JP2630184B2 - セラミックス複層体の製造法 - Google Patents
セラミックス複層体の製造法Info
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス複層体の製
造法に係り、材質の異なるセラミックス複層から成る成
形体を健全な境界組織を形成した厚肉製品として的確に
製造することのできる方法を提供しようとするものであ
る。
造法に係り、材質の異なるセラミックス複層から成る成
形体を健全な境界組織を形成した厚肉製品として的確に
製造することのできる方法を提供しようとするものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】セラミック成形体を得るに当って材質の
異った複数層による成形体とするならば各成形層におい
て異った特性を備えた製品を得ることができ、このよう
なセラミック複層成形体を得ることについては従来から
種々の方法が開発されている。
異った複数層による成形体とするならば各成形層におい
て異った特性を備えた製品を得ることができ、このよう
なセラミック複層成形体を得ることについては従来から
種々の方法が開発されている。
【０００３】即ちこのような複層セラミック体を得る方
法として従来提案されているものは大別して、（ａ）材
質の異るグリーンシートを貼り合わせた後焼結する方
法、（ｂ）スリップキャストにより粗粒子からなる既着
肉層に微粒子からなるスリップを浸透させて多層化、傾
斜組織とする方法、（ｃ）ＰＶＤ、ＣＶＤ、溶射、塗装
等のコーテイングにより傾斜組織化する方法などがあ
る。
法として従来提案されているものは大別して、（ａ）材
質の異るグリーンシートを貼り合わせた後焼結する方
法、（ｂ）スリップキャストにより粗粒子からなる既着
肉層に微粒子からなるスリップを浸透させて多層化、傾
斜組織とする方法、（ｃ）ＰＶＤ、ＣＶＤ、溶射、塗装
等のコーテイングにより傾斜組織化する方法などがあ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】然し上述したような従
来技術によるものは何れもそれぞれに不利な点を有して
おり、好ましいセラミックス複層体を得ることができな
い。即ち前記した（ａ）法の場合においては熱膨張不整
合や残留空気による界面の剥離、焼結収縮率の差による
歪み、割れが生じ、健全な複層体を製造し難い不利があ
る。また前記（ｂ）法の場合においては粗粒子から成る
既着肉層に微粒子から成るスリップを浸透させることを
多層化、傾斜組成化の原理としているので、層間に粒度
差をつけることが制約条件となっている。さらに前記
（ｃ）法によるものは工夫することにより傾斜化は可能
であるが厚肉製品を得ることが困難で、相当に多くの多
段工程を必要とし、工数的に不利とならざるを得ない。
来技術によるものは何れもそれぞれに不利な点を有して
おり、好ましいセラミックス複層体を得ることができな
い。即ち前記した（ａ）法の場合においては熱膨張不整
合や残留空気による界面の剥離、焼結収縮率の差による
歪み、割れが生じ、健全な複層体を製造し難い不利があ
る。また前記（ｂ）法の場合においては粗粒子から成る
既着肉層に微粒子から成るスリップを浸透させることを
多層化、傾斜組成化の原理としているので、層間に粒度
差をつけることが制約条件となっている。さらに前記
（ｃ）法によるものは工夫することにより傾斜化は可能
であるが厚肉製品を得ることが困難で、相当に多くの多
段工程を必要とし、工数的に不利とならざるを得ない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
従来のものにおける技術的課題を解決することについて
検討を重ねた結果、特定の手法を採用することによって
所要の層厚を形成し、しかも均質な傾斜組成層を的確に
形成せしめることに成功したものであって、以下の如く
である。
従来のものにおける技術的課題を解決することについて
検討を重ねた結果、特定の手法を採用することによって
所要の層厚を形成し、しかも均質な傾斜組成層を的確に
形成せしめることに成功したものであって、以下の如く
である。
【０００６】（１） スリップキャスト排泥法による着
肉層形成過程において、排泥後次層を形成するスリップ
をキャビティに供給してから超音波を印加し既着肉層の
一部をスリップ中に剥離し、超音波印加を停止して傾斜
組成層と次層を着肉させることを特徴とするセラミック
ス複層体の製造法。
肉層形成過程において、排泥後次層を形成するスリップ
をキャビティに供給してから超音波を印加し既着肉層の
一部をスリップ中に剥離し、超音波印加を停止して傾斜
組成層と次層を着肉させることを特徴とするセラミック
ス複層体の製造法。
【０００７】（２） 着肉面と対向した外面形状を有す
る超音波発信素子を用い、出力１００〜１０００Ｗで２
〜３００秒の超音波印加を行うことを特徴とする前記
（１）項に記載のセラミックス複層体の製造法。
る超音波発信素子を用い、出力１００〜１０００Ｗで２
〜３００秒の超音波印加を行うことを特徴とする前記
（１）項に記載のセラミックス複層体の製造法。
【０００８】
【作用】スリップキャスト排泥法による着肉層形成過程
において、排泥後次層を形成するスリップをキャビティ
に供給してから超音波を印加し既着肉層の一部をスリッ
プ中に剥離し、超音波印加を停止して傾斜組成層と次層
を着肉させることにより複層体境界部において好ましい
傾斜組成を形成し、焼結収縮率や熱膨張係数の差による
歪み割れなどに耐え得る複層体セラミックスを形成す
る。
において、排泥後次層を形成するスリップをキャビティ
に供給してから超音波を印加し既着肉層の一部をスリッ
プ中に剥離し、超音波印加を停止して傾斜組成層と次層
を着肉させることにより複層体境界部において好ましい
傾斜組成を形成し、焼結収縮率や熱膨張係数の差による
歪み割れなどに耐え得る複層体セラミックスを形成す
る。
【０００９】超音波エネルギーとしては、既着肉層や石
膏型などを破壊せず、またスリップ中や型中に伝播する
際に減衰せずに既着肉層の一部をスリップ中に解離でき
る程度のパワーと周波数のものを用いることができる
が、周波数１０〜３０KHz 、出力１００〜１０００Ｗの
発信素子で２〜３００秒程度とすることにより適切な傾
斜層を形成し得る。一般的に２秒未満では、傾斜層形成
に必要な既着肉層の解離が不充分であり、３００秒を超
えると既着肉層からスリップ中への解離が過大となり、
解離分がスリップ中に完全分散して傾斜組成層形成に必
要なスリップ内の濃度分布が消失する。
膏型などを破壊せず、またスリップ中や型中に伝播する
際に減衰せずに既着肉層の一部をスリップ中に解離でき
る程度のパワーと周波数のものを用いることができる
が、周波数１０〜３０KHz 、出力１００〜１０００Ｗの
発信素子で２〜３００秒程度とすることにより適切な傾
斜層を形成し得る。一般的に２秒未満では、傾斜層形成
に必要な既着肉層の解離が不充分であり、３００秒を超
えると既着肉層からスリップ中への解離が過大となり、
解離分がスリップ中に完全分散して傾斜組成層形成に必
要なスリップ内の濃度分布が消失する。
【００１０】
【実施例】上記したような本発明について更に具体的に
その実施態様を説明するならば、本発明は、セラミック
ス固有の性質を各層ごとに発現し、かつ長期の耐久強度
を有する厚肉積層セラミックス体の製造法に関するもの
で、例えばAl溶湯を高圧で噴出するポンプにおいてプラ
ンジャーに付設されるシールリングの場合、摺動面は潤
滑性、耐摩耗性、耐Al溶湯性等の特性が要求され、溝に
嵌合する側には強度、靭性、耐Al溶湯性が要求される。
その実施態様を説明するならば、本発明は、セラミック
ス固有の性質を各層ごとに発現し、かつ長期の耐久強度
を有する厚肉積層セラミックス体の製造法に関するもの
で、例えばAl溶湯を高圧で噴出するポンプにおいてプラ
ンジャーに付設されるシールリングの場合、摺動面は潤
滑性、耐摩耗性、耐Al溶湯性等の特性が要求され、溝に
嵌合する側には強度、靭性、耐Al溶湯性が要求される。
【００１１】潤滑性セラミックスは一般に低強度であ
り、逆に高強度セラミックスは一般に潤滑性に乏しい。
そこで潤滑性に富む層と、機械強度の大な層とを併せ持
ちかつその層界面近傍の傾斜組成化によって剥離や亀裂
の発生を抑制した厚肉複層セラミックスが用途に好適な
機能条件を具備することになるもので、具体的な代表的
な材質、各層の機能ないし期待効果は次の表１に示す如
くである。
り、逆に高強度セラミックスは一般に潤滑性に乏しい。
そこで潤滑性に富む層と、機械強度の大な層とを併せ持
ちかつその層界面近傍の傾斜組成化によって剥離や亀裂
の発生を抑制した厚肉複層セラミックスが用途に好適な
機能条件を具備することになるもので、具体的な代表的
な材質、各層の機能ないし期待効果は次の表１に示す如
くである。
【００１２】
【表１】
【００１３】本発明によるものの製造過程の概略は図１
に示す如くであって、複層体は排泥法スリップキャスト
を主な成形法とし、超音波エネルギー印加によって層間
の傾斜組成化を実現する。これと代表的に表１に示した
第１層がSi3N4 ＋BN、第２層がSi3N4 ＋Si2O3 の場合に
つき詳述すると、φ４０×５０H のキャビティを持つ石
膏型１の外周を不透水性の膜、板でシールする。シール
材は金属、プラスチックス、セラミックスのいずれでも
良いが、石膏型に密着し超音波エネルギーを減衰し少な
い状態で着肉層ないしスリップに伝播するに足る材料と
寸法であれば良い。これを超音波洗浄器の水槽中に埋設
させた後、上部の注入口よりスリップを供給して、図１
（ｂ）のように第１層の着肉成形を行なう。第１層用の
スリップは、Ｄmax ＝1.２μm 、Ｄ50＝0.６μｍのSi3N
4 粉１００重量部に対し同粒度の焼結助剤１０重量部
（TiO22.５，Al2O3 2.５，Y2O3５）と同粒度のＢＮ粉５
〜５０重量部を混合し、このような配合による混合粉体
１００重量部に対しイオン交換水３０〜３５重量部、成
形助剤、分散剤を添加した後５〜１２Hrボールミル中で
均一分散して製造後真空中で脱気して成形に供する。
に示す如くであって、複層体は排泥法スリップキャスト
を主な成形法とし、超音波エネルギー印加によって層間
の傾斜組成化を実現する。これと代表的に表１に示した
第１層がSi3N4 ＋BN、第２層がSi3N4 ＋Si2O3 の場合に
つき詳述すると、φ４０×５０H のキャビティを持つ石
膏型１の外周を不透水性の膜、板でシールする。シール
材は金属、プラスチックス、セラミックスのいずれでも
良いが、石膏型に密着し超音波エネルギーを減衰し少な
い状態で着肉層ないしスリップに伝播するに足る材料と
寸法であれば良い。これを超音波洗浄器の水槽中に埋設
させた後、上部の注入口よりスリップを供給して、図１
（ｂ）のように第１層の着肉成形を行なう。第１層用の
スリップは、Ｄmax ＝1.２μm 、Ｄ50＝0.６μｍのSi3N
4 粉１００重量部に対し同粒度の焼結助剤１０重量部
（TiO22.５，Al2O3 2.５，Y2O3５）と同粒度のＢＮ粉５
〜５０重量部を混合し、このような配合による混合粉体
１００重量部に対しイオン交換水３０〜３５重量部、成
形助剤、分散剤を添加した後５〜１２Hrボールミル中で
均一分散して製造後真空中で脱気して成形に供する。
【００１４】石膏型に第１層スリップを注入し所定厚
（３mm）の着肉層が形成された時点で図１（ｃ）のよう
に排泥を行ない、排泥終了と同時に図１（ｄ）のように
第２層用のスリップを第１層スリップによる図１（ｄ）
のような既着肉層２で形成されたキャビティー内に注入
する。第２層用のスリップはＤmax ＝1.２μm 、Ｄ50＝
0.６μｍのSi3N4 １００重量部に対し、同粒度の焼結助
剤１０重量部（前出）と同粒度のBi2O3 粉５〜４０重量
部を混合し、これらによる混合粉体１００重量部に対し
イオン交換水３０〜４０重量部、成形助剤、分散剤を添
加した後５〜１０Hrボールミル中で均一分散して製造後
真空中で脱気し成形に供する。
（３mm）の着肉層が形成された時点で図１（ｃ）のよう
に排泥を行ない、排泥終了と同時に図１（ｄ）のように
第２層用のスリップを第１層スリップによる図１（ｄ）
のような既着肉層２で形成されたキャビティー内に注入
する。第２層用のスリップはＤmax ＝1.２μm 、Ｄ50＝
0.６μｍのSi3N4 １００重量部に対し、同粒度の焼結助
剤１０重量部（前出）と同粒度のBi2O3 粉５〜４０重量
部を混合し、これらによる混合粉体１００重量部に対し
イオン交換水３０〜４０重量部、成形助剤、分散剤を添
加した後５〜１０Hrボールミル中で均一分散して製造後
真空中で脱気し成形に供する。
【００１５】前記した図１（ｅ）のように第２層用スリ
ップを注入完了後即時に図１（ｆ）の如く超音波素子３
によるエネルギーを印加する。（超音波出力は３００〜
５００Ｗ、２〜３００秒印加後停止し着肉させるがこの
出力および印加時間はサイズに対応して決める。大サイ
ズ品では高出力、長時間印加により傾斜組成部の厚さを
大きく取る。）第２層が所定厚（例えば５mm）に形成さ
れた時点で図１（ｈ）のように排泥し、着肉層が固化し
た後石膏型１より脱型する。乾燥脱脂の後、Si3N4 系詰
粉に埋設し不活性雰囲気中（N2０〜１５kg／cm2)１７０
０〜１８５０℃、１〜１０時間焼結した後、自然放冷
し、図１（ｊ）のような製品とする。用途に応じ機械加
工により寸法、形状を付与する。超音波発振素子はスリ
ップ中に浸漬して超音波印加しても良い。
ップを注入完了後即時に図１（ｆ）の如く超音波素子３
によるエネルギーを印加する。（超音波出力は３００〜
５００Ｗ、２〜３００秒印加後停止し着肉させるがこの
出力および印加時間はサイズに対応して決める。大サイ
ズ品では高出力、長時間印加により傾斜組成部の厚さを
大きく取る。）第２層が所定厚（例えば５mm）に形成さ
れた時点で図１（ｈ）のように排泥し、着肉層が固化し
た後石膏型１より脱型する。乾燥脱脂の後、Si3N4 系詰
粉に埋設し不活性雰囲気中（N2０〜１５kg／cm2)１７０
０〜１８５０℃、１〜１０時間焼結した後、自然放冷
し、図１（ｊ）のような製品とする。用途に応じ機械加
工により寸法、形状を付与する。超音波発振素子はスリ
ップ中に浸漬して超音波印加しても良い。
【００１６】第１層は、層状化合物であるＢＮを分散粒
子としSi3N4 をマトリックスとする複合材であり潤滑性
を発現するが、ＢＮ添加量が２０重量部を超えると単体
としての曲げ強度が著しく低下する。第２層はBi2O3 添
加によりAl溶湯への非濡れ性が大幅に改善され、単体と
しての曲げ強度が高度に維持される。超音波エネルギー
の利用により第１層、第２層間の界面が傾斜組成化され
焼結時、冷却時、供用時の熱応力不整合に対する緩和層
として作用するため、亀裂生成や変形が抑制され複層体
として健全に維持される効果を発現する。各層を構成す
る材料の粒度はスリップキャストに適する範囲であれば
良く、層間の粒度大小の順序は任意でよいため複層体形
成上の粒度の制約が無いことを特徴とする。また、材料
種としても熱膨張差が著しく大でない限り、複層化の組
合せは任意である。
子としSi3N4 をマトリックスとする複合材であり潤滑性
を発現するが、ＢＮ添加量が２０重量部を超えると単体
としての曲げ強度が著しく低下する。第２層はBi2O3 添
加によりAl溶湯への非濡れ性が大幅に改善され、単体と
しての曲げ強度が高度に維持される。超音波エネルギー
の利用により第１層、第２層間の界面が傾斜組成化され
焼結時、冷却時、供用時の熱応力不整合に対する緩和層
として作用するため、亀裂生成や変形が抑制され複層体
として健全に維持される効果を発現する。各層を構成す
る材料の粒度はスリップキャストに適する範囲であれば
良く、層間の粒度大小の順序は任意でよいため複層体形
成上の粒度の制約が無いことを特徴とする。また、材料
種としても熱膨張差が著しく大でない限り、複層化の組
合せは任意である。
【００１７】第１層に粗粒子、または凝集粒子からなる
スリップを用いて気孔の多い着肉層とし、この濾過吸引
作用を利用して第２層用スリップの微粒子を気孔に食い
込ませることにより傾斜層を形成させる従来法において
は、必然的に１，２層間に粒度差をつけることが必要で
あり制約条件となる。これに対し本発明では既着肉層の
一部を超音波エネルギーにより剥がし取り次着肉層とな
るスリップ中で傾斜組成化してから再着肉するため層の
粒度の相対関係に全く制約されることが無いばかりでな
く、逆に意図的に各層の粒度を目的に対応して制御し得
る。
スリップを用いて気孔の多い着肉層とし、この濾過吸引
作用を利用して第２層用スリップの微粒子を気孔に食い
込ませることにより傾斜層を形成させる従来法において
は、必然的に１，２層間に粒度差をつけることが必要で
あり制約条件となる。これに対し本発明では既着肉層の
一部を超音波エネルギーにより剥がし取り次着肉層とな
るスリップ中で傾斜組成化してから再着肉するため層の
粒度の相対関係に全く制約されることが無いばかりでな
く、逆に意図的に各層の粒度を目的に対応して制御し得
る。
【００１８】第１層のスリップ排泥後の既着肉層に接し
て第２層用のスリップを流し込み、直ちに超音波を印加
すると、既着肉層の一部が第２層用のスリップ中に分散
されて来る。界面に近いほど既着肉層の成分に富み、界
面から離れるほど第２層用スリップの成分に富む傾斜組
成スラリーが生ずるため、ここで超音波印加を中止し着
肉を開始すると、そのままの組成分布で傾斜層が形成さ
れる。第１層に粗粒子系を用いなくても既着肉層との良
好な密着性を発現しながら傾斜組成層が着肉し、その後
第２層スリップが着肉する。以後第２層スリップを排泥
したキャビティーに第３層用スリップを流し込み上記と
同様な方法により２〜３層間の傾斜層と第３層を形成す
る。即ち傾斜化の原理として超音波分散による非定常拡
散を利用するものである。
て第２層用のスリップを流し込み、直ちに超音波を印加
すると、既着肉層の一部が第２層用のスリップ中に分散
されて来る。界面に近いほど既着肉層の成分に富み、界
面から離れるほど第２層用スリップの成分に富む傾斜組
成スラリーが生ずるため、ここで超音波印加を中止し着
肉を開始すると、そのままの組成分布で傾斜層が形成さ
れる。第１層に粗粒子系を用いなくても既着肉層との良
好な密着性を発現しながら傾斜組成層が着肉し、その後
第２層スリップが着肉する。以後第２層スリップを排泥
したキャビティーに第３層用スリップを流し込み上記と
同様な方法により２〜３層間の傾斜層と第３層を形成す
る。即ち傾斜化の原理として超音波分散による非定常拡
散を利用するものである。
【００１９】第１層としてSi3N4(１００重量部）＋ＢＮ
（５重量部）、第２層としてSi3N4(１００重量部）＋Bi
2O3(５重量部）の配合を用い上記の傾斜組成法によりス
リップキャスト成形を行なってφ４４mm×φ３６mm×４
５mmH の円筒体となし焼結したところ、層間の剥離、亀
裂がなく健全な傾斜組成２層体が得られる。これをφ３
9.０９mm×φ３6.０９mm×7.８mmH の２ツ割リングに研
削加工し、ピストンの溝に嵌合してφ３9.０９mm内径の
スリーブ中に装着してアルミ溶湯の吸引・吐出のための
往復摺動に供した結果は、良好な摺動性と機械強度を発
揮することができた。
（５重量部）、第２層としてSi3N4(１００重量部）＋Bi
2O3(５重量部）の配合を用い上記の傾斜組成法によりス
リップキャスト成形を行なってφ４４mm×φ３６mm×４
５mmH の円筒体となし焼結したところ、層間の剥離、亀
裂がなく健全な傾斜組成２層体が得られる。これをφ３
9.０９mm×φ３6.０９mm×7.８mmH の２ツ割リングに研
削加工し、ピストンの溝に嵌合してφ３9.０９mm内径の
スリーブ中に装着してアルミ溶湯の吸引・吐出のための
往復摺動に供した結果は、良好な摺動性と機械強度を発
揮することができた。
【００２０】セラミックス粉体、焼結助剤、添加物の粒
度はサブミクロンから１００μｍの範囲、特に１０μｍ
以下が焼結体強度が高くなり好ましい。１００μｍを超
えるとスリップ中で粒子の沈降、偏析を生じ不均質化を
もたらすため好ましくない。また、スリップ濃度は６０
〜９０重量％の範囲が良く、超音波による傾斜を有効に
するためには７５〜８５重量％が好ましい。即ち、６０
重量％未満の場合は超音波印加時に着肉層のスリップ中
への分散が過大となり、傾斜化に必要なスリップ内の濃
度分布が維持できなくなる。一方９０重量％を超える
と、逆に超音波の減衰や着肉層のスリップ中への分散が
僅小となり、傾斜層厚が小さくなって応力緩和能が減少
する。
度はサブミクロンから１００μｍの範囲、特に１０μｍ
以下が焼結体強度が高くなり好ましい。１００μｍを超
えるとスリップ中で粒子の沈降、偏析を生じ不均質化を
もたらすため好ましくない。また、スリップ濃度は６０
〜９０重量％の範囲が良く、超音波による傾斜を有効に
するためには７５〜８５重量％が好ましい。即ち、６０
重量％未満の場合は超音波印加時に着肉層のスリップ中
への分散が過大となり、傾斜化に必要なスリップ内の濃
度分布が維持できなくなる。一方９０重量％を超える
と、逆に超音波の減衰や着肉層のスリップ中への分散が
僅小となり、傾斜層厚が小さくなって応力緩和能が減少
する。
【００２１】超音波発信素子３は、図２（Ｈ）のように
石膏型の外部に配置し、石膏型中を伝播させた超音波エ
ネルギーを着肉層に作用させることも可能であるが、ス
リップ内に浸漬してスリップ側から既着肉層に作用させ
た方が減衰が少なく、傾斜組成面の構造を制御し易いた
め良好である。発信子の形状は、成形体や傾斜組成面の
サイズ、構造に対応して図２に示すように、リング型３
ｄ、円柱型３ａ、円錐型３ｅ、角柱型３ｂ、円筒型３
ｃ、角錐型、異形型３ｆ、３ｇその他任意の形状で行な
うことができる。
石膏型の外部に配置し、石膏型中を伝播させた超音波エ
ネルギーを着肉層に作用させることも可能であるが、ス
リップ内に浸漬してスリップ側から既着肉層に作用させ
た方が減衰が少なく、傾斜組成面の構造を制御し易いた
め良好である。発信子の形状は、成形体や傾斜組成面の
サイズ、構造に対応して図２に示すように、リング型３
ｄ、円柱型３ａ、円錐型３ｅ、角柱型３ｂ、円筒型３
ｃ、角錐型、異形型３ｆ、３ｇその他任意の形状で行な
うことができる。
【００２２】超音波の印加とスリップの着肉は必要に応
じて図１の（ｆ）、（ｇ）部分に示す如く繰り返して行
なうことができる。既着肉層の一部を超音波印加により
近接スリップ中に部分拡散させた後、印加を中止して再
着肉させる。これを繰り返すことにより傾斜組成層の濃
度勾配を変えることが可能となる。
じて図１の（ｆ）、（ｇ）部分に示す如く繰り返して行
なうことができる。既着肉層の一部を超音波印加により
近接スリップ中に部分拡散させた後、印加を中止して再
着肉させる。これを繰り返すことにより傾斜組成層の濃
度勾配を変えることが可能となる。
【００２３】具体的な製造例について説明すると、以下
の如くである。 〔製造例１〕Ｄmax ＝1.２μｍ、Ｄ50＝0.６μｍのSi3N
4 粉１００重量部に対し、同粒度の焼結助剤（Y2O3５、
TiO22.５、Al2O3 2.５）と同粒度のＢＮ粉５重量部を混
合し混合粉体１００重量部に対しイオン交換水３５部、
成形助剤（Ｃ２４ 0.５重量部他）を添加した後ボール
ミルで１２Hr混合分散、脱気して第１層用スリップを調
製した。またＤmax ＝1.２μｍ、Ｄ50＝0.６μｍのSi3N
4 粉１００重量部に対し同粒度の焼結助剤（Y2O3、TiO2
2.５、Al2O3 2.５）と同粒度のBi2O3 粉５重量部を混合
し、混合粉体１００重量部に対しイオン交換水３５重量
部、成形助剤（Ｃ２４ 0.５重量部他）を添加した後ボ
ールミルで１２Hr混合分散、脱気して第２層用スリップ
を調製した。
の如くである。 〔製造例１〕Ｄmax ＝1.２μｍ、Ｄ50＝0.６μｍのSi3N
4 粉１００重量部に対し、同粒度の焼結助剤（Y2O3５、
TiO22.５、Al2O3 2.５）と同粒度のＢＮ粉５重量部を混
合し混合粉体１００重量部に対しイオン交換水３５部、
成形助剤（Ｃ２４ 0.５重量部他）を添加した後ボール
ミルで１２Hr混合分散、脱気して第１層用スリップを調
製した。またＤmax ＝1.２μｍ、Ｄ50＝0.６μｍのSi3N
4 粉１００重量部に対し同粒度の焼結助剤（Y2O3、TiO2
2.５、Al2O3 2.５）と同粒度のBi2O3 粉５重量部を混合
し、混合粉体１００重量部に対しイオン交換水３５重量
部、成形助剤（Ｃ２４ 0.５重量部他）を添加した後ボ
ールミルで１２Hr混合分散、脱気して第２層用スリップ
を調製した。
【００２４】キャビティー寸法φ４４mm×５０mmH の石
膏型中に第１層用のスリップを鋳込み３mm着肉後排泥し
た。直ちに第２層用スリップを注入し、注入完了と同時
に、ホーン径φ２０mmの超音波発振素子を浸漬し、１０
０Ｗ、１９KHz の超音波を１２０秒印加後７分間放置し
て２層合計６mmの複層成形体を得た。ＥＰＭＡライン分
析により傾斜層近傍の第１、第２層成分各Ｂ、Biの濃度
分布を測定した結果図３に示す様にそれぞれが相手層内
に傾斜化して侵入していることが確認された。本成形体
をSi3N4 系詰粉中Ｎ2 ８kg／cm2 下１７５０℃６時間焼
結して得た複層体は界面の亀裂や変形もなく健全なもの
であった。
膏型中に第１層用のスリップを鋳込み３mm着肉後排泥し
た。直ちに第２層用スリップを注入し、注入完了と同時
に、ホーン径φ２０mmの超音波発振素子を浸漬し、１０
０Ｗ、１９KHz の超音波を１２０秒印加後７分間放置し
て２層合計６mmの複層成形体を得た。ＥＰＭＡライン分
析により傾斜層近傍の第１、第２層成分各Ｂ、Biの濃度
分布を測定した結果図３に示す様にそれぞれが相手層内
に傾斜化して侵入していることが確認された。本成形体
をSi3N4 系詰粉中Ｎ2 ８kg／cm2 下１７５０℃６時間焼
結して得た複層体は界面の亀裂や変形もなく健全なもの
であった。
【００２５】〔製造例２〕前記した製造例１と同じ各ス
リップを用い、第１層を３mm着肉後排泥、直ちに第２層
スリップを注入し注入完了と同時に１００Ｗ、１９KHz
の超音波を６０秒印加して１分放置（着肉）を２回繰返
し最後に超音波印加６０秒、着肉５分を行なって２層合
計６mmの傾斜組成界面をもつ積層体を得た。
リップを用い、第１層を３mm着肉後排泥、直ちに第２層
スリップを注入し注入完了と同時に１００Ｗ、１９KHz
の超音波を６０秒印加して１分放置（着肉）を２回繰返
し最後に超音波印加６０秒、着肉５分を行なって２層合
計６mmの傾斜組成界面をもつ積層体を得た。
【００２６】〔製造例３〕平均径0.７μｍの部分安定化
ジルコニア粉１００重量部に対し、イオン交換水４３重
量部、解膠剤0.２重量部、保護コロイドバインダー0.４
重量部、結合剤0.４重量部、消泡剤１滴、ｎ−ブタノー
ル１５重量部を加えてボールミル中で１２時間分散混合
後、脱気処理してジルコニアスリップ（以下Ａスリッ
プ）とした。次に平均径0.６μｍのアルミナ粉１００重
量部に対し、イオン交換水３４重量部、分散剤2.０重量
部、バインダ４重量部、湿潤剤1.５重量部、保護コロイ
ドバインダー0.０５重量部、消泡剤１滴を加えてボール
ミル中で１２時間分散混合後、脱気処理しアルミナスリ
ップ（以下Ｂスリップ）とした。
ジルコニア粉１００重量部に対し、イオン交換水４３重
量部、解膠剤0.２重量部、保護コロイドバインダー0.４
重量部、結合剤0.４重量部、消泡剤１滴、ｎ−ブタノー
ル１５重量部を加えてボールミル中で１２時間分散混合
後、脱気処理してジルコニアスリップ（以下Ａスリッ
プ）とした。次に平均径0.６μｍのアルミナ粉１００重
量部に対し、イオン交換水３４重量部、分散剤2.０重量
部、バインダ４重量部、湿潤剤1.５重量部、保護コロイ
ドバインダー0.０５重量部、消泡剤１滴を加えてボール
ミル中で１２時間分散混合後、脱気処理しアルミナスリ
ップ（以下Ｂスリップ）とした。
【００２７】キャビティー寸法φ４４mm×５０mmH の石
膏型中にＡスリップを鋳込み３mm着肉後排泥した。直ち
にＢスリップを注入し注入完了と同時にホーン径φ２０
mmの超音波発信素子を浸漬し１００Ｗ、１９KHz の超音
波を１２０秒印加後５分放置して２層合計６mmの傾斜組
成界面をもつ積層体を得た。乾燥後９００℃まで５０℃
／Ｈ、９００〜１６５０℃を１００℃／Ｈで昇温し、１
６５０℃で１Hr保持後徐冷して積層焼結体を得た。
膏型中にＡスリップを鋳込み３mm着肉後排泥した。直ち
にＢスリップを注入し注入完了と同時にホーン径φ２０
mmの超音波発信素子を浸漬し１００Ｗ、１９KHz の超音
波を１２０秒印加後５分放置して２層合計６mmの傾斜組
成界面をもつ積層体を得た。乾燥後９００℃まで５０℃
／Ｈ、９００〜１６５０℃を１００℃／Ｈで昇温し、１
６５０℃で１Hr保持後徐冷して積層焼結体を得た。
【００２８】〔製造例４〕前記した製造例３のジルコニ
アスリップ（Ａ）、アルミナスリップ（Ｂ）、実施例１
の第 層用Si3N4 スリップ（Ｃ）の３種のスリップを用
い下記のように３層セラミックスを形成した。前述のス
リップ（Ａ）をφ４４mm×５０mmH の石膏型中に鋳込み
３mm着肉後排泥し、ここにスリップ（Ｃ）を注入すると
同時に１００Ｗ、１９KHz の超音波を９０秒印加した後
５分放置して第２層を着肉させた。第２層スリップ
（Ｃ）を排泥し、代わりにスリップ（Ｂ）を注入すると
同時に１００Ｗ、１９KHz の超音波を９０秒印加した後
５分放置して第３層を着肉させ、残スリップを排泥し、
３層合計９mmの着肉層を得た。
アスリップ（Ａ）、アルミナスリップ（Ｂ）、実施例１
の第 層用Si3N4 スリップ（Ｃ）の３種のスリップを用
い下記のように３層セラミックスを形成した。前述のス
リップ（Ａ）をφ４４mm×５０mmH の石膏型中に鋳込み
３mm着肉後排泥し、ここにスリップ（Ｃ）を注入すると
同時に１００Ｗ、１９KHz の超音波を９０秒印加した後
５分放置して第２層を着肉させた。第２層スリップ
（Ｃ）を排泥し、代わりにスリップ（Ｂ）を注入すると
同時に１００Ｗ、１９KHz の超音波を９０秒印加した後
５分放置して第３層を着肉させ、残スリップを排泥し、
３層合計９mmの着肉層を得た。
【００２９】乾燥後、Ｎ2 雰囲気中１７５０℃ ６Hr焼
結し、徐冷して３層傾斜組成セラミックス焼結体を得
た。第１層は靭性、第２層は強度、第３層は耐酸化性の
機能を負加し、高温酸化雰囲気下の摺動材として良好に
作動した。
結し、徐冷して３層傾斜組成セラミックス焼結体を得
た。第１層は靭性、第２層は強度、第３層は耐酸化性の
機能を負加し、高温酸化雰囲気下の摺動材として良好に
作動した。
【００３０】
【比較例】前記した製造例１と同じ各スリップを用い、
第１層着肉後排泥し、直ちに第２層用スリップをキャビ
ティーに流しこんでスリップキャスト成形を行なった。
２層合計６mmの成形体を得、乾燥後製造例１と同様の条
件で焼結したが、界面に微小な亀裂が発生し、健全な２
層体が得られなかった。
第１層着肉後排泥し、直ちに第２層用スリップをキャビ
ティーに流しこんでスリップキャスト成形を行なった。
２層合計６mmの成形体を得、乾燥後製造例１と同様の条
件で焼結したが、界面に微小な亀裂が発生し、健全な２
層体が得られなかった。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したような本発明によるとき
は、境界部が好ましい傾斜組成層として形成されたセラ
ミックス複層体を的確に得しめ、それら複層体の各層に
おける異った特性を有効に合体せしめた好ましい製品を
提供し、その耐用性その他の特性を充分に向上し得るも
のであるから工業的にその効果の大きい発明である。
は、境界部が好ましい傾斜組成層として形成されたセラ
ミックス複層体を的確に得しめ、それら複層体の各層に
おける異った特性を有効に合体せしめた好ましい製品を
提供し、その耐用性その他の特性を充分に向上し得るも
のであるから工業的にその効果の大きい発明である。
【図１】本発明による製造過程を段階的に示した説明図
である。
である。
【図２】本発明において用いる各種超音波発信子の説明
図である。
図である。
【図３】本発明による複層セラミックス境界部分の傾斜
組成関係説明図である。
組成関係説明図である。
１ 石膏型 ２ 既着肉層 ３ 超音波素子 ３ａ〜３ｇ その各種形態
Claims (2)
- 【請求項１】 スリップキャスト排泥法による着肉層形
成過程において、排泥後次層を形成するスリップをキャ
ビティに供給してから超音波を印加し既着肉層の一部を
スリップ中に剥離し、超音波印加を停止して傾斜組成層
と次層を着肉させることを特徴とするセラミックス複層
体の製造法。 - 【請求項２】 着肉面と対向した外面形状を有する超音
波発信素子を用い、出力１００〜１０００Ｗで２〜３０
０秒の超音波印加を行うことを特徴とする請求項１に記
載のセラミックス複層体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24252192A JP2630184B2 (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | セラミックス複層体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24252192A JP2630184B2 (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | セラミックス複層体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0663919A JPH0663919A (ja) | 1994-03-08 |
| JP2630184B2 true JP2630184B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=17090347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24252192A Expired - Fee Related JP2630184B2 (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | セラミックス複層体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2630184B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8350190B2 (en) * | 2007-02-23 | 2013-01-08 | Ceramatec, Inc. | Ceramic electrode for gliding electric arc |
-
1992
- 1992-08-20 JP JP24252192A patent/JP2630184B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0663919A (ja) | 1994-03-08 |
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