JPH05238853A - セラミックス基材の表面改質方法 - Google Patents

セラミックス基材の表面改質方法

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JPH05238853A
JPH05238853A JP4043577A JP4357792A JPH05238853A JP H05238853 A JPH05238853 A JP H05238853A JP 4043577 A JP4043577 A JP 4043577A JP 4357792 A JP4357792 A JP 4357792A JP H05238853 A JPH05238853 A JP H05238853A
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裕 古瀬
Yasuyuki Endo
康之 遠藤
Tomonori Takahashi
知典 高橋
Hiromichi Kobayashi
小林　　廣道
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックス基材自体の強度を損なうことな
しに、基材と被覆層の密着性が良好なセラミックス基材
の表面改質方法を提供する。 【構成】 セラミックス基材の表面粗さとして十点平均
粗さ（記号Ｒｚ）が１．５μｍ以上、かつ中心線平均粗
さ（記号Ｒａ）が０．１５μｍ以上になる程度に基材の
表面を機械加工、熱処理または化学的処理を行い、しか
る後大気中で熱処理する。これにより、セラミックス基
材自体の強度を損なわずにセラミックス基材表面を粗面
化でき、表面が粗面化された基材と被覆層との付着性お
よび耐熱サイクル後の密着性が良好となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス基材の表面
改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックスの表面に被覆層を形
成させる場合、基材と被覆層の密着性を向上させるため
にサンドブラストや酸、アルカリを用いてセラミックス
表面を粗面化することは良く知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法でセラミックス表面を粗面化すると基材
と被覆層の密着性は向上するがセラミックス基材自体の
強度が低下するという欠点が生じる。このため、セラミ
ックス基材自体の強度を損なわずにセラミックス表面を
粗面化することが課題である。
【０００４】本発明の目的は、セラミックス基材自体の
強度を損なわず、さらに基材と被覆層の密着性が良好な
セラミックス基材の表面改質方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明によるセラミックス基材の表面改質方法は、セ
ラミックス基材の表面粗さとして十点平均粗さ（記号Ｒ
ｚ）が１．５μｍ以上、中心線平均粗さ（記号Ｒａ）が
０．１５μｍ以上になる程度に基材の表面を機械加工、
熱処理または化学的処理を行い、しかる後大気中で熱処
理することを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明のセラミックス基材の表面改質方法によ
ると、セラミックス基材自体の強度を損なわずにセラミ
ックス基材表面を粗面化でき、表面が粗面化された基材
と被覆層との密着性が良好となる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Ｙ2 Ｏ
3 、Ｙｂ2 Ｏ3 を添加物とする窒化珪素焼結体、Ｂ4
Ｃ、Ｃを添加物とする炭化珪素焼結体を基材に用い種々
の条件で表面改質を行い、表面改質後の基材の曲げ強度
および基材と被覆層の付着状態評価および耐熱負荷サイ
クル後の被覆層の密着性について調べた。試験片形状は
幅４ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍである。詳細は下
記表１に示す。
【０００８】
【表１】 実施例１〜３は基材が窒化珪素で加工後、カーボン炉を
用い真空度２×１０-2Ｔｏｒｒ、温度１６００℃で１時
間熱処理を行い、表面を粗面化し、その後、大気中で熱
処理を行った。実施例４は基材が窒化珪素で加工後、７
０℃のフッ化水素酸（ＨＦ）溶液中で１時間エッチング
処理を行い表面を粗面化し、その後、水洗、乾燥後、大
気中で熱処理を行った。実施例５〜６は基材が炭化珪素
で加工後、４５０℃に加熱した水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）と硝酸カリウム（ＫＮＯ3 ）の混合アルカリ溶液中
（重量比：ＫＯＨ／ＫＮＯ3 ＝１０／１）で２０分間エ
ッチング処理を行い、表面を粗面化し、その後、水洗、
乾燥後、大気中で熱処理を行った。
【０００９】比較例１は基材が窒化珪素で＃８００ダイ
ヤモンド砥石で機械加工した加工面である。比較例２は
基材が窒化珪素で加工後、カーボン炉を用い真空度２×
１０ -2Ｔｏｒｒ、温度１６００℃で１時間熱処理を行っ
た。比較例３は基材が窒化珪素で加工後、７０℃のフッ
化水素酸（ＨＦ）溶液中で１時間エッチング処理を行っ
た。比較例４は基材が炭化珪素で＃８００ダイヤモンド
砥石で機械加工した加工面である。比較例５は基材が炭
化珪素で加工後、４５０℃に加熱した水酸化カリウム
（ＫＯＨ）と硝酸カリウム（ＫＮＯ3 ）の混合アルカリ
溶液中（重量比：ＫＯＨ／ＫＮＯ3 ＝１０／１）で２０
分間エッチング処理を行った。
【００１０】 曲げ試験 前記実施例１〜６および比較例１〜５の基材について、
ＪＩＳ Ｒ−１６０１「ファインセラミックスの曲げ強
さ試験法」に準じて曲げ強度測定を行った。その結果は
表１に示すとおりである。窒化珪素および炭化珪素基材
の曲げ強度は、＃８００ダイヤモンド砥石で機械加工し
た比較例１および比較例４が基準となり、各々８１０Ｍ
Ｐａ、６７０ＭＰａであった。比較例２、３、５はいず
れも基材の表面改質により約２０〜３０％強度低下し
た。この理由は、粗面化により生成した欠陥（亀裂、空
隙）の先端形状の変化によるものと推定する。すなわ
ち、基材表面の粗面化により生成した欠陥の先端が鋭い
形状を有することから強度の低下が大きいものと推察さ
れる。
【００１１】これに対し、実施例１〜６は種々方法で基
材表面を粗面化した後、表１に記載する条件で大気中熱
処理を行うことにより、窒化珪素および炭化珪素基材の
曲げ強度は、基材改質前の曲げ強度とほぼ同程度であっ
た。これは、粗面化後の大気中熱処理により欠陥の先端
が丸みがかった形状に変化したため強度の低下が小さい
ものと推察される。
【００１２】 被覆層付着状態の評価 前記実施例１〜６および比較例１〜５の基材について、
ジルコンの酸化物被覆層が約１００μｍの厚さになるよ
うにプラズマ溶射により形成した。プラズマ溶射により
形成された酸化物被覆層の基材への付着状態を評価し
た。その結果は表１に示すとおりである。
【００１３】被覆層の付着状態は基材の表面に酸化物被
覆層が均一に被覆されているかを目視により評価した。
比較例１、４は酸化物被覆層が基材の一部にのみ付着し
ただけで被覆不能であった。比較例２、３、５および実
施例１〜６は酸化物被覆の付着状態は良好であった。 熱負荷サイクル試験 前記のジルコンの酸化物被覆層を形成した前記実施例
１〜６および比較例２、３、５の基材について、室温と
１４００℃間の加熱、冷却の繰り返しによる耐熱サイク
ルを行い、基材と酸化物被覆の密着性を試験した。ま
た、サイクル１回毎に光学顕微鏡にて基材と被覆層界面
を観察した。
【００１４】その結果、比較例２、３、５および実施例
１〜６は室温と１４００℃との間の２０回の加熱、冷却
の繰り返しでも基材と被覆層界面には剥離が生じなかっ
た。以上のように基材表面を種々の方法で粗面化後、大
気中熱処理を行うことにより基材自体の強度を損なうこ
となく、基材と被覆層の密着性が良好なセラミック基材
の表面改質方法を見出した。
【００１５】
【発明の効果】本発明のセラミックス基材の表面改質方
法によれば、セラミック表面を粗面化後、大気中熱処理
することにより、セラミック基材自体の強度を損なわず
に基材と被覆層の密着性が良好なセラミック基材を得る
ことができるという効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 知典 愛知県知多市新舞子字北畑151番地 (72)発明者 小林 廣道 三重県四日市市浮橋１丁目11番地の１

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミックス基材の表面粗さとして十点
    平均粗さ（記号Ｒｚ）が１．５μｍ以上、中心線平均粗
    さ（記号Ｒａ）が０．１５μｍ以上になる程度に基材の
    表面を機械加工、熱処理または化学的処理を行い、しか
    る後大気中で熱処理することを特徴とするセラミックス
    基材の表面改質方法。
  2. 【請求項２】 前記大気中での熱処理条件が、温度１２
    ００℃以上、５時間以上であることを特徴とする請求項
    １記載のセラミックス基材の表面改質方法。
  3. 【請求項３】 前記セラミックス基材が、窒化珪素焼結
    体または炭化珪素焼結体のいずれかの焼結体であること
    を特徴とする請求項１記載のセラミックス基材の表面改
    質方法。
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