JPH05200720A - セラミック焼結体及びその表面加工方法 - Google Patents

セラミック焼結体及びその表面加工方法

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JPH05200720A
JPH05200720A JP1201292A JP1201292A JPH05200720A JP H05200720 A JPH05200720 A JP H05200720A JP 1201292 A JP1201292 A JP 1201292A JP 1201292 A JP1201292 A JP 1201292A JP H05200720 A JPH05200720 A JP H05200720A
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JP
Japan
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sintered body
ceramic sintered
abrasive grains
less
ceramic
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JP1201292A
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English (en)
Inventor
Seiji Mizuno
誠司 水野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/53After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone involving the removal of at least part of the materials of the treated article, e.g. etching, drying of hardened concrete

Abstract

(57)【要約】 【目的】噴射加工法により表面加工されたセラミック焼
結体の残留圧縮応力を低減させ、強度を向上させる。 【構成】セラミック焼結体の表面に砥粒を衝突させ表層
を研削するセラミック焼結体の表面加工方法において、
砥粒は2×10-4J以下の運動エネルギーで衝突するよ
うにしたことを特徴とする。上記条件で噴射加工するこ
とにより、セラミック焼結体表面の面粗度が10μm以
下で残留圧縮応力が350MPa未満となり、強度が向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にホーニングと称
されるセラミック焼結体の表面加工方法と、その方法に
より得られたセラミック焼結体に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば窒化珪素などからなるセラミック
焼結体は、成形時の湯皺、焼成時の雰囲気・温度による
歪み、脱型時の剥離など、製造工程中に発生する種々の
原因により表面欠陥を有しているのが通常である。この
表面欠陥は、時にはクラックなどの起点となる場合もあ
り、存在しないことが望ましい。しかし表面欠陥が生じ
ないように焼結体を形成することは現時点では困難であ
るため、焼結後に機械的に表面欠陥を除去する必要があ
る。
【0003】そこで、例えば特開昭61−168463
号公報などには、焼結体表面を砥石で研削加工する方法
が開示されている。しかしこの方法は、単純形状の焼結
体には有効であるが、自動車のターボホィールなどの複
雑な形状の焼結体を加工することは困難である。このよ
うな複雑形状品の表面加工には、例えば特開平2−24
0270号公報などに開示されているように、砥粒によ
る噴射加工(ホーニング)が有効である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】砥粒による噴射加工に
は、液体とともに噴射する液体ホーニング、砥粒のみを
噴射するドライホーニング、ショットブラスト法などの
方法が知られている。しかしセラミック焼結体は硬脆材
料であることから、噴射加工時の衝撃による不具合が懸
念され、噴射加工はセラミック焼結体を加工する方法と
しては一般的ではなかった。
【0005】本発明者はセラミック焼結体の表面欠陥を
除去する方法として、この噴射加工を利用することを想
起し鋭意研究したところ、表面欠陥の除去には極めて有
効である反面、加工前より加工後の方が強度が低下する
場合があることを改めて確認した。そしてさらに研究を
進めた結果、この不具合の発生は、加工条件、砥粒の粒
径、砥粒の衝突速度などに依存し、砥粒の衝突時の運動
エネルギーの大きさに大きく依存することが明らかとな
った。そして条件を適切に選べば強度が加工前より向上
することを発見したのである。
【0006】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、噴射加工法により表面加工されたセラミ
ック焼結体の残留圧縮応力を低減させ、強度を向上させ
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック焼結
体は、表層を噴射加工法により研削してなるセラミック
焼結体であって、セラミック焼結体表面の、面粗度が1
0μm以下、残留圧縮応力が350MPa未満であるこ
とを特徴とする。また本発明のセラミック焼結体の表面
加工方法は上記セラミック焼結体を形成する方法であっ
て、セラミック焼結体の表面に硬度がセラミック焼結体
を構成するセラミック粒子と同等以上の砥粒を衝突さ
せ、セラミック焼結体の表層を研削するセラミック焼結
体の表面加工方法において、砥粒は2×10-4J以下の
運動エネルギーでセラミック焼結体表面に衝突するよう
にしたことを特徴とする。
【0008】砥粒としては、例えばSiC、ダイヤモン
ド、アルミナ、CBN、B4 Cなどがあり、セラミック
焼結体の材質に応じて選択して用いられる。また砥粒を
セラミック焼結体に噴射するには、ドライホーニング及
び液体ホーニングのいずれも利用することができる。
【0009】
【作用】本発明のセラミック焼結体の表面加工方法で
は、砥粒を2×10-4J以下の運動エネルギーで衝突さ
せて表層を研削している。これにより表面加工後の焼結
体表面の面粗度が10μm以下、残留圧縮応力が350
MPa未満となり、4点曲げ強度が約700MPa以上
の強度に優れた焼結体となる。
【0010】ここで、砥粒の運動エネルギーを上記範囲
とするには、砥粒の粒径及び比重と噴射速度を調整する
ことで容易に行うことができる。また面粗度は5μm以
下が特に望ましく、残留圧縮応力は200MPa以下が
特に望ましい。面粗度が10μmを超えたり、残留圧縮
応力が350MPaを超えると、表面加工時のダメージ
が大きくクラックが発生し易くなる。
【0011】
【実施例】以下、試験例と実施例により本発明を具体的
に説明する。 (試験例)先ず、Si3 4 :94重量%、Y2 3
3重量%、MgAl2 3 :3重量%なる組成のセラミ
ック成形体が、常圧・N2 中・1750℃で焼結された
直方体形状の焼結体(40mm×4mm×3mm)を用
意する。
【0012】このセラッミク焼結体の焼成焼肌面を一面
残し、他の3面をJISR1601に準じて研削加工し
て試験片を作製した。そして得られた試験片の焼肌面を
下記の条件で噴射ガンを用いた液体ホーニングにより処
理し、4点曲げ強度を測定した。結果を図1,図3,図
5及び図7に示す。また、噴射加工面の最大面粗度(R
max)と平均面粗度(Rz)を測定し、X線残留応力
測定装置を用いた残留応力測定も行った。結果を図2,
図4,図6及び図8に示す。またそれぞれの条件で噴射
した時の砥粒の運動エネルギーを算出し、表1に示す。 (液体ホーニング処理条件) 砥粒種類 :炭化珪素粉末(GC) 砥粒粒度 :#60,#80,#150,#700,#
4000 砥粒濃度 :25重量% 溶媒種類 :水 噴射距離 :100mm 噴射角度 :90° 噴射圧力 :1,2,4,6kg/cm2 ノズル径 :8.33mm ジェット径:4.37mm 処理時間 :2分 なお、噴射圧力の4水準を低い方から順にそれぞれA,
B,C,Dと表し、砥粒粒度の5水準を粗い方から順に
それぞれI,II,III,IV,Vと表す。
【0013】
【表1】
【0014】図1〜図8より、砥粒の運動エネルギーが
2×10-4J以下であれば、4点曲げ強度が未処理の焼
結体の強度を越え、最大面粗度(Rmax)が10μm
以下で、残留圧縮応力は350MPa以下となっている
ことがわかる。すなわち砥粒の運動エネルギーが2×1
-4J以下で噴射加工処理することにより、処理前より
も強度が向上し、面粗度も好ましい範囲となるととも
に、残留圧縮応力が小さく加工ダメージが少ないことが
明らかである。
【0015】なお、砥粒の運動エネルギーが5.6 ×10
-10 J(水準A−V)と小さくなりすぎると、加工能力
が低下し4点曲げ強度の向上はみられなかったが、最大
面粗度の向上はみられた。また「GC# 80 」より粒度
の大きな砥粒を用いた場合(水準I,II)、その運動
エネルギーが2×10-4Jを越えると面粗度が悪化し
(水準A−I,B−I,B−II,C−I,C−II,
D−I,D−II)、残留応力が大きく4点曲げ強度が
未処理品より低下している。そして「GC#150 」(水
準III)でも運動エネルギーが2×10-4Jを越える
と(水準D−III)、面粗度は好ましい値を示してい
るが残留応力が大きく4点曲げ強度が未処理品より低下
している。 (実施例)上記試験結果より、砥粒として「GC#700
」(水準IV)を選び、噴射圧力としては4kg/c
2 (水準C)を最適処理条件とした。そして窒化珪素
製のロータ用焼結体をこの最適処理条件で、上記試験例
と同様に液体ホーニングにより処理し、ホットスピンテ
ストにより評価した。
【0016】その結果、破壊回転数は24×104 rp
mとなり、未処理品の22×104 rpmより向上する
ことが確認できた。
【0017】
【発明の効果】すなわち本発明のセラミック焼結体の表
面加工方法及びその方法で得られた焼結体によれば、残
留圧縮応力が小さいため強度が加工前より向上し、クラ
ックなどの不具合の発生が防止される。したがって砥粒
による噴射加工により、強度の低下なくセラミック焼結
体の表面欠陥を除去することが可能となったので、複雑
な形状の焼結体の表面欠陥の除去を極めて容易に行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】噴射圧力1kg/cm2 で表面処理した場合
の、砥粒の粒度とセラミック焼結体の4点曲げ強度の関
係を示すグラフである。
【図2】噴射圧力1kg/cm2 で表面処理した場合
の、砥粒の粒度とセラミック焼結体の面粗度及び残留応
力の関係を示すグラフである。
【図3】噴射圧力2kg/cm2 で表面処理した場合
の、砥粒の粒度とセラミック焼結体の4点曲げ強度の関
係を示すグラフである。
【図4】噴射圧力2kg/cm2 で表面処理した場合
の、砥粒の粒度とセラミック焼結体の面粗度及び残留応
力の関係を示すグラフである。
【図5】噴射圧力4kg/cm2 で表面処理した場合
の、砥粒の粒度とセラミック焼結体の4点曲げ強度の関
係を示すグラフである。
【図6】噴射圧力4kg/cm2 で表面処理した場合
の、砥粒の粒度とセラミック焼結体の面粗度及び残留応
力の関係を示すグラフである。
【図7】噴射圧力6kg/cm2 で表面処理した場合
の、砥粒の粒度とセラミック焼結体の4点曲げ強度の関
係を示すグラフである。
【図8】噴射圧力6kg/cm2 で表面処理した場合
の、砥粒の粒度とセラミック焼結体の面粗度及び残留応
力の関係を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表層を噴射加工法により研削してなるセ
    ラミック焼結体であって、該セラミック焼結体表面の、
    面粗度が10μm以下、残留圧縮応力が350MPa未
    満であることを特徴とするセラミック焼結体。
  2. 【請求項2】 セラミック焼結体の表面に硬度が該セラ
    ミック焼結体を構成するセラミック粒子と同等以上の砥
    粒を衝突させ、該セラミック焼結体の表層を研削するセ
    ラミック焼結体の表面加工方法において、 前記砥粒は2×10-4J以下の運動エネルギーで前記セ
    ラミック焼結体表面に衝突するようにしたことを特徴と
    するセラミック焼結体の表面加工方法。
JP1201292A 1992-01-27 1992-01-27 セラミック焼結体及びその表面加工方法 Pending JPH05200720A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002024605A1 (fr) * 2000-09-21 2002-03-28 Sintokogio, Ltd. Procede pour renforcer une ceramique et produit ceramique
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WO2005100283A1 (ja) * 2004-04-12 2005-10-27 Japan Science And Technology Agency 耐熱衝撃性表面改質方法をその部材

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