JPH058147B2 - - Google Patents
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- JPH058147B2 JPH058147B2 JP60083122A JP8312285A JPH058147B2 JP H058147 B2 JPH058147 B2 JP H058147B2 JP 60083122 A JP60083122 A JP 60083122A JP 8312285 A JP8312285 A JP 8312285A JP H058147 B2 JPH058147 B2 JP H058147B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- substrate
- heat
- strength
- cylindrical member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Manufacturing Of Tubular Articles Or Embedded Moulded Articles (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はセラミツクス筒状部材の製造方法に係
り、特に耐熱性繊維により強化したセラミツクス
筒状部材の製造方法に関する。
り、特に耐熱性繊維により強化したセラミツクス
筒状部材の製造方法に関する。
［従来の技術］
近年高温高強度構造材料として窒化珪素、炭化
珪素、サイアロン等の非酸化物セラミツクス、あ
るいは酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等、
いわゆるニユーセラミツクスが急速にクローズア
ツプされ、多くの研究や開発がなされている。こ
れらのセラミツクスの用途は、ガスタービンのブ
レードや燃焼器、デイーゼルエンジンのシリンダ
やピストンその他高温用機械部品として数多くあ
る。
珪素、サイアロン等の非酸化物セラミツクス、あ
るいは酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等、
いわゆるニユーセラミツクスが急速にクローズア
ツプされ、多くの研究や開発がなされている。こ
れらのセラミツクスの用途は、ガスタービンのブ
レードや燃焼器、デイーゼルエンジンのシリンダ
やピストンその他高温用機械部品として数多くあ
る。
しかしながら、周知の如くセラミツクスは脆性
材料であり、上記のニユーセラミツクスといえど
も金属材料に比べれば亀裂が伝播が速く、わずか
な欠陥で破壊する等、信頼性に欠ける。
材料であり、上記のニユーセラミツクスといえど
も金属材料に比べれば亀裂が伝播が速く、わずか
な欠陥で破壊する等、信頼性に欠ける。
また、セラミツクス製品は、通常、セラミツク
ス粉末原料を適宜の手法により形成した後、焼結
することによつて製造されているが、この焼結に
際しては、通常、焼結助剤を必要とする。この結
果、この焼結助剤により製品全体の高温強度が低
下するようになる。即ち、セラミツクス自体は本
来高温でも高強度であるにもかかわらず、低融点
の焼結助剤成分が結晶粒界に多く集まり、このた
めに得られる製品の強度は、高温度域で低下する
のである。
ス粉末原料を適宜の手法により形成した後、焼結
することによつて製造されているが、この焼結に
際しては、通常、焼結助剤を必要とする。この結
果、この焼結助剤により製品全体の高温強度が低
下するようになる。即ち、セラミツクス自体は本
来高温でも高強度であるにもかかわらず、低融点
の焼結助剤成分が結晶粒界に多く集まり、このた
めに得られる製品の強度は、高温度域で低下する
のである。
これに対し、近年、全く新しいセラミツクス製
造法としてCVD法やPVD法等の蒸着法が、特に
薄膜形成手段として表面処理の分野で実用されて
いる。CVD法によれば、極めて緻密な組織のセ
ラミツクを製造でき、かつ、そもそも焼結プロセ
スを経ないので焼結助剤を混入させる必要もな
い。そのため、得られる製品の強度は高温度域で
も低下しないという利点を有する。
造法としてCVD法やPVD法等の蒸着法が、特に
薄膜形成手段として表面処理の分野で実用されて
いる。CVD法によれば、極めて緻密な組織のセ
ラミツクを製造でき、かつ、そもそも焼結プロセ
スを経ないので焼結助剤を混入させる必要もな
い。そのため、得られる製品の強度は高温度域で
も低下しないという利点を有する。
［発明が解決しようとする問題点］
CVD法等の気相蒸着法によれば、焼結助剤が
不要なことから、セラミツクス本体の高温強度を
有する製品が得られるため、セラミツクス被膜の
製造には極めて有利である。
不要なことから、セラミツクス本体の高温強度を
有する製品が得られるため、セラミツクス被膜の
製造には極めて有利である。
しかしながら、CVD法により厚膜部材を製造
する場合には、第２図に示す如く、基体１に垂直
な方向にセラミツクスの柱状晶２が発達し、垂直
方向の高強度は達成されるものの、水平方向の強
度が低くなるという問題がある。
する場合には、第２図に示す如く、基体１に垂直
な方向にセラミツクスの柱状晶２が発達し、垂直
方向の高強度は達成されるものの、水平方向の強
度が低くなるという問題がある。
また、CVD法はセラミツクスの生成速度が比
較的遅く、20〜30μｍ／hr程度の膜生成速度であ
るため、通常の構造物を形成するには長時間を要
し、工業的に有利ではないという欠点を有する。
較的遅く、20〜30μｍ／hr程度の膜生成速度であ
るため、通常の構造物を形成するには長時間を要
し、工業的に有利ではないという欠点を有する。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、基本に耐熱繊維を巻回して持着さ
せ、次いでこの基体表面にセラミツクスを気相蒸
着させて繊維間の間〓を埋め、その後、基体を除
去することによりセラミツクス筒状部材を得るも
のである。
せ、次いでこの基体表面にセラミツクスを気相蒸
着させて繊維間の間〓を埋め、その後、基体を除
去することによりセラミツクス筒状部材を得るも
のである。
［作用］
本発明によれば、基体に持着させた耐熱性繊維
により強化されたセラミツクス筒状部材が提供さ
れる。また、気相蒸着層の柱状晶の発達が抑制さ
れ、これによつてもセラミツクスの面内方向の強
度が増大される。しかも耐熱性繊維の体積分だけ
気相蒸着量が減らされるため、製造時間が短縮さ
れる。
により強化されたセラミツクス筒状部材が提供さ
れる。また、気相蒸着層の柱状晶の発達が抑制さ
れ、これによつてもセラミツクスの面内方向の強
度が増大される。しかも耐熱性繊維の体積分だけ
気相蒸着量が減らされるため、製造時間が短縮さ
れる。
従つて、極めて高強度なセラミツクスの厚膜層
よりなる筒状部材を、気相蒸着法により効率的に
製造することが可能となる。
よりなる筒状部材を、気相蒸着法により効率的に
製造することが可能となる。
［実施例］
以下に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図ａ〜ｄは本発明の一実施例に係るセラミ
ツクス筒状部材の製造方法を説明する概略的な断
面図である。この第１図ａ〜ｄでは、基体１１の
下半分側は上半分側と対称であるため、図示を省
略してある。
ツクス筒状部材の製造方法を説明する概略的な断
面図である。この第１図ａ〜ｄでは、基体１１の
下半分側は上半分側と対称であるため、図示を省
略してある。
本発明においては、第１図ａに示す如く、基体
１１に耐熱性繊維１２を巻回して持着させ、次い
で基体１１の繊維持着面１１ａにCVD法等の気
相蒸着法によりセラミツクスの蒸着を行なう。
１１に耐熱性繊維１２を巻回して持着させ、次い
で基体１１の繊維持着面１１ａにCVD法等の気
相蒸着法によりセラミツクスの蒸着を行なう。
基体１１の繊維接着面１１ａに、CVD法によ
りセラミツクスの蒸着を行なう場合には、まず基
体１１の少なくともその表面１１ａをCVD反応
の析出温度域に加熱する。
りセラミツクスの蒸着を行なう場合には、まず基
体１１の少なくともその表面１１ａをCVD反応
の析出温度域に加熱する。
加熱方法は、特に限定されないが、基体１１の
形状が簡単であつたり、導電性である場合は、装
置構成の簡単な高周波誘導加熱等が有利である。
加熱方法としては、その他、反応容器の外側から
加熱する外部加熱法等も採用可能である。
形状が簡単であつたり、導電性である場合は、装
置構成の簡単な高周波誘導加熱等が有利である。
加熱方法としては、その他、反応容器の外側から
加熱する外部加熱法等も採用可能である。
このようにして加熱された基体１１の繊維持着
面１１ａに、第１図ａの如く、CVD反応ガスを
供給してCVD反応させ、表面にCVD反応析出物
１３を析出させる（第１図ｂ参照）。このCVD反
応析出物１３の析出量は、CVD反応ガスの供給
量又は加熱時間を調節することにより容易に調整
し得る。
面１１ａに、第１図ａの如く、CVD反応ガスを
供給してCVD反応させ、表面にCVD反応析出物
１３を析出させる（第１図ｂ参照）。このCVD反
応析出物１３の析出量は、CVD反応ガスの供給
量又は加熱時間を調節することにより容易に調整
し得る。
CVD反応析出物１３を所望厚さに析出させた
後、所望によりその表面を研磨し、第１図ｃの如
く、基体１１にCVD反応析出物１３の層を形成
した部材を得る。
後、所望によりその表面を研磨し、第１図ｃの如
く、基体１１にCVD反応析出物１３の層を形成
した部材を得る。
その後、第１図ｄの如く基体１１を分離・除去
して製品とする。
して製品とする。
このようは本発明の方法において、基体１１の
材質としては特に制限はなく、金属あるいはセラ
ミツク等が採用可能であるが、CVD反応後に基
体１１とCVD反応析出物とを容易に分離するた
めには、基体１１としては、CVD反応析出物と
実質的に反応ぜず、かつCVD反応析出物と異な
る熱膨張率を有する材質からなるものとするのが
好ましい。このような材質のものを選定すること
により、基体１１とCVD反応析出物１３とは、
軽い機械的衝撃を析出物１３と基体１１との界面
近傍に与えるか、あるいは、該界面近傍を加熱も
しくは冷却することにより、剥離させるようにし
て容易に取りはずすことが可能となる。
材質としては特に制限はなく、金属あるいはセラ
ミツク等が採用可能であるが、CVD反応後に基
体１１とCVD反応析出物とを容易に分離するた
めには、基体１１としては、CVD反応析出物と
実質的に反応ぜず、かつCVD反応析出物と異な
る熱膨張率を有する材質からなるものとするのが
好ましい。このような材質のものを選定すること
により、基体１１とCVD反応析出物１３とは、
軽い機械的衝撃を析出物１３と基体１１との界面
近傍に与えるか、あるいは、該界面近傍を加熱も
しくは冷却することにより、剥離させるようにし
て容易に取りはずすことが可能となる。
なお、基体１１を可燃性のものとしておけば、
この基体１１を酸化消失せしめることが可能であ
る。また、鋳造における砂鋳型の様に、崩して除
去しうる材質のものも用い得るし、機械的な加工
により除去してもよい。
この基体１１を酸化消失せしめることが可能であ
る。また、鋳造における砂鋳型の様に、崩して除
去しうる材質のものも用い得るし、機械的な加工
により除去してもよい。
耐熱性繊維としては、CVD反応温度や得られ
る製品部材の使用温度に十分耐え得るようなもの
であれば良く、具体的にはSiCやＷ、M0等の繊維
が挙げられる。
る製品部材の使用温度に十分耐え得るようなもの
であれば良く、具体的にはSiCやＷ、M0等の繊維
が挙げられる。
また析出させるセラミツクスとしては、MgO、
SiC、Si3N4、Al2O3、サイアロン等が挙げられ
る。
SiC、Si3N4、Al2O3、サイアロン等が挙げられ
る。
本発明においては、第３図〜第５図に示す如
く、基体１１の形状を目的とする部材の形状にあ
わせて加工することにより、様々な形状の筒状部
材をも製造し得る。
く、基体１１の形状を目的とする部材の形状にあ
わせて加工することにより、様々な形状の筒状部
材をも製造し得る。
即ち、第３図の例においては、第３図ａの如
く、長方体の基体１１の周囲に耐熱性繊維１２を
巻回し、これにCVD反応ガスを図中の矢印の如
く、外側から送給し、第３図ｂに示す如く基体１
１の周囲にCVD反応析出物１３を析出させたも
のである。このものは、基体１１を取りのぞくこ
とにより、第３図ｃの如き中空の繊維強化セラミ
ツクス部材とすることができる。
く、長方体の基体１１の周囲に耐熱性繊維１２を
巻回し、これにCVD反応ガスを図中の矢印の如
く、外側から送給し、第３図ｂに示す如く基体１
１の周囲にCVD反応析出物１３を析出させたも
のである。このものは、基体１１を取りのぞくこ
とにより、第３図ｃの如き中空の繊維強化セラミ
ツクス部材とすることができる。
第４図の例においては、第４図ａの如く、円筒
形の基体１１の側面周囲に耐熱性繊維１２を巻回
し、これにCVD反応ガスを送給し、第４図ｂの
如く基体１１の周囲にCVD反応析出物１３を析
出させたものである。このものも、基体１１を取
りのぞくことにより、第４図ｃの如き中空の繊維
強化セラミツクス部材とすることができる。
形の基体１１の側面周囲に耐熱性繊維１２を巻回
し、これにCVD反応ガスを送給し、第４図ｂの
如く基体１１の周囲にCVD反応析出物１３を析
出させたものである。このものも、基体１１を取
りのぞくことにより、第４図ｃの如き中空の繊維
強化セラミツクス部材とすることができる。
第５図は本発明の方法によりガスタービンのブ
レードを製造する場合を説明するものであり、第
５図ａの如く、目的とするブレード形状よりもい
くぶん小さい相似形の基体１１に耐熱性繊維１２
を巻回し、CVD反応ガスを送給して、第５図ｂ
の如く、CVD反応析出物１３を析出させ、次い
で基体１１を除去して目的とする形状のブレード
を製造するものである。
レードを製造する場合を説明するものであり、第
５図ａの如く、目的とするブレード形状よりもい
くぶん小さい相似形の基体１１に耐熱性繊維１２
を巻回し、CVD反応ガスを送給して、第５図ｂ
の如く、CVD反応析出物１３を析出させ、次い
で基体１１を除去して目的とする形状のブレード
を製造するものである。
なお、耐熱性繊維１２は高強度を必要とする所
には密に、特に高強度を必要としない所には粗に
設けるようにしても良く、また、基体に２層以上
重ねて巻回させるようにしても良い。この場合に
は、例えば第６図ａに示す如く隣り合う耐熱性繊
維の巻回層の巻き方向をクロスさせることによ
り、より高強度なセラミツクス部材（第６図ｂ）
を製造することができる。
には密に、特に高強度を必要としない所には粗に
設けるようにしても良く、また、基体に２層以上
重ねて巻回させるようにしても良い。この場合に
は、例えば第６図ａに示す如く隣り合う耐熱性繊
維の巻回層の巻き方向をクロスさせることによ
り、より高強度なセラミツクス部材（第６図ｂ）
を製造することができる。
また基体への繊維の巻回及びCVD反応を数回
繰り返して、即ち、例えば第１図ｃ又はｄのセラ
ミツクス部材のCVD反応析出物１３の表面１３
ａに、更に耐熱性繊維を設けてCVD反応ガスを
供給し、CVD反応析出物を積層させるようにす
ることもできる。
繰り返して、即ち、例えば第１図ｃ又はｄのセラ
ミツクス部材のCVD反応析出物１３の表面１３
ａに、更に耐熱性繊維を設けてCVD反応ガスを
供給し、CVD反応析出物を積層させるようにす
ることもできる。
上記の説明ではCVD法が採用されているが、
本発明では、PVD法等その他の気相蒸着法をも
用い得る。
本発明では、PVD法等その他の気相蒸着法をも
用い得る。
［作用］
基体に持着させた耐熱性繊維により、補強され
ると共に気相蒸着層の柱状晶の発達が抑制され
た、極めて高強度なセラミツク層が得られる。し
かも耐熱性繊維の体積分だけ気相蒸着部が減らさ
れるため、製造時間が短縮される。
ると共に気相蒸着層の柱状晶の発達が抑制され
た、極めて高強度なセラミツク層が得られる。し
かも耐熱性繊維の体積分だけ気相蒸着部が減らさ
れるため、製造時間が短縮される。
従つて、極めて高強度なセラミツクの厚膜層よ
りなる筒状部材を気相蒸着法により効率的に製造
することが可能となる。
りなる筒状部材を気相蒸着法により効率的に製造
することが可能となる。
［実施例］
以下に本発明を実施例により更に具体的に説明
する。
する。
実施例 １
本発明の製造方法に従つて、第４図ｃに示すセ
ラミツクス筒状部材を製造した。
ラミツクス筒状部材を製造した。
まず基体１１として黒鉛棒（φ30mm×120mm）
を用い、これに第４図ａの如くＷ繊維（平均直径
0.02mm）を巻回した。このものを外部加熱法によ
り加熱し、基体の端部にセツトされた熱電対によ
り温度を検出し、加熱部の温度を1300〜1400℃に
保持した。
を用い、これに第４図ａの如くＷ繊維（平均直径
0.02mm）を巻回した。このものを外部加熱法によ
り加熱し、基体の端部にセツトされた熱電対によ
り温度を検出し、加熱部の温度を1300〜1400℃に
保持した。
次いで基体１１にCVDガスとしてSiCl4／
CH4／H2を供給し、CVD反応析出物（SiC）１
３を析出させた後、ガス供給を停止した。
CH4／H2を供給し、CVD反応析出物（SiC）１
３を析出させた後、ガス供給を停止した。
しかる後、基体１１を機械加工により取りはず
した。
した。
得られたSiC部材は基体１１の形状の中空部分
を有する円筒部材であつたが、本発明の方法によ
り極めて短時間で製造され、しかも極めて高強度
なものであつた。
を有する円筒部材であつたが、本発明の方法によ
り極めて短時間で製造され、しかも極めて高強度
なものであつた。
［効果］
以上詳述した通り、本発明のセラミツクス筒状
部材の製造方法によれば、耐熱繊維の強度向上効
果と、柱状晶抑制効果により、得られるセラミツ
クス筒状部材は極めて高強度で耐久性及び信頼性
の高いものとなる。しかも製造されるセラミツク
ス筒状部材の外表面は極めて緻密なものとなる。
部材の製造方法によれば、耐熱繊維の強度向上効
果と、柱状晶抑制効果により、得られるセラミツ
クス筒状部材は極めて高強度で耐久性及び信頼性
の高いものとなる。しかも製造されるセラミツク
ス筒状部材の外表面は極めて緻密なものとなる。
また、基体の形状を選定することにより任意の
形状のセラミツクス筒状部材を製造することがで
きる。さらに、高耐熱性繊維の存在によりセラミ
ツクス蒸着量が低減され、生産効果も極めて高
い。
形状のセラミツクス筒状部材を製造することがで
きる。さらに、高耐熱性繊維の存在によりセラミ
ツクス蒸着量が低減され、生産効果も極めて高
い。
第１図ａ〜ｄは本発明の一実施例に係るセラミ
ツクス筒状部材の製造過程を説明する概略的な断
面図、第２図はCVD法により厚膜を形成した場
合に得られる柱状晶を示す断面図、第３図ａ〜
ｃ、第４図ａ〜ｃ、第５図ａ，ｂは、各々、本発
明の他の実施例に係るセラミツクス筒状部材の製
造過程を説明する斜視図、第６図ａ，ｂは本発明
の別の実施例を説明する断面図である。 １１……基体、１２……高耐熱性繊維、１３…
…CVD析出物。
ツクス筒状部材の製造過程を説明する概略的な断
面図、第２図はCVD法により厚膜を形成した場
合に得られる柱状晶を示す断面図、第３図ａ〜
ｃ、第４図ａ〜ｃ、第５図ａ，ｂは、各々、本発
明の他の実施例に係るセラミツクス筒状部材の製
造過程を説明する斜視図、第６図ａ，ｂは本発明
の別の実施例を説明する断面図である。 １１……基体、１２……高耐熱性繊維、１３…
…CVD析出物。
Claims (1)
- １ 基体の表面に耐熱性繊維を巻回して持着さ
せ、次いで基体の繊維持着面にセラミツクスを気
相蒸着させ、繊維間の間〓を埋め、その後、基体
を除去することを特徴とするセラミツクス筒状部
材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8312285A JPS61242963A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | セラミツクス筒状部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8312285A JPS61242963A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | セラミツクス筒状部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61242963A JPS61242963A (ja) | 1986-10-29 |
| JPH058147B2 true JPH058147B2 (ja) | 1993-02-01 |
Family
ID=13793399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8312285A Granted JPS61242963A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | セラミツクス筒状部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61242963A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102538449A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-07-04 | 宁波市鄞州圣安电气设备有限公司 | 加热炉 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3462340A (en) * | 1965-07-28 | 1969-08-19 | Us Air Force | Fiber-containing pyrolytic composite material |
| US3895084A (en) * | 1972-03-28 | 1975-07-15 | Ducommun Inc | Fiber reinforced composite product |
-
1985
- 1985-04-18 JP JP8312285A patent/JPS61242963A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102538449A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-07-04 | 宁波市鄞州圣安电气设备有限公司 | 加热炉 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61242963A (ja) | 1986-10-29 |
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