JPH0397674A

JPH0397674A - 反応焼結セラミックス部材の製造方法

Info

Publication number: JPH0397674A
Application number: JP1233161A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kuwabara; 光雄桑原; Takeshi Kokusho; 毅国生; Nobuki Matsuo; 伸樹松尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1991-04-23
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2718777B2

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、表面粗さ、耐熱衝撃性、耐摩耗性等を改良し
た反応焼結セラミックス部材の製造方法に関する。

［従来の技術］例えば、鉄性鋳造物等を製造する際におけるサイクルタ
イムの向上、あるいは、指向性凝固の達或を実現する場
合、金型に対して供給される溶湯量および溶湯時間を正
確に制御することが良好な製品を得る上で極めて重要な
こととされている。

この場合、前記金型の注湯口に装着されるノズル部材の
材質が前記の目的を達或する上で特に重要である。すな
わち、前記ノズル部材は金型に対して所定量の溶湯を所
定時間で正確に供給するため、その径が常時一定で且つ
溶湯に対して濡れ性の低いものであることが必要である
。

また、ノズル部材は高温下で使用されるため耐熱性が要
求されるとともに瞬時に高温の溶湯と接触するため耐熱
衝撃性も要求される。

従来、このようなノズル部材としては、例えば、寸法の
収縮性が小さく、また、製造が簡易である反応焼結体が
用いられている。

［発明が解決しようとする課題］然しながら、反応焼結体は、通常、ケイ素等を窒化ある
いは炭化することにより得られるが、その際、原料ガス
がケイ素等を窒化する流路が形或されるため、反応焼結
体を緻密化することは困難である。すなわち、このよう
な流路の形或に伴い数１０〜数１００μｍの気孔が反応
焼結体内に分布することになる。この結果、従来の反応
焼結体では面粗さを向上させ難く、また、強度レベルが
低く、熱衝撃にも弱い等の問題点があった。

例えば、製品の鋳造を行う場合、従来はノズル部材とし
て黒鉛等を生戒分とする反応焼結体を使用していたが、
ノズル部材の溶湯通路に溶湯或分とノズル部材の炭素と
の反応によると考えられる異物の付着あるいは蒸着があ
り、これによるノズル径の変化によって注湯速度等の制
御が不可能となる問題があった。

そこで、ノズル径が殆ど変化しないノズル部材素材とし
て、六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）をホットプレス焼結
し、機械加工したものを使用したものがあるが、高価で
あるだけでなくｈ−ＢＮ自体が柔らかく、機械的に損傷
や摩耗が速いという問題があった。また、ｈ−ＢＮが酸
化され易いという問題もあった。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、表面粗さ、潤滑能、強度、耐熱衝撃性、耐摩耗
性等の諸性質を改良することの出来る反応焼結セラミッ
クス部材の製造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コ前記の課題を解決するために、本発明は窒化ケイ素、サ
イアロン、炭化ケイ素、若しくは、これらの複合材、ま
たは、窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素の中、少な
くとも一種と六方晶窒化ホウ素との複合材を、反応焼結
させることで反応焼結体を形或した後、前記反応焼結体の表面にセラミックススラリーを塗設し
て焼結させる、ことを特徴とする。

［作用」本発明では、反応焼結体の表面にセラミックススラリー
を塗設して焼結することにより、前記反応焼結体に圧縮
応力が印加される。これにより、反応焼結体の強度の向
上、耐熱衝撃性が改良されるとともに、表面の面粗さが
低下し、これによって表面の潤滑性が改善され、耐摩耗
性も改良される。

［実施例］次に、本発明に係る反応焼結セラミックス部材の製造方
法について好適な実施例を挙げ、添付の図面に基づいて
以下詳細に説明する。

本発明による製造方法においては、反応焼結体表面にセ
ラミックススラリーが塗設される。

反応焼結体としては、窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケ
イ素、若しくは、これらの複合材、または、これらと六
方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）との複合材が用いられる。

セラミックススラリーのコーティング層の厚さはｉ〜１
０００μｍが好ましく、一層好適には、５０〜３００μ
ｍ程度がよいとされる。このコーティング層を焼結する
ことにより、反応焼結体には圧縮応力が付与される。こ
の圧縮応力の大きさを定量的に扱うのは難しいが、大き
いほうがよいと考えられる。圧縮応力の大きさは塗設さ
れたコーティング層の強度およびコーティング層を構或
する粉体の粒度に左右される。この場合、使用粉体の粒
度はｌＯμｍ以下であることが好ましい。また、セラミ
ックススラリーは使用環境により選択されるべきもので
、例えば、Ｙ２０３５重量％、Ａｆ．０３４重量％、Ｃ
ｅ０，１重量％、Ｓｌ３Ｎ−９０重量％のもの、あるい
は、ｈ−ＢＮ　　２０重量％、ＡＩ２０３　１０重量％
、Ｙ２０，７重量％、Ｓｌ３Ｎ４６３重量％のものが選
択され、分散媒としては水、アルコール、水＋アルコー
ル、ヘキサン等が使用される。コーティングは、刷毛塗
り、ディッピング、スプレー式塗布等の方法によりなさ
れ、乾燥後、反応焼結体が１６００〜１９００℃の温度
で再び焼或される。焼戊後の表面粗はＲ．．．−１０μ
ｍ以下であり、およそ１〜２μｍの範囲となる。この結
果として表面の潤滑性が向上し、耐摩耗性は極度に向上
する。

例えば、本発明により得られる反応焼結体を鋳造用ノズ
ル部材に使用した場合、従来は溶湯或分の浸入、地金さ
し、スラグの浸入等のため、繰り返される熱膨張により
ノズル部材が破壊することがあったが、本発明ではノズ
ル部材の表面をセラミックススラリーのコーティング層
で被覆したため、溶湯或分が浸入することがなく、地金
さし等を起因とする、所謂、くさび効果による破壊が観
測されていない。

また、コーティング層により反応焼結体に付与される圧
縮応力は、焼結時の粒子の戊長、再配列、緻密化により
得られるもので、収縮量と材質強度および被膜厚さによ
り決定される。本発明の場合、コーティング層の収縮は
線変化率で５〜２０％となり、大きな値が得られている
。

なお、コーティング層を過度に厚くすると、焼結時にク
ラックが入り、基材を損傷することにもなり、極端に薄
くした場合にはコーティングの効果がなく、単に価格の
上昇を招くのみとなる。また、薄い場合はコーティング
粒子同士が基材に付着しているだけで、粒子同士の焼結
は殆ど進行していないか、あるいは進行していたとして
も幾つかのコロニー状に分布するだけで反応焼結体への
圧縮応力による強化は生じない。

また、このようなコーティングをＣＶＤ法やＰＶＤ法に
よる蒸着で行った場合、平滑なものを形或することは出
来るが、単に平滑化するだけで物性値の大幅な向上は得
られない。さらに、この場合、圧縮応力は非常に小さく
、コスト的には有効ではない。

次に、具体的実施例について説明する。

第１図は本実施例の供試体である鋳造用ノズル部材の概
略断面図、第２図は第１図に示すノズル部材を適用した
鋳造システムの構或を示す概略断面図である。

第２図の金型鋳造システムにおいて、ラドルｌＯより供
給される溶湯１２は、ホッパ−１４に一旦注湯された後
、ランナ１６の湯口に装着されたノズル部材１８を介し
て金型２０に画或されたキャビテイ　（図示せず）に注
湯される。次いで、前記キャビテイに注場された溶湯１
２が冷却固化された後、型開きして製品の金型２０から
の取り出しが行われる。この場合、ノズル部材１８は、
第１図に示すように、セラミックス材料からなる反応焼
結体２２の全外表面にセラミックススラリーを塗設する
ことでコーティング層２４を形或し、これを焼結したも
ので構或されている。

ここで、本実施例では、第３図の図表に示したＮｏ，８
の材質からなる反応焼結体２２に対してセラミックスス
ラリーを塗設したものと、Ｎｏ．　ｌ乃至ＮＯ。７の比
較例とを対比した。

この場合、Ｎｏ，　４とコーティングを施したＮｏ．８
とは極めて良好な結果を示し、Ｎｏ，　４の場合にはｌ
２００サイクル７日×３０日以上の耐用日数、Ｎｏ，　
８の場合には１２００サイクル／日Ｘ９０日辺上の耐用
日数を示した。然しながら、１ケ月後、Ｎｏ，　４の一
部には孔食が発生し、穴径が１３ｍｍφから１４ｍｍφ
へとｌａ＋ｍ拡大した。これに対して、Ｎｏ，　８のコ
ーティングを施したものは穴径の拡大も孔食も見られず
、極めて良好であった。なお、ｈＢＮのみのホットプレ
ス品は１週間で約１ｍｍ拡大してしまうため、耐用性の
向上ははかり知れない。

コーティング層２４は、平均粒径０．７μｍのＳｌ３Ｎ
−７０重量％、平均粒径０．４μｍのＡｊ２２０．　１
０重量％、平均粒径０．６μｍのＹ２０，５重量％、お
よびｈ−ＢＮ　　１５重量％からなるセラミックススラ
リーに分散媒を加え、水を溶媒として４８時間ボールミ
ルで混合し、刷毛塗りして形成した。反応焼結体として
のＳｌ３Ｎ４＋（ｈ−ＢＮ）２０重量％は、Ｓｉ７５重
量％、ＡＮ５重量％、ｈ−ＢＮ　　２０重量％を１５０
０℃で２時間Ｎ２中で焼或して得られたものである。こ
の反応焼結体２２に対して前記セラミックススラリーを
刷毛塗り後、８０℃で２４時間保持し、次いで、４８０
℃まで加熱乾燥させ、Ｎ２雰囲気中で１７５０℃、３０
分間焼戊した。コーティング層２４の厚さは２１０μｍ
，見掛けのＨｍｖは１２００ｋｇ　ｒ　／　ｍｍ　２で
あった。表面粗さは略１．８μｍである。また、コーテ
ィングを施したものとそうでないものを水中投下法によ
る耐熱衝撃温度ΔＴとして試験すると、コーティングを
施さなかったものは約５００℃、コーティングを施した
ものは９００℃までの耐熱性を示した。このように、コ
ーティングにより部材に圧縮応力を加えておくと、耐熱
衝撃性、耐摩耗性、機械的性質が大きく変化し、これま
で使用不能であったものも実用化されることが見出され
た。

［発明の効果］本発明に係る反応焼結セラミックスＲ．Ｈの製造方法で
は、窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、若しくは、
これらの複合材、または、これらの少なくとも１つと六
方晶窒化ホウ素との複合材を、反応焼結させることで反
応焼結体を形成し、その表面にセラミックススラリーを
塗設して焼結することで反応焼結体に圧縮応力を印加さ
せている。この結果、耐熱衝撃性、耐摩耗性の向上を図
ることが出来、従って、鋳造用部品等への用途を大幅に
拡大出来る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によって得られた鋳造用ノズル部材
の断面構或図、第２図は本発明方法によって得られた反応焼結セラミッ
クス部材を金型鋳造システムの鋳造用ノズル部材に適用
した場合の構成概略断面図、第３図は本発明方法によっ
て得られた反応焼結セラミックス部材の実施例と比較例
とを示す図表である。１Ｂ・・・ノズル部材　　　　　２２・・・反応焼結体
２４・・・セラミックススラリー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、若しくは
、これらの複合材、または、窒化ケイ素、サイアロン、
炭化ケイ素の中、少なくとも一種と六方晶窒化ホウ素と
の複合材を、反応焼結させることで反応焼結体を形成し
た後、前記反応焼結体の表面にセラミックススラリーを塗設し
て焼結させる、ことを特徴とする反応焼結セラミックス部材の製造方法
。
（２）請求項１記載の製造方法において、セラミックススラリーは、窒化ケイ素を主成分として２
０乃至９５重量％含有することを特徴とする反応焼結セ
ラミックス部材の製造方法。
（３）請求項１または２記載の製造方法において、セラ
ミックススラリーの厚さは１〜１０００μｍであること
を特徴とする反応焼結セラミックス部材の製造方法。