JP2886138B2 - 積層セラミックス及びその製造方法 - Google Patents
積層セラミックス及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン部品
等の高温耐熱部材に有用なセラミックス焼結体に関す
る。
等の高温耐熱部材に有用なセラミックス焼結体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素又は炭化珪素を主成分とする非
酸化物セラミックス焼結体は、高強度、高靭性という優
れた機械的特性を有する。また、前記非酸化物セラミッ
クス焼結体は、１０００℃の温度まで耐え得るという優
れた耐熱性を有するため、機械部品として広く用いられ
ている。
酸化物セラミックス焼結体は、高強度、高靭性という優
れた機械的特性を有する。また、前記非酸化物セラミッ
クス焼結体は、１０００℃の温度まで耐え得るという優
れた耐熱性を有するため、機械部品として広く用いられ
ている。
【０００３】しかしながら、ガスタービン部品のように
１２００℃以上の高温条件下で使用される構造部品を構
成するためには、前記非酸化物セラミックス焼結体は耐
酸化性及び耐食性の点で十分満足できるものではない。
これは、窒化珪素又は炭化珪素焼結体の製造にアルミナ
等が焼結助剤として用いられるために粒界相が酸化又は
腐食されることに起因している。
１２００℃以上の高温条件下で使用される構造部品を構
成するためには、前記非酸化物セラミックス焼結体は耐
酸化性及び耐食性の点で十分満足できるものではない。
これは、窒化珪素又は炭化珪素焼結体の製造にアルミナ
等が焼結助剤として用いられるために粒界相が酸化又は
腐食されることに起因している。
【０００４】このような状況から、特開昭第６１−５５
０３１号公報には、窒化珪素からなる基体の表面をサイ
アロンで被覆した構造のセラミックス焼結体が開示され
ている。サイアロンは、窒化珪素粉末とアルミナ粉末と
の混合粉末を原料とし、焼結することにより作成され
る。このサイアロンでは、アルミナが窒化珪素粒子に固
溶するため、窒化珪素焼結体において問題になる第２成
分は粒界にほとんど存在しない。従って、表面をサイア
ロンで被覆した窒化珪素焼結体は１５００℃以下におい
ては良好な耐酸化性を示す。
０３１号公報には、窒化珪素からなる基体の表面をサイ
アロンで被覆した構造のセラミックス焼結体が開示され
ている。サイアロンは、窒化珪素粉末とアルミナ粉末と
の混合粉末を原料とし、焼結することにより作成され
る。このサイアロンでは、アルミナが窒化珪素粒子に固
溶するため、窒化珪素焼結体において問題になる第２成
分は粒界にほとんど存在しない。従って、表面をサイア
ロンで被覆した窒化珪素焼結体は１５００℃以下におい
ては良好な耐酸化性を示す。
【０００５】しかし、技術革新に対する要求は際限がな
く、より過酷な環境下で使用可能な構造部品の製造が求
められている。
く、より過酷な環境下で使用可能な構造部品の製造が求
められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、より
過酷な環境下での使用に耐えるように窒化珪素又は炭化
珪素を主体とする非酸化物セラミックス焼結体に十分な
耐酸化性、耐食性を付与する必要があった。本発明は、
この様な従来技術の課題を解決するためになされたもの
で、高温における強度及び靭性とを保持し、且つ、耐酸
化性を有する窒化珪素あるいは炭化珪素を主体とする非
酸化物セラミックスを提供することを目的とするもので
ある。
過酷な環境下での使用に耐えるように窒化珪素又は炭化
珪素を主体とする非酸化物セラミックス焼結体に十分な
耐酸化性、耐食性を付与する必要があった。本発明は、
この様な従来技術の課題を解決するためになされたもの
で、高温における強度及び靭性とを保持し、且つ、耐酸
化性を有する窒化珪素あるいは炭化珪素を主体とする非
酸化物セラミックスを提供することを目的とするもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、窒化珪素又は
炭化珪素焼結体の表面を、アルミニウム、アルミナ、ジ
ルコニアからなる成形体で覆い、マイクロ波加熱するこ
とで、表面にアルミナ及びジルコニアからなる酸化物層
が生成し、アルミニウム−ジルコニウム金属間化合物を
介して基体と接合されたセラミックス積層体が得られる
ことを見出し、本発明の積層セラミックスおよびその製
造方法を発明するに至った。
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、窒化珪素又は
炭化珪素焼結体の表面を、アルミニウム、アルミナ、ジ
ルコニアからなる成形体で覆い、マイクロ波加熱するこ
とで、表面にアルミナ及びジルコニアからなる酸化物層
が生成し、アルミニウム−ジルコニウム金属間化合物を
介して基体と接合されたセラミックス積層体が得られる
ことを見出し、本発明の積層セラミックスおよびその製
造方法を発明するに至った。
【０００８】本発明の積層セラミックスは、窒化珪素又
は炭化珪素を主成分とするセラミックス基体と、アルミ
ニウム−ジルコニウム金属間化合物の複合体からなり該
基体上に形成される中間層と、アルミナとジルコニアと
が複合化された複合体からなり該中間層上に形成される
表面層とを有するものである。
は炭化珪素を主成分とするセラミックス基体と、アルミ
ニウム−ジルコニウム金属間化合物の複合体からなり該
基体上に形成される中間層と、アルミナとジルコニアと
が複合化された複合体からなり該中間層上に形成される
表面層とを有するものである。
【０００９】また、本発明の積層セラミックスの製造方
法は、アルミニウム粉末とアルミナ粉末とジルコニア粉
末との混合粉を窒化珪素又は炭化珪素を主成分とするセ
ラミックス基体上に積層して成形体を得、該成形体を酸
化性雰囲気中でマイクロ波を用いて加熱するものであ
る。
法は、アルミニウム粉末とアルミナ粉末とジルコニア粉
末との混合粉を窒化珪素又は炭化珪素を主成分とするセ
ラミックス基体上に積層して成形体を得、該成形体を酸
化性雰囲気中でマイクロ波を用いて加熱するものであ
る。
【００１０】上記製造方法において、混合粉の混合割合
は、モル比で、アルミニウム粉末：アルミナ粉末：ジル
コニア粉末＝１〜１０：１〜１０：１であり、成形体に
おいて混合粉は基体上に１．５〜３．０ｇ／cm3 の成形
密度で積層され、加熱は１４００〜１６００℃の温度で
２０分以上行うものである。
は、モル比で、アルミニウム粉末：アルミナ粉末：ジル
コニア粉末＝１〜１０：１〜１０：１であり、成形体に
おいて混合粉は基体上に１．５〜３．０ｇ／cm3 の成形
密度で積層され、加熱は１４００〜１６００℃の温度で
２０分以上行うものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】非酸化物セラミックスをより過酷
な環境下での使用に耐えるように改善する方法として、
より耐酸化性の優れた酸化物セラミックスを表面に被覆
することが考えられる。中でもアルミナはアルカリなど
に対して優れた耐食性を有するので、アルミナでの被覆
を行うと過酷な環境に対する十分な耐性が予想される。
な環境下での使用に耐えるように改善する方法として、
より耐酸化性の優れた酸化物セラミックスを表面に被覆
することが考えられる。中でもアルミナはアルカリなど
に対して優れた耐食性を有するので、アルミナでの被覆
を行うと過酷な環境に対する十分な耐性が予想される。
【００１２】しかし、セラミックスの耐酸化性が窒化珪
素＜サイアロン＜アルミナの順でアルミナが最も高いの
に比べ、強度については逆に、アルミナ＜サイアロン＜
窒化珪素の順でアルミナが最も小さい。アルミナは、強
度が３００ＭＰａ程度、破壊靭性が３〜４ＭＰａ1/2 程
度であり、機械的特性は窒化珪素よりも劣る。また、通
常、内部に焼結体を包含した成形体（圧粉体）を焼結し
た場合、外側の成形体は収縮するが内部の焼結体は収縮
しないために焼結時に亀裂が発生するが、窒化珪素ある
いは炭化珪素の基体表面にアルミナを直接形成する場合
にも、焼成後の冷却過程においてアルミナ表面層に引張
り応力が発生して同様に亀裂が発生する。更に、アルミ
ナと窒化珪素あるいは炭化珪素との熱膨脹係数の差が大
きいために、基体である窒化珪素又は炭化珪素の特徴で
ある強度が生かされない。従って、窒化珪素あるいは炭
化珪素の基体表面にアルミナ層を直接積層しても好まし
いものが得られない。
素＜サイアロン＜アルミナの順でアルミナが最も高いの
に比べ、強度については逆に、アルミナ＜サイアロン＜
窒化珪素の順でアルミナが最も小さい。アルミナは、強
度が３００ＭＰａ程度、破壊靭性が３〜４ＭＰａ1/2 程
度であり、機械的特性は窒化珪素よりも劣る。また、通
常、内部に焼結体を包含した成形体（圧粉体）を焼結し
た場合、外側の成形体は収縮するが内部の焼結体は収縮
しないために焼結時に亀裂が発生するが、窒化珪素ある
いは炭化珪素の基体表面にアルミナを直接形成する場合
にも、焼成後の冷却過程においてアルミナ表面層に引張
り応力が発生して同様に亀裂が発生する。更に、アルミ
ナと窒化珪素あるいは炭化珪素との熱膨脹係数の差が大
きいために、基体である窒化珪素又は炭化珪素の特徴で
ある強度が生かされない。従って、窒化珪素あるいは炭
化珪素の基体表面にアルミナ層を直接積層しても好まし
いものが得られない。
【００１３】これに比べて、アルミニウム、アルミナ及
びジルコニアからなる成形体は、特開平７−１０６３７
号公報に開示されるように、アルミニウムの酸化反応に
よる体積膨脹とアルミナ及びジルコニアの焼結による体
積収縮とが補償されて、見かけ上体積変化が小さくな
る。従って、上記のような見かけ上の収縮が小さくなる
組成の成形体を焼結体上に積層させて加熱すると、アル
ミナ及びジルコニアからなる酸化物層を表面に有した焼
結体が亀裂無く得られる。しかし、このようにしても、
表面の酸化物層と内部の非酸化物層とでは熱膨脹係数が
大きく異なるため、表面には引張り応力がかかり、使用
に際しての強度がかなり低下してしまう。
びジルコニアからなる成形体は、特開平７−１０６３７
号公報に開示されるように、アルミニウムの酸化反応に
よる体積膨脹とアルミナ及びジルコニアの焼結による体
積収縮とが補償されて、見かけ上体積変化が小さくな
る。従って、上記のような見かけ上の収縮が小さくなる
組成の成形体を焼結体上に積層させて加熱すると、アル
ミナ及びジルコニアからなる酸化物層を表面に有した焼
結体が亀裂無く得られる。しかし、このようにしても、
表面の酸化物層と内部の非酸化物層とでは熱膨脹係数が
大きく異なるため、表面には引張り応力がかかり、使用
に際しての強度がかなり低下してしまう。
【００１４】そこで、本発明においては、アルミナ及び
ジルコニアからなる酸化物による表面層と窒化珪素ある
いは炭化珪素基体との間にアルミニウム−ジルコニウム
金属間化合物からなる中間層を介在させた積層セラミッ
クスを提供する。金属間化合物はセラミックスに比べて
延性が大きいため、中間層によって応力が緩和され、酸
化物の表面層にも圧縮応力がかかる。従って、積層セラ
ミックスの強度低下を防ぐことができる。
ジルコニアからなる酸化物による表面層と窒化珪素ある
いは炭化珪素基体との間にアルミニウム−ジルコニウム
金属間化合物からなる中間層を介在させた積層セラミッ
クスを提供する。金属間化合物はセラミックスに比べて
延性が大きいため、中間層によって応力が緩和され、酸
化物の表面層にも圧縮応力がかかる。従って、積層セラ
ミックスの強度低下を防ぐことができる。
【００１５】上記積層セラミックスは、窒化珪素あるい
は炭化珪素の焼結体をアルミニウム、アルミナ及びジル
コニアからなる粉末中に配置させて圧縮成形することに
よって焼結体を成形体で被覆し、マイクロ波を用いて加
熱することによって得られる。ジルコニアはマイクロ波
の吸収率が４００〜１０００℃の間で急激に高くなる特
徴を有し、マイクロ波は吸収率の高い材料を選択的に加
熱する性質がある。従って、ジルコニアとアルミニウム
が共存すると、ジルコニアが選択的に加熱され、成形体
温度が５００℃程度であっても、局所的に１０００℃を
超える高温になる場合もある。また、ジルコニアを加熱
すると高温で酸素を解離し、解離した酸素と周囲のアル
ミニウムとが反応して酸化物を形成するとともに、ジル
コニウム自体もアルミニウムと反応してアルミニウム−
ジルコニウム金属間化合物となる。更に、酸素等の酸化
性ガスを含んだ雰囲気中でマイクロ波加熱を行うことに
よって、成形体表面において酸化が進行し、内部は金属
間化合物となるが、表面には酸化物のみからなる層が形
成される。この結果、図１に示すように、窒化珪素ある
いは炭化珪素の焼結体からなる非酸化物セラミックス基
体１と表面層２との間に中間層３が介在する積層セラミ
ックスが得られ、表面層２はアルミナ４とジルコニア５
とからなる酸化物で形成され、中間層３はアルミナ６と
アルミニウム−ジルコニウム金属間化合物７とからな
る。
は炭化珪素の焼結体をアルミニウム、アルミナ及びジル
コニアからなる粉末中に配置させて圧縮成形することに
よって焼結体を成形体で被覆し、マイクロ波を用いて加
熱することによって得られる。ジルコニアはマイクロ波
の吸収率が４００〜１０００℃の間で急激に高くなる特
徴を有し、マイクロ波は吸収率の高い材料を選択的に加
熱する性質がある。従って、ジルコニアとアルミニウム
が共存すると、ジルコニアが選択的に加熱され、成形体
温度が５００℃程度であっても、局所的に１０００℃を
超える高温になる場合もある。また、ジルコニアを加熱
すると高温で酸素を解離し、解離した酸素と周囲のアル
ミニウムとが反応して酸化物を形成するとともに、ジル
コニウム自体もアルミニウムと反応してアルミニウム−
ジルコニウム金属間化合物となる。更に、酸素等の酸化
性ガスを含んだ雰囲気中でマイクロ波加熱を行うことに
よって、成形体表面において酸化が進行し、内部は金属
間化合物となるが、表面には酸化物のみからなる層が形
成される。この結果、図１に示すように、窒化珪素ある
いは炭化珪素の焼結体からなる非酸化物セラミックス基
体１と表面層２との間に中間層３が介在する積層セラミ
ックスが得られ、表面層２はアルミナ４とジルコニア５
とからなる酸化物で形成され、中間層３はアルミナ６と
アルミニウム−ジルコニウム金属間化合物７とからな
る。
【００１６】加熱に使用するマイクロ波の周波数として
は、好ましくは０．３〜３０ＧＨｚ、より好ましくは２
０〜３０ＧＨｚに設定する。加熱温度は１２００℃以
上、好ましくは１４００℃以上である。但し、加熱温度
が高すぎると、成形体を収容する断熱材等の容器が溶融
してしまう可能性がある。従って、実施上は、好ましく
は１２００〜１７００℃、より好ましくは１４００〜１
６００℃とする。加熱時間は２０分以上とするのが好ま
しく、加熱時間によって形成される表面層の厚さが変わ
る。
は、好ましくは０．３〜３０ＧＨｚ、より好ましくは２
０〜３０ＧＨｚに設定する。加熱温度は１２００℃以
上、好ましくは１４００℃以上である。但し、加熱温度
が高すぎると、成形体を収容する断熱材等の容器が溶融
してしまう可能性がある。従って、実施上は、好ましく
は１２００〜１７００℃、より好ましくは１４００〜１
６００℃とする。加熱時間は２０分以上とするのが好ま
しく、加熱時間によって形成される表面層の厚さが変わ
る。
【００１７】積層セラミックスが満足な耐酸化性を発揮
するように、酸化物による表面層の厚さが１０μｍ以
上、好ましくは１００μｍ以上となるように成形体の形
成は調整される。又、中間層が適切に応力緩和の作用を
するためには、厚さが１０μｍ以上、好ましくは２０μ
ｍ以上となるように調整する。更に、酸化物からなる表
面層と金属間化合物を含有する中間層との厚さの合計
は、前記積層セラミックス全体の厚さに対して２０％以
下であることが好ましい。前記表面層及び中間層の合計
厚さが、前記積層セラミックス全体の厚さに対して２０
％を超えると、表面層および中間層の性質が現在化し、
かえって基体である非酸化物セラミックスの性質が損な
われ、積層セラミックスの強度および靭性が低下する恐
れがある。
するように、酸化物による表面層の厚さが１０μｍ以
上、好ましくは１００μｍ以上となるように成形体の形
成は調整される。又、中間層が適切に応力緩和の作用を
するためには、厚さが１０μｍ以上、好ましくは２０μ
ｍ以上となるように調整する。更に、酸化物からなる表
面層と金属間化合物を含有する中間層との厚さの合計
は、前記積層セラミックス全体の厚さに対して２０％以
下であることが好ましい。前記表面層及び中間層の合計
厚さが、前記積層セラミックス全体の厚さに対して２０
％を超えると、表面層および中間層の性質が現在化し、
かえって基体である非酸化物セラミックスの性質が損な
われ、積層セラミックスの強度および靭性が低下する恐
れがある。
【００１８】前記中間層は、前記表面層と中間層との合
計厚さに対して５０％以下の厚さを有することが好まし
い。この理由は、前記合計厚さに対する前記中間層の厚
さが５０％を超えると、強度および靭性の最も小さいア
ルミニウム−ジルコニウム金属間化合物の割合が大きく
なり、積層セラミックス全体の強度および靭性が小さく
なる可能性がある。前記中間層と表面層との合計厚さに
対する前記中間層の厚さの比率は好ましくは１０〜３０
％である。厚さの比率はマイクロ波での加熱温度の保持
時間により制御される。加熱が長いほど表面層が厚くな
るが、焼結の進行により酸化性雰囲気が内部に進入し難
くなるので、無制限に厚く形成されるわけではない。
計厚さに対して５０％以下の厚さを有することが好まし
い。この理由は、前記合計厚さに対する前記中間層の厚
さが５０％を超えると、強度および靭性の最も小さいア
ルミニウム−ジルコニウム金属間化合物の割合が大きく
なり、積層セラミックス全体の強度および靭性が小さく
なる可能性がある。前記中間層と表面層との合計厚さに
対する前記中間層の厚さの比率は好ましくは１０〜３０
％である。厚さの比率はマイクロ波での加熱温度の保持
時間により制御される。加熱が長いほど表面層が厚くな
るが、焼結の進行により酸化性雰囲気が内部に進入し難
くなるので、無制限に厚く形成されるわけではない。
【００１９】本発明に係る積層セラミックスは、例え
ば、以下のような具体操作によって製造される。
ば、以下のような具体操作によって製造される。
【００２０】まず、アルミニウム、アルミナ及びジルコ
ニアからなる原料粉末を秤量し、アセトン等を分散媒と
して、ナイロンボールを用いるボールミル等によって混
合する。混合比は、１モルのジルコニアに対して、アル
ミニウム１〜１０モル、アルミナ１〜１０モルとなるよ
うに設定する。ジルコニアとアルミニウムとの混合比に
よって生じる金属間化合物の組成が変わる。混合後、ロ
ータリーエバポレターにより乾燥を行い、篩を通して粒
度を調整する。粒度は必要に応じて適宜選定するが、取
扱や加熱中の反応性などの点から０．１〜１０μｍ程度
に整える。得られた混合粉末の一部を金型に充填し、表
面を平らにした後、窒化珪素あるいは炭化珪素の焼結体
を中央に配置する。残りの混合粉末を加えて充填し、成
形体のみで１．５〜３．０ｇ／cm3 程度の密度に加圧成
形する。成形は例えば、１００〜１０００kg／cm2 の圧
力で一軸加圧した後、１〜１０ｔ／cm2 の圧力で冷間等
方静水圧成形を施すことにより適切に行われ、成形する
形状等によって適宜変更する。得られた成形体を断熱材
等で覆ってマイクロ波加熱装置のアプリケーター内に配
置し、大気等の酸化性雰囲気中でマイクロ波を用いて加
熱する。昇温速度は１０〜５０℃／分が好ましい。得ら
れた焼結体は表面がアルミナ、ジルコニアからなる酸化
物層、中間がアルミニウム−ジルコニア金属間化合物と
アルミナとからなる層となる。
ニアからなる原料粉末を秤量し、アセトン等を分散媒と
して、ナイロンボールを用いるボールミル等によって混
合する。混合比は、１モルのジルコニアに対して、アル
ミニウム１〜１０モル、アルミナ１〜１０モルとなるよ
うに設定する。ジルコニアとアルミニウムとの混合比に
よって生じる金属間化合物の組成が変わる。混合後、ロ
ータリーエバポレターにより乾燥を行い、篩を通して粒
度を調整する。粒度は必要に応じて適宜選定するが、取
扱や加熱中の反応性などの点から０．１〜１０μｍ程度
に整える。得られた混合粉末の一部を金型に充填し、表
面を平らにした後、窒化珪素あるいは炭化珪素の焼結体
を中央に配置する。残りの混合粉末を加えて充填し、成
形体のみで１．５〜３．０ｇ／cm3 程度の密度に加圧成
形する。成形は例えば、１００〜１０００kg／cm2 の圧
力で一軸加圧した後、１〜１０ｔ／cm2 の圧力で冷間等
方静水圧成形を施すことにより適切に行われ、成形する
形状等によって適宜変更する。得られた成形体を断熱材
等で覆ってマイクロ波加熱装置のアプリケーター内に配
置し、大気等の酸化性雰囲気中でマイクロ波を用いて加
熱する。昇温速度は１０〜５０℃／分が好ましい。得ら
れた焼結体は表面がアルミナ、ジルコニアからなる酸化
物層、中間がアルミニウム−ジルコニア金属間化合物と
アルミナとからなる層となる。
【００２１】なお、本発明の非酸化物セラミックス基体
として用いる窒化珪素あるいは炭化珪素の焼結体は、内
部にウィスカーや長繊維等の繊維、球状又は板状あるい
はフレーク状の粒子を複合したものであってもよい。
として用いる窒化珪素あるいは炭化珪素の焼結体は、内
部にウィスカーや長繊維等の繊維、球状又は板状あるい
はフレーク状の粒子を複合したものであってもよい。
【００２２】［実施例］以下、本発明の実施例を図面を
参照して詳細に説明する。
参照して詳細に説明する。
【００２３】（実施例１）アルミニウム粉末を５０ vol
％、アルミナ粉末を４０ vol％，ジルコニア粉末を１０
vol％の割合で配合しアセトンを分散媒として、ナイロ
ンボールにより７時間ボールミル混合を行った。混合
後、ロータリーエバポレーターを用いて混合粉末の乾燥
を行い、５００μｍの篩を通して粒度を調整した。得ら
れた混合粉末の一部を金型に充填し、表面を平らにした
後、厚さ２mmの窒化珪素セラミックス焼結体を中央に配
置した。残りの混合粉末を金型充填し、２００kg／cm2
の圧力で一軸加圧した後、２ｔ／cm2 の圧力で冷間等方
静水圧成形を行った。得られた成形体を断熱材で周囲を
覆ってマイクロ波加熱装置のアプリケーター内に配置
し、２８ＧＨｚ，１５ｋｗのマイクロ波によって大気中
で加熱した。成形体の昇温速度は２５℃／分で、温度が
１５００℃に達した後４０分間この加熱温度を保持し
た。
％、アルミナ粉末を４０ vol％，ジルコニア粉末を１０
vol％の割合で配合しアセトンを分散媒として、ナイロ
ンボールにより７時間ボールミル混合を行った。混合
後、ロータリーエバポレーターを用いて混合粉末の乾燥
を行い、５００μｍの篩を通して粒度を調整した。得ら
れた混合粉末の一部を金型に充填し、表面を平らにした
後、厚さ２mmの窒化珪素セラミックス焼結体を中央に配
置した。残りの混合粉末を金型充填し、２００kg／cm2
の圧力で一軸加圧した後、２ｔ／cm2 の圧力で冷間等方
静水圧成形を行った。得られた成形体を断熱材で周囲を
覆ってマイクロ波加熱装置のアプリケーター内に配置
し、２８ＧＨｚ，１５ｋｗのマイクロ波によって大気中
で加熱した。成形体の昇温速度は２５℃／分で、温度が
１５００℃に達した後４０分間この加熱温度を保持し
た。
【００２４】焼結後に得られた積層セラミックスの断面
を顕微鏡で観察した像は図１と同様であり、表面層及び
中間層の合計厚さは積層セラミックス全体の厚さの２０
％となっていた。
を顕微鏡で観察した像は図１と同様であり、表面層及び
中間層の合計厚さは積層セラミックス全体の厚さの２０
％となっていた。
【００２５】（実施例２）加熱温度の保持時間を５５分
にした以外は、実施例１と同様の条件で混合、乾燥、成
形、マイクロ波加熱を行った。得られた焼結体断面を顕
微鏡で観察した像は、実施例１と同様であった。
にした以外は、実施例１と同様の条件で混合、乾燥、成
形、マイクロ波加熱を行った。得られた焼結体断面を顕
微鏡で観察した像は、実施例１と同様であった。
【００２６】（実施例３）加熱温度を１３００℃とした
以外は、実施例１と同様の条件で混合、乾燥、成形、マ
イクロ波加熱を行った。得られた焼結体断面を顕微鏡で
観察した像は、実施例１と同様であった。
以外は、実施例１と同様の条件で混合、乾燥、成形、マ
イクロ波加熱を行った。得られた焼結体断面を顕微鏡で
観察した像は、実施例１と同様であった。
【００２７】（実施例４）焼結後の積層セラミックス全
体の厚さに対する表面層と中間層との合計厚さが１０％
となるように換算して混合粉末の使用量を減らし、加熱
保持時間を２０分とした以外は、実施例１と同様の条件
で混合、乾燥、成形、マイクロ波加熱を行った。得られ
た焼結体断面を顕微鏡で観察したところ、実施例１と同
様の像が得られた。
体の厚さに対する表面層と中間層との合計厚さが１０％
となるように換算して混合粉末の使用量を減らし、加熱
保持時間を２０分とした以外は、実施例１と同様の条件
で混合、乾燥、成形、マイクロ波加熱を行った。得られ
た焼結体断面を顕微鏡で観察したところ、実施例１と同
様の像が得られた。
【００２８】（実施例５）基体として同じ厚さの炭化珪
素の板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で混合、
乾燥、成形、マイクロ波加熱を行った。得られた焼結体
断面を顕微鏡で観察したところ、実施例１と同様の表面
層及び中間層が観察された。
素の板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で混合、
乾燥、成形、マイクロ波加熱を行った。得られた焼結体
断面を顕微鏡で観察したところ、実施例１と同様の表面
層及び中間層が観察された。
【００２９】（実施例６）加熱温度の保持時間を５５分
とした以外は、実施例５と同様の条件で混合、乾燥、成
形、マイクロ波加熱を行った。得られた焼結体断面を顕
微鏡で観察したところ、実施例１と同様の表面層及び中
間層が観察された。
とした以外は、実施例５と同様の条件で混合、乾燥、成
形、マイクロ波加熱を行った。得られた焼結体断面を顕
微鏡で観察したところ、実施例１と同様の表面層及び中
間層が観察された。
【００３０】（実施例７）加熱温度を１３００℃とした
以外は、実施例５と同様の条件で混合、乾燥、成形、マ
イクロ波加熱を行った。得られた焼結体断面を顕微鏡で
観察したところ、実施例１と同様の表面層及び中間層が
観察された。
以外は、実施例５と同様の条件で混合、乾燥、成形、マ
イクロ波加熱を行った。得られた焼結体断面を顕微鏡で
観察したところ、実施例１と同様の表面層及び中間層が
観察された。
【００３１】（実施例８）焼結後の積層セラミックス全
体の厚さに対する表面層と中間層との合計厚さが１０％
となるように換算して混合粉末の使用量を減らし、保持
時間を２０分とした以外は、実施例５と同様の条件で混
合、乾燥、成形、マイクロ波加熱を行った。得られた焼
結体断面を顕微鏡で観察したところ、実施例１と同様の
表面層及び中間層が観察された。
体の厚さに対する表面層と中間層との合計厚さが１０％
となるように換算して混合粉末の使用量を減らし、保持
時間を２０分とした以外は、実施例５と同様の条件で混
合、乾燥、成形、マイクロ波加熱を行った。得られた焼
結体断面を顕微鏡で観察したところ、実施例１と同様の
表面層及び中間層が観察された。
【００３２】（評価）得られた実施例１〜８の試験片に
ついて、ＪＩＳ−１６０１Ｒに基づく３点曲げ試験を行
い、室温における強度を測定した。また、各々の試験片
を１５００℃の大気中で１０００時間放置して放置前後
の重量変化を測定し、耐酸化性の評価の目安とした。得
られた測定結果を、加熱温度及び保持時間、並びに、表
面層、中間層及び基体の厚さの割合とともに表１に示
す。
ついて、ＪＩＳ−１６０１Ｒに基づく３点曲げ試験を行
い、室温における強度を測定した。また、各々の試験片
を１５００℃の大気中で１０００時間放置して放置前後
の重量変化を測定し、耐酸化性の評価の目安とした。得
られた測定結果を、加熱温度及び保持時間、並びに、表
面層、中間層及び基体の厚さの割合とともに表１に示
す。
【００３３】
【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 加熱温度 保持時間 割 合 強度 重量変化 表面層 中間層 基 体 （℃） （分） （％） （％） （％） (MPa) （g/cm2 ） −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実施例１ １５００ ４０ １０ １０ ８０ １２１０ １．２８ 実施例２ １５００ ５５ １４ ６ ８０ １２４５ １．３ 実施例３ １３００ ４０ １０ １０ ８０ １１６０ ２．５ 実施例４ １５００ ２０ ５ ５ ９０ １２８５ ０．８ 実施例５ １５００ ４０ １０ １０ ８０ ６３０ １．７ 実施例６ １５００ ５５ １４ ６ ８０ ６５５ １．２ 実施例７ １３００ ４０ １０ １０ ８０ ５９０ ２．４ 実施例８ １５００ ２０ ５ ５ ９０ ７００ ０．７ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 尚、比較のために、一軸加圧及び冷間等方静水圧成形に
代えてヒーターを用いたホットプレス法に従って加圧成
形と加熱とを同時に行い、マイクロ波による加熱を用い
なかったこと以外は実施例１と同様に積層セラミックス
の製造を行ったところ、積層セラミックスは中間層が無
く表面および界面に亀裂が発生していた。更に、実施例
１と同様に調製した成形体をマイクロ波を用いずにヒー
ターによる加熱により焼結した場合には、基体と積層し
た部分とが分離し、積層セラミックスとならなかった。
代えてヒーターを用いたホットプレス法に従って加圧成
形と加熱とを同時に行い、マイクロ波による加熱を用い
なかったこと以外は実施例１と同様に積層セラミックス
の製造を行ったところ、積層セラミックスは中間層が無
く表面および界面に亀裂が発生していた。更に、実施例
１と同様に調製した成形体をマイクロ波を用いずにヒー
ターによる加熱により焼結した場合には、基体と積層し
た部分とが分離し、積層セラミックスとならなかった。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高温における強度および靭性とを保持し、かつ耐酸化性
を有する窒化珪素あるいは炭化珪素を主体とする積層セ
ラミックスが提供される。
高温における強度および靭性とを保持し、かつ耐酸化性
を有する窒化珪素あるいは炭化珪素を主体とする積層セ
ラミックスが提供される。
【図１】本発明に係る積層セラミックスの断面の顕微鏡
観察による像を模式的に示した図。
観察による像を模式的に示した図。
１ 非酸化物セラミックス基体 ２ 表面層 ３ 中間層 ４ アルミナ ５ ジルコニア ６ アルミナ ７ アルミニウム−ジルコニウム金属間化合物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−59106（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−19842（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−20091（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00 C04B 35/56 - 35/58
Claims (3)
- 【請求項１】 窒化珪素又は炭化珪素を主成分とするセ
ラミックス基体と、アルミニウム−ジルコニウム金属間
化合物の複合体からなり該基体上に形成される中間層
と、アルミナとジルコニアとが複合化された複合体から
なり該中間層上に形成される表面層とを有することを特
徴とする積層セラミックス。 - 【請求項２】 アルミニウム粉末とアルミナ粉末とジル
コニア粉末との混合粉を窒化珪素又は炭化珪素を主成分
とするセラミックス基体上に積層して成形体を得、該成
形体を酸化性雰囲気中でマイクロ波を用いて加熱するこ
とを特徴とする請求項１記載の積層セラミックスの製造
方法。 - 【請求項３】 前記混合粉の混合割合は、モル比で、ア
ルミニウム粉末：アルミナ粉末：ジルコニア粉末＝１〜
１０：１〜１０：１であり、前記成形体において混合粉
は基体上に１．５〜３．０ｇ／cm3 の成形密度で積層さ
れ、前記加熱は１４００〜１６００℃の温度で２０分以
上行うことを特徴とする請求項２記載の積層セラミック
スの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8319951A JP2886138B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 積層セラミックス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8319951A JP2886138B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 積層セラミックス及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10157014A JPH10157014A (ja) | 1998-06-16 |
| JP2886138B2 true JP2886138B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=18116074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8319951A Expired - Lifetime JP2886138B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 積層セラミックス及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2886138B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2675638C1 (ru) * | 2015-03-02 | 2018-12-21 | АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН | Защищающее от окружающей среды покрытие |
| CN111056825B (zh) * | 2019-12-12 | 2022-02-18 | 江苏三恒高技术窑具有限公司 | 一种抗弯型高温复合承烧板及其制备方法 |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP8319951A patent/JP2886138B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10157014A (ja) | 1998-06-16 |
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