JPS60200882A - 高強度セラミツクス焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱機関等の高温構造利用素材として使用され
る高強度セラミックス焼結体に関する。

（従来技術） 窒化珪素、炭化珪素等の非酸化物セラミックスは、高強
度、高硬度であり、耐熱性、耐摩耗性、耐腐食性などに
優れているため、近年、自動車用エンジンをはじめとす
る熱機関の高温構造材用素材として注目されている。と
ころが、これらの物質の焼結体は靭性の低いいわゆる脆
性材料であり、衝撃的な力に対して極めて弱いという最
大の欠点が実用化を大変遅らせている。

上記のようなセラミックスの強度試験を行なう時、金属
と大きく異なる点はセラミックスの破壊はほとんどの場
合、破壊起点とよばれる点への応力集中によって起こる
ことである。破壊起点は表面のクランク、研摩キズ、焼
成時に内部に生成した気孔が研摩によって表面に出たも
のなどのように焼結体表面に存在する場合と、内部の気
孔、異物等のように焼結体内部に存在する場合があり、
それらは破断面の観察によって判別できる。本発明者は
３点曲げ強度試験を多数行なう間に、破壊起点の約７〜
８割が試料表面に存在することを知った。そして、これ
らの破壊起点は焼結体内部に含まれるクランクや気孔が
研摩によって表面に露出したものであり、焼成体そのも
のに含まれるものであるため、いかに優れた研摩技術を
用いても本質的に取り除くことは不可能なものであった
。

（発明の目的） 本発明はセラミックス焼結体の強度を向上しようとする
ものである。

（発明の構成） 本発明は上記の目的を達成するため、セラミックス焼結
体の表面に非晶質セラミックス層を化学気相法により形
成せしめた構成を具備するものである。

本発明において、母材となるセラミックス焼結体は、窒
化珪素、炭化珪素、窒化チタンなどの月質で構成され、
非晶質セラミックス層も同様の材質で構成されている。

ここにおいて、セラミックス焼結体は窒化珪素、非晶質
セラミックス層も窒化珪素というように両者とも同一の
材質の組合せで構成してもよいし、非晶質セラミックス
層は炭化珪素、セラミックス焼結体は窒化珪素というよ
うに異種材質の組合せでもよい。

本発明において、非晶質セラミックス層を形成するセラ
ミックス焼結体の表面は予め研摩しておくとよい。この
セラミックス焼結体は結晶質のものである。

（発明の効果） 本発明によれば、破壊起点となるセラミックス焼結体の
表面のキズ、クランク、気孔が非晶質セラミックス層に
よって埋められ、セラミックス焼結体の強度が向上する
。

なお、セラミックス層は非晶質であり、かつ化学気相法
で形成されているため、極めて微細な粒子で構成され、
その表面にキズ、クランク、気孔が生じることがない。

（実施例） 以下本発明を具体的実施例により詳細に説明するが、こ
れら実施例に本発明が制限を受けるものではない。

〔実施例１〕 ３点曲げ試験用の通常の窒化珪素焼結体のサンプルを１
００本用意した。これらはすべて断面３１１Ｘ４１１％
長さ５０ｍで表面粗度等はｌ１ｌｓＲ１６０１ファイン
セラミックスの曲げ強さ試験方法」に定められる条件を
満たすものである。

このうち５０本に本発明による表面処理を施した。

本実施例に用いた表面処理装置の模式図を図面に示す。

この装置は気密性に優れた真空容器１であり、油回転真
空ポンプ（Ｒ，Ｐ、）や油拡散真空ポンプ（’Ｄ、Ｐ、
　）などで真空引きでき、ガスボンベ３，４．５より原
料ガスを容器１内に導き、上部電極１１と下部電極１２
との間に高周波をかけることにより、電極１１．１２間
にプラズマを発生させるものである。下部電極１２の下
にはヒータ１３が装着されており、室温４００℃までの
任意の温度に加熱できる。まず、３点曲げ強度ｉ工（験
用サンプル２を下部電極１２の上にのせ、容器１を５ｘ
ｌＯ−６ｔｏｒｒまで真空引きし、下部電極１２を２５
０°Ｃに加熱した後、Ｓ　ｉ　ＩＩ　４ガス４０　ｃｃ
／ｍ　ｉ　ｎ、　ＮＨ３ガス８０　ｃｃ　／　ｍ　ｉ　
ｎ、Ｎ２ガス１００ｃｃ／ｍ　ｉ　ｎを混合して流しな
がら電極１１．１２間に５０Ｗの高周波を印加した。約
６時間後、サンプルを取り出し、断面写真をとると約３
０μｍの膜が堆積していることが観察された。

また、分析の結果、この層は非晶質の窒化珪素であるこ
とがわたった。この処理を施したサンプルと、無処理の
サンプルとの３点曲げ試験の結果を表１に示す。なお、
処理を施したサンプルの強度試験においては、非晶質窒
化珪素膜の堆積している面を下にして実施した。

表１ 〔実施例２〕 実施例１と同様の実験を炭化珪素に対して行なった。３
点曲げ試験用炭化珪素サンプルを１００本用意し、うち
５０本の表面に図面に示す装置により非晶質炭化珪素膜
を堆積させた。ただし、ガス流量はＳｉＨ４ガス４０ｃ
ｃ／ｍｉ　ｎ、、Ｃ２Ｈ８ガス４０　ｃｃ／ｍ　ｉ　ｎ
、　Ｈ２ガス１００ｃｃ／ｍ　ｉ　ｎであり、その他の
条件は実施例１と同様である。

これらの３点曲げ強度試験の結果を表２に示す。

表２

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供する製造装置を模式的に示す断
面図である。 代理人弁理士　岡　部　隆

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１表面に、化学気相法により堆積した非晶質セラミ
   ックス層を有した高強度セラミックス焼結体。 （２）前記セラミックス層は窒化珪素または炭化珪素に
   より構成されている特許請求の範囲第１項記載の高強度
   セラミックス焼結体。 （３）前記セラミックス焼結体は前記セラミックス層と
   同じ材料により構成されている特許請求の範囲第２項記
   載の高強度セラミックス焼結体。