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公開番号2025015428
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2024087520
出願日2024-05-29
発明の名称耐熱材料、遮熱コーティングシステムおよび耐熱材料の製造方法
出願人一般財団法人ファインセラミックスセンター
代理人個人,個人,個人
主分類C04B 35/462 20060101AFI20250123BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】低熱伝導性に優れ、構造安定性が高く、赤外線に対して選択的な不透過性を有する耐熱材料、遮熱コーティングシステムおよび耐熱材料の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】耐熱材料は、一般式R₂TiO₅(Rは少なくとも3種類の希土類元素)で表される希土類チタン酸塩を主成分とし、少なくとも1種類の前記希土類元素の励起エネルギーを利用して、赤外線波長領域に含まれる光のうち、特定の波長の前記光のエネルギーを吸収することを特徴とする。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
一般式Ｒ
２
ＴｉＯ
５
（Ｒは少なくとも３種類の希土類元素）で表される希土類チタン酸塩を主成分とし、少なくとも１種類の前記希土類元素の励起エネルギーを利用して、赤外線波長領域に含まれる光のうち、特定の波長の前記光のエネルギーを吸収する耐熱材料。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
前記光の前記波長は、０．７μｍ以上４μｍ以下の領域に含まれる請求項１に記載の耐熱材料。
【請求項３】
前記Ｒは、少なくとも４種類の前記希土類元素である請求項１に記載の耐熱材料。
【請求項４】
前記希土類チタン酸塩の結晶系は、立方晶系である請求項１に記載の耐熱材料。
【請求項５】
前記希土類チタン酸塩には、前記Ｒを構成する複数の前記希土類元素が、各々、等モル量ずつ含まれる請求項１に記載の耐熱材料。
【請求項６】
基材と、前記基材の表側に配置された請求項１に記載の耐熱材料を有する遮熱層と、を備える遮熱コーティングシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の耐熱材料の製造方法であって、
前記赤外線波長領域に含まれる前記光のうち、吸収対象となる前記光のエネルギーに対応した励起エネルギーを有する前記希土類元素が含まれるように、前記Ｒを決定するＲ決定工程を有する製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えばガスタービンやジェットエンジンの遮熱などに用いられる耐熱材料、当該耐熱材料を備える遮熱コーティングシステム、および当該耐熱材料の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスタービンやジェットエンジンに用いられる遮熱コーティングシステムは、基材と、基材の表側に配置される遮熱層と、を備えている。一般的に、遮熱層の材料には、熱伝導率の低いＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）が採用されている。このため、燃焼ガスの対流により遮熱層の表面に伝わった熱が遮熱層を介して基材に伝わるのを、抑制することができる。
【０００３】
しかしながら、ＹＳＺは、１２００℃を超える高温下において相分離するため、高温下での構造安定性に劣る。この点、特許文献１には、高エントロピー酸化物製のトップコートを有する遮熱コーティングが開示されている。当該高エントロピー酸化物は、一般式
Ｍ
ｘ
Ｏ
ｙ
（Ｍは５種類以上の元素）で表される。同文献の遮熱コーティングのトップコートは高エントロピー酸化物製である。このため、ヒートサイクル条件下における温度変化により相転移しにくく、構造的安定性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０２０／１４２１２５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の遮熱コーティングシステムにおいては、高温熱源からの輻射伝熱が想定されていない。すなわち、ＹＳＺは、熱伝導率は低いものの、輻射熱を透過しやすい。このため、ＹＳＺ製の遮熱層を介して、高温熱源からの輻射熱により、基材が加熱されやすい。また、特許文献１には、Ｍ
ｘ
Ｏ
ｙ
以外の一般式で表される高エントロピー酸化物が開示、示唆されていない。並びに、特許文献１には、高エントロピー酸化物の輻射熱透過性つまり赤外線透過性が開示、示唆されていない。このように、従来の遮熱コーティングシステムにおいては、主に対流伝熱が想定されており、輻射伝熱は想定されていない。
【０００６】
そこで、本開示は、低熱伝導性に優れ、構造安定性が高く、輻射熱つまり赤外線に対して選択的な不透過性を有する耐熱材料、遮熱コーティングシステムおよび耐熱材料の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本開示の耐熱材料は、一般式Ｒ
２
ＴｉＯ
５
（Ｒは少なくとも３種類の希土類元素）で表される希土類チタン酸塩を主成分とし、少なくとも１種類の前記希土類元素の励起エネルギーを利用して、赤外線波長領域に含まれる光のうち、特定の波長の前記光のエネルギーを吸収することを特徴とする。
【０００８】
ここで、「主成分」とは、耐熱材料を構成する全成分の中で、最も含有率が高い成分をいう。主成分は、好ましくは、全成分中４０モル％以上含まれる。より好ましくは全成分中８０モル％以上、さらに好ましくは全成分中９８モル％以上、含まれる。
【０００９】
希土類チタン酸塩のカチオンサイトには、少なくとも３種類（３種類以上）の希土類イオンとＴｉイオンとが混在している。これら複数の希土類イオン、Ｔｉイオンが不規則に混ざり合った固溶体相によると、配置エントロピーが高くなる。このため、カチオンサイトに２種類以下（０を含む）の希土類イオンとＴｉイオンとが混在している場合と比較して、固溶体相つまり耐熱材料の構造安定性を高くすることができる。
【００１０】
また、カチオンサイトにおける希土類イオンとＴｉイオンとの混在により、希土類チタン酸塩の結晶格子は歪んでいる。このため、カチオンサイトに希土類イオンとＴｉイオンとが混在していない場合と比較して、結晶格子の歪みに起因するフォノン拡散により、熱伝導性を低くすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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