JPH0328396B2 - - Google Patents
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- JPH0328396B2 JPH0328396B2 JP57045661A JP4566182A JPH0328396B2 JP H0328396 B2 JPH0328396 B2 JP H0328396B2 JP 57045661 A JP57045661 A JP 57045661A JP 4566182 A JP4566182 A JP 4566182A JP H0328396 B2 JPH0328396 B2 JP H0328396B2
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- silicon carbide
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
- C04B41/5031—Alumina
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
本発明は耐熱衝撃性に優れ高温における機械的
強度の大きい表面被覆処理された炭化珪素質成形
体に関するものである。 従来より炭化珪素質成形体は高級炉材、発熱体
および高温構造材料等高温での広巾い用途に利用
されている。このように広い用途を有する理由
は、炭化珪素質成形体が他の高温材料に比較して
熱伝導率が大きく、一方熱膨張係数が比較的小さ
いため耐熱衝撃性にすぐれ、また高温での強度が
高く更に酸化および還元雰囲気においてかなり安
定しているためである。 炭化珪素質成形体は主成分として70％以上の
SiCを含み、種々の結合材を使用して結合し、結
合材によつてそれぞれ独特の性質をもつている。
主な結合材としては硅酸塩、窒化硅素、酸窒化硅
素、β−炭化珪素などがある。 またセルフボンドと称せられるものは特別な結
合材を使用することなく、SiC単独で結合したも
のとSiC微粒子を酸化させ硅酸塩に変えて結合材
としたものがある。 結合材の他にはAl2O3、Fe2O3等を不純物とし
て含んでいる。 このようにして造られた炭化硅素質成形体は、
高温で非常に優れた特性を有しているにもかかわ
らず、他の材料と接触させて使用する時または接
触の可能性がある場合においてはしばしばその使
用温度の低減、あるいは隔離板の挿入等の制約を
受ける場合が生じてくる。 この具体的な例として、最近電子工業の発展に
より需要が急増しているアルミナ基板の焼成に際
して、焼成炉の棚板として熱衝撃に比較的弱いア
ルミナ質焼結体に代わつて、高温で熱衝撃抵抗の
高い炭化硅素質成形体を利用するならば、取扱い
が容易となり、損耗も少なく他の材料を使用する
場合に比較して非常に経済的である。しかしなが
ら炭化硅素質成形体をそのまま棚板等に利用した
場合は、アルミナ基板の焼成条件によつては接触
した炭化硅素がアルミナ基板を汚染させ、その品
質を低下させてしまう場合が多く、直接炭化硅素
質成形体上に載せることができない。 この問題を解決する方法の一つとして炭化硅素
質成形体の表面にアルミナ基板と接触させても汚
染の心配が無く、かつ融点が高く高温でも極めて
安定なアルミナあるいはジルコニア等の酸化物層
を溶射被覆する方法が考えられる。しかしながら
このような酸化物を炭化硅素質成形体上に直接溶
射した場合には、繰り返し使用すると比較的短時
間で溶射被覆層が剥離してしまい、実用上使用不
可能であることが判明した。 本発明は前述した問題の解決策を鋭意検討した
結果、剥離の原因は炭化硅素質成形体と被覆酸化
物層との熱膨張係数の差異と密着性の不足による
ものであり、これを改善する方法として素材であ
る炭化硅素質成形体と表面の酸化物被覆層との中
間に、両者の中間の熱膨張係数を有する下地層を
溶射により形成することにより、密着性の優れた
表面被覆層を得ることが可能となることを見出し
た。このようにして得た表面被覆層を有する炭化
硅素質成形体は、表面被覆層が非常に強固で耐久
性に優れ、かつ対象となるアルミナ基板への汚染
もなく、焼成条件等への制約も無くなり、アルミ
ナ基板の焼成が非常に経済的におこなえることが
判明した。 本発明につき更に詳説するならば、SiC70重量
％以上を含む炭化硅素質成形体は通常その熱膨張
係数が３×10-6／℃以上５×10-6／℃以下であ
り、これに対して表面被覆層として用いられる高
温安定性の高いアルミナあるいはジルコニア等の
酸化物は、その熱膨張係数が８×10-6／℃から10
×10-6／℃程度と大きいため、下地溶射層として
熱膨張係数が炭化硅素のそれより大きくかつ表皮
層である酸化物溶射層より小さな物質の溶射層、
即ち３×10-6／℃以上８×10-6／℃以下の熱膨張
係数を有する下地層を作るならば、該成形体表面
の被覆層の寿命が著しく伸び、該成形体の有用性
が著しく改善されることが判明した。 このような特性を具備した下地溶射層としては
ムライト（Al2O372％；SiO228％）、ジルコニア
ムライト（ZrO233％；Al2O353％；SiO214％）、
あるいはジルコン（ZrO268％；SiO232％）、があ
る。 これらはいずれも熱膨張係数が３×10-6／℃か
ら８×10-6／℃の範囲内にあり、炭化硅素の熱膨
張係数より大きく、アルミナやジルコニア等の熱
膨張係数よりも小さい。 また下地溶射層としてSiO2分を10％以上含有
する酸化物を用いると、仕上がつ酸化物被覆され
た炭化硅素質成形体は長期間の使用に対しても表
面の被覆層の剥離は生ぜず、非常に効果的であ
る。特に結合材として硅酸塩を使用した炭化硅素
質成形体においてはこの効果が著しい。 このようにSiO2分を10％以上含有した下地層
を使用した場合に表面被覆層が剥離しにくくなる
理由は、素材である炭化硅素および結合材である
硅酸塩と下地層中のSiO2成分とが一部反応して
結合性が良くなり、しかも下地層中のAl2O3また
はZrO2成分と表面被覆層成分とが一部反応して
結合性が良くなるためである。SiO2含有量が10
％以下では素材との充分な結合効果が得られな
い。 下地溶射の方法としては熱膨張係数が炭化硅素
よりも大きく表面被覆層より小さいものを使用す
る限り、二種類以上の物質を用いて素材面より表
面被覆層に向けて順次組成を変えていくいわゆる
多層溶射したものでもさしつかえない。 次に本発明の実施例を示し、従来方法と比較し
て説明する。 実施例 寸法200mm角、厚さ５mmでSiC98重量％を含有
し、熱膨張係数4.2×10-6／℃の炭化硅素成形体
の表面にアルミナまたはジルコニア質の表面被覆
層を溶射により形成させた。表面被覆層の形成に
あたつては下地溶射層を使用しない場合と、表１
に示すような各種酸化物を使用して下地層を形成
し、その上に表面被覆層を形成させて比較した。
下地層溶射と表面被覆層溶射の溶射条件は次のと
おりである。 溶射機 プラズマ溶射装置 アークガス Ar−He（30VOL％） 電流 800〜900A 電圧 32〜36V 粉末供給量 20〜25ｇ／min 溶射距離 100mm 溶射膜厚 下地溶射層 0.13〜0.16mm 表面溶射層 0.29〜0.32mm 次にこれらの材料を1400℃の電気炉中で30分間
加熱保持した後、大気中へ取出し空冷する熱サイ
クルテストを繰り返して実施し、表面被覆層の剥
離がみられるまでの繰り返し数を調らべ、その結
果を表１に示した。 表１から下地溶射層を使用してしかもその熱膨
張係数が素材炭化硅素より高く表面被覆層物質よ
りも低い物質を使用した場合、表面被覆層は剥離
しにくく極めて強固であることが認められる。 SiO2成分を10％以上含有している実験No.１、
２、３、４の成形体は耐剥離性が非常にすぐれて
いることがわかる。 以上の如く本発明の溶射被覆された炭化珪素質
強度の大きい表面被覆処理された炭化珪素質成形
体に関するものである。 従来より炭化珪素質成形体は高級炉材、発熱体
および高温構造材料等高温での広巾い用途に利用
されている。このように広い用途を有する理由
は、炭化珪素質成形体が他の高温材料に比較して
熱伝導率が大きく、一方熱膨張係数が比較的小さ
いため耐熱衝撃性にすぐれ、また高温での強度が
高く更に酸化および還元雰囲気においてかなり安
定しているためである。 炭化珪素質成形体は主成分として70％以上の
SiCを含み、種々の結合材を使用して結合し、結
合材によつてそれぞれ独特の性質をもつている。
主な結合材としては硅酸塩、窒化硅素、酸窒化硅
素、β−炭化珪素などがある。 またセルフボンドと称せられるものは特別な結
合材を使用することなく、SiC単独で結合したも
のとSiC微粒子を酸化させ硅酸塩に変えて結合材
としたものがある。 結合材の他にはAl2O3、Fe2O3等を不純物とし
て含んでいる。 このようにして造られた炭化硅素質成形体は、
高温で非常に優れた特性を有しているにもかかわ
らず、他の材料と接触させて使用する時または接
触の可能性がある場合においてはしばしばその使
用温度の低減、あるいは隔離板の挿入等の制約を
受ける場合が生じてくる。 この具体的な例として、最近電子工業の発展に
より需要が急増しているアルミナ基板の焼成に際
して、焼成炉の棚板として熱衝撃に比較的弱いア
ルミナ質焼結体に代わつて、高温で熱衝撃抵抗の
高い炭化硅素質成形体を利用するならば、取扱い
が容易となり、損耗も少なく他の材料を使用する
場合に比較して非常に経済的である。しかしなが
ら炭化硅素質成形体をそのまま棚板等に利用した
場合は、アルミナ基板の焼成条件によつては接触
した炭化硅素がアルミナ基板を汚染させ、その品
質を低下させてしまう場合が多く、直接炭化硅素
質成形体上に載せることができない。 この問題を解決する方法の一つとして炭化硅素
質成形体の表面にアルミナ基板と接触させても汚
染の心配が無く、かつ融点が高く高温でも極めて
安定なアルミナあるいはジルコニア等の酸化物層
を溶射被覆する方法が考えられる。しかしながら
このような酸化物を炭化硅素質成形体上に直接溶
射した場合には、繰り返し使用すると比較的短時
間で溶射被覆層が剥離してしまい、実用上使用不
可能であることが判明した。 本発明は前述した問題の解決策を鋭意検討した
結果、剥離の原因は炭化硅素質成形体と被覆酸化
物層との熱膨張係数の差異と密着性の不足による
ものであり、これを改善する方法として素材であ
る炭化硅素質成形体と表面の酸化物被覆層との中
間に、両者の中間の熱膨張係数を有する下地層を
溶射により形成することにより、密着性の優れた
表面被覆層を得ることが可能となることを見出し
た。このようにして得た表面被覆層を有する炭化
硅素質成形体は、表面被覆層が非常に強固で耐久
性に優れ、かつ対象となるアルミナ基板への汚染
もなく、焼成条件等への制約も無くなり、アルミ
ナ基板の焼成が非常に経済的におこなえることが
判明した。 本発明につき更に詳説するならば、SiC70重量
％以上を含む炭化硅素質成形体は通常その熱膨張
係数が３×10-6／℃以上５×10-6／℃以下であ
り、これに対して表面被覆層として用いられる高
温安定性の高いアルミナあるいはジルコニア等の
酸化物は、その熱膨張係数が８×10-6／℃から10
×10-6／℃程度と大きいため、下地溶射層として
熱膨張係数が炭化硅素のそれより大きくかつ表皮
層である酸化物溶射層より小さな物質の溶射層、
即ち３×10-6／℃以上８×10-6／℃以下の熱膨張
係数を有する下地層を作るならば、該成形体表面
の被覆層の寿命が著しく伸び、該成形体の有用性
が著しく改善されることが判明した。 このような特性を具備した下地溶射層としては
ムライト（Al2O372％；SiO228％）、ジルコニア
ムライト（ZrO233％；Al2O353％；SiO214％）、
あるいはジルコン（ZrO268％；SiO232％）、があ
る。 これらはいずれも熱膨張係数が３×10-6／℃か
ら８×10-6／℃の範囲内にあり、炭化硅素の熱膨
張係数より大きく、アルミナやジルコニア等の熱
膨張係数よりも小さい。 また下地溶射層としてSiO2分を10％以上含有
する酸化物を用いると、仕上がつ酸化物被覆され
た炭化硅素質成形体は長期間の使用に対しても表
面の被覆層の剥離は生ぜず、非常に効果的であ
る。特に結合材として硅酸塩を使用した炭化硅素
質成形体においてはこの効果が著しい。 このようにSiO2分を10％以上含有した下地層
を使用した場合に表面被覆層が剥離しにくくなる
理由は、素材である炭化硅素および結合材である
硅酸塩と下地層中のSiO2成分とが一部反応して
結合性が良くなり、しかも下地層中のAl2O3また
はZrO2成分と表面被覆層成分とが一部反応して
結合性が良くなるためである。SiO2含有量が10
％以下では素材との充分な結合効果が得られな
い。 下地溶射の方法としては熱膨張係数が炭化硅素
よりも大きく表面被覆層より小さいものを使用す
る限り、二種類以上の物質を用いて素材面より表
面被覆層に向けて順次組成を変えていくいわゆる
多層溶射したものでもさしつかえない。 次に本発明の実施例を示し、従来方法と比較し
て説明する。 実施例 寸法200mm角、厚さ５mmでSiC98重量％を含有
し、熱膨張係数4.2×10-6／℃の炭化硅素成形体
の表面にアルミナまたはジルコニア質の表面被覆
層を溶射により形成させた。表面被覆層の形成に
あたつては下地溶射層を使用しない場合と、表１
に示すような各種酸化物を使用して下地層を形成
し、その上に表面被覆層を形成させて比較した。
下地層溶射と表面被覆層溶射の溶射条件は次のと
おりである。 溶射機 プラズマ溶射装置 アークガス Ar−He（30VOL％） 電流 800〜900A 電圧 32〜36V 粉末供給量 20〜25ｇ／min 溶射距離 100mm 溶射膜厚 下地溶射層 0.13〜0.16mm 表面溶射層 0.29〜0.32mm 次にこれらの材料を1400℃の電気炉中で30分間
加熱保持した後、大気中へ取出し空冷する熱サイ
クルテストを繰り返して実施し、表面被覆層の剥
離がみられるまでの繰り返し数を調らべ、その結
果を表１に示した。 表１から下地溶射層を使用してしかもその熱膨
張係数が素材炭化硅素より高く表面被覆層物質よ
りも低い物質を使用した場合、表面被覆層は剥離
しにくく極めて強固であることが認められる。 SiO2成分を10％以上含有している実験No.１、
２、３、４の成形体は耐剥離性が非常にすぐれて
いることがわかる。 以上の如く本発明の溶射被覆された炭化珪素質
【表】
成形体は、溶射被覆層の耐剥離性に優れ、高温
材料として非常に優れており、焼成炉用の棚板、
箱、あるいは被覆発熱体等の巾広い用途に利用で
きるので極めて有用である。
材料として非常に優れており、焼成炉用の棚板、
箱、あるいは被覆発熱体等の巾広い用途に利用で
きるので極めて有用である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化珪素質成型体の表面に、SiO210％以上
を含む金属酸化物からなる溶射下地被覆層を有
し、その上に表皮層として金属酸化物からなる溶
射被覆層を有することを特徴とする炭化珪素質成
型体。 ２ SiO210％以上を含む金属酸化物がムライト
またはジルコンであり、表皮層としての金属酸化
物がアルミナであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の炭化珪素質成型体。 ３ SiO210％以上を含む金属酸化物がジルコン
またはジルコニアムライトであり、表皮層として
の金属酸化物がカルシア安定化ジルコニアである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
炭化珪素質成型体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4566182A JPS58167482A (ja) | 1982-03-24 | 1982-03-24 | 溶射被覆された炭化硅素質成形体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4566182A JPS58167482A (ja) | 1982-03-24 | 1982-03-24 | 溶射被覆された炭化硅素質成形体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58167482A JPS58167482A (ja) | 1983-10-03 |
| JPH0328396B2 true JPH0328396B2 (ja) | 1991-04-18 |
Family
ID=12725553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4566182A Granted JPS58167482A (ja) | 1982-03-24 | 1982-03-24 | 溶射被覆された炭化硅素質成形体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58167482A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2859911B2 (ja) * | 1990-01-25 | 1999-02-24 | 日本碍子株式会社 | 安定化ジルコニア質コート層を有する耐火物およびその製造方法 |
| JPH0681713B2 (ja) * | 1990-04-05 | 1994-10-19 | 三井造船株式会社 | 断熱材 |
| US6485848B1 (en) * | 1998-04-27 | 2002-11-26 | General Electric Company | Coated article and method of making |
| JP4743973B2 (ja) * | 2000-01-24 | 2011-08-10 | コバレントマテリアル株式会社 | 電子部品焼成用炭化珪素部材 |
| DE10329620A1 (de) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Hochtemperaturbeständiges Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP2014006031A (ja) * | 2012-06-27 | 2014-01-16 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 電子部品焼成用治具及びその製造方法 |
-
1982
- 1982-03-24 JP JP4566182A patent/JPS58167482A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58167482A (ja) | 1983-10-03 |
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