JPH0345582A - セラミックス基材の被膜形成方法 - Google Patents

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］ 本発明はセラミックス基材表面への被膜の形成方法に関
する。

［従来の技術］ 従来、各種成形体の成形用材料として、炭化珪素等を主
体とした焼結体が、耐熱性、耐蝕性等の優れた特性を有
するが故に、各種分野で多用されている。しかるに、例
えば、カメラ用レンズの成形型や電磁波反射板等の成形
用材料として炭化珪素焼結体を用いる場合、焼結体自体
を露出させたままでは表面平滑性が不十分であり、また
、研磨等の加工を施しても表面にボアーが生じ易いとい
う欠点があるため、焼結体表面に炭化珪素を化学蒸着さ
せて平滑な被膜を形成する等の処理を施していた。そし
て、このような場合、基材に対する被膜の密着性を向上
させることを意図して、予め基材表面にブラスト処理等
の機械的粗化処理、又はエラチン“グ等の化学的粗化処
理を施し、基材の表面に凹凸を形成していた。

［発明が解決しようとする課！ｌｊ！ｉ］しかし、一般
に硬質表面を有するセラミックス基材においては、上述
のような機械的粗化処理では、基材表面に露出する結晶
粒界等の比較的強度の低い部分が削り取られるのみであ
って、表面全体を均一に粗化することができなかったく
第３図（ａ＞参照）、このような事情は化学的粗化処理
でも同様であり〈第３図（ｂ）参照）、従来法で粗化さ
れた基材の表面は、粗化部分が単純形成されるのみで、
形成される四部の深さも浅く、基材表面に形成される被
膜との物理的絡み合いも十分とはならず、そのため、基
材と被膜との密着性を向上させるまでには至らなかった
。特に、基材と被膜形成物質とで素材が異なる場合、そ
の熱膨張率に差が生じて高温加熱時には密着性が低下す
るという問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
って、その目的は、セラミックス基材表面を均一かつ微
細に粗化し、そのようなｍ細粗化表面に対する被膜形成
物質のアンカー効果により、セラミックス基材への密着
性に優れた被膜を形成することの可能なセラミックス基
材の被膜形成方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用〕上記課題を解決
するために本発明は、セラミックス粉末に、このセラミ
ックスよりもエツチングされ易いフィラーを配合して成
形した後、この成形体を焼結させて得たセラミックス基
材に対し、その基材の被膜形成面にエツチングを施すこ
とにより、基材表面に分布するフィラーを除去して複数
の微細な空隙を形成した後、その被膜形成面に対して前
記セラミックス基材と同程度の熱膨張率を有する物質を
付着させて被膜を形成することとした。

従って、第２図に示すように、セラミックス基材１表面
には、配合されたフィラーの大きさに応じた微細な空隙
３が多数形成され、それらｍ細な空隙３に対し被膜形成
物質が浸入して被膜が形成される。そのため、基材と被
膜との物理的絡み合いが十分に行われて、被膜形成物質
のアンカー効果が確実となり、被膜はセラミックス基材
に対し密着性に優れたものとなる。

さて、前記セラミックス粉末としては、炭化珪素、ムラ
イト、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アル
ミナ、ジルコニア、コージェライト、ホウ化ジルコニウ
ム等の粉末があげられる。

前記フィラーは前記セラミックスよりもエツチングされ
易いフィラーであることが必要であり、セラミックスが
炭化珪素の場合には、炭化チタン、炭化ホウ素、窒化珪
素、窒化アルミニウム等が使用可能であり、セラミック
スがムライトの場合には、窒化アルミニウム、炭化チタ
ン、窒化珪素が使用可能である。

また、フィラーとして使用する物質の平均粒径は、０．
１〜１０μｍの範囲が好ましい、平均粒径が０．１μｍ
未満ではエツチング後に形成される空隙が小さくなり、
被膜の密着性を向上させることができず、１０μｍを超
えると形成被膜の膜厚が薄い場合、平滑な被膜を形成す
ることができない。

前記セラミックス粉末は、前記フィラー、成形用バイン
ダー、及び必要に応じて溶媒と共に、ボールミル等の混
合機によって均一に混合された後、ブレス成形等によっ
て特定形状に成形される。

フィラーの配合割合は、セラミックス粉末１００重量部
に対し、０．５〜３０重量部の範囲である。この配合割
合が０．５重量部未満ではセラミックス基材表面に必要
な数の空隙を形成することができず、３０重量部を超え
るとセラミックス基材の強度等が低下する。また、３０
重ｉ部を超えると、セラミックスのマトリックス中にお
いて、フィラー粒子同志が合体、あるいは連続化し、フ
ィラーをエツチングする工程において、大きなピンホー
ルを生じたり、マトリックス全体にエツチングの穴が生
じる虞れがある。

成形用バインダーとしては、例えば、フェノール樹脂、
リグニンスルホン酸塩、ポリビニルアルコール、コンス
ターチ等の各種有機物質が使用できる。成形用バインダ
ーの添加量は、セラミックス粉末１００重量部に対し、
０．５〜１０重１部の範囲である。この配合割合が０．
５重量部未満では成形が困難となり、１０重量部を超え
ると焼結時にボアーができ易くセラミックス基材の強度
が低下する。

上記成形体の焼結は、常圧焼結、加圧焼結、熱間静水圧
焼結法（ＨＩＰ）等の各種方法が適用可能であるが、ホ
ットプレスによる加圧焼結が好ましい、加圧焼結法によ
れば、焼結のための焼成温度を低くすることができ、基
材物質とフィラーとの間の粒成長を抑制して、フィラー
物質が基材物質中に拡散溶融するのを極力防止すること
ができる。

セラミックス粉末として炭化珪素を、フィラーとして炭
化チタンをそれぞれ使用する場合、焼結時の圧力は１０
０〜５００ｋｆ／ａＩｌ、焼成温度は、１８００〜２３
００℃、焼成時間は０．１〜３時間の範囲が好ましい。

焼結時の圧力が１００　ｋｇ／　ａａ　ｅ未満では焼結
に必要な焼成温度域を前記範囲に設定することができず
、５００ｋｇ／−を超えるとホットプレスの型材が破損
され易くなり、実用的でない。

焼成温度が１８００℃未満では炭化珪素及び炭化チタン
を十分焼結させることができず、２３００℃を超えると
、炭化チタンが炭化珪素中に拡散溶融してしまい、エツ
チングによってｇ＆細全空隙形成することができない。

焼成時間が０．１時間未満では炭化珪素及び炭化チタン
を十分焼結させることができず、３時間を超えると炭化
チタンが炭化珪素中に拡散溶融する虞れがある。

上述のようにして得られたセラミックス基材の被膜形成
面に対しエツチングを施すことにより、基材表面に分布
するフィラーが除去されて複数の微細な空隙が形成され
る。

エツチングには、ウェットエツチングが適用可能である
。前記フィラーとして炭化チタンを使用する場合、エツ
チング液としては塩酸、硝酸、硫酸、フッ化水素、王水
等を単独又は混合して用いることができる。王水使用の
場合、室温で１０〜３０分間浸漬することでエツチング
が完了する。

その後、エツチング処理したセラミックス基材の表面に
は、被膜形成物質が化学蒸着（ＣＶＤ）等の常法に従っ
て付着され、被膜が形成される。

被膜形成物質は、焼結によって得た前記セラミックス基
材と同程度の熱膨張率を有する物質が好ましい、被膜形
成物質とセラミックス基材との間で熱膨張率に大きな開
きがあると、ＣＶＤ等により加熱状態において被膜形成
物質を付着させた後、常温に復帰させる段階で、形成被
膜が基材表面から剥離してしまうからである。セラミッ
クス基材が炭化珪素を主体とするものである場合、被膜
形成物質としては、炭化珪素、炭化チタン、炭化ホウ素
、窒化チタン、窒化珪素等が使用できる。これらのうち
、特に炭化珪素を使用した場合、被膜面は優れた平滑性
を得ることができる。尚、被膜については、その膜厚が
１〜１０００μｍの範囲で形成可能であり、特に３００
〜６００μｍの範囲が好適である。

また、セラミックス粉末として炭化珪素粉末を使用し、
フィラーとして炭化チタンを使用することは極めて好ま
しい、この組合せの場合、セラミックス基材の焼結が容
易であり、また、炭化チタンの配合量を炭化珪素１００
ｆｆｉ量部に対し、１５重量部以下に限定すれば、炭化
珪素単独の焼結体と比較しても、強度等の特性が特に劣
化するということもない。

［実施例］ 以下に、本発明を具体化した実施例及び比較例について
説明する。

（実施例） 平均粒径が０．２８μｍのβ型炭化珪素粉末１００重量
部に対し、フィラーとして平均粒径が１μｍの炭化チタ
ン粉末１０ｆ！量部、フェノール樹脂５重量部、ベンゼ
ン３００重量部を配合し、ボールミルにて均一に混合し
た後、これを直方体状に成形し、凍結乾燥法によって乾
燥した。

この成形体をホットプレスにて３００ｋｔ／ｃｌ、２０
００℃にて１時間加圧焼結して、第１図（ａ）に示すよ
うな直方体状のセラミックス基材１を得た。第１図（ｂ
）に示すように、このセラミックス基材１の上面以外の
全ての面を王水に侵されないシリコン系樹脂製のマスク
部材２で被覆し、これを王水中に３０分間浸漬した。そ
して、第１図（ｃ）に示すように、基材上面に露出分布
する炭化チタン粒子を溶解除去して複数の微細な空隙３
を形成した。そして、マスク部材２を取り外すと共にこ
のセラミックス基材１を水洗、乾燥した。

続いて、セラミックス基材ｌの前記エツチング面に対し
、１３１０℃の不活性ガス雰囲気下で炭化珪素を化学蒸
着させて、第１図（ｄ）に示すような平均１１Ａ厚が５
３０μｍの炭化珪素被膜４を形成した。

このようにして形成された炭化珪素被膜４の前記セラミ
ックス基材１に対する密着強度を評価した。密着強度の
評価方法として、被膜の形成された炭化珪素サンプルに
対し水中投下法による熱衝撃テストを行い、表面にクラ
ックが入る温度差ΔＴ　（”Ｃ）を測定した。その結果
、本実施例のサンプルは、温度差ΔＴが５５０℃以上と
測定され、優れた密着強度を示した。

（比較例） 前記実施例において、セラミックス基材１の成形時に炭
化チタン粉末を添加せず、その分、炭化珪素粉末を増量
して焼結体を形成し、サンドブラスト（条件等要）によ
る表面粗化処理及び化学蒸着を行って被膜を形成した。

本比較例の炭化珪素サンプルに対し、前記同様水中投下
法による熱衝撃テストを行い、表面にクラックが入る温
度差ΔＴ　（”Ｃ）を測定した。その結果、本比較例の
サンプルは、温度差ΔＴが３００℃と測定され、前記実
施例に比べ低い密着強度を示した。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、セラミックス基材
表面を均一かつＲ，４Ｉｌｌに粗化し、その上うな微細
粗化表面に対する被膜形成物質のアンカー効果により、
セラミックス基材への密着性に優れた被膜を形成するこ
とができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明を具体化した被膜形成手
順を断面で示す一連の説明図、第２図は本発明における
エツチング後の状態を示す断面図、第３図（ａ）及び（
ｂ）はそれぞれ従来の８！械的粗化処理及び化学的粗化
処理によるセラミックス基材の処理状態を示す断面図で
ある。 １・・・セラミックス基材、３・・・空隙、４・・・炭
化珪素被膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　セラミックス粉末に、このセラミックスよりもエッ
   チングされ易いフィラーを配合して成形した後、この成
   形体を焼結させて得たセラミックス基材（１）に対し、
   その基材（１）の被膜形成面にエッチングを施すことに
   より、基材表面に分布するフィラーを除去して複数の微
   細な空隙（３）を形成した後、その被膜形成面に対して
   前記セラミックス基材（１）と同程度の熱膨張率を有す
   る物質を付着させて被膜（４）を形成することを特徴と
   するセラミックス基材の被膜形成方法。 ２　前記セラミックス粉末は炭化珪素粉末であり、また
   、前記フィラーは炭化チタンであることを特徴とする請
   求項１に記載のセラミックス基材の被膜形成方法。