JPH022835B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多孔質表層を有するセラミツクスの製
造方法、特にはセラミツクスと金属を一体化接合
してセラミツクス―金属、乃至は金属を介したセ
ラミツクス―セラミツクスの複合材を形成する場
合等に用いて好適な多孔質表層を有するセラミツ
クスの製造方法に関する。

（従来の技術） セラミツクスは、耐熱性、耐摩耗性、絶縁性等
に優れ、高温構造材、エレクトロニクス部品等に
多く用いられているが、難加工性、脆性等のた
め、従来複雑な構造物の場合には、分割成形され
た小部品を何らかの方法で接合集成してつくると
か、脆性を補つたり導電性を与えるために、金属
を接合して複合材とし、それを加工する等のこと
が行われている。特に、セラミツクス基板自体の
表面に金属を接合一体化することは、セラミツク
スの最大の欠陥である脆性を金属の靭性によつて
補うことになり、従つて、セラミツクス―金属の
複合材は、セラミツクスの耐熱性、耐腐食性、耐
摩耗性等の優れた性質を最大限に生かし、しかも
他の金属との接合を行う場合にも、金属―金属の
接合を一般的なろう付け、溶接等で行うことを可
能とし、加工を容易とする等、構造材、産業用部
品等に広く応用実施化可能である。

而して、セラミツクス―金属の接合を行う方法
としては、従来たとえば焼ばめ、嵌合等の機械的
方法、有機、無機の接着剤による接着剤法等のほ
か、ソルダー法として耐熱金属粉末を焼結する方
法、活性金属を化学的に結合する方法、融着性金
属で仲介接合する方法、その他が知られている。
活性金属による方法としては、たとえば特開昭55
―27861に示されているように、炭酸銀粉末を用
いて熱分解時に生じるその化学的活性作用を利用
して、セラミツクス表面に金属銀膜を焼付け形成
する方法、融着性金属の仲介による方法として
は、たとえば特開昭56―59682に示されている如
く、銅又はその合金を介在させてセラミツクス表
面にニツケル又はその合金の金属膜を融着形成す
る方法が知られており、又耐熱金属粉末による方
法としては、銀ペーストを塗布して焼結する方法
が周知である。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、従来知られている上述の如き方法
は、特定の金属のみしか利用することができな
い。加熱条件が限定される、仲介金属が必要であ
る等のほか、さらに他の方法による場合には、特
殊雰囲気内での熱処理を必要としたり、複雑な工
程を必要とし、又機械的方法の場合は応力集中が
起き易く、接着剤法の場合は接着強度、使用可能
な温度に限度があり、又製造コストが高くつく等
の問題があつた。

本発明は上述の問題点に鑑み、何らの仲介物を
要せず、焼結金属の化学的性質を利用する等のこ
ともなく、単にセラミツクス基板の表層を略均一
な多孔質構造として、該多孔の構造部に溶融金属
を流入せしめ、機械的にセラミツクスの表層に均
一な金属層を形成することができるようにした、
極めて簡単で低コストにより実施可能な多孔質表
層を有するセラミツクスの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は繊維シー
トに予めセラミツクスを含浸させた多孔形成層を
未焼結のまま乃至は焼結して後、該多孔形成層を
未焼結乃至は既焼結のセラミツクス成形体の表面
に密接させて一体に焼結せしめ、焼結時に繊維シ
ートが完全燃焼されることによつてセラミツクス
成形体の表層を多孔質に形成せしめるようにした
多孔質表層を有するセラミツクスの製造方法を要
旨とするものである。

上記多孔形成層は、セラミツクス原料粉体を液
状にして繊維シートに含浸せしめて形成するが、
この場合繊維シートは単層のものをそのまま用い
てもよいし、複数層（枚）重ねたものを用いても
よい。又、該多孔形成層及びセラミツクス成形体
が共に未焼結の場合には、両者を単に密接して焼
結すれば、容易に相互間は一体化結合することが
でき、又いずれか一方が既焼結の場合にも、略そ
のまま密接して焼結することで一体化結合せしめ
ることが可能である。而して、両者が共に既焼結
の場合には、両者間にたとえば0.1〜15MPa程度
の圧力をかけながら再焼結することで、固相結合
により接合一体化させることができる。

繊維シートは、燃焼により残存固形分が生じな
いような天然繊維を用いるのが好ましく、焼結時
に完全に燃焼してしまうものであればよい。又該
繊維シートは繊維分が規則的、不規則的いずれの
状態で配列されているものであつてもよく、織
物、紙等が用いられうる。

（作用） 上述の本発明方法によれば、セラミツクス成形
体の表層には、繊維シートにセラミツクスが含浸
された多孔形成層が一体に形成され、該繊維シー
ト部分は焼結時に完全に燃焼して規則的乃至は不
規則的な空隙を形成し、セラミツクス成形体の表
層全体に均質な多孔質層が形成される。

尚、斯く形成した多孔質表層を有するセラミツ
クスを用い、その該多孔内に溶融金属を流入し凝
固させれば、セラミツクス成形体の表面に、金属
層が全体に均一に強固に接合して、一体化したセ
ラミツクス―金属の複合材が得られる。従つて、
斯かる金属を一体化したセラミツクスに他の金属
を接合する場合には、該複合材の金属層に対し、
従来周知のろう付け、溶接等を用いることによつ
て、容易に確実に接合させることができる。上記
複合材を形成するには、たとえばセラミツクスの
多孔質表層を上方に向け、該多孔質表層上に所要
の複合用金属片を置き、高温炉乃至はバーナ等で
該金属の溶融温度以上に加熱し、金属を溶融して
該多孔質表層の空隙部分に流入せしめ、その後常
温まで徐冷し凝固させる。これによつてセラミツ
クスと金属は、表層において均一に機械的に強固
に接合され、セラミツクス―金属の複合材が形成
される。この場合、多孔質層を形成するに際して
繊維シートを複層としてなした場合には、多孔形
状が複雑となり接合強度はより大きくなる。又こ
の際、セラミツクスの多孔質表層の空隙容量より
以上の溶融金属を流すことによつて、セラミツク
ス表面に適宜の厚さの金属層をも形成することが
できる。尚、複合材を形成するための金属として
は、その溶融温度がセラミツクスの構造の破壊、
著しい強度の劣下を生ぜしめるような温度を必要
とするものは適当でない。

尚、予め異種金属母材に対しそれよりも融点の
低い接合用の仲介金属を接合しておき、該二層の
金属を本発明方法によつて形成したセラミツクス
の多孔質表層に密着させて加熱し、接合用金属層
を溶融すれば、一度の加熱操作で異種金属母材を
一体化したセラミツクス―金属の複合材が得られ
る。

又、本発明方法によつて形成した異なる二枚の
セラミツクスの各多孔質表層を対向させ、金属を
介在せしめて密着溶融させることにより多孔に金
属を流入させれば、一回の加熱操作で、金属を介
して強靭性を有した異種乃至は同種のセラミツク
ス同士の複合材が容易に得られる。又本発明方法
によつて形成した多孔質表層を有するセラミツク
スによれば、異種乃至は同種のセラミツクスを多
層に形成することも容易に可能である。

（実施例） 第１図は本発明方法を説明するための成形後の
多孔質表層を有するセラミツクスの一例の部分断
面図、第２図は第１図セラミツクスの成形過程の
説明用の部分断面図である。

本発明方法により、第１図で示す如くセラミツ
クス成形体２の表層に多孔質表層３を有するセラ
ミツクス１を成形するには、第２図で示す如く、
基板となる未焼結乃至は既焼結のセラミツクス成
形体２に対し、予め好ましくは天然素材からなる
比較的粗目の織物、紙等の繊維シートに、上記セ
ラミツクスと同一又は異種セラミツクスを流動状
として含浸させ、未焼結のまま乃至は焼結してな
る多孔形成層２３を、矢印の如く重合し密接一体
化せしめる。而して、該セラミツクス成形体２と
多孔形成層２３とが、共に未焼結かいずれか一方
が既焼結の場合には、単に密接重合したまま焼結
し、共に既焼結の場合には、0.1〜15MPa程度で
圧力をかけながら再焼結する。上記焼結温度はセ
ラミツクスの種類たとえばアルミナ、炭化珪素、
窒化珪素、ジルコニア等によつて適宜設定し、再
焼結温度は接合セラミツクスの融点の約1/2以上
に設定して行う。

斯くして、多孔形成層２３は接合の前後に拘わ
らず、その焼結時に繊維分に完全に燃焼し、その
部分に空隙が形成されて、第１図で示す如きセラ
ミツクス成形体２と多孔質表層３が一体となつた
セラミツクス１が形成される。

尚、上記のセラミツクス１を用いて、その多孔
質表層の空隙部に溶融金属を流入し凝固させれ
ば、強靭性を有するセラミツクス―金属の複合材
が得られる。これは他の金属母材を周知のろう付
け、溶接等により容易に接合させることができ、
たとえば機械や装置の耐熱部材として適用し、そ
の高温運転を可能とすることができる。

又、斯かる如き基材としてのセラミツクスと金
属母材との接合は、本発明方法によつて形成した
セラミツクスを用いて、次のようにして行うこと
もできる。即ち、第３図に示す如く母材としての
金属４に、予めそれよりも融点の低い金属５を溶
接等により接合或は単に重合しておき、本発明に
よつて形成した第１図のセラミツクス１の多孔質
表層３に対し、矢印の如く上記接合用の金属５を
密着せしめ、加熱により該金属５を溶融させれ
ば、一度の加熱操作で基材としてのセラミツクス
成形体２と金属母材４とを容易に接合複合化せし
めることができる。さらに又、異種乃至は同種の
セラミツクス同士を接合する場合には、それらセ
ラミツクスを共に本発明方法によつて多孔質表層
を有するセラミツクスとして形成し、金属を溶融
介在させて接合し複合化することができる。即
ち、第４図に示す如く、上記と同様の各セラミツ
クス１Ａ，１Ｂの多孔質表層３Ａ，３Ｂを対向さ
せ、金属６を介在させて矢印の如く相互に密着せ
しめて後、加熱して該金属６を溶融すれば、該金
属６が各セラミツクス１Ａ，１Ｂの多孔部に流入
し、一体的に接合して異種乃至は同種のセラミツ
クス同士による複合化をなさしめることができ
る。斯かる如きセラミツクスの複合材は、強靭な
耐熱、耐摩耗材として機械、装置等に適用しう
る。

（発明の効果） 以上の如く、本発明方法によれば、セラミツク
スの焼結時に完全燃焼して、該燃焼部分に空隙が
生じるようなセラミツクスを含浸した繊維シート
層を設けることによつて、セラミツクス成形体表
層に多孔質層を極めて容易に、低コストで形成す
ることができ、セラミツクス―金属の複合材を形
成する場合に極めて強固に接合化可能のセラミツ
クスを得ることができ、さらに斯かるセラミツク
スをもつて、異種金属、異種乃至同種のセラミツ
クスとの接合も容易に、確実に行わせることがで
きる等の特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を説明するための成形後の
多孔質表層を有するセラミツクスの一例の部分断
面図、第２図は第１図セラミツクスの成形過程の
説明用の部分断面図、第３図は本発明方法により
形成したセラミツクスで金属との接合を行う場合
の一例を説明するための説明図、第４図はセラミ
ツクス同士を本発明方法により形成したセラミツ
クスにより接合する場合の一例を説明するための
説明図である。 １…多孔質表層を有するセラミツクス、２…セ
ラミツクス成形体、３…多孔質表層、２３，３３
…多孔形成層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 繊維シートに予めセラミツクスを含浸させた
   多孔形成層を未焼結のまま乃至は焼結して後、該
   多孔形成層を未焼結乃至は既焼結のセラミツクス
   成形体の表面に密接させて一体に焼結せしめ、焼
   結時に繊維シートが完全燃焼されることによつて
   セラミツクス成形体の表層を多孔質に形成せしめ
   るようにした多孔質表層を有するセラミツクスの
   製造方法。