JP2748494B2 - セラミックスの複合方法 - Google Patents
セラミックスの複合方法Info
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- JP2748494B2 JP2748494B2 JP3328289A JP3328289A JP2748494B2 JP 2748494 B2 JP2748494 B2 JP 2748494B2 JP 3328289 A JP3328289 A JP 3328289A JP 3328289 A JP3328289 A JP 3328289A JP 2748494 B2 JP2748494 B2 JP 2748494B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、自動車、オートバイ、船外機の内
燃機関等の耐熱性の部品に使用されるセラミックスの複
合方法に関する。
燃機関等の耐熱性の部品に使用されるセラミックスの複
合方法に関する。
（従来の技術） 最近、内燃機関等の耐熱性の部品に使用されるセラミ
ックスの複合材料には、金属材料（Al、Mg、Ti等又はこ
れらの合金）と非金属（炭化ケイ素、窒化ケイ素、セラ
ミックス等）の微粒子又はその繊維（ウイスカ）との複
合強化合金が既に提案されている。
ックスの複合材料には、金属材料（Al、Mg、Ti等又はこ
れらの合金）と非金属（炭化ケイ素、窒化ケイ素、セラ
ミックス等）の微粒子又はその繊維（ウイスカ）との複
合強化合金が既に提案されている。
即ち、セラミックスの複合強化合金の製造方法は、第
４図に示されるように、高周波コイルａの内側に加熱容
器ｂを設け、この加熱容器ｂ内に、例えば、Alの金属材
料やセラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）
の非金属材料を供給するようにした供給管ｃを配設し、
さらに、上記加熱容器ｂの直上に金属材料や非金属材料
を叩打する叩打杆（ハンマー）ｄを上下動するようにし
て設けて準備する。
４図に示されるように、高周波コイルａの内側に加熱容
器ｂを設け、この加熱容器ｂ内に、例えば、Alの金属材
料やセラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）
の非金属材料を供給するようにした供給管ｃを配設し、
さらに、上記加熱容器ｂの直上に金属材料や非金属材料
を叩打する叩打杆（ハンマー）ｄを上下動するようにし
て設けて準備する。
しかる後、上記高周波コイルａで加熱された上記加熱
容器ｂに供給管ｃから金属材料を供給し、超塑性領域よ
り約70％固相点までの状態に保持しながら、次に、セラ
ミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の非金属
材料を供給しながら、上記叩打杆ｄを上下動して金属材
料と非金属材料Ｗを叩打して塑性変形して耐熱性の複合
強化合金を成形する方法が採用されている（特開昭63−
33531号）。
容器ｂに供給管ｃから金属材料を供給し、超塑性領域よ
り約70％固相点までの状態に保持しながら、次に、セラ
ミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の非金属
材料を供給しながら、上記叩打杆ｄを上下動して金属材
料と非金属材料Ｗを叩打して塑性変形して耐熱性の複合
強化合金を成形する方法が採用されている（特開昭63−
33531号）。
又一方、複合強化合金を成形する他の方法には、セラ
ミックスの長所を生かすために、セラミックスと金属材
料の接合手段やセラミックスとセラミックスの接合手段
又はセラミックス表面へのコーテング等による複合化が
既に提案されている。
ミックスの長所を生かすために、セラミックスと金属材
料の接合手段やセラミックスとセラミックスの接合手段
又はセラミックス表面へのコーテング等による複合化が
既に提案されている。
他方、ジルコニアやアルミナ或はジルコニアアルミナ
複合セラミックスにつていも、その特性を生かすため
に、セラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）
の非金属材料を分散したり、又は、セラミックス等の微
粒子又はその繊維（ウイスカ）の非金属材料を埋込む方
法が既に提案されている。
複合セラミックスにつていも、その特性を生かすため
に、セラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）
の非金属材料を分散したり、又は、セラミックス等の微
粒子又はその繊維（ウイスカ）の非金属材料を埋込む方
法が既に提案されている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したアルミナ等にセラミックス等
の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の非金属材料を分散
強化する場合、焼結性が著しく低下するため、これを向
上するための新たな装置を設置しなければならず、これ
ら設備投資やこれを稼働するのに多くの人手を要し、安
価に提供することが困難である。
の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の非金属材料を分散
強化する場合、焼結性が著しく低下するため、これを向
上するための新たな装置を設置しなければならず、これ
ら設備投資やこれを稼働するのに多くの人手を要し、安
価に提供することが困難である。
又一方、金属材料にセラミックスを拡散接合する方法
は、熱膨張差による熱応力で冷却中に破壊したり、亀裂
を生じたりする等の欠点がある。
は、熱膨張差による熱応力で冷却中に破壊したり、亀裂
を生じたりする等の欠点がある。
さらに又、上述したジルコニア等にセラミックス等の
微粒子又はその繊維（ウイスカ）を埋め込む方法は、塑
性変形を利用していない関係上、セラミックス等の微粒
子又はその繊維（ウイスカ）の非金属材料がジルコニア
等の表面に埋まらず、このジルコニアの表面に亀裂等の
損傷を生じるおそれがある。
微粒子又はその繊維（ウイスカ）を埋め込む方法は、塑
性変形を利用していない関係上、セラミックス等の微粒
子又はその繊維（ウイスカ）の非金属材料がジルコニア
等の表面に埋まらず、このジルコニアの表面に亀裂等の
損傷を生じるおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、塑性変形を利用して、セラミックス等の微粒子又は
その繊維（ウイスカ）の非金属材料をジルコニア等の表
面に埋込み、このジルコニア等の同志を接触させて拡散
接合により一体化させることにより、このジルコニア等
をセラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の
非金属材料で複合化させるようにしたセラミックスの複
合方法を提供することを目的とする。
て、塑性変形を利用して、セラミックス等の微粒子又は
その繊維（ウイスカ）の非金属材料をジルコニア等の表
面に埋込み、このジルコニア等の同志を接触させて拡散
接合により一体化させることにより、このジルコニア等
をセラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の
非金属材料で複合化させるようにしたセラミックスの複
合方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段とその作用） 本発明は、受け型内にセラミックス粒子若しくはその
繊維とジルコニアセラミックス薄板若しくはジルコニア
アルミナ複合セラミックス薄板又はアルミナ薄板を交互
に積層し、これらの最上位にジルコニアセラミックス部
材等を載置し、これらを約1000℃乃至1700℃程度の温度
で加熱しながら加圧して塑性変形させ、この塑性変形を
利用して、セラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイ
スカ）の非金属材料をジルコニア等の表面に埋込み、さ
らに、塑性変形させてジルコニア等の同志を接触させて
拡散接合により一体化させることにより、このジルコニ
ア等をセラミックス等の微粒子又はその繊維による非金
属材料で複合化させるようにしたセラミックスの複合方
法である。
繊維とジルコニアセラミックス薄板若しくはジルコニア
アルミナ複合セラミックス薄板又はアルミナ薄板を交互
に積層し、これらの最上位にジルコニアセラミックス部
材等を載置し、これらを約1000℃乃至1700℃程度の温度
で加熱しながら加圧して塑性変形させ、この塑性変形を
利用して、セラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイ
スカ）の非金属材料をジルコニア等の表面に埋込み、さ
らに、塑性変形させてジルコニア等の同志を接触させて
拡散接合により一体化させることにより、このジルコニ
ア等をセラミックス等の微粒子又はその繊維による非金
属材料で複合化させるようにしたセラミックスの複合方
法である。
（実施例） 以下、本発明を図示の一実施例について説明する。
第１図において、符号１は、耐熱性の受け型であっ
て、この受け型１内には、セラミックス粒子若しくはそ
の繊維（ウイスカともいう）２とジルコニアセラミック
ス薄板３が交互に積層されいる。又、これらの最上位に
は、ジルコニアセラミックス部材（たんにジルコニアと
もいう）４が載置されており、このジルコニアセラミッ
クス部材４の上位には、ピストン状をなす押し型５が上
下方向に昇降自在にして設けられている。
て、この受け型１内には、セラミックス粒子若しくはそ
の繊維（ウイスカともいう）２とジルコニアセラミック
ス薄板３が交互に積層されいる。又、これらの最上位に
は、ジルコニアセラミックス部材（たんにジルコニアと
もいう）４が載置されており、このジルコニアセラミッ
クス部材４の上位には、ピストン状をなす押し型５が上
下方向に昇降自在にして設けられている。
このようにして、上記受け型１内を約1000℃乃至1700
℃程度の温度で加熱しながら、上記ピストン状をなす押
し型５で加圧して圧縮すると、上記各ジルコニアセラミ
ックス薄板３及びその部材４は容易に塑性変形するた
め、上記セラミックス粒子若しくはその繊維２は上記各
ジルコニアセラミックス薄板３及びその部材４の表面に
埋め込まれる。さらに、上記押し型５で加圧して圧縮す
ると、上記各ジルコニアセラミックス薄板３同志及びそ
の部材４を接触させて拡散接合により、これらを実質的
に一体化させる。即ち、これらの塑性変形を利用して、
セラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の非
金属材料をジルコニアの表面に埋込み、さらに塑性変形
させて、このジルコニア同志を接触させて拡散接合によ
り一体化させる。なお、上記ジルコニアの結晶粒子の径
は３μｍ以下程度が望ましい。又、このジルコニアの結
晶粒子の径は３μｍ以上になると、容易に塑性変形せ
ず、加圧中に亀裂を生じるおそれがある。さらに、上記
加熱温度は約1000℃乃至1700℃程度の温度が望ましく、
約1000℃未満では容易に塑性変形せず、約1700℃以上の
温度では結晶の粒成長が著しいため、望ましくない。さ
らに又、加圧時の変形速度は１×10-31/sec以下にする
ことが望ましく、これよりも速い速度にすると、結晶の
粒界にキャビテイの生成及び成長が著しくなり、強度が
低下する。又、変形応力は15kg/mm以下にすることが望
ましく、これよりも大きいと亀裂が生じるおそれがあ
る。さらに、上記セラミックスの微粒子又はその繊維
（ウイスカ）の熱膨張率は上記ジルコニアの熱膨張率よ
りも小さいか若しくは同じ程度が望ましく、このジルコ
ニアの熱膨張率よりも大きいときは、複合化した後の冷
却中にジルコニアとの界面に空隙が生じるおそれがあ
る。ジルコニアアルミナセラミックス、アルミナの場合
も、同じ条件及び方法で処理すればよい。
℃程度の温度で加熱しながら、上記ピストン状をなす押
し型５で加圧して圧縮すると、上記各ジルコニアセラミ
ックス薄板３及びその部材４は容易に塑性変形するた
め、上記セラミックス粒子若しくはその繊維２は上記各
ジルコニアセラミックス薄板３及びその部材４の表面に
埋め込まれる。さらに、上記押し型５で加圧して圧縮す
ると、上記各ジルコニアセラミックス薄板３同志及びそ
の部材４を接触させて拡散接合により、これらを実質的
に一体化させる。即ち、これらの塑性変形を利用して、
セラミックス等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の非
金属材料をジルコニアの表面に埋込み、さらに塑性変形
させて、このジルコニア同志を接触させて拡散接合によ
り一体化させる。なお、上記ジルコニアの結晶粒子の径
は３μｍ以下程度が望ましい。又、このジルコニアの結
晶粒子の径は３μｍ以上になると、容易に塑性変形せ
ず、加圧中に亀裂を生じるおそれがある。さらに、上記
加熱温度は約1000℃乃至1700℃程度の温度が望ましく、
約1000℃未満では容易に塑性変形せず、約1700℃以上の
温度では結晶の粒成長が著しいため、望ましくない。さ
らに又、加圧時の変形速度は１×10-31/sec以下にする
ことが望ましく、これよりも速い速度にすると、結晶の
粒界にキャビテイの生成及び成長が著しくなり、強度が
低下する。又、変形応力は15kg/mm以下にすることが望
ましく、これよりも大きいと亀裂が生じるおそれがあ
る。さらに、上記セラミックスの微粒子又はその繊維
（ウイスカ）の熱膨張率は上記ジルコニアの熱膨張率よ
りも小さいか若しくは同じ程度が望ましく、このジルコ
ニアの熱膨張率よりも大きいときは、複合化した後の冷
却中にジルコニアとの界面に空隙が生じるおそれがあ
る。ジルコニアアルミナセラミックス、アルミナの場合
も、同じ条件及び方法で処理すればよい。
実例1. イットリアを3mol％固溶した部分安定化ジルコニアの
平板（厚さ10mm、長さ20mm、幅20mm）１枚、薄板（厚さ
0.5mm、長さ20mm、幅20mm）３枚およびSiCの粒子（平均
粒径約５μｍ）を、第１図に示されるようにして、５×
10-5Torrの真空中、温度1450℃において15MPaの圧力で3
0分間圧縮した。ジルコニアの平板および薄板は、約５
％塑性変形して接合し、SiCの粒子はその間に埋め込ま
れた。
平板（厚さ10mm、長さ20mm、幅20mm）１枚、薄板（厚さ
0.5mm、長さ20mm、幅20mm）３枚およびSiCの粒子（平均
粒径約５μｍ）を、第１図に示されるようにして、５×
10-5Torrの真空中、温度1450℃において15MPaの圧力で3
0分間圧縮した。ジルコニアの平板および薄板は、約５
％塑性変形して接合し、SiCの粒子はその間に埋め込ま
れた。
本試料を接合面と垂直に切り出し、光学顕微鏡および
走査型電子顕微鏡により観察したところ、ジルコニア同
志は接合面が判断できない程度に完全に接合し、SiC粒
子とジルコニアとの界面には、空げきやクラックは認め
られなかった。
走査型電子顕微鏡により観察したところ、ジルコニア同
志は接合面が判断できない程度に完全に接合し、SiC粒
子とジルコニアとの界面には、空げきやクラックは認め
られなかった。
実例2. イットリアを3mol％固溶した部分安定化ジルコニアの
平板（厚さ10mm、長さ20mm、幅20mm）１枚、薄板（厚さ
0.5mm、長さ20mm、幅20mm）３枚およびSiCウィスカー
（長さ10〜100μｍ）を“実例1"と同様に圧縮した。SiC
ウィスカーも実施例１のSiC粒子と同様に完全に埋め込
まれた。
平板（厚さ10mm、長さ20mm、幅20mm）１枚、薄板（厚さ
0.5mm、長さ20mm、幅20mm）３枚およびSiCウィスカー
（長さ10〜100μｍ）を“実例1"と同様に圧縮した。SiC
ウィスカーも実施例１のSiC粒子と同様に完全に埋め込
まれた。
次に、第２図に示される本発明の他の実施例は、上記
受け型１内には、セラミックス粒子もしくはその繊維
（ウイスカともいう）２とジルコニアアルミナ複合セラ
ミックス薄板６が交互に積層されいる。又、これらの最
上位には、ジルコニアアルミナ複合セラミックス部材７
が載置されており、このジルコニアアルミナ複合セラミ
ックス部材６の上位には、ピストン状をなす押し型５が
上下方向に昇降自在にして設けらており、これによっ
て、前述したセラミックスの複合方法と同じように、塑
性変形を利用して、セラミックス等の微粒子又はその繊
維（ウイスカ）の非金属材料をジルコニアアルミナ複合
セラミックス薄板６及びその部材７の表面に埋込み、こ
のジルコニアアルミナ複合セラミックス薄板６同志及び
その部材７を接触させて拡散接合により一体化させるこ
とにより、このジルコニアアルミナ複合セラミックスを
セラミックス等の微粒子又はその繊維による非金属材料
で複合化させるようにしたものである。
受け型１内には、セラミックス粒子もしくはその繊維
（ウイスカともいう）２とジルコニアアルミナ複合セラ
ミックス薄板６が交互に積層されいる。又、これらの最
上位には、ジルコニアアルミナ複合セラミックス部材７
が載置されており、このジルコニアアルミナ複合セラミ
ックス部材６の上位には、ピストン状をなす押し型５が
上下方向に昇降自在にして設けらており、これによっ
て、前述したセラミックスの複合方法と同じように、塑
性変形を利用して、セラミックス等の微粒子又はその繊
維（ウイスカ）の非金属材料をジルコニアアルミナ複合
セラミックス薄板６及びその部材７の表面に埋込み、こ
のジルコニアアルミナ複合セラミックス薄板６同志及び
その部材７を接触させて拡散接合により一体化させるこ
とにより、このジルコニアアルミナ複合セラミックスを
セラミックス等の微粒子又はその繊維による非金属材料
で複合化させるようにしたものである。
又一方、第３図に示される本発明の他の実施例は、上
記受け型１内には、セラミックス粒子若しくはその繊維
（ウイスカともいう）２とアルミナ薄板８が交互に積層
されいる。又、これらの最上位には、アルミナ部材９が
載置されており、このアルミナ部材９の上位には、ピス
トン状をなす押し型５が上下方向に昇降自在にして設け
らており、これによって、前述したセラミックスの複合
方法と同じように、塑性変形を利用して、セラミックス
等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の非金属材料をア
ルミナ薄板８同志及びその部材９の表面に埋込み、この
アルミナ薄板８同志及びその部材９を接触させて拡散接
合により一体化させることにより、このアルミナをセラ
ミックス等の微粒子又はその繊維による非金属材料で複
合化させるようにしたものである。
記受け型１内には、セラミックス粒子若しくはその繊維
（ウイスカともいう）２とアルミナ薄板８が交互に積層
されいる。又、これらの最上位には、アルミナ部材９が
載置されており、このアルミナ部材９の上位には、ピス
トン状をなす押し型５が上下方向に昇降自在にして設け
らており、これによって、前述したセラミックスの複合
方法と同じように、塑性変形を利用して、セラミックス
等の微粒子又はその繊維（ウイスカ）の非金属材料をア
ルミナ薄板８同志及びその部材９の表面に埋込み、この
アルミナ薄板８同志及びその部材９を接触させて拡散接
合により一体化させることにより、このアルミナをセラ
ミックス等の微粒子又はその繊維による非金属材料で複
合化させるようにしたものである。
以上述べたような本発明によれば、受け型内にセラミ
ックス粒子若しくはその繊維とジルコニアセラミックス
薄板若しくはジルコニアアルミナ複合セラミックス又は
アルミナ薄板を交互に積層し、これらの最上位にジルコ
ニアセラミックス部材等を載置し、約1000℃乃至1700℃
程度の温度で加熱しながら加圧して塑性変形させ、この
塑性変形を利用して、セラミックス等の微粒子又はその
繊維（ウイスカ）の非金属材料をジルコニア等の表面に
埋込み、さらに、塑性変形させて、このジルコニア同志
を接触させて拡散接合により一体化させることにより、
このジルコニア等をセラミックス等の微粒子又はその繊
維による非金属材料で複合化させるようにしているの
で、ジルコニア等の特性を付与しながら、ジルコニア等
の用途を大幅に拡大できるばかりでなく、全体を焼結に
より複合化するのに比較して、必要な部分のみを複合化
できるから、安価に提供できると共に、塑性変形により
複合化するので、粒子やその繊維によるジルコニア等の
損傷を低減することにより、品質の向上を図ることがで
きる。
ックス粒子若しくはその繊維とジルコニアセラミックス
薄板若しくはジルコニアアルミナ複合セラミックス又は
アルミナ薄板を交互に積層し、これらの最上位にジルコ
ニアセラミックス部材等を載置し、約1000℃乃至1700℃
程度の温度で加熱しながら加圧して塑性変形させ、この
塑性変形を利用して、セラミックス等の微粒子又はその
繊維（ウイスカ）の非金属材料をジルコニア等の表面に
埋込み、さらに、塑性変形させて、このジルコニア同志
を接触させて拡散接合により一体化させることにより、
このジルコニア等をセラミックス等の微粒子又はその繊
維による非金属材料で複合化させるようにしているの
で、ジルコニア等の特性を付与しながら、ジルコニア等
の用途を大幅に拡大できるばかりでなく、全体を焼結に
より複合化するのに比較して、必要な部分のみを複合化
できるから、安価に提供できると共に、塑性変形により
複合化するので、粒子やその繊維によるジルコニア等の
損傷を低減することにより、品質の向上を図ることがで
きる。
第１図は、本発明のセラミックスの複合方法を説明する
ための図、第２図及び第３図は、本発明の他のセラミッ
クスの複合方法を説明するための各図、第４図は、既に
提案されているセラミックスの複合方法を説明するため
の図である。 １……受け型、２……セラミックス粒子若しくはその繊
維、３……ジルコニアセラミックス薄板、４……ジルコ
ニアセラミックス部材、５……押し型、６……ジルコニ
アアルミナ複合セラミックス薄板、７……ジルコニアア
ルミナ複合セラミックス部材、８……アルミナ薄板、９
……アルミナ部材。
ための図、第２図及び第３図は、本発明の他のセラミッ
クスの複合方法を説明するための各図、第４図は、既に
提案されているセラミックスの複合方法を説明するため
の図である。 １……受け型、２……セラミックス粒子若しくはその繊
維、３……ジルコニアセラミックス薄板、４……ジルコ
ニアセラミックス部材、５……押し型、６……ジルコニ
アアルミナ複合セラミックス薄板、７……ジルコニアア
ルミナ複合セラミックス部材、８……アルミナ薄板、９
……アルミナ部材。
Claims (1)
- 【請求項１】受け型内にセラミックス粒子若しくはその
繊維とジルコニアセラミックス薄板若しくはジルコニア
アルミナ複合セラミックス薄板又はアルミナ薄板を交互
に積層し、これらの最上位にジルコニアセラミックス部
材等を載置し、これらを約1000℃乃至1700℃程度の温度
で加熱しながら加圧して塑性変形させて接合し、これら
の粒子若しくは繊維で複合化することを特徴とするセラ
ミックスの複合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3328289A JP2748494B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | セラミックスの複合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3328289A JP2748494B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | セラミックスの複合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02212373A JPH02212373A (ja) | 1990-08-23 |
| JP2748494B2 true JP2748494B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=12382178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3328289A Expired - Lifetime JP2748494B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | セラミックスの複合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2748494B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4089066A4 (en) * | 2020-01-10 | 2023-12-27 | Kyocera Corporation | CERAMIC SEAL, METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC SEAL, STATOR FOR FLOW PATH SWITCHING VALVE AND FLOW PATH SWITCHING VALVE |
-
1989
- 1989-02-13 JP JP3328289A patent/JP2748494B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02212373A (ja) | 1990-08-23 |
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