現代の産業用途では、材料は高温、高圧、腐食、摩耗などの過酷な環境に直面し、これまでにない課題に直面しています。これらの要求に応えるため、科学者やエンジニアは、優れた耐熱性、耐食性、耐摩耗性を実証する先進的なセラミック材料の研究を続けています。熱噴射コーティングの中でも、コーディエライト、ムライト、フォルステライトセラミックスは、その独自の性能上の利点から、特に有望なソリューションとして登場しています。
熱噴射は、溶融または半溶融材料を基材に堆積させて機能性コーティングを作成する表面工学技術です。従来のコーティング方法と比較して、熱噴射は、より幅広い適用性、多様な材料選択、柔軟な処理を提供し、耐摩耗性、耐食性、熱安定性など、基材の特性を大幅に向上させます。
セラミック材料は、熱噴射用途においていくつかの重要な利点を提供します：
これらの特性により、熱噴射セラミックスは、航空宇宙、自動車、エネルギー、化学処理、電子機器業界で不可欠なものとなっています。
コーディエライト（Mg2Al4Si5O18）は、その非常に低い熱膨張係数と顕著な耐熱衝撃性で、熱噴射セラミックスの中で際立っています。その擬六方晶または斜方晶の結晶構造には、大きな空隙が含まれており、2.53 g/cm3の低密度と1470℃の融点に貢献しています。
この材料の平均熱膨張係数（CTE）は、25〜700℃で1.5〜4.0 × 10-6℃-1の範囲であり、プラズマ溶射コーディエライトは2.94 × 10-6℃-1を測定しています。この超低膨張は、急激な温度変動中の熱応力を最小限に抑え、亀裂や構造的破損を防ぎます。
コーディエライトの耐熱衝撃性により、さまざまな用途が可能になります：
欧州特許は、熱噴射による多孔質コーディエライトコーティングの作成方法について説明しています。研究によると、プラズマ溶射コーディエライトは、最初に830℃以上でμ-コーディエライトに結晶化する非晶質構造を形成し、1000℃付近で不可逆的に高コーディエライトに変化します。
ムライト（3Al2O3・2SiO2）は、多形転移による体積変化を引き起こすことなく、その全結晶温度範囲にわたって優れた熱的および化学的安定性を維持します。その斜方晶格子構造は、3.0 g/cm3の密度、1810℃の融点、5.3 × 10-6℃-1のCTEを示します。
強力なAl-OおよびSi-O結合は、高い硬度と機械的強度を提供し、優れたクリープ耐性は、高温での耐荷重能力を可能にします。
ムライトの安定性は、重要な用途をサポートしています：
NASAの研究は、ムライトTBCが1100℃以下で優れた耐熱衝撃性を示すことを確認していますが、SiO2相転移は1200℃以上で劣化を引き起こします。ディーゼルエンジン試験では、ムライトコーティングは、同一の熱サイクル下でジルコニアベースの代替品よりも少ない亀裂が発生することが示されています。
フォルステライト（Mg2SiO4）は、高い機械的強度と低い損失正接を示し、高周波電気用途に最適です。工業用フォルステライトは、通常、斜方晶構造、3.21 g/cm3の密度、1557℃の融点を持つエンスタタイト相として存在します。
強力なMg-OおよびSi-O結合は、顕著な硬度に貢献し、非常に低い誘電損失は、効率的な高周波信号伝送を保証します。
フォルステライトは、以下において重要な役割を果たします：
プラズマ溶射フォルステライト堆積物は、アルミナまたはジルコニアセラミックスよりも明確な層状構造が少ない非晶質相を含んでいます。アニーリング処理は、相組成と熱膨張特性を変化させますが、結晶化速度論についてはさらなる調査が必要です。
熱噴射技術の継続的な進歩は、これらの特殊なセラミックスの用途を拡大します：
継続的なイノベーションを通じて、コーディエライト、ムライト、フォルステライト熱噴射セラミックスは、過酷な運用上の課題に直面している重要な産業用コンポーネントに信頼性の高い保護を提供し続けます。
