JPS6024372A - 多孔質部材の表面緻密化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は多孔質部材の表面緻密化法に係り、特に、多孔
質セラミックス等の多孔質部材の表面部を有効に緻密化
するに好適な多孔質部材の表面緻密化法に関する。

〔従来技術〕

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ックス、あるいは酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム等、いわゆるニューセラミ
ックスが急速にクローズアップされ、多くの研究や開発
がなされている。これらのセラミックスの用途は、ガス
タービンのブレードや燃焼器、ディ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。

しかしてセラミックスの中でも多孔質のセラミック部材
は断熱性、吸音性、軽量性、耐熱衝撃性等の点において
優れた特性を有するところから広い範囲の応用が期待さ
れている。ところで通常多孔質セラミック部材は、セラ
ミック粉体の加圧成形密度を低くして焼成を行うか、又
は成形時に揮発性あるいは可燃性物質を添加して焼成を
行う、あるいはシラスのように焼成過程で発泡するよう
なイオ料を用いる、などの方法によって製造されている
。しかしながら、周知の如くセラミックは脆性材料であ
シ、上記のニューセラミックスといえども金属材料に比
べれば亀裂の伝播が速く破断しやすく、その！まの状態
で高強度及び高靭性を要求される材料としては用いるこ
とができないという基本的な欠点を有している。

ところで、これらの方法によって製造された従来の多孔
質セラミックスにおいては、その表面も多孔質である。

そのだめに特に耐摩耗性が低重、あるいけ圧縮強度が低
いなどの問題がある。従って、セラミックスを多孔化し
て用いる場合には、特に、このような問題点を改善する
ことが必要とされていた。

このため、従来、多孔化されたセラミックスは、使用目
的及び使用部位に応じて、特に荷重等が加えられる箇所
又は表面部等は緻密化して用いるのが最も合理的とされ
ており、この緻密化法としては、セラミック粉末を塗布
して焼き付ける方法、溶射などが提案されている。この
溶射法は部材の表面に溶融状態の粉末物質を吹き付ける
ようにしたものであるが、多孔質セラミック部材の表面
及びその近傍に分布する孔（ボア）の内部までは十分に
は埋めきれない。また焼き付は法、溶射法のいずれの方
法によっても付着物やコーテイング膜がはがれ易く緻密
化部分が損傷し易いという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、緻密
化部分が極めて安定化される、多孔質部ノジ′ 材の表面緻密化法を提供することにある。

〔発明の構成〕

この目的を達成するために、本発明の表面緻密化方法は
、ＣＶＤ反応を利用して多孔質体の表面の気孔中に析出
物を析出させ、これにょシ表面を緻密化するようにした
ものであって、少なくとも表面部が連続気孔を有する多
孔質部材の、多孔質表面部のみをＣＶ、Ｄ反応の析出温
度域に加熱しておき、前記連続気孔を経由してＣＶＤ反
応ガスを前記多孔質表面部に供給してＣＶＤ反応させ、
該表面部に固相を析出させることにょシ、該表向部を緻
密化するようにしたものである。

以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図なりし第３図は本発明の一実施例に係る多孔質部
材の断面の概略図である。

本発明においては、まず、多孔質部材１の表面部のみを
ＣＶＤ反応の析出温度域に加熱する。

加熱方法は、多孔質部材の緻密化予定部分のみが加熱さ
れるような方法であればよく、特に限定されないが、高
周波誘導加熱等が有利である。高周波誘導加熱を採用す
る場合、多孔質部材が炭化珪素等の導電性の部材であれ
ばそのままの状態で緻密化予定部分のみに磁界を印加し
て加熱（ジルコニアであれば１０００℃程度以上）され
るが、多孔質部材が非導電性の場合には第１図に示す如
く、多孔質部材１の緻密化予定部分に予め炭素等の導電
性物質を数１０μｍの厚さにコーティング（図中２はコ
ーティングされた層を示す）する等して、導電化処理を
施した後、反応器中に挿入し、高周波コイル３により交
番磁界を印加する等して、高周波誘導加熱するのが有利
である。

本発明においては、加熱は多孔質表面の緻密化予定部の
みがＣＶＤ反応の析出温度となるように保持し、それ以
外の部分は析出温度以下とし、ＣＶＤ反応ガスの通路を
確保する必要があり、これにより、第２図に示す如く、
ＣＶＤ反応ガス４が多孔質部材ｌの気孔を経由して緻密
化予定部（第２図においては炭素コーティング層２）で
ＣＶＤ反応の析出温度域に加熱され、ＣＶ、Ｄ反応析出
物５を析出させることとなる。なお第２図Ａは析出温度
域に加熱される領域を示している。このようにして、加
熱部にＣＶＤ反応ガスを供給し、緻密化を予定する表面
部にＣＶＤ反応析出物の固相を析出させる。そして希望
する緻密化度に緻密化された時点で、加熱及びガス供給
を止め、緻密化を終了する。（第３図参照） 本発明において、多孔質部材としては少なくとも一部の
表面が連続気孔を有する多孔質部材であればよく、その
材質や気孔径分布も任意のものでよい。具体的には、ジ
ルコニア、アルミナ、シリカ、炭化珪素等のセラミック
ス等が掌げられるが、本発明はこれらのセラミックスに
限られず、多孔質状に成形された金属、プラスチック又
はその他の物質でもよい。またＣＶＤ反応で多孔質部材
の連続気孔内に緻密化のために析出される析出物の材質
にも特に限定はなく種々のＣＶＤ反応による析出物質が
採用できる。例えばＷＸＭｏ、、Ｔａ等の金属、その他
、超合金系物質又は炭化珪素等のセラミックス等が挙げ
られる。

従って、同一物質により気孔部を緻密化する場合に限ら
れず、多孔質部材の用途に応じて各種の多孔質部材及び
ＣＶＤ反応ガスを選択することガニできる。

また、緻密化の程度は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適宜調整することができる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが本
発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定さ
れるものではない。

実施例１ 連続気孔（気孔部６０チ、平均気孔径（２８０μｍ）の
炭化珪素質セラミック体について、本発明法に従って表
面緻密化処理を施１７た。

セラミック体け３０φＸ５０ｅの円柱状である。まずそ
の端面部を雰囲気コントロール可能な容器に入れ、第１
図に示しだ様な鉄芯入υノ＜ンケーキ型高周波コイルを
近接させると共に、該コイルに５００　ＫＨ２の高周波
電流を流し炭化珪素セラミック体の端面部を加熱した。

端面部近傍にセットされた熱電対によシ温度を検出し、
加熱部の温度を１３００〜１４００℃に保持した。

一方、容器内を不活性ガスにて置換した後に、ＣＨ，５
ｉＣｄ、ガスを容器内に導入し、多孔質孔内部を経由し
て加熱端面部にＣＨ３ＥＩｉＣ１３ガスを供給した。

ＣＨ，５ｉＣｌｓガスは端面加熱部にて分解され、Ｓ、
ｉＧが析出した。

このときの析出速度はほぼ５０μｍ／＝＋であシ３０分
程０析出反応を継続させた後ガスの供給及び加熱を停止
し、次いで徐冷した。

本試料を容器から取シ出し、切断研磨し光学顕微鏡によ
って観察したところ端面反応析出層は連続的に緻密化さ
れ、その厚みは約２．５羽程度であることが認められた
。

又、このようにして緻密化処理された試料と、緻密化処
理前の試料とについて耐摩耗性を比較したところ本発明
によって緻密化処理されたものは未処理のものに対し６
〜７倍高い耐摩耗性を有していることが認められた。（
耐摩耗性の測定は、表面に鋼球を吹きつけこれによる損
耗量を測定することによシ行った。） 実施例２ 連続気孔（平均径６３０μｍ）をもつアルミナ系多孔質
セラミック体を用いて、表面の緻密化を行った。用いた
試料の形状は実施例１の場合と同様である。なおアルミ
ナの場合は電気型導度がない絶縁体なので、本実施例に
おいては、緻密化予定部をスラリー状黒鉛中に浸漬後引
きあげることによシ、５０μｍ程度の厚みの黒鉛層を付
着させ導電化処理を行った。

本試料を実施例１と同様に高周波加熱装置を用いて加熱
しＣＨ３５ｉＣｅ、ガスを多孔質孔を経由して流しだ。

ＣＨ，５ｉＣｌ、ガスは黒鉛層加熱部にて分解されＳｉ
Ｃが析出した。この状態に１時間保持し反応を継続して
行わせた後冷却し容器から取シ出した。

本試料を切断研磨し光学顕微鏡によって観察すると、Ａ
ｅ２０３骨材の上に黒鉛層があり、その上にＳｉＣ析出
物によって埋められて表面層（端面部）は緻密化してい
ることが認められた。本試料も又緻密化前の試料と比較
すると、ｌＯ倍程度高い耐摩耗性を有していることが認
められた。

〔発明の効果〕

以上の通シ末完明け、連続気孔を有する多孔質部材の多
孔質表面部の気孔内にＣＶＤ反応によってＣＶＤ反応析
出物を析出させるようにしたものであり、このＣＶＤ反
応析出物は投錨効果により気孔壁面と強固に接合されて
おシ、極めて安定した緻密化表面を得ることができる。

しかも、本発明方法においては多孔質部材及びＣＶＤ反
応ガスを選択することによシ、用途に応じて各種の特性
の素材を提供することができるという利点がある。

また加熱部を適宜選択することにより任意の箇所を緻密
化できるうえ、ＣＶＤ反応ガスの供給量及び加熱時間を
１節することによシ、緻密化の程度も任意に調斃できる
。

従って、本発明方法によれば、各種の構造体として多孔
質部材を用いる場合に有用な優れた表面緻密化多孔質部
材を提供することができ、工業的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示す概略図で
あり、第１図は多孔質部材の断面図、第２図けＣＶＤ反
応析出物により緻密化している状態を示す断面図、第３
図はＣＶＤ反応析出物により緻密化終了後の状態を示す
断面図である。 ｌ・・・多孔質部材、　２・・・炭素、３・・・パンケ
ーキ型コイル、 ３ａ・・−鉄芯、　４・・・ＣＶＤ反応ガス、５・・・
ＣＶＤ反応析出物。 代理人　弁理士　重　野　剛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＜１１　少なくとも表面部が連続気孔の多孔質である多
   孔質部材の表面を緻密化する方法において、該多孔質部
   材の緻密化予定多孔質表面部のみをＣＶＤ反応の析出温
   度域に加熱しておき、前記連続気孔を経由してＣＶＤ反
   応ガスを前記緻密化予定多孔質表面部に供給してＣＶＤ
   反応させ、該表面部に固相を析出させることによシ、該
   表面部を緻密化することを特徴とする多孔質部材の表面
   緻密化法。 （２）　多孔質部材が非導電性の部材であシ、該多孔質
   部材の緻密化予定部分に予め導電化処理を施した後、該
   予定部分を高周波誘導加熱することによｆｉｃＶＤ反応
   の析出温度域に加熱することを特徴とする特許請求の範
   囲＠１項に記載の表面緻密化法。 （３）該多孔質部材の緻密化予定部分に予め炭素をコー
   ティングすることによシ導電化処理を施すことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の表面緻密化法。 （４）多孔質部材が多孔質セラミックス部材であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れか１項に記載の表面緻密化法。