JPH0222162A - セラミックス焼結体およびその製造法 - 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、セラミックス焼結体およびその製造法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般に、工業用材料としてのセラミックスは、高温にお
ける強度を確保するためになるべく緻密な組織のものが
好ましいとされ、製造に当たっても、なるべく緻密な焼
結体が得られるように、原材料、焼結助剤、成形条件、
焼結条件等の選択が行われる。

比較的低密度のセラミックスも一部の用途においては使
用可能であり、また好まれる場合もあるが、そのような
ものは、それに応じた製造法によって全体が低密度のも
のに作られる。いずれにせよ、全体が単一化学組成の一
つのセラミックス焼結体においては密度も一様のものが
普通であり、高密度部分と低密度部分とが混在するよう
なものは、従来作られていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、セラミックスを金属と接合する場合、あ
るいはセラミックス同士を接合する場合、緻密な高強度
セラミックスは、接着剤となるろう材、活性金属等が表
面によくなじまず、したがって高い接合強度を得ること
ができないという問題があった。

また、使用状態においてセラミックスの周辺に急激な温
度変化が生じた場合、当然、セラミックス表層部の温度
変化が芯部よりも大きく且つ急速であるから、表層部に
おいて亀裂や劣化が生じ易いが、そのような傾向は、緻
密な高強度セラミックスにおいて特に顕著である。

本発明の目的は、高強度を達成するためにセラミックス
を緻密化した場合に生じる上述のような問題点を解決し
、高強度でありながら接合が容易で耐熱衝撃性にもすぐ
ｔ；セラミックスを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成することに成功した本発明は、全体が実
質的に同一化学組成のセラミックス焼結体からなりその
全部または一部において表層部の密度が芯部の密度より
も低いことを特徴とするセラミックス焼結体、およびそ
の製造法として、セラミックス焼結原料と焼結助剤との
混合物を成形し、得られた成形体を焼結原料の焼結温度
以上の温度に加熱してセラミックス焼結体を製造するに
当たり、成形体をその焼結開始前に減圧下焼結温度以下
の温度に加熱することにより成形体表層部にある焼結助
剤の一部を気化させて除き、その後、常圧下に加熱して
焼結を進めることを特徴とするセラミックス製造法を提
供するものである。

上記本発明の製造法により表層部のみが低密度のセラミ
ックス焼結体を製造する場合は、従来のセラミックス製
造法と異なり焼結助剤の一部を焼結開始前に気化させて
除くので、焼結助剤としては、少なくとも一部に、減圧
下焼結温度以下の温度において分解しまたは蒸発して気
化するもの（以下、気化性焼結助剤という）を用いる必
要がある。使用可能な気化性焼結助剤の例としては、た
とえば炭化ケイ素質セラミックスを製造する場合、リン
化ホウ素、アルミニウム、ホウ化アルミニウム、ベリリ
ウム化合物などがある。炭化ケイ素質セラミックスを製
造するに当たり気化性焼結助剤と併用可能な非気化性焼
結助剤としては、炭素、ホウ素、炭化ホウ素、窒化ホウ
素などがある。

上述のような気化性焼結助剤を少なくとも一部に用いる
ことを除けば、焼結原料の選択、成形条件等に制限はな
い。

焼結助剤を混入した焼結原料からなる成形体は、焼結に
先立って、減圧下に焼結温度以下の温度に加熱する。た
とえば、炭化ケイ素質セラミックスを製造する場合にお
いて気化性焼結助剤としてアルミニウムを用いたときは
、１０−２＋＋ｍＨｇ程度の真空状態にして約１３００
°Ｃに昇温する。アルミニウムの蒸気圧は１２８４℃で
Ｉ　ＩＩｆｆｉｎｇであるから、この加熱により、成形
体表面からアルミニウムが活発に蒸発する。このとき焼
結はまだ起こっていないので、成形体芯部で気化したア
ルミニウムも成形体表面に向かって拡散するが、表面か
らのアルミニウムの離脱が急速なため、表面に近い部分
はどアルミニウムの少ない状態が形成される。この部分
的焼結助剤除去工程の温度、真空度、処理時間等の処理
条件は、用いた気化性焼結助剤の気化特性や量、表層部
と芯部について意図する密度差などに応じて、実験的に
選定する（温度に関しては、焼結開始温度まで上げてお
き、そのまま焼結工程に移行することも可能である。）
。この後、常圧に戻し、温度を約２０００℃に上げ、焼
結を開始させる。表層部は、焼結助剤が少ないため芯部
はとには焼結が進まない。したがって、焼結が終わった
とき、表層部は芯部よりも低密度である。

上記製造法の部分的焼結助剤除去工程において、気化し
た焼結助剤の離脱を妨げ得るシールド材（たとえば鉄、
ニッケル等の金属板、アルミナ、シリカ等の微粉末）で
成形体表面の一部を覆うと、その箇所だけは、表層部も
芯部と同じ量の焼結助剤を含有したまま焼結処理される
から、緻密な表層部になる。このようにして、表層部の
中でも所望の箇所だけを低密度のものとすることもでき
る。

〔実施例〕

実施例１ 平均粒径０．５μｍのアルミニウム粉末（気化性焼結助
剤）１．０％、ノボラック型フェノール樹脂３．０％、
平均粒径０．４μｍの炭化ホウ素粉末０．５％、残部が
平均粒径０．５μｍの炭化ケイ素粉末からなる原料混合
物を、アセトンを分散媒として湿式ボールミルで混合し
てから乾燥し、粉砕した。得られた原料混合物粉末を、
単軸プレスを用いて、１　、５１　ｏｎ／ａｍ”の圧力
で径３０ｍｍ×厚さｌＯｍ＋＋＋の円盤状に成形した。

得られた成形体をアルゴンガス中で加熱して３０℃／Ｆ
ｉｒの割合で昇温し、１３００°Ｃで１０−”ｍｎ［１
ｇの真空状態にして３時間保持することによりアルミニ
ウムの一部を除去し、その後、３００°Ｏ／Ｈｒで昇温
し、２０００°Ｃで焼結させた。

実施例２ 実施例１の場合と同様にして得られた原料混合物の成形
体を、アルゴンガス中で３００°Ｏ／Ｈｒで昇温し、１
４００°Ｃで１０−３ｍｍ［１ｇにして３時間保持する
ことによりアルミニウムの一部を除去し、その後、３０
０℃／Ｈｒで昇温し、２０００°Ｃで焼結させた。

上記２例による製品について表面から芯部にかけての密
度の変化を調べた結果を第１図に示す。また、分析用半
製品（アルミニウムの一部を除去する工程までの処理を
した、未焼結のもの）について表面から芯部にかけての
アルミニウム含有率の変化を調べた結果を第２図に示す
。

また、実施例２の製品を銀ロウ箔（厚さ３μｍ）および
チタン箔（厚さ１μｍ）でステンレス鋼板（ＳＵＳ３ｏ
ｔ）と１０００°Ｃで溶融結合させたところ、結合強度
は６ｋｇ／ａｍ”であった。同じ原料からアルミニウム
の一部を気化させることなく製造した全体が緻密な対照
例焼結体は、同様の結合試験において１　、２　ｋｇ／
ｍｓ＋２の結合強度を示した。さらに、実施例２の製品
の耐熱衝撃性を水中急冷法（加熱状態から瞬時に水中に
投入し、製品強度の劣化の有無を調べる）で試験したと
ころ、ΔＴ（劣化が起こる加熱温度と水温の差）は３５
０℃であり、対照例焼結体のそれは２５０°Ｃであった
。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明によるセラミックス焼結体は表面
だけが低密度で、微細な気孔を有するものものであるか
ら、全体としては優れｔ；強度を有するにもかかわらず
、強力な接合が可能であり、また耐熱衝撃性にも優れた
ものである。本発明の製造法によれば、この不均一構造
のセラミックス焼結体を単一の原料混合物から、また複
雑な成形法を採用する必要もなく、容易に製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例による製品の表面から芯部にかけての密
度の変化を示すグラフ、第２図は分析用半製品の表面か
ら芯部にかけてのアルミニウム含有率の変化を示すグラ
フである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）全体が実質的に同一の化学組成のセラミックスか
   らなり、その全部または一部において、表層部の密度が
   芯部の密度よりも低いことを特徴とするセラミックス焼
   結体。
2. （２）セラミックス焼結原料と焼結助剤との混合物を成
   形し、得られた成形体を焼結原料の焼結温度以上の温度
   に加熱してセラミックス焼結体を製造するに当たり、成
   形体をその焼結開始前に減圧下焼結温度以下の温度に加
   熱することにより成形体表層部にある焼結助剤の一部を
   気化させて除き、その後、常圧下に加熱して焼結を進め
   ることを特徴とする請求項１記載のセラミックス焼結体
   の製造法。