(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化炭素複合材料に施された炭化珪素を含む耐酸化コーティング膜の損傷部を補修する炭素繊維強化炭素複合材料の耐酸化コーティング膜補修方法において、
上記損傷部に局部的にリン酸アルミとアルミナを含むペースト材料を充填した後、該リン酸アルミとアルミナを含むペースト材料を乾燥させてから焼成することを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材料の耐酸化コーティング膜補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維強化炭素複合材料の耐酸化コーティング膜及びその補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維強化炭素複合材料（以下、Ｃ／Ｃ複合材料と略称する）は、軽量で耐熱性に優れていることから、例えば米国スペースシャトルのノーズコーンやリーディングエッジ等に使用されているほか、宇宙往還機エンジンの燃焼器への適用が検討されている。
【０００３】
このＣ／Ｃ複合材料は、例えば特開平１１−７０６１７号公報に開示されるように、炭素材料で酸化に弱いため、大気中での使用にあたっては、図５に模式図を示すように、Ｃ／Ｃ複合材料１の表面に耐酸化コーティング膜２を設ける必要がある。
【０００４】
ここで、耐酸化コーティング膜２は、一般には、Ｃ／Ｃ複合材料１の表面に、主として耐酸化性能に優れるＳｉＣ（炭化珪素）のコンバージョン層３を形成して、このコンバージョン層３上にＰＶＤ（物理蒸着）法やＣＶＤ（化学蒸着）法により炭化珪素の気相メッキ層４を形成し、更に、この気相メッキ層４の表面にＣ／Ｃ複合材料１と炭化珪素との熱膨張差により発生するクラックをシールするためのガラス系材料よりなるクラックシール層５を形成することにより構成している。また、１７００℃以上の温度での耐酸化性が要求される場合には、炭化珪素上にアルミナやハフニア等の酸化物のコーティングを施すことも研究されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のＣ／Ｃ複合材料よりなる部品に耐酸化コーティング膜を設けるにあたっては、当該部品をそれぞれ特有の装置に挿入して蒸着法等によるコーティング処理を施しているが、Ｃ／Ｃ複合材料自身が実際に使用されている例が少ないために、その耐酸化コーティング膜の補修方法については、ほとんど研究されていない。
【０００６】
このため、現状では、耐酸化コーティング膜を設けた部品を実機に取り付けた後に、耐酸化コーティング膜に損傷が発生した場合には、実機に取り付けた状態では、蒸着法等によるコーティング処理を実施することができないため、損傷した部品を一々実機から取り外して補修処理を施すことになる。
【０００７】
しかも、蒸着法等によるコーティング処理は、部品の表面全面にコーティングが施されることから、コーティング膜の局部的に限られた損傷を補修するのは困難であり、例え局部的な損傷であっても、全てのコーティング層を除去して再度コーティング処理を施すことになる。
【０００８】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の第１の目的は、耐酸化コーティング膜の損傷部を局部的に簡単に補修できる炭素繊維強化炭素複合材料の耐酸化コーティング膜補修方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成する請求項１における炭素繊維強化炭素複合材料の耐酸化コーティング膜補修方法の発明は、炭素繊維強化炭素複合材料に施された炭化珪素を含む耐酸化コーティング膜の損傷部を補修する炭素繊維強化炭素複合材料の耐酸化コーティング膜補修方法において、上記損傷部に局部的にリン酸アルミとアルミナを含むペースト材料を充填した後、該リン酸アルミとアルミナを含むペースト材料を乾燥させてから焼成することを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によると、損傷部にリン酸アルミとアルミナを含むペースト材料を充填した後、該リン酸アルミとアルミナを含むペースト材料を乾燥させてから焼成することによって耐酸化コーティング膜の損傷部が補修され、このようにして耐酸化コーティング膜の損傷部を補修すると、当該部品を実機に取り付けた状態で損傷部に簡易的に酸化物層を形成でき、Ｃ／Ｃ複合材料の耐酸化性を十分回復させることが可能となる。
【００１４】
ここで、リン酸アルミとアルミナを含むペースト材料を使用するのは、リン酸アルミとアルミナを含む材料は耐熱温度が高く、酸化物のなかでも酸素透過性が小さく酸素雰囲気で安定で、且つ炭化珪素との間で適度な密着層を形成すると共に、焼成前は液状で損傷部位に容易に充填でき、しかも比較的低温（５００℃以下）で焼成することにより酸化物を形成できることから、ハロゲンランプ等の加熱装置で局所的に容易に加熱処理することが可能であるからである。
【００１５】
また、リン酸アルミとアルミナを含むペースト材料を充填した後、乾燥させるのは、ペースト材料中の水分を除去するためで、水分を除去しない状態で急激に加熱すると、ペースト材料中に含まれている水分が発泡して酸化物中にボイドが形成され、このボイドから酸素が侵入して損傷部の耐酸化性能が低下するのを防止するためである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４により説明する。
【００１７】
本実施の形態では、図１に示すように、Ｃ／Ｃ複合材料１に施された耐酸化コーティング膜２に形成された損傷部１１を補修する。ここで、耐酸化コーティング膜２は、図５で説明したように、炭化珪素のコンバージョン層３及び気相メッキ層４と、気相メッキ層４上に形成されたガラス系材料よりなるクラックシール層５とを有するものとする。
【００１８】
先ず、図２に示すように、耐酸化コーティング膜２の損傷部１１に、リン酸系アルミナペースト材料１２を注射器等により注入充填する。ここで、リン酸系アルミナペースト材料１２としては、好ましくは、リン酸アルミ（ＡｌＰＯ4 ）４０〜７０％（溶媒を除いたモル比）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）３０〜６０％（溶媒を除いたモル比）の割合が良く、１：１（モル比）で混合したものが最もよい。
【００１９】
その後、図３に示すように、例えば室温で２４時間程度十分に自然乾燥させた後、ハロゲンランプ等の加熱装置でリン酸系アルミナペースト材料１２の充填部分を局所的に室温から５００℃まで段階的に加熱して、リン酸系アルミナペースト材料１２を焼成する。ここでは、１２０℃で１時間、５００℃で１時間と段階的に焼成する。
【００２０】
このようにして、図４に示すように、耐酸化コーティング膜２の損傷部１１にリン酸系アルミナ１３を形成して、補修処理を終了する。
【００２１】
以上のようにして損傷部１１をリン酸系アルミナ１３で補修した耐酸化コーティング膜２を有するＣ／Ｃ複合材料１と、損傷部のない同様の耐酸化コーティング膜を有するＣ／Ｃ複合材料とについて、１６００℃で２０分間酸化曝露する耐酸化試験を行ったところ、両者の重量減少率は、補修処理したＣ／Ｃ複合材料１で０．７％、損傷部のないＣ／Ｃ複合材料で０．２％となり、補修処理したＣ／Ｃ複合材料１の減少量が若干多い程度であった。このことから、損傷部１１をリン酸系アルミナ１３で補修した耐酸化コーティング膜２は、十分な耐酸化性能を有していることが確認できた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によるＣ／Ｃ複合材料の耐酸化コーティング膜によると、耐酸化コーティング膜の損傷部がリン酸アルミとアルミナを含む材料で補修されているので、耐熱温度が高く、酸素雰囲気で安定で、かつ炭化珪素との間で適度な密着層が形成され、Ｃ／Ｃ複合材料の耐酸化性を十分回復させることができる。
【００２３】
また、本発明によるＣ／Ｃ複合材料の耐酸化コーティング膜補修方法によると、損傷部にリン酸系アルミナペースト材料を充填して乾燥焼成するので、部品を実機に取り付けた状態で損傷部に簡易的に酸化物層を形成でき、Ｃ／Ｃ複合材料の耐酸化性を十分回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＣ／Ｃ複合材料の耐酸化コーティング膜及びその補修方法の実施の形態を説明する補修すべき損傷部を有する耐酸化コーティング膜の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の補修方法によって耐酸化コーティング膜の損傷部を補修するために、損傷部にリン酸系アルミナペースト材料を充填した状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の補修方法による乾燥焼成処理での処理時間と処理温度とを示す図である。
【図４】損傷部補修後の耐酸化コーティング膜の模式図である。
【図５】Ｃ／Ｃ複合材料の耐酸化コーティング膜の模式図である。
【符号の説明】
１    Ｃ／Ｃ複合材料（炭素繊維強化炭素複合材料）
２    耐酸化コーティング膜
３    コンバージョン層
４    気相メッキ層
５    クラックシール層
１１    損傷部
１２    リン酸系アルミナペースト材料
１３    リン酸系アルミナ
【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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