JPH0524111B2 - - Google Patents

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。

〔従来の技術〕

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の作用効果〕

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。

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。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明
する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。