以下に、本発明に係る物性値取得装置及� ��セラミックスの物性値推定方法の一実施形� ��を説明する。本実施形態では、セラミック� ��として、タービンの高温部材に形成された� ��熱コーティング材のセラミックス層を例に� ��げる。

 本実施形態において、物性値取得装置は� ��ンピュータである。

 まず、オペレータは、ラーソンミラーパラ� ��ータと気孔率との相関を表すグラフを作成� ��る。
 オペレータは、タービンと同一材料の金属� ��材に遮熱コーティング材のセラミックス層� ��同一組成のセラミックス粉末を溶射して、� ��ラミックス皮膜が形成された供試材を複数� ��作製する。オペレータは、電気炉を用いて� ��供試材毎に加熱条件(加熱温度及び加熱時間 )を変えて、供試材を加熱する。

 オペレータは、加熱前及び加熱後の試験� ��母材の断面ミクロ組織を、顕微鏡を用いて� ��察する。上記顕微鏡として、光学顕微鏡ま� ��は走査型電子顕微鏡を使用することができ� ��。

 図1は、(A)加熱前及び(B)加熱後の遮熱コー ティング材断面ミクロ組織の模式図である。 加熱前の遮熱コーティング材の断面ミクロ組 織には、図1(A)のように、気孔1と層状欠陥2と が存在する。遮熱コーティング材が高温で加 熱されると、図1(B)に示すように変化する。� �なわち、焼結が進行して気孔1及び層状欠陥2 が小さくなり、数も減少する。

 オペレータは、顕微鏡写真を画像処理し� ��二値化像を作成する。作成された二値化像� ��おける気孔及び層状の欠陥を検出する。検� ��された気孔と層状欠陥の面積を測定し、気� ��率及び層状欠陥の面積率を算出する。算出� ��れた面積率は、供試材の気孔率とされる。

 オペレータは、供試材の加熱温度及び加熱� ��間とから、ラーソンミラーパラメータを算� ��する。ラーソンミラーパラメータLMPは、式( 1)で表される。
 LMP = T(20+logt)/1000 ・・・(1)
ここで、Tは加熱温度、tは加熱時間である。

 なお、上記供試材のラーソンミラーパラ� ��ータは、物性値取得装置が算出しても良い� ��この場合、オペレータは、物性値取得装置� ��供試材の加熱温度及び加熱時間を入力する� ��物性値取得装置は、ラーソンミラーパラメ� ��タ算出手段において、入力された加熱時間� ��び加熱温度から、式(1)により供試材のラー� ��ンミラーパラメータを算出する。

 オペレータは、算出された各供試材のラ� ��ソンミラーパラメータと、各供試材の気孔� ��との相関を表すグラフ(以下、相関図Aと呼� �)を作成する。

 図2は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)皮� ��およびSmYbZr ₂ O ₇ 皮膜を形成した供試材の相関図Aの例である� �同図において、横軸はラーソンミラーパラ� �ータ、縦軸は気孔率である。気孔率は、走� �型電子顕微鏡観察による反射電子像(BSE)から 得た。図2に示すように、YSZとSmYbZr ₂ O ₇ とでラーソンミラーパラメータと気孔率との 関係が異なる。従って、オペレータは、材料 ごとに相関図Aを作成する。

 オペレータは、作成された相関図Aを物性 値推定装置に入力する。物性値推定装置は、 入力された相関図Aをコンピュータのメモリ� �格納する。

 次に、オペレータは、気孔率と物性値との� ��関を表すグラフを作成する。
 オペレータは、上記供試材の物性値を測定� ��る。本実施形態において、測定する物性値� ��、ヤング率及び熱伝導率である。

 オペレータは、加熱前及び加熱後の供試� ��から、JIS規格に規定された形状及び大きさ� ��物性値測定用試験片をそれぞれ切り出す。� ��ペレータは、切り出した試験片を用いて、� ��ング率及び熱伝導率を測定する。

 オペレータは、供試材の気孔率と試験片� ��ヤング率との相関を表すグラフ(以下、相関 図Bと呼ぶ)を作成する。オペレータは、供試� ��の気孔率と試験片の熱伝導率との相関を表� ��グラフ(以下、相関図Cと呼ぶ)を作成する。

 図3は、YSZ皮膜およびSmYbZr ₂ O ₇ 皮膜を形成した供試材の相関図Bの例であり� �横軸は気孔率、縦軸はヤング率である。図4� ��YSZ皮膜およびSmYbZr ₂ O ₇ 皮膜を形成した供試材の相関図Cの例であり� �横軸は気孔率、縦軸は熱伝導率である。な� �、図3及び図4では、走査型電子顕微鏡観察に よる反射電子像(BSE)から得た気孔率から得た� ��このように、YSZとSmYbZr ₂ O ₇ とで気孔率と各物性値との相関が異なる。従 って、オペレータは、材料毎に相関図B及び� �関図Cを作成する。

 オペレータは、作成された相関図B及び相 関図Cを物性値推定装置に入力する。物性値� �定装置は、入力された相関図B及び相関図Cを コンピュータのメモリに格納する。

 本実施形態の物性値取得装置は、コンピュ� ��タのメモリに格納された相関図A乃至相関図 Cを用いて、タービン部材に形成された遮熱� �ーティング材のセラミックス層の物性値を� �得する。
 オペレータは、タービンの運転条件として� ��運転温度及び運転時間を物性値取得装置に� ��力する。物性値取得装置は、ラーソンミラ� ��パラメータ算出手段において、入力された� ��転温度及び運転時間から、ラーソンミラー� ��ラメータを算出する。

 物性値取得装置は、気孔率取得手段にお� ��て、メモリから相関図Aを呼び出す。物性値 取得装置は、気孔率取得手段において、呼び 出された相関図Aを基に、上記算出されたラ� �ソンミラーパラメータに対応する気孔率の� �を取得する。

 物性値取得装置は、物性値取得手段にお� ��て、メモリから相関図Bを呼び出す。物性値 取得装置は、物性値取得手段において、呼び 出された相関図Bを基に、上記取得された気� �率の値に対応するヤング率の値を取得する� �

 物性値取得装置は、物性値取得手段にお� ��て、メモリから相関図Cを呼び出す。物性値 取得装置は、物性値取得手段において、呼び 出された相関図Cを基に、上記取得された気� �率の値に対応する熱伝導率の値を取得する� �

 オペレータは、物性値取得装置が取得し� ��ヤング率及び熱伝導率の値を、上記運転条� ��でタービンを運転した場合のセラミックス� ��のヤング及び熱伝導率であると推定する。

 上記実施形態では、気孔及び層状欠陥の� ��出に走査型電子顕微鏡の反射電子像を用い� ��が、光学顕微鏡画像や走査型電子顕微鏡の� ��次電子像を用いることもできる。

 同一試料(計13点)について、それぞれ走査 型電子顕微鏡の反射電子像、二次電子像、光 学顕微鏡画像から気孔及び層状欠陥を検出し た。図4は、走査型電子顕微鏡の反射電子像� �用いて気孔及び層状欠陥を検出して得た気� �率と熱伝導率との相関図である。図5は、走� ��型電子顕微鏡の二次電子像から気孔及び層� ��欠陥を検出して得た気孔率と熱伝導率との� ��関図である。図6は、光学顕微鏡画像から気 孔及び層状欠陥を検出して得た気孔率と熱伝 導率との相関図である。同図において、横軸 は気孔率、縦軸は熱伝導率である。図中の実 線で描いた斜線は、測定値の平均線を示す。 また、図中の破線、二点鎖線及び一点鎖線は それぞれ、1σ、2σ、3σの偏差帯を表す。

 光学顕微鏡画像から得た図6は、気孔率と 熱伝導率の相関が見られるが、偏差帯(1σ、2� �、3σ)の幅が広く、測定点のばらつきが大き� ��。一方、走査型電子顕微鏡画像から得た図4 及び図5は、偏差帯の幅が狭く、測定点のば� �つきが小さい。これは、走査型電子顕微鏡� �は微細な層状欠陥が観察されるため、物性� �取得装置が微細な層状欠陥も検出すること� �できるためである。組織観察に走査型電子� �微鏡を用いれば、気孔率の算出精度が向上� �るため、取得される物性値の精度も向上す� �。特に、反射電子像を用いれば、図4に示す� ��うに、測定点のばらつきをより小さくする� ��とができるので、好ましい。

 上記実施形態では、気孔及び層状欠陥の� ��出、気孔率の算出及び各相関図の作成をオ� ��レータが行ったが、気孔及び層状欠陥の検� ��から相関図作成までの工程は物性値推定装� ��または他の装置で行うことができる。この� ��合、気孔及び層状欠陥の検出から相関図作� ��までに要する時間及びオペレータの労力を� ��幅に縮小できるので好ましい。特に、上記� ��程を物性値推定装置で行えば、物性値推定� ��置に相関図を入力する工程も省略できるの� ��、より工程が簡略化できる。

 物性値取得装置は、余寿命取得手段を更� ��備えることができる。物性値取得装置は、� ��寿命取得手段において、上述の物性値取得� ��段で取得したヤング率と熱伝導率とを用い� ��遮熱コーティング材に発生する歪みを熱応� ��解析により計算し、歪から求めた余寿命を� ��得する。オペレータは、物性値取得装置が� ��得した余寿命を、上記運転条件でタービン� ��運転した場合の遮熱コーティング材の余寿� ��であると推定する。さらに、オペレータは� ��推定された遮熱コーティング材の余寿命を� ��タービンの高温部材の余寿命であると推定� ��る。

 なお、本発明の物性値推定方法は、上述� ��た実施形態に限定されるものではなく、本� ��明の範囲内で任意に組み合わせ可能である� ��