JPH1087386A - 積層セラミックスの製造方法 - Google Patents
積層セラミックスの製造方法Info
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- JPH1087386A JPH1087386A JP8240652A JP24065296A JPH1087386A JP H1087386 A JPH1087386 A JP H1087386A JP 8240652 A JP8240652 A JP 8240652A JP 24065296 A JP24065296 A JP 24065296A JP H1087386 A JPH1087386 A JP H1087386A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強度及び耐熱性に優れ、高温下での酸化及び
腐食に充分対応可能な機械部品材料を提供する。 【解決手段】 炭化珪素を含有する第１層Ｓに、希土類
酸化物：ＲＥ2 Ｏ3 （式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及
びＤｙからなる群より選ばれる希土類元素）を含有する
第２層Ｐを積層して積層体を形成し、該積層体を酸化性
雰囲気中で加熱することによって該第１層の炭化珪素を
酸化して酸化珪素19を生成し該第２層の希土類酸化物と
該酸化珪素とから希土類珪酸化合物：ＲＥ2 ＳｉＯ5
（式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群よ
り選ばれる希土類元素を示す）21を生成する。 【効果】 炭化珪素と希土類珪酸化合物とが良好に接合
されたセラミックスが得られる。
腐食に充分対応可能な機械部品材料を提供する。 【解決手段】 炭化珪素を含有する第１層Ｓに、希土類
酸化物：ＲＥ2 Ｏ3 （式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及
びＤｙからなる群より選ばれる希土類元素）を含有する
第２層Ｐを積層して積層体を形成し、該積層体を酸化性
雰囲気中で加熱することによって該第１層の炭化珪素を
酸化して酸化珪素19を生成し該第２層の希土類酸化物と
該酸化珪素とから希土類珪酸化合物：ＲＥ2 ＳｉＯ5
（式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群よ
り選ばれる希土類元素を示す）21を生成する。 【効果】 炭化珪素と希土類珪酸化合物とが良好に接合
されたセラミックスが得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強度等の機械的性
質に優れ、高温下での耐酸化性、耐食性も備えた機械部
品材料及び構造材料として好適なセラミックスの製造に
関するものである。
質に優れ、高温下での耐酸化性、耐食性も備えた機械部
品材料及び構造材料として好適なセラミックスの製造に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素（ＳｉＣ）セラミックスは、耐
熱性、耐熱衝撃性及び耐クリープ特性に優れ、又、酸化
性雰囲気下で表面に酸化皮膜が形成されて天然の保護膜
として働くため、耐酸化性にも優れている。このため、
ガスタービンや自動車エンジン等の機械部品用材料とし
て利用が期待されている。しかし、１５００℃を越える
ような高温環境下では、環境温度と酸化珪素の融点が近
いために、もはや保護膜としての作用は期待できず、酸
化の進行による劣化は避けられない。
熱性、耐熱衝撃性及び耐クリープ特性に優れ、又、酸化
性雰囲気下で表面に酸化皮膜が形成されて天然の保護膜
として働くため、耐酸化性にも優れている。このため、
ガスタービンや自動車エンジン等の機械部品用材料とし
て利用が期待されている。しかし、１５００℃を越える
ような高温環境下では、環境温度と酸化珪素の融点が近
いために、もはや保護膜としての作用は期待できず、酸
化の進行による劣化は避けられない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、炭化珪素セラ
ミックスの表面に高温環境下でも保護膜として作用し得
る酸化物層を形成することにより高温での使用に耐える
機械部品材料となることが予想される。
ミックスの表面に高温環境下でも保護膜として作用し得
る酸化物層を形成することにより高温での使用に耐える
機械部品材料となることが予想される。
【０００４】ところが、通常、非酸化物セラミックスと
酸化物セラミックスとの接合・一体化は難しく、接合し
ようとしてもすぐに分離する。又、接合した場合であっ
ても、一体化操作に加熱処理を伴うことによって、両者
の物性の差、特に熱膨張係数の差から、冷却過程におい
て両者に引っ張りあるいは圧縮の残留応力が生じて亀裂
の発生を招くことが多い。従って、従来の手法では炭化
珪素セラミックスと酸化物層との一体化は難しい。
酸化物セラミックスとの接合・一体化は難しく、接合し
ようとしてもすぐに分離する。又、接合した場合であっ
ても、一体化操作に加熱処理を伴うことによって、両者
の物性の差、特に熱膨張係数の差から、冷却過程におい
て両者に引っ張りあるいは圧縮の残留応力が生じて亀裂
の発生を招くことが多い。従って、従来の手法では炭化
珪素セラミックスと酸化物層との一体化は難しい。
【０００５】本発明は、この様な従来技術の課題を解決
するためになされたもので、強度及び耐熱性に優れ、高
温下での酸化及び腐食に充分対応可能な機械部品材料を
提供することを目的とするものである。
するためになされたもので、強度及び耐熱性に優れ、高
温下での酸化及び腐食に充分対応可能な機械部品材料を
提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、炭化珪素を主
成分とするセラミックスと希土類元素の珪酸化合物の層
とが一体化された積層セラミックスを好適に製造でき、
高温下での使用に十分対応できることを見いだし、本発
明の積層セラミックスの製造方法を発明するに至った。
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、炭化珪素を主
成分とするセラミックスと希土類元素の珪酸化合物の層
とが一体化された積層セラミックスを好適に製造でき、
高温下での使用に十分対応できることを見いだし、本発
明の積層セラミックスの製造方法を発明するに至った。
【０００７】本発明の積層セラミックスの製造方法は、
炭化珪素を含有する第１層に、一般式：ＲＥ2 Ｏ3 （式
中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群より選
ばれる希土類元素を示す）で表される希土類酸化物を含
有する第２層を積層して積層体を形成し、該積層体を酸
化性雰囲気中で加熱することによって該第１層の炭化珪
素を酸化して酸化珪素を生成し該第２層の希土類酸化物
と該酸化珪素とから一般式：ＲＥ2 ＳｉＯ5 （式中のＲ
Ｅは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群より選ばれる
希土類元素を示す）で表される希土類珪酸化合物を生成
することを要旨とする。
炭化珪素を含有する第１層に、一般式：ＲＥ2 Ｏ3 （式
中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群より選
ばれる希土類元素を示す）で表される希土類酸化物を含
有する第２層を積層して積層体を形成し、該積層体を酸
化性雰囲気中で加熱することによって該第１層の炭化珪
素を酸化して酸化珪素を生成し該第２層の希土類酸化物
と該酸化珪素とから一般式：ＲＥ2 ＳｉＯ5 （式中のＲ
Ｅは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群より選ばれる
希土類元素を示す）で表される希土類珪酸化合物を生成
することを要旨とする。
【０００８】前記積層体の形成は、前記第１層を希土類
酸化物の分散液中に投入して電気泳動により該第１層の
表面に希土類酸化物を付着することによってなされ、該
積層体の加熱は１４００〜１７００℃で行われる。
酸化物の分散液中に投入して電気泳動により該第１層の
表面に希土類酸化物を付着することによってなされ、該
積層体の加熱は１４００〜１７００℃で行われる。
【０００９】更に、前記第１層は、炭化珪素を含有する
粉末を成形し焼結して得られる焼結体層であり、前記積
層体の加熱によって、厚さ１００μｍ以下の希土類珪酸
化合物層又は希土類珪酸化合物と希土類酸化物とを含ん
だ層を形成する上記方法によって、希土類元素の珪酸化
合物の層が炭化珪素の表面に良好に形成され、希土類元
素の珪酸化合物によって炭化珪素の酸化が防止されるこ
とにより、得られる積層セラミックスは高温での強度と
耐酸化性、耐腐食性を兼ね備える。又、炭化珪素と希土
類元素の珪酸化合物とは熱膨張係数値が近いため、層間
に生じる残留応力が低く、亀裂の発生が防止され、ガス
タービンや自動車エンジン等の高温に晒される機械部品
としての使用に耐える性能を備える。
粉末を成形し焼結して得られる焼結体層であり、前記積
層体の加熱によって、厚さ１００μｍ以下の希土類珪酸
化合物層又は希土類珪酸化合物と希土類酸化物とを含ん
だ層を形成する上記方法によって、希土類元素の珪酸化
合物の層が炭化珪素の表面に良好に形成され、希土類元
素の珪酸化合物によって炭化珪素の酸化が防止されるこ
とにより、得られる積層セラミックスは高温での強度と
耐酸化性、耐腐食性を兼ね備える。又、炭化珪素と希土
類元素の珪酸化合物とは熱膨張係数値が近いため、層間
に生じる残留応力が低く、亀裂の発生が防止され、ガス
タービンや自動車エンジン等の高温に晒される機械部品
としての使用に耐える性能を備える。
【００１０】
【発明の実施の形態】炭化珪素は、高温強度に優れるセ
ラミックスであり、高温での耐酸化性、耐食性が改善さ
れれば好適な機械部品材料となる。この改善は、耐酸化
性、耐食性を有する酸化物セラミックスで炭化珪素表面
を被覆することにより実現され、この目的のための酸化
物として、複合酸化物である希土類元素の珪酸化合物：
ＲＥ2ＳｉＯ5 （式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤ
ｙからなる群より選ばれる希土類元素を示す）が適して
いることを本発明者らは見出した。上記希土類元素の珪
酸化合物：ＲＥ2 ＳｉＯ5 （以下、本願においては単に
シリケートと称する）は耐熱性に優れ熱膨張係数が炭化
珪素と近く、熱膨張挙動が類似している。但し、炭化珪
素とシリケートとは、接触させて加熱しても接合され
ず、同時焼結によっても一体化しない。つまり、単に加
熱処理するだけではこれらを一体化した積層物を得るこ
とはできない。
ラミックスであり、高温での耐酸化性、耐食性が改善さ
れれば好適な機械部品材料となる。この改善は、耐酸化
性、耐食性を有する酸化物セラミックスで炭化珪素表面
を被覆することにより実現され、この目的のための酸化
物として、複合酸化物である希土類元素の珪酸化合物：
ＲＥ2ＳｉＯ5 （式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤ
ｙからなる群より選ばれる希土類元素を示す）が適して
いることを本発明者らは見出した。上記希土類元素の珪
酸化合物：ＲＥ2 ＳｉＯ5 （以下、本願においては単に
シリケートと称する）は耐熱性に優れ熱膨張係数が炭化
珪素と近く、熱膨張挙動が類似している。但し、炭化珪
素とシリケートとは、接触させて加熱しても接合され
ず、同時焼結によっても一体化しない。つまり、単に加
熱処理するだけではこれらを一体化した積層物を得るこ
とはできない。
【００１１】本発明は、炭化珪素とシリケートとが接合
された積層セラミックスを製造するために、希土類酸化
物と酸化珪素（ＳｉＯ2 ）との反応を利用してシリケー
トを生成するもので、炭化珪素表面に希土類酸化物層を
形成した後に、炭化珪素表面を酸化させて酸化珪素を生
成することによって、生成した酸化珪素と希土類酸化物
との反応によってシリケートを含有する層を形成する。
これによって、両層が十分な強度で接合され、熱膨張挙
動の差に起因する残留応力の問題がなく高温での使用に
耐えられる積層セラミックスが得られる。希土類酸化物
は多種存在するが、一般式：ＲＥ2 Ｏ3 （式中のＲＥ
は、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群より選ばれる希
土類元素を示す）で表される希土類酸化物が特に適して
いる。
された積層セラミックスを製造するために、希土類酸化
物と酸化珪素（ＳｉＯ2 ）との反応を利用してシリケー
トを生成するもので、炭化珪素表面に希土類酸化物層を
形成した後に、炭化珪素表面を酸化させて酸化珪素を生
成することによって、生成した酸化珪素と希土類酸化物
との反応によってシリケートを含有する層を形成する。
これによって、両層が十分な強度で接合され、熱膨張挙
動の差に起因する残留応力の問題がなく高温での使用に
耐えられる積層セラミックスが得られる。希土類酸化物
は多種存在するが、一般式：ＲＥ2 Ｏ3 （式中のＲＥ
は、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群より選ばれる希
土類元素を示す）で表される希土類酸化物が特に適して
いる。
【００１２】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】まず、常法に従って製造される炭化珪素焼
結体の表面にシリケート層を形成するために、炭化珪素
焼結体に希土類酸化物層を積層して被覆する。積層され
る希土類酸化物層の厚さは、次の段階において希土類酸
化物層を通じて内部の炭化珪素を酸化するために、雰囲
気中の酸素が炭化珪素層に達し得る程度の厚さである必
要がある。希土類酸化物層の積層方法については特に限
定する必要はなく、希土類酸化物のペーストを塗布する
ことによっても可能であるが、本発明において特に有効
なのは、電気泳動効果を利用する積層方法である。電気
泳動による積層は数百μｍ以下の薄い層を好適に形成で
きる方法で、これにより形成される希土類酸化物層を通
して炭化珪素の酸化は十分に進行する。炭化珪素セラミ
ックスは導電性であるので、電気泳動法を利用した積層
を行うことができる。
結体の表面にシリケート層を形成するために、炭化珪素
焼結体に希土類酸化物層を積層して被覆する。積層され
る希土類酸化物層の厚さは、次の段階において希土類酸
化物層を通じて内部の炭化珪素を酸化するために、雰囲
気中の酸素が炭化珪素層に達し得る程度の厚さである必
要がある。希土類酸化物層の積層方法については特に限
定する必要はなく、希土類酸化物のペーストを塗布する
ことによっても可能であるが、本発明において特に有効
なのは、電気泳動効果を利用する積層方法である。電気
泳動による積層は数百μｍ以下の薄い層を好適に形成で
きる方法で、これにより形成される希土類酸化物層を通
して炭化珪素の酸化は十分に進行する。炭化珪素セラミ
ックスは導電性であるので、電気泳動法を利用した積層
を行うことができる。
【００１４】図１に示すように、希土類酸化物の粉末Ｐ
をエタノールに分散させた分散液１に電極３，５を投入
して直流電源７により電圧を印加すると陰極側の電極３
の方へ希土類酸化物粉末Ｐが移動し付着する。従って、
電気泳動による希土類酸化物の積層は、希土類酸化物粉
末を分散させた分散液に炭化珪素焼結体を投入し、炭化
珪素焼結体に負電圧を印加することによって行われる。
これを実際に行う装置としては、例えば、図２のような
ものが挙げられる。この装置１０は電着槽１１と環状電
極１３と直流電源１５とを備え、希土類酸化物の粉末Ｐ
をアルコール等の分散媒に分散させた分散液１７が電着
槽１１中に投入される。直流電源１５の陽極に接続させ
た環状電極１３を分散液１７中に浸し、直流電源１５の
陰極に接続させた炭化珪素焼結体Ｓを環状電極１３の中
央に据えて電圧を印加する。これにより、希土類酸化物
の粉末Ｐは炭化珪素焼結体Ｓに引き寄せられ表面に付着
し、希土類酸化物の層が積層される。これを乾燥して積
層体が得られる。使用する分散媒によっては正極側に希
土類酸化物が積層される場合もあるので、印加電圧の正
負は分散媒等を考慮して適宜設定する。
をエタノールに分散させた分散液１に電極３，５を投入
して直流電源７により電圧を印加すると陰極側の電極３
の方へ希土類酸化物粉末Ｐが移動し付着する。従って、
電気泳動による希土類酸化物の積層は、希土類酸化物粉
末を分散させた分散液に炭化珪素焼結体を投入し、炭化
珪素焼結体に負電圧を印加することによって行われる。
これを実際に行う装置としては、例えば、図２のような
ものが挙げられる。この装置１０は電着槽１１と環状電
極１３と直流電源１５とを備え、希土類酸化物の粉末Ｐ
をアルコール等の分散媒に分散させた分散液１７が電着
槽１１中に投入される。直流電源１５の陽極に接続させ
た環状電極１３を分散液１７中に浸し、直流電源１５の
陰極に接続させた炭化珪素焼結体Ｓを環状電極１３の中
央に据えて電圧を印加する。これにより、希土類酸化物
の粉末Ｐは炭化珪素焼結体Ｓに引き寄せられ表面に付着
し、希土類酸化物の層が積層される。これを乾燥して積
層体が得られる。使用する分散媒によっては正極側に希
土類酸化物が積層される場合もあるので、印加電圧の正
負は分散媒等を考慮して適宜設定する。
【００１５】電気泳動による積層では、基体である炭化
珪素焼結体が平板状である必要がなく、複雑な形状であ
っても均一に希土類酸化物を積層することができるの
で、任意の形状の炭化珪素焼結体の採用が可能となる。
又、積層に要する時間が短時間で済み、操作も簡便であ
る。
珪素焼結体が平板状である必要がなく、複雑な形状であ
っても均一に希土類酸化物を積層することができるの
で、任意の形状の炭化珪素焼結体の採用が可能となる。
又、積層に要する時間が短時間で済み、操作も簡便であ
る。
【００１６】炭化珪素焼結体に積層する希土類酸化物層
の厚さは少なくとも１００μｍ以上であればよく、積層
した希土類酸化物層が過剰に厚いと、乾燥時にひび割れ
を生じるので、５００μｍ程度以下の厚さに積層するの
が望ましい。次に行われる酸化処理によって約１０〜１
００μｍの厚さのシリケート層の形成が可能なように希
土類酸化物の積層を制御すると好ましい。
の厚さは少なくとも１００μｍ以上であればよく、積層
した希土類酸化物層が過剰に厚いと、乾燥時にひび割れ
を生じるので、５００μｍ程度以下の厚さに積層するの
が望ましい。次に行われる酸化処理によって約１０〜１
００μｍの厚さのシリケート層の形成が可能なように希
土類酸化物の積層を制御すると好ましい。
【００１７】希土類酸化物を炭化珪素焼結体に積層した
積層体は酸化処理を施す。酸化処理の条件は、炭化珪素
が酸化珪素皮膜を形成する条件であればよく、具体的に
は、酸化性雰囲気において１４００〜１７００℃で少な
くとも１時間以上加熱すればよい。１４００℃より低い
温度では炭化珪素の酸化が進行し難い。１７００℃を越
えると、炭化珪素の酸化が過度に激しいために発泡状態
となり、緻密なシリケート皮膜が形成されない。この酸
化処理によって、図３の（ａ）に示すような希土類酸化
物Ｐが積層された炭化珪素焼結体Ｓにおける炭化珪素の
酸化が進行して、（ｂ）に示すように希土類酸化物Ｐの
積層中に酸化珪素１９が混在するようになる。この状態
において、酸化珪素１９は希土類酸化物Ｐと反応して、
図３の（ｃ）に示すように、一般式：ＲＥ2 ＳｉＯ5
（式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群よ
り選ばれる希土類元素を示す）で表されるシリケート含
有層２１が生成する。生成するシリケート含有層２１の
厚さは酸化処理を施す時間が長いほど厚くなり、加熱温
度が高いほど厚くなる。シリケート含有層は、酸化処理
条件や積層体の状態によって、シリケート単独の層であ
る場合もシリケートと希土類酸化物との混合物層である
場合もある。炭化珪素焼結体に積層した希土類酸化物層
が薄いと、酸化処理後の積層セラミックスの表面部に希
土類酸化物層は残存せず、シリケートと希土類酸化物と
の混合物層ができ、積層した希土類酸化物層が所定の厚
さ以上であると、酸化処理後の積層セラミックスは表面
部の希土類酸化物層とほぼシリケート単独の層とが形成
される。シリケート含有層の厚さは少なくとも１０μｍ
程度あれば、炭化珪素焼結体の保護の役割を果たすこと
ができ、１０〜１００μｍ程度であるのが好ましい。表
面に残存する希土類酸化物Ｐの層はシリケート含有層２
１からの剥離が容易であるので、酸化処理後に残存する
希土類酸化物の層を除去すると、シリケートで被覆され
た炭化珪素焼結体が得られる。未反応の希土類酸化物が
残存するように酸化処理条件等を調整すると、酸化処理
後に得られた積層セラミックスを高温環境下においた際
に、炭化珪素の更なる酸化に伴って新たに発生する酸化
珪素によるシリケートの生成が進行するので、自己修復
のような効果が得られる。
積層体は酸化処理を施す。酸化処理の条件は、炭化珪素
が酸化珪素皮膜を形成する条件であればよく、具体的に
は、酸化性雰囲気において１４００〜１７００℃で少な
くとも１時間以上加熱すればよい。１４００℃より低い
温度では炭化珪素の酸化が進行し難い。１７００℃を越
えると、炭化珪素の酸化が過度に激しいために発泡状態
となり、緻密なシリケート皮膜が形成されない。この酸
化処理によって、図３の（ａ）に示すような希土類酸化
物Ｐが積層された炭化珪素焼結体Ｓにおける炭化珪素の
酸化が進行して、（ｂ）に示すように希土類酸化物Ｐの
積層中に酸化珪素１９が混在するようになる。この状態
において、酸化珪素１９は希土類酸化物Ｐと反応して、
図３の（ｃ）に示すように、一般式：ＲＥ2 ＳｉＯ5
（式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからなる群よ
り選ばれる希土類元素を示す）で表されるシリケート含
有層２１が生成する。生成するシリケート含有層２１の
厚さは酸化処理を施す時間が長いほど厚くなり、加熱温
度が高いほど厚くなる。シリケート含有層は、酸化処理
条件や積層体の状態によって、シリケート単独の層であ
る場合もシリケートと希土類酸化物との混合物層である
場合もある。炭化珪素焼結体に積層した希土類酸化物層
が薄いと、酸化処理後の積層セラミックスの表面部に希
土類酸化物層は残存せず、シリケートと希土類酸化物と
の混合物層ができ、積層した希土類酸化物層が所定の厚
さ以上であると、酸化処理後の積層セラミックスは表面
部の希土類酸化物層とほぼシリケート単独の層とが形成
される。シリケート含有層の厚さは少なくとも１０μｍ
程度あれば、炭化珪素焼結体の保護の役割を果たすこと
ができ、１０〜１００μｍ程度であるのが好ましい。表
面に残存する希土類酸化物Ｐの層はシリケート含有層２
１からの剥離が容易であるので、酸化処理後に残存する
希土類酸化物の層を除去すると、シリケートで被覆され
た炭化珪素焼結体が得られる。未反応の希土類酸化物が
残存するように酸化処理条件等を調整すると、酸化処理
後に得られた積層セラミックスを高温環境下においた際
に、炭化珪素の更なる酸化に伴って新たに発生する酸化
珪素によるシリケートの生成が進行するので、自己修復
のような効果が得られる。
【００１８】上述の酸化処理によって得られる積層セラ
ミックでは、炭化珪素層とシリケート層とが密接に接合
されており、一体材と同様の強度を有する。これは、形
成されるシリケート含有層が炭化珪素の酸化によって生
成されるものであるために両層の界面部分が破断するこ
となく連続的に接合された安定な結合となるためと考え
られる。又、被覆層の厚さが薄いので、炭化珪素の耐熱
衝撃性や耐クリープ特性を殆ど損なうことがなく、耐熱
性と耐酸化性とを兼ね備えた材料となる。炭化珪素とシ
リケートとは熱膨張変化が非常に似ているので、加熱・
冷却を行っても亀裂が生じ難く、高温での使用に十分耐
えるものとなる。本発明に係る製造方法によって得られ
る積層セラミックスのシリケート含有層上に更に耐熱性
のある酸化物による被覆処理を施してもよい。
ミックでは、炭化珪素層とシリケート層とが密接に接合
されており、一体材と同様の強度を有する。これは、形
成されるシリケート含有層が炭化珪素の酸化によって生
成されるものであるために両層の界面部分が破断するこ
となく連続的に接合された安定な結合となるためと考え
られる。又、被覆層の厚さが薄いので、炭化珪素の耐熱
衝撃性や耐クリープ特性を殆ど損なうことがなく、耐熱
性と耐酸化性とを兼ね備えた材料となる。炭化珪素とシ
リケートとは熱膨張変化が非常に似ているので、加熱・
冷却を行っても亀裂が生じ難く、高温での使用に十分耐
えるものとなる。本発明に係る製造方法によって得られ
る積層セラミックスのシリケート含有層上に更に耐熱性
のある酸化物による被覆処理を施してもよい。
【００１９】本発明においては、炭化珪素焼結体の生成
において、焼結助剤、潤滑剤等の通常用いられるような
添加物を一般的な手法に従って使用することが可能であ
り、又、繊維強化材等を用いた複合材であっても、本発
明の方法を適用して好適な積層セラミックスが得られ
る。
において、焼結助剤、潤滑剤等の通常用いられるような
添加物を一般的な手法に従って使用することが可能であ
り、又、繊維強化材等を用いた複合材であっても、本発
明の方法を適用して好適な積層セラミックスが得られ
る。
【００２０】加熱処理により接合された積層セラミック
スは、熱膨張係数の違いによる残留応力の発生が少ない
安定した積層体であるが、急激な温度変化による亀裂の
発生等を防止するために、加熱処理後の冷却は穏やかに
行うのが好ましい。
スは、熱膨張係数の違いによる残留応力の発生が少ない
安定した積層体であるが、急激な温度変化による亀裂の
発生等を防止するために、加熱処理後の冷却は穏やかに
行うのが好ましい。
【００２１】
【実施例】以下、実験結果を参照して、本発明の実施例
をさらに詳細に説明する。
をさらに詳細に説明する。
【００２２】（操作１）Ｙ2 Ｏ3 粉末を１５重量％の割
合でエタノールに加えてボールミル中で２４時間混合し
て、スラリー状の分散液を調製した。図１の構成を利用
して、Ｙ2 Ｏ3の分散液を装置に投入し、炭化珪素焼結
体の電極３とカーボン板による電極５とを１．５cmの間
隔をおいて分散液中に浸し、直流電源７により５０Ｖの
電圧を１０秒間印加した。電圧印加後に電極３を取り出
し、電極３の表面を被覆したＹ2Ｏ3 粉末の膜厚を測定
した。この後、Ｙ2 Ｏ3 で被覆された電極３をアルミナ
製の敷板上に据え、大気中において１５５０℃で２４時
間加熱して炭化珪素の酸化を進行させ、シリケート層を
形成して積層セラミックスを得た。積層セラミックスの
走査型電子顕微鏡による観察によってシリケート層の厚
さを測定した。
合でエタノールに加えてボールミル中で２４時間混合し
て、スラリー状の分散液を調製した。図１の構成を利用
して、Ｙ2 Ｏ3の分散液を装置に投入し、炭化珪素焼結
体の電極３とカーボン板による電極５とを１．５cmの間
隔をおいて分散液中に浸し、直流電源７により５０Ｖの
電圧を１０秒間印加した。電圧印加後に電極３を取り出
し、電極３の表面を被覆したＹ2Ｏ3 粉末の膜厚を測定
した。この後、Ｙ2 Ｏ3 で被覆された電極３をアルミナ
製の敷板上に据え、大気中において１５５０℃で２４時
間加熱して炭化珪素の酸化を進行させ、シリケート層を
形成して積層セラミックスを得た。積層セラミックスの
走査型電子顕微鏡による観察によってシリケート層の厚
さを測定した。
【００２３】上記において測定したＹ2 Ｏ3 粉末の膜
厚、シリケート層の厚さを表１に示す。
厚、シリケート層の厚さを表１に示す。
【００２４】（操作２〜４）電気泳動の電圧印加時間を
各々２０秒、４０秒、６０秒とした点以外は操作１と同
様の操作を繰り返して積層セラミックス得た。Ｙ2 Ｏ3
粉末の膜厚、シリケート層の厚さを同様に測定した。結
果を表１に示す。
各々２０秒、４０秒、６０秒とした点以外は操作１と同
様の操作を繰り返して積層セラミックス得た。Ｙ2 Ｏ3
粉末の膜厚、シリケート層の厚さを同様に測定した。結
果を表１に示す。
【００２５】（操作５）希土類酸化物としてＹ2 Ｏ3 粉
末に代えてＹｂ2 Ｏ3 粉末を用いた点以外は操作１と同
様の操作を繰り返して積層セラミックス得た。Ｙｂ2 Ｏ
3 粉末の膜厚、シリケート層の厚さを同様に測定した。
結果を表１に示す。
末に代えてＹｂ2 Ｏ3 粉末を用いた点以外は操作１と同
様の操作を繰り返して積層セラミックス得た。Ｙｂ2 Ｏ
3 粉末の膜厚、シリケート層の厚さを同様に測定した。
結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 電気泳動 シリケート 厚さ 操作 電圧印加 希土類 膜厚 時間（秒） 酸化物 （μｍ） （μｍ） −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− １ １０ Ｙ2 Ｏ3 １００ Ｙ2 ＳｉＯ5 １０ ２ ２０ Ｙ2 Ｏ3 １５０ Ｙ2 ＳｉＯ5 １５ ３ ４０ Ｙ2 Ｏ3 ４００ Ｙ2 ＳｉＯ5 ３０ ４ ６０ Ｙ2 Ｏ3 ４８０ Ｙ2 ＳｉＯ5 ３０ ５ ４０ Ｙｂ2 Ｏ3 ５００ Ｙｂ2 ＳｉＯ5 ３５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 操作２〜４で得られた積層セラミックスは表層部に白色
の薄層が形成されており、これはＸ線解折による解析の
結果、Ｙ2 Ｏ3 であり、これは容易に剥がすことができ
た。白色の薄層の下には灰色の緻密な層があり、炭化珪
素に強固に結合していた。この灰色の層はＸ線解折によ
りＹ2 ＳｉＯ5 の単相であることが判明した。操作１で
得られた積層セラミックスは表層部に白色の層はなく、
Ｙ2 Ｏ3とＹ2 ＳｉＯ5 との相であった。操作５では、
白色のＹｂ2 Ｏ3 の薄層とその下にＹｂ2 ＳｉＯ5 層が
形成されていた。
の薄層が形成されており、これはＸ線解折による解析の
結果、Ｙ2 Ｏ3 であり、これは容易に剥がすことができ
た。白色の薄層の下には灰色の緻密な層があり、炭化珪
素に強固に結合していた。この灰色の層はＸ線解折によ
りＹ2 ＳｉＯ5 の単相であることが判明した。操作１で
得られた積層セラミックスは表層部に白色の層はなく、
Ｙ2 Ｏ3とＹ2 ＳｉＯ5 との相であった。操作５では、
白色のＹｂ2 Ｏ3 の薄層とその下にＹｂ2 ＳｉＯ5 層が
形成されていた。
【００２７】上記操作１〜５で得た積層セラミックスを
大気中において１６００℃で２４時間加熱したところ、
いずれの積層セラミックスにおいても、重量変化はほと
んどなく、構造的にも組成的にも変化はみられなかっ
た。つまり、シリケートの被覆により炭化珪素基材が保
護され、安定に使用できる温度範囲を向上できることが
解った。
大気中において１６００℃で２４時間加熱したところ、
いずれの積層セラミックスにおいても、重量変化はほと
んどなく、構造的にも組成的にも変化はみられなかっ
た。つまり、シリケートの被覆により炭化珪素基材が保
護され、安定に使用できる温度範囲を向上できることが
解った。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の積層セラ
ミックスの製造方法は、高温強度と高温における耐酸化
性、耐食性に優れた積層セラミックスが得られるもので
あり、その工業的価値は極めて大である。また、本発明
の製造方法によって得られる積層セラミックスは、その
優れた耐熱性により、高温下で使用される機械部品用材
料として適しており、高品質の機械部品の供給が可能と
なる。
ミックスの製造方法は、高温強度と高温における耐酸化
性、耐食性に優れた積層セラミックスが得られるもので
あり、その工業的価値は極めて大である。また、本発明
の製造方法によって得られる積層セラミックスは、その
優れた耐熱性により、高温下で使用される機械部品用材
料として適しており、高品質の機械部品の供給が可能と
なる。
【図１】本発明に係る積層セラミックスの製造方法に用
いる電気泳動の操作を説明するための概略構成図。
いる電気泳動の操作を説明するための概略構成図。
【図２】本発明に係る積層セラミックスの製造方法に用
いられる装置の一実施形態を示す概略構成図。
いられる装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図３】本発明に係る積層セラミックスの製造方法にお
ける工程を説明する図で、（ａ）は希土類酸化物の積層
工程を示す図、（ｂ）は酸化処理工程を示す図、（ｃ）
は酸化処理によって得られる積層セラミックスを示す
図。
ける工程を説明する図で、（ａ）は希土類酸化物の積層
工程を示す図、（ｂ）は酸化処理工程を示す図、（ｃ）
は酸化処理によって得られる積層セラミックスを示す
図。
１，１７ 分散液 ３，５ 電極 ７，１５ 直流電源 １１ 電着槽 １３ 環状電極 Ｐ 希土類酸化物の粉末 Ｓ 炭化珪素焼結体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 41/87 Ｃ２５Ｄ 13/02 Ｚ Ｃ２５Ｄ 13/02 Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１Ｘ
Claims (3)
- 【請求項１】 炭化珪素を含有する第１層に、一般式：
ＲＥ2 Ｏ3 （式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙか
らなる群より選ばれる希土類元素を示す）で表される希
土類酸化物を含有する第２層を積層して積層体を形成
し、該積層体を酸化性雰囲気中で加熱することによって
該第１層の炭化珪素を酸化して酸化珪素を生成し該第２
層の希土類酸化物と該酸化珪素とから一般式：ＲＥ2 Ｓ
ｉＯ5 （式中のＲＥは、Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ及びＤｙからな
る群より選ばれる希土類元素を示す）で表される希土類
珪酸化合物を生成することを特徴とする積層セラミック
スの製造方法。 - 【請求項２】 前記積層体の形成は、前記第１層を希土
類酸化物の分散液中に投入して電気泳動により該第１層
の表面に希土類酸化物を付着することによってなされ、
該積層体の加熱は１４００〜１７００℃で行われること
を特徴とする請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記第１層は、炭化珪素を含有する粉末
を成形し焼結して得られる焼結体層であり、前記積層体
の加熱によって、厚さ１００μｍ以下の希土類珪酸化合
物層又は希土類珪酸化合物と希土類酸化物とを含んだ層
を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8240652A JP3061573B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | 積層セラミックスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8240652A JP3061573B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | 積層セラミックスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1087386A true JPH1087386A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3061573B2 JP3061573B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=17062685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8240652A Expired - Fee Related JP3061573B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | 積層セラミックスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3061573B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6562409B2 (en) | 1999-10-04 | 2003-05-13 | Caterpillar Inc | Method for forming a rare earth silicate coating on a silicon based ceramic component by controlled oxidation for improved corrosion resistance |
| US7138183B2 (en) | 2004-01-13 | 2006-11-21 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Environmental barrier coating material and coating structure and ceramic structure using the same |
| JP6067166B1 (ja) * | 2016-05-13 | 2017-01-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | コーティング構造、これを有するタービン部品及びコーティング構造の製造方法 |
| WO2023167191A1 (ja) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | 国立大学法人京都大学 | 炭化ケイ素セラミックス及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-09-11 JP JP8240652A patent/JP3061573B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6562409B2 (en) | 1999-10-04 | 2003-05-13 | Caterpillar Inc | Method for forming a rare earth silicate coating on a silicon based ceramic component by controlled oxidation for improved corrosion resistance |
| US7138183B2 (en) | 2004-01-13 | 2006-11-21 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Environmental barrier coating material and coating structure and ceramic structure using the same |
| JP6067166B1 (ja) * | 2016-05-13 | 2017-01-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | コーティング構造、これを有するタービン部品及びコーティング構造の製造方法 |
| WO2017195518A1 (ja) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | コーティング構造、これを有するタービン部品及びコーティング構造の製造方法 |
| US11407688B2 (en) | 2016-05-13 | 2022-08-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Coating structure, turbine part having same, and method for manufacturing coating structure |
| WO2023167191A1 (ja) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | 国立大学法人京都大学 | 炭化ケイ素セラミックス及びその製造方法 |
| JP2023127960A (ja) * | 2022-03-02 | 2023-09-14 | 国立大学法人京都大学 | 炭化ケイ素セラミックス及びその製造方法 |
| EP4488247A4 (en) * | 2022-03-02 | 2025-06-18 | Kyoto University | SILICON CARBIDE CERAMIC AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3061573B2 (ja) | 2000-07-10 |
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