JPH0524111B2 - - Google Patents

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JPH0524111B2
JPH0524111B2 JP59007968A JP796884A JPH0524111B2 JP H0524111 B2 JPH0524111 B2 JP H0524111B2 JP 59007968 A JP59007968 A JP 59007968A JP 796884 A JP796884 A JP 796884A JP H0524111 B2 JPH0524111 B2 JP H0524111B2
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JP
Japan
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temperature
oxide ceramic
silicon nitride
ceramic structure
pressure
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JP59007968A
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Japanese (ja)
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JPS60151290A (en
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Takenobu Sakai
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非酸化物系セラミツク構造体の表面処
理方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for surface treatment of non-oxide ceramic structures.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、セラミツク構造体を製造する場合、所定
の寸法精度を確保するために、焼成後に研削加工
を行つている。このとき、セラミツク構造体表面
に加工傷が残り、強度低下の要因となつている。
そのため、加工後、焼鈍処理を行い、加工により
生じた加工傷および亀裂(クラツク)のシヤープ
な面を鈍化することにより、強度回復を図つてい
る。
Conventionally, when manufacturing a ceramic structure, a grinding process is performed after firing in order to ensure a predetermined dimensional accuracy. At this time, machining scratches remain on the surface of the ceramic structure, causing a decrease in strength.
Therefore, after machining, annealing treatment is performed to dull the sharp surfaces of machining scratches and cracks caused by machining, thereby attempting to restore strength.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、この焼鈍処理はガラス相の軟化を利
用するため、比較的低温(1000〜1300℃で行われ
る。このため、従来法の場合は、加工傷先端の亀
裂が閉じる程度であり、比較的微少な加工傷に対
しては効果を発揮するものの、比較的大きな加工
傷の大幅な鈍化、更には加工傷を完全に除去する
までには致つていない。
By the way, this annealing treatment takes advantage of the softening of the glass phase, so it is carried out at a relatively low temperature (1000 to 1300℃. Therefore, in the case of the conventional method, the crack at the tip of the machining scratch closes, and it is relatively small. Although it is effective against large machining scratches, it has not been able to significantly dull relatively large machining scratches or even completely remove them.

従つて、かかるセラミツク構造体の加工傷を完
全に除去する方法の開発が望まれていた。
Therefore, it has been desired to develop a method for completely removing processing scratches from such ceramic structures.

本発明は、上記従来技術の問題を解決するため
になされたもので、非酸化物系セラミツク構造体
の表面加工傷を完全に除去することにより、強度
の向上を図ることのできる非酸化物系セラミツク
構造体の表面処理方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above. An object of the present invention is to provide a method for surface treatment of ceramic structures.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

かかる目的は、本発明によれば、非酸化物系セ
ラミツク構造体の仕上げ加工傷を除去する非酸化
物系セラミツク構造体の表面処理方法であつて、 前記非酸化物系セラミツク構造体を不活性ガス
雰囲気中において、非酸化物系セラミツク構造体
を構成する非酸化物系セラミツクスとガラス相が
軟化する温度以上で且つ焼成温度以下の温度範囲
に常圧下で昇温した後、5〜10気圧の圧力を付与
して焼鈍することを特徴とする非酸化物系セラミ
ツク構造体の表面処理方法によつて達成される。
According to the present invention, such object is a method for surface treatment of a non-oxide ceramic structure for removing finishing scratches on the non-oxide ceramic structure, the method comprising: inactivating the non-oxide ceramic structure; In a gas atmosphere, the temperature is raised at normal pressure to a temperature range above the temperature at which the non-oxide ceramic and the glass phase constituting the non-oxide ceramic structure soften and below the firing temperature, and then heated at 5 to 10 atm. This is achieved by a surface treatment method for non-oxide ceramic structures characterized by applying pressure and annealing.

本発明において、非酸化物系セラミツク構造体
の主材料としては、窒化珪素、炭化珪素、窒化硼
素等を用いることができる。
In the present invention, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, etc. can be used as the main material of the non-oxide ceramic structure.

焼鈍する雰囲気としては、不活性ガス雰囲気を
用いる。これは、非酸化物系セラミツク構造体の
表面における酸化等の腐食を防止し、かつ非酸化
物系セラミツクスの分解を防止するものである。
不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等
を用いることができる。
An inert gas atmosphere is used as the annealing atmosphere. This prevents corrosion such as oxidation on the surface of the non-oxide ceramic structure and also prevents decomposition of the non-oxide ceramic.
As the inert gas, nitrogen gas, argon gas, etc. can be used.

焼鈍する温度としては、ガラス相と非酸化物系
セラミツクスが軟化する温度以上であり、且つ非
酸化物系セラミツク構造体の焼成温度付近以下
(但し、焼成温度を越えない)であることが必要
である。例えば、非酸化物系セラミツクスが窒化
珪素の場合、1600℃〜1800℃が適当である。
The annealing temperature must be above the temperature at which the glass phase and the non-oxide ceramic soften, and below the firing temperature of the non-oxide ceramic structure (however, not exceeding the firing temperature). be. For example, when the non-oxide ceramic is silicon nitride, a temperature of 1600°C to 1800°C is appropriate.

また、焼鈍する圧力としては、5〜10気圧が必
要である。これは、上記温度範囲では、ガラス相
と非酸化物系セラミツクスは溶解から分解まで通
行するため、かかる分解を防止するためである。
Further, the annealing pressure must be 5 to 10 atmospheres. This is to prevent the glass phase and non-oxide ceramics from melting and decomposing in the above temperature range.

圧力パターンとしては、非酸化物系セラミツク
スの溶解析出温度までは常圧(1気圧)とし、そ
れ以後加圧するパターンがよい。
A good pressure pattern is to use normal pressure (1 atm) up to the melt deposition temperature of non-oxide ceramics, and then apply pressure.

〔発明の作用効果〕[Function and effect of the invention]

本発明の非酸化物系セラミツク構造体の表面処
理方法によれば、従来より高温で処理するため、
ガラス相のみならず非酸化物系セラミツクスも溶
解析出する。このため、亀裂は完全に除去され、
強度が大幅に向上する。
According to the surface treatment method for a non-oxide ceramic structure of the present invention, since the treatment is performed at a higher temperature than conventionally,
Not only glass phases but also non-oxide ceramics are deposited by melting. Because of this, the cracks are completely removed and
Strength is greatly improved.

また、高温時加圧しているため、ガラス相と非
酸化物系セラミツクスは分解することがなく、従
つて高温による強度低下は生じない。
Furthermore, since the pressure is applied at high temperatures, the glass phase and non-oxide ceramics do not decompose, and therefore, strength does not decrease due to high temperatures.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明
する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

非酸化物系セラミツクスとして窒化珪素を用
い、酸化イツトリウム(Y2O3)、酸化アルミニウ
ム(A2O3)等の焼結助剤を添加して所定形状
に成形後、約1800℃の温度で焼成し、窒化珪素構
造体を得た。次いで、この窒化珪素構造体の表面
を所定寸法になるように研削した。このときの窒
化珪素構造体の加工面をスケツチしたものが第1
図である。第1図から判るように、研削後のもの
は砥石の加工傷1と、この加工傷1の先端に生じ
たクラツク2が存在する。
Silicon nitride is used as non-oxide ceramics, sintering aids such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and aluminum oxide (A 2 O 3 ) are added, and after molding into a predetermined shape, it is heated at a temperature of approximately 1800°C. It was fired to obtain a silicon nitride structure. Next, the surface of this silicon nitride structure was ground to a predetermined size. The first sketch of the processed surface of the silicon nitride structure at this time is
It is a diagram. As can be seen from FIG. 1, after grinding, there are machining scratches 1 on the grindstone and cracks 2 formed at the tip of the machining scratches 1.

かかる窒化珪素構造体を用いて、次の条件で表
面処理を行つた。
Using this silicon nitride structure, surface treatment was performed under the following conditions.

まず、窒化珪素構造体の試験片を処理炉に入
れ、内部を窒素ガス雰囲気とした。この状態で処
理炉内を所定温度まで加熱すると共に、炉内を3
通りの圧力パターンで処理し、焼鈍を行つた。
First, a test piece of a silicon nitride structure was placed in a processing furnace, and the inside was made into a nitrogen gas atmosphere. In this state, the inside of the processing furnace is heated to a predetermined temperature, and the inside of the furnace is
It was treated and annealed using the same pressure pattern.

このとき、圧力パターンとしては、第2図に示
す如く、Aパターン:1600℃まで常圧(1気圧)
でそれ以後10気圧、Bパターン:低温時から高温
時まで常時10気圧、Cパターン:常時常圧(1気
圧)、の3通りで行つた。
At this time, the pressure pattern is as shown in Figure 2, A pattern: normal pressure (1 atm) up to 1600°C.
After that, the pressure was 10 atm, pattern B: 10 atm all the time from low temperature to high temperature, and pattern C: normal pressure (1 atm) all the time.

また、加熱の最高温度としては、上記それぞれ
の圧力パターンについて、1300℃,1500℃,1600
℃,1700℃,1800℃の5通りについて行つた。
In addition, the maximum heating temperature is 1300℃, 1500℃, 1600℃ for each pressure pattern above.
Five different temperatures were tested: ℃, 1700℃, and 1800℃.

この結果得られた窒化珪素構造体試験片の抗折
強度(Kg/mm)を調べたところ、第3図に示す結
果が得られた。
When the bending strength (Kg/mm) of the silicon nitride structure test piece obtained as a result was examined, the results shown in FIG. 3 were obtained.

第3図より、圧力パターンとしてはAパターン
であつて、かつ1600℃〜1800℃に加熱することが
強度向上に最も優れていることが判る。
From FIG. 3, it can be seen that the pressure pattern is A pattern and heating to 1600°C to 1800°C is most excellent in improving strength.

この理由は、まず処理(加熱)温度について言
えば、1500℃程度まではガラス相の溶解析出が起
こるのみで、窒化珪素の溶解析出は起こらない。
従つて、第4図に示すように、加工傷により生じ
たクラツク2と加工傷1の先端部3は、このガラ
ス相で埋められる。この場合、強度は処理しない
場合に比べれば向上するものの、ガラス相は窒化
珪素に比べ強度が弱いため、強度の向上が十分で
はなく、また加工傷も大半は残つたままになつて
いる。このため、処理温度としては、窒化珪素が
溶解析出する1600℃以上とすることが必要であ
り、かつ窒化珪素の分解温度より低い1800℃以下
とすることが必要である。
The reason for this is that, first of all, regarding the processing (heating) temperature, up to about 1500°C, only the melt precipitation of the glass phase occurs, but the melt precipitation of silicon nitride does not occur.
Therefore, as shown in FIG. 4, the crack 2 caused by the machining scratch and the tip 3 of the machining scratch 1 are filled with this glass phase. In this case, although the strength is improved compared to the case without treatment, the strength of the glass phase is weaker than that of silicon nitride, so the improvement in strength is not sufficient and most of the processing scratches remain. Therefore, the treatment temperature needs to be 1600° C. or higher, at which silicon nitride is dissolved and deposited, and 1800° C. or lower, which is lower than the decomposition temperature of silicon nitride.

また、圧力パターンとしては、Cパターンの場
合は、1600℃以上とした時、窒化珪素の溶解析出
と同時に始まる分解を阻止出来ない。従つて、C
パターンの場合は、第3図に示すように、1700
℃,1800℃と温度が上がるにつれて窒化珪素の分
解が激しくなり、表面が荒れ、強度向上の効果が
半減している。
Furthermore, in the case of pattern C, when the pressure pattern is 1600° C. or higher, it is not possible to prevent the decomposition that starts at the same time as the dissolution and precipitation of silicon nitride. Therefore, C
For patterns, 1700 as shown in Figure 3.
As the temperature rises to 1800°C, the decomposition of silicon nitride becomes more intense, the surface becomes rough, and the strength improvement effect is halved.

Bパターンの場合は、加圧しない場合に比べ若
干強度が向上しているものの、窒化珪素が溶解し
拡散しようとする力を抑えてしまい、そのため強
度向上効果が小さいと解される。
In the case of pattern B, although the strength is slightly improved compared to the case where no pressure is applied, it is understood that the force that tends to dissolve and diffuse silicon nitride is suppressed, and therefore the strength improvement effect is small.

一方、本発明に係るAパターンの場合は、第3
図に示すように、窒化珪素の溶解析出かつ分解開
始温度のときに加圧を開始するため、Bパターン
のように窒化珪素の析出、拡散を抑止することな
く、最も望ましい表面状態となる。
On the other hand, in the case of pattern A according to the present invention, the third
As shown in the figure, since the pressurization is started at the melt precipitation and decomposition start temperature of silicon nitride, the most desirable surface condition is achieved without inhibiting the precipitation and diffusion of silicon nitride as in pattern B.

このAパターンで処理した試験片の加工面を第
5図に示す。第5図より明らかなように、ガラス
相のみでなく窒化珪素自体も析出しており、クラ
ツクのみでなく加工傷も完全にうまつている。
FIG. 5 shows the processed surface of the test piece treated with this A pattern. As is clear from FIG. 5, not only the glass phase but also silicon nitride itself is precipitated, and not only the cracks but also the machining scratches are completely eliminated.

従つて、本発明の非酸化物系セラミツク構造体
の表面処理方法によれば、加工傷がほぼ埋めつく
されて加工傷の極率半径が増大することおよび加
工傷が主に窒化珪素により埋められることによ
り、強度が大幅に向上する。この結果は第3図か
らも明らかである。
Therefore, according to the surface treatment method for a non-oxide ceramic structure of the present invention, the machining scratches are almost completely filled, the polar radius of the machining scratches increases, and the machining scratches are filled mainly with silicon nitride. This greatly improves the strength. This result is also clear from FIG.

以上、本発明の特定の実施例について説明した
が、本発明は、この実施例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の実
施態様が包含されるものである。
Although specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and includes various embodiments within the scope of the claims. .

例えば、実施例では非酸化物系セラミツクスと
して窒化珪素をもちいたため、処理温度を1600℃
〜1800℃としたが、材料が異なればこの処理温度
は変わる。この処理温度は、非酸化物系セラミツ
クスが溶解析出を開始する温度以上であり、かつ
非酸化物系セラミツクスが分解する温度より低く
すればよい。
For example, since silicon nitride was used as the non-oxide ceramic in the example, the treatment temperature was set at 1600°C.
~1800°C, but this processing temperature will vary depending on the material. The treatment temperature may be set to be higher than the temperature at which the non-oxide ceramic starts dissolution precipitation, and lower than the temperature at which the non-oxide ceramic decomposes.

また、実施例では加圧力として10気圧を用いた
が、この加圧力は材料、非酸化物系セラミツク構
造体の大きさ等を考慮して適宜な値とすることが
できる。
Further, in the examples, 10 atmospheres was used as the pressing force, but this pressing force can be set to an appropriate value in consideration of the material, the size of the non-oxide ceramic structure, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は未処理状態における窒化珪素構造体の
加工面を示す模式図、第2図は本発明の実施例に
係る圧力パターンを示すグラフ、第3図は本発明
の実施例に係る3種類の圧力パターンにおける処
理温度と抗折強度の関係を示すグラフ、第4図は
従来の表面処理を施したときの窒化珪素構造体の
加工面を示す模式図、第5図は本発明の実施例に
係る表面処理を施したときの窒化珪素構造体の加
工面を示す模式図である。 1……加工傷、2……クラツク(亀裂)、3…
…加工傷の先端部。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a processed surface of a silicon nitride structure in an untreated state, FIG. 2 is a graph showing pressure patterns according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph showing three types of pressure patterns according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing the processed surface of a silicon nitride structure when conventional surface treatment is applied, and FIG. 5 is an example of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a processed surface of a silicon nitride structure when surface treatment according to the above is performed. 1...Processing scratches, 2...Cracks, 3...
...The tip of the machining scratch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 非酸化物系セラミツク構造体の仕上げ加工傷
を除去する非酸化物系セラミツク構造体の表面処
理方法であつて、 前記非酸化物系セラミツク構造体を不活性ガス
雰囲気中において、非酸化物系セラミツク構造体
を構成する非酸化物セラミツクスとガラス相が軟
化する温度以上で且つ焼成温度以下の温度範囲に
常圧下で昇温した後、5〜10気圧の圧力を付与し
て焼鈍することを特徴とする非酸化物系セラミツ
ク構造体の表面処理方法。
[Scope of Claims] 1. A method for surface treatment of a non-oxide ceramic structure for removing finishing scratches on the non-oxide ceramic structure, comprising: placing the non-oxide ceramic structure in an inert gas atmosphere. After raising the temperature under normal pressure to a temperature range above the temperature at which the non-oxide ceramic and the glass phase constituting the non-oxide ceramic structure soften and below the firing temperature, a pressure of 5 to 10 atmospheres is applied. 1. A method for surface treatment of a non-oxide ceramic structure, which comprises annealing the structure.
JP796884A 1984-01-19 1984-01-19 Surface treatment for non-oxide ceramic structure Granted JPS60151290A (en)

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