JPS61242963A

JPS61242963A - セラミツクス筒状部材の製造方法

Info

Publication number: JPS61242963A
Application number: JP8312285A
Authority: JP
Inventors: 茅根　美治; 房雄藤田; 和久松本; 横山　康志
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1985-04-18
Publication date: 1986-10-29
Also published as: JPH058147B2

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］本発明はセラミックス部材の製造方法に係り、特に耐熱
性Ｍ１＃１により強化したセラミックス部材の製造方法
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。

しかしながら、周知の如くセラミックスは脆性材料であ
り、ｈ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、わずかな欠陥で破壊する等、
信頼性に欠ける。

また、セラミックス製品は、通常、セラミックス粉末原
料を適宜の手法により形成した後、焼結することによっ
て製造されているが、この焼結に際しては、通常、焼結
助剤を必要とする。この結果、この焼結助剤により製品
全体の高温強度が低下するようになる。即ち、セラミッ
クス自体は本来高温でも高強度であるにもかかわらず、
低融点の焼結助剤成分が結晶粒界に多く集まり、このた
めに得られる製品の強度は、高温度域で低下するのであ
る。

これに対し、近年、全く新しいセラミックス製造法とし
てＣＶＤ法やＰＶＤ法等の蒸着法が、特に薄膜形成手段
として表面処理の分野で実用されている、ＣＶＤ法によ
れば、極めて緻密な組織のセラミックを製造でき、かつ
、そもそも焼結プロセスを経ないので焼結助剤を混入さ
せる必要もない、そのため、得られる製品の強度は高温
度域でも低下しないという利点を有する。

［発明が解決しようとする問題点］ＣＶＤ法等の気相蒸着法によれば、焼結助剤が不要なこ
とから、セラミックス本体の高温強度を有する製品が得
られるため、セラミックス被膜の製造には極めて有利で
ある。

しかしながら、ＣＶＤ法により厚膜部材を製造する場合
には、第２図に示す如く、基体ｌに垂直な方向にセラミ
ックスの柱状晶２が発達し、垂直方向の高強度は達成さ
れるものの、水平方向の強度が低くなるという問題があ
る。

また、ＣＶＤ法はセラミックスの生成速度が比較的遅く
、２０〜３０　ＩＬｍ／　ｈ　ｒ程度の膜生成速度であ
るため、通常の構造物を形成するには長時間を要し、工
業的に有利ではないという欠点を有する。

［問題点を解決するための手段］本発明は、基体に耐熱繊維を巻き付ける等して持着させ
、次いでこの基体表面にセラミックスを気相基若するこ
とによりセラミックス部材を得るものである。

［作用］本発明によれば、基体に持着させた耐熱性繊維により強
化されたセラミックス部材が提供される。また、気相蒸
着層の柱状晶の発達が抑制され、これによってもセラミ
ックスの面内方向の強度が増大される。しかも耐熱性繊
維の体積分だけ気相蒸着量が減らされるため、製造時間
が短縮される。

従って、極めて高強度なセラミックスの厚膜層を、気相
蒸着法により効率的に製造することが可使となる。

［実施例］以下に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例に係るセラミ
ックス部材の製造方法を説明する概略的な断面図である
。

本発明においては、第１図（ａ）に示す如く、基体１１
に耐熱性繊［１２を巻き付けやその他の手法により持着
させ、次いで基体１１の繊維持着面１１ａにＣＶＤ法等
の気相蒸着法によりセラミックスの蒸着を行なう。

基体１１の繊維接着面１１ａに、ＣＶＤ法によりセラミ
ックスの蒸着を行なう場合には、まず基体１１の少なく
ともその表面１１ａをＣＶＤ反応の析出温度域に加熱す
る。

加熱方法は、特に限定されないが、基体１１の形状が簡
単であったり、導電性である場合は、装置構成の簡単な
高周波誘導加熱等が有利である。

加熱方法としては、その他１反応容器の外側から加熱す
る外部加熱法等も採用可能である。

このようにして加熱された基体１１の繊維持着面１１ａ
に、第１図（ａ）の如＜、ＣＶＤ反応ガスを供給してＣ
ＶＤ反応させ１表面にＣＶＤ反応析出物１３を析出させ
る（第１図（ｂ）参照）。

このＣＶＤ反応析出物１３の析出量は、ＣＶＤ反応ガス
の供給に又は加熱時間を調部することにより容易に調整
し得る。

ＣＶＤ反応析出物１３を所望厚さに析出させた後、所ｔ
ｉ１によりその表面を研磨し、第１図（Ｃ）の如く、基
体ｔｉにＣＶＤ反応析出物１３の層を形成した部材を得
る。

なお、基体１１は第１図（Ｃ）　（７）如＜、ＣＶＤ反
応析出物１３と一体物とした状態でそのまま製品として
も良いが、基体ｔｉ布部分不要の場合には、第１図（ｄ
）の如く基体１１を分離拳除去して製品としても良い。

このような本発明の方法において、基体１１の材質とし
ては特に制限はなく、金属あるいはセラミック等が採用
可能であるが、ＣＶＤ反応後、基体１１を取り付けたま
ま使用する場合には、使用時の高温度により熱応力が付
与されるのを防止するために、ノ＾体ｌｌの材質は析出
させるＣＶＤ反応析出物と熱膨張率が同程度のものとす
るのが好適である。

一方、ＣＶＤ反応後に基体１１とＣＶＤ反応析出物とを
分離する場合には、基体１１としては、ＣＶＤ反応析出
物と実質的に反応せず、かつＣＶＤ反応析出物と異なる
熱膨張率を有する材質からなるものとするのが好ましい
、このような材質のものを選定することにより、基体１
１とＣＶＤ反応析出物１３とは、軽い機械的衝撃を析出
物１３と基体１１との界面近傍に与えるか、あるいは、
該界面近傍を加熱もしくは冷却することにより、剥離さ
せるようにして容易に取りはずすことが可ｆ戯となる。

なお、基体１１を可燃性のものとしておけば、この基体
１１を酸化消失せしめることが可能である。また、鋳造
における砂鋳型の様に、崩して除去しうる材質のものも
用い得るし、機械的な加工により除去してもよい。

基体１１に耐熱性縁ｆｉ１２を持着させる方法としては
、高耐熱性繊、［１１２を基体１１に巻回する方法が最
も筒便で有利である。その他、基体１１に耐熱性縁ｆｉ
１２を適当な方法で接着させても良い。

耐熱性繊維としては、ＣＶＤ反応温度や得られる製品部
材の使用温度にト分耐え得るようなものであれば良く、
其体的にはＳｉＣやＷ、Ｍｏ等の繊維が挙げられる。

また析出させるセラミックスとしては、ＭｇＯ１ＳｉＣ
，Ｓｉ３Ｎ＋、ＡＪＬ２０３．　サイアロン等が挙げら
れる。

なお、上記の説明では、本発明により平板状の基体の表
面に高耐熱性繊維を接着させ、この面にｃｖｎ反応析出
物を析出させて、平板状の部材を製造する方法について
説明したが、本発明においては、第３図〜第５図に示す
如く、基体１１の形状をＬＩ的とする部材の形状にあわ
せて加工することにより、立体的な部材をも製造し得る
。

即ち、第３図の例においては、第３図（ａ）の如く、長
方体の基体１１の周囲に耐熱性繊維１２を巻回し、これ
にＣＶＤ反応ガスを図中の矢印の如く、外側から送給し
、第３図（ｂ）に示す如く基体１１の周囲にＣＶＤ反応
析出物１３を析出させたものである。このものは、基体
１１を取りのぞくことにより、第３図（Ｃ）の如き中空
の繊維強化セラミックス部材とすることができる。

第４図の例においては、第４図（ａ）の如く。

円筒形の基体１１の側面周囲に耐熱性縁ｆｉ１２を巻回
し、これにＣＶＤ反応ガスを送給し、第４図（ｂ）の如
く基体１１の周囲にＣＶＤ反応析出物１３を析出させた
ものである。このものも、基体１１を取りのぞくことに
より、第４図（Ｃ）の如き中空の繊維強化セラミックス
部材とすることができる。

第５図は本発明の方法によりガスタービンのブレードを
製造する場合を説明するものであり、第５図（ａ）の如
く、目的とするブレード形状よりもいくぶん小さい相似
形の基体ｌｌに耐熱性繊維１２を巻回し、ＣＶＤ反応ガ
スを送給して、第５図（ｂ）の如く、ＣＶＤ反応析出物
１３を析出させ、次いで基体１１を除去して目的とする
形状のブレードを製造するものである。

なお、耐熱性縁ｆｉ１２は高強度を必要とする所には密
に、特に高強度を必要としない所には粗に設けるように
しても良く、また、基体に２層以上屯ねて巻回させるよ
うにしても良い、この場合には、例えば第６図（ａ）に
示す如く隣り合う耐熱性繊維の巻回層の巻き方向をクロ
スさせることにより、より高強度なセラミック部材（第
６図（ｂ））を製造することができる。

また基体への繊維の接着及びＣＶＤ反応を数回祿り返し
て、即ち、例えば第１図（Ｃ）又は（ｄ）のセラミック
部材のＣＶＤ反応析出物１３の表面１３ａに、更に耐熱
性繊維を設けてＣＶＤ反応ガスを供給し、ＣＶＤ反応析
出物を積層させるようにすることもできる。

１−記の説明ではＣＶＤ法が採用されているが、本発明
では、ＰＶＤ法等その他の気相蒸着法をも用い得る。

［作用］基体に持着させた耐熱性繊維により、補強されると共に
気相蒸着層の柱状晶の発達が抑制された。極めて高強度
なセラミック層が得られる。しかも耐熱性繊維の体積分
だけ気相蒸着部が減らされるため、製造時間が短縮され
る。

従って、極めて高強度なセラミ−２りの厚膜層を気相蒸
着法により効率的に製造することが可能となる。

［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。

実施例１本発明の製造方法に従って、第４図（Ｃ）に示すセラミ
ックス部材を製造した。

まず基体１１として黒鉛棒（φ３０　ｍ　ｍ　Ｘ１２０
ｍｍ）を用い、これに第４図（ａ）の如くＷａｌｋ　（
’ｌ’均直径０．０２ｍｍ）を巻回シタ、コのものを外
部加熱法により加熱し、基体の端部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１３００〜１４
００℃に保持した。

次いで基体ｔｉにＣＶＤガスとして５ＩＣｆＬ４／　Ｃ
Ｈ４／　Ｈ２を供給り、、ＣＶＤ反応析出物（ＳｉＣ）
１３を析出させた後、ガス供給を停止した。

しかる後、ノ、ｌｌｉ体１１を機械加工により取りはず
した。

得られたＳｉＣ部材は基体ｌｌの形状の中空部分を右す
る円筒部材であったが、本発明の方法により極めて短時
間で製造され、しかも極めて高強度なものであった。

［効果］以し詳述した通り、本発明のセラミックス部材の製造方
法によれば、耐熱繊維の強度向上効果と柱状晶抑制効果
により、得られるセラミックス部材は極めて高強度で耐
久性及び信頼性の高いものとなる。しかも製造されるセ
ラミックス部材の外表面は極めて緻密なものとなる。

また、基体の形状を選定することにより任意の形状のセ
ラミックス部材を製造することができる。さらに、高耐
熱性繊維の存在によりセラミックス蒸着量が低減され、
生産効率も極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例に係るセラミ
ックス部材の製造過程を説明する概略的な断面図、第２
図はＣＶＤ法により厚膜を形成した場合に得られる柱状
晶を示す断面図、第３図（ａ）　〜（ｃ）　、第４図（
ａ）　〜（ｃ）　、第５図（ａ）、（ｂ）は、各々１本
発明の他の実施例に係るセラミックス部材の製造過程を
説明する斜視図、第６図（ａ）、（ｂ）は本発明の別の
実施例を説明する断面図である。１１・・・・・・基体、　　　　１２・・・・・・高耐
熱性繊維、１３・・・・・・ＣＶＤ析出物。代理人　弁理士　　重　野、　剛第１図（ｃ）第２図ｃｖｏ反応ガス　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）
ｃｖｏｒＬ応ガス第５図第６図（ａ）　　　　　　　　（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体の表面に耐熱性繊維を巻き付ける等して持着
させ、次いで基体の繊維持着面にセラミックスを気相蒸
着させ、繊維間隔を埋めることを特徴とするセラミック
ス部材の製造方法。