JPH058152B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH058152B2 JPH058152B2 JP60213493A JP21349385A JPH058152B2 JP H058152 B2 JPH058152 B2 JP H058152B2 JP 60213493 A JP60213493 A JP 60213493A JP 21349385 A JP21349385 A JP 21349385A JP H058152 B2 JPH058152 B2 JP H058152B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- zirconia
- nitride sintered
- coated
- thermal conductivity
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は断熱性に優れた窒化珪素焼結部材に関
するものである。さらに詳しくは、表面にジルコ
ニアを被覆した表面近傍の熱伝導率の低い窒化珪
素焼結部材に関するものである。 （従来の技術） 窒化珪素焼結部材は高温における機械的強度、
耐熱性および耐熱衝撃性等の点で他の無機材料あ
るいは金属より優れているため、高温構造部材と
しての利用が考えられ、その用途開発が盛んに進
められている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら窒化珪素焼結部材は熱伝導率が高
く、断熱性が劣るという欠点がある。例えばエン
ジン燃焼室の耐熱性を高めるために壁面に窒化珪
素焼結部材を用いる場合にはエアギヤツプ等によ
り外部に対する断熱性は向上できるが、熱伝導率
が高いために給気が暖められ有効な吸入空気量が
得られない。この場合、窒化珪素焼結部材の表面
近傍の熱伝導率が問題となる。 耐熱性・耐食性・耐摩耗性向上を目的としてジ
ルコニアを表面被覆したものは特開昭55−28351
号、特開昭57−140876号および特開昭58−87273
号において基板が金属でプラズマ溶射による場合
が示されている。また特開昭57−135771号および
特開昭58−125679号には基板が炭素の場合にジル
コニアをその表面に被覆することが示されてい
る。しかしながら窒化珪素焼結部材を基板とし
て、しかも表面近傍の断熱性向上を目的とするも
のは例がない。 窒化珪素焼結部材に比べジルコニアは熱伝導率
が低く断熱性に優れているが、高温における機械
的強度が低い欠点がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は窒化珪素焼結体の表面に安定化または
部分安定化ジルコニアを被覆した高温構造部材用
窒化珪素焼結部材にある。 本発明においては窒化珪素焼結体表面に被覆す
るジルコニアは安定化または部分安定化ジルコニ
アであることが必要で、この安定化または部分安
定化ジルコニアはプラズマ溶射により窒化珪素焼
結体の表面に100μ以下の厚さに被覆することが
好ましい。 （作用） 本発明は高温強度は高いが、熱伝導率が高く断
熱性が悪い窒化珪素焼結部材表面を、熱伝導率の
低いジルコニアでその表面層を被覆し、表面近傍
の断熱性を改善することを目的とするものであ
る。 窒化珪素焼結部材とは窒化珪素常圧焼結体、加
圧焼結体、ホツトプレス焼結体、HIP焼結体ある
いは反応焼結体よりなるエンジン部品等の構造材
である。窒化珪素焼結部材はMgO、Al2O3あるい
はY2O3等種々の添加物を含む場合もあるが、本
発明の窒化珪素焼結部材の断熱性を改善する上で
添加物は本質的な問題ではない。本発明はこの窒
化珪素焼結部材の表面をジルコニアで被覆したも
のである。ジルコニアはY2O3、MgOあるいは
CaOで安定化あるいは部分安定化されたものを使
用する。ジルコニア層の厚さは100μｍ以下が好
ましい。これは、窒化珪素焼結部材とジルコニア
とは熱膨脹率が異なるので厚すぎると加熱・冷却
の繰り返しにより剥離や貫入が生じ易く、また表
面近傍の熱伝導率を有効に低下させるためには
100μｍ以下の厚さでも十分であるからである。 本発明のジルコニアを表面に被覆した窒化珪素
焼結部材の製造法を述べる。本発明のジルコニア
を表面に被覆した窒化珪素焼結部材は、窒化珪素
焼結部材の表面にジルコニアスラリーを塗布ある
いはスプレーによりジルコニアコート層を形成さ
せ焼成し焼き付けるか、好ましくはプラズマ溶射
によりジルコニアを被覆するなどして、窒化珪素
焼結部材の表面の一部あるいは全部をジルコニア
層で被覆したものである。窒化珪素焼結部材の表
面は一般に焼成面あるいは加工面であるためジル
コニア焼き付け層あるいは溶射層との結合力を高
めるために粗面化あるいは反応性を上げる処理が
必要である。それら処理は例えば砥粒による研磨
加工、空気中加熱による酸化あるいはフツ酸等に
よるエツチングである。粗面化あるいは反応性を
上げる処理は窒化珪素焼結部材の性質により最適
方法を見出す必要がある。また、ジルコニアコー
ト原料あるいは溶射原料はすでに安定化あるいは
部分安定化したジルコニアを用いても、ジルコニ
アと安定化剤とを焼成中あるいは溶射中に反応さ
せて安定化あるいは部分安定化ジルコニアとして
もよい。さらに、窒化珪素焼結部材とジルコニア
との熱膨脹率差による剥離や貫入を防止するた
め、中間の熱膨脹率を持つ中間層を予め形成させ
てもよい。 実施例 以下に本発明の実施例を示す。 実施例 １ SrO、MgO、CeO2およびZrO2を添加物とする
窒化珪素常圧焼結体より加工した直径10mm、厚さ
３mmの円板を空気中、1200℃で24時間酸化し表面
に酸化層を形成させ、プラズマ溶射溶融用基板と
した。この基板の片面に第１表の溶射剤を50〜
70μｍの厚さとなるようプラズマ溶射し、本発明
の窒化珪素焼結部材の熱伝導率測定用試料１、
２、３を得た。試料１、２、３と、ジルコニア被
覆をしない基板の比較例４および100μｍ以上被
覆した比較例11、純粋なジルコニアを被覆した比
較例12とのレーザーフラツシユ法による室温と
800℃における熱伝導率の測定結果を第１表に示
した。試料１、２、３のレーザーフラツシユ法に
よる熱伝導率の測定は被覆面にレーザーを照射し
て行つた。
するものである。さらに詳しくは、表面にジルコ
ニアを被覆した表面近傍の熱伝導率の低い窒化珪
素焼結部材に関するものである。 （従来の技術） 窒化珪素焼結部材は高温における機械的強度、
耐熱性および耐熱衝撃性等の点で他の無機材料あ
るいは金属より優れているため、高温構造部材と
しての利用が考えられ、その用途開発が盛んに進
められている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら窒化珪素焼結部材は熱伝導率が高
く、断熱性が劣るという欠点がある。例えばエン
ジン燃焼室の耐熱性を高めるために壁面に窒化珪
素焼結部材を用いる場合にはエアギヤツプ等によ
り外部に対する断熱性は向上できるが、熱伝導率
が高いために給気が暖められ有効な吸入空気量が
得られない。この場合、窒化珪素焼結部材の表面
近傍の熱伝導率が問題となる。 耐熱性・耐食性・耐摩耗性向上を目的としてジ
ルコニアを表面被覆したものは特開昭55−28351
号、特開昭57−140876号および特開昭58−87273
号において基板が金属でプラズマ溶射による場合
が示されている。また特開昭57−135771号および
特開昭58−125679号には基板が炭素の場合にジル
コニアをその表面に被覆することが示されてい
る。しかしながら窒化珪素焼結部材を基板とし
て、しかも表面近傍の断熱性向上を目的とするも
のは例がない。 窒化珪素焼結部材に比べジルコニアは熱伝導率
が低く断熱性に優れているが、高温における機械
的強度が低い欠点がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は窒化珪素焼結体の表面に安定化または
部分安定化ジルコニアを被覆した高温構造部材用
窒化珪素焼結部材にある。 本発明においては窒化珪素焼結体表面に被覆す
るジルコニアは安定化または部分安定化ジルコニ
アであることが必要で、この安定化または部分安
定化ジルコニアはプラズマ溶射により窒化珪素焼
結体の表面に100μ以下の厚さに被覆することが
好ましい。 （作用） 本発明は高温強度は高いが、熱伝導率が高く断
熱性が悪い窒化珪素焼結部材表面を、熱伝導率の
低いジルコニアでその表面層を被覆し、表面近傍
の断熱性を改善することを目的とするものであ
る。 窒化珪素焼結部材とは窒化珪素常圧焼結体、加
圧焼結体、ホツトプレス焼結体、HIP焼結体ある
いは反応焼結体よりなるエンジン部品等の構造材
である。窒化珪素焼結部材はMgO、Al2O3あるい
はY2O3等種々の添加物を含む場合もあるが、本
発明の窒化珪素焼結部材の断熱性を改善する上で
添加物は本質的な問題ではない。本発明はこの窒
化珪素焼結部材の表面をジルコニアで被覆したも
のである。ジルコニアはY2O3、MgOあるいは
CaOで安定化あるいは部分安定化されたものを使
用する。ジルコニア層の厚さは100μｍ以下が好
ましい。これは、窒化珪素焼結部材とジルコニア
とは熱膨脹率が異なるので厚すぎると加熱・冷却
の繰り返しにより剥離や貫入が生じ易く、また表
面近傍の熱伝導率を有効に低下させるためには
100μｍ以下の厚さでも十分であるからである。 本発明のジルコニアを表面に被覆した窒化珪素
焼結部材の製造法を述べる。本発明のジルコニア
を表面に被覆した窒化珪素焼結部材は、窒化珪素
焼結部材の表面にジルコニアスラリーを塗布ある
いはスプレーによりジルコニアコート層を形成さ
せ焼成し焼き付けるか、好ましくはプラズマ溶射
によりジルコニアを被覆するなどして、窒化珪素
焼結部材の表面の一部あるいは全部をジルコニア
層で被覆したものである。窒化珪素焼結部材の表
面は一般に焼成面あるいは加工面であるためジル
コニア焼き付け層あるいは溶射層との結合力を高
めるために粗面化あるいは反応性を上げる処理が
必要である。それら処理は例えば砥粒による研磨
加工、空気中加熱による酸化あるいはフツ酸等に
よるエツチングである。粗面化あるいは反応性を
上げる処理は窒化珪素焼結部材の性質により最適
方法を見出す必要がある。また、ジルコニアコー
ト原料あるいは溶射原料はすでに安定化あるいは
部分安定化したジルコニアを用いても、ジルコニ
アと安定化剤とを焼成中あるいは溶射中に反応さ
せて安定化あるいは部分安定化ジルコニアとして
もよい。さらに、窒化珪素焼結部材とジルコニア
との熱膨脹率差による剥離や貫入を防止するた
め、中間の熱膨脹率を持つ中間層を予め形成させ
てもよい。 実施例 以下に本発明の実施例を示す。 実施例 １ SrO、MgO、CeO2およびZrO2を添加物とする
窒化珪素常圧焼結体より加工した直径10mm、厚さ
３mmの円板を空気中、1200℃で24時間酸化し表面
に酸化層を形成させ、プラズマ溶射溶融用基板と
した。この基板の片面に第１表の溶射剤を50〜
70μｍの厚さとなるようプラズマ溶射し、本発明
の窒化珪素焼結部材の熱伝導率測定用試料１、
２、３を得た。試料１、２、３と、ジルコニア被
覆をしない基板の比較例４および100μｍ以上被
覆した比較例11、純粋なジルコニアを被覆した比
較例12とのレーザーフラツシユ法による室温と
800℃における熱伝導率の測定結果を第１表に示
した。試料１、２、３のレーザーフラツシユ法に
よる熱伝導率の測定は被覆面にレーザーを照射し
て行つた。
【表】
安定化剤MgO、Y2O3、CaOを24〜５重量％含
むジルコニアを被覆した本発明品１、２、３は室
温と1200℃との間の20回の加熱・冷却の繰り返し
によつても剥離や貫入が生じなかつた。 これに対し安定化剤を含まない純粋なジルコニ
アを被覆した比較例12のものは剥離発生し使用に
耐えないことが確認された。また、安定化剤
Y2O3を20重量％含むジルコニアを110μｍ被覆し
た窒化珪素焼結体にも貫入発生があつた。このこ
とは安定化または部分安定化ジルコニアの被覆の
厚みは100μｍ以下がよいことを示している。 実施例 ２ Y2O3、MgOおよびCeO2を添加物とする窒化珪
素常圧焼結体より加工した直径10mm、厚さ３mmの
円板を50℃の濃弗酸中に１時間浸漬し表面をエツ
チングし、プラズマ溶射用基板とした。この基板
の片面に第２表の溶射剤を50〜70μｍの厚さにプ
ラズマ溶射し、本発明の窒化珪素焼結部材の熱伝
導率測定用試料５、６を得た。試料５、６とジル
コニア被覆をしない同じ基板の比較例７との実施
例１と同じ方法による熱伝導率の測定結果を第２
表に示した。
むジルコニアを被覆した本発明品１、２、３は室
温と1200℃との間の20回の加熱・冷却の繰り返し
によつても剥離や貫入が生じなかつた。 これに対し安定化剤を含まない純粋なジルコニ
アを被覆した比較例12のものは剥離発生し使用に
耐えないことが確認された。また、安定化剤
Y2O3を20重量％含むジルコニアを110μｍ被覆し
た窒化珪素焼結体にも貫入発生があつた。このこ
とは安定化または部分安定化ジルコニアの被覆の
厚みは100μｍ以下がよいことを示している。 実施例 ２ Y2O3、MgOおよびCeO2を添加物とする窒化珪
素常圧焼結体より加工した直径10mm、厚さ３mmの
円板を50℃の濃弗酸中に１時間浸漬し表面をエツ
チングし、プラズマ溶射用基板とした。この基板
の片面に第２表の溶射剤を50〜70μｍの厚さにプ
ラズマ溶射し、本発明の窒化珪素焼結部材の熱伝
導率測定用試料５、６を得た。試料５、６とジル
コニア被覆をしない同じ基板の比較例７との実施
例１と同じ方法による熱伝導率の測定結果を第２
表に示した。
【表】
安定化剤を含むジルコニアを被覆した本発明品
５、６も室温と1200℃との間の20回の加熱・冷却
の繰り返しによつても剥離や貫入が生じなかつ
た。 これに対し、安定化剤を含まない純粋なジルコ
ニアを被覆した比較例14のものでは剥離発生し使
用に耐えないものであることが確認された。ま
た、安定化剤を含むジルコニアを被覆した比較例
13のものでも被覆の厚みが100μｍを越えるもの
は貫入が発生し好ましくないことが確認された。 実施例 ３ MgOを添加物とする窒化珪素ホツトプレス焼
結体より加工した直径10mm、厚さ３mmの円板を
＃400のSiC砥粒で研磨し表面を粗面加工し、ス
ラリー塗布用基板とした。この基板の片面に第３
表の塗布剤と成型助剤であるポリビニルアルコー
ルとを水に懸濁させたスラリーを塗布し、乾燥
後、窒素雰囲気中、1500℃で１時間加熱し、90〜
100μｍの厚さの焼き付け層を形成させ、本発明
の窒化珪素焼結部材の熱伝導率測定用試料８、９
を得た。試料８、９とジルコニア被覆をしない同
じ基板の比較例10とを実施例１と同じ方法により
熱伝導率を測定し、その結果を第３表に示した。
５、６も室温と1200℃との間の20回の加熱・冷却
の繰り返しによつても剥離や貫入が生じなかつ
た。 これに対し、安定化剤を含まない純粋なジルコ
ニアを被覆した比較例14のものでは剥離発生し使
用に耐えないものであることが確認された。ま
た、安定化剤を含むジルコニアを被覆した比較例
13のものでも被覆の厚みが100μｍを越えるもの
は貫入が発生し好ましくないことが確認された。 実施例 ３ MgOを添加物とする窒化珪素ホツトプレス焼
結体より加工した直径10mm、厚さ３mmの円板を
＃400のSiC砥粒で研磨し表面を粗面加工し、ス
ラリー塗布用基板とした。この基板の片面に第３
表の塗布剤と成型助剤であるポリビニルアルコー
ルとを水に懸濁させたスラリーを塗布し、乾燥
後、窒素雰囲気中、1500℃で１時間加熱し、90〜
100μｍの厚さの焼き付け層を形成させ、本発明
の窒化珪素焼結部材の熱伝導率測定用試料８、９
を得た。試料８、９とジルコニア被覆をしない同
じ基板の比較例10とを実施例１と同じ方法により
熱伝導率を測定し、その結果を第３表に示した。
【表】
本発明品８、９も室温と1200℃との間の20回の
加熱・冷却の繰り返しによつても剥離や貫入が生
じなかつた。 これに対し安定化剤を含まない純粋なジルコニ
アを被覆した比較例16のものでは剥離発生し使用
に耐えないものであることが確認された。 また安定化剤を含むジルコニアを被覆した比較
例15のものでも、被覆の厚みが100μｍを超える
ものは貫入が発生し好ましくないものであること
が確認された。 第１、２、３表に示したとおり本発明のスラリ
ー塗布あるいはプラズマ溶射により安定化または
部分安定化ジルコニアを表面に被覆した窒化珪素
焼結部材は熱伝導率が低く優れた断熱性を示すも
のであることが確認された。 （発明の効果） 以上のように本発明のジルコニアを表面に被覆
した窒化珪素焼結部材は窒化珪素焼結部材の高温
強度とジルコニアの断熱性を兼ね備えたものであ
り、エンジン部品等高温構造材料へ適用すること
により、耐熱性と断熱性とを同時に改善できるも
のであつて、このため工業上大なる利益がある。
加熱・冷却の繰り返しによつても剥離や貫入が生
じなかつた。 これに対し安定化剤を含まない純粋なジルコニ
アを被覆した比較例16のものでは剥離発生し使用
に耐えないものであることが確認された。 また安定化剤を含むジルコニアを被覆した比較
例15のものでも、被覆の厚みが100μｍを超える
ものは貫入が発生し好ましくないものであること
が確認された。 第１、２、３表に示したとおり本発明のスラリ
ー塗布あるいはプラズマ溶射により安定化または
部分安定化ジルコニアを表面に被覆した窒化珪素
焼結部材は熱伝導率が低く優れた断熱性を示すも
のであることが確認された。 （発明の効果） 以上のように本発明のジルコニアを表面に被覆
した窒化珪素焼結部材は窒化珪素焼結部材の高温
強度とジルコニアの断熱性を兼ね備えたものであ
り、エンジン部品等高温構造材料へ適用すること
により、耐熱性と断熱性とを同時に改善できるも
のであつて、このため工業上大なる利益がある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素焼結体の表面に安定化または部分安
定化ジルコニアを被覆したことを特徴とする高温
構造部材用窒化珪素焼結部材。 ２ プラズマ溶射により安定化または部分安定化
ジルコニアを窒化珪素焼結体の表面に被覆した特
許請求の範囲第１項記載の高温構造部材用窒化珪
素焼結部材。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60213493A JPS6272582A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 高温構造部材用窒化珪素焼結部材 |
| EP86305717A EP0211579B1 (en) | 1985-08-02 | 1986-07-25 | Method of making a silicon nitride sintered member |
| DE8686305717T DE3669872D1 (de) | 1985-08-02 | 1986-07-25 | Verfahren zur herstellung eines bauelements aus gesintertem siliciumnitrid. |
| US07/112,053 US4816349A (en) | 1985-08-02 | 1987-10-22 | Zirconia-coated silicon nitride sintered member |
| US07/245,680 US4882109A (en) | 1985-08-02 | 1988-09-19 | Process of preparing zirconia-coated silicon nitride sintered member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60213493A JPS6272582A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 高温構造部材用窒化珪素焼結部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6272582A JPS6272582A (ja) | 1987-04-03 |
| JPH058152B2 true JPH058152B2 (ja) | 1993-02-01 |
Family
ID=16640111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60213493A Granted JPS6272582A (ja) | 1985-08-02 | 1985-09-26 | 高温構造部材用窒化珪素焼結部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6272582A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01126285A (ja) * | 1987-11-10 | 1989-05-18 | Ngk Insulators Ltd | ジルコニアコーティグ窯道具 |
| JP3583812B2 (ja) * | 1994-09-05 | 2004-11-04 | 東京電力株式会社 | セラミックコーティング部材とその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5751178A (en) * | 1980-09-11 | 1982-03-25 | Toshiba Ceramics Co | Heat resistant material for molten light metal |
| JPS58204883A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-11-29 | 九州耐火煉瓦株式会社 | セラミツクスで構成された摺動部を有する機械部品 |
-
1985
- 1985-09-26 JP JP60213493A patent/JPS6272582A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6272582A (ja) | 1987-04-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |