JPS61222976A - 多孔質体の表面緻密化法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は連続気孔を有する多孔質体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体の表面部のみ
を有効に緻密化するに好適な多孔質体の表面緻密化法に
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。多孔質セラミック部材は、通常、セラミ
ックス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材料
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、多孔質セラミックスにおいては、その表
面が多孔質であることから、強度が低いなどの問題があ
る。

従って、強度が要求されるところに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。

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、セラミックス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。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の緻密化法のうち、溶融状態の粉末物質を吹き
付けるようにした溶射法では、多孔質セラミックス部材
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。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、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、多孔質体の表面緻密化法を提供
するべくなされたものであり、連続気孔を有する多孔質
体の表面を緻密化する方法において、多孔質体の緻密化
予定表面にジルコニア板をａ層し、ＣＶＤ反応の原料ガ
スを該多孔質体の連続気孔を通して該緻密化予定表面部
に供給すると共に、酸素を、該ジルコニア板の内部に拡
散させることにより該緻密化予定表面部に到達させ、多
孔質体の緻密化予定表面部においてＣＶＤ反応させ、該
表面部に固相を析出させて該表面部を緻密化することを
特徴とする多孔質体の表面緻密化法、 を要旨とするものである。

本出願人は先に多孔質部材の表面を緻密化する方法とし
て、多孔質部材の表面部のみをＣＶＤ反応の析出温度域
に加熱しておき、多孔質の連続気孔を経由してＣＶＤ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より、該表面部を緻密化
する方法を見い出し特許出願した（特願昭５８−１３３
０９８号。以下「先願」という、）、先願の方法によれ
ば極めて良好な緻密化表面を得ることが可能である。

しかして、本発明者らは、上記先願に基き、より工業的
に有利に多孔質体の表面を緻密化するべく鋭意検討を重
ねた結果、安定化ジルコニア板の酸素拡散能を利用して
、ＣＶＤ反応のための酸素イオンを緻密化予定表面に供
給することにより。

より確実に緻密化予定表面部においてＣＶＤ反応を生起
させることができることを見い出し、本発明を完成させ
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（ａ）及び（ｂ）は本発明の詳細な説明する多孔
質体の断面の概略図である。

ＣＶＤ反応は、一般に、析出させようとする物質の基質
元素を含む化合物よりなるガス（本発明においてはこれ
を「原料ガス」と称する。）とこのガスと反応して目的
物質を析出させる蒸気等（本発明においてはこれを「反
応、ガス」という、）を反応させることにより起こる。

本発明においては、まず、第１図（ａ）に示す如く、多
孔質体ｌの緻密化予定表面を覆うように安定化ジルコニ
アの板（例えば薄板）２を積層し、しかる後、原料ガス
を多孔質体１の緻密化予定面に対向する面（第１図（ａ
）におけるＢ）側から多孔質体の連続気孔を経由して原
料ガスを供給すると共に１反応ガスとして酸素をジルコ
ニア板の表面（第１図（ａ）におけるＡ）側から酸素イ
オンとしてジルコニア板２の内部に拡散させる。原料ガ
スとしては、Ｚ　ｒ　ＣＪｌ　４、ＨｆＣ文４．ＡｌＣ
ｌ３などの気化ガスが用いられる。反応ガスとしては、
ｏ２又は０２を含むガス（例えば大気）を用い得るが、
化学反応もしくは電気化学反応によってＯを生じさせる
もの、例えばＨ２Ｏなども用いうる。

安定化ジルコニアは酸素イオンの良伝導体であるため、
酸素イオンは安定化ジルコニア板２の内部を容易に移動
して拡散され、多孔質体１の緻密化予定表面に到達し、
多孔質体の連続気孔を経由して送給された原料ガスに触
れてＣＶＤ反応を生起させる。

このような安定化ジルコニア板は、そのジルコニアの特
性により＃素を拡散するものであるので、緻密質に限ら
れず、多孔質であっても良い。

また、安定化ジルコニアは、酸素の拡散移動距離を小さ
くするために、薄板とするのが好ましい。

原料ガス供給は、通常、これをキャリアガスに同伴させ
て送給する。原料ガスのキャリアガスとしてはＨｅやＮ
２等の不活性ガスを用いるのが好ましい。

なお、反応ガス及び酸素によりＣＶＤ反応を生起させる
ためには、多孔質体ｌの少なくとも緻密化予定表面部を
ＣＶＤ反応の析出温度域に加熱する必要がある。この加
熱は、多孔質体１を全体的に加熱しても良く、また緻密
化予定表面部近傍のみを加熱しても良い０本発明におい
ては、安定化ジルコニア板２により、反応ガスの酸素イ
オンは緻密化予定表面に拡散されるため、多孔質体１を
全体的に加熱した場合においても、緻密化予定表面のみ
を確実に選択的緻密化することが可能である。

加熱方法としては、特に制限はなく、外部加熱法、レー
ザ加熱法、高周波誘導加熱法等を採用し得るが、緻密化
予定部のみを加熱する場合にはレーザ加熱、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、多孔質体が炭化珪素等
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されるが、多孔質体が非導
電性の場合には、多孔質体ｌの連続気孔の緻密化予定部
分に予め炭素等の導電物質を数１０ｇｍの厚さにコーテ
ィングする等の導電化処理を施した後、高周波誘導加熱
すれば良い、その他、安定化ジルコニア板２に適当な導
電性を付与して、安定化ジルコニア薄板２に磁界を印加
して加熱する方法も採用し得る。

本発明においては、原料ガスの供給と酸素の拡散及び加
熱により、緻密化予定部分において原料ガス及び酸素イ
オンとがＣＶＤ反応して、第１図（ｂ）の如＜、ＣＶＤ
反応析出物３が析出される。これにより、緻密化を予定
する表面部にＣＶＤ反応析出物の固相が形成される。希
望する１　　　程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。

緻密化を終了した多孔質体は、ＣＶＤ反応析出物３によ
り、多孔質体ｌと安定化ジルコニア板２とが接着された
状態となっている。安定化ジルコニア板２が、表面緻密
化多孔質体の使用に際し、悪影響を及ぼす可能性がある
場合には、機械的な研磨等により除去する。安定化ジル
コニア薄板２の存在が特に問題とならない場合には、こ
れをそのままの状態で使用に供する。

本発明において、多孔質体としては連続気孔を有する多
孔質体であればよく、その材質や気孔分布も任意のもの
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挙げられるが１本発明は
これらのセラミックスに限られず、多孔賀状に成形され
た金属、プラスチック又はその他の物質でもよい。

またＣＶＤ反応で多孔質体の表面部分に緻密化のために
析出される析出物の材質にも特に限定はなく、種々の酸
化反応型ＣＶＤ反応による析出物質が採用できる０例え
ばＺｒｏ２．ＡｆＬ２０３　。

Ｈｆ　０２　、　　Ｓ　ｉ　０２　、　ＭｇＯ等が挙げ
られる。

従って、本発明においては、同一物質により表面部を緻
密化する場合に限られず、多孔質体の用途に応じて各種
の多孔質体及びＣＶＤ反応析出物質を選択することがで
きる。ただし、両者の熱膨張率の差に起因する剥離や割
れを防止する点からは同一物質、あるいは類似組成のも
のとするのが好ましい。

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。

［作用］ 安定化ジルコニア板の多孔質部材と接する側と反対側の
面から供給された酸素（イオン状態のものでも良い、）
はジルコニア板内を拡散され、多孔質体の緻密化予定表
面に到達する。しかして、この酸素は緻密化予定表面に
多孔質体の連続気孔を経由して供給されるＺｒＣ見４又
はＹＣＣ８４の原料ガスと、 ＺｒＣＪＬ＊＋２０２− ＋Ｚ　ｒｏ２＋２Ｃｕ２＋４ｅ″″ ＺＹＣ見ａ＋３０２− ＋　Ｙ　２０　：ｌ　＋　３　ＣｆＬ２　＋　６　ｅ　
−の如きＣＶＤ反応し、ＣＶＤ反応析出物を析出させる
。

本発明においては、ジルコニア板を通して酸素を多孔質
体の緻密化予定表面に供給するので、多孔質体の緻密化
予定部分のみにＣＶＤ反応析出物を析出させ、緻密化を
行なうことができる。

［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（気孔率６０％、平均気孔径（２８０ｇｍ））
のジルコニア質セラミックス多孔質体ニついて、本発明
法に従って表面緻密化処理を施した。

セラミックス多孔質体は３０ｍｍφＸ２０ｍｍ１の円柱
状である。まずその緻密化予定表面に、第１図（＆）の
如く、プラズマ溶射法によって作製した安定化ジルコニ
ア薄板（厚さ約１００４　ｍ　、　セラミックス多孔質
体と同一の断面形状を有する。）を積層し１次いで外部
加熱により前記セラミック体を徐々に加熱した。セラミ
ック体近傍にセットされた熱電対により温度を検出し、
加熱部の温度を８５０〜８７０℃に保持した。

この安定化ジルコニア薄板面（第１図（ａ）のＡ）側に
０２ガスを接触させた。また、対向する面（第１図（ａ
）のＢ）側から多孔質体の連続気孔を経由してＺ　ｒｃ
ｌ＋ガス（キャリアガスＨｅ）を、各々供給した。

１８０分経過した後ガスの供給及び加熱を停止し、次い
で徐冷した。

本試料を切断研磨し光学顕微鏡によって観察したところ
表面反応析出層は連続的に緻密化され、その厚みは約１
１５ｐｍ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曲げ強度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約
２．５倍高い耐摩耗性を有していることが認められた。

（曲げ強度の測定３点曲げ試験によった。） ［効果］ 以上の通り、本発明は、連続気孔を有する多孔質体の表
面部にＣＶＤ反応析出物を析出させるようにしたもので
ある。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り、極めて安定した緻密な表面を
得ることができる。

また、安定化ジルコニアの酸素イオン拡散作用を利用し
て、緻密化を予定する箇所に酸素イオンを供給するよう
にしたので、多孔質体の表面だけを確実に緻密化できる
。なお、ＣＶＤ反応ガスの供給量及び加熱時間を調節す
ることにより、緻密化の程度も任意に調整できる。

従って１本発明方法によれば、各種の構造体として多孔
質体を用いる場合に有用な、表面緻密化多孔質体を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（＆）、（ｂ）は本発明の詳細な説明する多孔質
体の概略断面図である。 ｌ・・・多孔質体、 ２・・・安定化ジルコニア薄板、 ３・・・ＣＶＤ反応析出物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続気孔を有する多孔質体の表面を緻密化する方
   法において、多孔質体の緻密化予定表面にジルコニア板
   を積層し、ＣＶＤ反応の原料ガスを該多孔質体の連続気
   孔を通して該緻密化予定表面部に供給すると共に、酸素
   を、該ジルコニア板の内部に拡散させることにより該緻
   密化予定表面部に到達させ、多孔質体の緻密化予定表面
   部においてＣＶＤ反応させ、該表面部に固相を析出させ
   て該表面部を緻密化することを特徴とする多孔質体の表
   面緻密化法。