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JP2019081683A - Method for producing high-temperature seal member, and high-temperature seal member - Google Patents

Method for producing high-temperature seal member, and high-temperature seal member Download PDF

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JP2019081683A
JP2019081683A JP2017211293A JP2017211293A JP2019081683A JP 2019081683 A JP2019081683 A JP 2019081683A JP 2017211293 A JP2017211293 A JP 2017211293A JP 2017211293 A JP2017211293 A JP 2017211293A JP 2019081683 A JP2019081683 A JP 2019081683A
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sealing member
ceramic
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JP2017211293A
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Japanese (ja)
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栗村 隆之
Takayuki Kurimura
隆之 栗村
能智 宮城
Yoshitomo Miyagi
能智 宮城
峰明 松本
Mineaki Matsumoto
峰明 松本
光 黒崎
Hikaru Kurosaki
光 黒崎
貴史 音羽
Takashi Otowa
貴史 音羽
豪通 小薮
Toshimichi Koyabu
豪通 小薮
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

To provide a seal member for gas seal, used for a high-temperature part, especially to provide: a method for producing a high-temperature seal member excellent in thermal insulating properties and capable of ensuring sufficient sealability, as a seal member comprising a ceramic-based composite material; and the high-temperature seal member.SOLUTION: A method for producing a high-temperature seal member 10B includes: an impregnation step of impregnating a liquid matter, which comprises an oxide ceramic powder or an oxide ceramic product, in a fiber aggregate, which is formed by entwining non-oxide inorganic fibers irregularly, to form an impregnated body; and a baking step of baking the impregnated body. Preferably, the method for producing the high-temperature seal member 10B includes: arranging the impregnated body at a position where the seal member 10B to be the product in an actual machine should be installed, in a step prior to the baking step; and then baking the impregnated body through a heat to be added to the impregnated body during the operation of the actual machine as the baking step.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ガスタービンなどの高温で運転もしくは使用される装置における、ガスシールのための高温用シール部材の製造方法、および高温用シール部材に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a high temperature seal member for gas sealing, and a high temperature seal member in an apparatus operated or used at high temperature such as a gas turbine.

ガスタービンにおいては、その効率を高めるために、ガスシールを行うためのシール部材、例えばガスケットやシールプレートが各所に使用されている。従来、一般にこの種のシール部材としては、高温に曝されるため、耐熱性を有する金属、例えば各種耐熱鋼あるいはNi基超合金などを用いるのが一般的であった。   In a gas turbine, in order to increase its efficiency, sealing members for performing gas sealing, such as gaskets and seal plates, are used at various places. Heretofore, as this type of seal member is generally exposed to high temperatures, it has been common to use a metal having heat resistance, such as various heat resistant steels or Ni-based superalloys.

一方、最近では、ガスタービンにおける高温部位の部品、例えば静翼の分割環や遮熱環に、断熱性および耐熱性に優れたセラミック基複合材料(CMC)を使用する試みがなされている。
セラミック基複合材からなる部材の製造方法としては、繊維強化材料としてのセラミック繊維からなるシートに、セラミック粉末のスラリーを含浸させ、必要に応じてプレスして成型し、加熱して焼成する方法が一般的である。またこのようなセラミック基複合材からなる部材は、その焼成後の製品の形態に仕上げた状態で、ガスタービンなどの実機の高温部位に配置して使用するのが一般的である。そして上記のような製造方法に使用するセラミック繊維からなるシートとしては、特許文献1に示されているように、セラミック繊維の長繊維を縦糸、横糸として織った織布を使用するのが通常である。
On the other hand, in recent years, attempts have been made to use ceramic matrix composites (CMCs) with excellent heat insulation and heat resistance for parts of high temperature parts in gas turbines, such as split rings and heat shield rings of stator blades.
As a method of manufacturing a member made of a ceramic matrix composite, there is a method in which a sheet made of ceramic fibers as a fiber reinforcing material is impregnated with a slurry of ceramic powder, pressed if necessary, formed, heated and fired. It is common. Moreover, it is common to arrange and use the member which consists of such a ceramic base composite material in the high temperature site | part of real machines, such as a gas turbine, in the state finished to the form of the product after the baking. And as a sheet which consists of a ceramic fiber used for the above manufacturing methods, as patent document 1 shows, it is common to use the woven fabric which woven the long fiber of the ceramic fiber as a warp and a weft. is there.

特開2002−234777号公報JP 2002-234777 A

ところで、本発明者等は、ガスタービンの高温部位におけるシール部材として、金属に換えてセラミック基複合材料を使用する試みを行っている。セラミック基複合材料は、金属と比較して熱伝導率が低く、断熱性が優れているため、高温部位におけるシール部材として使用すれば、ガスシールの機能と同時に、断熱機能も発揮することが出来ると考えられる。   By the way, the present inventors have attempted to use a ceramic matrix composite material in place of metal as a seal member at a high temperature portion of a gas turbine. Ceramic-based composite materials have lower thermal conductivity and superior thermal insulation compared to metals, so if they are used as sealing members in high-temperature areas, they can exhibit thermal insulation as well as gas sealing. it is conceivable that.

しかしながら、ガスタービンの高温部位におけるシール部材として、金属に換えてセラミック基複合材料を使用した場合、実際にはシール性の点で問題が生じることを認識した。すなわち、従来の一般的なセラミック基複合材料をシール部材に使用した場合、シール部材表面と相手材との間に空隙が生じやすく、シール性を充分に確保し得ないことが判明した。そのため、従来の一般的なセラミック基複合材料では、金属よりも格段に断熱性に優れるにもかかわらず、ガスタービンのシール部材として使用することがためらわれていた。   However, it has been recognized that when a ceramic matrix composite material is used in place of metal as a seal member at a high temperature portion of a gas turbine, a problem in terms of sealability actually occurs. That is, it has been found that when the conventional general ceramic base composite material is used for the seal member, a gap is easily generated between the surface of the seal member and the mating material, and the sealability can not be sufficiently secured. Therefore, in the conventional general ceramic base composite material, although being excellent in heat insulation much more than metal, it has been deterred to use as a sealing member of a gas turbine.

本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、高温部位に使用されるガスシールのためのシール部材、特にセラミック基複合材料からなるシール部材として、断熱性に優れると同時に、充分にシール性を確保することが可能な高温用シール部材の製造方法、および高温用シール部材を提供することを課題とする。   The present invention has been made against the background described above, and as a sealing member for gas sealing used in high temperature parts, particularly as a sealing member made of a ceramic matrix composite material, it is excellent in heat insulation and sufficiently sealing performance. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a high temperature seal member capable of securing the high temperature seal member and a high temperature seal member.

本発明者等が、上記課題を解決するため、鋭意実験・検討を重ねたところ、繊維強化のための繊維集合体として、織布ではなく、短繊維がランダムに絡み合った繊維集合体、すなわち一般に不織布あるいはフェルトと称される繊維集合体を用い、しかもその繊維として、SiC(炭化ケイ素)で代表される非酸化物系の無機繊維を用いるとともに、複合材料のマトリックスのセラミックとして酸化物系セラミックを用いることによって、前記課題を解決し得ることを見い出し、発明の一態様をなすに至った。
さらに、製造プロセスのうちの焼成工程を実施する段階を、従来の一般的な手法における焼成工程の段階とは異ならせることによって、シール性をより向上させ得ることを見い出し、本発明の別の態様をなすに至った。
In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have conducted intensive experiments and studies, and as a fiber assembly for fiber reinforcement, not a woven fabric but a fiber assembly in which short fibers are randomly intertwined, that is, generally Using non-woven fabric or fiber assembly called felt, and using non-oxide inorganic fiber represented by SiC (silicon carbide) as the fiber, and oxide ceramic as composite material matrix ceramic By using, it discovered that the said subject could be solved, and came to form one aspect of invention.
Furthermore, it has been found that sealing performance can be further improved by making the step of performing the firing step of the manufacturing process different from the step of the firing step in the conventional general method, and another aspect of the present invention. I came to

具体的には、本発明の基本的な態様(第1の態様)の高温用シール部材の製造方法は、
非酸化物系無機繊維が不規則に絡み合ってなる繊維集合体に、酸化物系セラミック粉末もしくは酸化物系セラミック生成物質を含む液状物を含浸させて、含浸体を形成する含浸工程と、前記含浸シートを焼成する焼成工程とを有することを特徴とする。
Specifically, the method for manufacturing the high temperature sealing member of the basic aspect (first aspect) of the present invention is
An impregnation step of impregnating a fiber assembly comprising non-oxide inorganic fibers randomly intertwined with an oxide-based ceramic powder or a liquid containing an oxide-based ceramic material to form an impregnated body; And a firing step of firing the sheet.

また本発明の第2の態様の高温用シール部材の製造方法は、前記第1の態様の高温用シール部材の製造方法において、前記非酸化物系無機繊維がSiC系繊維であることを特徴とする。   In the method for producing a high temperature sealing member according to the second aspect of the present invention, in the method for producing a high temperature sealing member according to the first aspect, the non-oxide inorganic fiber is a SiC-based fiber. Do.

また本発明の第3の態様の高温用シール部材の製造方法は、前記第1もしくは第2の態様の高温用シール部材の製造方法において、前記含浸工程で、前記液状物として、酸化物系セラミック粉末を分散媒に懸濁させたスラリーを用いることを特徴とする。   Further, in the method for producing a high temperature seal member according to the third aspect of the present invention, in the method for producing a high temperature seal member according to the first or second aspect, the oxide material ceramic is used as the liquid in the impregnating step. It is characterized by using a slurry in which the powder is suspended in a dispersion medium.

また本発明の第4の態様の高温用シール部材の製造方法材は、前記第1又は第2の態様の高温用シール部材の製造方法において、前記含浸工程で、前記液状物として、酸化物系セラミック前駆体溶液もしくは酸化物系セラミック生成用金属塩溶液を用いることを特徴とする。   In the method for manufacturing a high temperature sealing member according to the fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a high temperature sealing member according to the first or second aspect, an oxide-based material is used as the liquid in the impregnating step. It is characterized by using a ceramic precursor solution or a metal salt solution for producing an oxide-based ceramic.

また本発明の第5の態様の高温用シール部材の製造方法は、前記第1〜第4のいずれかの態様の高温用シール部材の製造方法において、前記含浸体を、焼成工程以前の段階で、実機におけるシール部材を装着すべき箇所に配置し、前記焼成工程として、実機の運転時に前記含浸体に加えられる熱によって含浸体を焼成することを特徴とする。   In the method for manufacturing a high temperature sealing member according to the fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a high temperature sealing member according to any one of the first to fourth aspects, the impregnated body is A seal member in an actual machine is disposed at a place to be mounted, and the impregnated body is sintered by the heat applied to the impregnated body during the operation of the actual machine as the firing step.

また本発明の第6の態様の高温用シール部材の製造方法は、第1〜第4のいずれかの態様の高温用シール部材の製造方法において、製品の高温用シール部材として実機に装着する以前の段階で、前記焼成工程を実施することを特徴とする。   In the method for manufacturing a high temperature seal member according to the sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a high temperature seal member according to any one of the first to fourth aspects, the method is used prior to mounting on a real machine as a high temperature seal member for products. The above-mentioned firing step is carried out at the stage of

また本発明の第7の態様の高温用シール部材の製造方法は、第1〜第6のいずれかの態様の高温用シール部材の製造方法において、前記高温用シール部材がガスタービンに使用される部材であることを特徴とする。   In the method for manufacturing a high temperature seal member according to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a high temperature seal member according to any one of the first to sixth aspects, the high temperature seal member is used for a gas turbine It is characterized by being a member.

また本発明の第8の態様の高温用シール部材は、不規則に絡み合った非酸化物系無機繊維からなる繊維集合体における、繊維間の空隙部分に酸化物系セラミックが充填されて、前記繊維とセラミックとが焼結結合されていることを特徴とする。   Further, in the high temperature sealing member according to the eighth aspect of the present invention, in the fiber aggregate consisting of irregularly intertwined non-oxide inorganic fibers, the void portion between the fibers is filled with oxide ceramic, And the ceramic are sinter-bonded.

本発明の一態様の高温用シール部材の製造方法によれば、高温部位に使用されるガスシールのための、セラミック基複合材料からなるシール部材として、断熱性に優れると同時に、充分にシール性を確保することが可能な高温用シール部材を得ることが出来る。   According to the method for producing a high temperature sealing member of one aspect of the present invention, as a sealing member made of a ceramic matrix composite material for gas sealing used for high temperature parts, it has excellent heat insulation and sufficient sealing performance. It is possible to obtain a high temperature sealing member capable of securing the

本発明の第一実施形態の製造方法によって製造する高温用シール部材の一例として、ガスケットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows a gasket as an example of the sealing member for high temperatures manufactured by the manufacturing method of 1st embodiment of this invention. 図1のガスケットの使用態様を示す略解的な縦断面図である。It is a general | schematic longitudinal cross-sectional view which shows the use aspect of the gasket of FIG. 本発明の第一実施形態の高温用シール部材の製造方法の全体的なプロセスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole process of the manufacturing method of the high temperature sealing member of 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の製造方法によって製造する高温用シール部材の一例としてのシールプレートの使用態様を示す略解的な縦断面図である。It is a general | schematic longitudinal cross-sectional view which shows the use aspect of the seal plate as an example of the sealing member for high temperatures manufactured by the manufacturing method of 2nd embodiment of this invention.

<第一実施形態>
先ず第一実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
本発明の製造方法によって製造する高温用シール部材は、ガスタービンなどの高温部位にガスシールのために配設されるシール部材であり、例えばガスケットや、ガスタービンの静翼側の分割環と遮熱環との間に配設されるシールプレート等が対象となるが、第一実施形態では、例えば図1に示すように、中空環状のガスケット10Aを製造することとしている。このようなガスケット10Aは、例えば図2に示すように、全体としては所定の厚みを有する平板状で、且つ厚み方向に沿って中央部に中空部分10Aaを形成した形状、すなわち中空環状をなすものである。
このようなガスケット10Aの使用の一態様としては、例えば図2に示しているように、高温で運転されるガスタービンなどにおいて、流体が流通する配管継手部分20を構成する第1管状部材21と第2管状部材22との間のガスシールのためのシール部材としてガスケット10Aを挟み込んで使用される。
First Embodiment
First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
The high temperature sealing member manufactured by the manufacturing method of the present invention is a sealing member disposed for gas sealing at a high temperature portion of a gas turbine or the like, and, for example, a gasket, a split ring on the stationary blade side of the gas turbine, and a heat shield Although a seal plate or the like disposed between the ring and the ring is a target, in the first embodiment, for example, as shown in FIG. 1, a hollow annular gasket 10A is manufactured. Such a gasket 10A is, for example, as shown in FIG. 2, generally in the form of a flat plate having a predetermined thickness and having a hollow portion 10Aa at the central portion along the thickness direction, that is, a hollow annular shape. It is.
As one mode of use of such a gasket 10A, for example, as shown in FIG. 2, in a gas turbine or the like operated at a high temperature, a first tubular member 21 constituting a piping joint portion 20 through which fluid flows The gasket 10A is used as a seal member for a gas seal with the second tubular member 22.

第一実施形態における製造プロセスの全体を図3に示す。なお図3には、必ずしも必須ではない工程をも含んだプロセスを示している。
第一実施形態では、準備段階Aとして、酸化物系セラミック粉末1と、非酸化物系無機繊維からなる繊維シート(繊維集合体)2Aとを用意する。
なお、第一実施形態では、後の含浸工程において繊維集合体に含浸させる液状物として、酸化物系セラミック粉末のスラリーを用いることとしており、そこで、セラミック基複合材のマトリックスの出発物質として、セラミック粉末を用いることとしている。しかしながら、本発明の製造方法においては、含浸工程において繊維集合体に含浸させる液状物は、酸化物系セラミックもしくは酸化物系セラミック生成物質を含む液状物であればよい。したがってセラミック基複合材のマトリックスの出発物質としては、酸化物系セラミックの粉末に限らず、加熱による熱分解もしくは反応によって酸化物系セラミックを生成する物質(セラミック生成物質)、例えば酸化物系セラミック前駆体溶液もしくは酸化物系セラミック生成用金属塩溶液であってもよい。これらの点については、後に改めて説明する。
The whole of the manufacturing process in the first embodiment is shown in FIG. FIG. 3 shows a process including steps that are not necessarily essential.
In the first embodiment, as the preparation step A, the oxide-based ceramic powder 1 and the fiber sheet (fiber assembly) 2A made of non-oxide-based inorganic fibers are prepared.
In the first embodiment, a slurry of an oxide-based ceramic powder is used as a liquid to be impregnated into the fiber assembly in the subsequent impregnation step, and there, ceramic is used as a starting material of the matrix of the ceramic matrix composite. We use powder. However, in the production method of the present invention, the liquid to be impregnated into the fiber assembly in the impregnation step may be a liquid containing an oxide-based ceramic or an oxide-based ceramic material. Therefore, the starting material of the matrix of the ceramic matrix composite is not limited to the powder of the oxide ceramic, and a substance (ceramic material) that produces the oxide ceramic by thermal decomposition or reaction by heating, for example, oxide ceramic precursor It may be a body solution or a metal salt solution for producing an oxide-based ceramic. These points will be explained again later.

酸化物系セラミック粉末としては、例えばアルミナ(Al)の粉末、あるいはムライト(3Al・2SiO)の粉末を使用することができ、また希土類シリケート粉末や、安定化ジルコニア(ZrO)などを使用してもよく、さらにはこれらの2種以上の混合粉末でもよい。なお酸化物系セラミック粉末の粒径は、平均で0.1〜10μm程度が好ましい。これらのうち、安定化ジルコニア(ZrO)は、アルミナ等と比較して高価ではあるが、耐熱性が特に優れており、そのためガスケットの耐熱性を、1700℃程度まで高めたい場合には、安定化ジルコニア(ZrO)を用いることが望ましい。 As the oxide-based ceramic powder, for example, powder of alumina (Al 2 O 3 ) or powder of mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) can be used, and rare earth silicate powder or stabilized zirconia (ZrO) 2 ) or the like may be used, and further, two or more of these mixed powders may be used. The average particle size of the oxide-based ceramic powder is preferably about 0.1 to 10 μm. Among these, stabilized zirconia (ZrO 2 ) is more expensive than alumina etc., but it is particularly excellent in heat resistance, so it is stable when it is desired to increase the heat resistance of the gasket to about 1700 ° C. It is desirable to use fluorinated zirconia (ZrO 2 ).

このようなセラミック粉末1を、図3においてスラリー調製工程Bとして示しているように、スラリー調製容器4において分散媒としての水に懸濁させ、スラリー5とする。ここで、スラリーの濃度(スラリー全体の体積に占めるセラミック粉末全体の体積)は、20〜70vol%であることが好ましい。なおスラリーの分散媒としては水に限らず、アセトン、ベンゼン、ヘキサン、アセトン等の有機溶媒も使用出来る。また、セラミック粉末を分散させる分散媒として、セラミック前駆体ポリマーや金属塩など、加熱によってセラミックを生成する物質を溶解させた溶液を用いることも出来る。
また、スラリーとしては、水などの分散媒に、セラミック粉末の分散を促進させるためのポリカルボン酸アンモニウムなどの分散剤や、後の乾燥工程後の段階でセラミック粉末粒子が脱落しないようにポリビニルアルコール(PVA)などのバインダ樹脂を添加してもよい。
Such ceramic powder 1 is suspended in water as a dispersion medium in the slurry preparation container 4 as slurry 5 in FIG. Here, the concentration of the slurry (the volume of the entire ceramic powder relative to the volume of the entire slurry) is preferably 20 to 70 vol%. The dispersion medium of the slurry is not limited to water, and organic solvents such as acetone, benzene, hexane and acetone can also be used. Further, as a dispersion medium for dispersing the ceramic powder, it is also possible to use a solution in which a substance that produces a ceramic by heating, such as a ceramic precursor polymer or a metal salt, is dissolved.
In addition, as a slurry, a dispersion medium such as water, a dispersing agent such as ammonium polycarboxylate for promoting dispersion of ceramic powder, and polyvinyl alcohol so that ceramic powder particles do not fall off at a stage after the later drying step A binder resin such as (PVA) may be added.

一方、非酸化物系無機繊維からなるシート2Aとしては、非酸化物系無機繊維の短繊維がランダムに(すなわち各短繊維の方向性がランダムとなるように)絡み合った繊維集合体を用いる。このような繊維集合体は、不織布あるいはフェルトと称されるものである。非酸化物系無機繊維としては炭化物系無機繊維が代表的であり、そのうちでも耐熱性が優れている点からSiC(炭化ケイ素)が好適である。
シート2Aの繊維集合体を構成する短繊維の繊維長は特に限定しないが、通常は1〜50mm程度とすることが好ましい。またシート2の繊維集合体を構成する短繊維の径も特に限定しないが、通常は1〜10μm程度とすることが好ましい。
On the other hand, as the sheet 2A made of non-oxide inorganic fiber, a fiber aggregate in which short fibers of non-oxide inorganic fiber are randomly intertwined (that is, the directionality of each short fiber is random) is used. Such a fiber assembly is called non-woven fabric or felt. A carbide-based inorganic fiber is typical as the non-oxide-based inorganic fiber, and among them, SiC (silicon carbide) is preferable because of its excellent heat resistance.
The fiber length of the short fibers constituting the fiber assembly of the sheet 2A is not particularly limited, but in general, it is preferably about 1 to 50 mm. Further, the diameter of the short fibers constituting the fiber assembly of the sheet 2 is not particularly limited, but in general, it is preferably about 1 to 10 μm.

このようなシート2A(繊維集合体)には最終的な製品形状に対応した形状となるように、形状付与工程Cを施す。第一実施形態では、中空環状のガスケットを製造することとしているから、第一実施形態ではシート2Aを中空環状に加工し、ガスケット形状のシート2Bとする。この加工手段は特に限定しないが、シート2Aをパンチングによって抜く手法、あるいは裁断する手法等を適用すればよい。
なお場合によっては、形状付与工程Cを、後述する含浸工程Dと兼ねた工程とすることもでき、その点の詳細は、含浸工程Dについての説明において詳述する。
A shaping process C is applied to such a sheet 2A (fiber assembly) so as to have a shape corresponding to the final product shape. In the first embodiment, since a hollow annular gasket is manufactured, in the first embodiment, the sheet 2A is processed into a hollow annular shape to form a gasket-shaped sheet 2B. Although the processing means is not particularly limited, a method of punching out the sheet 2A or a method of cutting may be applied.
Depending on the case, the shaping step C may be combined with the impregnation step D described later, and the details of the point will be described in detail in the description of the impregnation step D.

形状付与工程Cによって例えば中空環状に加工されたシート2Bは、次いで含浸工程Dに付される。すなわち、形状付与されたシート2Bを、浸漬浴6においてスラリー5中に浸漬させ、スラリーを含浸させる。これによってシート2Bの繊維間の空隙に、スラリー中のセラミック粉末粒子が侵入することになる。
このようにスラリーが含浸されたシート2Cは、次いで乾燥工程Eに付される。なお、より充分にスラリーを含浸させるためには、2回以上含浸工程と乾燥工程を繰り返してもよい。
The sheet 2B processed into, for example, a hollow annular shape by the shaping step C is then subjected to the impregnation step D. That is, the shaped sheet 2B is immersed in the slurry 5 in the immersion bath 6 to impregnate the slurry. As a result, the ceramic powder particles in the slurry will intrude into the spaces between the fibers of the sheet 2B.
The sheet 2C thus impregnated with the slurry is then subjected to the drying step E. In order to more fully impregnate the slurry, the impregnation step and the drying step may be repeated twice or more.

ここで、含浸工程前の形状付与工程を省略して、含浸工程を形状付与工程と兼ねて実施することもできる。例えば、短繊維が不規則に絡み合ってなる繊維シート2Aを細かく裁断し、その裁断された多数の繊維片を、ガスケット形状を有する金型などの型内に均一な厚みとなるように敷き詰め、スラリーを金型に注入して敷き詰めた繊維にスラリーを含浸させ、ガスケット形状を有する含浸シート2Cを得てもよい。   Here, the shaping step prior to the impregnation step may be omitted, and the impregnation step may be performed concurrently with the shaping step. For example, a fiber sheet 2A in which short fibers are irregularly entangled is finely cut, and the many cut fiber pieces are spread in a mold having a gasket shape so as to have a uniform thickness, and slurry May be injected into a mold to impregnate the spread fibers with a slurry to obtain an impregnated sheet 2C having a gasket shape.

乾燥工程Eは、例えば乾燥用の加熱室7に含浸シート2Cを挿入し、80〜150℃程度に加熱して、スラリー中の水分を蒸発させればよい。このようにして乾燥されたシート2Dは、次いで焼成工程Fに付される。   In the drying step E, for example, the impregnated sheet 2C may be inserted into the heating chamber 7 for drying and heated to about 80 to 150 ° C. to evaporate the water in the slurry. The sheet 2D thus dried is then subjected to the firing step F.

焼成工程Fは、第一実施形態では、乾燥されたガスケット形状のシート2Dを、高温で運転される実機の装置8、例えばガスタービンにおけるガスケットとして使用すべき箇所に組み込み、その状態で実機の運転を行い、運転中にそのガスケット形状シート2Dに加えられる熱によってシート2Dを焼成する。例えば実機のガスタービンにおける、高温流体が流通する配管継手部分20(図2参照)の第1環状部材21と第2環状部材22との間のガスシールのためのシール部材としてガスケット形状シート2Dを挟み込み、その状態で実機を組み立てて、ガスタービンの実機運転を行う。この実機運転時には、ガスケット形状シート2Dは900〜1400℃程度の高温に曝され、これにより酸化物系セラミック粉末粒子(例えばアルミナ粒子)の相互間での焼結結合が進行するとともに、非酸化物系無機繊維(例えばSiC繊維)と酸化物系セラミック粉末粒子との間の焼結結合が進行する。したがってガスケット形状シート2Dは、焼成されたセラミック基複合材料(酸化物系セラミックをマトリックスとし、非酸化物系無機繊維によって繊維強化された複合材料)からなるガスケット10Aとなる。   In the first embodiment, the firing step F incorporates the dried gasket-shaped sheet 2D into a device 8 to be operated at a high temperature, for example, a place to be used as a gasket in a gas turbine. And heat the sheet 2D by the heat applied to the gasket shaped sheet 2D during operation. For example, as a seal member for gas seal between the first annular member 21 and the second annular member 22 of the piping joint portion 20 (see FIG. 2) through which high temperature fluid flows in a gas turbine of a real machine The actual machine is assembled in this state, and the gas turbine is operated. At the time of actual operation, the gasket-shaped sheet 2D is exposed to a high temperature of about 900 to 1400 ° C., whereby the sinter bonding of the oxide-based ceramic powder particles (for example, alumina particles) progresses and the non-oxide Sinter bonding progresses between the base inorganic fibers (for example, SiC fibers) and the oxide ceramic powder particles. Therefore, the gasket-shaped sheet 2D becomes a gasket 10A made of a fired ceramic matrix composite material (a composite material in which an oxide ceramic is used as a matrix and fiber reinforced by non-oxide inorganic fibers).

なおここで、確実に焼成を進行させ、しかも複合材料の溶融開始等の問題を招かない適切な焼成温度は、構成材料によっても若干異なるが、一般に900〜1400℃程度である。そこで、第一実施形態でも、実機運転時にこのような温度に曝される箇所にガスケット形状シート2Dを配置することが望ましいが、大型の産業用ガスタービンではこのような温度域に曝されるのが一般的であり、したがって、特に構成材料の溶融等の問題を招くことなく、充分に焼成を進行させることが出来る。また焼成のための実機運転時間は、要は充分に進行が完了する時間以上とすればよく、一般には1時間以上で充分である。   Here, although the appropriate firing temperature for reliably advancing the firing and causing no problems such as the start of melting of the composite material is generally 900 to 1,400 ° C. although it slightly varies depending on the constituent materials. Therefore, even in the first embodiment, it is desirable to dispose the gasket-shaped sheet 2D at a location exposed to such a temperature during actual operation, but in a large industrial gas turbine, it is exposed to such a temperature range In general, the firing can be sufficiently advanced without causing problems such as melting of the constituent materials. In addition, the actual machine operation time for firing may be at least as long as the progress is completely completed, and generally one hour or more is sufficient.

第一実施形態の方法によって実機の高温部位に組み込まれた状態で製造されたガスケット(シール部材)は、不規則に絡み合った非酸化物系無機繊維からなる繊維集合体における、繊維間の空隙部分に酸化物系セラミックスが充填されて、前記繊維とセラミックとが焼結結合されているものである。   A gasket (seal member) manufactured in a state of being incorporated into a high temperature part of an actual machine by the method of the first embodiment is a void portion between fibers in a fiber aggregate consisting of irregularly intertwined non-oxide inorganic fibers And the ceramic and the fiber are sinter-bonded.

<第二実施形態>
第二実施形態は、製造対象のシール部材として、大型の産業用ガスタービンの静翼側において、例えば図4に示すように、遮熱環31と分割環32との間に介挿されるシールプレート10Bを製造する例である。
従来この種のガスタービンにおける遮熱環や分割環としては、耐熱鋼やNi基超合金等の金属を用いており、また、遮熱環と分割環との間をガスシールするためのシールプレートとしても同様な金属を用いるのが一般的であった。しかるに最近では、遮熱環と分割環の一方又は双方として、金属よりも耐熱性、断熱性に優れたセラミック基複合材(CMC)を使用しようとする試みがなされている。またその場合、遮熱環と分割環との間のシールプレートとしても、耐熱性、断熱性に優れたセラミック基複合材を使用することが望まれる。しかしながら従来の一般的な手法を適用して製造されたセラミック基複合材では、シール性を確保することが困難であった。そこで第二実施形態では、この種のセラミック基複合材からなるシールプレートを製造するにあたって本発明の製造方法を適用することとしている。
Second Embodiment
In the second embodiment, as a seal member to be manufactured, a seal plate 10B interposed between the heat shield ring 31 and the split ring 32 as shown in FIG. 4 on the stationary blade side of a large industrial gas turbine, for example. An example of manufacturing
Conventionally, metal such as heat resistant steel or Ni base super alloy is used as a heat shield ring or split ring in this kind of gas turbine, and a seal plate for gas sealing between the heat shield ring and the split ring It was common to use the same metal as. However, in recent years, attempts have been made to use ceramic matrix composites (CMCs) that are superior in heat resistance and heat insulation to metals as one or both of the heat shield ring and the split ring. In that case, it is also desirable to use a ceramic matrix composite excellent in heat resistance and heat insulation as a seal plate between the heat shield ring and the split ring. However, in the ceramic matrix composite manufactured by applying the conventional general method, it is difficult to secure the sealability. Therefore, in the second embodiment, the manufacturing method of the present invention is applied when manufacturing a seal plate made of this kind of ceramic matrix composite material.

第二実施形態の製造法におけるプロセスは、最終的なシール部材の形状がガスケット形状ではなく、ガスタービンにおける遮熱環と分割環との間にシールプレートとして配置される形状とする点が、第一実施形態のプロセスとことなるだけであり、その他のプロセスは、図3に示したプロセスと同様であればよい。そして、最終的に焼成する前に、実機のガスタービンに組みこんで、その状態でガスタービンを運転させ、その運転時の熱によって焼成する点も、第一実施形態と同様である。   The process in the manufacturing method of the second embodiment is that the final shape of the seal member is not a gasket shape, but a shape that is disposed as a seal plate between the heat shield ring and the split ring in the gas turbine. The process is different from the process of one embodiment, and the other processes may be similar to the process shown in FIG. Then, before finally firing, the gas turbine is incorporated in a gas turbine of a real machine, and the gas turbine is operated in that state, and firing is performed by heat at the time of operation as in the first embodiment.

<第一実施形態、第二実施形態の作用・効果>
上記の各実施形態の製造方法にしたがって製造されたシール部材(ガスケットもしくはシールプレート)は、従来の一般的な方法によって製造されたシール部材と比較して、優れたシール性を発揮することが出来る。その理由を、従来の方法によるシール部材と比較しながら次に説明する。
<Operation / Effect of First Embodiment, Second Embodiment>
The seal member (gasket or seal plate) manufactured according to the manufacturing method of each of the above embodiments can exhibit excellent sealing performance as compared with a seal member manufactured by a conventional general method. . The reason will be described below in comparison with the seal member according to the conventional method.

ガスタービン等におけるシール部材は、本来、ガスの流通を阻止する(シールする)ためのものであり、シール性を確保するためには、シール部材の表面と、シール部材が接する相手材との間が確実に密着していることが強く望まれる。   A sealing member in a gas turbine or the like is originally for preventing (sealing) the flow of gas, and in order to ensure sealing performance, between the surface of the sealing member and a mating material with which the sealing member is in contact. It is strongly desirable that the

ところが、従来の一般的なセラミック基複合材料からなるシール部材においては、複合材料の繊維強化材として織布を用いていて、織布が縦糸、横糸によって織られているため、変形させようとする際の抵抗が大きく、また面内異方性が大きいため、変形の自由度が低い。そのため、複雑形状を有する部位、すなわち相手材の表面が単純な平面ではない部位に、従来のセラミック基複合材料からなるシール部材を配置しようとした場合、変形抵抗が大きく且つ変形の自由度が低いため、シール部材を相手材の表面形状に確実に沿わせることが困難であり、シール性を充分に確保することが出来ない。特に第二実施形態で製造対象としているガスタービンのシールプレートは、相手材である遮熱環、分割環におけるシールプレートに接する面が平坦ではないことが多く、その場合には、上記のように遮熱環や分割環との間に隙間が発生してしまうことが懸念される。   However, in a seal member made of a conventional general ceramic matrix composite material, a woven fabric is used as a fiber reinforcing material of the composite material, and since the woven fabric is woven by warp yarns and weft yarns, deformation is attempted. In this case, the degree of freedom of deformation is low because of the large resistance and large in-plane anisotropy. Therefore, when trying to arrange a seal member made of a conventional ceramic matrix composite material in a portion having a complicated shape, ie, a portion where the surface of the mating material is not a simple plane, the deformation resistance is large and the freedom of deformation is low. Therefore, it is difficult to ensure that the seal member conforms to the surface shape of the mating material, and the sealability can not be sufficiently secured. In particular, in the seal plate of the gas turbine to be manufactured in the second embodiment, the surface in contact with the seal plate in the heat shield ring and the split ring, which are counterparts, is often not flat in that case. There is a concern that a gap may be generated between the heat shield ring and the split ring.

また従来のシール部材に使用されているセラミック基複合材料は、その表面に繊維間の空孔が露呈して微細な凹凸が存在しているのが通常である。そのため、相手材との間に、シール部材表面の凹部の箇所で相手材との間に空隙が生じて、シール性を充分に向上させ得ない。   Further, in the ceramic matrix composite material used in the conventional sealing member, it is usual that pores between the fibers are exposed on the surface thereof and fine irregularities are present. Therefore, a space is formed between the mating material and the mating material at the location of the recess on the surface of the seal member, and the sealing performance can not be sufficiently improved.

これに対して第一実施形態、第二実施形態のシール部材では、複合材料中の繊維強化材としての繊維が、縦糸、横糸として整列されておらず、不規則に絡み合っているため、変形抵抗が小さいと同時に、面内異方性がなく、どの方向へも容易に変形(湾曲、折り曲げ等)させることが出来る。そのため複雑形状を有する部分にも、相手材の表面形状に確実に沿わせて、相手材表面に確実に密着させ、シール性を確保することが出来る。特に第二実施形態で対象としているような、ガスタービンの遮熱環と分割環との間のシールプレートとして、そのシールプレートにおける遮熱環や分割環に接する面が複雑な形状である場合に、上記の作用効果を有効に発揮させることが出来る。   On the other hand, in the seal member of the first embodiment and the second embodiment, the fibers as the fiber reinforcement in the composite material are not aligned as warps and wefts, but are entangled randomly, so deformation resistance There is no in-plane anisotropy at the same time, it can be easily deformed (curved, bent, etc.) in any direction. Therefore, even in a portion having a complicated shape, it can be made to closely adhere to the surface of the mating material with certainty along the surface shape of the mating material, and the sealing performance can be secured. In particular, as a seal plate between the heat shield ring of the gas turbine and the split ring, which is the object in the second embodiment, when the surface in contact with the heat shield ring and the split ring in the seal plate has a complicated shape. , The above-mentioned effect can be exhibited effectively.

また第一実施形態、第二実施形態では、未焼成の状態(含浸シートを乾燥させただけの状態)のまま、シール部材を実機の高温部位に組み込み、実機運転時の熱によって焼成することとしている。未焼成の段階では、焼成後の状態と比較して格段に硬さや剛性が低いため、実機組み込み時には相手材の表面形状に沿って容易に変形させて、相手材と充分に密着させることが出来、これもシール性を向上させ得る要因となっている。この点に関しても、特に第二実施形態で対象としているような、ガスタービンの遮熱環と分割環との間のシールプレートとして、そのシールプレートにおける遮熱環や分割環に接する面が複雑な形状である場合に、上記の作用効果を有効に発揮させることが出来る。   In the first embodiment and the second embodiment, the seal member is incorporated in the high temperature region of the actual machine in the unbaked state (the state where only the impregnated sheet is dried), and firing is performed by heat during actual machine operation. There is. At the unbaked stage, hardness and rigidity are much lower than in the fired state, so that it can be easily deformed along the surface shape of the mating material when in an actual machine and sufficiently adhered to the mating material. This is also a factor that can improve the sealability. Also in this respect, the seal plate between the heat shield ring and the split ring of the gas turbine, which is particularly targeted in the second embodiment, has a complicated surface in contact with the heat shield ring and the split ring in the seal plate. In the case of the shape, the above-described effects can be exhibited effectively.

さらに、第一実施形態、第二実施形態では、セラミック粉末のスラリーを繊維シートに含浸させているため、繊維の表面の空孔にもセラミック粉末粒子が充填され、そのため表面の凹凸も少ないから、相手材との間に上記の空孔に由来する空隙が生じるおそれが少なく、このこともシール性を向上させ得る要因となっている。   Furthermore, in the first embodiment and the second embodiment, since the fiber sheet is impregnated with the slurry of the ceramic powder, the pores of the surface of the fiber are also filled with the ceramic powder particles, and as a result, the surface is less uneven. There is little possibility that the void derived from the above-mentioned void is generated between the other material, and this is also a factor which can improve the sealability.

またシール部材が接する相手材は、金属であってもセラミック基複合材であってもよいが、特に相手材がセラミック基複合材である場合には、焼成前の段階でシール部材を実機に組み込んで、実機運転時の熱によって焼成するという、第一実施形態、第二実施形態の方法を適用することによって、相手材との密着性をより一層高めることが出来る。すなわち焼成時には、シール部材のマトリックス構成材料(酸化物系セラミック粉末粒子)が焼結されると同時に、そのマトリックス構成材料が、相手材のセラミック基複合材料にも焼結結合され、これによって、相手材との密着性がより一層高まる。したがって特に第二実施形態として対象としているように、ガスタービンの遮熱環と分割環のいずれか一方もしくは双方にセラミック基複合材料を用いる場合に、その効果が有効に発揮される。   The mating material with which the sealing member is in contact may be metal or ceramic matrix composite material, but in the case where the mating material is a ceramic matrix composite, the sealing material may be incorporated into the actual machine before firing. By applying the method of the first embodiment or the second embodiment of firing by heat during operation of the actual machine, the adhesion to the partner material can be further enhanced. That is, at the same time as firing, the matrix-constituting material (oxide-based ceramic powder particles) of the seal member is sintered, and at the same time the matrix-constituting material is sinter-bonded also to the ceramic matrix composite material of the mating material. Adhesion to the material is further enhanced. Therefore, as in the case of the second embodiment, when the ceramic base composite material is used for either or both of the thermal barrier ring and the split ring of the gas turbine, the effect is exhibited effectively.

そして、これらの作用、効果が相俟って、第一実施形態、第二実施形態のシール部材は、シール性を充分に確保することが出来るのである。したがって、断熱性が優れているというセラミック基複合材料の特性を生かしつつ、シール部材として必要なシール性を充分に確保することができるから、実際にそのような断熱性とシール性を両立させたシール部材として高温ガスタービンなどの高温部位に使用することが可能となったのである。   And the sealing member of 1st embodiment and 2nd embodiment can fully ensure sealing performance combining these effect | actions and effects. Therefore, it is possible to sufficiently secure the sealability necessary for the seal member while making use of the characteristics of the ceramic matrix composite material that the heat insulation is excellent, so that both the heat insulation and the sealability were actually achieved. It has become possible to use it as a seal member for high temperature parts such as high temperature gas turbines.

なお断熱性に関しては、第一実施形態、第二実施形態ではシール部材の構成材料がセラミック基複合材料であって、金属製のシール部材と比較して熱伝導率が格段に低く、そのためガスタービン等の高温部位に使用されるシール部材として、十分な断熱性を発揮することが出来る。   With regard to heat insulation, in the first embodiment and the second embodiment, the constituent material of the seal member is a ceramic base composite material, and its thermal conductivity is much lower than that of a metal seal member, and hence a gas turbine Sufficient heat insulation can be exhibited as a seal member used for high temperature parts, such as.

また第一実施形態、第二実施形態のシール部材では、繊維強化材としてSiC等の非酸化物系無機繊維を使用することとしており、この種の非酸化物系無機繊維は、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックと比較して耐熱性に優れており、そのため、1300〜1400℃程度の高温に達する産業用ガスタービン等に組み込むシール部材として、充分に耐熱性を確保することが出来る。   Further, in the seal member of the first embodiment and the second embodiment, non-oxide inorganic fibers such as SiC are used as a fiber reinforcing material, and non-oxide inorganic fibers of this type are alumina, mullite, etc. It is excellent in heat resistance compared with the oxide-based ceramic of 1. Therefore, the heat resistance can be sufficiently secured as a seal member incorporated in an industrial gas turbine or the like reaching a high temperature of about 1300 to 1400 ° C.

さらに第二実施形態で対象としているガスタービンにおける遮熱環と分割環との間のシールプレートにおいて、遮熱環と分割環とのいずれか一方又は双方がセラミック基複合材料によって作られている場合、シールプレートが金属製であれば、シールプレート金属の熱膨張係数が、相手材である遮熱環もしくは分割環のセラミック基複合材料よりも大きいため、運転時の高温による熱膨張差に起因して遮熱環もしくは分割環のセラミック基複合材料が損傷され、シール性が低下してしまうおそれがある。しかしながら、シールプレートもセラミック基複合材料によって形成することにより、上記の熱膨張差を少なくし、熱膨張時の遮熱環もしくは分割環の損傷に起因するシール性の低下を未然に防止することが出来る。   Furthermore, in the seal plate between the heat shield ring and the split ring in the gas turbine targeted in the second embodiment, one or both of the heat shield ring and the split ring is made of a ceramic base composite material If the seal plate is made of metal, the thermal expansion coefficient of the seal plate metal is larger than that of the ceramic base composite material of the thermal barrier ring or the split ring as the counterpart material, so the thermal expansion difference due to the high temperature during operation causes As a result, the ceramic base composite material of the thermal barrier ring or the split ring may be damaged and the sealing performance may be deteriorated. However, by forming the seal plate also with the ceramic matrix composite material, it is possible to reduce the above-mentioned difference in thermal expansion and to prevent in advance the deterioration of the sealability due to the damage of the thermal barrier ring or the split ring at the time of thermal expansion. It can.

またシールプレートが金属製であって遮熱環と分割環とのいずれか一方又は双方がセラミック基複合材である場合、接触面での表面硬さが異なるため、運転時の振動によって表面の摩耗が進行し、シール性が低下してしまうことが懸念される。しかしながら第二実施形態として示したように、シールプレートもセラミック基複合材料によって形成することにより、このような摩耗の進行に起因するシール性の低下を防止することが出来る。   When the seal plate is made of metal and either or both of the heat shield ring and the split ring is a ceramic matrix composite, the surface hardness at the contact surface is different, so the surface wears out due to vibration during operation. Progress, and there is concern that the sealing performance may be reduced. However, as shown in the second embodiment, the seal plate is also formed of the ceramic matrix composite material, so that it is possible to prevent the deterioration of the sealability due to the progress of the wear.

<その他の実施形態>
なお上記の説明では、複合材料のマトリックスを構成する酸化物系セラミックについて、その出発物としてセラミックの粉末を使用し、そのセラミック粉末を含むスラリーを調製して、非酸化物系無機繊維のランダムに絡み合った繊維シートにスラリーを含浸させることとしている。しかしながら、繊維シートに含浸させる液状物は、基本的には、酸化物系セラミック粉末もしくは酸化物系セラミック生成物質を含むものであればよいから、スラリーに限られるものではない。
例えば前述の液状物は、加熱による熱分解もしくは反応によって酸化物系セラミックを生成する物質(セラミック生成物質)として酸化物系セラミック前駆体や、酸化物系セラミック生成用金属塩を含む溶液であってもよい。酸化物系セラミック前駆体としては、例えば、アルミニウムアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、また金属塩としては、塩化アルミニウム、塩化ジルコニウム等が挙げられる。
<Other Embodiments>
In the above description, ceramic powder is used as a starting material for an oxide-based ceramic constituting a matrix of a composite material, a slurry containing the ceramic powder is prepared, and non-oxide based inorganic fibers are randomly selected. The entangled fiber sheet is to be impregnated with the slurry. However, the liquid material to be impregnated into the fiber sheet is basically not limited to the slurry since it may be any one containing an oxide-based ceramic powder or an oxide-based ceramic material.
For example, the above-mentioned liquid is a solution containing an oxide-based ceramic precursor or a metal salt for forming an oxide-based ceramic as a substance (ceramic material) that produces an oxide-based ceramic by thermal decomposition or reaction by heating. It is also good. Examples of the oxide-based ceramic precursor include aluminum alkoxide and zirconium alkoxide, and examples of the metal salt include aluminum chloride and zirconium chloride.

さらに、第一の実施形態、第二の実施形態においては、焼成前の段階で実機のガスタービンなどの高温部位に組み込み、実機の運転によって加熱して焼成させるものとしているが、場合によっては、実機に組み込む以前の段階で焼成工程を実施することも許容される。その場合の焼成条件としては、900〜1400℃で、1時間以上とすることが好ましい。   Furthermore, in the first embodiment and the second embodiment, they are incorporated into a high temperature part such as a gas turbine of a real machine at the stage before firing, and are heated and fired by the operation of the real machine. It is also acceptable to carry out the firing step at a stage prior to installation in a real machine. As baking conditions in that case, it is preferable to set it as 900-1400 degreeC for 1 hour or more.

以下に本発明の実施例を記す。なお以下の実施例は、本発明の効果を検証するための例であり、実施例の条件が本発明の範囲を限定するものでないことはもちろんである。   Examples of the present invention will be described below. The following examples are examples for verifying the effects of the present invention, and it is a matter of course that the conditions of the examples do not limit the scope of the present invention.

実施例1:
酸化物系セラミック粉末として、平均粒径が0.16μmの微粒アルミナ粉末(大明化学製:TM−DAR)を用意し、非酸化物系無機繊維からなる厚み10mmの繊維シート(繊維集合体)として、SiCの短繊維からなるフェルトを用意した。フェルトを構成するSiC短繊維の平均繊維長は10mm、平均繊維径は10μmであり、フェルトの空隙率は約90%である。
Example 1:
A fine-grained alumina powder (made by Daimei Kagaku: TM-DAR) having an average particle diameter of 0.16 μm is prepared as an oxide-based ceramic powder, and a 10-mm-thick fiber sheet (fiber aggregate) made of non-oxide inorganic fibers And felt made of short fibers of SiC. The average fiber length of the SiC short fibers constituting the felt is 10 mm, the average fiber diameter is 10 μm, and the porosity of the felt is about 90%.

上記の微粒アルミナ粉末100gを、分散剤(中京油脂製:セルナD305)2g、バインダとしてのPVA5gとともに、蒸留水80gに添加して、スラリーを生成させた。一方、上記のフェルトを、パンチングによってガスケット形状(中空環状)に加工した。加工後のフェルトにスラリーを含浸させ、含浸シートとした。スラリー含浸後のスラリーを80℃に加熱して乾燥させた。   100 g of the above-mentioned fine particle alumina powder was added to 80 g of distilled water together with 2 g of a dispersing agent (manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd .: Celna D 305) and 5 g of PVA as a binder to form a slurry. On the other hand, the above felt was processed into a gasket shape (hollow ring) by punching. The processed felt was impregnated with the slurry to form an impregnated sheet. The slurry after slurry impregnation was heated to 80 ° C. and dried.

乾燥後のガスケット形状のシートを、実機ガスタービンにおける高温ガスが流通する配管継手箇所等に装着し、その状態でガスタービンを実際に運転した。運転時のガスケット形状のシートは、約900〜1400℃に加熱されていると推定される。   The sheet having the gasket shape after drying was attached to a pipe joint location through which high temperature gas in an actual gas turbine flows, and the gas turbine was actually operated in that state. It is estimated that the gasket-shaped sheet in operation is heated to about 900 to 1400 ° C.

実機における1時間相当以上の熱履歴付与後、常温環境下で耐圧試験を行ってシール性を調べたところ、確実にシールされていることが確認された。またこのことから、実機運転時にガスケット形状のシートが十分に焼成されていると推測される。   After applying a heat history equivalent to one hour or more in a real machine, a pressure resistance test was conducted in a normal temperature environment to check the sealability. As a result, it was confirmed that the seal was ensured. From this, it is estimated that the gasket-shaped sheet is sufficiently fired at the time of actual machine operation.

実施例2:
酸化物系セラミック生成物質として、アルミニウムイソプロキシド(昭和化学製)を用意し、また非酸化物系無機繊維からなる繊維シート(繊維集合体)として、SiCの短繊維からなる厚み10mmのフェルトを用意した。フェルトを構成するSiC短繊維の平均繊維長は10mm、平均繊維径は10μmであり、フェルトの空隙率は約90%である。
Example 2:
An aluminum isoproxide (made by Showa Chemical Co., Ltd.) is prepared as an oxide-based ceramic forming material, and a 10 mm thick felt made of SiC short fibers is prepared as a fiber sheet (fiber assembly) made of non-oxide inorganic fibers. did. The average fiber length of the SiC short fibers constituting the felt is 10 mm, the average fiber diameter is 10 μm, and the porosity of the felt is about 90%.

上記のアルミニウムイソプロキシド40gを、ヘキサン80gに添加して、原料溶液(液状物)を生成させた。一方、上記のフェルトを、パンチングによってガスケット形状(中空環状)に加工した。加工後のフェルトに上記の原料溶液を含浸させ、含浸シートとした。含浸後のシートを80℃に加熱して乾燥させた。   40 g of the above-mentioned aluminum isopropoxide was added to 80 g of hexane to form a raw material solution (liquid). On the other hand, the above felt was processed into a gasket shape (hollow ring) by punching. The raw material solution was impregnated into the processed felt to make an impregnated sheet. The impregnated sheet was dried by heating to 80.degree.

乾燥後のガスケット形状のシートを、実機ガスタービンにおける高温ガスが流通する配管継手箇所などに装着し、その状態でガスタービンを実際に運転した。運転時のガスケット形状のシートは、約900〜1400℃に加熱されていると推定される。   The gasket-shaped sheet after drying was attached to a pipe joint or the like through which high-temperature gas flows in a real gas turbine, and the gas turbine was actually operated in that state. It is estimated that the gasket-shaped sheet in operation is heated to about 900 to 1400 ° C.

実機における1時間運転相当の熱履歴付与後、常温環境下で耐圧試験を行ってシール性を調べたところ、確実にシールされていることが確認された。またこのことから、実機運転時にガスケット形状のシートが十分に焼成されていると推測される。   After applying a heat history equivalent to one hour operation in a real machine, the pressure resistance test was conducted in a normal temperature environment and the sealability was examined. As a result, it was confirmed that the seal was surely performed. From this, it is estimated that the gasket-shaped sheet is sufficiently fired at the time of actual machine operation.

実施例3:
酸化物系セラミック生成物質として、塩化アルミニウム6水和物粉末(和光純薬製)を用意し、また非酸化物系無機繊維からなる繊維シート(繊維集合体)として、SiCの短繊維からなる厚み10mmのフェルトを用意した。フェルトを構成するSiC短繊維の平均繊維長は10mm、平均繊維径は10μmであり、フェルトの空隙率は約90%である。
Example 3:
Aluminum chloride hexahydrate powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is prepared as an oxide-based ceramic-forming material, and a thickness of short fibers of SiC as a fiber sheet (fiber assembly) made of non-oxide-based inorganic fibers A 10 mm felt was prepared. The average fiber length of the SiC short fibers constituting the felt is 10 mm, the average fiber diameter is 10 μm, and the porosity of the felt is about 90%.

上記の塩化アルミニウム6水和物粉末40gを、蒸留水100gに添加して、原料溶液(液状物)を生成させた。一方、上記のフェルトを、パンチングによってガスケット形状(中空環状)に加工した。加工後のフェルトに上記の原料溶液を含浸させ、含浸シートとした。含浸後のシートを80℃に加熱して乾燥させた。   40 g of the above aluminum chloride hexahydrate powder was added to 100 g of distilled water to form a raw material solution (liquid). On the other hand, the above felt was processed into a gasket shape (hollow ring) by punching. The raw material solution was impregnated into the processed felt to make an impregnated sheet. The impregnated sheet was dried by heating to 80.degree.

乾燥後のガスケット形状のシートを、実機ガスタービンにおける高温ガスが流通する配管継手箇所などに装着し、その状態でガスタービンを実際に運転した。運転時のガスケット形状のシートは、約900〜1400℃に加熱されていると推定される。   The gasket-shaped sheet after drying was attached to a pipe joint or the like through which high-temperature gas flows in a real gas turbine, and the gas turbine was actually operated in that state. It is estimated that the gasket-shaped sheet in operation is heated to about 900 to 1400 ° C.

実機における1時間運転相当の熱履歴付与後、常温環境下で耐圧試験を行ってシール性を調べたところ、確実にシールされていることが確認された。またこのことから、実機運転時にガスケット形状のシートが十分に焼成されていると推測される。   After applying a heat history equivalent to one hour operation in a real machine, the pressure resistance test was conducted in a normal temperature environment and the sealability was examined. As a result, it was confirmed that the seal was surely performed. From this, it is estimated that the gasket-shaped sheet is sufficiently fired at the time of actual machine operation.

以上、本発明の好ましい実施形態、実施例について説明したが、これらの実施形態、実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能であることはもちろんである。   Although the preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, these embodiments and examples are merely examples within the scope of the present invention and do not depart from the scope of the present invention. Configuration additions, omissions, substitutions, and other changes are possible. That is, the present invention is not limited by the above description, and is limited only by the appended claims, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified within the scope.

1 セラミック粉末
2 繊維シート(遷移集合体)
2B 含浸シート(含浸体)
5 スラリー(溶媒)
10A ガスケット(シール部材)
10B シールプレート(シール部材)
D 含浸工程
F 焼成工程
1 ceramic powder 2 fiber sheet (transition aggregate)
2B impregnated sheet (impregnated body)
5 Slurry (solvent)
10A gasket (seal member)
10B Seal plate (seal member)
D Impregnation process F Baking process

Claims (8)

非酸化物系無機繊維が不規則に絡み合ってなる繊維集合体に、酸化物系セラミック粉末もしくは酸化物系セラミック生成物質を含む液状物を含浸させて、含浸体を形成する含浸工程と、
前記含浸体を焼成する焼成工程と
を有する高温用シール部材の製造方法。
An impregnating step of impregnating a fiber assembly comprising non-oxide inorganic fibers randomly intertwined with an oxide-based ceramic powder or a liquid containing an oxide-based ceramic material to form an impregnated body;
And a firing step of firing the impregnated body.
前記非酸化物系無機繊維がSiC系繊維である、請求項1に記載の高温用シール部材の製造方法。   The manufacturing method of the sealing member for high temperatures of Claim 1 whose said non-oxide type inorganic fiber is a SiC type fiber. 前記含浸工程において、前記液状物として、酸化物系セラミック粉末を分散媒に懸濁させたスラリーを用いる、請求項1、請求項2のいずれかの請求項に記載の高温用シール部材の製造方法。   The method for producing a high temperature sealing member according to any one of claims 1 and 2, wherein a slurry in which an oxide ceramic powder is suspended in a dispersion medium is used as the liquid in the impregnation step. . 前記含浸工程において、前記液状物として、酸化物系セラミック前駆体溶液もしくは酸化物系セラミック生成用金属塩溶液を用いる、請求項1、請求項2のいずれかの請求項に記載の高温用シール部材の製造方法。   The sealing member for high temperature according to any one of claims 1 and 2, wherein an oxide-based ceramic precursor solution or a metal salt solution for forming an oxide-based ceramic is used as the liquid in the impregnation step. Manufacturing method. 前記含浸体を、焼成工程以前の段階で、実機におけるシール部材を装着すべき箇所に配置し、
前記焼成工程として、実機の運転時に前記含浸体に加えられる熱によって含浸体を焼成する、請求項1〜請求項4のいずれかの請求項に記載の高温用シール部材の製造方法。
The above-mentioned impregnated body is disposed at the place where the seal member in the actual machine is to be attached, at a stage before the firing step
The manufacturing method of the sealing member for high temperatures as described in any one of Claims 1-4 which heats an impregnated body by the heat added to the said impregnated body at the time of driving | operation of a real machine as said baking process.
製品の高温用シール部材として実機に装着する以前の段階で、前記焼成工程を実施する、請求項1〜請求項4のいずれかの請求項に記載の高温用シール部材の製造方法。   The method for manufacturing a high temperature sealing member according to any one of claims 1 to 4, wherein the firing step is performed at a stage before mounting on a real machine as a high temperature sealing member of a product. 前記高温用シール部材がガスタービンに使用される部材である、請求項1〜請求項6に記載の高温用シール部材の製造方法。 The method for manufacturing a high temperature sealing member according to claim 1, wherein the high temperature sealing member is a member used for a gas turbine. 不規則に絡み合った非酸化物系無機繊維からなる繊維集合体における、繊維間の空隙部分に酸化物系セラミックが充填されて、前記繊維とセラミックとが焼結結合されていることを特徴とする高温用シール部材。   A fiber assembly composed of irregularly intertwined non-oxide inorganic fibers, characterized in that an oxide-based ceramic is filled in spaces between the fibers, and the fibers and the ceramic are sinter-bonded. High temperature sealing member.
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