JPH0318487Y2 - - Google Patents
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- JPH0318487Y2 JPH0318487Y2 JP5710085U JP5710085U JPH0318487Y2 JP H0318487 Y2 JPH0318487 Y2 JP H0318487Y2 JP 5710085 U JP5710085 U JP 5710085U JP 5710085 U JP5710085 U JP 5710085U JP H0318487 Y2 JPH0318487 Y2 JP H0318487Y2
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- whiskers
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- cvd
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- ceramic
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本考案はセラミツクス被膜を有する部材に係
り、特にこの被膜が強度、耐食性等の特性に著し
く優れている部材に関するものである。 ［従来の技術］ セラミツクスは、従来の金属材料や合成樹脂材
料にはみられない耐高温特性、高耐食性、高硬度
などの特性を備えている。しかし、周知のよう
に、曲げ強度、引つ張り強度が低く、脆性を有し
ているところから、一体物の独立した部材として
の用途には限りがある。 そこで、セラミツクスを被覆材料として用い、
部材表面に上記の耐高温特性、高耐食性、高硬度
などの優れた特性を付与させることが、従来より
行なわれている。 このようなセラミツクス被膜を形成する被覆方
法としては、溶射の他CVD等の気相蒸着法が知
られている。 ［考案が解決しようとする問題点］ 溶射法は簡便であつて実用性が高いので、ター
ビンブレードのセラミツクスコーテイングなどに
用いられているが、緻密なセラミツクス層を得が
たいという問題がある。 CVD法は、高純度な膜を得ることができると
いう長所を有する反面、膜厚を大きくとると析出
物が膜面と垂直方向に成長した柱状晶を取り易
く、そのため厚膜にすると機械的特性が低下する
という問題がある。 即ち、CVD処理によつて生じた膜が、膜面と
垂直方向に成長した柱状晶を多く含む場合には、
結晶粒界も膜面と垂直方向に配向するようにな
る。そうすると、膜面と平行方向の応力が被膜に
加えられたときに、該被膜中の柱状晶の結晶粒界
に応力が集中し、この結晶粒界から破壊が開始し
易くなる。 そのため、従来のCVD法によつて形成された
セラミツクス被膜においては、機械的特性に優れ
た膜厚の大きなものを形成しがたかつた。 ［問題点を解決するための手段］ 本考案は、１層又は２層以上のセラミツクス被
膜によつて部材表面を被覆するに際し、この被膜
は、層の下側界面からウイスカーが層内に成長し
ていることを特徴とする。 ［作用］ 本考案のセラミツクス被膜を有する部材におい
ては、層界面から成長しているウイスカーにより
被膜の補強が図れる。また、ウイスカーが機械的
或いは熱的緩衝作用を発揮する。更に、ウイスカ
ーの形成により、柱状晶の成長を抑制することが
でき、上記各作用と合せ、一段と優れた機械的特
性が発現される。 ［実施例］ 以下図面を参照して実施例について説明する。 第１図は本考案の実施例に係るセラミツクス被
膜を有する部材の断面図である。１は部材（母
材）であつて、金属、セラミツクス等の材質から
成つている。この部材１の表面には、１層又は２
層以上のセラミツクス被膜２が形成される。本実
施例においては、３層のセラミツクス被膜３、
４，５が設けられている。このセラミツクス被膜
３〜５は、それぞれの層の下側界面３ａ，４ａ，
５ａから層内（マトリツクス７内）に向つて成長
しているウイスカー６を含んでいる。 このようなウイスカー６を含む被膜３〜５を形
成するには、例えば次のようにする。 まず第２図に示すように、部材表面にウイスカ
ー析出条件となるもとでCVD処理を施し、ウイ
スカー６を成長させる。次に、被膜が形成される
CVD条件に変更した後、CVD処理を行い、部材
１の表面からセラミツクス被膜のマトリツクス７
を成長させる。（第３図参照） マトリツクス７がウイスカー６を埋めるにまで
成長した後、CVD条件を再度ウイスカー成長条
件に戻し、形成されたセラミツクス被膜３の上に
ウイスカー６を成長させる。（第４図参照） そしてウイスカー６がセラミツクス被膜３の上
に成長した後、CVD条件を被膜形成条件に変更
し、マトリツクス７をセラミツクス被膜３の上に
成長させ、その上に形成されていたウイスカーを
埋めるようにする。このウイスカー成長→マトリ
ツクス形成のプロセスを繰り返すことにより、複
数層のセラミツクス被膜を容易に形成することが
できる。 なお、CVD条件をウイスカー成長条件又は被
膜形成条件に制御するには、CVDガスの濃度や
CVD反応温度条件を適亘変更すれば良い。一般
に、温度を高くするか、或いは、CVDガスの過
飽和度を低くすることによりウイスカー成長傾向
が強まり、逆に、温度を低くするか、或いは
CVDガスの過飽和度を高めることにより、微粒
子多結晶の生成、即ち、被膜形成傾向が強まる。
従つて、このように、CVDガス濃度及びCVD反
応温度を適宜設定、変更することにより、ウイス
カーの成長及び被膜の形成を交互に行なうことが
可能とされる。 このようにして形成されたセラミツクス被膜２
を有する部材は、前述のように、ウイスカー６に
よる被膜３〜５の補強効果と、ウイスカー６によ
る機械的、熱的緩衝作用によりそれらの機械的特
性が著しく優れたものとなつている。更に、上述
のプロセスに従つてセラミツクス被膜を形成する
場合には、桂状晶の形成が殆どない。即ち、一般
にCVD処理によつて被膜を形成する場合におい
て、桂状晶が成長し易くなるのは膜の厚さが次第
に大きくなつてくるCVD処理後半期においてで
ある。上述のプロセスにおいては、マトリツクス
７はウイスカー６を埋めたところでその形成を一
端中断し、その上にウイスカー６を成長させた
後、あらためて被膜（マトリツクス７）の形成を
再開する。このようにマトリツクス７の形成は、
連続して行うものではなく、断続的であるので、
中断時に桂状晶の成長が停止され、層界面３ａ，
４ａ，５ａよりも上側においては桂状晶が殆ど成
長しなくなるのである。 なお、ウイスカー６が三次元方向にランダムに
成長する場合には、マトリツクス７の一方向への
結晶成長が制限され、これによつても桂状晶の発
達が抑制されるものと推察される。 また、このようにウイスカー６の結晶粒成長抑
制効果により、得られるマトリツクス７が微細な
結晶質と成り、その機械的強度、耐食性等の特性
が一段と高められる。 図示の実施例においては、セラミツクス被膜が
３層形成されているが、本考案においては、１
層、２層、又は４層以上のセラミツクス被膜を形
成してもよい。なお、本考案においては、桂状晶
の成長を抑制するために、膜厚の大きな被膜を形
成する場合には、複数層のセラミツクス被膜を形
成するのが好ましい。 本考案において、セラミツクス被膜の材質とし
ては、特に限定されるものではなく、ウイスカー
６及びマトリツクス７共に酸化物、窒化物、珪化
物等各種のセラミツクスを用いることができる。
またウイスカー６はセラミツクスに限られず、耐
熱性、耐食性の特性を有する耐熱金属をも用いる
ことができる。 本考案においては、ウイスカー６とマトリツク
ス７は同じ材質のものであつてもよく、異なる材
質のものであつてもよい。但し、異なる材質のも
のを用いる場合には、両者の馴染みがよいもの或
いは熱膨張係数が近似しているものを用いるのが
好ましい。 次に具体的な実施例について説明する。 実施例 １ 常圧焼結により得られた２mm×３mm×40mmのSiC
基材に、下記のSiCウイスカー成長条件によりウ
イスカーを成長させた後、引き続いて下記SiC被
膜形成条件にてSiC被膜を成長させ、この工程を
３回繰り返して行なつた。 SiCウイスカー成長条件 CVDガス： SiCl4＝８c.c.／min H2＝2000c.c.／min C3H8＝２c.c.／min 温度：1500℃ 全圧力：300torr 時間：40分 SiC被膜形成条件 CVDガス SiCl4＝200c.c.／min H2＝1200c.c.／min C3H8＝60c.c.／min 温度：1500℃ 全圧力：150torr 時間：30分 その結果、第１図に示す如く、各層にSiCウイ
スカーがその下側界面から成長し、そのウイスカ
ー間の隙間がSiC微結晶で埋められた緻密なる３
層SiC被膜（厚さ800μm）を有する部材が得られ
た。 このようにして得られた10個の部材について、
各々JIS Ｒ 1601に準拠して、常温にて４点曲げ
試験を実施し、平均値を求め、結果を第１表に示
した。 比較例 １ 実施例１で用いたのと同様のSiC基材に、実施
例１のSiC被膜形成条件（ただし、時間は連続90
分とした。）にてSiC被膜（厚さ800μm）を形成
したものについて、実施例１と同様にして４点曲
げ強度の平均値を求め、結果を第１表に示した。
り、特にこの被膜が強度、耐食性等の特性に著し
く優れている部材に関するものである。 ［従来の技術］ セラミツクスは、従来の金属材料や合成樹脂材
料にはみられない耐高温特性、高耐食性、高硬度
などの特性を備えている。しかし、周知のよう
に、曲げ強度、引つ張り強度が低く、脆性を有し
ているところから、一体物の独立した部材として
の用途には限りがある。 そこで、セラミツクスを被覆材料として用い、
部材表面に上記の耐高温特性、高耐食性、高硬度
などの優れた特性を付与させることが、従来より
行なわれている。 このようなセラミツクス被膜を形成する被覆方
法としては、溶射の他CVD等の気相蒸着法が知
られている。 ［考案が解決しようとする問題点］ 溶射法は簡便であつて実用性が高いので、ター
ビンブレードのセラミツクスコーテイングなどに
用いられているが、緻密なセラミツクス層を得が
たいという問題がある。 CVD法は、高純度な膜を得ることができると
いう長所を有する反面、膜厚を大きくとると析出
物が膜面と垂直方向に成長した柱状晶を取り易
く、そのため厚膜にすると機械的特性が低下する
という問題がある。 即ち、CVD処理によつて生じた膜が、膜面と
垂直方向に成長した柱状晶を多く含む場合には、
結晶粒界も膜面と垂直方向に配向するようにな
る。そうすると、膜面と平行方向の応力が被膜に
加えられたときに、該被膜中の柱状晶の結晶粒界
に応力が集中し、この結晶粒界から破壊が開始し
易くなる。 そのため、従来のCVD法によつて形成された
セラミツクス被膜においては、機械的特性に優れ
た膜厚の大きなものを形成しがたかつた。 ［問題点を解決するための手段］ 本考案は、１層又は２層以上のセラミツクス被
膜によつて部材表面を被覆するに際し、この被膜
は、層の下側界面からウイスカーが層内に成長し
ていることを特徴とする。 ［作用］ 本考案のセラミツクス被膜を有する部材におい
ては、層界面から成長しているウイスカーにより
被膜の補強が図れる。また、ウイスカーが機械的
或いは熱的緩衝作用を発揮する。更に、ウイスカ
ーの形成により、柱状晶の成長を抑制することが
でき、上記各作用と合せ、一段と優れた機械的特
性が発現される。 ［実施例］ 以下図面を参照して実施例について説明する。 第１図は本考案の実施例に係るセラミツクス被
膜を有する部材の断面図である。１は部材（母
材）であつて、金属、セラミツクス等の材質から
成つている。この部材１の表面には、１層又は２
層以上のセラミツクス被膜２が形成される。本実
施例においては、３層のセラミツクス被膜３、
４，５が設けられている。このセラミツクス被膜
３〜５は、それぞれの層の下側界面３ａ，４ａ，
５ａから層内（マトリツクス７内）に向つて成長
しているウイスカー６を含んでいる。 このようなウイスカー６を含む被膜３〜５を形
成するには、例えば次のようにする。 まず第２図に示すように、部材表面にウイスカ
ー析出条件となるもとでCVD処理を施し、ウイ
スカー６を成長させる。次に、被膜が形成される
CVD条件に変更した後、CVD処理を行い、部材
１の表面からセラミツクス被膜のマトリツクス７
を成長させる。（第３図参照） マトリツクス７がウイスカー６を埋めるにまで
成長した後、CVD条件を再度ウイスカー成長条
件に戻し、形成されたセラミツクス被膜３の上に
ウイスカー６を成長させる。（第４図参照） そしてウイスカー６がセラミツクス被膜３の上
に成長した後、CVD条件を被膜形成条件に変更
し、マトリツクス７をセラミツクス被膜３の上に
成長させ、その上に形成されていたウイスカーを
埋めるようにする。このウイスカー成長→マトリ
ツクス形成のプロセスを繰り返すことにより、複
数層のセラミツクス被膜を容易に形成することが
できる。 なお、CVD条件をウイスカー成長条件又は被
膜形成条件に制御するには、CVDガスの濃度や
CVD反応温度条件を適亘変更すれば良い。一般
に、温度を高くするか、或いは、CVDガスの過
飽和度を低くすることによりウイスカー成長傾向
が強まり、逆に、温度を低くするか、或いは
CVDガスの過飽和度を高めることにより、微粒
子多結晶の生成、即ち、被膜形成傾向が強まる。
従つて、このように、CVDガス濃度及びCVD反
応温度を適宜設定、変更することにより、ウイス
カーの成長及び被膜の形成を交互に行なうことが
可能とされる。 このようにして形成されたセラミツクス被膜２
を有する部材は、前述のように、ウイスカー６に
よる被膜３〜５の補強効果と、ウイスカー６によ
る機械的、熱的緩衝作用によりそれらの機械的特
性が著しく優れたものとなつている。更に、上述
のプロセスに従つてセラミツクス被膜を形成する
場合には、桂状晶の形成が殆どない。即ち、一般
にCVD処理によつて被膜を形成する場合におい
て、桂状晶が成長し易くなるのは膜の厚さが次第
に大きくなつてくるCVD処理後半期においてで
ある。上述のプロセスにおいては、マトリツクス
７はウイスカー６を埋めたところでその形成を一
端中断し、その上にウイスカー６を成長させた
後、あらためて被膜（マトリツクス７）の形成を
再開する。このようにマトリツクス７の形成は、
連続して行うものではなく、断続的であるので、
中断時に桂状晶の成長が停止され、層界面３ａ，
４ａ，５ａよりも上側においては桂状晶が殆ど成
長しなくなるのである。 なお、ウイスカー６が三次元方向にランダムに
成長する場合には、マトリツクス７の一方向への
結晶成長が制限され、これによつても桂状晶の発
達が抑制されるものと推察される。 また、このようにウイスカー６の結晶粒成長抑
制効果により、得られるマトリツクス７が微細な
結晶質と成り、その機械的強度、耐食性等の特性
が一段と高められる。 図示の実施例においては、セラミツクス被膜が
３層形成されているが、本考案においては、１
層、２層、又は４層以上のセラミツクス被膜を形
成してもよい。なお、本考案においては、桂状晶
の成長を抑制するために、膜厚の大きな被膜を形
成する場合には、複数層のセラミツクス被膜を形
成するのが好ましい。 本考案において、セラミツクス被膜の材質とし
ては、特に限定されるものではなく、ウイスカー
６及びマトリツクス７共に酸化物、窒化物、珪化
物等各種のセラミツクスを用いることができる。
またウイスカー６はセラミツクスに限られず、耐
熱性、耐食性の特性を有する耐熱金属をも用いる
ことができる。 本考案においては、ウイスカー６とマトリツク
ス７は同じ材質のものであつてもよく、異なる材
質のものであつてもよい。但し、異なる材質のも
のを用いる場合には、両者の馴染みがよいもの或
いは熱膨張係数が近似しているものを用いるのが
好ましい。 次に具体的な実施例について説明する。 実施例 １ 常圧焼結により得られた２mm×３mm×40mmのSiC
基材に、下記のSiCウイスカー成長条件によりウ
イスカーを成長させた後、引き続いて下記SiC被
膜形成条件にてSiC被膜を成長させ、この工程を
３回繰り返して行なつた。 SiCウイスカー成長条件 CVDガス： SiCl4＝８c.c.／min H2＝2000c.c.／min C3H8＝２c.c.／min 温度：1500℃ 全圧力：300torr 時間：40分 SiC被膜形成条件 CVDガス SiCl4＝200c.c.／min H2＝1200c.c.／min C3H8＝60c.c.／min 温度：1500℃ 全圧力：150torr 時間：30分 その結果、第１図に示す如く、各層にSiCウイ
スカーがその下側界面から成長し、そのウイスカ
ー間の隙間がSiC微結晶で埋められた緻密なる３
層SiC被膜（厚さ800μm）を有する部材が得られ
た。 このようにして得られた10個の部材について、
各々JIS Ｒ 1601に準拠して、常温にて４点曲げ
試験を実施し、平均値を求め、結果を第１表に示
した。 比較例 １ 実施例１で用いたのと同様のSiC基材に、実施
例１のSiC被膜形成条件（ただし、時間は連続90
分とした。）にてSiC被膜（厚さ800μm）を形成
したものについて、実施例１と同様にして４点曲
げ強度の平均値を求め、結果を第１表に示した。
【表】
第１表より、本考案によれば、800μmという厚
膜にもかかわらず、高強度なSiC被膜を有する部
材が提供されることが明らかである。 ［効果］ 以上詳述した通り、本考案によつて提供される
部材は、耐熱性、高硬度、耐食性等セラミツクス
が本来有する特性の他、機械的強度、耐熱衝撃性
も高い極めて優れた特性のセラミツクス被膜によ
つて被覆されている。 しかして、この被膜を複数層設けることによ
り、この優れた特性を具備した厚膜被覆が可能で
ある。
膜にもかかわらず、高強度なSiC被膜を有する部
材が提供されることが明らかである。 ［効果］ 以上詳述した通り、本考案によつて提供される
部材は、耐熱性、高硬度、耐食性等セラミツクス
が本来有する特性の他、機械的強度、耐熱衝撃性
も高い極めて優れた特性のセラミツクス被膜によ
つて被覆されている。 しかして、この被膜を複数層設けることによ
り、この優れた特性を具備した厚膜被覆が可能で
ある。
第１図は本考案の実施例に係る部材の表面近傍
部分の断面図、第２図、第３図及び第４図はそれ
ぞれセラミツクス被膜の形成方法を説明する断面
図である。 １……部材（母材）、３，４，５……セラミツ
クス被膜、６……ウイスカー、７……マトリツク
ス。
部分の断面図、第２図、第３図及び第４図はそれ
ぞれセラミツクス被膜の形成方法を説明する断面
図である。 １……部材（母材）、３，４，５……セラミツ
クス被膜、６……ウイスカー、７……マトリツク
ス。
Claims (1)
- 部材の表面に１層又は２層以上のセラミツクス
の被膜が設けられている部材において、セラミツ
クス層中には、その下側界面から成長したウイス
カーが存在していることを特徴とするセラミツク
ス被膜を有する部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5710085U JPH0318487Y2 (ja) | 1985-04-17 | 1985-04-17 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5710085U JPH0318487Y2 (ja) | 1985-04-17 | 1985-04-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61172133U JPS61172133U (ja) | 1986-10-25 |
| JPH0318487Y2 true JPH0318487Y2 (ja) | 1991-04-18 |
Family
ID=30581312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5710085U Expired JPH0318487Y2 (ja) | 1985-04-17 | 1985-04-17 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0318487Y2 (ja) |
-
1985
- 1985-04-17 JP JP5710085U patent/JPH0318487Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61172133U (ja) | 1986-10-25 |
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