JPH03271181A

JPH03271181A - 複合セラミックの製造方法

Info

Publication number: JPH03271181A
Application number: JP7113290A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Osumi; 和生大角; Hidenori Kita; 英紀北; Yoko Iwata; 岩田　洋子
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1991-12-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、表面の特性が基材を構成するセラミック材料
の特性と異なる複合セラミックの製造方法に関する。

（従来の技術）従来の複合セラミックは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、塗布法
、めっき法等の方法により、セラミックからなる基材の
表面に直接、基材を構成するセラミックとは異なる機能
材料からなる被覆層を被着することにより製造されるも
のである。

ところが、上記従来の複合セラミックでは、基材と被覆
層との境界面にて、組成が急峻に変化するため、熱サイ
クルを受けると、基材から被覆層が剥離するという問題
がある。

そこで、予め基材表面に多孔質層を形成することにより
、基材と被覆層との境界面での組織の変化を緩慢にし、
熱応力を分散して被覆層の剥離を防止しようとするもの
が多数提案されている。

例えば、セラミックを含浸させた繊維シートを、セラく
ツク成形体の表面に密着させ一体に焼結して繊維シート
を完全燃焼させ除去することにより、セラミック成型体
の表面に多孔質層を形成する方法が、特開昭６１−２１
５２７８号公報に記載されている。

（発明が解決しようとする課題）このような従来の基材表面に多孔質層を設ける方法では
、基材内部と多孔質層との結晶粒の配列状態が異なるた
め、上記の基材表面に直接被覆層を設けたものよりは、
耐剥離性は向上しているものの、依然として剥離するお
それが残存している。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、熱サイク
ルを受ける環境にて使用しても表面の被覆層が剥離しな
い複合セラミックの製造方法を提供しようとするもので
ある。

図は、本発明による製造方法のステップ毎の基材表面を
示す部分断面図である。

本発明によれば、図の（ａ）に示すようにセラミックの
焼結体からなり表面が平滑に形成されている基材を加熱
炉内に配設する。そして、該加熱炉内部を減圧雰囲気に
て加熱し、図の（ｂ）に示すように、基材の表面に空孔
を設け、所定層厚の多孔質層を形成する。

表面に多孔質層が設けられた基材を炉冷した後、図の（
ｃ）に示すように該多孔質層の空孔部分に、上記基材を
構成するセラよツクとは異なる機能材料を充填する。

ところで該機能材料とは、低熱伝導率材料、低摩擦係数
材料、電気伝導性材料等である。

（作用）本発明の複合セラミックの製造方法では、基材表面に多
孔質層を追加するのではなく、基材表面から、基材を構
成している材料を除去して多孔質層を形成するので、基
材内部と同一の結晶配列の多孔質層が得られ、該多孔質
層の空孔内に機能材料を充填する。

（実施例）以下、本発明の複数の実施例について詳細に説明する。

実施例１結晶粒界部が酸化物はで構成されている窒化珪素（Ｓ　
ｉ３　Ｎ４　）焼結体からなる基材を加熱炉内に配設し
、該加熱炉内部を１０Ｔｏｒｒに減圧して１５００℃で
２時間加熱し、表面近傍部の結晶粒界部を除去した。

該基材を炉冷した後取り出し、結晶粒界部の除去により
表面に形成された多孔質層の層厚を測定した結果、１０
０μｍであることが確認された。

また、該基材の多孔質層の形成前と後とについて、ＪＩ
Ｓに規定されている、表面の面粗度Ｒｍａｘ（μ）と、
４点曲げ強度ａ　（ＭＰａ）とを測定した結果を以下に
示す。

形成前：Ｒｍａｘ＝　　０．６９ｓ　　　σ＝９１６形
成後：Ｒｍａｘ　＝１１．９６ｓ　　　ａ＝７０６該多
孔質層形成後の基材をシリカ（Ｓ　ｉ　０２　）ゾルに
浸漬し、多孔質層の空孔部にシリカゾルを充填した後、
取り出し、５００℃に加熱した。

更に、該シリカゾルに浸漬する工程と、加熱する工程と
を交互に合計１０づつ繰り返して、多孔質層の空孔部が
シリカガラスで充満された、試料Ａを作成した。

該試料Ａの熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定
した結果、Ｑ　、　Ｑ　３　（ａｌ／ｃｍ−ｓ−’Ｃで
あり、窒化珪素の熱伝導率である０、０４〜０．０７Ｃ
ａｌ／ＣｍＳ・℃より減少していることが確認された。

更に、窒化珪素表面に多孔質層を形成する前の基材にシ
リカガラスを被着させた試料Ｂと、上記試料Ａとについ
て、室温から２０分で５００℃まで加熱し、再び室温ま
で空冷する熱サイクルを、１０回繰り返すテストを実施
した結果、試料Ａには剥離現象は認められなかったが、
試料Ｂは３回目でシリカガラスからなる被覆層が剥離し
た。

実施例２実施例１と同一の条件で多孔質層を形成した後、アルミ
ナ（Ａｆ１２０５）ゾルとシリカゾルとの混合溶液中に
浸漬し、取り出した後１３００℃に加熱する工程を１０
回繰り返して、多孔質層の空孔部がムライト（３Ａｊ２
２０ｇ　・２ＳｉＯ２）で充満された試料Ｃを作成した
。

該試料Ｃについて熱伝導率を測定した結果、０．０２ｃ
ａ１／ｃｍｓ℃であり、やはり実施例１の場合と同じく
窒化珪素の熱伝導率である０、０４〜０　、０７　ｃａ
ｌ／Ｃｍ−５℃より減少していることが確認された。

更に、窒化珪素表面に多孔質層を形成する前の基材にム
ライトを被着させた試料りと、上記試料Ｃとについて実
施例１と同一の熱サイクルテストを実施した結果、試料
Ｃには剥離現象は認められなかったが、試料りは１回目
でムライトからなる被覆層が剥離した。

実施例３実施例１及び２と同一の、窒化珪素の焼結体からなる基
材を加熱炉内に配設し、該加熱炉内部を１０　Ｔｏｒｒ
に減圧して１５００℃で３０分加熱した。

該基材を炉冷した後取り出し、表面に形成された多孔質
層の層厚を測定した結果、２０μｍであることが確認さ
れた。

該多孔質層の空孔部に二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）を
摺り込んで試料Ｅを作成した。

往復動摺動試験機を用いて、該試料Ｅの常温での窒化珪
素に対する摩擦係数を測定した結果、０．２であり、窒
化珪素の焼結体からなる試料Ｆの摩擦係数である０、７
より低下していることが確認された。

実施例４上記実施例３と同様にして基材に多孔質層を設け、該多
孔質層の空孔部にフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を含浸
させ試料Ｇを作成した。

実施例３と同じく往復動摺動試験機を用いて、該試料Ｇ
の５００℃での窒化珪素に対する摩擦係数を測定した結
果、０．３であり、上記試料Ｆの摩擦係数である０、７
より低下していることが確認された。

ところで、上記各実施例において、空孔部に充填する該
機能材料の内、低熱伝導率材料としては、シリカ及びム
ライトを示したが、アルミナやチタン酸アルミニウムを
用いてもよい。

また、低摩擦係数材料としては、二硫化モリブデン及び
フッ化カルシウムを示したが、黒鉛、二硫化タングステ
ン、窒化硼素、フッ化バリウム、フッ化黒鉛、酸化鉛及
び酸化銅を用いてもよい。

更には、電気伝導性材料として、炭素、マグネシウム、
アルミニウム、チタン、鉄、クロム、ニッケル、銅、亜
鉛、ジルコニウム、モリブデン、銀、タングステン、金
及びこれらの電気伝導性を有する化合物を用いることも
可能である。

尚、上記において本発明の実施例について詳細に説明し
たが、本発明の精神から逸れないかぎりで、種々の異な
る実施例は容易に構成できるから、本発明は前記特許請
求の範囲において記載した限定−以外、特定の実施例に
制約されるものではない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、基材表面に多孔
質層を追加するのではなく、基材表面から、基材を構成
している材料を除去して多孔質層を形成するので、基材
内部と同一の結晶配列の多孔質層が得られ、該多孔質層
の空孔内に機能材料を充填して得られる複合セラミック
は熱サイクルを受ける環境にて使用しても表面の被覆層
が剥離しない複合セラミックの製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックからなる基材を減圧雰囲気にて加熱し
表面に所定層厚の多孔質層を形成するステップと、該多
孔質層の空孔部分に上記基材を構成するセラミックとは
異なる機能材料を充填するステップとを有することを特
徴とする複合セラミックの製造方法。
（２）上記セラミックからなる基材の結晶粒界部は酸化
物にて構成されていることを特徴とする請求項（１）記
載の複合セラミックの製造方法。
（３）記基材を構成するセラミックは窒化珪素であるこ
とを特徴とする請求項（１）記載の複合セラミックの製
造方法。
（４）上記多孔質層の層厚は２０μｍ〜１００μｍであ
ることを特徴とする請求項（１）記載の複合セラミック
の製造方法。
（５）上記機能材料の熱伝導率は上記基材を構成するセ
ラミックの熱伝導率より小であることを特徴とする請求
項（１）記載の複合セラミックの製造方法。
（６）上記機能材料はシリカ、アルミナ、ムライト、チ
タン酸アルミニウム及びジルコニアの内の少なくとも１
種類であることを特徴とする請求項（５）記載の複合セ
ラミックの製造方法。
（７）上記機能材料は自己潤滑性を有することを特徴と
する請求項（１）記載の複合セラミックの製造方法。
（８）上記機能材料は黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化
タングステン、窒化硼素、フッ化カルシウム、フッ化バ
リウム、フッ化黒鉛、酸化鉛及び酸化銅の内の少なくと
も１種類であることを特徴とする請求項（７）記載の複
合セラミックの製造方法。
（９）上記機能材料は電気伝導性を有することを特徴と
する請求項（１）記載の複合セラミックの製造方法。
（１０）上記機能材料は炭素、マグネシウム、アルミニ
ウム、チタン、鉄、クロム、ニッケル、銅、亜鉛、ジル
コニウム、モリブデン、銀、タングステン、金及びこれ
らの電気伝導性を有する化合物の内の少なくとも１種類
であることを特徴とする請求項（９）記載の複合セラミ
ックの製造方法。