CN117730070A

CN117730070A - 陶瓷构件

Info

Publication number: CN117730070A
Application number: CN202280050236.9A
Authority: CN
Inventors: 宫田拓实; 上野隆宽; 饭田修一; 丰田谕史
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2022-07-20
Publication date: 2024-03-19
Also published as: WO2023003026A1; JPWO2023003026A1

Abstract

本公开的陶瓷构件具有由陶瓷构成的基体。基体在基体的表面部具有硼含有层，该硼含有层含有比所述基体的内部的硼含量多的硼。

Description

陶瓷构件

技术领域

本公开涉及陶瓷构件。

背景技术

陶瓷构件具有高强度、硬度、耐热性、耐化学药品性等特性，因此被用作各种部件。另外，陶瓷构件例如用作耐热构件。(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-132657号公报

发明内容

本公开的一方案的陶瓷构件具有由含有硼的陶瓷构成的基体。陶瓷构件在基体的表面部具有硼含有层，所述硼含有层含有比所述基体的内部的硼含量多的硼。

附图说明

图1是实施方式的陶瓷构件的示意性的立体图。

图2是实施方式的陶瓷构件的示意性的纵剖视图。

图3是实施方式的陶瓷构件的示意性的横剖视图。

图4是示出图3所示的位置P1与位置P2之间的硼含量的变化的图表。

图5是示出图2所示的位置P3与位置P4之间的硼含量的变化的图表。

图6是示出图3所示的位置P1与位置P2之间的硼含量的变化的另一例的图表。

图7是示出实施方式的陶瓷构件的另一例的示意性的纵剖视图。

图8是示出图7所示的位置P5与位置P6之间的硼含量的变化的图表。

图9是示出实施方式的陶瓷构件的另一例的示意性的纵剖视图。

图10是示出图9所示的位置P7与位置P8之间的硼含量的变化的图表。

图11是另一实施方式的陶瓷构件的示意性的纵剖视图。

图12是另一实施方式的陶瓷构件的示意性的纵剖视图。

图13是示出针对批次L11～L16的耐热冲击性的试验结果的表。

图14是示出批次L14的侧壁部的厚度方向上的硼含量的变化的图表。

图15是示出批次L14的底壁的厚度方向上的硼含量的变化的图表。

图16是示出批次L14的角部的厚度方向上的硼含量的变化的图表。

图17是将预备实验中的各试验结果汇总后的表。

图18是示出预备实验中的三点弯曲强度的试验结果的图表。

图19是示出预备实验中的平均热膨胀系数的试验结果的图表。

图20是示出预备实验中的耐热冲击性的试验结果的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本公开的陶瓷构件的方式(以下，记载为“实施方式”)进行详细说明。需要说明的是，并非通过该实施方式来限定本公开的陶瓷构件。另外，各实施方式能够在不使处理内容矛盾的范围内适当组合。另外，在以下的各实施方式中，对相同的部位标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

另外，在以下所示的实施方式中，有时使用“一定”、“正交”、“垂直”或“平行”这样的表述，但这些表述并非需要严格意义上“一定”、“正交”、“垂直”或“平行”。即，上述的各表述例如允许制造精度、设置精度等的偏差。

作为陶瓷构件，期望具有更高强度的陶瓷构件。例如，作为暴露于高温熔融金属的陶瓷构件、内燃机的燃烧室壁、燃料喷射喷嘴等中使用的构件那样的耐热构件使用的陶瓷构件期望耐热冲击性优异。由于这样的情况，期待提供强度优异的陶瓷构件。

图1是实施方式的陶瓷构件1的示意性的立体图。图2是实施方式的陶瓷构件1的示意性的纵剖视图。图3是实施方式的陶瓷构件1的示意性的横剖视图。

需要说明的是，图2所示的纵剖视图相当于图3所示的II-II线向视下的截面。即，在图2中示出了与第一壁部11以及第二壁部12正交的截面。另外，图3所示的横剖视图相当于图2所示的III-III线向视下的截面。即，在图3中示出了与第一壁部11的壁面正交、且与第二壁部12平行的截面。

如图1～图3所示，实施方式的陶瓷构件1也可以具有容器形状。需要说明的是，如后所述，陶瓷构件1的形状并不限定于本例，也可以是板状、筒状、框状、柱状等任意的形状。

实施方式的陶瓷构件1具有由陶瓷构成的基体10。作为构成基体10的陶瓷，例如能够使用氧化铝质陶瓷、氮化硅质陶瓷、氮化铝质陶瓷或者碳化硅质陶瓷等。

在基体10由氧化铝质陶瓷构成的情况下，在陶瓷中，包括原料价格、制作成本在内比较廉价，并且具有优异的机械特性。

在此，氧化铝质陶瓷是指构成陶瓷的全部成分100质量％中含有70质量％以上的氧化铝的陶瓷。

基体10的材质例如能够通过以下的方法来确认。首先，使用X射线衍射装置(XRD)来测定对象的基体10，根据所得到的2θ(2θ是衍射角度)的值，与JCPDS卡片进行对照。接下来，使用ICP发光分光分析装置(ICP)或者荧光X射线分析装置(XRF)，进行铝(A1)的定量分析。并且，如果根据由ICP或者XRF测定的Al的含有率换算成氧化铝(Al₂O₃)的值即含有率为70质量％以上，则基体10的材质为氧化铝质陶瓷。

另外，基体10也可以是气孔率为5％以下的多晶体。另外，在基体10的材质为氧化铝质陶瓷的情况下，基体10的体积密度也可以为3.2g/cm³以上。这样，构成基体10的陶瓷也可以是致密质陶瓷。

如图2所示，在本说明书中，将第一壁部11在厚度方向上三等分时，将位于内壁面侧的区域设为内壁面侧部R1，将位于外壁面侧的区域设为外壁面侧部R3。另外，将第一壁部11在厚度方向上三等分时，将内壁面侧部R1与外壁面侧部R3之间的区域设为内部R2。另外，关于第二壁部12也同样地，将第二壁部12在厚度方向上三等分时，从靠近内壁面侧的区域起依次设为内壁面侧部R1、内部R2以及外壁面侧部R3。

基体10含有硼(B)。具体而言，如图2以及图3所示，基体10在表面部具有硼含有层20。硼含有层20是与基体10的内部R2相比硼的含量多的区域。硼含有层20也可以改称为“高硼含有区域”。基体10也可以具有第一面、以及位于第一面的相反侧的第二面。另外，基体10也可以具有位于第一面与第二面之间的第三面。在图2的例子中，第一面11a也可以是第一壁部11的内壁面11a。第二面11b也可以是第一壁部11的外壁面11b。第三面11c也可以是第一壁部11的上表面11c。

基体10也可以具有第一硼含有层21、第二硼含有层22来作为硼含有层20。第一硼含有层21也可以位于基体10的内壁面侧部R1(参照图2)。第二硼含有层22也可以位于基体10的外壁面侧部R3(参照图2)。在将第一硼含有层21的硼含量设为第一硼含量、将第二硼含有层22的硼含量设为第二硼含量的情况下，第一硼含量和第二硼含量也可以不同。

硼含有层的硼含量例如能够通过以下的方法来确认。切出硼含有层，使用ICP发光分光分析装置(ICP)或者荧光X射线分析装置(XRF)进行硼(B)的定量分析。

图4是示出图3所示的位置P1与位置P2之间的硼含量的变化的图表。硼含量具体是指硼的以B₂O₃换算的含量。

位置P1是第一壁部11的外壁面上的任意一点。另外，位置P2是第一壁部11的内壁面上的点，隔着第一壁部11位于与位置P1相反一侧。在图4中，示出了以基体10的厚度方向上的位置(位置P1～位置P2)为横轴、以硼含量为纵轴的图表。

如图4所示，硼含有层20(第一硼含有层21以及第二硼含有层22)的硼含量比基体10的内部R2的硼含量多。由此，能够得到强度、耐热冲击性优异的陶瓷构件1。在陶瓷烧结体中，在硼的含量多的情况下，与硼的含量少的情况相比，存在热膨胀系数小的倾向。因此，本实施方式的陶瓷构件在表面部和内部热膨胀系数不同。并且，由于在表面部含有比内部多的硼，因此表面部的热膨胀系数比内部的热膨胀系数小。因此，在陶瓷构件的制造过程中的烧制后的陶瓷构件冷却的过程中，产生在表面部和内部收缩率不同的状态。在热膨胀小的表面部产生压缩应力。由此，本实施方式的陶瓷构件的强度高。

另外，本实施方式的陶瓷构件1具有优异的耐热冲击性。关于这一点，列举从陶瓷构件1被熔融金属等急剧加热而温度开始上升起至陶瓷构件1的温度变得均匀为止的过程为例进行说明。

基体10的内部与表面侧相比难以被加热，因此基体10的内部与表面侧相比温度变低。在该过程中，假设表面和内部的热膨胀系数相同，则温度高的表面侧相比于内部热膨胀，从而在内部产生拉伸应力。其结果是，有可能从内部产生裂纹、破裂。

相对于此，如实施方式的陶瓷构件1那样，在基体10的内部R2的硼含量比表面侧(内壁面侧部R1以及外壁面侧部R3)少的情况下，内部R2的热膨胀系数比表面侧大。由此，与表面部和内部的热膨胀系数相同的情况相比，表面部和内部的热膨胀差小，因此在陶瓷构件1温度急剧上升的过程中对内部R2施加的拉伸应力减小。因此，实施方式的陶瓷构件1即使在因熔融金属等而温度急剧上升的情况下，也不易在基体10的内部R2产生裂纹、破裂。另外，在陶瓷烧结体中，在硼的含量多的情况下，与硼的含量少的情况相比，存在杨氏模量小的倾向。因此，本实施方式的陶瓷构件有时在表面部和内部杨氏模量不同。并且，在这样的情况下，在表面部含有比内部多的硼，因此表面部的杨氏模量比内部的杨氏模量小。在杨氏模量小的表面部，在施加了应力的情况下容易变形，因此对冲击的耐久力高。由此，本实施方式的陶瓷构件的耐热冲击性优异。

另外，在内壁面侧的热膨胀系数比内部R2的热膨胀系数小的情况下，即使耐热构件1从内壁面侧被迅速加热，由于内壁面侧的热膨胀降低，因此不易产生以内部为起点的裂纹。

这样，具有硼含有层20的陶瓷构件1的耐热冲击性高。

基体10例如也可以如图2所示那样具有多个(在此，4个)第一壁部11、以及1个第二壁部12。另外，基体10也可以在第二壁部12的相反侧(与第二壁部12对置的位置)具有开口部13。在实施方式中，第二壁部12构成基体10的底壁。需要说明的是，并不局限于此，第二壁部12也可以构成基体10的上壁。即，陶瓷构件1也可以以与图1上下相反的姿态使用。另外，陶瓷构件1也可以使开口部13朝向横向使用。这样，陶瓷构件1的姿态没有特别限定。

第二壁部12也可以在俯视下具有四边形状。在此，四边形状并不局限于图示那样的长方形，也可以是正方形。另外，4个第一壁部11也可以构成基体10的侧壁，并与第二壁部12相连。

第二壁部12的俯视下的形状并不限定于四边形状，例如也可以是四边形状以外的多边形状，还可以是圆形状、椭圆形状。

另外，基体10也可以具有位于相邻的2个第一壁部11之间的角部、位于第一壁部11与第二壁部12之间的角部。角部也可以分别位于基体10的内壁面侧以及外壁面侧。即，基体10也可以具有位于内壁面侧的第一角部即内壁面侧角部14、以及位于外壁面侧的第二角部即外壁面侧角部15。

另外，基体10例如也可以在第一壁部11或者第二壁部12具有贯通孔、凹部以及凸部等。

实施方式的陶瓷构件1有时暴露于高温环境下。实施方式的陶瓷构件1也可以用作耐热构件。具体而言，在实施方式的陶瓷构件1中也可以收容高温的物质。例如，陶瓷构件1有时用作熔融金属的容器。此外，陶瓷构件1例如也可以用作铲起熔融金属的铸勺，还可以用作坩埚。

另外，在实施方式的基体10中，第一硼含有层21的硼含量与第二硼含有层22的硼含量不同。例如，如图4所示，第一硼含有层21的硼含量也可以比第二硼含有层22的硼含量多。

具体而言，第一硼含有层21例如是内壁面侧部R1中的从基体10的内壁面到基体10的厚度方向上的三分之二的位置为止的区域。将第一硼含有层21在基体10的厚度方向上二等分时，将基体10的内壁面侧的区域设为第一硼含有层21的表层部21a，将另一方的区域设为第一硼含有层21的内部21b。

同样地，第二硼含有层22例如是外壁面侧部R3中的从基体10的外壁面到基体10的厚度方向上的三分之二的位置为止的区域。另外，将第二硼含有层22在基体10的厚度方向上二等分时，将基体10的外壁面侧的区域设为第二硼含有层22的表层部22a，将另一方的区域设为第二硼含有层22的内部22b。

如图4所示，第一硼含有层21的硼含量的最大值(C5)也可以比第二硼含有层22的硼含量的最大值(C3)大。另外，第一硼含有层21的硼含量的最小值(C4)也可以比第二硼含有层22的硼含量的最大值(C3)大。另外，第一硼含有层21的硼含量的平均值也可以比第二硼含有层22的硼含量的平均值大。

这样，第一硼含有层21中的硼的以B₂O₃换算的含量也可以比第二硼含有层22中的硼的以B₂O₃换算的含量多。换言之，实施方式的陶瓷构件1也可以根据位置而硼含量不同。如上所述，在硼含量多的情况下，该部分的陶瓷构件1的强度、耐热冲击性高。即，通过使要求强度、耐热冲击性的部分的硼含量高，能够提供不易损坏的陶瓷构件1。换言之，实施方式的陶瓷构件1局部具有优异的强度、耐热冲击性。

另外，如图4所示，实施方式的陶瓷构件1也可以在整个基体10的厚度方向上含有硼。该陶瓷构件1的机械强度高。

图5是示出图2所示的位置P3与位置P4之间的硼含量的变化的图表。位置P4是位于第一壁部11与第二壁部12之间的第一角部即内壁面侧角部14上的任意一点。另外，位置P3是位于上述第一壁部11与上述第二壁部12之间的第二角部即外壁面侧角部15上的点，且在纵剖视下位于位置P1的对角线上。在图5中，示出了以基体10的厚度方向上的位置(位置P3～位置P4)为横轴、以硼含量为纵轴的图表。

如图5所示，将第一硼含有层21之中第一角部中的第三硼含量与第二硼含有层22之中第二角部中的第四硼含量的差设为第一内外差G1。另外，如图4所示，将第一角部以外的第一硼含有层21中的第一硼含量与第二角部以外的第二硼含有层22中的第二硼含量的差设为第二内外差G2。在该情况下，第一内外差G1也可以比第二内外差G2大。

如上所述，陶瓷构件1有时由于因加热、冷却产生的表面部与内部的温度差而产生裂纹。基体10的角部特别容易集中大的热冲击。若第一内外差G1比第二内外差G2大则能够适当减少在基体10的角部产生裂纹、破裂的情况。换言之，若具有上述那样的结构，则角部中的热膨胀差更小，因此能够适当减少在角部产生裂纹、破裂的情况。

需要说明的是，在图5中，将第一硼含有层21中的硼含量的最大值(C10)与第二硼含有层22中的硼含量的最大值(C8)的差设为第一内外差G1，但并不局限于此，也可以将第一硼含有层21中的硼含量的平均值与第二硼含有层22中的硼含量的平均值的差设为第一内外差G1。同样地，在图4中，将第一硼含有层21中的硼含量的最大值(C5)与第二硼含有层22中的硼含量的最大值(C3)的差设为第二内外差G2，但并不局限于此，也可以将第一硼含有层21中的硼含量的平均值与第二硼含有层22中的硼含量的平均值的差设为第二内外差G2。

在图4所示的实施方式中，对内壁面侧的硼含量比外壁面侧的硼含量多的情况的例子进行了说明。并不局限于此，例如如图6所示，也可以是基体10的内壁面侧的硼含量比外壁面侧的硼含量少。在该情况下，也与上述同样地，实施方式的陶瓷构件1能够提高强度、耐热冲击性。

另外，如图6所示，第二硼含有层22的内部22b的硼含量也可以比第二硼含有层22的表层部22a的硼含量多。根据该结构，即使在陶瓷构件1从外壁面侧迅速冷却的情况下，由于外壁面侧的热收缩减少，因此不易以外壁面侧为起点产生裂纹。

图7是示出实施方式的陶瓷构件的另一例的示意性的纵剖视图。另外，图8是示出图7所示的位置P5与位置P6之间的硼含量的变化的图表。

如图7所示，基体10也可以是仅具有上述的第一硼含有层21以及第二硼含有层22中的第一硼含有层21的结构。即，基体10也可以不具有第二硼含有层22。

在该情况下，如图8所示，基体10的硼含量在内壁面侧部R1最多，在内部R2其次多，在外壁面侧部R3最少。另外，在该情况下，外壁面侧部R3的硼含量的最小值(至少外壁面侧的最表面的硼含量)也可以为0。

图9是示出实施方式的陶瓷构件1的另一例的示意性的纵剖视图。另外，图10是示出图9所示的位置P7与位置P8之间的硼含量的变化的图表。

如图9所示，基体10也可以是仅具有上述的第一硼含有层21以及第二硼含有层22中的第二硼含有层22的结构。即，基体10也可以不具有第一硼含有层21。

在该情况下，如图10所示，基体10的硼含量在外壁面侧部R3最多，在内部R2其次多，在内壁面侧部R1最少。另外，在该情况下，内壁面侧部R1的硼含量的最小值(至少外壁面侧的最表面的硼含量)也可以为0。

在上述的实施方式中，对基体10具有容器形状的情况的例子进行了说明，但基体10的形状不一定是容器形状。图11以及图12是另一实施方式的陶瓷构件1的示意性的纵剖视图。

例如，如图11所示，基体10的形状也可以是板状。作为基体10为板状的情况下的陶瓷构件1的用途，例如可举出钢材的冷却床、安装于钢材的冷却床的制动片(breakingblade)、熔融金属炉、溶矿炉的高热隔断用的分隔壁、熔融金属炉的盖子、焚烧炉的火焰用耐火板、分隔壁等。板状的基体10例如可以具有贯通孔、凹部以及凸部等。

图11所示的陶瓷构件1的第一面11a的第一硼含量也可以比第二面11b的第二硼含量多。

另外，也可以是，图11所示的陶瓷构件1的基体10的内部的硼含量比第一面11a的硼含量以及第二面11b的硼含量少。

在图11中，示出了陶瓷构件1在基体10的第一面11a以及第二面11b双方具有硼含有层20的情况的例子，但陶瓷构件1也可以仅在第一面11a以及第二面11b中的任一方具有硼含有层20。

如图12所示，基体10的形状也可以是筒状。作为基体10为筒状的情况下的陶瓷构件1的用途，例如可举出热电偶保护管、窑炉主体、熔融金属用的浇道、熔融金属用的喷嘴、熔融金属用的升液管、无法使用金属材质的耐腐蚀性废热管等。在图12所示的例子中，示出了两端开口的筒形状，但基体10也可以具有一方的端部封闭的所谓有底筒形状。另外，基体10例如也可以具有贯通孔、凹部以及凸部等。

也可以是，图12所示的陶瓷构件1的外壁面即第二硼含有层22的硼含量比内壁面即第一硼含有层21的硼含量多。

例如，设想图12所示的陶瓷构件1从外壁面侧被加热了的情况、即外壁面侧的温度比内壁面侧高的情况。

在外壁面侧的硼含量比内壁面侧的硼含量多的情况下，外壁面侧的热膨胀系数变得比内壁面侧的热膨胀系数小。虽然外壁面侧欲相比于内壁面侧热膨胀，但由于外壁面侧的热膨胀系数相对小，因此外壁面侧与内壁面侧的热膨胀之差变小。由此，陶瓷构件1的耐热冲击性提高，不易产生裂纹、破裂。

另外，硼含量相对多的外壁面侧与内壁面侧相比在烧制时不易收缩。另一方面，硼含量相对少的内壁面侧与外壁面侧相比在烧制时容易收缩。由于它们的收缩差，在烧制后，在陶瓷构件1的外壁面侧残留有压缩应力。这样，陶瓷构件1通过在外壁面侧残留有压缩应力，从而耐热构件1的机械强度提高，耐热冲击性提高。

也可以是，图12所示的陶瓷构件1的外壁面即第二硼含有层22的硼含量比内壁面即第一硼含有层21的硼含量少。

例如，设想图12所示的陶瓷构件1从内壁面侧被加热了的情况、即内壁面侧的温度比外壁面侧高的情况。

在内壁面侧的硼含量比外壁面侧的硼含量多的情况下，例如适用于在内部放入高温的物体的用途。

另外，也可以是，图12所示的陶瓷构件1的基体10的内部的硼含量比基体10的内壁面侧以及外壁面侧的硼含量少。

实施例

(制造方法)

接下来，对容器形状的陶瓷构件1的制造方法的一例进行说明。

首先，准备硼酸浓度不同的多个溶液。作为溶液的溶剂，例如使用水或者有机溶剂(二甲基亚砜等)。需要说明的是，在溶液的粘度低的情况下，可以添加聚乙二醇等具有增稠作用的有机化合物而制成浆状。

另外，通过公知的方法来制作包含有机粘结剂的氧化铝颗粒。氧化铝颗粒含有公知的烧结助剂、例如MgO、SiO₂、CaO。但是，颗粒中不含硼酸。

接着，使用不含硼酸的氧化铝颗粒(但是，含烧结助剂)，通过使用了模具的压制成型等公知的成形方法，制作由氧化铝构成的容器形状的生成形体。

接着，针对生成形体的内壁面侧和外壁面侧，分别涂敷浓度不同的硼酸溶液。作为涂敷方法，例如可以使用基于喷洒的喷霧。需要说明的是，也可以仅对内壁面侧和外壁面侧中的一方涂敷硼酸溶液。

通过在生成形体上涂敷硼酸溶液，硼酸溶液不易从生成形体的表面向生成形体的内部浸透。其结果是，涂敷了硼酸的面侧的硼酸的浓度比生成形体的内部的硼酸的浓度高。之后，使生成形体干燥。

需要说明的是，在仅对内壁面侧和外壁面侧中的一方涂敷有硼酸溶液的情况下，内壁面侧和外壁面侧中的一方的硼含量成为零。

之后，将生成形体脱脂并在1200℃以上且1400℃以下的温度下烧制。由此，得到容器形状的致密质氧化铝烧结体。

所得到的致密质氧化铝烧结体的形状以及尺寸如以下那样。

形状：在长方体的一个面设置有开口部的形状

侧壁面的尺寸(外尺寸)：27mm×44mm

底壁面的尺寸(外尺寸)：27mm×44mm

侧壁面的高度(从底面到开口部为止)：44mm

壁的厚度：3mm

图13是示出针对批次L1 1～L16的耐热冲击性的试验结果的表。批次L1 1是未涂覆硼酸溶液的批次，相当于比较例。批次L12～L16是涂敷有硼酸溶液的批次，相当于实施例。

批次L11的制造方法是从上述的容器形状的致密质氧化铝烧结基体的制造方法之中省略了硼酸溶液的涂敷的方法。如图13所示，批次L11的内壁侧以及外壁侧的硼酸溶液的涂敷次数均为0次，平均硼含量为0质量％。

批次L12～L16的制造方法如上述的容器形状的致密质氧化铝烧结基体的制造方法所示。但是，涂敷的硼酸溶液的浓度以及硼酸溶液的涂敷次数在批次L12～L16中不同。

具体而言，批次L12的涂敷的硼酸溶液的浓度在内壁侧为4g/100mL，在外壁面侧为1g/100mL，涂敷次数在内壁侧以及外壁侧均为4次。批次L13的涂敷的硼酸溶液的浓度在内壁侧为8g/100mL，在外壁面侧为2g/100mL，涂敷次数在内壁侧以及外壁侧均为3次。批次L14的涂敷的硼酸溶液的浓度在内壁侧为8g/100mL，在外壁面侧为2g/100mL，涂敷次数在内壁侧以及外壁侧均为3次。批次L15的涂敷的硼酸溶液的浓度在内壁侧为11g/100mL，在外壁面侧为3g/100mL，涂敷次数在内壁侧以及外壁侧均为3次。批次L16的涂敷的硼酸溶液的浓度在内壁侧为11g/100mL，在外壁面侧为3g/100mL，涂敷次数在内壁侧以及外壁侧均为4次。

关于批次L12～L16的平均硼含量，批次L12为0.47质量％，批次L13为0.65质量％，批次L14为0.79质量％，批次L15为1.06质量％，批次L16为1.16质量％。另外，批次L12～L16的体积密度均为3.2g/cm³以上。

(关于耐热冲击性试验)

试样形状为3mm×4mm×50mm的烧结体。烧结体未研磨，将烧制后的试样直接用于试验。

加热试样，在一定温度(假设为T2(℃)。)下保持10分钟。从以T2(℃)保持后的状态将试样投入T1＝25℃的水中。在投入水中时，对试样施加热冲击。将投入水中的试样回收、并干燥后，测定三点弯曲强度。此时，关于三点弯曲强度的测定方法，除了试样为3mm×4mm×50mm的烧结体(未研磨，将烧制后的试样直接用于试验。)以外，与依据JIS R1601-2008的室温(25℃)下的三点弯曲强度相同。提高T2(℃)，将三点弯曲强度开始急剧降低之前的温度差(T2-T1(℃))设为具有耐热冲击性的温度。

图13所示，耐热冲击性试验的结果(耐热冲击温度)是，批次L11为201℃，批次L12为208℃，批次L13为227℃，批次L14为241℃，批次L15为260℃，批次L16为287℃。

这样，得到含有硼的批次L12～L16的耐热冲击温度与不含有硼的批次L11相比均高的结果。由该结果可知，含有硼的陶瓷构件的耐热冲击性比不含有硼的陶瓷构件高。另外，由批次L12～L16的试验结果可知，平均硼含量越多，则耐热冲击性越提高。

图14是示出批次L14的侧壁部的厚度方向上的硼含量的变化的图表。另外，图15是示出批次L14的底壁的厚度方向上的硼含量的变化的图表。另外，图16是示出批次L14的角部的厚度方向上的硼含量的变化的图表。在图14～图16所示的图表中，将从内壁面侧朝向外壁面侧的方向上的距离作为横轴，将硼的以B₂O₃换算的含量作为纵轴。

如图14～图16所示，在侧壁(第一壁部)、底壁(第二壁部)以及角部的任一个中，在内壁面和外壁面均产生硼含量的差。具体而言，涂敷有较高浓度的硼酸溶液的内壁面侧的硼含量比涂敷有较低浓度的硼酸溶液的外壁面侧的硼含量多。另外，内部的硼含量比内壁面侧以及外壁面侧的硼含量少。另外，角部的硼含量的内外差(参照图16)比角部以外的区域的硼含量的内外差(参照图14以及图15)大。

(预备实验)

作为预备实验，不通过在生成形体上涂敷硼酸溶液的方法，而是通过在原料粉末中混合硼酸粉末来制造含有硼的致密质氧化铝晶体。然后，针对所制造的试样进行耐热冲击试验。

预备实验中的试样的制造方法如以下那样。将Al₂O₃粉末、B₂O₃粉末、以及作为公知的烧结助剂的SiO₂粉末、MgO粉末及CaCO₃粉末混合。接着，将混合后的粉末粉碎、造粒、并成形为容器形状后，在1350℃下烧制2小时。由此，得到致密质氧化铝晶体。

所得到的致密质氧化铝晶体的形状以及尺寸如以下那样。

形状：在长方体的一个面设置有开口部的形状

侧壁面的尺寸(外尺寸)：27mm×44mm

底壁面的尺寸(外尺寸)：27mm×44mm

侧壁面的高度(从底面到开口部为止)：44mm

壁的厚度：3mm

图17是将预备实验中的各试验结果汇总后的表。另外，图18是示出预备实验中的三点弯曲强度的试验结果的图表。图19是示出预备实验中的平均热膨胀系数的试验结果的图表。另外，图20是示出预备实验中的耐热冲击性的试验结果的图表。

如图17所示，在预备实验中制作批次L21～L24这4个。批次L21中，Al的以Al₂O₃换算的含量为74质量％，Si的以SiO₂换算的含量为18.4质量％，Mg的以MgO换算的含量为2.5质量％，Ca的以CaO换算的含量为5质量％，B的以B₂O₃换算的含量为0.1质量％。批次L22中，Al的以Al₂O₃换算的含量为73.6质量％，Si的以SiO₂换算的含量18.4质量％，Mg的以MgO换算的含量为2.5质量％，Ca的以CaO换算的含量为5质量％，B的以B₂O₃换算的含量为0.5质量％。批次L23中，Al的以Al₂O₃换算的含量为73质量％，Si的以SiO₂换算的含量为18.4质量％，Mg的以MgO换算的含量为2.5质量％，Ca的以CaO换算的含量为5质量％，B的以B₂O₃换算的含量为1.1质量％。批次L24中，Al的以Al₂O₃换算的含量为72.1质量％，Si的以SiO₂换算的含量为18.4质量％，Mg的以MgO换算的含量为2.5质量％，Ca的以CaO换算的含量为5质量％，B的以B₂O₃换算的含量为2.0质量％。

针对这些批次L21～L24，进行了体积密度、杨氏模量、三点弯曲强度、25℃以上且400℃以下的平均热膨胀系数、耐热冲击温度的测定。结果如以下那样。

<批次L21>

体积密度：3.3g/cm³

杨氏模量：205GPa

三点弯曲强度：219MPa

平均热膨胀系数：6.4×10^-6/℃

耐热冲击温度：195℃

<批次L22>

体积密度：3.3g/cm³

杨氏模量：207GPa

三点弯曲强度：293MPa

平均热膨胀系数：6.1×10^-6/℃

耐热冲击温度：241℃

<批次L23>

体积密度：3.3g/cm³

杨氏模量：199GPa

三点弯曲强度：337MPa

平均热膨胀系数：5.8×10^-6/℃

耐热冲击温度：273℃

<批次L24>

体积密度：3.3g/cm³

杨氏模量：190GPa

三点弯曲强度：360MPa

平均热膨胀系数：5.6×10^-6/℃

耐热冲击温度：290℃

由以上的结果可知，随着硼的以B₂O₃换算含量增加，三点弯曲强度增加(参照图18)，热膨胀系数变小(参照图19)，耐热冲击温度上升(参照图20)。另外，关于批次L21～L24中的任一个，体积密度均为3.2g/cm³以上。即，可知批次L21～L24均为致密体。

如上述那样，实施方式的陶瓷构件(作为一例，陶瓷构件1)具有由陶瓷构成的基体(作为一例，基体10)。基体至少在第一面11a或者第二面11b(作为一例，外壁面或者内壁面)具有硼含有层20作为硼含有层一例。

因此，根据实施方式，能够提供耐热冲击性优异的陶瓷构件。陶瓷构件能够特别适合用作耐热构件。

应当认为本次公开的实施方式在所有方面是例示性的而非限制性的。实际上，上述的实施方式能够以多种方式实现。另外，上述的实施方式也可以在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下以各种方式省略、置换、变更。

附图标记说明：

1...陶瓷构件；

10...基体；

11...第一壁部；

11a...第一面、内壁面；

11b...第二面、外壁面；

11c...第三面、上表面；

12...第二壁部；

13...开口部；

14...第一角部、内壁面侧角部；

15...第二角部、外壁面侧角部；

20...硼含有层；

21...第一硼含有层；

21a...表层部；

21b...内部；

22...第二硼含有层；

22a...表层部；

22b...内部；

R1...内壁面侧部；

R2...内壁面侧部与外壁面侧部之间的区域；

R3...外壁面侧部。

Claims

1.一种陶瓷构件，其中，

所述陶瓷构件具有由含有硼的陶瓷构成的基体，

所述陶瓷构件在所述基体的表面部具有硼含有层，所述硼含有层含有比所述基体的内部的硼含量多的硼。

2.根据权利要求1所述的陶瓷构件，其中，

所述基体具有：

第一面；以及

第二面，其位于与所述第一面相反的位置，

所述第一面在第一表面部具有第一硼含有层，

所述第二面在第二表面部具有第二硼含有层，

在将所述第一硼含有层的硼含量设为第一硼含量、将所述第二硼含有层的硼含量设为第二硼含量的情况下，所述第一硼含量与所述第二硼含量不同。

3.根据权利要求2所述的陶瓷构件，其中，

所述基体呈具有壁部的容器的形状，

所述第一面是所述容器的内壁面，

所述第二面是所述容器的外壁面，

所述第一硼含量比所述第二硼含量多。

4.根据权利要求2所述的陶瓷构件，其中，

所述基体呈具有壁部的容器的形状，

所述第一面是所述容器的内壁面，

所述第二面是所述容器的外壁面，

所述第一硼含量比所述第二硼含量少。

5.根据权利要求3或4所述的陶瓷构件，其中，

所述基体具有多个所述壁部，

在所述壁部的内壁面中，将位于相邻的所述壁部之间的角部设为第一角部，

将所述第一角部的表面部的硼含量设为第三硼含量，

在所述壁部的外壁面中，将位于相邻的所述壁部之间的角部设为第二角部，

将所述第二角部的表面部的硼含量设为第四硼含量，

在将所述第三硼含量与所述第四硼含量的差设为第一内外差、将所述第一角部以外的区域中的所述第一硼含量与所述第二角部以外的区域中的所述第二硼含量的差设为第二内外差的情况下，所述第一内外差比所述第二内外差大。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷构件，其中，

所述基体是由气孔率为5％以下的多晶体构成的氧化铝质陶瓷。