JPH06297436A - 中空構造を有するセラミックス焼結構造体及びその製造方法 - Google Patents
中空構造を有するセラミックス焼結構造体及びその製造方法Info
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- JPH06297436A JPH06297436A JP11424893A JP11424893A JPH06297436A JP H06297436 A JPH06297436 A JP H06297436A JP 11424893 A JP11424893 A JP 11424893A JP 11424893 A JP11424893 A JP 11424893A JP H06297436 A JPH06297436 A JP H06297436A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 テーパー無しの中抜き構造の付与を可能にし
て、研削加工による割れの発生を無くし、かつ加工しろ
による原料歩留りの低下を解消することである。 【構成】 構造単位の複数個を中空構造に組合せ、原料
粉末より低温で焼結するセラミックス粉末を中空部に相
当する形状に成形して挿入した後、弾性被膜で被覆し静
水圧加圧で圧着させて一体接合した成形体をまず挿入成
形体を低温で焼結収縮させてから引き抜いた後、前記原
料粉末の中空成形体を焼結するものである。 【効果】 リブ間、スリット部、ホール等の中空構造を
有する形状に成形する際に、使用する原料粉末量を減ら
し、かつ、成形体や焼結体における研削加工を行なわず
にすることができた。
て、研削加工による割れの発生を無くし、かつ加工しろ
による原料歩留りの低下を解消することである。 【構成】 構造単位の複数個を中空構造に組合せ、原料
粉末より低温で焼結するセラミックス粉末を中空部に相
当する形状に成形して挿入した後、弾性被膜で被覆し静
水圧加圧で圧着させて一体接合した成形体をまず挿入成
形体を低温で焼結収縮させてから引き抜いた後、前記原
料粉末の中空成形体を焼結するものである。 【効果】 リブ間、スリット部、ホール等の中空構造を
有する形状に成形する際に、使用する原料粉末量を減ら
し、かつ、成形体や焼結体における研削加工を行なわず
にすることができた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リブ形状、スリット、
櫛の歯、ホール等の中空構造を有するセラミックス焼結
構造体及びその製造方法に関する。
櫛の歯、ホール等の中空構造を有するセラミックス焼結
構造体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックス粉末を原料とし複雑
形状を有する焼結構造体の製造方法には、金型または円
筒状のゴム型に原料粉末を充填し、これを静水圧加圧し
単純な形状の成形体を作製した後、必要に応じ素地の研
削加工を行うが、中空構造等の付与には寸法精度や形状
の複雑さに限界があった。
形状を有する焼結構造体の製造方法には、金型または円
筒状のゴム型に原料粉末を充填し、これを静水圧加圧し
単純な形状の成形体を作製した後、必要に応じ素地の研
削加工を行うが、中空構造等の付与には寸法精度や形状
の複雑さに限界があった。
【０００３】そして、素地加工後の成形体を焼結させ、
焼結後に再度高コストと長時間を要する研削工程が必要
であった。
焼結後に再度高コストと長時間を要する研削工程が必要
であった。
【０００４】パイプ等の円筒形状を有する成形体に関し
て、前記ゴム型内に金属製の中子を用いて成形する場合
もあったが、中子抜き取り時に必要なテーパーを除去す
る研削工程が必要であった。
て、前記ゴム型内に金属製の中子を用いて成形する場合
もあったが、中子抜き取り時に必要なテーパーを除去す
る研削工程が必要であった。
【０００５】そのため、薄肉品では割れが生じ易く、実
際にはホール無しの円柱形状から切り出し加工を行って
いるのが現状で、原料から製品への原料歩留りの低さが
問題であった。
際にはホール無しの円柱形状から切り出し加工を行って
いるのが現状で、原料から製品への原料歩留りの低さが
問題であった。
【０００６】また、セラミックス粉末を出発原料とする
焼結体は、公知のプレス成形を行う時に、目的の形状全
体を１種類の粉末組成からなる原料粉によって成形され
ていた。
焼結体は、公知のプレス成形を行う時に、目的の形状全
体を１種類の粉末組成からなる原料粉によって成形され
ていた。
【０００７】焼結構造体個々の各部位ごとで要求されて
いる機械的性質及び化学的性質等の特性が異なる場合に
も、すべての要求特性を満足する高純度、微細、かつ高
価な主原料が部材全体に用いられていた。
いる機械的性質及び化学的性質等の特性が異なる場合に
も、すべての要求特性を満足する高純度、微細、かつ高
価な主原料が部材全体に用いられていた。
【０００８】従来の方法では、目的とする形状が成形時
に得難く使用する粉体量が多く必要となることが避けら
れず、また大型の成形体を作成する場合には粉体原料に
かかる圧力に分布が生じ易く均質な成形体を得難いこと
が問題であった。
に得難く使用する粉体量が多く必要となることが避けら
れず、また大型の成形体を作成する場合には粉体原料に
かかる圧力に分布が生じ易く均質な成形体を得難いこと
が問題であった。
【０００９】また、焼結後に高コストと長時間を要する
研削工程が必要となり、目的部材の部位ごとに材質変更
をする際にもＮｉ―ＷやＭｏ―Ｍｎなどを用いた活性金
属法による焼結体相互の接合（例えば窯業協会誌９４
（１９８６），ｐ．１０８〜１１０）等が必要であるた
め、工程が複雑になったり、５００℃以上の高温におい
て母材強度に匹敵するだけの十分な接合強度をもつ接合
剤が見い出されていないなどの問題点があった。
研削工程が必要となり、目的部材の部位ごとに材質変更
をする際にもＮｉ―ＷやＭｏ―Ｍｎなどを用いた活性金
属法による焼結体相互の接合（例えば窯業協会誌９４
（１９８６），ｐ．１０８〜１１０）等が必要であるた
め、工程が複雑になったり、５００℃以上の高温におい
て母材強度に匹敵するだけの十分な接合強度をもつ接合
剤が見い出されていないなどの問題点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、テー
パー無しの中抜き構造の付与を可能にして、研削加工に
よる割れの発生を無くし、かつ加工しろによる原料歩留
りの低下を解消することである。
パー無しの中抜き構造の付与を可能にして、研削加工に
よる割れの発生を無くし、かつ加工しろによる原料歩留
りの低下を解消することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、中空構造を有
する構造体であって、前記構造体の各構造単位を圧着に
より一体接合してなることを特徴とする中空構造を有す
るセラミックス焼結構造体である。
する構造体であって、前記構造体の各構造単位を圧着に
より一体接合してなることを特徴とする中空構造を有す
るセラミックス焼結構造体である。
【００１２】ここで、構造単位とは、板、角柱、円柱等
の単純形状で短時間の量産成形が可能である構造部材の
ことである。
の単純形状で短時間の量産成形が可能である構造部材の
ことである。
【００１３】さらに、本発明は一定の化学組成と粒度を
有する原料粉末を成形してなる構造単位の複数個を中空
構造に組合せ、または、一定の化学組成と粒度を有する
原料粉末を成形してなる１個以上の構造単位と前記原料
粉末に比べ純度及び粒度の少なくとも一方が異なる原料
粉末の１種類以上を成形してなる１個以上の構造単位を
中空構造に組合せ、原料粉末より低温で焼結するセラミ
ックス粉末を中空部に相当する形状に成形して挿入した
後、弾性被膜で被覆し、静水圧加圧で圧着させて一体接
合した成形体を、まずセラミックス粉末成形体を低温で
焼結収縮させてから引き抜いた後、さらに前記原料粉末
の成形体からなる中空一体構造体を焼結することを特徴
とする中空構造を有するセラミックス焼結構造体の製造
方法である。
有する原料粉末を成形してなる構造単位の複数個を中空
構造に組合せ、または、一定の化学組成と粒度を有する
原料粉末を成形してなる１個以上の構造単位と前記原料
粉末に比べ純度及び粒度の少なくとも一方が異なる原料
粉末の１種類以上を成形してなる１個以上の構造単位を
中空構造に組合せ、原料粉末より低温で焼結するセラミ
ックス粉末を中空部に相当する形状に成形して挿入した
後、弾性被膜で被覆し、静水圧加圧で圧着させて一体接
合した成形体を、まずセラミックス粉末成形体を低温で
焼結収縮させてから引き抜いた後、さらに前記原料粉末
の成形体からなる中空一体構造体を焼結することを特徴
とする中空構造を有するセラミックス焼結構造体の製造
方法である。
【００１４】また、必要に応じて、より低温で焼結する
セラミックス成形体と原料粉末を成形してなる構造単位
との界面に、熱等によって分解揮発する硫酸紙等の非常
に薄い分離層を設けることによって表面性状をより滑性
化することも可能である。
セラミックス成形体と原料粉末を成形してなる構造単位
との界面に、熱等によって分解揮発する硫酸紙等の非常
に薄い分離層を設けることによって表面性状をより滑性
化することも可能である。
【００１５】原料粉末より低温で焼結収縮させる際に分
解揮発し、炭素化しても容易に除去可能であるため原料
粉末の焼結時には分離層に用いた材料は残存しない。
解揮発し、炭素化しても容易に除去可能であるため原料
粉末の焼結時には分離層に用いた材料は残存しない。
【００１６】
【作用】従来の金属製の金型内中子を用い成形後に引き
抜く場合に比べて、テーパー無しでも低温焼結部のみ焼
結収縮することによって引き抜きが出来、かつ、エッジ
の鋭角化やスリットの極小化を可能にする。
抜く場合に比べて、テーパー無しでも低温焼結部のみ焼
結収縮することによって引き抜きが出来、かつ、エッジ
の鋭角化やスリットの極小化を可能にする。
【００１７】圧着による一体接合時に、粉体の充填性お
よび弾性特性による個々の成形体間の密度に著しい差異
が認められる場合は、粒度分布、解砕や造粒による凝集
度合いの調整やバインダー添加によって成形密度が大き
く異ならないように制御することが可能である。
よび弾性特性による個々の成形体間の密度に著しい差異
が認められる場合は、粒度分布、解砕や造粒による凝集
度合いの調整やバインダー添加によって成形密度が大き
く異ならないように制御することが可能である。
【００１８】また、従来法では成形段階で複雑な形状の
制御が極めて困難であり素地加工が必要であるため、こ
のときの研削加工しろが再利用出来難いことから原料粉
歩留りを低下させていたが、本発明によれば、このよう
な研削は不要となり、かつ、使用する原料粉体量を低減
することが可能である。
制御が極めて困難であり素地加工が必要であるため、こ
のときの研削加工しろが再利用出来難いことから原料粉
歩留りを低下させていたが、本発明によれば、このよう
な研削は不要となり、かつ、使用する原料粉体量を低減
することが可能である。
【００１９】また、研削加工時に長時間を要し、仮焼処
理または結合剤添加を行わない場合には割れや欠けが生
じ易く、歩留りをさらに低下させていたが、本発明では
加工工程が無いため割れや欠けを生じないこと、仮焼処
理や結合剤添加等を不要にすることが可能になった。
理または結合剤添加を行わない場合には割れや欠けが生
じ易く、歩留りをさらに低下させていたが、本発明では
加工工程が無いため割れや欠けを生じないこと、仮焼処
理や結合剤添加等を不要にすることが可能になった。
【００２０】
【実施例】主原料として、一般的に高価だが高い機械的
特性が得られるイミド分解法による純度９７％以上、平
均粒径０．７μｍの窒化珪素粉末（Ａ）と一般的に安価
で特性の低い金属窒化法による純度９０％以上、平均粒
径１．５μｍの窒化珪素粉末（Ｂ）の２種を用いた。
特性が得られるイミド分解法による純度９７％以上、平
均粒径０．７μｍの窒化珪素粉末（Ａ）と一般的に安価
で特性の低い金属窒化法による純度９０％以上、平均粒
径１．５μｍの窒化珪素粉末（Ｂ）の２種を用いた。
【００２１】これらをそれぞれ９０重量％として、平均
粒径０．４μｍの酸化イットリウム６．５重量％および
平均粒径０．８μｍの酸化マグネシウム３．５重量％を
各々添加混合し原料粉未とした。
粒径０．４μｍの酸化イットリウム６．５重量％および
平均粒径０．８μｍの酸化マグネシウム３．５重量％を
各々添加混合し原料粉未とした。
【００２２】この２種類の原料粉Ａ、Ｂを別々に、角柱
状の１軸プレス用の高張力鋼製成形金型を用い１００ｋ
ｇｆ／ｃｍ2の圧力で初期成形して厚さ１０ｍｍ、底面
５０×５０ｍｍの角状成形体を各２枚計４枚得た。
状の１軸プレス用の高張力鋼製成形金型を用い１００ｋ
ｇｆ／ｃｍ2の圧力で初期成形して厚さ１０ｍｍ、底面
５０×５０ｍｍの角状成形体を各２枚計４枚得た。
【００２３】また、低温焼結可能なセラミックス粉末と
して、平均粒径０．６μｍの酸化アルミニウムを用い、
同様に角柱状の１軸プレス用の高張力鋼製成形金型を用
い１００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で初期成形して厚さ３０
ｍｍ、底面５０×５０ｍｍの角状成形体を１枚得た。
して、平均粒径０．６μｍの酸化アルミニウムを用い、
同様に角柱状の１軸プレス用の高張力鋼製成形金型を用
い１００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で初期成形して厚さ３０
ｍｍ、底面５０×５０ｍｍの角状成形体を１枚得た。
【００２４】これを、図１に示すように配置し平面部が
ずれなく重ね合わせ、高さ５０ｍｍ、底面７０ｍｍ×５
０ｍｍの一体ものとした。
ずれなく重ね合わせ、高さ５０ｍｍ、底面７０ｍｍ×５
０ｍｍの一体ものとした。
【００２５】このとき、中心部の酸化アルミニウム成形
体と窒化珪素Ａ、Ｂ両成形体との界面には硫酸紙等の非
常に薄い分離層を設けたが、窒化珪素Ａ、Ｂより低温で
焼結収縮させる際に分解揮発するため窒化珪素Ａ、Ｂの
焼結時には残存しない。
体と窒化珪素Ａ、Ｂ両成形体との界面には硫酸紙等の非
常に薄い分離層を設けたが、窒化珪素Ａ、Ｂより低温で
焼結収縮させる際に分解揮発するため窒化珪素Ａ、Ｂの
焼結時には残存しない。
【００２６】この一体ものをラバー袋にずれなく挿入
後、真空引きを行い、水を媒体とする静水圧加圧装置で
２０００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で一体化した。
後、真空引きを行い、水を媒体とする静水圧加圧装置で
２０００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で一体化した。
【００２７】ラバーを取り外した後、この一体接合体
を、Ｎ2常圧流通雰囲気中、１２００℃、１０分保持し
一旦室温まで降温して焼結収縮した酸化アルミニウムを
取り外した。
を、Ｎ2常圧流通雰囲気中、１２００℃、１０分保持し
一旦室温まで降温して焼結収縮した酸化アルミニウムを
取り外した。
【００２８】その後、窒化珪素Ａ、Ｂのみからなる中空
構造体をＮ2常圧流通雰囲気中、１７８０℃、４時間焼
結した結果、構造体全体の密度が３．２６ｇ／ｃｍ3の
緻密な焼結体を得た。
構造体をＮ2常圧流通雰囲気中、１７８０℃、４時間焼
結した結果、構造体全体の密度が３．２６ｇ／ｃｍ3の
緻密な焼結体を得た。
【００２９】このとき、面出しのための仕上げ加工は行
ったが、加工前にも割れが無いことを確認した。
ったが、加工前にも割れが無いことを確認した。
【００３０】さらにより詳しく調べるために、窒化珪素
Ａ、Ｂ間の界面部を研削し接合面を光学顕微鏡で観察し
たが、割れや欠け等は観察されなかった。
Ａ、Ｂ間の界面部を研削し接合面を光学顕微鏡で観察し
たが、割れや欠け等は観察されなかった。
【００３１】さらに、接合面を含めた曲げ試験片を切り
出し、ＪＩＳ―Ｒ１６０１及びＪＩＳ―Ｒ１６０７に基
づく抗折強度および破壊靭性値を測定したところ、室温
強度８４ｋｇｆ／ｍｍ2、１２５０℃の強度５６ｋｇｆ
／ｍｍ2、ＳＥＰＢ法による室温の破壊靭性値６．２Ｍ
Ｐａｍ1/2を得た。
出し、ＪＩＳ―Ｒ１６０１及びＪＩＳ―Ｒ１６０７に基
づく抗折強度および破壊靭性値を測定したところ、室温
強度８４ｋｇｆ／ｍｍ2、１２５０℃の強度５６ｋｇｆ
／ｍｍ2、ＳＥＰＢ法による室温の破壊靭性値６．２Ｍ
Ｐａｍ1/2を得た。
【００３２】この結果より、本発明による複雑焼結構造
体の機械的性質は充分使用に耐えうるものであることが
確認された。
体の機械的性質は充分使用に耐えうるものであることが
確認された。
【００３３】比較例として、接合面をもたない、５０ｍ
ｍ×７０ｍｍ×５０ｍｍの中実の一体形状の角柱成形体
を上記２種類の窒化珪素粉末Ａ、Ｂを同焼結助剤成分と
配合した原料粉末を別々に用いて、同様の１軸プレス法
による初期成形を行った後で静水圧加圧して同じ焼結パ
ターンで焼結を行った。
ｍ×７０ｍｍ×５０ｍｍの中実の一体形状の角柱成形体
を上記２種類の窒化珪素粉末Ａ、Ｂを同焼結助剤成分と
配合した原料粉末を別々に用いて、同様の１軸プレス法
による初期成形を行った後で静水圧加圧して同じ焼結パ
ターンで焼結を行った。
【００３４】その後に研削加工により、外寸法５０ｍｍ
×７０ｍｍ×５０ｍｍで肉厚１０ｍｍの中空角柱を得
た。
×７０ｍｍ×５０ｍｍで肉厚１０ｍｍの中空角柱を得
た。
【００３５】その結果、イミド分解法（Ａ）による窒化
珪素焼結体から切り出した試験片については、室温強度
が９２ｋｇｆ／ｍｍ2、１２５０℃強度が５１ｋｇｆ／
ｍｍ2、室温の破壊靭性値が５．７ＭＰａｍ1/2を、金属
窒化法（Ｂ）による窒化珪素焼結体から切り出した試験
片については、室温強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ2、１２５
０℃強度が４５ｋｇｆ／ｍｍ2、ＳＥＰＢ法による室温
の破壊靭性値が５．３ＭＰａｍ1/2を、それぞれ得た。
珪素焼結体から切り出した試験片については、室温強度
が９２ｋｇｆ／ｍｍ2、１２５０℃強度が５１ｋｇｆ／
ｍｍ2、室温の破壊靭性値が５．７ＭＰａｍ1/2を、金属
窒化法（Ｂ）による窒化珪素焼結体から切り出した試験
片については、室温強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ2、１２５
０℃強度が４５ｋｇｆ／ｍｍ2、ＳＥＰＢ法による室温
の破壊靭性値が５．３ＭＰａｍ1/2を、それぞれ得た。
【００３６】これらの結果より、異なる主原料粉末であ
る窒化珪素を用い本発明による静水圧加圧等による接合
を用いた成形を行っても、大きな強度の低下が見られな
いことが確認された。
る窒化珪素を用い本発明による静水圧加圧等による接合
を用いた成形を行っても、大きな強度の低下が見られな
いことが確認された。
【００３７】また、実施例、比較例において図２に示す
ような外寸法５０ｍｍ×７０ｍｍ×５０ｍｍで肉厚１０
ｍｍの中空角柱を得る場合の原料粉末の歩留り及びプレ
ス成形時や素地成形体を研削時、さらに焼結する工程を
経た場合の製品歩留りを第１表に示す。
ような外寸法５０ｍｍ×７０ｍｍ×５０ｍｍで肉厚１０
ｍｍの中空角柱を得る場合の原料粉末の歩留り及びプレ
ス成形時や素地成形体を研削時、さらに焼結する工程を
経た場合の製品歩留りを第１表に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】第１表の結果より、原料粉末の歩留りがお
よそ２倍に向上し、後工程でも歩留りが改善されること
が確認された。
よそ２倍に向上し、後工程でも歩留りが改善されること
が確認された。
【００４０】
【発明の効果】本発明で、セラミックス粉末の成形段階
で、リブ間の空間部やスリット、櫛の歯、ホール等の中
空部を有する複雑な形状に成形する際に、原料粉末の使
用量を減らし、かつ素地成形体の研削加工を行わないこ
とを可能にした。
で、リブ間の空間部やスリット、櫛の歯、ホール等の中
空部を有する複雑な形状に成形する際に、原料粉末の使
用量を減らし、かつ素地成形体の研削加工を行わないこ
とを可能にした。
【００４１】テーパー無しのホール形状、コーナー部の
鋭角化やスリットの極小化を可能にすることができ、さ
らに、剛性のみが必要な部位には安価または低品位の主
原料粉末を用いることによって原料コストの低減や資源
の有効利用を図ることも可能である。
鋭角化やスリットの極小化を可能にすることができ、さ
らに、剛性のみが必要な部位には安価または低品位の主
原料粉末を用いることによって原料コストの低減や資源
の有効利用を図ることも可能である。
【図１】本発明の中空構造を有するセラミックス焼結構
造体を作製する状況を説明するための概念図である。
造体を作製する状況を説明するための概念図である。
【図２】外寸法５０ｍｍ×７０ｍｍ×５０ｍｍで肉厚１
０ｍｍの中空角柱の模式図である。
０ｍｍの中空角柱の模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 義明 東京都千代田区大手町２―６―３ 新日本 製鐵株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 中空構造を有する構造体であって、前記
構造体の各構造単位を圧着により一体接合してなること
を特徴とする中空構造を有するセラミックス焼結構造
体。 - 【請求項２】 一定の化学組成と粒度を有する原料粉末
を成形してなる構造単位の複数個を中空構造に組合せ、
さらに、原料粉末より低温で焼結するセラミックス粉末
を中空部に相当する形状に成形して挿入した後、弾性被
膜で被覆し、静水圧加圧で圧着させて一体接合した成形
体を、まずセラミックス粉末成形体のみを低温で焼結収
縮させてから引き抜いた後、さらに前記原料粉末からな
る中空一体構造体を焼結することを特徴とする中空構造
を有するセラミックス焼結構造体の製造方法。 - 【請求項３】 一定の化学組成と粒度を有する原料粉末
を成形してなる１個以上の構造単位と前記原料粉末に比
べ純度及び粒度の少なくとも一方が異なる原料粉末の１
種類以上を成形してなる１個以上の構造単位を中空構造
に組合せ、さらに、原料粉末より低温で焼結するセラミ
ックス粉末を中空部に相当する形状に成形して挿入した
後、弾性被膜で被覆し、静水圧加圧で圧着させて一体接
合した成形体を、まずセラミックス粉末成形体を低温で
焼結収縮させてから引き抜いた後、さらに前記原料粉末
の成形体からなる中空一体構造体を焼結することを特徴
とする中空構造を有するセラミックス焼結構造体の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11424893A JPH06297436A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 中空構造を有するセラミックス焼結構造体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11424893A JPH06297436A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 中空構造を有するセラミックス焼結構造体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06297436A true JPH06297436A (ja) | 1994-10-25 |
Family
ID=14633013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11424893A Withdrawn JPH06297436A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 中空構造を有するセラミックス焼結構造体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06297436A (ja) |
-
1993
- 1993-04-19 JP JP11424893A patent/JPH06297436A/ja not_active Withdrawn
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