JPH11171669A - Production of boron carbide film - Google Patents

Production of boron carbide film

Info

Publication number
JPH11171669A
JPH11171669A JP36248597A JP36248597A JPH11171669A JP H11171669 A JPH11171669 A JP H11171669A JP 36248597 A JP36248597 A JP 36248597A JP 36248597 A JP36248597 A JP 36248597A JP H11171669 A JPH11171669 A JP H11171669A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boron carbide
boron
carbide film
film
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP36248597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasufumi Aihara
靖文 相原
Shigenori Ito
重則 伊藤
Shinji Kawasaki
真司 川崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP36248597A priority Critical patent/JPH11171669A/en
Publication of JPH11171669A publication Critical patent/JPH11171669A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5057Carbides
    • C04B41/5058Boron carbide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for the production of a baron carbide film having extremely dense texture and free from peeling trouble from the substrate and the crack generation on the boron carbide film formed on the substrate. SOLUTION: A boron carbide coating film free from boron oxide is formed on the surface of a substrate in a non-oxidizing atmosphere by using a plasma spray coating technique. The formed boron carbide film is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere at 1100-2400 deg.C to effect the rebonding of boron and carbon generated by the decomposition of boron carbide to reproduce boron carbide.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化硼素皮膜の製
造方法に関し、さらに詳しくは、耐摩耗材、摺動材、ロ
ケットなどの耐熱タイル、及び原子炉の制御材や遮蔽材
などに有効に使用することができる、炭化硼素皮膜の製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a boron carbide film, and more particularly, it is effectively used as a wear-resistant material, a sliding material, a heat-resistant tile such as a rocket, and a control material or a shielding material for a nuclear reactor. And a method for producing a boron carbide film.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化硼素は高融点を有するため耐熱性に
優れ、また、化学的にも安定であるため耐酸化性にも優
れる。さらに、耐摩耗性、強度、及び硬度などの機械的
強度に優れるとともに、中性子吸収性をも有する。この
ため、従来から、炭化硼素で被覆した材料が、サンドブ
ラストノズル及び粉砕装置の内張りなどの耐摩耗材や摺
動材、ロケットの耐熱タイル、原子炉の制御材や遮蔽材
などに使用されている。
2. Description of the Related Art Boron carbide has a high melting point and thus is excellent in heat resistance, and is chemically stable and therefore has excellent oxidation resistance. Further, it has excellent mechanical strength such as abrasion resistance, strength, and hardness, and also has neutron absorption. For this reason, materials coated with boron carbide have heretofore been used as wear-resistant materials and sliding materials such as sandblast nozzles and linings of crushers, heat-resistant tiles of rockets, control materials and shielding materials of nuclear reactors, and the like.

【0003】炭化硼素の被覆は、一般に、CVD法及び
プラズマ溶射法などにより行われている。しかしなが
ら、基材に対して、上記プラズマ溶射法などを用いて炭
化硼素皮膜を形成すると、皮膜に対してクラックが発生
したり、皮膜の剥離などが生じるという問題があった。
[0003] The coating of boron carbide is generally performed by a CVD method, a plasma spraying method or the like. However, when a boron carbide film is formed on a substrate by using the above-described plasma spraying method or the like, there has been a problem that cracks occur in the film or the film is peeled off.

【0004】かかる問題に鑑み、特開平5−33907
9号公報では、基材である炭素材料の表面を炭化硼素に
転化した後、形成された転化層上に炭化硼素粉を配置し
た後、あるいはCVD法などにより炭化硼素の層を形成
した後に、ホットプレスすることにより緻密な膜を形成
する方法が開示されている。
In view of such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-33907
In Japanese Patent No. 9, after converting the surface of a carbon material as a base material into boron carbide, after arranging boron carbide powder on the formed conversion layer, or after forming a layer of boron carbide by a CVD method or the like, A method for forming a dense film by hot pressing is disclosed.

【0005】また、特開平7−33567号公報では、
基材である炭素材料の表面に、粒径が0.01〜1μm
の窒化物又は炭化物の微粒子を凝集させて、粒径が3〜
50μmの2次疑似粒子を製造し、この2次疑似粒子を
プラズマ溶射法によって、前記基材の表面に被覆し、さ
らにその上に、金属、合金、及び酸化物系あるいは非酸
化物系のセラミックスの少なくとも1層を溶射被覆して
積層する方法が開示されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-33567,
The particle size is 0.01 to 1 μm on the surface of the carbon material as the base material.
Agglomerate the fine particles of nitride or carbide of
A secondary pseudo particle of 50 μm is manufactured, and the secondary pseudo particle is coated on the surface of the substrate by a plasma spraying method, and a metal, an alloy, and an oxide or non-oxide ceramic are further formed thereon. A method is disclosed in which at least one layer is spray-coated and laminated.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法によっても基材に被覆した炭化硼素皮膜のクラックの
発生、及び基材からの剥離を十分に防止することができ
ず、特に、湿度が高い条件においては、その傾向が顕著
であった。このため、炭化硼素に固有の耐熱性及び耐摩
耗性などの特性を十分に享受することができなかった。
However, even with the above method, cracks in the boron carbide film coated on the substrate and peeling from the substrate cannot be sufficiently prevented. In, the tendency was remarkable. For this reason, characteristics such as heat resistance and wear resistance inherent to boron carbide cannot be sufficiently enjoyed.

【0007】本発明は、基材に形成した炭化硼素皮膜に
対してクラックが発生することがなく、また、基材から
の剥離が生じない炭化硼素皮膜の製造方法を提供するも
のである。
[0007] The present invention provides a method for producing a boron carbide film in which cracks do not occur in the boron carbide film formed on the base material and peeling from the base material does not occur.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、プラズマ
溶射法などにより炭化硼素(B4 C)皮膜を基材表面に
形成した場合において、この炭化硼素皮膜にクラックが
発生する原因、及び炭化硼素皮膜が基材から剥離する原
因について詳細な検討を行った。その結果、膜中に混入
した酸化硼素(B2 3 )が、これらクラックの発生な
どに関与していることを発見した。
The present inventors have found that when a boron carbide (B 4 C) film is formed on the surface of a substrate by a plasma spraying method or the like, the cause of cracks in the boron carbide film, and The cause of the peeling of the boron carbide film from the substrate was examined in detail. As a result, it was found that boron oxide (B 2 O 3 ) mixed in the film was involved in the generation of these cracks.

【0009】すなわち、例えば、プラズマ溶射法によ
り、炭化硼素を基材の表面へ形成すると、溶融した液滴
の表面が溶射雰囲気中の酸素により酸化され、酸化硼素
が膜中に混入する。この酸化硼素は吸湿性を有するた
め、大気中に放置すると、大気中に存在する水分と反応
し膨張する。この結果、炭化硼素皮膜が崩壊してクラッ
クが発生したり、基材からの剥離が生じたりする。
That is, for example, when boron carbide is formed on the surface of a substrate by a plasma spraying method, the surface of a molten droplet is oxidized by oxygen in a spraying atmosphere, and boron oxide is mixed into the film. Since this boron oxide has a hygroscopic property, when it is left in the air, it reacts with water present in the air and expands. As a result, the boron carbide film collapses to cause cracks or peel off from the substrate.

【0010】本発明は、これら詳細な検討による発見に
基づいてなされたものである。すなわち、本発明は、基
材の表面に、非酸化性雰囲気中でプラズマ溶射により炭
化硼素を形成した後、非酸化性雰囲気中において、11
00〜2400℃の温度で熱処理することを特徴とする
炭化硼素皮膜の製造方法である。
[0010] The present invention has been made based on the findings of these detailed studies. That is, the present invention provides a method for forming boron carbide on a surface of a substrate by plasma spraying in a non-oxidizing atmosphere, and then forming the boron carbide in a non-oxidizing atmosphere.
A method for producing a boron carbide film, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 00 to 2400 ° C.

【0011】従来、プラズマ溶射法によって炭化硼素皮
膜を形成すると、炭化硼素粉末は、溶射時に溶融すると
ともに、下記(1)式に示すように、硼素(B)と炭素
(C)とに一部分解する。 B4 C→4B+C (1)
Conventionally, when a boron carbide film is formed by a plasma spraying method, the boron carbide powder melts at the time of thermal spraying and partially decomposes into boron (B) and carbon (C) as shown in the following formula (1). I do. B 4 C → 4B + C (1)

【0012】溶射時の硼素は高温であるため、雰囲気中
の酸素と直ちに反応し、下記(2)式で示すように、酸
化硼素を形成する。 4B+3O2 →2B2 3 (2)
Since boron at the time of thermal spraying is at a high temperature, it reacts immediately with oxygen in the atmosphere to form boron oxide as shown by the following equation (2). 4B + 3O 2 → 2B 2 O 3 (2)

【0013】一方、炭素はそのまま残留するものと、下
記(3)式で示すように、酸素と反応して一酸化炭素
(CO)を形成し、溶射時に外部へ飛散するものとがあ
る。 2C+O2 →2CO (3) したがって、図1に示すように、酸化硼素と残留した炭
素とからなる(酸化硼素+炭素)層bが、溶解した炭化
硼素の液滴aの表面に形成される。
On the other hand, there are carbon atoms that remain as they are, and carbon atoms that react with oxygen to form carbon monoxide (CO) and scatter to the outside during thermal spraying, as shown by the following equation (3). 2C + O 2 → 2CO (3) Accordingly, as shown in FIG. 1, a (boron oxide + carbon) layer b composed of boron oxide and residual carbon is formed on the surface of the dissolved boron carbide droplet a.

【0014】図3に示すように、このような液滴が基材
dに打ち付けられて冷却されると、酸化硼素を多量に含
むために、炭化硼素溶射膜cは積層構造を呈する。
As shown in FIG. 3, when such a droplet is hit on the substrate d and cooled, the boron carbide sprayed film c has a laminated structure because it contains a large amount of boron oxide.

【0015】これに対し、本発明の炭化硼素皮膜の製造
方法では、非酸化性雰囲気中で、プラズマ溶射により炭
化硼素皮膜を形成するので、上述のように、分解した硼
素が酸素と反応して酸化硼素を生成することがない。し
たがって、この場合は、図2に示すように、分解・生成
した硼素と炭素とからなる(硼素+炭素)層fが炭化硼
素の液滴eの表面に形成される。
On the other hand, in the method for producing a boron carbide film of the present invention, the boron carbide film is formed by plasma spraying in a non-oxidizing atmosphere, so that the decomposed boron reacts with oxygen as described above. Does not produce boron oxide. Accordingly, in this case, as shown in FIG. 2, a (boron + carbon) layer f composed of decomposed and generated boron and carbon is formed on the surface of the boron carbide droplet e.

【0016】さらに、本発明では、プラズマ溶射により
形成した炭化硼素皮膜を、非酸化性雰囲気中において、
1100〜2400℃の温度で熱処理する。これによっ
て、下記(4)式に示すように、分解した硼素と炭素と
が再結合して炭化硼素を生成する。 4B+C→B4 C (4)
Further, according to the present invention, the boron carbide film formed by plasma spraying is formed in a non-oxidizing atmosphere.
Heat treatment is performed at a temperature of 1100 to 2400 ° C. As a result, as shown in the following equation (4), the decomposed boron and carbon are recombined to form boron carbide. 4B + C → B 4 C (4)

【0017】一方、従来の炭化硼素皮膜の製造方法によ
り形成した炭化硼素皮膜に、本発明のような熱処理を行
うと、下記(5)式に示すように、酸化硼素が残留して
いる炭素と反応し、炭化硼素と一酸化炭素とを生成す
る。この一酸化炭素は気体であって、炭化硼素皮膜中に
気孔を形成して残留するか、あるいはこれらの気孔が連
結して開気孔を形成し、外部へ飛散する。 2B2 3 +7C→B4 C+6CO (5)
On the other hand, when the boron carbide film formed by the conventional method for manufacturing a boron carbide film is subjected to a heat treatment as in the present invention, as shown in the following formula (5), the carbon in which boron oxide remains is removed. Reacts to produce boron carbide and carbon monoxide. This carbon monoxide is a gas and forms pores in the boron carbide film and remains, or these pores are connected to form open pores and scatter outside. 2B 2 O 3 + 7C → B 4 C + 6CO (5)

【0018】このように本発明の方法にしたがって、炭
化硼素皮膜を形成した後、この炭化硼素皮膜を非酸化性
雰囲気中で熱処理することにより、一酸化炭素を発生さ
せずに炭化硼素のみを生成することができる。したがっ
て、本発明の方法によれば、極めて緻密な炭化硼素皮膜
を製造することもできる。すなわち、本発明の炭化硼素
皮膜の製造方法を用いることにより、酸化硼素を膜中に
含まない、極めて緻密な炭化硼素皮膜の製造が可能とな
る。したがって、炭化硼素皮膜の膨張を防止することが
でき、従来問題とされてきた炭化硼素皮膜におけるクラ
ックの発生などを阻止することができるとともに、耐熱
性及び耐酸化性などに優れた炭化硼素皮膜を得ることが
できる。
After the boron carbide film is formed according to the method of the present invention, the boron carbide film is subjected to a heat treatment in a non-oxidizing atmosphere to produce only boron carbide without generating carbon monoxide. can do. Therefore, according to the method of the present invention, an extremely dense boron carbide film can be produced. That is, by using the method for producing a boron carbide film of the present invention, an extremely dense boron carbide film containing no boron oxide in the film can be produced. Therefore, it is possible to prevent the boron carbide film from expanding, to prevent the occurrence of cracks in the boron carbide film, which has been conventionally regarded as a problem, and to provide a boron carbide film having excellent heat resistance and oxidation resistance. Obtainable.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の炭化硼素皮膜の製
造方法を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for producing a boron carbide film according to the present invention will be described in detail based on embodiments of the present invention.

【0020】本発明において使用することのできる基材
は、プラズマ溶射による破損を防止するために耐熱衝撃
性を有することが必要である。また、本発明の熱処理を
実施した後の降温時において、炭化硼素にクラックが発
生するのを防止すべく、炭化硼素と同等、あるいは、炭
化硼素よりも大きい熱膨張係数を有することが必要であ
る。
The substrate that can be used in the present invention must have thermal shock resistance in order to prevent damage due to plasma spraying. In addition, at the time of temperature decrease after performing the heat treatment of the present invention, it is necessary to have a thermal expansion coefficient equal to or higher than that of boron carbide in order to prevent the occurrence of cracks in boron carbide. .

【0021】基材の熱膨張係数の下限は、室温〜100
0℃において、4.5×10-6/degであることが好
ましく、さらには5.5×10-6/degであることが
好ましい。基材の熱膨張係数が4.5×10-6/deg
より小さいと、後に述べる熱処理を実施した後の降温時
において、炭化硼素皮膜に基材からの引張応力が作用
し、この炭化硼素皮膜にクラックが生じやすくなるとと
もに、基材からの剥離が生じやすくなるため好ましくな
い。
The lower limit of the thermal expansion coefficient of the substrate is from room temperature to 100
At 0 ° C., it is preferably 4.5 × 10 −6 / deg, more preferably 5.5 × 10 −6 / deg. The thermal expansion coefficient of the substrate is 4.5 × 10 −6 / deg
If the diameter is smaller than the temperature, the tensile stress from the base material acts on the boron carbide film at the time of the temperature decrease after the heat treatment described later is performed, and the boron carbide film is easily cracked and easily peeled from the base material. Is not preferred.

【0022】また、基材の熱膨張係数の上限は、室温〜
1000℃において、7×10-6/degであることが
好ましく、さらには6×10-6/degであることが好
ましい。基材の熱膨張係数が7×10-6/degより大
きいと、熱処理後の降温時において、上記とは逆に、炭
化硼素皮膜に基材からの圧縮応力が作用し、基材からの
剥離が生じやすくなるため好ましくない。このような条
件を満たす基材としては、カーボン、再結晶炭化珪素
(SiC)、シリコン(Si)ー炭化珪素(SiC)複合体、及びム
ライト、窒化アルミニウムなどを例示することができる
が、耐熱衝撃性の観点より、カーボン、再結晶炭化珪
素、及びシリコンー炭化珪素複合体を使用することが好
ましい。
The upper limit of the coefficient of thermal expansion of the substrate is from room temperature to
At 1000 ° C., it is preferably 7 × 10 −6 / deg, and more preferably 6 × 10 −6 / deg. If the coefficient of thermal expansion of the base material is larger than 7 × 10 −6 / deg, the compressive stress from the base material acts on the boron carbide film at the time of the temperature decrease after the heat treatment, thereby causing the peeling from the base material Is likely to occur, which is not preferable. Examples of the base material satisfying such conditions include carbon, recrystallized silicon carbide (SiC), silicon (Si) -silicon carbide (SiC) composite, mullite, and aluminum nitride. From the viewpoint of properties, it is preferable to use carbon, recrystallized silicon carbide, and a silicon-silicon carbide composite.

【0023】本発明における炭化硼素皮膜は、非酸化性
雰囲気中で、図4に示すようなプラズマ溶射装置を用い
て形成する。具体的には、最初に、ダストフィルター1
を介して、真空ポンプ7で真空チャンバー8の内部を排
気した後、雰囲気制御系6から、窒素(N2) 、ヘリウム
(He)、及びアルゴン(Ar)などの非酸化性ガスを真空チャ
ンバー8の内部へ導入して充填する。但し、これらの非
酸化性ガスを導入することなく、真空ポンプ7で真空チ
ャンバー8の内部を排気しながら、以下に示すプラズマ
溶射を実施することもできる。
The boron carbide coating of the present invention is formed in a non-oxidizing atmosphere using a plasma spraying apparatus as shown in FIG. Specifically, first, the dust filter 1
After the inside of the vacuum chamber 8 is evacuated with the vacuum pump 7 through the atmosphere control system 6, nitrogen (N 2 ), helium
A non-oxidizing gas such as (He) and argon (Ar) is introduced into the vacuum chamber 8 for filling. However, the plasma spraying described below can also be performed without introducing these non-oxidizing gases and exhausting the inside of the vacuum chamber 8 with the vacuum pump 7.

【0024】次に、原料供給系10から溶射ガン12
に、原料となる粉末状の炭化硼素材を供給するととも
に、電源9及びガス供給系13から溶射ガン12に電力
とガスを供給して、プラズマを発生させる。
Next, the thermal spray gun 12 is
In addition, a powdery boron carbide material as a raw material is supplied, and power and gas are supplied from a power supply 9 and a gas supply system 13 to the thermal spray gun 12 to generate plasma.

【0025】プラズマ中に投入された炭化硼素粉末は瞬
時に溶融し、基材回転装置3の上に設置された基材4に
向けて、溶射ガン12から発射され、基材4の表面を炭
化硼素で被覆する。基材4の被覆する部分については、
基材回転装置3を回転させることにより、また、溶射ガ
ン12に取り付けられたロボット5を操作することによ
り適宜選択して行うことができる。
The boron carbide powder injected into the plasma is instantaneously melted and fired from the thermal spray gun 12 toward the substrate 4 installed on the substrate rotating device 3 to carbonize the surface of the substrate 4. Coat with boron. Regarding the portion of the substrate 4 to be covered,
By rotating the substrate rotating device 3 or operating the robot 5 attached to the thermal spray gun 12, the selection can be made as appropriate.

【0026】尚、プラズマ溶射中は、真空チャンバー8
の内部の真空度を所定の値に保つために、真空ポンプ7
で真空チャンバー8の内部を排気しながら、前記非酸化
性ガスを供給する。さらに、真空チャンバー8内に炭化
硼素粉末が充満するのを防止するために、真空チャンバ
ー8の内部には、ドラフト2が設けられている。このよ
うにして形成する炭化硼素皮膜の膜厚の下限は、好まし
くは20μmであり、さらに好ましくは50μmであ
る。炭化硼素皮膜の膜厚が20μmよりも小さいと、基
材に対して、炭化硼素に固有の耐熱性及び耐酸化性など
の特性を付与することができず好ましくない。
During the plasma spraying, the vacuum chamber 8
Vacuum pump 7 to maintain the degree of vacuum inside the
The non-oxidizing gas is supplied while the inside of the vacuum chamber 8 is evacuated. Further, in order to prevent the vacuum chamber 8 from being filled with boron carbide powder, a draft 2 is provided inside the vacuum chamber 8. The lower limit of the thickness of the boron carbide film thus formed is preferably 20 μm, and more preferably 50 μm. If the thickness of the boron carbide film is smaller than 20 μm, it is not preferable because characteristics such as heat resistance and oxidation resistance inherent to boron carbide cannot be imparted to the substrate.

【0027】一方、炭化硼素皮膜の膜厚の上限は、好ま
しくは500μmであり、さらに好ましくは100μm
である。炭化硼素皮膜の膜厚を500μmよりも大きく
しても、炭化硼素に固有の特性は飽和し、単に原料の損
失を生じる結果になることに加えて、基材との熱膨張率
のミスマッチによって、炭化硼素皮膜にクラックが発生
し易くなるため好ましくない。
On the other hand, the upper limit of the thickness of the boron carbide film is preferably 500 μm, more preferably 100 μm.
It is. Even if the thickness of the boron carbide film is larger than 500 μm, the inherent properties of boron carbide are saturated, and in addition to the result of simply causing a loss of the raw material, the mismatch of the thermal expansion coefficient with the base material causes It is not preferable because cracks easily occur in the boron carbide film.

【0028】本発明では、このように非酸化性雰囲気下
において、プラズマ溶射により炭化硼素皮膜を形成する
ので、炭化硼素皮膜中に酸化硼素が混入することがな
い。
In the present invention, since the boron carbide film is formed by plasma spraying in a non-oxidizing atmosphere, boron oxide does not enter the boron carbide film.

【0029】本発明では、上記のようなプラズマ溶射法
によって形成した炭化硼素皮膜に、非酸化性雰囲気中で
熱処理を行う。熱処理の温度は、下限が1100℃であ
ることが必要であり、好ましくは1300℃である。熱
処理温度の下限が、1100℃より低いと、分解した硼
素と炭素とが反応して炭化硼素を生成せず、耐摩耗性、
硬度等の炭化硼素が本来有する優れた特性が低下する。
また、熱処理の温度は、上限が2400℃であることが
必要であり、好ましくは2000℃、さらに好ましくは
1600℃である。熱処理温度が2400℃よりも大き
いと、基材を破損させてしまい、結果として、その上に
形成された炭化硼素皮膜をも破損させてしまうため好ま
しくない。
In the present invention, the boron carbide film formed by the above-described plasma spraying method is subjected to a heat treatment in a non-oxidizing atmosphere. The lower limit of the temperature of the heat treatment needs to be 1100 ° C., and preferably 1300 ° C. If the lower limit of the heat treatment temperature is lower than 1100 ° C., the decomposed boron and carbon do not react to form boron carbide, and have abrasion resistance.
The excellent properties inherent to boron carbide, such as hardness, decrease.
The upper limit of the temperature of the heat treatment needs to be 2400 ° C., preferably 2000 ° C., and more preferably 1600 ° C. If the heat treatment temperature is higher than 2400 ° C., the substrate is damaged, and as a result, the boron carbide film formed thereon is also undesirably damaged.

【0030】本発明の炭化硼素皮膜の製造方法における
熱処理は、具体的には以下のようにして行う。最初に、
高温雰囲気炉などの装置内部に、プラズマ溶射によって
炭化硼素皮膜が形成された基材を設置する。次に、この
装置内部を真空ポンプによって排気した後、窒素、ヘリ
ウム、及びアルゴンなどの非酸化性ガスを充填する。続
いて、昇温速度3〜15deg/分で、本発明の所定の
温度にまで昇温した後、この温度において、1〜10時
間保持する。その後、装置内部において200℃以下に
なるまで冷却して、炭化硼素皮膜が形成された基材を取
り出す。
The heat treatment in the method for producing a boron carbide film of the present invention is specifically performed as follows. At first,
A substrate on which a boron carbide film is formed by plasma spraying is placed inside a device such as a high-temperature atmosphere furnace. Next, the inside of the apparatus is evacuated with a vacuum pump, and then filled with a non-oxidizing gas such as nitrogen, helium, and argon. Subsequently, after the temperature is raised to the predetermined temperature of the present invention at a temperature rising rate of 3 to 15 deg / min, the temperature is maintained at this temperature for 1 to 10 hours. Thereafter, the inside of the apparatus is cooled down to 200 ° C. or lower, and the substrate on which the boron carbide film is formed is taken out.

【0031】また、上記のように、プラズマ溶射法によ
る炭化硼素の成膜と、非酸化性雰囲気での熱処理とを別
バッチで行う外に、プラズマ溶射及び熱処理機能が設け
られた装置を用いて、インラインで行うこともできる。
As described above, in addition to performing boron carbide film formation by plasma spraying and heat treatment in a non-oxidizing atmosphere in separate batches, an apparatus provided with plasma spraying and heat treatment functions is used. , Can also be done inline.

【0032】図5は、従来の炭化硼素皮膜の製造方法に
よって製造した炭化硼素皮膜のX線回折ピークである。
図6は、本発明の炭化硼素皮膜の製造方法によって製造
した炭化硼素皮膜のX線回折ピークである。図5では、
2θ=35.0及び37.8度などの炭化硼素(B
4 C)からのピーク、並びに2θ=26.4及び44.
4度などの基材である炭素(C)からのピークの外に、
2θ=14.6及び27.8度の酸化硼素(B2 3
からのピークが見られる。
FIG. 5 is an X-ray diffraction peak of a boron carbide film produced by a conventional boron carbide film production method.
FIG. 6 is an X-ray diffraction peak of the boron carbide film produced by the method for producing a boron carbide film of the present invention. In FIG.
Boron carbide such as 2θ = 35.0 and 37.8 degrees (B
4 C), and 2θ = 26.4 and 44.
In addition to the peak from carbon (C) which is a base material such as 4 degrees,
2θ = 14.6 and 27.8 degrees boron oxide (B 2 O 3 )
From the peak.

【0033】一方、図6では、2θ=35.0及び3
7.8度などの炭化硼素(B4 C)からのピーク、及び
2θ=26.4及び44.4度などの基材である炭素
(C)からのピークのみが見られ、本発明の方法を用い
て炭化硼素皮膜を製造した場合には、炭化硼素皮膜中に
酸化硼素が混入していないことが分かる。
On the other hand, in FIG. 6, 2θ = 35.0 and 3θ
Only peaks from boron carbide (B 4 C), such as 7.8 degrees, and peaks from the base carbon (C), such as 2θ = 26.4 and 44.4 degrees, are seen, indicating that the method of the present invention. In the case where a boron carbide film was produced by using the method, it was found that boron oxide was not mixed in the boron carbide film.

【0034】図7は、従来の炭化硼素皮膜の製造方法に
よって形成した、炭化硼素皮膜の破面の電子顕微鏡写真
である。図8は、本発明の炭化硼素皮膜の製造方法によ
って形成した、炭化硼素皮膜の破面の電子顕微鏡写真で
ある。図7から明らかなように、従来の炭化硼素皮膜の
製造方法によって形成した、炭化硼素皮膜は、参加硼素
で覆われた炭化硼素の液滴が基材に打ちつけられ、うろ
こ状あるいは小片状に積層されていることが分かる。
FIG. 7 is an electron micrograph of a fracture surface of the boron carbide film formed by the conventional method for producing a boron carbide film. FIG. 8 is an electron micrograph of a fracture surface of the boron carbide film formed by the method for producing a boron carbide film of the present invention. As is clear from FIG. 7, the boron carbide film formed by the conventional method of manufacturing a boron carbide film has a droplet of boron carbide covered with participating boron, which is struck on a substrate, and has a scaly or small shape. It can be seen that they are stacked.

【0035】一方、図8から明らかなように、本発明の
炭化硼素皮膜の製造方法によって形成した酸化硼素皮膜
は、気孔などの発生がほとんどない、非常に緻密な炭化
硼素から成っていることがわかる。
On the other hand, as is apparent from FIG. 8, the boron oxide film formed by the method for producing a boron carbide film of the present invention is made of very dense boron carbide with almost no generation of pores. Recognize.

【0036】[0036]

【実施例】本発明を実施例に則してさらに詳細に説明す
る。実施例1〜3及び比較例1及び2 基材として、熱膨張係数が6×10-6/degであり、
直径50mm、厚さ5mmの大きさの炭素基材を用い
た。この基材に、図4に示す構成のプラズマ溶射装置
(プラズマ−テクニック社製)を用い、アルゴンガス雰
囲気中で、厚さ200μmの炭化硼素を形成した。その
後、炭化硼素皮膜が形成された基材を高温雰囲気炉に入
れ、真空排気後アルゴンガスで置換した。続いて、表1
に示す温度まで、3deg/分の昇温速度で加熱し、1
時間保持して熱処理を実施した。熱処理終了後、装置内
で200℃以下にまで冷却して基材を取り出し、X線回
折による酸化硼素の有無、加湿試験によるクラックの発
生、及びヘリウムリークディテクタにより炭化硼素の気
密性について調べた。結果を表1に示す。
The present invention will be described in more detail with reference to examples. Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 each have a thermal expansion coefficient of 6 × 10 −6 / deg,
A carbon substrate having a diameter of 50 mm and a thickness of 5 mm was used. Using a plasma spraying apparatus (manufactured by Plasma-Technic) having the configuration shown in FIG. 4, boron carbide having a thickness of 200 μm was formed on this substrate in an argon gas atmosphere. Thereafter, the substrate on which the boron carbide film was formed was placed in a high-temperature atmosphere furnace, evacuated, and replaced with argon gas. Then, Table 1
And heated at a rate of 3 deg / min.
The heat treatment was performed while holding for a time. After the heat treatment was completed, the substrate was cooled to 200 ° C. or lower in the apparatus, and the substrate was taken out. The presence or absence of boron oxide by X-ray diffraction, the occurrence of cracks by a humidification test, and the airtightness of boron carbide by a helium leak detector were examined. Table 1 shows the results.

【0037】比較例3 炭化硼素被膜を形成した後の熱処理を、酸素5体積%及
びアルゴン95体積%の混合酸化性ガスを用い、160
0℃で実施した以外は、上記実施例及び比較例と同様に
して実施した。酸化硼素の有無、クラックの発生、及び
気密性については、上記実施例及び比較例と同様にして
調べた。結果を表1に示す。
COMPARATIVE EXAMPLE 3 The heat treatment after the formation of the boron carbide film was carried out by using a mixed oxidizing gas containing 5% by volume of oxygen and 95% by volume of argon.
Except that the test was performed at 0 ° C., the test was performed in the same manner as in the above Examples and Comparative Examples. The presence / absence of boron oxide, generation of cracks, and airtightness were examined in the same manner as in the above Examples and Comparative Examples. Table 1 shows the results.

【0038】比較例4 炭化硼素皮膜の形成を大気プラズマ溶射により行った以
外は、実施例2と同様にして実施した。酸化硼素の有
無、クラックの発生、及び気密性については、上記実施
例及び比較例と同様にして調べた。結果を表1に示す。
Comparative Example 4 The procedure of Example 2 was repeated, except that the boron carbide film was formed by atmospheric plasma spraying. The presence / absence of boron oxide, generation of cracks, and airtightness were examined in the same manner as in the above Examples and Comparative Examples. Table 1 shows the results.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】以上、表1から明らかなように、本発明の
炭化硼素皮膜の製造方法に従って炭化硼素皮膜を形成し
た場合は、炭化硼素皮膜中に酸化硼素が存在せず、単一
の炭化硼素から構成されていることが分かる。また、ヘ
リウムリーク量も極めて低く、本発明の方法によって形
成した炭化硼素皮膜は、気孔の発生が極めて少なく緻密
であることが分かる。
As is clear from Table 1, when the boron carbide film was formed according to the method for producing a boron carbide film of the present invention, no boron oxide was present in the boron carbide film, and a single boron carbide film was formed. It turns out that it is comprised. Further, the helium leak amount is extremely low, and it can be seen that the boron carbide film formed by the method of the present invention has very few pores and is dense.

【0041】一方、表1の比較例1及び2から明らかな
ように、炭化硼素皮膜を形成した後、本発明の温度範囲
で熱処理を実施しない場合は、炭化硼素皮膜内部に硼素
及び炭素が残留していることが分かる。
On the other hand, as is apparent from Comparative Examples 1 and 2 in Table 1, when the heat treatment is not performed within the temperature range of the present invention after forming the boron carbide film, boron and carbon remain inside the boron carbide film. You can see that it is doing.

【0042】また、比較例3では、炭化硼素皮膜中に酸
化硼素が存在する。したがって、本発明と異なり、酸化
性雰囲気中で熱処理を実施した場合は、分解した硼素と
炭素とが再結合して炭化硼素を形成する外に、分解した
硼素が酸素と反応して酸化硼素を形成することが分か
る。さらに、比較例3では、実施例に比較してヘリウム
リーク量が増加していることが分かる。すなわち、上述
したように、分解して残留している炭素と酸素とが反応
して一酸化炭素を生成し、この一酸化炭素が気孔に形成
に寄与していることが分かる。
In Comparative Example 3, boron oxide was present in the boron carbide film. Therefore, unlike the present invention, when heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere, decomposed boron and carbon are recombined to form boron carbide, and decomposed boron reacts with oxygen to form boron oxide. It turns out that it forms. Furthermore, it can be seen that in Comparative Example 3, the helium leak amount was increased as compared with the Example. That is, as described above, it is understood that the carbon remaining after being decomposed reacts with oxygen to generate carbon monoxide, and this carbon monoxide contributes to the formation of pores.

【0043】比較例4では、炭化硼素皮膜は単一の炭化
硼素から形成されているが、実施例に比較してヘリウム
リーク量が多い。これは、酸化性雰囲気中で炭化硼素皮
膜を形成したため、この炭化硼素皮膜中に酸化硼素が含
有され、これが後の熱処理において、上記(5)式に示
すような反応により一酸化炭素を生成し、気孔の形成に
寄与するためである。
In Comparative Example 4, although the boron carbide film was formed of a single boron carbide, the amount of helium leak was larger than that of the Example. This is because a boron carbide film was formed in an oxidizing atmosphere, so that boron oxide was contained in the boron carbide film, and in a subsequent heat treatment, carbon monoxide was generated by a reaction represented by the above formula (5). , To contribute to the formation of pores.

【0044】また、比較例3では、炭化硼素皮膜中に酸
化硼素が含まれているため、加湿試験の後、炭化硼素皮
膜にクラックが発生するが、その他の例では、酸化硼素
を含有しないため、炭化硼素皮膜にクラックが発生しな
いことが分かる。
In Comparative Example 3, cracks were generated in the boron carbide film after the humidification test because boron oxide was contained in the boron carbide film. In other examples, the boron oxide film did not contain boron oxide. It can be seen that no cracks occurred in the boron carbide film.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の炭化硼
素皮膜の製造方法を用いることにより、クラックの発生
や、基材からの剥離の原因であった酸化硼素を含まない
炭化硼素皮膜を製造することができる。
As described above, by using the method for producing a boron carbide film of the present invention, it is possible to obtain a boron carbide film containing no boron oxide, which has caused cracks and peeled off from the substrate. Can be manufactured.

【0046】さらに、本発明では、プラズマ溶射法を用
いて炭化硼素皮膜を形成する段階において、この皮膜中
への酸化硼素の混入を防止する。したがって、その後に
熱処理を実施した場合においても、酸化硼素が残留して
いる炭素と反応して一酸化炭素を生じることがなく、気
孔の少ない極めて緻密な炭化硼素皮膜を製造することが
できる。
Further, in the present invention, at the stage of forming the boron carbide film by using the plasma spraying method, the incorporation of boron oxide into this film is prevented. Therefore, even when the heat treatment is performed thereafter, the boron oxide does not react with the remaining carbon to generate carbon monoxide, and an extremely dense boron carbide film with few pores can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の方法を用いた場合に形成される、プラズ
マ溶射液滴の状態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a state of a plasma sprayed droplet formed when a conventional method is used.

【図2】本発明の方法を用いた場合に形成される、プラ
ズマ溶射液滴の状態を示す図である。
FIG. 2 is a view showing a state of a plasma-sprayed droplet formed by using the method of the present invention.

【図3】従来の方法によって炭化硼素皮膜を製造した場
合における、炭化硼素皮膜の状態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state of a boron carbide film when a boron carbide film is manufactured by a conventional method.

【図4】本発明の炭化硼素皮膜の製造方法を実施するプ
ラズマ溶射装置の概略図である。
FIG. 4 is a schematic view of a plasma spraying apparatus for performing the method for producing a boron carbide film of the present invention.

【図5】従来の炭化硼素皮膜の製造方法によって製造し
た、炭化硼素皮膜のX線回折ピークである。
FIG. 5 is an X-ray diffraction peak of a boron carbide film produced by a conventional boron carbide film production method.

【図6】本発明の炭化硼素皮膜の製造方法によって製造
した、炭化硼素皮膜のX線回折ピークである。
FIG. 6 is an X-ray diffraction peak of a boron carbide film produced by the method for producing a boron carbide film of the present invention.

【図7】従来の炭化硼素皮膜の製造方法によって形成し
た、炭化硼素皮膜の破面の電子顕微鏡写真である。
FIG. 7 is an electron micrograph of a fracture surface of a boron carbide film formed by a conventional method for producing a boron carbide film.

【図8】本発明の炭化硼素皮膜の製造方法によって形成
した、炭化硼素皮膜の破面の電子顕微鏡写真である。
FIG. 8 is an electron micrograph of a fracture surface of the boron carbide film formed by the method for producing a boron carbide film of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

a 炭化硼素の液滴,b (酸化硼素+炭素)層,c
炭化硼素溶射膜,d 基材,e 炭化硼素の液滴,f
(硼素+炭素)層,1 ダストフィルタ,2 ドラフ
ト,3 基材回転装置,4 基材,5 ロボット,6
雰囲気制御系,7 真空ポンプ,8 真空チャンバ,9
電源,10 原料供給系,11 プラズマフレーム,
12 溶射ガン,13 ガス供給系
a Droplet of boron carbide, b (boron oxide + carbon) layer, c
Sprayed film of boron carbide, d substrate, e droplet of boron carbide, f
(Boron + carbon) layer, 1 dust filter, 2 draft, 3 substrate rotating device, 4 substrate, 5 robot, 6
Atmosphere control system, 7 Vacuum pump, 8 Vacuum chamber, 9
Power supply, 10 raw material supply system, 11 plasma frame,
12 Thermal spray gun, 13 Gas supply system

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基材の表面に、非酸化性雰囲気中でプラズ
マ溶射により炭化硼素を形成した後、非酸化性雰囲気中
において、1100〜2400℃の温度で熱処理するこ
とを特徴とする炭化硼素皮膜の製造方法。
1. Boron carbide formed on a surface of a substrate by plasma spraying in a non-oxidizing atmosphere, and then heat-treated at a temperature of 1100 to 2400 ° C. in the non-oxidizing atmosphere. Manufacturing method of the film.
【請求項2】前記基材の熱膨張係数が、4.5〜7×1
-6/degであることを特徴とする請求項1に記載の
炭化硼素皮膜の製造方法。
2. The thermal expansion coefficient of the substrate is 4.5 to 7 × 1.
Method for manufacturing a boron carbide coating according to claim 1, characterized in that the 0 -6 / deg.
【請求項3】前記基材が、カーボン、再結晶炭化珪素、
及びシリコンー炭化珪素複合体から選ばれる少なくとも
1つからなることを特徴とする、請求項2に記載の炭化
硼素皮膜の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the base material is carbon, recrystallized silicon carbide,
The method for producing a boron carbide film according to claim 2, comprising at least one selected from the group consisting of silicon and a silicon-silicon carbide composite.
【請求項4】前記熱処理の温度が、1300〜1600
℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一に
記載の炭化硼素皮膜の製造方法。
4. The temperature of the heat treatment is from 1300 to 1600.
The method for producing a boron carbide film according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature is ℃.
JP36248597A 1997-12-15 1997-12-15 Production of boron carbide film Withdrawn JPH11171669A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36248597A JPH11171669A (en) 1997-12-15 1997-12-15 Production of boron carbide film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36248597A JPH11171669A (en) 1997-12-15 1997-12-15 Production of boron carbide film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11171669A true JPH11171669A (en) 1999-06-29

Family

ID=18476972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP36248597A Withdrawn JPH11171669A (en) 1997-12-15 1997-12-15 Production of boron carbide film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11171669A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005077858A1 (en) * 2004-02-13 2005-08-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Structural element and method for producing said element
CN110678973A (en) * 2017-06-02 2020-01-10 应用材料公司 Dry strip of boron carbide hard mask
CN113862606A (en) * 2021-09-30 2021-12-31 西安特种设备检验检测院 Ceramic metal nylon composite coating for protecting guide shoe and shoe liner of elevator and preparation method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005077858A1 (en) * 2004-02-13 2005-08-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Structural element and method for producing said element
CN110678973A (en) * 2017-06-02 2020-01-10 应用材料公司 Dry strip of boron carbide hard mask
CN110678973B (en) * 2017-06-02 2023-09-19 应用材料公司 Dry stripping of boron carbide hard masks
CN113862606A (en) * 2021-09-30 2021-12-31 西安特种设备检验检测院 Ceramic metal nylon composite coating for protecting guide shoe and shoe liner of elevator and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111978088B (en) Toughened ultrahigh-density ultrahigh-temperature ablation-resistant coating and preparation method thereof
CN113549895A (en) Method for preparing tantalum carbide coating on surface of graphite substrate and graphite device
JPH11236286A (en) Production of boron carbide coating
JPH11171669A (en) Production of boron carbide film
TWI297672B (en) Method for synthesizing aluminum nitride and composite thereof
JP2563947B2 (en) Coating method
CN108504980B (en) High-temperature-resistant ablation-resistant composite coating and preparation method thereof
JPS61266356A (en) Plasma arc sintering for silicon carbide
US6364965B1 (en) Aluminum-containing member and a method for producing such an aluminum-containing member
JPS62282635A (en) Production of mixture of ultra-fine aluminum nitride powder and ultra-fine oxidation-resistant aluminum powder
US7504164B2 (en) Corrosion-resistant member and process of producing the same
JP4028274B2 (en) Corrosion resistant material
JP2005097722A (en) Corrosion resistant member, and method for manufacturing the same
JPH0789776A (en) Production of boron nitride coated carbon material
JPH0676265B2 (en) Method for producing surface-coated carbon material
JP2016510089A (en) Method for depositing a corrosion resistant coating
JP3163551B2 (en) Stress relief type oxidation resistant coating construction method
JP4032178B2 (en) Method for manufacturing silicon nitride sprayed film
JPH03146470A (en) Silicon carbide-based material
JPH05139870A (en) Boron carbide-coated carbon material
JP3197701B2 (en) Method for forming silicon carbide coating on carbon fiber / carbon composite material
JPS6121188B2 (en)
JPH1067578A (en) Porous silicon carbide compact
JPH09249455A (en) Production of silicon carbide compact
JPH0333676B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050301