JPS63236782A - 炭化珪素セラミツクスの表面改質法 - Google Patents
炭化珪素セラミツクスの表面改質法Info
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- JPS63236782A JPS63236782A JP7110087A JP7110087A JPS63236782A JP S63236782 A JPS63236782 A JP S63236782A JP 7110087 A JP7110087 A JP 7110087A JP 7110087 A JP7110087 A JP 7110087A JP S63236782 A JPS63236782 A JP S63236782A
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Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
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
この発明は構造用材料として特に優れている炭化珪素セ
ラミックスを硬度、靭性、耐摩耗性、金属との接合性の
より優れた材料にするための表面改質法に関する。
ラミックスを硬度、靭性、耐摩耗性、金属との接合性の
より優れた材料にするための表面改質法に関する。
従来技術とその問題点
セラミックスは周知の通り、高強度、高硬度、耐摩耗性
に優れた材料であり、広範な用途に使用されている。た
だし、単体では脆く、また硬度が高いため難加工性であ
り、加工時の表面欠陥が内在し易く、この表面欠陥が起
点となって破壊の原因となる等の欠点を有する。また、
非酸化物系は共有結合性を有するため、高温にも十分に
耐え得る強度を有するが、大気雰囲気下では酸化して強
度劣化をきたすという欠点を有する。
に優れた材料であり、広範な用途に使用されている。た
だし、単体では脆く、また硬度が高いため難加工性であ
り、加工時の表面欠陥が内在し易く、この表面欠陥が起
点となって破壊の原因となる等の欠点を有する。また、
非酸化物系は共有結合性を有するため、高温にも十分に
耐え得る強度を有するが、大気雰囲気下では酸化して強
度劣化をきたすという欠点を有する。
このようなセラミックスの欠点を解決する手法として、
従来複合化が検討されている。
従来複合化が検討されている。
特に、セラミックスの表面は前記した通り、破壊起点、
酸化反応、摩耗等が生じる場所であるため、このセラミ
ックスの表面を複合化する方法が種々試みられている。
酸化反応、摩耗等が生じる場所であるため、このセラミ
ックスの表面を複合化する方法が種々試みられている。
例えば、プラズマ溶射法、ＣＶＤ法、スパッタ法等が知
られている。しかしながら、構造材料としての表面複合
化としては、これらの方法ではコーティング層が緻密に
なり難いこと、またコーティング層と母材境界層に欠陥
が生じ易く、機械的応力、熱サイクル時の両者の膨張差
によってコーティング層の剥離が生じる等の問題があっ
た。
られている。しかしながら、構造材料としての表面複合
化としては、これらの方法ではコーティング層が緻密に
なり難いこと、またコーティング層と母材境界層に欠陥
が生じ易く、機械的応力、熱サイクル時の両者の膨張差
によってコーティング層の剥離が生じる等の問題があっ
た。
発明が解決しようとする問題点
炭化珪素（ＳＬＣ＞セラミックスは共有結合材料である
ため、ＳＬ ３ Ｎ４セラミツクスと並び高強度、高硬
度という特徴を有し、広範に使用されている構造材料で
ある。特に硬度が２０００〜２３００ｋｇＪと高く、耐
摩耗材料としても優れている。しかし、・ Ｓｉ３Ｎ
４セラミツクスと比較して脆いという欠点がおり、靭性
値としてＳｉ３Ｎ４が約５８Ｎ／ｍ であるのに対し
、ＳＬＣは２〜３ Ｍ１４／Ｉｎ と低いことからも
明らかでおる。また、ＳＬＣは他成分と反応し難い性質
があるため、Ｓｉ３Ｎ＜より焼結が困難であり、金属と
の接合も困難な材料である。
ため、ＳＬ ３ Ｎ４セラミツクスと並び高強度、高硬
度という特徴を有し、広範に使用されている構造材料で
ある。特に硬度が２０００〜２３００ｋｇＪと高く、耐
摩耗材料としても優れている。しかし、・ Ｓｉ３Ｎ
４セラミツクスと比較して脆いという欠点がおり、靭性
値としてＳｉ３Ｎ４が約５８Ｎ／ｍ であるのに対し
、ＳＬＣは２〜３ Ｍ１４／Ｉｎ と低いことからも
明らかでおる。また、ＳＬＣは他成分と反応し難い性質
があるため、Ｓｉ３Ｎ＜より焼結が困難であり、金属と
の接合も困難な材料である。
この発明は構造材料として広範に使用されている炭化珪
素セラミックスの特徴である高硬度、耐摩耗性をさらに
向上させるとともに、このセラミックスの欠点である脆
さ、難接合性を改善するための表面改質法を提案せんと
するものである。
素セラミックスの特徴である高硬度、耐摩耗性をさらに
向上させるとともに、このセラミックスの欠点である脆
さ、難接合性を改善するための表面改質法を提案せんと
するものである。
問題点を解決するための手段
この発明は炭化珪素セラミックスの前記問題点を解決す
る手段として、炭化珪素セラミックスの表面をガスと反
応させることによって改質する方法を提案するものであ
り、その要旨は、炭化珪素セラミックスを、ＮＨ３ガス
および／またはＮ２およびＮ２の混合ガスを含有するガ
ス雰囲気中、１８０〜１０４０℃の温度範囲で処理する
ことによって、セラミックス表面にＳｉ３Ｎ＜の硬化層
を形成することを特徴とするものである。
る手段として、炭化珪素セラミックスの表面をガスと反
応させることによって改質する方法を提案するものであ
り、その要旨は、炭化珪素セラミックスを、ＮＨ３ガス
および／またはＮ２およびＮ２の混合ガスを含有するガ
ス雰囲気中、１８０〜１０４０℃の温度範囲で処理する
ことによって、セラミックス表面にＳｉ３Ｎ＜の硬化層
を形成することを特徴とするものである。
以下、この発明方法について詳細に説明する。
表面をガスその他と反応させて硬化させる方法は、鉄鋼
材料では一般に行なわれている。例えば、浸炭法、浸硫
法、金属浸透法等がある。これらのうち、ガスと反応さ
せる方法は、Ｃｏ、 ＣＨ，。
材料では一般に行なわれている。例えば、浸炭法、浸硫
法、金属浸透法等がある。これらのうち、ガスと反応さ
せる方法は、Ｃｏ、 ＣＨ，。
Ｃ２Ｈ５，Ｃ３１％等による浸炭、ＮＨ３による窒化等
が実施されている。鉄鋼材料の窒化硬化は、微量成分で
あるＭ、ＣｒがＮと化合して安定な窒化物をつくるため
、格子に大きな歪みが生じて硬化すると言われている。
が実施されている。鉄鋼材料の窒化硬化は、微量成分で
あるＭ、ＣｒがＮと化合して安定な窒化物をつくるため
、格子に大きな歪みが生じて硬化すると言われている。
この発明は炭化珪素セラミックスの表面をガスと反応さ
せる方法として、炭化珪素セラミックスの主成分である
ＳＬＣとＮＨ３ガスとを反応させて、表面にＳｉ３Ｎ４
の硬化層を形成させる方法である。
せる方法として、炭化珪素セラミックスの主成分である
ＳＬＣとＮＨ３ガスとを反応させて、表面にＳｉ３Ｎ４
の硬化層を形成させる方法である。
第１図にＳＬＣとガスの反応性を示すごとく、ＳＬＣの
反応性については生成自由エネルギーで明らかである。
反応性については生成自由エネルギーで明らかである。
ＮＨ３は約１８０℃でＮ２とＮ２に分解し、これらのガ
スがＳｊＣと反応してＳｉ３Ｎ４となる。この反応は１
０４０℃以下で進行する。したがって、ガス処理温度は
１８０〜１０４０℃の温度域が適当である。
スがＳｊＣと反応してＳｉ３Ｎ４となる。この反応は１
０４０℃以下で進行する。したがって、ガス処理温度は
１８０〜１０４０℃の温度域が適当である。
ガス組成としては、ＮＨ３ガスが好適であるが、Ｎ２．
Ｎ２の混合ガスでも勿論支障はない。ざらに、反応
速度は遅くなるがａｔを含まない他成分ガスとの混合ガ
スも使用可能である。雰囲気ガス中に０２を含有すると
ＳＬＣがＳｉＯｅに酸化し、ガスとＳｉＣとの反応を妨
げるためである。
Ｎ２の混合ガスでも勿論支障はない。ざらに、反応
速度は遅くなるがａｔを含まない他成分ガスとの混合ガ
スも使用可能である。雰囲気ガス中に０２を含有すると
ＳＬＣがＳｉＯｅに酸化し、ガスとＳｉＣとの反応を妨
げるためである。
また、反応焼結ＳＬＣには不純物として有利Ｓｉを含有
しているが、このＳＬがＮ２と反応してＳｉ３Ｎｓが生
成し、表面窒化が促進される。
しているが、このＳＬがＮ２と反応してＳｉ３Ｎｓが生
成し、表面窒化が促進される。
なお、処理時間としては特に限定するものではないが、
通常１〜２４時間程時間子分である。
通常１〜２４時間程時間子分である。
実 施 例
■ ２材質のＳＬＣセラミック焼結体をＮＨ３ガスまた
はＮ２／Ｎ２混合ガス雰囲気中、４００℃、９００℃の
各温度で８ｈｒ熱処理し、ＥＳＣＡでＳＬ ３ Ｎ４の
生成を確認し、ざらに硬度を測定した結果を未処理試料
と比較して第１表に示す。
はＮ２／Ｎ２混合ガス雰囲気中、４００℃、９００℃の
各温度で８ｈｒ熱処理し、ＥＳＣＡでＳＬ ３ Ｎ４の
生成を確認し、ざらに硬度を測定した結果を未処理試料
と比較して第１表に示す。
第１表の結果より明らかなごとく、本発明法により硬度
が向上した。
が向上した。
■ 粉体供給用配管ライナーに、ＳＬＣセラミックスを
上記■と同じ手法により温度４００℃で熱処理したもの
を使用した結果、従来の未処理のＳＬＣセラミックスの
寿命が４５日であったのに対し、本発明法により得られ
たものは寿命が９０日と２倍に延命できた。
上記■と同じ手法により温度４００℃で熱処理したもの
を使用した結果、従来の未処理のＳＬＣセラミックスの
寿命が４５日であったのに対し、本発明法により得られ
たものは寿命が９０日と２倍に延命できた。
発明の効果
この発明方法は、上記のごとく炭化珪素セラミックスを
、ＮＨ３、Ｎ２およびＮ２を含有するガス雰囲気中、１
８０〜１０４０℃の温度域で処理することにより、炭化
珪素セラミックスの主成分であるＳＬＣとＮＨ３との反
応によりセラミックス表面にＳｉ３Ｎ＊硬化層を形成さ
せる方法であるから、得られるＳｉ３Ｎ４硬化層は非常
に緻密で、かつ母材との境界層に欠陥が生じるようなこ
とがなく、機械的応力、熱サイクル時の両者の膨張差に
よって剥離が生じないものである。
、ＮＨ３、Ｎ２およびＮ２を含有するガス雰囲気中、１
８０〜１０４０℃の温度域で処理することにより、炭化
珪素セラミックスの主成分であるＳＬＣとＮＨ３との反
応によりセラミックス表面にＳｉ３Ｎ＊硬化層を形成さ
せる方法であるから、得られるＳｉ３Ｎ４硬化層は非常
に緻密で、かつ母材との境界層に欠陥が生じるようなこ
とがなく、機械的応力、熱サイクル時の両者の膨張差に
よって剥離が生じないものである。
また、５ｊ３Ｎ４は酸化物との反応性が高いため、ＳＬ
Ｃセラミックスの接合界面をＳｉ３Ｎ４に反応させるこ
とにより、接合性を向上できる。
Ｃセラミックスの接合界面をＳｉ３Ｎ４に反応させるこ
とにより、接合性を向上できる。
上記のごとく、この発明方法によれば、炭化珪素セラミ
ックスの高硬度、耐摩耗性をより向上させることができ
るとともに脆さ、難接合性も改善することができるので
、従来の表面複合化法により得られるものに比べより高
品質の炭化珪素セラミックスが得られる。
ックスの高硬度、耐摩耗性をより向上させることができ
るとともに脆さ、難接合性も改善することができるので
、従来の表面複合化法により得られるものに比べより高
品質の炭化珪素セラミックスが得られる。
図面はこの発明におけるＳｉＣとガスの反応性を示す図
である。
である。
Claims (1)
- 炭化珪素セラミックスを、ＮＨ＿３ガスおよび／または
Ｎ＿２とＨ＿２の混合ガスを含有するガス雰囲気中、１
８０〜１０４０℃の温度範囲で処理することによって、
セラミックス表面にＳｉ＿３Ｎ＿４の硬化層を形成する
ことを特徴とする炭化珪素セラミックスの表面改質法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7110087A JPS63236782A (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 炭化珪素セラミツクスの表面改質法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7110087A JPS63236782A (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 炭化珪素セラミツクスの表面改質法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63236782A true JPS63236782A (ja) | 1988-10-03 |
Family
ID=13450785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7110087A Pending JPS63236782A (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 炭化珪素セラミツクスの表面改質法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63236782A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2704855A1 (fr) * | 1987-12-03 | 1994-11-10 | Air Prod & Chem | Article en carbone revêtu résistant à l'oxydation et procédé de fabrication. |
| BE1007690A4 (fr) * | 1989-07-06 | 1995-10-03 | Air Prod & Chem | Carbone resistant a l'oxydation et procede pour le produire. |
| EP0677496A2 (en) * | 1994-04-12 | 1995-10-18 | New Oji Paper Co., Ltd. | Process for producing silicon carbide material |
| EP1015134A4 (en) * | 1997-01-10 | 2000-11-22 | Univ Drexel | SURFACE TREATMENT OF CERAMIC MATERIALS 312 AND ITS PRODUCTS |
-
1987
- 1987-03-25 JP JP7110087A patent/JPS63236782A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2704855A1 (fr) * | 1987-12-03 | 1994-11-10 | Air Prod & Chem | Article en carbone revêtu résistant à l'oxydation et procédé de fabrication. |
| BE1007690A4 (fr) * | 1989-07-06 | 1995-10-03 | Air Prod & Chem | Carbone resistant a l'oxydation et procede pour le produire. |
| EP0677496A2 (en) * | 1994-04-12 | 1995-10-18 | New Oji Paper Co., Ltd. | Process for producing silicon carbide material |
| EP0677496A3 (ja) * | 1994-04-12 | 1995-11-22 | New Oji Paper Co Ltd | |
| EP1015134A4 (en) * | 1997-01-10 | 2000-11-22 | Univ Drexel | SURFACE TREATMENT OF CERAMIC MATERIALS 312 AND ITS PRODUCTS |
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