JPH06128021A - セラミックス部品及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス部品及びその製造方法Info
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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- C04B2111/72—Repairing or restoring existing buildings or building materials
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、亀裂、切欠き等のダメージの近傍
部分に圧縮応力が残留し、破断強度と破壊靱性値を向上
させたセラミックス部品及びその製造方法を提供するこ
とである。 【構成】 本発明は、亀裂、切欠き等のダメージを有す
るＳｉ3 Ｎ4 のセラミックス部品を加熱し、次いで加熱
した前記セラミックス部品を急冷して熱衝撃を付与し、
それによって亀裂、切欠き等のダメージを有する部分に
圧縮応力を残留させ、強度及び破壊靱性を向上させたも
のである。
部分に圧縮応力が残留し、破断強度と破壊靱性値を向上
させたセラミックス部品及びその製造方法を提供するこ
とである。 【構成】 本発明は、亀裂、切欠き等のダメージを有す
るＳｉ3 Ｎ4 のセラミックス部品を加熱し、次いで加熱
した前記セラミックス部品を急冷して熱衝撃を付与し、
それによって亀裂、切欠き等のダメージを有する部分に
圧縮応力を残留させ、強度及び破壊靱性を向上させたも
のである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、亀裂、切欠き等のダ
メージを有するセラミックス部品及びその製造方法に関
する。
メージを有するセラミックス部品及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックス部品については、適
正化された加工条件により仕上げられ、亀裂、切欠き等
のダメージの欠陥サイズが小さく、また、その欠陥の量
が少ないものがあり、該セラミックス部品については、
１４００℃以上での再焼成によるヒーリング効果を目的
とした高強度化は、既に知られていることである。更
に、一般に、このようなセラミックス部品を加熱して急
冷することにより、セラミックス部品に熱衝撃をかける
と、強度が低下すると言われている。
正化された加工条件により仕上げられ、亀裂、切欠き等
のダメージの欠陥サイズが小さく、また、その欠陥の量
が少ないものがあり、該セラミックス部品については、
１４００℃以上での再焼成によるヒーリング効果を目的
とした高強度化は、既に知られていることである。更
に、一般に、このようなセラミックス部品を加熱して急
冷することにより、セラミックス部品に熱衝撃をかける
と、強度が低下すると言われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
ス部品について、例えば、複雑な形状を有するセラミッ
クス部品では、加工条件だけで亀裂、切欠き等のダメー
ジが発生することを防止することは困難なことである。
従って、セラミックス部品では、このような亀裂、切欠
き等のダメージを有する状態で部品として使用せざるを
得ない。このような場合に、セラミックス部品に１４０
０℃以上の再焼成での強度向上はヒーリングできる亀裂
サイズには限界があり、また、大掛かりな設備を使用し
て行なうと、工程が増加するということで、製造コスト
が高くなるという問題がある。
ス部品について、例えば、複雑な形状を有するセラミッ
クス部品では、加工条件だけで亀裂、切欠き等のダメー
ジが発生することを防止することは困難なことである。
従って、セラミックス部品では、このような亀裂、切欠
き等のダメージを有する状態で部品として使用せざるを
得ない。このような場合に、セラミックス部品に１４０
０℃以上の再焼成での強度向上はヒーリングできる亀裂
サイズには限界があり、また、大掛かりな設備を使用し
て行なうと、工程が増加するということで、製造コスト
が高くなるという問題がある。
【０００４】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、亀裂、切欠き等のダメージを有す
る近傍部分に、熱衝撃を付与してその部分に圧縮応力を
残留させ、強度及び破壊靱性を向上させるセラミックス
部品及びその製造方法を提供することである。
解決することであり、亀裂、切欠き等のダメージを有す
る近傍部分に、熱衝撃を付与してその部分に圧縮応力を
残留させ、強度及び破壊靱性を向上させるセラミックス
部品及びその製造方法を提供することである。
【０００５】
【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、亀裂、切欠き等のダメージの近傍に圧縮応
力が残留していることを特徴とするセラミックス部品に
関する。
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、亀裂、切欠き等のダメージの近傍に圧縮応
力が残留していることを特徴とするセラミックス部品に
関する。
【０００６】また、このセラミックス部品において、亀
裂、切欠き等のダメージを有する部分の表面にセラミッ
クス膜が形成されているものである。
裂、切欠き等のダメージを有する部分の表面にセラミッ
クス膜が形成されているものである。
【０００７】また、このセラミックス部品において、前
記セラミックス膜は非晶質であることを特徴とするもの
である。
記セラミックス膜は非晶質であることを特徴とするもの
である。
【０００８】或いは、この発明は、亀裂、切欠き等のダ
メージを有するセラミックス部品を加熱し、次いで加熱
した前記セラミックス部品を急冷して熱衝撃を付与する
ことを特徴とするセラミックス部品の製造方法に関す
る。
メージを有するセラミックス部品を加熱し、次いで加熱
した前記セラミックス部品を急冷して熱衝撃を付与する
ことを特徴とするセラミックス部品の製造方法に関す
る。
【０００９】また、このセラミックス部品の製造方法に
おいて、前記セラミックス部品の加熱温度は実質的に５
００℃以上である。
おいて、前記セラミックス部品の加熱温度は実質的に５
００℃以上である。
【００１０】更に、このセラミックス部品の製造方法に
おいて、前記セラミックス部品の加熱は大気中で行なわ
れるものである。
おいて、前記セラミックス部品の加熱は大気中で行なわ
れるものである。
【００１１】更に、このセラミックス部品の製造方法に
おいて、加熱した前記セラミックス部品を急冷した後
に、前記セラミックス部品の表面に有機ケイ素ポリマー
を付着させ、該有機ケイ素ポリマーを熱分解させること
によって前記有機ケイ素ポリマーをセラミックスに転化
させたものである。
おいて、加熱した前記セラミックス部品を急冷した後
に、前記セラミックス部品の表面に有機ケイ素ポリマー
を付着させ、該有機ケイ素ポリマーを熱分解させること
によって前記有機ケイ素ポリマーをセラミックスに転化
させたものである。
【００１２】
【作用】この発明によるセラミックス部品及びその製造
方法は、上記のように構成されており、次のように作用
する。即ち、このセラミックス部品は、亀裂、切欠き等
のダメージを有する近傍部分に圧縮応力が残留している
ので、この圧縮応力が亀裂、切欠き等のダメージを押し
縮めるように作用し、強度及び破壊靱性を向上させるこ
とができる。
方法は、上記のように構成されており、次のように作用
する。即ち、このセラミックス部品は、亀裂、切欠き等
のダメージを有する近傍部分に圧縮応力が残留している
ので、この圧縮応力が亀裂、切欠き等のダメージを押し
縮めるように作用し、強度及び破壊靱性を向上させるこ
とができる。
【００１３】或いは、このセラミックス部品の製造方法
は、亀裂、切欠き等のダメージを有するセラミックス部
品を加熱し、次いで加熱した前記セラミックス部品を急
冷したので、前記セラミックス部品に熱衝撃を与えるこ
ととなり、亀裂、切欠き等のダメージを有する部分に圧
縮応力を残留し、強度及び破壊靱性を向上させることが
できる。
は、亀裂、切欠き等のダメージを有するセラミックス部
品を加熱し、次いで加熱した前記セラミックス部品を急
冷したので、前記セラミックス部品に熱衝撃を与えるこ
ととなり、亀裂、切欠き等のダメージを有する部分に圧
縮応力を残留し、強度及び破壊靱性を向上させることが
できる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明によるセラミックス部品及び
その製造方法の実施例を、図面を参照して説明する。図
１はセラミックス部品に亀裂を発生させた後に、熱衝撃
付与のため加熱する温度差に伴うセラミックス部品の破
断強度を示すグラフ、及び図２はセラミックス部品に亀
裂を発生させた後に、熱衝撃付与のため加熱する温度差
に伴うセラミックス部品の破壊靱性値を示すグラフであ
る。
その製造方法の実施例を、図面を参照して説明する。図
１はセラミックス部品に亀裂を発生させた後に、熱衝撃
付与のため加熱する温度差に伴うセラミックス部品の破
断強度を示すグラフ、及び図２はセラミックス部品に亀
裂を発生させた後に、熱衝撃付与のため加熱する温度差
に伴うセラミックス部品の破壊靱性値を示すグラフであ
る。
【００１５】この発明によるセラミックス部品は、亀
裂、切欠き等のダメージを有する部分即ち亀裂、切欠き
等のダメージの近傍に圧縮応力が残留していることを特
徴とするものである。また、このセラミックス部品は、
亀裂、切欠き等のダメージを有する部分の表面にセラミ
ックス膜が形成され、そのセラミックス膜が非晶質であ
ることを特徴とするものである。このセラミックス部品
としてのセラミックスは、熱膨張係数が小さい窒化ケイ
素Ｓｉ3 Ｎ4 、或いは炭化ケイ素ＳｉＣに好ましいもの
である。
裂、切欠き等のダメージを有する部分即ち亀裂、切欠き
等のダメージの近傍に圧縮応力が残留していることを特
徴とするものである。また、このセラミックス部品は、
亀裂、切欠き等のダメージを有する部分の表面にセラミ
ックス膜が形成され、そのセラミックス膜が非晶質であ
ることを特徴とするものである。このセラミックス部品
としてのセラミックスは、熱膨張係数が小さい窒化ケイ
素Ｓｉ3 Ｎ4 、或いは炭化ケイ素ＳｉＣに好ましいもの
である。
【００１６】或いは、この発明によるセラミックス部品
の製造方法は、亀裂、切欠き等のダメージを有するセラ
ミックス部品を大気中で所定の温度で加熱し、加熱状態
のセラミックス部品を水中に投入し、急冷したものであ
る。即ち、この発明は、亀裂、切欠き等のダメージを有
するセラミックス部品を加熱し、次いで加熱した前記セ
ラミックス部品を急冷して亀裂、切欠き等のダメージを
有する部分に圧縮応力を残留させるものである。この製
造方法において、セラミックス部品の加熱温度は、実質
的に５００℃以上であり、また、セラミックス部品の加
熱は大気中で行なわれるものである。このセラミックス
部品の製造方法において、使用するセラミックスは、熱
膨張係数が小さい窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 、或いは炭化ケ
イ素ＳｉＣに適応して好ましいものである。
の製造方法は、亀裂、切欠き等のダメージを有するセラ
ミックス部品を大気中で所定の温度で加熱し、加熱状態
のセラミックス部品を水中に投入し、急冷したものであ
る。即ち、この発明は、亀裂、切欠き等のダメージを有
するセラミックス部品を加熱し、次いで加熱した前記セ
ラミックス部品を急冷して亀裂、切欠き等のダメージを
有する部分に圧縮応力を残留させるものである。この製
造方法において、セラミックス部品の加熱温度は、実質
的に５００℃以上であり、また、セラミックス部品の加
熱は大気中で行なわれるものである。このセラミックス
部品の製造方法において、使用するセラミックスは、熱
膨張係数が小さい窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 、或いは炭化ケ
イ素ＳｉＣに適応して好ましいものである。
【００１７】更に、このセラミックス部品の製造方法
は、別の実施例として、上記処理工程に加えて、加熱し
たセラミックス部品を急冷した後に、そのセラミックス
部品の表面に有機ケイ素ポリマーを付着させ、該有機ケ
イ素ポリマーを熱分解させることによって有機ケイ素ポ
リマーをセラミックスに転化させ、熱衝撃を付与したセ
ラミックス部品の表面に非晶質のセラミックス膜を形成
させたことを特徴とするものである。
は、別の実施例として、上記処理工程に加えて、加熱し
たセラミックス部品を急冷した後に、そのセラミックス
部品の表面に有機ケイ素ポリマーを付着させ、該有機ケ
イ素ポリマーを熱分解させることによって有機ケイ素ポ
リマーをセラミックスに転化させ、熱衝撃を付与したセ
ラミックス部品の表面に非晶質のセラミックス膜を形成
させたことを特徴とするものである。
【００１８】この発明によるセラミックス部品は、上記
の製造方法によって作製されるので、亀裂先端近傍に圧
縮応力が発生し、亀裂近傍の圧縮応力はその亀裂を押し
縮めるように作用する結果、亀裂成長に必要な表面エネ
ルギーが大きくなるため、破壊靱性値ＫI C が向上する
と共に強度ＭＰａが向上する。ここでいう、破壊靱性値
ＫI C は、応力拡大係数の臨界値としての臨界応力拡大
係数であり、セラミックスの機械的機能性を評価する材
料定数である。そして、破壊靱性値ＫI C は、（２Ｅ
γ）1 / 2 に等しく、ここで、Ｅはヤング率であり、γ
は表面エネルギーである。
の製造方法によって作製されるので、亀裂先端近傍に圧
縮応力が発生し、亀裂近傍の圧縮応力はその亀裂を押し
縮めるように作用する結果、亀裂成長に必要な表面エネ
ルギーが大きくなるため、破壊靱性値ＫI C が向上する
と共に強度ＭＰａが向上する。ここでいう、破壊靱性値
ＫI C は、応力拡大係数の臨界値としての臨界応力拡大
係数であり、セラミックスの機械的機能性を評価する材
料定数である。そして、破壊靱性値ＫI C は、（２Ｅ
γ）1 / 2 に等しく、ここで、Ｅはヤング率であり、γ
は表面エネルギーである。
【００１９】次に、この発明によるセラミックス部品の
製造方法の一実施例を説明する。まず、結晶粒サイズの
異なる３種類の窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 を直方体３×４×
２０ｍｍに加工した後、その１つの直方体の１つの面に
ダイヤモンド圧子により、１０ｋｇで１５秒間荷重をか
けた。その結果、直方体の表面に約６０μｍ程度の長さ
の亀裂を導入することができ、セラミックス部品の試料
の表面に微小亀裂を導入することができた。次いで、表
面に亀裂を形成した直方体即ちセラミックス部品を、５
２２℃、６２２℃、及び７２２℃まで加熱して各種の試
料を作製し、それぞれの試料を２０分間保持した後、２
２℃の水中に投入し、急冷した。その結果、各試料に
は、各温度差ΔＴに対する熱衝撃を付与することができ
た。
製造方法の一実施例を説明する。まず、結晶粒サイズの
異なる３種類の窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 を直方体３×４×
２０ｍｍに加工した後、その１つの直方体の１つの面に
ダイヤモンド圧子により、１０ｋｇで１５秒間荷重をか
けた。その結果、直方体の表面に約６０μｍ程度の長さ
の亀裂を導入することができ、セラミックス部品の試料
の表面に微小亀裂を導入することができた。次いで、表
面に亀裂を形成した直方体即ちセラミックス部品を、５
２２℃、６２２℃、及び７２２℃まで加熱して各種の試
料を作製し、それぞれの試料を２０分間保持した後、２
２℃の水中に投入し、急冷した。その結果、各試料に
は、各温度差ΔＴに対する熱衝撃を付与することができ
た。
【００２０】各試料即ち各セラミックス部品は、図１に
示すグラフのような破断強度（ＭＰａ）を示し、図１で
は横軸に熱衝撃の温度ΔＴ（℃）をとり、且つ縦軸に破
断強度（ＭＰａ）をとっている。また、各試料即ち各セ
ラミックス部品は、図２に示すグラフのような破壊靱性
値ＫI C （ＭＰａ・ｍ1 / 2 ）を示し、図２では横軸に
熱衝撃の温度ΔＴ（℃）をとり、縦軸に破壊靱性値Ｋ
I C （ＭＰａ・ｍ1 / 2）をとっている。図１及び図２
において、符号ｎはそれぞれの試料の本数を示し、縦線
は試料の測定値のバラツキ範囲であり、ほぼ中央の丸印
は平均値を示している。
示すグラフのような破断強度（ＭＰａ）を示し、図１で
は横軸に熱衝撃の温度ΔＴ（℃）をとり、且つ縦軸に破
断強度（ＭＰａ）をとっている。また、各試料即ち各セ
ラミックス部品は、図２に示すグラフのような破壊靱性
値ＫI C （ＭＰａ・ｍ1 / 2 ）を示し、図２では横軸に
熱衝撃の温度ΔＴ（℃）をとり、縦軸に破壊靱性値Ｋ
I C （ＭＰａ・ｍ1 / 2）をとっている。図１及び図２
において、符号ｎはそれぞれの試料の本数を示し、縦線
は試料の測定値のバラツキ範囲であり、ほぼ中央の丸印
は平均値を示している。
【００２１】また、図２において、窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ
4 −Ａ、Ｓｉ3 Ｎ4 −Ｂ及びＳｉ3Ｎ4 −Ｃの破壊靱性
値ＫI C を示している。ここで、Ｓｉ3 Ｎ4 −Ａ、Ｓｉ
3 Ｎ4 −Ｂ及びＳｉ3 Ｎ4 −Ｃは、原料は同じである
が、焼成温度が異なるものであり、焼成温度の相違によ
って、各々の結晶粒サイズが異なっている。即ち、Ｓｉ
3 Ｎ4 −Ａは焼成温度を高くしたため、結晶粒サイズが
大きい組織を有している。また、Ｓｉ3 Ｎ4 −Ｃは焼成
温度を低くすることで、結晶粒サイズが小さい組織を有
している。また、Ｓｉ3 Ｎ4 −Ｂは両者の中間の焼成温
度であり、結晶粒サイズについても中間の組織を有して
いる。
4 −Ａ、Ｓｉ3 Ｎ4 −Ｂ及びＳｉ3Ｎ4 −Ｃの破壊靱性
値ＫI C を示している。ここで、Ｓｉ3 Ｎ4 −Ａ、Ｓｉ
3 Ｎ4 −Ｂ及びＳｉ3 Ｎ4 −Ｃは、原料は同じである
が、焼成温度が異なるものであり、焼成温度の相違によ
って、各々の結晶粒サイズが異なっている。即ち、Ｓｉ
3 Ｎ4 −Ａは焼成温度を高くしたため、結晶粒サイズが
大きい組織を有している。また、Ｓｉ3 Ｎ4 −Ｃは焼成
温度を低くすることで、結晶粒サイズが小さい組織を有
している。また、Ｓｉ3 Ｎ4 −Ｂは両者の中間の焼成温
度であり、結晶粒サイズについても中間の組織を有して
いる。
【００２２】図１及び図２において、温度差ΔＴが０℃
のものが、加熱せず熱衝撃を付与しなかったセラミック
ス部品であり、温度差ΔＴが５００℃，６００℃，７０
０℃であるものが熱衝撃を付与したセラミックス部品で
ある。そして、破壊靱性値ＫI C は、破断後の欠陥サイ
ズと楕円積分で求めた形状因子から算出する方法をとっ
た。図１から分かるように、亀裂導入した試料に熱衝撃
をかけることで、元の試料即ち亀裂導入したままの試料
（例えば、室温２２℃）の強度に比較して１７％も向上
していることが分かる。また、温度差ΔＴが７００℃に
なると、破壊靱性値ＫI C が低下する傾向がみられる
が、熱衝撃を付与しない試料（例えば、室温２２℃）に
比較して向上していることが分かる。以上のことから、
セラミックス部品に対して熱衝撃を与える温度差ΔＴ
は、少なくとも実質的に５００℃以上で行なわれると、
破断強度Ｍｐａ及び破壊靱性値ＫI C を向上させること
が分かる。
のものが、加熱せず熱衝撃を付与しなかったセラミック
ス部品であり、温度差ΔＴが５００℃，６００℃，７０
０℃であるものが熱衝撃を付与したセラミックス部品で
ある。そして、破壊靱性値ＫI C は、破断後の欠陥サイ
ズと楕円積分で求めた形状因子から算出する方法をとっ
た。図１から分かるように、亀裂導入した試料に熱衝撃
をかけることで、元の試料即ち亀裂導入したままの試料
（例えば、室温２２℃）の強度に比較して１７％も向上
していることが分かる。また、温度差ΔＴが７００℃に
なると、破壊靱性値ＫI C が低下する傾向がみられる
が、熱衝撃を付与しない試料（例えば、室温２２℃）に
比較して向上していることが分かる。以上のことから、
セラミックス部品に対して熱衝撃を与える温度差ΔＴ
は、少なくとも実質的に５００℃以上で行なわれると、
破断強度Ｍｐａ及び破壊靱性値ＫI C を向上させること
が分かる。
【００２３】次に、このセラミックス部品の各試料のＳ
ＥＭ（Scanning Electron Microscopy）で観察したＳＥ
Ｍ像即ち組織について説明する。セラミックス部品に亀
裂を導入した後に、そのセラミックス部品の表面を観察
した組織即ちＳＥＭ像を撮り、また、セラミックス部品
に亀裂を導入した後のセラミックス部品に対して、５２
２℃に加熱した後に２２℃の水中に投入して急冷し、熱
衝撃を付与したセラミックス部品について観察した組織
即ちＳＥＭ像を撮った。この時、セラミックス部品につ
いては、同一の試料について観察を行い、しかも同一の
視野を観察した。各組織図の写真では、Ｓｉ3 Ｎ4 が黒
色の部分として現れ、また、亀裂は黒色の部分中に白色
の細長い引っ掻ききずとして現れた。両者の写真を比較
すると、セラミックス部品に導入された亀裂は、熱衝撃
を付与することによって亀裂幅が明らかに狭くなってい
ることが確認できた。
ＥＭ（Scanning Electron Microscopy）で観察したＳＥ
Ｍ像即ち組織について説明する。セラミックス部品に亀
裂を導入した後に、そのセラミックス部品の表面を観察
した組織即ちＳＥＭ像を撮り、また、セラミックス部品
に亀裂を導入した後のセラミックス部品に対して、５２
２℃に加熱した後に２２℃の水中に投入して急冷し、熱
衝撃を付与したセラミックス部品について観察した組織
即ちＳＥＭ像を撮った。この時、セラミックス部品につ
いては、同一の試料について観察を行い、しかも同一の
視野を観察した。各組織図の写真では、Ｓｉ3 Ｎ4 が黒
色の部分として現れ、また、亀裂は黒色の部分中に白色
の細長い引っ掻ききずとして現れた。両者の写真を比較
すると、セラミックス部品に導入された亀裂は、熱衝撃
を付与することによって亀裂幅が明らかに狭くなってい
ることが確認できた。
【００２４】次に、このセラミックス部品について、亀
裂を形成した亀裂先端近傍について、Ｘ線によって残留
応力の測定を行なったところ、亀裂を導入した直後のセ
ラミックス部品に付いては、約１１０ＭＰａの引張モー
ドの応力が残留していた。しかしながら、セラミックス
部品に亀裂を導入した後に、亀裂近傍に熱衝撃を付与し
たセラミックス部品については、約３０ＭＰａの圧縮モ
ードの残留応力に変化していることが分かった。セラミ
ックス部品に対する圧縮モードの残留応力は、強度向上
に有利な状態である。
裂を形成した亀裂先端近傍について、Ｘ線によって残留
応力の測定を行なったところ、亀裂を導入した直後のセ
ラミックス部品に付いては、約１１０ＭＰａの引張モー
ドの応力が残留していた。しかしながら、セラミックス
部品に亀裂を導入した後に、亀裂近傍に熱衝撃を付与し
たセラミックス部品については、約３０ＭＰａの圧縮モ
ードの残留応力に変化していることが分かった。セラミ
ックス部品に対する圧縮モードの残留応力は、強度向上
に有利な状態である。
【００２５】また、このセラミックス部品の別の実施例
として、先端の曲率半径が１０μｍ程度、深さ３ｍｍの
切欠きを有するセラミックス部品を作製した。このセラ
ミックス部品を、ＳＥＭで組織を観察したところ、その
先端からさらに亀裂が伸びていることが分かった。この
切欠きを有するセラミックス部品を、５２２℃まで加熱
した後、水中に投入して急冷し、セラミックス部品に熱
衝撃を付与した。そこで、この熱衝撃付与した切欠きを
有するセラミックス部品と、熱衝撃付与を行なっていな
い切欠きを有するセラミックス部品とについて、切欠き
近傍を含むような曲げ試験片をそれぞれ３０本作製し
た。それぞれについて、破断強度ＭＰａ及び破壊靱性値
ＫI C を測定した。その結果、熱衝撃を与えていない亀
裂導入したままの試験片の平均強度は、４３５ＭＰａで
あり、破壊靱性値ＫI C は１０．５ＭＰａ・ｍ1 / 2 で
あった。これに対して、熱衝撃付与した切欠きを有する
試験片の平均強度は、５４０ＭＰａであり、破壊靱性値
ＫI C は１１．６ＭＰａ・ｍ 1 / 2 であった。即ち、熱
衝撃付与した切欠き付き試験片は、熱衝撃付与を行なっ
ていない切欠き付き試験片に比較して、破断強度及び破
壊靱性値が向上していることが分かる。
として、先端の曲率半径が１０μｍ程度、深さ３ｍｍの
切欠きを有するセラミックス部品を作製した。このセラ
ミックス部品を、ＳＥＭで組織を観察したところ、その
先端からさらに亀裂が伸びていることが分かった。この
切欠きを有するセラミックス部品を、５２２℃まで加熱
した後、水中に投入して急冷し、セラミックス部品に熱
衝撃を付与した。そこで、この熱衝撃付与した切欠きを
有するセラミックス部品と、熱衝撃付与を行なっていな
い切欠きを有するセラミックス部品とについて、切欠き
近傍を含むような曲げ試験片をそれぞれ３０本作製し
た。それぞれについて、破断強度ＭＰａ及び破壊靱性値
ＫI C を測定した。その結果、熱衝撃を与えていない亀
裂導入したままの試験片の平均強度は、４３５ＭＰａで
あり、破壊靱性値ＫI C は１０．５ＭＰａ・ｍ1 / 2 で
あった。これに対して、熱衝撃付与した切欠きを有する
試験片の平均強度は、５４０ＭＰａであり、破壊靱性値
ＫI C は１１．６ＭＰａ・ｍ 1 / 2 であった。即ち、熱
衝撃付与した切欠き付き試験片は、熱衝撃付与を行なっ
ていない切欠き付き試験片に比較して、破断強度及び破
壊靱性値が向上していることが分かる。
【００２６】更に、この発明によるセラミックス部品の
他の実施例について説明する。上記実施例と同様に、先
端の曲率半径が１０μｍ程度、深さ３ｍｍの切欠きを有
するセラミックス部品を作製した。このセラミックス部
品を、ＳＥＭで組織を観察したところ、その先端からさ
らに亀裂が伸びていることが分かった。この切欠きを有
するセラミックス部品を、５２２℃まで加熱した後、水
中に投入して急冷し、セラミックス部品に熱衝撃を付与
した。次いで、このセラミックス部品の表面に有機ケイ
素ポリマーを付着させた。具体的には、有機ケイ素ポリ
マーとしてポリシラザンを使用した。即ち、このセラミ
ックス部品を１０ｗｔ％濃度のポリシラザン溶液中に浸
し、セラミックス部品の表面にポリシラザンを付着させ
た。次いで、アンモニア雰囲気中で最高８００℃まで加
熱し、ポリシラザン層をセラミックス膜に転化させた。
このセラミックス膜を有し且つ熱衝撃を付与した切欠き
を有するセラミックス部品について、切欠き近傍を含む
ような曲げ試験片を３０本作製した。曲げ試験片の強度
を測定したところ、平均強度は５９０ＭＰａであり、破
壊靱性値ＫI C は１２．１ＭＰａ・ｍ1 / 2 であった。
即ち、セラミックス膜を有するセラミックス部品は、セ
ラミックス膜を有していないセラミックス部品に比較し
て破断強度及び破壊靱性値は更に向上している。
他の実施例について説明する。上記実施例と同様に、先
端の曲率半径が１０μｍ程度、深さ３ｍｍの切欠きを有
するセラミックス部品を作製した。このセラミックス部
品を、ＳＥＭで組織を観察したところ、その先端からさ
らに亀裂が伸びていることが分かった。この切欠きを有
するセラミックス部品を、５２２℃まで加熱した後、水
中に投入して急冷し、セラミックス部品に熱衝撃を付与
した。次いで、このセラミックス部品の表面に有機ケイ
素ポリマーを付着させた。具体的には、有機ケイ素ポリ
マーとしてポリシラザンを使用した。即ち、このセラミ
ックス部品を１０ｗｔ％濃度のポリシラザン溶液中に浸
し、セラミックス部品の表面にポリシラザンを付着させ
た。次いで、アンモニア雰囲気中で最高８００℃まで加
熱し、ポリシラザン層をセラミックス膜に転化させた。
このセラミックス膜を有し且つ熱衝撃を付与した切欠き
を有するセラミックス部品について、切欠き近傍を含む
ような曲げ試験片を３０本作製した。曲げ試験片の強度
を測定したところ、平均強度は５９０ＭＰａであり、破
壊靱性値ＫI C は１２．１ＭＰａ・ｍ1 / 2 であった。
即ち、セラミックス膜を有するセラミックス部品は、セ
ラミックス膜を有していないセラミックス部品に比較し
て破断強度及び破壊靱性値は更に向上している。
【００２７】
【発明の効果】この発明によるセラミックス部品及びそ
の製造方法は、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、このセラミックス部品は、亀
裂、切欠き等のダメージの近傍に圧縮応力が残留してい
るので、亀裂等近傍に存在する上記圧縮応力が亀裂、切
欠き等のダメージを押し縮めるように作用し、強度及び
破壊靱性を向上させることができ、エンジン部品等に使
用できる十分な強度を確保できる。
の製造方法は、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、このセラミックス部品は、亀
裂、切欠き等のダメージの近傍に圧縮応力が残留してい
るので、亀裂等近傍に存在する上記圧縮応力が亀裂、切
欠き等のダメージを押し縮めるように作用し、強度及び
破壊靱性を向上させることができ、エンジン部品等に使
用できる十分な強度を確保できる。
【００２８】或いは、このセラミックス部品の製造方法
は、亀裂、切欠き等のダメージを有するセラミックス部
品を加熱し、次いで加熱した前記セラミックス部品を急
冷したので、亀裂、切欠き等のダメージを有する部分に
圧縮応力を残留し、強度及び破壊靱性を向上させること
ができる。しかも、前記セラミックス部品の熱衝撃を付
与する加熱温度は５００℃以上であれば、十分な強度及
び破壊靱性を向上させるとができ、また、前記セラミッ
クス部品の加熱は大気中で行うことができるものであ
る。
は、亀裂、切欠き等のダメージを有するセラミックス部
品を加熱し、次いで加熱した前記セラミックス部品を急
冷したので、亀裂、切欠き等のダメージを有する部分に
圧縮応力を残留し、強度及び破壊靱性を向上させること
ができる。しかも、前記セラミックス部品の熱衝撃を付
与する加熱温度は５００℃以上であれば、十分な強度及
び破壊靱性を向上させるとができ、また、前記セラミッ
クス部品の加熱は大気中で行うことができるものであ
る。
【００２９】また、このセラミックス部品の製造方法に
おいて、加熱した前記セラミックス部品を急冷した後
に、前記セラミックス部品の表面に有機ケイ素ポリマー
を付着させ、該有機ケイ素ポリマーを熱分解させること
によって前記有機ケイ素ポリマーをセラミックスに転化
させたので、セラミックス膜を有してにないセラミック
ス部品より更に一層強度及び破壊靱性を向上させること
ができる。
おいて、加熱した前記セラミックス部品を急冷した後
に、前記セラミックス部品の表面に有機ケイ素ポリマー
を付着させ、該有機ケイ素ポリマーを熱分解させること
によって前記有機ケイ素ポリマーをセラミックスに転化
させたので、セラミックス膜を有してにないセラミック
ス部品より更に一層強度及び破壊靱性を向上させること
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ス部品の熱衝撃付与
に与えた温度差に対する破断強度を示すグラフである。
に与えた温度差に対する破断強度を示すグラフである。
【図２】この発明によるセラミックス部品の熱衝撃付与
に与えた温度差に対する破壊靱性値を示すグラフであ
る。
に与えた温度差に対する破壊靱性値を示すグラフであ
る。
Claims (7)
- 【請求項１】 亀裂、切欠き等のダメージの近傍に圧縮
応力が残留していることを特徴とするセラミックス部
品。 - 【請求項２】 亀裂、切欠き等のダメージを有する部分
の表面にセラミックス膜が形成されていることを特徴と
する請求項１に記載のセラミックス部品。 - 【請求項３】 前記セラミックス膜が非晶質であること
を特徴とする請求項２に記載のセラミックス部品。 - 【請求項４】 亀裂、切欠き等のダメージを有するセラ
ミックス部品を加熱し、次いで加熱した前記セラミック
ス部品を急冷して熱衝撃を付与することを特徴とするセ
ラミックス部品の製造方法。 - 【請求項５】 前記セラミックス部品の加熱温度は実質
的に５００℃以上であることを特徴とする請求項４に記
載のセラミックス部品の製造方法。 - 【請求項６】 前記セラミックス部品の加熱は大気中で
行なわれることを特徴とする請求項４に記載のセラミッ
クス部品の製造方法。 - 【請求項７】 加熱した前記セラミックス部品を急冷し
た後に、前記セラミックス部品の表面に有機ケイ素ポリ
マーを付着させ、該有機ケイ素ポリマーを熱分解させる
ことによって前記有機ケイ素ポリマーをセラミックスに
転化させたことを特徴とする請求項４に記載のセラミッ
クス部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4304420A JPH06128021A (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | セラミックス部品及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4304420A JPH06128021A (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | セラミックス部品及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06128021A true JPH06128021A (ja) | 1994-05-10 |
Family
ID=17932787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4304420A Pending JPH06128021A (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | セラミックス部品及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06128021A (ja) |
-
1992
- 1992-10-19 JP JP4304420A patent/JPH06128021A/ja active Pending
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