JPH0524924A - SiC被覆窒化珪素−炭化珪素複合焼結体 - Google Patents

SiC被覆窒化珪素−炭化珪素複合焼結体

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JPH0524924A
JPH0524924A JP3204935A JP20493591A JPH0524924A JP H0524924 A JPH0524924 A JP H0524924A JP 3204935 A JP3204935 A JP 3204935A JP 20493591 A JP20493591 A JP 20493591A JP H0524924 A JPH0524924 A JP H0524924A
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JP
Japan
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sic
sintered body
film
coated
coating
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JP3204935A
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English (en)
Inventor
Atsusane Yoshizawa
淳誠 吉沢
Satoshi Iio
聡 飯尾
Hiroshi Tajima
容 多島
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】SiC/(SiC+Si3 4 )重量比が0.
1〜0.5のSi3 4 −SiC複合焼結体上に、膜厚
が2〜100μmのSiCが被覆されていることを特徴
とするSiC被覆窒化珪素−炭化珪素複合焼結体。 【効果】SiCの被覆による強度劣化並びに熱サイクル
下で使用した場合の被覆膜の剥離及び強度劣化が生じに
くい、密着性に優れたSiC膜を被覆した耐酸化性及び
耐摩耗性を有する被覆焼結体を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン部品、自
動車エンジン部材等の高温で使用される耐酸化及び耐熱
サイクルの構造材料並びに切削工具、摺動部材等の高硬
度及び耐摩耗性が要求される材料に関する。
【0002】
【従来の技術】SiC(被覆材)と焼結体との密着性を
高めた被覆焼結体として以下のものがある。特開昭58
−88190号公報では、窒化珪素(Si34 )焼結
体を炭化珪素(SiC)によりCVDコーティングした
被覆焼結体が開示されている(以下「従来技術1」とい
う)。特開昭62−197370号公報では、窒化珪素
(Si3 4 )焼結体の粒界に熱膨張率の大きい結晶相
を析出させ、炭化珪素(SiC)被膜の熱膨張率に近づ
けることで密着強度を高めた被覆焼結体が開示されてい
る(以下「従来技術2」という)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
技術によるSiC被覆Si3 4 焼結体は、下記に示す
課題がある。従来技術1による被覆焼結体は、焼結体
(Si3 4 )と被覆材(SiC)の熱膨張差により、
熱サイクル下で使用したときにクラックを生じてしま
う。従来技術2による被覆焼結体は、Si3 4 焼結体
の熱膨張率をSiCの熱膨張率に近づけるためにSi3
4 の焼結時に用いる大量の焼結助剤が焼結体の強度劣
化をまねいてしまう。上記の理由により、従来技術の被
覆焼結体は、構造材料として用いる際に要求される熱サ
イクルがかかるような環境下では、使用が不可能であっ
た。本発明の目的は、SiCの被覆による強度劣化並び
に熱サイクル下で使用した場合の被覆膜の剥離及び強度
劣化が生じにくい、密着性に優れたSiC膜を被覆した
耐酸化性及び耐摩耗性を有する被覆焼結体を提供するこ
とである。
【0004】
【課題を解決するための手段】その手段は、SiC/
(SiC+Si3 4 )重量比が0.1〜0.5のSi
3 4 −SiC複合焼結体上に、膜厚が2〜100μm
のSiCが被覆されていることを特徴とするSiC被覆
Si3 4 −SiC複合焼結体を用いることである。こ
こでSiC膜を被覆する方法としては、炭素源ガスとS
i源ガスの混合ガスを励起したガスを焼結体に接触させ
て行うCVD法(例えばプラズマCVD法、熱CVD
法、光CVD法)或いはPVD法などの被覆法を用いる
ことができるが、つきまわり性からみてCVD法が最も
好ましい。また、焼結体は、常圧焼結、ホットプレス焼
結、ガス圧焼結、HIP焼結などの何れの方法によるも
のであってもよい。
【0005】
【作用】本発明で用いる焼結体は、SiC/(SiC+
Si3 4 )の重量比が0.1〜0.5のSi3 4
SiCの複合焼結体であるため熱膨張率がSiC膜の熱
膨張率に近く、膜/焼結体界面に働く残留応力による膜
の剥離や被覆焼結体の強度劣化が少ない。また、Si3
4 にSiCを複合化させることによって高強度化させ
た焼結体を用いているため、焼結助剤を大量に含有させ
て熱膨張率をSiCに合わせるような場合に生じる強度
劣化もない。更にSiC膜合成にあたっては、焼結体中
に均一分散しているSiCが気相合成の過程で、焼結体
と膜との密着性を高めるため、熱サイクルがかかるよう
な環境下に置かれても膜が剥離することがない。焼結体
のSiC/(SiC+Si3 4 )重量比が0.1に満
たない場合には、焼結体の熱膨張率と膜の熱膨張率との
差が大きくなるために膜/焼結体界面の残留応力で膜が
剥がれやすくなり、また焼結体のSiC量が少ないため
に膜の密着性も低下することから熱サイクルがかかるよ
うな環境下で使用すると膜剥離が生じやすい。逆に焼結
体のSiC/(SiC+Si3 4 )重量比が0.5よ
り大きくなると、焼結体自体の性質がSiCに近くなっ
て熱衝撃に弱くなるため、熱サイクル後の強度劣化が大
きくなる場合がある。
【0006】SiCの膜厚が 2μmに満たない場合は、
膜による耐酸化性向上効果が不十分であり、100μm
を越える場合には、焼結体中のSiCによる膜密着性向
上効果以上に、膜内に蓄積された残留応力のために、被
覆焼結体が強度劣化したり、膜密着性が低下する。Si
3 4 −SiC複合焼結体の作製には、出発原料にS
i、C及びNを含む非晶質粉末を用いた場合は、出発原
料にSi3 4 、SiCの結晶質粉末を用いた場合より
さらによい密着性が得られる。出発原料にSi、C及び
Nを含む非晶質粉末を用いた場合は、焼結体中にSiC
が均一,微細に分散しやすく、焼結体中のSiCが膜密
着性に及ぼす効果がより高められるためと考えられる。
【0007】SiC膜の合成は、原料ガス組成比(Si
源ガス/炭素源ガスモル比)0.5〜2.0,合成圧力
100〜400torr合成温度1200〜1400℃
で行うのが好ましい。原料ガス組成比、合成圧力がこの
範囲からはずれると、焼結体中のSiCの存在効果が十
分現れず焼結と膜との整合性が悪かったり、膜内に微小
ポアが生成し膜の耐酸化性が悪くなったりする場合があ
る。合成温度が1200°C未満の場合には膜中に非晶
質が顕著に生成し、1400°Cを越えると膜中にポア
が生成していずれの場合も耐酸化性が低下する。
【実施例】基材の出発原料としてSi、C及びNを含む
非晶質粉末(表では、Si−C−Nと表示)にY2 3
粉末8外重量%を加えて湿式混合し、乾燥後、ホットプ
レス焼結(圧力350kgf/cm2 、温度1800
℃、時間4h)を行ない各種SiC/(SiC+Si3
4 )重量比の焼結体を作製した。また、基材の出発原
料としてSi3 4 粉末(比表面積10m2 /g)、S
iC粉末(比表面積17m2 /g)とY2 3 粉末8外
重量%を湿式混合し、乾燥後、ホットプレス焼結(圧力
350kgf/cm2 、温度1800℃、時間4h)を
行ない各種SiC/(SiC+Si3 4 )重量比の焼
結体を作製した。
【表1】 得られた焼結体を#200のダイヤミンド砥石で平面研
削加工した後、熱CVD装置の反応容器内にそれぞれ設
置した。そして表1に示した合成温度、合成圧力の条件
下に反応室内へ原料ガスSiCl4 、CH4 を表1に示
したSiCl4 /CH4 比で、また水素ガスを2.0S
LMで導入して焼結体上に1〜150μmの厚みのSi
C膜をコーティングした。
【0008】そして、これら試料に対して、スパン30
mmにて三点曲げ強度試験、大気雰囲気下1400°C
200時間の酸化テスト後の酸化増量測定、並びに大気
雰囲気下で室温〜1400°Cまでの熱サイクルを10
0回かけた後の目視による膜密着性調査及びスパン30
mmの三点曲げ強度試験を行なった結果を表2に示し
た。ここで、酸化増量とは、(酸化テスト後重量−酸化
テスト前重量)/(前表面積)と定義する。
【表2】 本願発明に係わる実施例は、No.1〜No.10であ
り、比較例は、No.11〜No.16である。Si3
4 −SiC複合焼結体を単独に基材のみで使用した場
合(No.14)は基材の耐酸化性が悪いため高温下で
使用した場合に強度劣化等が生じやすいが、表1に示し
た各種SiC被覆基材では多くの場合、著しい耐酸化性
向上効果が見られる。焼結体にSi3 4 を使用した被
覆焼結体(No.11)及びSiC含有量の少ないSi
3 4 −SiC複合焼結体を使用した被覆焼結体(N
o.12)は熱サイクル試験後に膜の剥離が生じてしま
う。No.11及びNo.12では膜と焼結体の熱膨張
率の差が大きいために膜/焼結体界面に大きな残留応力
が発生し、また焼結体中のSiCによる膜密着性向上効
果もない(あるいは少ない)ために、熱サイクルの過程
で膜剥離に至ったと考えられる。
【0009】一方、SiCをSiC/(SiC+Si3
4 )重量比で0.1〜0.5複合化した焼結体No.
1〜10では100回の熱サイクルの後にも膜の剥離は
生じなかった。No.1〜10の中でも、No.1は熱
膨張率がSiC膜と焼結体とで比較的差が大きく、膜剥
離しやすいと考えられるが、焼結体中に均一分散してい
るSiCが膜密着性向上に寄与するために、剥離が生じ
にくくなっていると考えられる。SiC/(SiC+S
3 4 )重量比が0.5を越えた焼結体を用いた場合
(No.13)、焼結体自体が熱衝撃に弱いために、熱
サイクルの後の強度劣化が大きかったと考えられる。熱
サイクル前後の強度を考慮すると実施例No.1及びN
o.4より、SiC/(SiC+Si3 4 )重量比
は、0.2〜0.4が更に望ましい
【0010】膜厚が 1μmのNo.15は酸化テストに
おける酸化増量が大きく、膜厚不足であると考えられ
る。膜厚が150μmのNo.16では熱サイクル試験
後の膜剥離が生じており、膜が厚いために膜内に蓄積さ
れた残留応力が、焼結体中のSiCの膜密着性を高める
効果より大きくなったためと考えられる。また、試料N
o.1〜No.10の被覆膜のSiCをX線で解析した
ところ、主としてβ相が確認された。
【発明の効果】上述のように本発明によれば耐酸化性が
良好で、強度劣化の少ないSiC被覆部材が得られ、実
用に際して熱サイクルのかかる環境下でも使用できるな
ど工業上有用な効果を得られるのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】SiC/(SiC+Si3 4 )重量比が
    0.1〜0.5のSi3 4 −SiC複合焼結体上に、
    膜厚が2〜100μmのSiCが被覆されていることを
    特徴とするSiC被覆窒化珪素−炭化珪素複合焼結体。 【0001】
JP3204935A 1991-07-19 1991-07-19 SiC被覆窒化珪素−炭化珪素複合焼結体 Pending JPH0524924A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5525556A (en) * 1994-04-14 1996-06-11 The Dow Chemical Company Silicon nitride/silicon carbide composite powders

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5525556A (en) * 1994-04-14 1996-06-11 The Dow Chemical Company Silicon nitride/silicon carbide composite powders
US5538675A (en) * 1994-04-14 1996-07-23 The Dow Chemical Company Method for producing silicon nitride/silicon carbide composite
US5643843A (en) * 1994-04-14 1997-07-01 The Dow Chemical Company Silicon nitride/silicon carbide composite densified materials prepared using composite powders

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