[發明專利]陶瓷的物理參數推測方法

無效

• 申請號: 200980100832.8
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN101842685A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 難波克實;鳥越泰治;岡田郁生;森一剛;水流靖彥;志田雅人;永野一郎;伊藤榮作;高橋孝二
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00;G01N17/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 高培培;車文

技術領域

本發明涉及陶瓷的物理參數推測方法、隔熱涂敷材料的物理參數推測方法、隔熱涂敷材料的剩余壽命推測方法、及高溫部件的剩余壽命推測方法、以及物理參數獲取裝置，特別是涉及形成于高溫部件上的隔熱涂敷材料的物理參數推測方法。

背景技術

發電用燃氣輪機及噴射發動機的動葉、靜葉、燃燒器等在高溫環境下使用的高溫部件，為了保護金屬制的母材不受高溫影響，而對母材表面涂敷隔熱涂敷材料(Thermal?Barrier?Coating：TBC)。隔熱涂敷材料由通過減壓等離子噴鍍等形成于母材上的金屬接合層、和通過大氣壓等離子噴鍍而形成于金屬接合層上的陶瓷層構成。陶瓷層使用氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)等稀土類穩定氧化鋯這樣的材料。

在渦輪機及噴射發動機等設備部件的運轉中，當隔熱涂敷材料的陶瓷層上發生裂紋、剝離等損傷時，高溫部件的金屬制母材溫度上升，導致設備部件破損。因此，在設備部件的運轉前或運轉中，需要把握隔熱涂敷材料的陶瓷層的耐久性及剩余壽命。為了把握隔熱涂敷材料的耐久性及壽命，只要在使用溫度及使用時間加熱高溫部件即可，但得到試驗結果前需要較長時間，因此是不現實的。因此，使用拉森-米勒參數(Larson-Miller?Parameter)從短時間的試驗結果外推求出長時間的試驗結果。

專利文獻1中公開有推測陶瓷層的溫度作為對陶瓷層的耐久性評價及剩余壽命評價有用的物理參數的方法。即，在表示使用與陶瓷層相同組成的試樣材料求出的間隙狀缺陷(層狀缺陷)的面積率和拉森-米勒參數值之間的關系的特性圖中，代入測定實機上使用了規定時間時的深度方向截面的間隙狀缺陷的面積率而得到的值，推測陶瓷層的表面溫度。

專利文獻1：(日本)特開2003-4549號公報

隔熱涂敷材料的陶瓷層在內部具有多個層狀缺陷和氣孔。在高溫環境下長時間使用高溫部件時，進行隔熱涂敷材料的燒結，使內部的層狀缺陷及氣孔減小。與層狀缺陷及氣孔的變化相對應，陶瓷層的楊氏模量及熱傳導率也發生變化。

陶瓷層的楊氏模量及熱傳導率與上述的陶瓷層的表面溫度一樣，是對陶瓷層的耐久性及剩余壽命有影響的物理參數。因此，這些物理參數也需要在設備部件的運轉前、運轉中進行管理。

目前，需要對每個渦輪機實機的運轉條件準備試驗片來測定楊氏模量及熱傳導率，試驗片制作及物理參數測定中需要巨大的成本和時間。因此，需要下述方法：在渦輪機運轉前、運轉中，通過更簡易且迅速的方法高精度地推測隔熱涂敷材料的陶瓷層的物理參數，進而推測隔熱涂敷材料的剩余壽命。

發明內容

本發明提供一種在短時間內高精度地推測形成于高溫部件的隔熱涂敷材料的陶瓷層的物理參數、特別是楊氏模量及熱傳導率的方法。

為解決上述課題，本發明提供一種陶瓷的物理參數推測方法，包括：根據陶瓷的加熱時間和加熱溫度計算拉森-米勒參數的工序；根據該計算出的拉森-米勒參數、和從與所述陶瓷相同組成的試樣材料得到的拉森-米勒參數和氣孔率的相關圖獲取與所述計算出的拉森-米勒參數相對應的所述陶瓷的氣孔率的工序；以及根據該獲取到的氣孔率、和從與所述陶瓷相同組成的試樣材料得到的氣孔率和物理參數的相關圖獲取與所述獲取到的氣孔率相對應的所述陶瓷的物理參數的工序。

本發明中，根據與作為物理參數推測對象的陶瓷相同組成的試樣材料，預先制作拉森-米勒參數和氣孔率的相關圖、及氣孔率和物理參數的相關圖。根據物理參數推測對象的陶瓷被加熱的時間和溫度計算拉森-米勒參數。根據計算出的拉森-米勒參數、和預先制作的拉森-米勒參數和氣孔率的相關圖獲取與計算出的拉森-米勒參數相對應的氣孔率。獲取到的氣孔率為陶瓷的氣孔率的推測值。然后，根據獲取到的氣孔率、和預先制作的氣孔率和物理參數的相關圖獲取與獲取到的氣孔率相對應的物理參數。獲取到的物理參數為陶瓷的物理參數的推測值。

通過由拉森-米勒參數表示陶瓷的加熱時間及加熱溫度，也可將根據短時間的試驗結果得到的相關圖適用于長時間加熱時的陶瓷的物理參數的推測。另外，通過使用氣孔率和物理參數的相關圖，獲取的物理參數的精度較高。因此，如果使用上述相關圖，則能夠在短時間內高精度地推測陶瓷的物理參數。

上述發明中，優選上述物理參數為楊氏模量。楊氏模量與陶瓷內部的氣孔及層狀缺陷有強的相關性。如果使用本發明，則能夠在短時間內高精度地推測在高溫長時間的條件下進行了加熱處理的陶瓷的楊氏模量。