JP2000327460A

JP2000327460A - 耐摩耗性セラミックスおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2000327460A
Application number: JP14052199A
Authority: JP
Inventors: Akira Okada; 田明岡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた耐摩耗性と偶発的な衝撃力にも耐え得
る十分な強度を有し、マイルド摩耗およびシビア摩耗の
いずれの条件下でも優れた耐摩耗性と耐久性を備えた耐
摩耗性セラミックスと、このような耐摩耗性セラミック
スの製造方法を提供する。【解決手段】８．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上の破壊靭性を
備え、気孔率が３０％以下の緻密な基材セラミックス２
の表面に、その６０重量％以上を占める部分が互いに共
通の相を備え、破壊靭性が３．０〜６．０ＭＰａ・ｍ
^1/2の範囲で耐摩耗性に優れた表層セラミックス３を被
覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２種類のセラミッ
クスからなる積層構造を備え、耐摩耗性材料として、例
えば内燃機関のカムシャフトとバルブとの間に介在して
カムシャフトの回転をバルブの上下運動に変換するタペ
ットにおけるカムとの摺動面に適用されるシムなどに好
適な耐摩耗性セラミックスと、このような耐摩耗性セラ
ミックスの製造方法に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば、自動車用エン
ジンにおける動弁系の部品の小型軽量化を押し進める
と、エンジンの高回転領域での追従性が増して、出力向
上や燃費の改善に効果がある。しかし、シム，タペッ
ト，ロッカーアームチップなどの動弁系の部品の小型軽
量化を進めると、その結果として接触部の面圧が高くな
り、面圧が高くなると摩耗量が大きくなり、耐摩耗性に
優れた材料の適用が必要となる。

【０００３】一般に、セラミックスは硬度が高く本質的
に耐摩耗性に優れる。

【０００４】すなわち、金属では硬い突起によって接触
部表面に塑性変形が起こり、これによる掘り起こし型な
どのアブレッシブ摩耗が生じる。また金属同士では、擦
れ合う材質が異なるときに接触部の凝着が起こりやす
く、この凝着部が引っ張られるときに凝着部から破断す
るという機構によって、凝着摩耗が生じる。

【０００５】これに対し、セラミックスでは、塑性変形
や凝着が起こりにくいため、このような機構による摩耗
がほとんど生じることがない。したがって、金属では著
しい摩耗が生じる条件下においても、比較的摩耗量が少
なく、滑らかな摩耗面を形成するマイルドな摩耗が発生
することが多い。

【０００６】しかしながら、セラミックスといえども接
触部の面圧が高くなるとシビア摩耗領域に入り、チッピ
ングなどの表面損傷が起こって摩耗面が荒れ、摩耗量が
増大することになる。とくに動弁系では、エンジン回転
数が上昇するとバウンシングなどによって衝撃的な力が
繰り返し加わる場合があり、偶発的にシビア摩耗が生
じ、さらにこれが甚だしい場合には、セラミックス部品
の破壊が生じる場合がある。つまり、セラミックスの激
しい摩耗は、接触部表面に亀裂が発生し、この亀裂発生
をトリガーとして表面層が脱落するために生じるのであ
るから、激しい摩耗が起こるということはセラミックス
の表面において接触応力による微視的破壊が起こったこ
とを意味し、これが著しい場合にはセラミックス部品全
体の破壊に至ることになる。

【０００７】このような破壊を避けるための方法とし
て、例えば特開平０５−０６５８０９号公報には、１．
０ＧＰａを超える曲げ強さの大きいセラミックスを使用
することが記載されている。

【０００８】一般的に、摩耗量を小さくするためには、
部材の表面粗さを小さくすることが有効であり、例えば
Ｒｍａｘが１μｍ以下になったときには、相手部材への
攻撃性も低下して摩擦係数が低下すると共に、当該部材
と相手部材の双方の摩耗が少なくなる効果が顕著に現れ
る。また、接触する部材間に、空気や油、固体潤滑剤な
どの柔らかい層を介在させて潤滑性を改善することも摩
耗量の低減に有効である。しかし、セラミックスのよう
な脆性材料においては、局所的な接触によって接触応力
が極めて高くなるために起こる偶発的なシビア摩耗やチ
ッピングなどによる表面部の粒子脱落を抑制するため
に、材料の破壊靭性を高める必要がある一方、破壊靭性
を高めると、マイクロクラックの発生を伴う永久変形が
接触部に起こり、このようなマイクロクラックをトリガ
ーに粒子の脱落も生じることから、かえって摩耗が進み
がちとなる。

【０００９】この対策としては、下地に破壊靭性の高い
材料を用い、その表面に耐摩耗性に優れる硬質材料を被
覆して用いることが考えられる。これは、耐摩耗性コー
ティングとして既に応用されており、切削工具において
はこのような発想によるコーテッドチップが製造されて
いる。しかし、この方法では表面被覆層が摩耗すると交
換が必要になるため耐久性を十分に得ることが難しく、
耐久性を確保するために表面被覆層を十分に厚くする
と、両層の熱膨張係数や弾性率などの物理的性質の相違
および化学結合性の不一致によって両層の界面において
剥離が起こりやすくなる。したがって、下地基材にこれ
とは異なる硬質層を被覆する耐摩耗性コーティングで
は、表面被覆層の厚さが１〜１０μｍ程度に止められて
いる。

【００１０】例えば、特開平０７−０６２５４０号公報
には、窒化けい素の表面にダイヤモンドあるいは硬質炭
素を被覆した部材が提案されているが、被覆層の厚さは
１〜２０μｍと規定されている。また、特開平０７−０
４０１０５号公報において提案されている窒化けい素に
アルミナを被覆した切削工具では、被覆層の厚さとして
０．１〜１０μｍが好ましいとされ、０．１μｍ未満で
は被覆効果が得られず、１０μｍを超えると欠損しやす
くなると記載されている。

【００１１】このように、破壊靭性の高い下地基材の表
面に耐摩耗性に優れる硬質材料を被覆してなる２層構造
を備えた耐摩耗性材料や切削工具においては、界面剥離
が起こりやすくなるために被覆層を十分に厚くすること
ができず、十分な耐久性を得ることができないという問
題点があり、耐摩耗性と強度を確保した上で耐久性をも
向上させることがこのような積層構造を備えた耐摩耗性
セラミックスにおける課題となっていた。

【００１２】

【発明の目的】本発明は、積層構造を備えた従来の耐摩
耗性セラミックスにおける上記課題に着目してなされた
ものであって、優れた耐摩耗性と偶発的な衝撃力にも耐
え得る十分な強度を有し、しかも耐久性に優れた耐摩耗
性セラミックスと、このような耐摩耗性セラミックスの
製造方法を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る耐摩耗性セラミックスは、８．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上
の破壊靭性を備えた基材セラミックスの表面に、３．０
〜６．０ＭＰａ・ｍ^1/ ²の範囲の破壊靭性を備えた表層
セラミックスが被覆してあると共に、基材セラミックス
および表層セラミックスの６０重量％以上が同じ相によ
り構成されている構成としたことを特徴としており、耐
摩耗性セラミックスにおけるこのような構成を前述した
従来の課題を解決するための手段としている。

【００１４】本発明に係わる耐摩耗性セラミックスにお
いては、請求項２に記載しているように、基材セラミッ
クスの厚さを１ｍｍ以上とすると共に、表層セラミック
スの被覆厚さを０．１〜１００μｍの範囲とすることが
できる。さらに、請求項３に記載しているように、基材
セラミックスおよび表層セラミックスの主体となる相、
すなわち基材セラミックスおよび表層セラミックス中の
６０重量％以上を占める相を窒化けい素とすることがで
き、請求項４に記載しているように、基材セラミックス
中に５μｍ以上の長さを有する粒子を１５％以上含んで
いる構成とすることができる。

【００１５】そして、このような耐摩耗性セラミックス
は、例えば請求項５に記載しているように、内燃機関の
タペット用シムに適用することができる。

【００１６】本発明の請求項６に係わる耐摩耗性セラミ
ックスの製造方法は、３０％以下の気孔率に焼結した基
材セラミックスの表面を研磨すると共に、当該基材セラ
ミックスの研磨面に焼結後の厚さが２００μｍ以上とな
るように表層セラミックスを形成する粉末材料を載置し
てホットプレスにより一体化焼結したのち、得られた表
層セラミックスの表面をさらに研磨する構成とし、請求
項７に係わる耐摩耗性セラミックスの製造方法において
は、表層セラミックスを形成する粉末材料を基材セラミ
ックスの研磨面に載置するに際して、粉末材料の懸濁液
を基材セラミックスの研磨面に塗布する構成とし、本発
明の請求項８に係わる耐摩耗性セラミックスの製造方法
は、３０％以下の気孔率に焼結した基材セラミックスの
上に、気相を経由する被膜合成法により表層セラミック
スを被覆する構成とし、耐摩耗性セラミックスの製造方
法におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決
するための手段としたことを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、破壊靭性に優れた基材
セラミックスの表面に、マイルド摩耗領域において耐摩
耗性に優れる表層セラミックスを被覆してなる積層構造
の耐摩耗性セラミックスにおいて、表層セラミックスの
被覆厚さを厚くしても界面剥離を起こし難い材料を組み
合わることにより、マイルド摩耗からシビア摩耗に至る
広範囲な領域で耐摩耗性に優れた耐摩耗性セラミックス
を提供するものである。

【００１８】すなわち、本発明に係わる耐摩耗性セラミ
ックス１は、図１（ａ）に示すような構造を有し、８．
０ＭＰａ・ｍ^1/2以上の破壊靭性を備えた基材セラミッ
クス２と、３．０〜６．０ＭＰａ・ｍ^1/2の範囲の破壊
靭性を有する表層セラミックス３からなり、基材セラミ
ックス２の表面に表層セラミックス３が被覆してある。

【００１９】基材セラミックス２に被覆される表層セラ
ミックス３としては、摩耗に対して基本的に優れる材料
を採用するが、このような材料は偶発的な衝撃力による
表面損傷に対する耐性を有しない。これは、高い耐摩耗
性を維持するために変形に対する高い抵抗性を与えた材
料であるために、衝撃力によって局部的に高い応力が発
生したときに変形によってその応力を緩和することがで
きず、亀裂の発生を抑えることができないことによる。
したがって、仮に、このような表層セラミックス３に用
いるような材料のみで部品を構成したとすると、その表
面を十分に滑らかに保ち、かつマイルドな摩擦条件で用
いる限りは優れた耐摩耗性を示すものの、偶発的に衝撃
的荷重をうけて、図２（ａ）に示すような亀裂Ｃが一旦
導入されると、それを契機にシビア摩耗が生ずる。すな
わち、この亀裂Ｃを起点として表面層の一部が脱落する
ことによって表面粗さが増し、相手材への攻撃性が高ま
り、摩耗量が急激に増加することになる。

【００２０】このような偶発的な亀裂発生にもとづく表
面損傷に対する耐性を付与するのが基材セラミックス２
であり、この基材セラミックス２には破壊靭性が大きい
ことが要求される。すなわち、基材セラミックス２は、
表層セラミックス３に偶発的に亀裂Ｃが発生したとき、
その高い破壊靭性によって、図１（ｂ）に示すように亀
裂Ｃの伝播を停止させ、表面損傷が顕在化するのを防止
する作用を有する。

【００２１】しかし、セラミックスの破壊靭性を高める
方法は、組織制御によって応力緩和機構を導入すること
であるから、このような組織を有する基材セラミックス
２は圧縮荷重とせん断荷重の組み合わせによって生じた
マイクロクラックが連結することによって剥離を起こし
やすいという問題点がある。したがって、仮に、このよ
うな基材セラミックス２として用いるような破壊靭性の
高い材料のみで部品を構成したとすると、高い荷重が加
えられたときに、図２（ｂ）に示すように、その部分が
崩壊して永久変形を伴うくぼみを生じ、しかもこの永久
変形部にはマイクロクラックが発生しているので、これ
を起点にして剥離破壊が起こり、摩耗量が増大すること
になるが、本発明に係わる耐摩耗性セラミックス１にお
いては、基材セラミックス２に変形によるマイクロクラ
ックが発生したとしても、その表面に形成された表層セ
ラミックス３によって剥離が妨げられる。

【００２２】このように、均質で微細な組織を有する表
層セラミックス３のみを単独で用いた場合には、荷重が
低いマイルド摩耗においては耐摩耗性が優れる反面、シ
ビア摩耗の生じるような高荷重においては、接触部に微
小亀裂が形成され、これによる表面粒子の脱落によって
摩耗量が大きくなるが、これを破壊靭性の高い基材セラ
ミックス２の上に形成させると、高荷重によって表層セ
ラミックス３の接触部に発生した亀裂が生じたとして
も、基材セラミックス２内に伝播することなく停止して
表面剥離が防止され、粒子の脱落が押えられることか
ら、高荷重のときにも摩耗量が減少することになる。

【００２３】このような基材セラミックス２としては、
上記したように基材内部に亀裂の導入および伝播が起こ
りにくいことが必要であるため、その破壊靭性値を８．
０ＭＰａ・ｍ^1/2以上とする必要がある。また、被覆層
を形成する表層セラミックス３としては、その破壊靭性
値が３．０ＭＰａ・ｍ^1/2に満たない場合には表層セラ
ミックスとして緻密化が不十分であり、６．０ＭＰａ・
ｍ^1/2を超えると接触部の損傷が次第に顕著になり表層
セラミックスとしての耐摩耗性が不足することから、
３．０〜６．０ＭＰａ・ｍ^1/2の範囲内とする必要があ
る。

【００２４】さらに、本発明に係わる耐摩耗性セラミッ
クス１においては、基材セラミックス２および表層セラ
ミックス３の主な相、すなわち基材セラミックス２およ
び表層セラミックス３の６０重量％以上を占める相がそ
れぞれ同じ相から構成されていることから、下地基材層
と被覆層とが実質的に同じ化学成分を有することにな
り、界面での化学結合がバルクのものと基本的に同一で
あることによって、互いに良好な接着力が確保され、せ
ん断型の界面剥離破壊の発生が防止されることになる。
また、構成層の界面における物理定数の不連続性が解消
され、これによる応力集中が起こらないことから、表層
セラミックス３の被覆厚さを増したとしても表層セラミ
ックス３が下地層である基材セラミックス２から剥離し
にくく、耐摩耗性セラミックスとしての耐久性が向上す
ることになる。このとき、同じ相から構成されている部
分を基材セラミックス２および表層セラミックス３それ
ぞれの６０重量％以上に限定したのは、６０重量％に満
たない場合には、両層界面における耐剥離性を十分に確
保することができず、耐久性を十分に向上させることが
できないことによる。

【００２５】本発明に係わる耐摩耗性セラミックス１に
おける表層セラミックス３の厚さについては、請求項２
に記載しているように０．１〜１００μｍの範囲とする
ことが望ましい。すなわち、これは表層セラミックス３
の厚さが０．１μｍより薄いときには、摩耗によって被
覆層が早期に消滅してしまうために耐久性に乏しく、１
００μｍよりも厚い場合には、過大な荷重によって表面
割れが発生したときに被覆層に発生した亀裂による強度
低下が大きくなり、被覆層の剥離摩耗が顕著になりやす
いことによる。また、基材セラミックス２の厚さとして
は、とくに限定されないが、被覆層に対する下地基材と
しての十分な厚さと耐摩耗性材料として取扱いに耐える
機械的強度を確保する観点から、同じく請求項２に記載
しているように１ｍｍ以上とすることが望ましい。

【００２６】なお、表層セラミックス３の厚さについて
は、さらに十分な耐久性を得ると共に、被覆層に割れが
発生したときの低下をほとんど無視できる程度に抑える
観点から、１０〜５０μｍの範囲とすることがより一層
好ましい。

【００２７】そして、上記のような破壊靭性および耐摩
耗性を備えた基材セラミックス２および表層セラミック
ス３を得るためには、請求項３に記載しているように基
材セラミックス２および表層セラミックス３の主要相、
すなわち基材セラミックス２および表層セラミックス３
の６０％以上を占める相を窒化けい素とすることが望ま
しい。

【００２８】また、基材セラミックス２については、上
記のような高い破壊靭性を付与するために、請求項４に
記載しているように基材セラミックス中に５μｍ以上の
長さを有する粒子を１５％以上、さらに好適には２０％
以上含んでいることが望ましい。すなわち、基材セラミ
ックス２として適用することができる破壊靭性の大きな
セラミックスを製造する方法としては基本的に細長い粒
子が分散した組織とすることが好ましい。例えば窒化け
い素の粒子の一部を粒成長させてこのような高靭性の組
織を得るためには、少なくとも１８５０℃以上、好まし
くは１９００℃以上の高温で焼結することが必要であ
る。

【００２９】この一例として、「最新技術Ｓｉ₃Ｎ₄は
今…Ｓｉ₃Ｎ₄の基礎から応用まで」（１９９６年社
団法人日本ファインセラミックス協会発行）の２６〜２
９頁には、高温長時間の焼成によって破壊靭性が１０．
３ＭＰａ・ｍ^1/2の値を有する窒化けい素材料が得られ
たことが記載されており、高温短時間の焼成では破壊靭
性が８．５ＭＰａ・ｍ^1/2の値であったことが報告され
ている。

【００３０】このような破壊靭性の大きな窒化けい素の
特徴は、長さ５μｍ以下の微細な多数の粒子の中に長さ
数十μｍ以上の柱状粒子が分散した組織を有することで
ある。破壊靭性が８．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上の値を持つ
窒化けい素はこのような長さ数十μｍ以上の柱状粒子が
比較的微細な粒子の中に分散した組織であることが必要
であって、窒化けい素の破壊靭性はこのように焼結体の
中に占める長さが数十μｍ程度の柱状粒子の割合に強く
依存する。

【００３１】破壊靭性を高めた窒化けい素焼結体の組織
の解析結果によると、粒径分布については５μｍ以下の
粒径領域と、これを超える粒径の２つの領域に分布が集
中した領域が現れる。破壊靭性が８．０ＭＰａ・ｍ^1/2
以上の値を持つためには、この５μｍ以上の長さを有す
る粒径の割合が少なくとも１５％、さらに望ましくは２
０％以上とすることが必要である。

【００３２】このような組織を備え、破壊靭性の高い基
材セラミックス２は、例えば、窒化けい素に重量％で２
〜３０％の焼結助剤を含む混合物を上記のような１９０
０℃あるいは２０００℃以上の高温で焼結することによ
ってを得ることができる。

【００３３】また、原料中にあらかじめ細長い粒子を配
合しておくことによって、より低い温度で高い破壊靭性
を備えた基材セラミックス２を得ることができる。

【００３４】窒化けい素焼結体の場合、このような細長
い粒子として窒化けい素ウィスカーを配合することが本
質的に望ましいが、同じけい素の材料である炭化けい素
ウィスカーを用いても差支えない。この場合、上記の窒
化けい素に重量％で２〜３０％の焼結助剤を含む混合物
に炭化けい素ウィスカーを１５〜３５％の範囲で配合し
（但し、窒化けい素が６０重量％を下回ってはならな
い）、例えばホットプレスによって焼結することができ
る。このとき、炭化けい素ウィスカーが１５％に満たな
いと、高靭性化の効果が少なく、３５％を超えると、ウ
ィスカーによって焼成収縮が阻害され緻密な焼結体を得
ることが難しくなる。なお、炭化けい素ウィスカーの配
合量としては、過不足による上記弊害を確実に避ける意
味において２０〜３０％の範囲がより好ましい。

【００３５】細長い粒子として窒化けい素ウィスカーや
針状の形態を有する窒化けい素粒子を添加することもも
ちろん可能であり、この場合には、添加したウィスカー
や針状窒化けい素粒子が焼結過程において成長すること
により、焼結後の組織における粒子寸法が大きくなるこ
とがある。そしてこの場合、上記のような窒化けい素に
重量％で２〜３０％の焼結助剤を含む混合物に窒化けい
素ウィスカーあるいは針状窒化けい素粒子を５〜３０％
の範囲で配合して焼結することができる。ウィスカーや
針状窒化けい素の下限値が炭化けい素ウィスカーに較べ
て低いのは、焼結過程での粒成長が見込まれることによ
る。

【００３６】窒化けい素の焼結助剤としては、窒化けい
素の液相焼結が起こるような高温において窒化けい素が
溶解する液相を形成するアルカリ土類酸化物，希土類酸
化物，酸化アルミニウム，二酸化けい素，VIＡ族元素の
酸化物から選択することができる。焼結助剤としてはこ
れら酸化物を単独で使用するよりは、一般に、イオンの
価数やイオン半径の相違が大きい複数の酸化物を混合し
て用いることが焼結温度の低温化が可能になることから
都合がよい。これは窒化けい素粉末の表面に存在する酸
化けい素との反応によって共融組成を形成するときに生
成する液相生成温度を低下させる効果があることによ
る。

【００３７】これら焼結助剤の配合量としては、前述の
ように２〜３０％の範囲とすることが望ましい。これ
は、焼結助剤が２％に満たない場合には、緻密化が難し
くなり、３０％を超えた場合には、ホットプレスの際に
溶融した液相が成形した混合粉末からにじみ出るために
ホットプレスによる焼結体の製造が困難になることによ
る。

【００３８】このようにして焼結された基材セラミック
ス２の表面に被覆される表層セラミックス３は、例えば
窒化けい素粉末、さらに好ましくはβ型窒化けい素に、
上記のように２〜３０重量％の焼結助剤を含む混合物を
出発原料として、１７５０℃以下の温度で焼結すること
によって得ることができる。

【００３９】すなわち、１７５０℃以下の焼結温度を採
用することによって焼結過程における粒成長を抑制する
ことができる。また、β型窒化けい素の使用が好ましい
のは、米国窯業協会誌（Journal of American Ceramic
Society, pp518-522, Vol.56, No.10, 1973 ）に記載さ
れているように、アモルファスあるいはα型の窒化けい
素を出発原料として用いたときには、焼結の際に窒化け
い素がβ型に相転移し、このときに粒が細長く成長する
ために破壊靭性が大きくなるのに対し、β型の窒化けい
素を原料に用いると成長した粒が等軸的な形態を有する
ことによって破壊靭性が低く抑えられることによる。な
お、上記協会誌には、５重量％の酸化マグネシウムを添
加して１７５０℃で２時間ホットプレスした結果が紹介
されており、α窒化けい素を２６％含む窒化けい素（残
りはβ型の窒化けい素と見なせる）から製造した窒化け
い素の焼結体の破壊靭性が４．１６ＭＰａ・ｍ^1/2 で
あるのに対し、α窒化けい素を７０％含む窒化けい素か
ら製造した焼結体の破壊靭性は６．０ＭＰａ・ｍ^1/2で
あると報告されている。

【００４０】本発明に係わる耐摩耗性セラミックスを製
造するための方法、すなわち上記したような手法により
焼結された基材セラミックス２の表面に表層セラミック
ス３を被覆するための具体的方法としては、通常のセラ
ミックス分体のプロセスを応用した方法、あるいは気相
合成による方法を採用することができる。

【００４１】第１の方法として、請求項６に記載してい
るように、基材セラミックス２の上に表層セラミックス
３の材料粉末を載置して焼結することによって一体化
し、所定の厚さに形成された表層セラミックス３を所望
の厚さまで研磨することによって本発明に係わる耐摩耗
性セラミックスを得ることができる。

【００４２】すなわち、まず、例えば上記したように配
合した材料粉末を乾式プレスによって成形した成形体を
焼結によって気孔率が３０％以下となるまで素焼きある
いは緻密化させて基材セラミックス２を得たのち、この
基材セラミックス２の表面を平滑に研磨し、表層セラミ
ックス３を形成するための粉末材料を焼結後の厚みが２
００μｍ以上、好ましくは５００μｍ以上となる厚さに
載置する。これをホットプレスによって焼結したのち、
表層セラミックス３の厚さが、例えば請求項２に記載し
ているように０．１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５
０μｍとなるまで研磨加工を行う。

【００４３】このとき、基材セラミックス２の表面を平
滑に研磨するのは、焼き上がりの焼結体の表面を十分に
平滑に保持するためであり、基材セラミックス２の気孔
率を３０％以下とする理由は、気孔率が３０％を超える
と機械的強度の低下が著しく、表面を平滑化するための
機械加工に耐えられなくなると共に、これに続くホット
プレスに際して発生する収縮が大きくなって、焼結後の
接合面の平滑性が十分に確保できなくなることによる。
また、粉末材料を焼結後の厚みが２００μｍ以上となる
ように載置するのは、この方法では表層セラミックス３
の焼き上がり厚さが１００μｍ以下となるような量の粉
末材料を基材セラミックス２の上に載置することはほと
んど不可能であって、基材セラミックス２の上に表層セ
ラミックス３を均一に形成させるためには、表層セラミ
ックス３の焼き上がり厚さを少なくとも２００μｍ、さ
らに望ましくは５００μｍ以上とする必要があることに
よる。なお、このような量の粉末を基材セラミックス２
の上において加圧プレスする方法も考えられるが、この
ような方法では焼結後の界面に生ずるうねりが大きくな
って、被覆した表層セラミックス３を平滑に研磨したと
きに部位による被覆層の厚みの変動幅が大きくなる問題
点がある。

【００４４】また、基材セラミックス２の上に表層セラ
ミックス３の材料粉末を載置する方法として、請求項７
に記載しているように粉末材料の懸濁液を塗布する方法
を採用することも可能である。塗布する方法としては、
例えば懸濁液をスプレーする方法、研磨後の基材セラミ
ックス２を懸濁液に浸漬する方法、スクリーン印刷によ
る方法などを用いることができる。

【００４５】このように粉末材料を懸濁液にして塗布す
るようになすことによって、目的とする材料粉末の量が
比較的少ない場合でも、基材セラミックス２の表面に材
料粉末を薄い厚さに均一に置くことができるようにな
る。なお、このような懸濁液の濃度や粘度については、
スクリーン印刷では濃度を高くしてやや粘調質なものを
適用することが好ましく、基材セラミックス２を浸漬す
るための懸濁液については、これよりも粘性の低いもの
とし、スプレー塗装する場合にはさらに粘性の低いもの
を使用すると作業がしやすくなる。また、懸濁液は重力
によって固体分が沈降し溶媒との分離が生じやすいの
で、これを防止するために適当な分散剤や解膠剤を添加
することも必要に応じて望ましい。

【００４６】懸濁液は下地である基材セラミックス２の
中に染み込むと共に、焼結過程においては下地層と被覆
層との相互拡散が生じることから、その界面部には連続
的に組成が変化する領域が現れ、この領域では傾斜的な
組成変化が生じて、その物性が連続的に変化しているた
め界面剥離型の破壊が起こり難くなる効果が得られる。
これによって、下地層と被覆層との境界を明確に区分す
ることが難しくなって傾斜組成の境界層を備えたものと
なるが、このような構造のものも本発明に係わる耐摩耗
性セラミックスに含まれることは言うまでもない。

【００４７】本発明に係わる耐摩耗性セラミックスを製
造するための第２の方法として、請求項８に記載してい
るように、同様に気孔率が３０％以下となるように焼結
したのち表面を平滑に研磨した基材セラミックス２の上
に、化学気相反応法（ＣＶＤ）や物理気相反応法（ＰＶ
Ｄ）などの気相を経由した被膜合成法によって表層セラ
ミックス３を被覆する方法を応用することができる。

【００４８】例えば、気相から形成される窒化けい素
は、細かい結晶粒からなる結晶相、あるいはアモルファ
ス相となる。このような組織は、窒化けい素としては破
壊靭性が比較的低いことから、３．０〜６．０ＭＰａ・
ｍ^1/2の破壊靭性値を備えた表層セラミックス３が基材
セラミックス２の上に形成される。

【００４９】具体的には、例えばシランガス（Ｓｉ
Ｈ₄），四ふっ化けい素（ＳｉＦ₄），四塩化けい素（Ｓ
ｉＣｌ₄）などのような気体状けい素化合物と、例えば
アンモニアガス（ＮＨ₃）のような気体状窒素化合物を
供給し、１０００〜１５００℃に加熱された基板の上で
これらを反応させて窒化けい素を主体とする膜を合成す
るＣＶＤ法あるいは気体反応をプラズマ化した基板上で
行うプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法に代表される
ＰＶＤ法を用いることができる。

【００５０】そして、このような方法によって製造さ
れ、上記のような構造を備えた耐摩耗性セラミックス１
は、例えば、請求項５に記載しているように、内燃機関
のカムシャフトとバルブとの間に介在してカムシャフト
の回転をバルブの上下運動に変換するタペットにおける
カムとの摺動面に適用されるシムとして好適に使用され
る。

【００５１】シムは、タペットの表面に貼り付けて使用
される耐摩耗部品であり、図３に示すように、タペット
本体（１１）に接着された状態でカム（１２）と接し、
シム（１０）はカム（１２）の回転によってカム面と摺
動し、カムの回転によってタペットが上下動し、この上
下動が図示しない吸排気バルブに伝えられ、バルブの開
閉動作に変換されるようになっている。

【００５２】このようなシムに、窒化けい素材料を適用
することは、例えば前記特開平０５−０６５８０９号公
報に既に開示されているが、このような従来のセラミッ
クシムでは、エンジンの回転数の上昇によって衝撃的な
力が動弁系に繰り返し加わると、前述したように偶発的
にシビア摩耗が生じ、破壊に至ることがあったが、この
ような破壊はシビア摩耗による表面欠陥を起点にして起
こることから、破壊靭性に優れた基材セラミックス２と
耐摩耗性に優れた表層セラミックス３からなる積層構造
を備えた本発明に係わる耐摩耗性セラミックス１を適用
することにより、表面欠陥が発生しにくくなり、耐久性
が大幅に向上することになる。

【００５３】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる耐摩耗性セラ
ミックスは、上記のように、破壊靭性に優れた基材セラ
ミックスの表面に、耐摩耗性に優れた表層セラミックス
が被覆してあり、しかも基材セラミックスおよび表層セ
ラミックスの６０重量％以上の部分が同じ相から構成さ
れているので、マイルドな摩耗に対して表層セラミック
スが良好な耐摩耗性を示すと共に、シビア摩耗の生じる
ような高い荷重によって表層セラミックスの表面に亀裂
が発生したとしても、この亀裂の伝播が破壊靭性の高い
基材セラミックスによって阻止され、表面剥離が防止さ
れるので高荷重時の摩耗をも少なくすることができる。
さらに、基材セラミックスと表層セラミックスの大部分
が同じ相からなっているので、表層セラミックスの被覆
厚さを大きくしても界面剥離を防止することができ、優
れた耐久性を得ることができるという極めて優れた効果
をもたらすものである。

【００５４】本発明の請求項２に係わる耐摩耗性セラミ
ックスにおいては、基材セラミックスの厚さが１ｍｍ以
上であって、表層セラミックスの被覆厚さが０．１〜１
００μｍのものであるから、耐摩耗性材料としての十分
な強度と耐久性を発揮することができ、請求項３に係わ
る耐摩耗性セラミックスにおいては、基材セラミックス
および表層セラミックスの６０重量％以上を占める相が
窒化けい素のものであるから、高い破壊靭性と優れた耐
摩耗性を無理なく得ることができ、請求項４に係わる耐
摩耗性セラミックスにおいては、基材セラミックス中に
５μｍ以上の長さを有する粒子を１５％以上含んでいる
ので、基材セラミックスの破壊靭性を無理なく向上させ
ることができるというさらに優れた効果がもたらされ
る。

【００５５】さらに、本発明の請求項５に係わる耐摩耗
性セラミックスは、内燃機関のタペット用シムとして使
用されるものであって上記構成を備えた耐摩耗性セラミ
ックスであるから、マイルド摩耗およびシビア摩耗とな
るいずれの条件下においても優れた耐摩耗性と耐久性を
発揮し、エンジンの高出力化に大きく貢献することがで
きる。

【００５６】本発明の請求項６に係わる耐摩耗性セラミ
ックスの製造方法においては、基材セラミックスをその
気孔率が３０％以下となるように緻密に焼結して、その
表面を平滑に研磨すると共に、この研磨面に焼結後の厚
さが２００μｍ以上となるように表層セラミックスの粉
末材料を載置し、ホットプレスにより一体化焼結したの
ち、２００μｍ以上の厚さに形成された表層セラミック
スを所望の厚さになるまで研磨するようにしているの
で、基材セラミックスの表面を平滑で均一な厚さの表層
セラミックスで被覆することができ、本発明に係わる耐
摩耗性セラミックスを容易に得ることができ、請求項７
に係わる耐摩耗性セラミックスの製造方法においては、
表層セラミックスを形成する粉末材料を基材セラミック
スに載置するの際して、粉末材料を懸濁液にして塗布す
るようにしているので、粉末材料の比較的少ない場合で
も均一に載置することができ、本発明の請求項８に係わ
る耐摩耗性セラミックスの製造方法においては、ＣＶＤ
法やＰＶＤ法などの気相を経由する被膜合成法によって
表層セラミックスを被覆するようにしているので、基材
セラミックスの表面に所望の耐摩耗性および破壊靭性を
有する表層セラミックスを容易に形成することができる
という極めて優れた効果がもたらされる。

【００５７】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて、さらに具
体的に説明する。

【００５８】実施例１ β型窒化けい素粉末９２重量％に、焼成助剤として酸化
イットリウム粉末３重量％と酸化ネオジム粉末５重量％
を混合し、これを成形したのち、２２００℃にて１６時
間焼成した。なお、この焼結体の密度は３．４５ｇ／ｃ
ｍ³であり、理論密度３．４６ｇ／ｃｍ³にほぼ一致して
いるのでほとんど気孔が存在しないレベルまで緻密化が
進んでいるものと推定される。また、画像解析によって
組織を調査し、５μｍ以上の長さを有する粒子の割合を
算出した結果、約２５％であった。さらに、得られた焼
結体の破壊靭性値をＪＩＳＲ１６０７に規定されてい
るＩＦ法によって測定した結果、９．５ＭＰａ・ｍ^1/2
であった。

【００５９】このような焼結体の表面を平らに研磨する
ことによって、厚さ約８ｍｍの基材セラミックス２と
し、この上にβ型窒化けい素粉末９０重量％、酸化イッ
トリウム粉末５重量％、アルミナ粉末５重量％の混合物
を均一に載置すると共に黒鉛型を用いて加圧成形したの
ち、窒素気流中で３０ＭＰａの圧力を加えながら１７０
０℃に加熱し、１時間保持してホットプレス焼結による
一体化を行った。このようにして得られた表層セラミッ
クス３の焼結後の厚さは約４ｍｍであった。この表層セ
ラミックス３の密度については明らかではないが、同一
材料を用いて同一条件のもとに表層セラミックス材料の
みを焼結した結果によれば、３．２５ｇ／ｃｍ³の密度
を呈し、これは理論密度の９９％に相当することから、
気孔率１％程度の十分に緻密化された表層セラミックス
３が得られているものと推定される。また、この破壊靭
性値を上記同様にＩＦ法によって測定すると、４．５Ｍ
Ｐａ・ｍ^1/2であり、粒径についてはほとんどすべてが
３μｍ以下のものとなっていることが確認された。な
お、ホットプレスによる一体化焼成処理温度は、前述の
ように１７００℃であって、基材セラミックス２の製造
時の焼成温度２２００℃に較べて十分に低いことから、
基材セラミックス２の組織および機械的特性の変化は認
められない。

【００６０】このようにして形成された表層セラミック
ス３からなる被覆層を約３０μｍの厚みになるまで研削
加工により削り取ることによって、破壊靭性が９．５Ｍ
Ｐａ・ｍ^1/2の高靭性窒化けい素からなる厚さ６ｍｍの
基材セラミックス２の上に、４．５ＭＰａ・ｍ^1/2の破
壊靭性を備えた厚さ３０μｍの耐摩耗性表層セラミック
ス３を設けた耐摩耗性セラミックス１を得ることができ
た。なお、基材セラミックス２の厚さをホットプレス前
の８ｍｍから６ｍｍに減じた理由は、黒鉛ダイスに接し
た部分を研削によって削除し、寸法を整えたことによ
る。

【００６１】このようにして得られた耐摩耗性セラミッ
クス１を用いて、ピンオンディスク式の摩耗試験を後述
する条件で実施すると共に、曲げ試験片に加工して耐衝
撃摩耗性の評価試験を行った。これらの結果を表１に示
す。

【００６２】実施例２ β型窒化けい素粉末９２重量％に、焼成助剤として酸化
イットリウム粉末３重量％と酸化サマリウム粉末５重量
％を混合し、混合粉末を成形して２２００℃にて１６時
間焼成した。なお、この焼結体の密度は３．４５ｇ／ｃ
ｍ³であり、理論密度３．４６ｇ／ｃｍ³にほぼ一致して
いるのでほとんど気孔が存在しないレベルまで緻密化が
進んでいるものと推定される。また、画像解析によって
５μｍ以上の長さを有する粒子の割合を算出した結果、
約２５％であり、得られた焼結体の破壊靭性値をＩＦ法
によって同様に測定した結果、９．１ＭＰａ・ｍ^1/2で
あった。

【００６３】この焼結体の表面を平らに研磨することに
よって、約８ｍｍの厚さの基材セラミックス２とし、こ
の上にβ型窒化けい素粉末９０重量％、酸化イットリウ
ム粉末５重量％、アルミナ粉末５重量％の混合物を均一
に載置すると共に黒鉛型を用いて加圧成形し、窒素気流
中で３０ＭＰａの圧力を加えながら１７００℃に加熱す
ると共に１時間保持してホットプレス焼結による一体化
を行った。このようにして得られた表層セラミックス３
の密度については、同様に３．２５ｇ／ｃｍ³と考えら
れ、気孔率１％程度の十分に緻密化された表層セラミッ
クス３が得られているものと推定される。また、この破
壊靭性値についても同様に４．５ＭＰａ・ｍ^1/2であ
り、粒径についてもほとんどすべてが３μｍ以下のもの
となっている。

【００６４】このようにして形成された表層セラミック
ス３からなる被覆層を約２５μｍの厚みになるまで同様
に削り取ることによって、破壊靭性が９．１ＭＰａ・ｍ
^1/2の高靭性窒化けい素からなる厚さ６ｍｍの基材セラ
ミックス２の上に、破壊靭性が４．５ＭＰａ・ｍ^1/2の
厚さ２５μｍの耐摩耗性表層セラミックス３を設けた耐
摩耗性セラミックス１を得ることができた。これを用い
て、ピンオンディスク式の摩耗試験と、曲げ試験片によ
る耐衝撃摩耗性の評価試験を同様に行った。これらの結
果を表１に併せて示す。

【００６５】実施例３ β型窒化けい素粉末９２重量％に、酸化イットリウム粉
末３重量％と酸化ランタン粉末５重量％を混合し、これ
を成形して２２００℃にて１６時間焼成した。この焼結
体の密度は３．４３ｇ／ｃｍ³であり、理論密度３．４
６ｇ／ｃｍ³の９９％に相当しているので、気孔率が１
％程度のレベルまで緻密化が進んでいるものと推定され
る。また、画像解析によって５μｍ以上の長さを有する
粒子の割合を調査した結果、約２３％であった。さら
に、ＩＦ法によって同様に測定した結果、９．０ＭＰａ
・ｍ^1/2であった。

【００６６】このような焼結体の表面を平らに研磨する
ことによって基材セラミックス２とし、この上にβ型窒
化けい素粉末９０重量％、酸化イットリウム粉末５重量
％、アルミナ粉末５重量％の混合物を均一に載置し、黒
鉛型を用いて加圧成形したのち、窒素気流中で３０ＭＰ
ａの圧力を加えながら１７００℃に１時間加熱保持して
ホットプレス焼結による一体化を同様に行った。このよ
うにして得られた表層セラミックス３の密度は、同様に
３．２５ｇ／ｃｍ³と推定され、気孔率１％程度の十分
に緻密化されているものと考えられる。また、この破壊
靭性値を上記同様にＩＦ法によって測定すると、４．３
ＭＰａ・ｍ^1/2であり、粒径についてはほとんどすべて
が３μｍ以下のものとなっていることが確認された。

【００６７】上記実施例と同様に、表層セラミックス３
からなる被覆層を約３０μｍの厚みになるまで研削加工
することによって、破壊靭性が９．０ＭＰａ・ｍ^1/2の
高靭性窒化けい素からなる厚さ６ｍｍの基材セラミック
ス２の上に、４．３ＭＰａ・ｍ^1/2の破壊靭性を備えた
厚さ３０μｍの耐摩耗性表層セラミックス３を設けた耐
摩耗性セラミックス１が得られた。

【００６８】このようにして得られた耐摩耗性セラミッ
クス１を用いて、ピンオンディスク式の摩耗試験と、曲
げ試験片による耐衝撃摩耗性の評価試験を同様に行っ
た。これらの結果を表１に併せて示す。

【００６９】実施例４ α型窒化けい素粉末９０重量％に、焼成助剤として酸化
イットリウム粉末６重量％とアルミナ粉末４重量％を混
合したものに、外割りで窒化けい素ウィスカーを１０重
量％添加することによって得られた原料粉末を用いて、
９．６気圧の窒素ガス中において３０ＭＰａの圧力で加
圧しながら１９００℃で４時間ホットプレスすることに
よって焼結体を得た。この焼結体の密度は３．２５ｇ／
ｃｍ³であり、理論密度３．２８ｇ／ｃｍ³の９９％にほ
ぼ相当しているので、１％程度の気孔率のレベルまで緻
密化が進んでいるものと推定される。また、画像解析に
よって組織を調査した結果、５μｍ以上の長さを有する
粒子の割合は約２３％であった。さらに、この焼結体の
破壊靭性値をＪＩＳＲ１６０７に規定されたＩＦ法に
よって測定した結果、８．３ＭＰａ・ｍ^1/2であった。

【００７０】この焼結体の表面を平らに研磨して基材セ
ラミックス２とし、この上にβ型窒化けい素粉末９０重
量％、酸化イットリウム粉末５重量％、アルミナ粉末５
重量％を混合した粉末を載置したのち、１気圧の窒素中
で１７００℃で１時間、３０ＭＰａの圧力を加えながら
ホットプレス焼結した。このようにして得られた表層セ
ラミックス３の密度については明らかではないが、同一
材料を用いて同一条件で表層セラミックス材料のみを焼
結した結果によれば、３．２５ｇ／ｃｍ³の密度を呈
し、これは理論密度の９９％に相当することから、気孔
率１％程度の十分に緻密化された表層セラミックス３が
得られているものと推定される。また、この破壊靭性値
を上記同様にＩＦ法によって測定すると、４．６ＭＰａ
・ｍ^1/2であり、粒径についてはほとんどすべてが３μ
ｍ以下のものとなっていた。

【００７１】このようにして形成された表層セラミック
ス３からなる被覆層を約３０μｍの厚みになるまで研削
加工により削り取ることによって、破壊靭性が８．３Ｍ
Ｐａ・ｍ^1/2の高靭性窒化けい素からなる厚さ６ｍｍの
基材セラミックス２の上に、破壊靭性が４．６ＭＰａ・
ｍ^1/2であって、厚さ３０μｍの耐摩耗性表層セラミッ
クス３を設けた耐摩耗性セラミックス１が得られた。な
お、基材セラミックス２には１０μｍを超える長さの窒
化けい素粒子が多数認められた。

【００７２】このようにして得られた耐摩耗性セラミッ
クス１を用いて、ピンオンディスク式の摩耗試験と、曲
げ試験片による耐衝撃摩耗性の評価試験を同様に行っ
た。これらの結果を表１に併せて示す。

【００７３】実施例５ α型窒化けい素粉末９０重量％、酸化イットリウム粉末
６重量％、アルミナ粉末４重量％を混合したのち、これ
に炭化けい素ウィスカーを３０重量％配合したものを直
径３０ｍｍの黒鉛型に均一に装填し、押し棒に圧力を加
えて成形することにより基材セラミックスの成形体を得
た。この成形体に３０ＭＰａの圧力を加えながら、９．
６気圧の窒素ガス中で１９５０℃に加熱し、４時間保持
した後に冷却して取り出し、焼結体を得た。この焼結体
の密度は３．２４ｇ／ｃｍ³であり、理論密度３．２８
ｇ／ｃｍ³の９９％に相当しているので、気孔率が１％
程度のレベルまで緻密化が進んでいるものと推定され
る。また、画像解析によって組織を調査すると、５μｍ
以上の長さを有する粒子の割合は約２８％であった。さ
らに、この焼結体の破壊靭性値を同様にＩＦ法によって
測定した結果、８．７ＭＰａ・ｍ^1/2であった。

【００７４】この焼結体の表面を平らに研磨することに
よって得た基材セラミックス２の上に、β型窒化けい素
粉末９０重量％、酸化イットリウム粉末５重量％、アル
ミナ粉末５重量％の混合物を均一に載置したのち、黒鉛
型を用いて加圧成形したのち、３０ＭＰａの圧力を加え
ながら窒素気流中で１７００℃に１時間加熱保持してホ
ットプレス焼結を行った。このようにして得られた表層
セラミックス３の密度は、３．２３ｇ／ｃｍ³と推定さ
れ、理論密度３．２３ｇ／ｃｍ³の９８％に相当してい
ることから、気孔率２％程度に緻密化された表層セラミ
ックス３が得られている。また、破壊靭性値については
４．５ＭＰａ・ｍ^1/2であり、粒径についてはほとんど
すべてが３μｍ以下のものとなっていた。

【００７５】このようにして形成された被覆層、すなわ
ち表層セラミックス３を約２０μｍの厚みになるまで研
削加工により削り取ることにより、破壊靭性が８．７Ｍ
Ｐａ・ｍ^1/2の高靭性窒化けい素からなる厚さ６ｍｍの
基材セラミックス２の上に、４．５ＭＰａ・ｍ^1/2の破
壊靭性を有し、厚さ２０μｍの耐摩耗性表層セラミック
ス３を設けた耐摩耗性セラミックス１を得た。

【００７６】このようにして得られた耐摩耗性セラミッ
クス１を用いて、同様に、ピンオンディスク式の摩耗試
験と、曲げ試験片による耐衝撃摩耗性の評価試験を行っ
た。これらの結果を表１に併せて示す。

【００７７】実施例６実施例１と同様の材料を用いて、同様の方法により得ら
れた焼結体を基材セラミックス２として用い、この基材
セラミックス２を１３００℃に加熱した上で、水素ガス
をキャリアガスとして四塩化けい素とアンモニアガスと
を導入して、ＣＶＤ法により当該基材セラミックス２の
上に緻密な窒化けい素被覆層（表層セラミックス３）を
形成して耐摩耗性セラミックス１とした。

【００７８】このようにして形成された窒化けい素被覆
層は、アモルファス相とα型窒化けい素相とが混在し、
滑らかで硬く、耐摩耗性に優れた特性を備えている。ま
た、その粒径については、基材セラミックス２における
５μｍ以上の長さの粒子の割合が約２５％であるのに対
し、被覆層の粒径のほとんどすべてが１μｍ以下の微細
なものであった。なお、基材セラミックス２の厚みは６
ｍｍ、これに被覆された表層セラミックス３の厚みは約
１５μｍであった。なお、表層セラミックス３の破壊靭
性値については直接測定することができないが、同様の
製造法による素材について、３．５〜４．０ＭＰａ・ｍ
^1/2の測定値が得られており、この程度のものと推定さ
れる。

【００７９】このようにして得られた耐摩耗性セラミッ
クス１を用いて、ピンオンディスク式の摩耗試験と、曲
げ試験片による耐衝撃摩耗性の評価試験を行った。これ
らの結果を表１に併せて示す。

【００８０】比較例１〜比較例５実施例１ないし実施例５においてそれぞれ作製した基材
セラミックス２を用いて、その表面を表層セラミックス
によって被覆することなくそのままピンオンディスク式
摩耗試験および曲げ試験片による耐衝撃摩耗性評価試験
に供した。これらの結果を表１に併せて示す。

【００８１】比較例６上記各実施例において基材セラミックスの表面に形成し
た表層セラミックスのみを単独で（基材セラミックスな
しで）ピンオンディスク式摩耗試験および曲げ試験片に
よる耐衝撃摩耗性評価試験に供した。これらの結果を表
１に併せて示す。

【００８２】評価試験方法１．ピンオンディスク式摩耗試験各供試材セラミックスから採取したディスク試験片につ
いては、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が約０．１μｍとなるま
で研磨仕上げした。相手材としてのピンについては、上
記各実施例における表層セラミックスのみを別途焼成し
たものを直径３ｍｍに加工して使用し、ディスク試験片
の表面に前記ピンを荷重２ｋｇで１００ｍ摺動させたと
きの摩耗量によって耐摩耗性を評価した。摩耗量は摩耗
痕の寸法を測定して算出した。２．耐衝撃摩耗性試験高面圧下における衝撃摩耗特性を評価するため、局所的
に高い荷重を負荷したときの損傷を比較した。

【００８３】すなわち、各供試材セラミックスから採取
した試験片の中央部に、超硬合金からなる直径３ｍｍの
球を荷重２００ｋｇで押し込んだときに生じた損傷の大
きさを残留曲げ強さによって評価した。曲げ試験は３点
曲げとし、幅８ｍｍ，長さ約４０ｍｍ，厚さ約６ｍｍの
矩形試験片をスパン３０ｍｍで試験を行った。

【００８４】

【表１】

【００８５】表１から明らかなように、破壊靭性値が高
いセラミックスの単層からなる比較例１〜５においては
一般的な摩耗（マイルド摩耗）における耐摩耗性が劣
り、破壊靭性値が低くて耐摩耗性に優れたセラミックス
の単層からなる比較例６においては高面圧下（シビア摩
耗）における耐衝撃摩耗特性が劣るのに対し、破壊靭性
値の高い基材セラミックスの表面に破壊靭性値が低くて
耐摩耗性に優れた表層セラミックスを被覆した積層構造
を備えた実施例セラミックスにおいては、前記いずれの
摩耗に対しても高い耐性を有していることが確認され
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明に係わる耐摩耗性セラミックス
の構造を示す斜視図である。（ｂ）図１（ａ）に示した耐摩耗性セラミックスの表
面に過大な荷重が加えられた時の表面損傷の状態を模式
的に示す概略図である。

【図２】（ａ）図１（ａ）に示した耐摩耗性セラミッ
クスにおける表層セラミックスのみで構成されたセラミ
ックスに過大な荷重が加えられた時の表面損傷を示す模
式図である。（ｂ）図１（ａ）に示した基材セラミックスのみで構
成されたセラミックスに過大な荷重が加えられた時の表
面損傷を示す模式図である。

【図３】内燃機関のタペットの構造を示す概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１耐摩耗性セラミックス２基材セラミックス３表層セラミックス１０シム（耐摩耗性セラミックス）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】８．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上の破壊靭性を
備えた基材セラミックスの表面に、３．０〜６．０ＭＰ
ａ・ｍ^1/2の範囲の破壊靭性を備えた表層セラミックス
が被覆してあると共に、基材セラミックスおよび表層セ
ラミックスの６０重量％以上が同じ相により構成されて
いることを特徴とする耐摩耗性セラミックス。
【請求項２】基材セラミックスが１ｍｍ以上の厚さを
有すると共に、表層セラミックスの被覆厚さが０．１〜
１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載
の耐摩耗性セラミックス。
【請求項３】基材セラミックスおよび表層セラミック
ス中の６０重量％以上を占める相が窒化けい素であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の耐摩耗性
セラミックス。
【請求項４】基材セラミックス中に５μｍ以上の長さ
を有する粒子を１５％以上含んでいることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐摩耗性セ
ラミックス。
【請求項５】内燃機関のタペット用シムであることを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
耐摩耗性セラミックス。
【請求項６】３０％以下の気孔率に焼結した基材セラ
ミックスの表面を研磨すると共に、当該基材セラミック
スの研磨面に焼結後の厚さが２００μｍ以上となるよう
に表層セラミックスを形成する粉末材料を載置してホッ
トプレスにより一体化焼結したのち、得られた表層セラ
ミックスの表面をさらに研磨することを特徴とする請求
項１ないし請求項５のいずれかに記載された耐摩耗性セ
ラミックスの製造方法。
【請求項７】表層セラミックスを形成する粉末材料を
基材セラミックスの研磨面に載置するに際して、粉末材
料の懸濁液を基材セラミックスの研磨面に塗布すること
を特徴とする請求項６記載の耐摩耗性セラミックスの製
造方法。
【請求項８】３０％以下の気孔率に焼結した基材セラ
ミックスの上に、気相を経由する被膜合成法により表層
セラミックスを被覆することを特徴とする請求項１ない
し請求項５のいずれかに記載された耐摩耗性セラミック
スの製造方法。