JPH06293015A - セラミックスまたは金属の粉末を用いた多層焼結構造体及びその製造方法 - Google Patents

セラミックスまたは金属の粉末を用いた多層焼結構造体及びその製造方法

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JPH06293015A
JPH06293015A JP5104904A JP10490493A JPH06293015A JP H06293015 A JPH06293015 A JP H06293015A JP 5104904 A JP5104904 A JP 5104904A JP 10490493 A JP10490493 A JP 10490493A JP H06293015 A JPH06293015 A JP H06293015A
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JP
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powder
raw material
sintered
molding
ceramic
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JP5104904A
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Shigeharu Matsubayashi
重治 松林
Tetsuo Nose
哲郎 野瀬
Hiroshi Kubo
紘 久保
Yoshiaki Hara
義明 原
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内外または表裏で要求特性の異なるセラミッ
クスまたは金属部材について、製造時の工程を煩雑にせ
ず、充分な接合強度を有する多層構造体を提供し、また
低品位粉末を用い製造コストの低下を実現すること。 【構成】 セラミックスまたは金属粉末の成形段階にお
いて接合剤を用いないで通常公知のプレス法によって多
層化した後に、焼結することを特徴とする。 【効果】 工程を煩雑にせずに、高い要求特性が求めら
れる部位のみに高品質粉末を用いることが可能になり、
低品質または廃棄用原料の活用が図られ省資源及び低コ
スト化を実現できた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一体の構造体でありな
がら部位によって異なる特性が求めらるセラミックス粉
末または金属粉末を用いた多層焼結構造体及びその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、セラミックスまたは金属等の粉末
を出発原料とする焼結体は、公知のプレス成形を行う時
に、目的の形状全体を1種類の粉末組成からなる原料粉
によって成形されていた。
【0003】内外または表裏で要求されている機械的性
質及び化学的安定性等の特性が異なる場合にも、すべて
の要求特性を満足する高純度、微細、かつ高価な主原料
が部材全体に用いられていた。
【0004】スライダーや断熱材のように片面や表面の
みに摺動や熱等が負荷される大型肉厚形状品の場合は、
高価な原料で全体を作ると非常に高価な製品となってし
まうため、耐摩耗性・耐熱性・耐衝撃性等の高度な特性
が要求される部位のみにその特性を満足する高価な原料
を用い、部品の裏面・内部には安価または低品位の原料
を用いて成形することにより、原料粉末コストを低減す
る必要性が高まっている。
【0005】そのため、内外または表裏で要求されてい
る特性が異なる場合には、別々に焼結体を作製した後、
特開昭63―190773号公報や特開平4―7279
3号公報等に示されるように、接合剤を用いて各々を接
合して使用することが提案されている。
【0006】しかし、この方法は2枚の焼結体を作製す
る以外に接合工程が必要であり、かつ母材強度に相当す
る機械的性質を満たす接合剤も見い出されていない。
【0007】また、特開平4―74307号公報に見ら
れるように、セラミックスと金属の接合時にそれぞれの
粉末を適宜混合したスラリー(泥漿)を段階的に塗布す
ることによって、熱膨張差に起因する応力を緩衝する層
を傾斜機能材料的に作製した例がある。
【0008】この場合多層構造を得るために圧力を用い
ておらず、単に塗布するだけの薄片としての利用方法で
あるが、製造時間が長いことやバルク材としては機械的
特性が欠けているという問題点がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】内外または表裏で要求
特性の異なる部材について、製造時の工程を煩雑にせ
ず、充分な接合強度を有する多層構造体を提供し、また
低品位な原料粉末の利用(再利用も含む)による製造原
料コストの低下を実現することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、機械的性質も
しくは化学的性質が異なる層を2層以上用いて一体とし
た構造体において、圧着することにより接合することを
特徴とするセラミックスまたは金属の粉末を用いた多層
焼結構造体である。
【0011】なお、圧着時に接合剤を用いることが無い
ため層間には接合層の生成が起こらないことを特徴とし
ている。
【0012】さらに、一定の化学組成を有する主原料粉
末を成形してなる単層構造体と、前記主原料と比べ純度
と粒度の少なくとも一方が異なる主原料粉末を成形して
なる単層構造体を、2層以上に重ね合わせたものを弾性
被膜で被覆後、流体を圧力媒体とする静水圧加圧等で圧
着させた成形体を焼結することを特徴とするセラミック
ス粉末または金属粉末を用いた多層焼結構造体の製造方
法であり、また、原料粉末の種類もしくは混合比率を変
化させた2種類以上の層を一体プレス成形した成形体を
焼結することを特徴とするセラミックス紛末または金属
粉末を用いた多層焼結構造体の製造方法である。
【0013】本発明は、図1に示したような多層構造を
有する焼結体において、各層の界面に接合剤のような接
合層を設けずに一体成形した多層焼結構造である。
【0014】したがって、本発明では、各層の界面に接
合剤のような接合層を設けていないが、静水圧加圧等に
よって圧着された上に焼結過程での収縮によって母材強
度に匹敵する接合力を確保することが可能になった。
【0015】一定の化学組成を有する主原料粉末を成形
してなる単層構造体と、前記主原料と比べ純度と粒度の
少なくとも一方が異なる主原料粉末を成形してなる単層
構造体を、2層以上に重ね合わせたものを弾性被膜で被
覆後、流体を圧力媒体とする静水圧加圧で圧着させた成
形体を焼結する場合、まずそれぞれの単層構造体の成形
を行う際に、異なる主原料粉体を用い、同じもしくは近
似した平均密度を有する成形体を作製する。
【0016】互いに重ね合わせて等方的な圧力を加えて
接合するときに、弾性被膜で被覆した後、流体を圧力媒
体とする等方的な圧力、例えば従来公知の静水圧加圧に
よって圧着させ、一体接合成形体を形成後、焼結する製
造方法である。
【0017】また、1軸プレス成形用金型に原料粉末を
充填する際に、原料粉末の種類もしくは混合比率を変化
させた2種類以上の組成を有する粉末を別々に層状に充
填した後に一体プレス成形した成形体を焼結する多層焼
結構造体の製造方法である。
【0018】ここで、成形体の界面における接合力確保
について、より詳しく説明する。
【0019】まず、成形体の密度が同じ場合は、異なる
主原料であっても実質的に焼結挙動を支配する焼結助剤
成分を予め調整することによって、焼結収縮挙動や最終
的な収縮率を合わせることが可能であるため、焼結後に
離れたりすることはない。
【0020】次に、成形体の密度が同じではないが理論
密度比で8%以下の密度差では、焼結収縮時の線方向収
縮率の差が3%程度になるが、この場合には、そりや曲
がりの現象が見られる程度である。
【0021】しかし、成形体の密度が近似もしていない
場合、即ち理論密度比で8%を超える密度差があると
き、焼結時に離れてしまうため好ましくない。
【0022】但し、圧縮応力を故意に負荷することで、
部材の耐久性を高める場合は、部材の大きさや形状に応
じて理論密度比で8%を超えた密度差を負荷しても材料
が離れたり端欠け等の破損を起こさない範囲で、密度差
による表面側または内部側への圧縮負荷を加えることが
有効であり、実際に確認を行っている。
【0023】また、最終形状から予め圧縮応力を計算す
ることや焼結による収縮率等を逆算するとともに、初期
成形体の成形プロセスが容易になるように分割面を設定
した上で、各分割成形体を成形することも有効である。
【0024】
【作用】初期成形体相互の接合一体化は、肉厚品および
複雑形状品の成形歩留りを向上させるばかりでなく、初
期成形時の成形体中の圧力分布を減らし、分割した初期
成形後の一体化によって最終焼結体における残留応力や
密度分布の発生を抑える作用をもつ。
【0025】
【実施例】
【0026】
【実施例1】純度99%、平均粒径0.7μmのイミド
分解法による窒化珪素粉末と、純度92%、平均粒径
1.1μmの金属窒化法による窒化珪素粉末を、別々に
主原料として93重量%用い、これにそれぞれ平均粒径
0.4μmの酸化イットリウム5.0重量%、および平
均粒径0.5μmの酸化アルミニウム2.0重量%を添
加混合し、原料粉末とした。
【0027】この2種類の原料粉を個々に、円筒状の1
軸プレス用成形型金型を用いて、100kgf/cm2
の圧力で一旦成形して、厚さ10mm、直径20mmφ
の成形体を各1枚計2枚得た。
【0028】これを、平面部がずれなく重なり合うよう
に積み重ね、50mmφ、350mm長さのラバー袋に
ずれなく挿入後、真空引きを行い、水を媒体に用いた静
水圧加圧装置で2000kgf/cm2の圧力で一体化
し、接合体を得た。
【0029】ラバーを取り外した後、この一体接合体
を、N2常圧流通雰囲気中、1780℃、5時間焼結し
た結果、接合体全体の密度が3.25g/cm3の緻密
な焼結体を得た。
【0030】界面の表層部を研削し接合面を観察した
が、著しい断層は確認されなかった。さらに、接合面を
含めて曲げ試験片を切り出し、JIS―R1601及び
JIS―R1607に基づく抗折強度および破壊靭性値
を測定したところ、室温強度86kgf/mm2、12
50℃の強度54kgf/mm2、SEPB法による室
温の破壊靭性値6.3MPam1/2を得た。
【0031】比較例として、上述の窒化珪素粉末の中で
高品位な方である純度99%、平均粒径0.7μmのイ
ミド分解法による窒化珪素粉末を主原料として93重量
%用い、これに平均粒径0.4μmの酸化イットリウム
5.0重量%、および平均粒径0.5μmの酸化アルミ
ニウム2.0重量%を添加混合し原料粉末として、実施
例1と同様にして高さ20mm、直径20mmφの成形
体を得、同じ焼結パターンで焼結した。
【0032】その結果、この焼結体から切り出した試験
片については、室温強度が92kgf/mm2、125
0℃強度が57kgf/mm2、SEPB法による室温
の破壊靭性値が6.1MPam1/2を得た。
【0033】この結果より、本発明による積層面を有し
ていても、従来の成形体と比べた結果、接合箇所でも母
材と同等の機械的特性を有することが確認され、原料の
低コスト化と資源の有効活用が実現された。
【0034】
【実施例2】1軸プレスに使用する円筒状成形金型への
充填を行う際に、純度99%で平均粒径10μmのSU
S304ステンレス粉末と平均粒径25μmのクロム鋼
SCr440鉄鋼粉末を各2kgを用いて上下に積層さ
せた。
【0035】この状態で、300kgf/cm2の圧力
をかけて1軸プレスし、厚さ55mm、直径150mm
の成形体を初期成形した。これをAr常圧流通雰囲気
中、1350℃、1時間焼結した結果、密度が7.8g
/cm3の緻密な焼結体を得た。
【0036】表層部を研削し積層された界面を観察した
が、著しい断層は確認されなかった。
【0037】さらに、積層された界面を含めて曲げ試験
片を切り出し、抗折強度および破壊靭性値を測定したと
ころ、室温強度が30kgf/mm2、1000℃強度
21kgf/mm2、室温の破壊靭性値25MPam1/2
を得た。
【0038】比較例として、前記2種金属粉末各々につ
いて、同じ1軸プレス法による同じ焼結パターンで焼結
した。
【0039】これら2枚の焼結体を活性金属法による接
合を行うことによって、同じ厚さの円盤状焼結体を得
た。
【0040】この焼結体から切り出された試験片は、室
温強度38kgf/mm2、1000℃強度13kgf
/mm2、室温の破壊靭性値11.5MPam1/2を得
た。
【0041】このことから、従来の活性金属法による接
合材と比べた結果、本発明による接合材は機械的特性が
向上していることが確認された。
【0042】
【発明の効果】本発明で、セラミックスまたは金属粉末
の成形段階で多層化後焼結することによって内外または
表裏を含む2層以上の多層構造の付与が焼結後に不要と
なるとともに低品質または廃棄用原料の活用による省資
源及び低コスト化を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】多層構造を有するセラミックス焼結体の概念図
である。
【図2】目的形状を分割し別々に初期成形した各成形体
を互いに接触させ、等方的な圧力を加えて接合すること
によって多層化した例の概念図である。
【図3】1軸プレス用成形金型への充填による多層化の
概念図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B32B 5/16 7016−4F 5/22 7016−4F 7/00 7148−4F 15/02 18/00 7148−4F C04B 35/64 L 37/00 Z // B32B 31/20 7148−4F (72)発明者 原 義明 東京都千代田区大手町2―6―3 新日本 製鐵株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機械的性質もしくは化学的性質が異なる
    層を2層以上用いて一体とした構造体において、圧着す
    ることにより接合することを特徴とするセラミックスま
    たは金属の粉末を用いた多層焼結構造体。
  2. 【請求項2】 一定の化学組成を有する主原料粉末を成
    形してなる単層構造体と、前記主原料と比べ純度と粒度
    のうち少なくとも一方が異なる主原料粉末を成形してな
    る単層構造体を、2層以上に重ね合わせたものを弾性被
    膜で被覆後、流体を圧力媒体とする静水圧加圧で圧着さ
    せた成形体を焼結することを特徴とするセラミックスま
    たは金属の粉末を用いた多層焼結構造体の製造方法。
  3. 【請求項3】 原料粉末の種類もしくは混合比率を変化
    させた2種類以上の層を一体プレス成形した成形体を焼
    結することを特徴とするセラミックスまたは金属の粉末
    を用いた多層焼結構造体の製造方法。
JP5104904A 1993-04-08 1993-04-08 セラミックスまたは金属の粉末を用いた多層焼結構造体及びその製造方法 Pending JPH06293015A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007023831A1 (ja) * 2005-08-26 2007-03-01 Tokyo Electron Limited セラミック部材、セラミックヒーター、基板載置機構、基板処理装置、およびセラミック部材の製造方法
JP2020114798A (ja) * 2013-05-10 2020-07-30 クラレノリタケデンタル株式会社 ジルコニア焼結体及びジルコニア仮焼体
US11901117B2 (en) 2020-07-17 2024-02-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing powder magnetic core

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Legal Events

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A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19990706