状となっている。上記「周期的なＣ型構造」とは、この連続した波線状を意味する。尚、隣り合うセラミック柱状体１３１どうしは、通常、部分的に接触しており、接触していない部分は、気孔１３３となっている。上記遮熱層における気孔１３３の体積割合は、通常、１５〜３０％である。
本発明において、上記遮熱層を構成するセラミック柱状体１３１は、Ｃ型構造の軸方向（長さ方向）の周期間隔（図３参照）が、１μｍ以下であり、好ましくは０．１〜０．７μｍ、より好ましくは０．２〜０．６μｍ、更に好ましくは０．２５〜０．５μｍである。この周期間隔が上記範囲にあることにより、上記気孔１３３が均一に微分散した構造を有し、本発明の遮熱部材の耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れる。一方、上記周期間隔が長すぎると、遮熱層におけるヤング率が高くなる傾向にあり、亀裂等が発生しやすくなる。また、上記周期間隔が長すぎると、気孔が大きくなり、亀裂の発生や進展を促進する更に、本発明の遮熱部材の使用を重ねるごとに、隣り合うセラミック柱状体１３１の接触部の結合が強固となり、遮熱層におけるヤング率が更に上昇し、亀裂等が発生しやすくなる。
【００１６】
上記セラミック柱状体１３１は、全体に渡って、同一の外径を有してよいし、異なる外径を有してもよい。外径は、通常、０．０５〜３０μｍ、好ましくは０．１〜１０μｍである。尚、本発明においては、上記遮熱層の全体において、上記Ｃ型構造は周期的に見られる一方で、表面に近づくほど、上記セラミック柱状体１３１の外径が大きくなる組織を有する遮熱層とすることができる。例えば、遮熱層の表面層におけるセラミック柱状体１３１の外径と、耐酸化層の表面層におけるセラミック柱状体１３１の外径との比が、好ましくは５０〜１０００、より好ましくは１００〜５００である構造を有する遮熱層とすることができる。
【００１７】
上記セラミック柱状体の構成材料は、特に限定されないが、低熱伝導性であり、耐熱性に優れることから、ＺｒＯ２系セラミックスであることが好ましい。特に好ましい構成材料は、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）及びＬｕ（ルテチウム）から選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含むＺｒＯ２系セラミックスである。この希土類元素としては、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ等が好ましい。尚、上記希土類元素を含むＺｒＯ２系セラミックスの組成は、希土類元素をＲｅで表した場合、好ましくはＺｒＯ２−２〜８ｍｏｌ％Ｒｅ２Ｏ３、より好ましくはＺｒＯ２−３〜６ｍｏｌ％Ｒｅ２Ｏ３である。この範囲にあると、耐熱衝撃性に優れる。
【００１８】
上記遮熱層の熱伝導率は、通常、１〜２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。尚、この熱伝導率は、レーザーフラッシュ法等により測定することができる。
【００１９】
上記遮熱層は、１種の構成材料からなる単層であってよいし、複層であってもよい。また、異なる構成材料からなる複層（２層以上）であってもよい。上記遮熱層が複層構造を有する場合であっても、上記セラミック柱状体は、遮熱層の全体に渡って、周期的なＣ型構造を有し、このＣ型構造の軸方向の周期間隔は１μｍ以下である。
【００２０】
上記遮熱層の厚さは、通常、５０〜５００μｍ、好ましくは１００〜３００μｍである。この厚さが上記範囲にあれば、９００℃以上、好ましくは１０００℃〜１５００℃といった高温域で使用した場合において、遮熱層の割れや剥離の発生が抑制され、耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れる。
【００２１】
上記遮熱層が、異なる構成材料からなる２層構造を有する場合、上記耐酸化層の表面に配され且つＺｒＯ２−３〜５ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３よりなる第１セラミック柱状体を含む基材側遮熱層と、この基材側遮熱層に配されてなり、上記第１セラミック柱状体と異なる構成であり、且つ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有するＺｒＯ２系セラミックスよりなる第２セラミック柱状体を含む表面側遮熱層と、からなることが好ましい。尚、上記表面側遮熱層を構成する第２セラミック柱状体に含まれる希土類元素としては、Ｙ、Ｎｄ及びＧｄが好ましい。
【００２２】
上記表面側遮熱層を構成する第２セラミック柱状体において、その組成は、希土類元素をＲｅで表した場合、好ましくはＺｒＯ２−２〜５０ｍｏｌ％Ｒｅ２Ｏ３、より好ましくはＺｒＯ２−３〜１５ｍｏｌ％Ｒｅ２Ｏ３、である。この範囲にあると、遮熱特性に優れる。
【００２３】
本発明においては、上記表面側遮熱層が、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれた少なくとも２種の希土類元素を含有するＺｒＯ２系セラミックスよりなる第２セラミック柱状体を含むことが特に好ましい。この場合、希土類元素は、Ｙ、Ｌａ等とすることができる。尚、上記希土類元素がＹ及びＬａである場合、これらの含有割合（質量割合）は、好ましくはＹ：Ｌａ＝（１〜５）：１、より好ましくは（３〜５）：１である。
【００２４】
上記基材側遮熱層及び上記表面側遮熱層の厚さ並びにその比は、特に限定されない。両者の厚さについて、上記基材側遮熱層及び上記表面側遮熱層は、それぞれ、好ましくは５０〜１５０μｍ及び５０〜２００μｍ、より好ましくは５０〜１００μｍ及び１００〜２００μｍとすることができる。
【００２５】
上記遮熱層が単層である場合、本発明の遮熱部材の断面構造は、図１に示される。また、上記遮熱層が２層である場合、本発明の遮熱部材の断面構造は、図２に示される。即ち、図２の遮熱部材１’は、合金部材１１と、この合金基材１１の表面に配された耐酸化層１２と、この耐酸化層１２の表面に配された第１セラミック柱状体からなる基材側遮熱層１３ａと、この基材側遮熱層１３ａの表面に配された第２セラミック柱状体からなる表面側遮熱層１３ｂとを備える。
【００２６】
本発明の遮熱部材のヤング率は、通常、３０〜６５ＧＰａと低いことから、熱応力も低く、熱サイクル耐久性に優れる。尚、このヤング率は、ナノインデンテーション法等により測定することができる。
以上のように、本発明の遮熱部材は、耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れることから、高い遮熱効果を有するガスタービン部品、燃焼機器部品、ジェットエンジン部品等の高温部材とすることができ、その熱効率の向上及び長寿命化を達成することができる。
【００２７】
２．遮熱部材の製造方法
本発明の遮熱部材の製造方法は、合金基材の表面に耐酸化層を形成する耐酸化層形成工程と、電子ビームの照射により蒸発させたセラミックを、耐酸化層付き合金基材を同一方向に回転させながら上記耐酸化層の表面に堆積させる遮熱層形成工程と、を備え、上記遮熱層形成工程を、上記耐酸化層付き合金基材の回転数、及び、上記セラミックの成膜速度を、それぞれ、ｘ（ｒｐｍ）及びｙ（μｍ／秒）としたときに、下記式の条件のもとで進めることを特徴とする（図５参照）。
０＜ｙ≦０．０１７ｘ
５≦ｘ≦６０
【００２８】
上記耐酸化層形成工程は、合金基材の表面に耐酸化層を形成する工程であり、この工程により、通常、５０〜２００μｍ、好ましくは１００〜２００μｍの厚さの耐酸化層が形成される。
上記合金基材は、上記説明の構成材料、形状等を有する基材が用いられるが、耐酸化層の形成前には、合金基材の表面に対して、公知の前処理、例えば、グリットブラスト、研磨、化学洗浄、超音波洗浄、脱脂又はこれらの組合せによる処理を行うことができる。
上記耐酸化層形成工程において用いる耐酸化層形成材料としては、上記説明のＭＣｒＡｌＸ合金（但し、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅから選ばれた１種以上の元素であり、Ｘは、Ｙ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｔ、Ｃｓ、Ｗ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＢから選ばれた１種以上の元素)、ニッケルアルミナイド（ＮｉＡｌ）、Ｈｆがドープされたニッケルアルミナイド（ＮｉＡｌ（Ｈｆ））、Ｚｒがドープされたニッケルアルミナイド（ＮｉＡｌ（Ｚｒ））、白金アルミナイド（ＰｔＡｌ）等が挙げられる。
【００２９】
上記耐酸化層の形成方法としては、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、電子ビーム物理蒸着、カソードアークコーティング、スパッタリング、イオンプラズマコーティング等の、物理又は化学蒸着法；フレーム溶射、プラズマ溶射、高速オキシ燃料ガス溶射等の溶射法等が挙げられる。
尚、上記耐酸化層形成材料としてＭＣｒＡｌＸ合金を用いる場合、減圧プラズマ溶射法、物理蒸着法（ＰＶＤ）等が挙げられる。
上記のように、耐酸化層は、１種の耐酸化層形成材料からなる単層又は複層、更には、異なる耐酸化層形成材料からなる複層（２層以上）であってもよいので、目的、用途等に応じて、耐酸化層形成材料及び厚さが選択される。
【００３０】
上記遮熱層形成工程は、電子ビームの照射により蒸発させたセラミックを、耐酸化層付き合金基材を同一方向に回転させながら上記耐酸化層の表面に堆積させる工程であり、この工程により、周期的なＣ型構造を有するセラミック柱状体が多数本形成され、これらのセラミック柱状体からなる遮熱層を得る。この遮熱層の厚さは、通常、５０〜５００μｍ、好ましくは１００〜３００μｍである。
【００３１】
上記遮熱層形成工程における具体的な方法は、図４に示す電子ビーム物理蒸着装置５を用いるものである。この電子ビーム物理蒸着装置５は、内圧を調整可能なチャンバー内に、耐酸化層付き合金基材２を支持し且つ回転可能な支持部５１、電子銃５４等を備えるものである。遮熱層を形成する場合には、電子銃５４から遮熱層形成材料３に向かって電子ビーム５５を、連続的又は間欠的に照射し、遮熱層形成材料３を溶融させると同時に気化させ、セラミック蒸気とする。同時に、耐酸化層付き合金基材２を支持している支持部５１を回転させることで、合金基材の形状、更には、耐酸化層付き合金基材２の表面形状に関わりなく、その表面に均一に蒸着し、成膜することができる。
【００３２】
上記遮熱層形成材料としては、上記説明のＺｒＯ２系セラミックスからなるインゴットが、通常、用いられる。このインゴットとしては、例えば、所定の組成を有する原料を、焼結又は電融固化により得られたものが用いることができる。
【００３３】
本発明は、上記遮熱層形成工程において、上記耐酸化層付き合金基材の回転数、及び、上記セラミックの成膜速度を、それぞれ、ｘ（ｒｐｍ）及びｙ（μｍ／秒）としたときに、０＜ｙ≦０．０１７ｘ、好ましくは０＜ｙ≦０．００８３ｘ、より好ましくは０＜ｙ≦０．００５ｘ、且つ、５≦ｘ≦６０、好ましくは１０≦ｘ≦５０、より好ましくは１５≦ｘ≦４０の条件のもとで進めるものである。尚、ｙ＞０．０１７ｘの場合、セラミック柱状体のＣ型構造の軸方向の周期間隔が１μｍを超える。尚、０＜ｙ≦０．００５ｘ、且つ、１５≦ｘ≦４０であれば、ヤング率が低い遮熱層を形成することができる。
【００３４】
尚、上記遮熱層形成工程における他の条件は、特に限定されず、例えば、成膜時のチャンバー内の圧力は、０．１〜１０Ｐａ、雰囲気は、酸素を含む真空、成膜温度（耐酸化層付き合金基材の温度）は、９００〜１１００℃等とすることができる。
【００３５】
遮熱層を複層とする場合にも、上記条件下で進めることができる。
【００３６】
本発明の遮熱部材の製造方法により、９００℃以上、好ましくは１０００℃〜１５００℃といった高温域で使用した場合において、遮熱層の割れの発生が抑制され、上記温度の印加と、冷却等による低い温度の印加とを繰り返した場合に、遮熱層の剥離が起こりにくく、耐熱性（熱サイクル耐久性）に優れた遮熱部材を得ることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明について、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。
【００３８】
実施例１
Ｉｎｃｏｎｅｌ７３８からなる平板状の合金基材表面に、減圧プラズマ溶射法により、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金からなる厚さ１００μｍの膜（耐酸化層）を形成させた。その後、図４に示す電子ビーム物理蒸着装置（チャンバー内圧力；１Ｐａ）５を用い、耐酸化層付き合金基材２を回転速度２０ｒｐｍで回転させながら、ＥＢ−ＰＶＤ法により、電子銃５４より電子ビーム（出力４５ｋＷ）を、ＺｒＯ２−４ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３からなるインゴット３に照射し、成膜温度９５０℃及び成膜速度０．１μｍ／秒で、耐酸化層の表面に、ＺｒＯ２−４ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３からなる厚さ約２００μｍの膜（遮熱層）を形成させ、遮熱部材を得た（表１参照）。
この遮熱部材を電子顕微鏡で観察したところ（図６参照）、遮熱層が多数本の柱状体からなること、及び、この柱状体の外径が、遮熱層の深さ方向において異なることが分かる。また、図７は、図６における、合金基材表面と、耐酸化層と、耐酸化層側遮熱層とを含む部分の拡大画像であり、遮熱層を構成する柱状体が、耐酸化層側遮熱層から表面に向かって規則的に延びる波線状体であることが分かる。また、この図７から、波線状体のＣ型構造の周期間隔は０．３μｍであることが分かる（表１参照）。
【００３９】
得られた遮熱部材に対して、熱サイクル試験及びヤング率測定を行い、その結果を図８及び図９に示した。以下に、具体的操作を示す。
（１）熱サイクル試験
遮熱部材を、大気中、１１５０℃で１時間加熱し、その後、圧縮空気で１０分間冷却する操作を１サイクルとし、遮熱層が耐酸化層から剥離するのを目視で確認できるまでのサイクル数（熱サイクル寿命）を計測した。
（２）ヤング率
ナノインデンテーション装置（型式「Ｈ１００Ｖ」、Ｆｉｓｃｈｅｒｓｃｏｐｅ社製）を用い、押し込み荷重１Ｎ、保持時間６０秒の条件で測定した。
【００４０】
実施例２
遮熱層の構成材料、厚さ及び製造条件を表１に示すようにした以外は、実施例１と同様にして遮熱部材を得た。得られた遮熱部材を構成する柱状体のＣ型構造の周期間隔は０．３μｍであった（表１参照）。
また、熱サイクル試験及びヤング率測定の結果を図８及び図９に示した。
【００４１】
実施例３
２層構造の遮熱層とするために、基材側遮熱層並びに表面側遮熱層の構成材料及び厚さを表１に示すようにし、基材側遮熱層及び表面側遮熱層の形成条件をいずれも同一（基材の回転速度；２０ｒｐｍ、成膜速度；０．１μｍ／分）とした以外は、実施例１と同様にして遮熱部材を得た。得られた遮熱部材を構成する柱状体のＣ型構造の周期間隔は０．３μｍであった（表１参照）。
また、熱サイクル試験及びヤング率測定の結果を図８及び図９に示した。
【００４２】
実施例４
遮熱層の構成材料、厚さ及び製造条件を表１に示すようにした以外は、実施例１と同様にして遮熱部材を得た。得られた遮熱部材を構成する柱状体のＣ型構造の周期間隔は０．４μｍであった（表１参照）。
また、熱サイクル試験及びヤング率測定の結果を図８及び図９に示した。
【００４３】
比較例１
遮熱層の構成材料、厚さ及び製造条件を表２に示すようにした以外は、実施例１と同様にして遮熱部材を得た（図１０参照）。得られた遮熱部材を構成する柱状体のＣ型構造の周期間隔は６．０μｍであった（表２参照）。
また、熱サイクル試験及びヤング率測定の結果を図８及び図９に示した。
【００４４】
比較例２
遮熱層の構成材料、厚さ及び製造条件を表２に示すようにした以外は、実施例１と同様にして遮熱部材を得た。得られた遮熱部材を構成する柱状体のＣ型構造の周期間隔は１．２μｍであった（表２参照）。
また、熱サイクル試験及びヤング率測定の結果を図８及び図９に示した。
【００４５】
比較例３
遮熱層の構成材料、厚さ及び製造条件を表２に示すようにした以外は、実施例１と同様にして遮熱部材を得た。得られた遮熱部材を構成する柱状体のＣ型構造の周期間隔は２．４μｍであった（表２参照）。
また、熱サイクル試験及びヤング率測定の結果を図８及び図９に示した。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
【表２】
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【００４８】
比較例１〜３は、図８の熱サイクル試験結果から明らかなように、熱サイクル寿命が６０サイクル以下であり、また、図９のヤング率測定結果から明らかなように、７０ＧＰａ以上であり、耐久性に劣る（表２参照）。
一方、実施例１〜４は、熱サイクル寿命が７０サイクル以上であり、ヤング率が６５ＧＰａ以下であり、耐久性に優れることが分かる（表１参照）。
また、同じ倍率で撮影された遮熱層の断面画像を対比すると、比較例１（図１０）においては、遮熱層がＣ型構造の周期間隔の長いセラミック柱状体からなり、隣り合うセラミック柱状体どうしが気孔のない部分において密着し、また、気孔のサイズが大きくなっている組織を有するのに対し、実施例１（図６）においては、遮熱層が、全体に渡って直線状のセラミック柱状体からなり、セラミック柱状体の外径は、表面に近づくほど大きくなった組織を有している。また、柱状体間の気孔のサイズも小さくなっており、亀裂の発生や進展がおこりにくい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の遮熱部材は、発電用、航空機用、船舶用等のガスタービン部品（燃焼器の内筒、尾筒、トランジションピース、動翼、静翼、シュラウドセグメント、分割環等）、燃焼機器部品、ジェットエンジン部品、自動車エンジン部品等の高温部材等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の遮熱部材の一例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の遮熱部材の他の例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の遮熱部材に含まれる遮熱層を構成するセラミック柱状体のＣ型構造を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の遮熱部材の製造装置（電子ビーム物理蒸着装置）の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の遮熱部材の製造方法における遮熱層形成工程の条件を示すグラフである。
【図６】実施例１において得られた遮熱部材の断面画像である。
【図７】図６において白丸で囲まれた部分の拡大画像である。
【図８】実施例及び比較例において測定した熱サイクル寿命の結果を示すグラフである。
【図９】実施例及び比較例において測定したヤング率の結果を示すグラフである。
【図１０】比較例１において得られた遮熱部材の断面画像である。
【符号の説明】
【００５１】
１及び１’；遮熱部材
１１；合金基材
１２；耐酸化層
１３；遮熱層
１３ａ；基材側遮熱層
１３ｂ；表面側遮熱層
１３１；セラミック柱状体
１３３；気孔
２；耐酸化層付き合金基材
３；遮熱層形成材料（インゴット）
３１；セラミック蒸気
５；電子ビーム物理蒸着装置
５１；支持部
５４；電子銃
５５；電子ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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