JPH04345802A - セラミック部品の製造法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、中空部を有するセラ
ミック構造体を作製するセラミック部品の製造法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、窒化ケイ素（Ｓｉ３　Ｎ４　）、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミック材料から中空部を
有する形状のセラミック部品を作製するには、作製可能
となる形状のセラミック成形体を複数に分割して各成形
体部分を作製し、該各成形体部分を焼成して焼成体部分
を形成し、該焼成体部分を加工し、その後、各焼成体部
分を互いに接合し、該接合した焼成体を本焼成してセラ
ミック焼結体としてセラミック部品を作製しているのが
一般的である。

【０００３】また、セラミック部材の製造方法として、
特公昭５５−２３１２３号公報に開示されているものが
ある。該セラミック部材の製造方法は、軟化温度が射出
成形用セラミック素材に使用する樹脂よりも高い樹脂を
結合剤として用いたシェル中子を使用して射出成形した
後、得られた成形体の焼成時に前記結合剤を熱分解させ
てシェル中子を崩壊除去したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、セラミック成形体を複数に分割して成形して焼
成し、その後各焼成体を接合してセラミック部品を作製
する製造法は、製造工程が複雑で、しかもセラミック部
品の中空部の内壁面に平滑な面を形成することができず
、中子を必要とする部分を形成するには極めて困難なこ
とであった。

【０００５】また、前掲特公昭５５−２３１２３号公報
に開示されたセラミック部材の製造方法は、シェル中子
を使用してセラミック成形体を射出成形し、得られた成
形体の焼成時に結合剤を熱分解させてシェル中子を崩壊
除去したものであるが、シェル中子を崩壊除去して形成
した中空部の内壁面は荒く、加工する必要があるが、該
複雑な加工形状を加工するのは極めて困難なものである
。

【０００６】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、セラミック部品に形成され中空部
を形成するための中子として高熱膨張率で且つ低融点の
アルミニウム、アルミニウム合金或いはポリイミド樹脂
等の材料で製作し、該中子を用いてセラミック成形体を
製作し、仮焼成することで該中子を一旦熱膨張させてセ
ラミック粉成形体の中空内壁面を加圧し、中空内壁面を
緻密化すると共に、強度をアップさせ、次いで温度上昇
させて中子を溶融除去し、セラミック焼成体を製作する
セラミック部品の製造法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、中空部を有するセラミック構造体を作製す
るセラミック部品の製造法において、高熱膨張率で且つ
低融点の材料から作製した中子を成形型に配置すると共
にセラミック粉末を含む素材を充填してセラミック粉成
形体を作製する工程、前記セラミック粉成形体を加圧型
に配置し、温度を上昇させて前記中子を一旦熱膨張させ
、引き続き更に温度上昇して前記中子を溶融させて前記
セラミック粉成形体から排除する工程、次いで、前記セ
ラミック粉成形体を仮焼成してセラミック焼成体を作製
する工程、及び前記セラミック焼成体を前記加圧型から
取り出して加工し、前記セラミック焼成体を本焼成して
セラミック焼結体を作製する工程から成るセラミック部
品の製造法に関する。

【０００８】また、このセラミック部品の製造法におい
て、前記加圧型をカーボン型で構成したものである。

【０００９】

【作用】この発明によるセラミック部品の製造法は、上
記のように構成されており、次のように作用する。即ち
、このセラミック部品の製造法は、高熱膨張率で且つ低
融点の材料から成る中子を用いてセラミック粉成形体を
成形し、該セラミック粉成形体を加圧型に配置し、昇温
して前記中子を一旦熱膨張させたので、前記セラミック
粉成形体はその内壁面が前記中子の熱膨張によって圧縮
力が付与され、セラミック粉成形体の中空部の内壁面近
傍が圧縮されて緻密質に成形されると共に、予め圧縮力
が付与されて強度をアップすることができる。その後、
更に温度を上昇させて前記中子を溶融させ、セラミック
粉成形体の中空部から前記中子を排除するので、中空部
の複雑な形状でも極めて容易に良好な内壁面と高強度の
セラミック粉成形体を得ることができる。次いで、前記
セラミック粉成形体を仮焼成すればセラミック焼成体を
作製することができ、更に、該セラミック焼成体を加工
した後、本焼成すればセラミック焼結体を作製すること
ができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるセラ
ミック部品の製造法の一実施例を説明する。図１はこの
発明によるセラミック部品の製造法の一実施例の一工程
を示す斜視図、図２はこの発明によるセラミック部品の
製造法で作製した副室ブロックを示す上面図、図３は図
２の線Ａ−Ａにおける断面図、及び図４はこの発明によ
るセラミック部品の製造法の工程を説明するブロック図
である。

【００１１】この実施例は、この発明によるセラミック
部品の製造法によって、エンジンのホットプラグ即ち副
室を形成する副室ブロックをセラミックスで製作する場
合を示すものである。このセラミック部品の製造法は、
図３に示すように、副室２及び連絡孔３を形成する中空
部を有する副室ブロック１をセラミックスで作製するも
のであり、このセラミック部品の製造法において、高熱
膨張率を有し且つ低融点を有する金属或いは樹脂等の材
料から副室２及び連絡孔３を形成するための中子４を作
製する。金属材料としてはアルミニウム、アルミニウム
合金等を使用でき、また、樹脂材料としてはポリイミド
樹脂等を使用できる。アルミニウム材料は、３００℃で
最も熱膨張して体積が増大して膨張力が発生し、また、
６００℃で溶融する。

【００１２】中子４を上記材料で作製した後、該中子４
を金型、石膏型、カーボン型等の成形型の所定の位置に
配置し、成形型と中子４とで形成される空所にセラミッ
ク粉末、或いはセラミックウィスカーを含むスラリー即
ちセラミック粉末を含む素材を充填し（ステップ１０）
、セラミック粉成形体５を作製する。セラミック粉を含
む素材としては、例えば、窒化珪素Ｓｉ３Ｎ４　等のセ
ラミック粉末、焼結助剤、解こう剤、水及び有機バイン
ダを所定量配合してボールミルで混合してスラリーを得
ることができる。場合によっては、プレスを用いてセラ
ミック素材を押圧し、圧縮成形してセラミック粉成形体
５を作製する（ステップ１１）。このセラミック粉成形
体５を、緻密質で、熱間収縮が無く、特に熱膨張が起こ
らない材料から製作された加圧型、例えば、２つ割りの
カーボン型６で保持する。

【００１３】次いで、このセラミック粉成形体５を配置
したカーボン型６を焼成炉に入れ、例えば、中子４をア
ルミニウム製で製作した場合に、中子４を３００℃まで
上昇させ、セラミック粉成形体５内に配置されている中
子４を熱膨張させて中子４の容積を膨張させて膨張力を
発生させる（ステップ１２）。中子４の容積を膨張する
ことによって、カーボン型６で加圧状態に保持されてい
るセラミック粉成形体５は圧縮力を受け、中子４に隣接
した部分のセラミック粉成形体自体は緻密質に圧縮され
ることになる。場合によっては、セラミック粉成形体５
及び中子４の組成等をコントロールすることによって、
セラミック粉成形体５の外壁側はセラミック粉による多
孔質部分が残存した成形体に構成することも可能である
。次いで、焼成炉内の温度を更に高温、例えば、６００
℃以上に上昇させ、アルミニウム製中子４を溶融させる
。溶融したアルミニウムはセラミック粉成形体５に形成
される連絡孔３等を通じてセラミック粉成形体５から除
去される（ステップ１３）。引き続き焼成炉内の温度を
更に高温、例えば、１２００℃に上昇させることによっ
て、セラミック粉成形体５を仮焼成することができ、セ
ラミック粉成形体５をセラミック焼成体に製作する（ス
テップ１４）。

【００１４】セラミック粉成形体５を仮焼成してセラミ
ック焼成体を作製した後、該セラミック焼成体をカーボ
ン型６から取り出し、該セラミック焼成体を加工する（
ステップ１５）。加工したセラミック焼成体を再び焼成
炉に入れ、焼成炉の温度を高温、例えば、１６００℃〜
１７００℃に上昇させてセラミック焼成体を本焼成し（
ステップ１６）、セラミック焼結体を作製する（ステッ
プ１７）。このセラミック焼結体は、この実施例ではセ
ラミック製の副室ブロック１を構成するが、該副室ブロ
ック１に形成された中空部で構成される副室２及び連絡
孔３を形成する少なくとも壁面部分には、薄膜状の緻密
なセラミック層が形成され、該緻密なセラミック層が燃
焼ガスに晒される面を構成する。従って、該セラミック
層の熱容量を小さく構成し、場合によっては、緻密なセ
ラミック層の外側部分には多孔質の断熱性を有する構造
に構成することができる。このセラミック焼結体を焼成
炉から取り出し、セラミック焼結体に対して仕上げ加工
を行ってセラミック部品である副室ブロック１を作製す
ることができる。

【００１５】

【発明の効果】この発明によるセラミック部品の製造法
は、上記のように構成されており、次のような効果を有
する。即ち、このセラミック部品の製造法は、高熱膨張
率で且つ低融点の材料から中子を作製し、前記中子を成
形型に配置すると共に、該成形型内にセラミック粉末を
含む素材を充填してセラミック粉成形体を作製し、前記
セラミック粉成形体をほとんど熱膨張を起こさない加圧
型に配置して仮焼成し、その時、前記中子を一旦熱膨張
させた後に更に温度上昇させて溶融排除してセラミック
焼成体を作製し、該セラミック焼成体を本焼成してセラ
ミック焼結体を作製したので、セラミック焼成体に副室
、連絡孔等を構成する複雑な形状の中空部を容易に形成
できる。また、セラミック粉成形体はその内壁面が前記
中子の熱膨張によって圧縮力が付与され、セラミック粉
成形体の内壁面近傍が平滑で且つ緻密質の構造に成形さ
れると共に、セラミック粉成形体に予め圧縮力を付与す
ることになり、セラミック粉成形体の強度をアップする
ことができる。

【００１６】その後、更に温度を上昇させて、セラミッ
ク粉成形体を仮焼成してセラミック焼成体にすると共に
、該セラミック焼成体の中空部から前記中子を溶融させ
て排除するので、前記セラミック焼成体に副室、連絡孔
等の中空部を形成することができる。次いで、前記セラ
ミック焼成体を本焼成することによってセラミック焼結
体を作製することができ、前記中空部の壁面には緻密な
且つ平滑なセラミック面を有する構造に作製でき、前記
中空部を燃焼ガスに晒される副室、連絡孔等に構成すれ
ば、壁面の熱容量に小さい構造に構成できると共に、耐
熱性に富んだ断熱エンジンの燃焼室の断熱構造を提供で
きることになる。

【００１７】また、このセラミック部品の製造法におい
て、前記加圧型はカーボン型であるので、該カーボン型
は温度上昇でほとんど熱膨張を起こさないので、セラミ
ック粉成形体に対して堅固に保持でき、中子の熱膨張に
対しても良好にセラミック粉成形体を外向きに膨張させ
ることなく保持でき、中子の熱膨張によってセラミック
粉成形体の中子に接する部分を圧縮して緻密質に構成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるセラミック部品の製造法の一実
施例における一工程を示す斜視図である。

【図２】この発明によるセラミック部品の製造法によっ
て作製した副室ブロックの一例を示す平面図である。

【図３】図２の副室ブロックの線Ａ−Ａにおける断面図
である。

【図４】このセラミック部品の製造法の工程を説明する
ブロック図である。

【符号の説明】

１　　　　副室ブロック ２　　　　副室 ３　　　　連絡孔 ４　　　　中子 ５　　　　セラミック粉成形体 ６　　　　カーボン型

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　中空部を有するセラミック構造体を作
   製するセラミック部品の製造法において、高熱膨張率で
   且つ低融点の材料から作製した中子を成形型に配置する
   と共にセラミック粉末を含む素材を充填してセラミック
   粉成形体を作製する工程、前記セラミック粉成形体を加
   圧型に配置し、温度を上昇させて前記中子を一旦熱膨張
   させ、引き続き更に温度上昇して前記中子を溶融させて
   前記セラミック粉成形体から排除する工程、次いで、前
   記セラミック粉成形体を仮焼成してセラミック焼成体を
   作製する工程、及び前記セラミック焼成体を前記加圧型
   から取り出して加工し、前記セラミック焼成体を本焼成
   してセラミック焼結体を作製する工程から成るセラミッ
   ク部品の製造法。
2. 【請求項２】　　前記加圧型をカーボン型で構成した請
   求項１に記載のセラミック部品の製造法。