JPS62187174A - 窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法Info
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- JPS62187174A JPS62187174A JP61028461A JP2846186A JPS62187174A JP S62187174 A JPS62187174 A JP S62187174A JP 61028461 A JP61028461 A JP 61028461A JP 2846186 A JP2846186 A JP 2846186A JP S62187174 A JPS62187174 A JP S62187174A
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- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
- F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
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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。
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、エンジンの構造用部材等に用いて好適な窒化
珪素−アルミナ系複合セラミックスに関するものである
。
珪素−アルミナ系複合セラミックスに関するものである
。
窒化珪素−アルミナ系セ・ラミツクスとしてはβ−サイ
アロン(81g−zA#z Oz N5−z (Z″0
〜4.5り)が知られている。これは窒化珪素とアルミ
ナの完全な固溶体で、熱膨張係数は約3、OX 10−
@/’C(室温〜1000°C)と小さく、窒化珪素と
よく似た特性を示す。
アロン(81g−zA#z Oz N5−z (Z″0
〜4.5り)が知られている。これは窒化珪素とアルミ
ナの完全な固溶体で、熱膨張係数は約3、OX 10−
@/’C(室温〜1000°C)と小さく、窒化珪素と
よく似た特性を示す。
熱膨張係数が小さいことは一般に耐熱衝撃性にすぐれた
利点を示すが、他材料、特に金属と接合した場合に熱膨
張係数の相違から破損が生じやすく、用途が制限される
。
利点を示すが、他材料、特に金属と接合した場合に熱膨
張係数の相違から破損が生じやすく、用途が制限される
。
一方、窒化珪素とアルミナの混合粉末を、これ等の量比
や焼成条件を調整して焼結することにより、完全な固溶
体ではなく、未反応の窒化珪素とアルミナを含む複合セ
ラミックスを得ることができ、この未反応のアルミナの
量によりセラミックスの熱膨張係数を調整することがで
きる。
や焼成条件を調整して焼結することにより、完全な固溶
体ではなく、未反応の窒化珪素とアルミナを含む複合セ
ラミックスを得ることができ、この未反応のアルミナの
量によりセラミックスの熱膨張係数を調整することがで
きる。
しかしながら、未反応のアルミナを含むセラミックスに
ついて量産検討を行なったところ、強度にバラツキがあ
シ、時として可成シ強度の低いものが認められた。かか
る強度のバラツキは窒化珪素またはβl−サイアロン単
品にはみられない現象である。
ついて量産検討を行なったところ、強度にバラツキがあ
シ、時として可成シ強度の低いものが認められた。かか
る強度のバラツキは窒化珪素またはβl−サイアロン単
品にはみられない現象である。
そこで本発明は、セラミックスに高惣度を付与する窒化
珪素、セラミックスの熱膨張係数を調整するアルミナお
よびこれ等を強固に結合するβ′−サイアロンとよりな
り、かつ特性にバラツキのないセラミックス、およびそ
の製造方法を提供し、もって従来の問題を解決すること
を目的とするものである。
珪素、セラミックスの熱膨張係数を調整するアルミナお
よびこれ等を強固に結合するβ′−サイアロンとよりな
り、かつ特性にバラツキのないセラミックス、およびそ
の製造方法を提供し、もって従来の問題を解決すること
を目的とするものである。
発明者らは多くの研究、実験を重ねた結果、上記セラミ
ックスにおいて強度にバラツキが生じる原因は、アルミ
ナの結晶形態に主たる原因があることを見出した。
ックスにおいて強度にバラツキが生じる原因は、アルミ
ナの結晶形態に主たる原因があることを見出した。
即ち、第2図のように窒化珪素(Sis N4 )粉末
とアルミナ(A11s Os )粉末を混合して焼結し
た場合、窒化珪素粒子とアルミナ粒子の界面にβ′−サ
イアロンを形成する反応が生じても、強度の低いアルミ
ナ粒子が連結して連続している部位が生じ、この部位で
アルミナに亀裂が発生して強度の低下をまねくことが認
められた。
とアルミナ(A11s Os )粉末を混合して焼結し
た場合、窒化珪素粒子とアルミナ粒子の界面にβ′−サ
イアロンを形成する反応が生じても、強度の低いアルミ
ナ粒子が連結して連続している部位が生じ、この部位で
アルミナに亀裂が発生して強度の低下をまねくことが認
められた。
そこで本発明は、基本的に窒化珪素、アルミナおよびこ
れ等の反応により生じたβ′−サイアロンよりなり、ア
ルミナの結晶が窒化珪素およびβ−サイアロンの結晶に
より囲包されて分断され連続形態をとらない結晶相を有
する窒化珪素−アルミナ系セラミックスを提供スる。
れ等の反応により生じたβ′−サイアロンよりなり、ア
ルミナの結晶が窒化珪素およびβ−サイアロンの結晶に
より囲包されて分断され連続形態をとらない結晶相を有
する窒化珪素−アルミナ系セラミックスを提供スる。
また、このセラミックスで、窒化珪素とβ′−サイアロ
ンの結晶の総量を45〜90重量%、アルミナの結晶量
を10〜55重量優とすることで窒化珪素に匹敵する強
度を発揮せしめ、かつアルミナの結晶量に応じて熱膨張
係数をほぼ3.2〜6.IX]O/”Cの範囲で変化せ
しめることができる。
ンの結晶の総量を45〜90重量%、アルミナの結晶量
を10〜55重量優とすることで窒化珪素に匹敵する強
度を発揮せしめ、かつアルミナの結晶量に応じて熱膨張
係数をほぼ3.2〜6.IX]O/”Cの範囲で変化せ
しめることができる。
そして上記の特性を有するセラミックスは、アルミナ粉
末20〜70重量%、残部笑質的に窒化珪素粉末よりな
り、アルミナ粉末の平均粒径を窒化珪素粉末の平均粒径
の2倍程度ないしそれ以上とした混合粉末を不活性ガス
雰囲気中で焼成することにより得られる。
末20〜70重量%、残部笑質的に窒化珪素粉末よりな
り、アルミナ粉末の平均粒径を窒化珪素粉末の平均粒径
の2倍程度ないしそれ以上とした混合粉末を不活性ガス
雰囲気中で焼成することにより得られる。
混合粉末中のアルミナ粉末が20重量%より少ない場合
には、添加したアルミナ粉末が窒化珪素粉末と反応し、
はとんどβ′−サイアロンに変化してしまうため未反応
アルミナの結晶量が足シなくなり、熱膨張係数の調整が
できなくなる。
には、添加したアルミナ粉末が窒化珪素粉末と反応し、
はとんどβ′−サイアロンに変化してしまうため未反応
アルミナの結晶量が足シなくなり、熱膨張係数の調整が
できなくなる。
また、アルミナ粉末を20重量%以上とした場合、アル
ミナ粉末の平均粒径を窒化珪素粉末の平均粒径の2倍程
度ないしそれ以上としなければ、アルミナ結晶を窒化珪
素およびβ′−サイアロン結晶で囲包することができず
、強度にバラセキのあるセラミックスとなる。
ミナ粉末の平均粒径を窒化珪素粉末の平均粒径の2倍程
度ないしそれ以上としなければ、アルミナ結晶を窒化珪
素およびβ′−サイアロン結晶で囲包することができず
、強度にバラセキのあるセラミックスとなる。
アルミナ粉末が70重量%より多い場合は、窒化珪素粉
末の絶対量が少なくアルミナ粉末と窒化珪素粉末の粒径
比を調整しても、もはやアルミナ結晶を窒化珪素および
β′−サイアロン結晶で囲包できなくなる。
末の絶対量が少なくアルミナ粉末と窒化珪素粉末の粒径
比を調整しても、もはやアルミナ結晶を窒化珪素および
β′−サイアロン結晶で囲包できなくなる。
本発明のセラミックスでは、強度の低いアルミナの結晶
は粒状で互に連結せず窒化珪素およびβ−サイアロンの
結晶により囲包されているから、従来のこの種セラミッ
クスに比し亀裂が発生しくくい。
は粒状で互に連結せず窒化珪素およびβ−サイアロンの
結晶により囲包されているから、従来のこの種セラミッ
クスに比し亀裂が発生しくくい。
また本発明の方法によれば、原料の混合粉末は、第1図
に示すように粒径の大きいアルミナの粒子間に粒径の小
さい窒化珪素の粒子が入りこんでアルミナの粒子を囲包
した状態となシ、この混合粉末を焼成することでアルミ
ナの結晶が窒化珪素およびβ/−サイアロンの結晶によ
り囲包された組織となる。
に示すように粒径の大きいアルミナの粒子間に粒径の小
さい窒化珪素の粒子が入りこんでアルミナの粒子を囲包
した状態となシ、この混合粉末を焼成することでアルミ
ナの結晶が窒化珪素およびβ/−サイアロンの結晶によ
り囲包された組織となる。
また本発明のセラミックスにおいて、アルミナの結晶量
が10〜55重量%の範囲では、アルミナの結晶量の増
加にかかわらず、セラミックスの強度低下は極めて少な
いことが実験により確認された。
が10〜55重量%の範囲では、アルミナの結晶量の増
加にかかわらず、セラミックスの強度低下は極めて少な
いことが実験により確認された。
実験例1゜
以下の実験で、窒化珪素粉末とは、窒化珪素(5isN
4)90.0重量%(以下、単に%とする)、スピ*
A/ (MgA#* Oa ) 5.051、イツト
リヤ(’Y重0s)5.0%よりなる混合粉末を示す。
4)90.0重量%(以下、単に%とする)、スピ*
A/ (MgA#* Oa ) 5.051、イツト
リヤ(’Y重0s)5.0%よりなる混合粉末を示す。
用いたスピネル粉末の平均粒径は16μm、イツトリヤ
粉末の平均粒径はL2μmとした。スピネルおよびイツ
トリヤは窒化珪素のための焼結助剤であり、本実験では
両者を併用したが、一方のみを用いることもできる。
粉末の平均粒径はL2μmとした。スピネルおよびイツ
トリヤは窒化珪素のための焼結助剤であり、本実験では
両者を併用したが、一方のみを用いることもできる。
また、以下の実験で窒化珪素粉末の平均粒径とは上記混
合粉末中の窒化珪素のみの平均粒径を示す。
合粉末中の窒化珪素のみの平均粒径を示す。
また、強度は、常温での3点曲げ抗折強度の単純平均値
(n−20)であり、試料サイズは全て、3. OX
4. OX 40. O鱈でプレート形の表面研磨品に
統一した。この時のクロスヘッドスピードは0.5■/
min 、スパンは30.00■である。
(n−20)であり、試料サイズは全て、3. OX
4. OX 40. O鱈でプレート形の表面研磨品に
統一した。この時のクロスヘッドスピードは0.5■/
min 、スパンは30.00■である。
熱膨張係数値は、室温〜1000°Cの温度範囲にて測
定した値であシ、各サンプA/n−3の平均値で示した
。なお、この時の昇温レートは5℃/ minとした。
定した値であシ、各サンプA/n−3の平均値で示した
。なお、この時の昇温レートは5℃/ minとした。
種々平均粒子径の異なる窒化珪素粉末とアルミナ粉末に
有機溶剤を加えて混合し、ドクターブレード法により成
形したセラミックシートの複数を積層し約120°Cで
ラミネートした後、アルゴン(Ar)または窒素(N諺
)ガス等の不活性ガス雰囲気中、1600℃、30〜6
0分間保持、圧力5oolqf、/cmの条件でホット
プレス焼成し窒化珪素−アルミ′す系複合セラミックス
を得た。そして得られたセラミックスの特性を調べた。
有機溶剤を加えて混合し、ドクターブレード法により成
形したセラミックシートの複数を積層し約120°Cで
ラミネートした後、アルゴン(Ar)または窒素(N諺
)ガス等の不活性ガス雰囲気中、1600℃、30〜6
0分間保持、圧力5oolqf、/cmの条件でホット
プレス焼成し窒化珪素−アルミ′す系複合セラミックス
を得た。そして得られたセラミックスの特性を調べた。
第1表はその結果をまとめて表示したものである。また
、第3図と第4図は、第1表の結果から、窒化珪素粉末
とアルミナ粉末の配合割合と、抗折強度および熱膨張係
数の関係について図示したものである。
、第3図と第4図は、第1表の結果から、窒化珪素粉末
とアルミナ粉末の配合割合と、抗折強度および熱膨張係
数の関係について図示したものである。
なお表において、
第1表および第4図から、熱膨張係数は出発原料粒径と
は関係なく、同一配合割合ではほぼ一定の値を示すこと
がわかる。
は関係なく、同一配合割合ではほぼ一定の値を示すこと
がわかる。
これに対し、抗折強度は、第1表および第3図かられか
るように出発原料粒径に大きく影響される。例えば、窒
化珪素粒子の平均粒径が、アルミナ粒子の平均粒径よ)
約10倍大きい場合、即ち粒径比0.10ではアルミナ
粒子が約20%以上になるとほぼアルミナの強度と同程
度にまで強度が落ちてしまうが、逆にアルミナ粒子の平
均粒径が窒化珪素粒子の平均粒径の約10倍大きい場合
、すなわち粒径比10.38ではアルミナ粒子の配合割
合が70優になっても窒化珪素なみの強度を維持してい
る。しかしながら、この強度と出発原料粒径の間の関係
はリニアな関係ではなく、窒化珪素粒子とアルミナ粒子
の平均粒径がほぼ等しい場合、すなわち粒径比104に
おいては、先に示した両者の中間値はとらず、強度が低
下する方にシフトしてしまう。
るように出発原料粒径に大きく影響される。例えば、窒
化珪素粒子の平均粒径が、アルミナ粒子の平均粒径よ)
約10倍大きい場合、即ち粒径比0.10ではアルミナ
粒子が約20%以上になるとほぼアルミナの強度と同程
度にまで強度が落ちてしまうが、逆にアルミナ粒子の平
均粒径が窒化珪素粒子の平均粒径の約10倍大きい場合
、すなわち粒径比10.38ではアルミナ粒子の配合割
合が70優になっても窒化珪素なみの強度を維持してい
る。しかしながら、この強度と出発原料粒径の間の関係
はリニアな関係ではなく、窒化珪素粒子とアルミナ粒子
の平均粒径がほぼ等しい場合、すなわち粒径比104に
おいては、先に示した両者の中間値はとらず、強度が低
下する方にシフトしてしまう。
この理由は、強度においては、熱膨張係数のように単純
な加成性が成シ立たず、常に最も弱い部分から破壊して
しまうためである。
な加成性が成シ立たず、常に最も弱い部分から破壊して
しまうためである。
即ち、先に説明したように、第2図に示す混合状態では
たとえ、窒化珪素粒子とアルミナ粒子の界面においてβ
′−サイアロンを形成する反応が起きても、強度の弱い
アルミナ粒子が連結した部位が生ずる。従って、第3図
に示すように平均強度を調べた場合には、可成シ弱い方
向に強度がでてしまうものと認められる。
たとえ、窒化珪素粒子とアルミナ粒子の界面においてβ
′−サイアロンを形成する反応が起きても、強度の弱い
アルミナ粒子が連結した部位が生ずる。従って、第3図
に示すように平均強度を調べた場合には、可成シ弱い方
向に強度がでてしまうものと認められる。
これに対し、強い窒化珪素粒子を弱いアルミナ粒子よシ
小さくすると、第1図に示す混合状態となるので、弱い
アルミナ粒子の連結が阻止され、第3図に示す結果とな
ったものと認められる。
小さくすると、第1図に示す混合状態となるので、弱い
アルミナ粒子の連結が阻止され、第3図に示す結果とな
ったものと認められる。
ま九、アルミナ粒子の配合割合が少ない場合に、強度低
下があまシみられず、熱膨張係数が窒化珪素々みの小さ
い値を示した理由は、添加したアルミナ粒子が窒化珪素
粒子と反応し全てβ/−サイアロンに変化し九ためであ
る。
下があまシみられず、熱膨張係数が窒化珪素々みの小さ
い値を示した理由は、添加したアルミナ粒子が窒化珪素
粒子と反応し全てβ/−サイアロンに変化し九ためであ
る。
第1表および第3図から知られるように、アルミナ粒子
を相対的に大きくして粒径比10.38とし、かつ窒化
珪素80〜30%、アルミナ70〜2o96として得た
セラミックスでは、アルミナ量の広範囲の変化にかかわ
らず、高い強度が維持される。
を相対的に大きくして粒径比10.38とし、かつ窒化
珪素80〜30%、アルミナ70〜2o96として得た
セラミックスでは、アルミナ量の広範囲の変化にかかわ
らず、高い強度が維持される。
またこのセラミックスでは、窒化珪素、α−アルミナお
よびこれ等が反応して生じたβ/−サイアロンの結晶よ
I■、α−アルミナの結晶は窒化珪素およびβ−サイア
ロンの結晶により囲包されて分断されている結晶相とな
っていることが確認された。また、この結晶相において
、窒化珪素とβ′−サイアロンの結晶量が45〜90%
、α−アルミナ結晶量が10〜55%の範囲とすること
で、熱膨張係数を3.2〜6. l X No /’C
の範囲内で変化させ得ることが確認された。
よびこれ等が反応して生じたβ/−サイアロンの結晶よ
I■、α−アルミナの結晶は窒化珪素およびβ−サイア
ロンの結晶により囲包されて分断されている結晶相とな
っていることが確認された。また、この結晶相において
、窒化珪素とβ′−サイアロンの結晶量が45〜90%
、α−アルミナ結晶量が10〜55%の範囲とすること
で、熱膨張係数を3.2〜6. l X No /’C
の範囲内で変化させ得ることが確認された。
実験例2゜
窒化珪素粉末とアルミナ粉末の配合割合を各々50g6
に統一し、窒化珪素粉末とアルミナ粉末の平均粒子径を
変え、種々粒径比の異なる窒化珪素−アルミナ系複合セ
ラミックスを実験例1と同様の方法にて作成し、特性を
調べた。
に統一し、窒化珪素粉末とアルミナ粉末の平均粒子径を
変え、種々粒径比の異なる窒化珪素−アルミナ系複合セ
ラミックスを実験例1と同様の方法にて作成し、特性を
調べた。
結果を第2表および第5図に示す。
第6図かられかるように、粒径比が増大するとともに、
強度は向上する。ここでの強度は、n数を100個に増
大し、ワイプル確率紙にプロットした測定点の直線回帰
よシ求めた50%平均強度を示したものであるが、横軸
の粒径比を対数尺度で表示すると50%平均強度は、粒
径比と比例してほぼ直線的に増加する。しかしながら、
最大強度と最小強度値は、粒径比的10を変曲点として
8字カーブを描く。特に、最小強度は粒径比約10以上
で向上し2.0に至ると顕著な向上がみられる。
強度は向上する。ここでの強度は、n数を100個に増
大し、ワイプル確率紙にプロットした測定点の直線回帰
よシ求めた50%平均強度を示したものであるが、横軸
の粒径比を対数尺度で表示すると50%平均強度は、粒
径比と比例してほぼ直線的に増加する。しかしながら、
最大強度と最小強度値は、粒径比的10を変曲点として
8字カーブを描く。特に、最小強度は粒径比約10以上
で向上し2.0に至ると顕著な向上がみられる。
好ましい粒径比は2.0以上、更に好ましくは4.0以
上である。第2表においてサンプ1VI66〜9がその
範囲に属する。
上である。第2表においてサンプ1VI66〜9がその
範囲に属する。
なお1本実験での試験サンプル中、各々のAの試料から
無作為に取シ出したn−3個、(計27個)の室温から
1000℃の温度範囲の熱膨張係数を測定したところ、
全て4.75±0,1X10/’Cの範囲内であった。
無作為に取シ出したn−3個、(計27個)の室温から
1000℃の温度範囲の熱膨張係数を測定したところ、
全て4.75±0,1X10/’Cの範囲内であった。
実験例3゜
実験例2同様、窒化珪素粉末とアルミナ粉末の配合割合
を各々l5O51に統一し、かつ粒径比が4.2〜4.
6でほぼ同等の値となるよう窒化珪素粉末とアルミナ粉
末の平均粒子径を変え、実験例1の′方法にて窒化珪素
−アルミナ系複合セラミックスを作成し、特性を調べた
。結果を第3表および第6図に示す。
を各々l5O51に統一し、かつ粒径比が4.2〜4.
6でほぼ同等の値となるよう窒化珪素粉末とアルミナ粉
末の平均粒子径を変え、実験例1の′方法にて窒化珪素
−アルミナ系複合セラミックスを作成し、特性を調べた
。結果を第3表および第6図に示す。
第6図かられかるように1粒径比がほぼ等しい値であっ
ても窒化珪素粒子の平均粒径が大きくなると、強度が低
下するとともに、バラツキの幅も拡大する傾向が見られ
る。
ても窒化珪素粒子の平均粒径が大きくなると、強度が低
下するとともに、バラツキの幅も拡大する傾向が見られ
る。
これは、粒径比が同じであってもアルミナ粒子径が過大
となると、第1図に示す好ましい混合状態とならないこ
とによるものと思われる。
となると、第1図に示す好ましい混合状態とならないこ
とによるものと思われる。
つまシ、弱いアルミナ粒子が大き過ぎるため、窒化珪素
粒子との反応によるβ−サイアロン相に全てが包み込ま
れることなく、アルミナ粒子自身がき裂発生点となるこ
とKよるものと考えられる。アルミナの平均粒子径は1
0μm程度ないしそれ以下が望ましい。
粒子との反応によるβ−サイアロン相に全てが包み込ま
れることなく、アルミナ粒子自身がき裂発生点となるこ
とKよるものと考えられる。アルミナの平均粒子径は1
0μm程度ないしそれ以下が望ましい。
この他に、数点の粒径比において調査検討した結果、窒
化珪素の平均粒子径としては、2μm程度ないしそれ以
下が好ましいことがわかった。
化珪素の平均粒子径としては、2μm程度ないしそれ以
下が好ましいことがわかった。
なお、平均強度はn−10の単純平均値を示した。
笑験例番。
窒化珪素−アルミナ系セラミックスをディーゼルエンジ
ン用グロープラグに適用し、耐久試験を行なった結果に
ついて説明する。
ン用グロープラグに適用し、耐久試験を行なった結果に
ついて説明する。
第7図に示すグロープラグにおいて、棒状の支持部材2
の先端には断面コ字形の発熱体lが接合しである。支持
部材2内には軸線方向にタングステンの1対のリード1
l13a、31)が埋設してあり、その先端が発熱体1
に接続しである。
の先端には断面コ字形の発熱体lが接合しである。支持
部材2内には軸線方向にタングステンの1対のリード1
l13a、31)が埋設してあり、その先端が発熱体1
に接続しである。
支持部材2の外周には金属スリーブ番が、更にその外周
には金属ボデー5が取り付けである。
には金属ボデー5が取り付けである。
上記リード線3aの後端は支持部材20基端まで延在し
、該基端に嵌着した金属キャップ6に接続し、キャップ
6およびニッケル線7を介して図示しない電源に接続し
である。一方、リード線3bの後端は金属スリーブ4を
介して金属ボデー5に接続しである。このグロープラグ
は金属ボデー5に形成したネジ51により図示しないエ
ンジン燃焼室壁に貫通固定される。
、該基端に嵌着した金属キャップ6に接続し、キャップ
6およびニッケル線7を介して図示しない電源に接続し
である。一方、リード線3bの後端は金属スリーブ4を
介して金属ボデー5に接続しである。このグロープラグ
は金属ボデー5に形成したネジ51により図示しないエ
ンジン燃焼室壁に貫通固定される。
発熱体1は導電性の二珪化モリブデン
(MoSix )と絶縁性の窒化珪素の混合粉末の焼結
体である。MoSi、 は発熱体lに耐酸化性を付与
し、また低熱膨張係数のsls N、 は耐熱衝撃性
を付与する。
体である。MoSi、 は発熱体lに耐酸化性を付与
し、また低熱膨張係数のsls N、 は耐熱衝撃性
を付与する。
リード線3a、3bを埋設した支持部材2は。
窒化珪素粒子とアルミナ粒子の混合粉末の焼結体よりな
る窒化珪素−アルミナ系複合セラミックスよ〕構成され
ておシ、発熱体1と支持部材2は一体焼結せしめである
。
る窒化珪素−アルミナ系複合セラミックスよ〕構成され
ておシ、発熱体1と支持部材2は一体焼結せしめである
。
第8図はセラミックヒータの製造方法を示す亀ので、発
熱体1を形成すべきセラミックシートユと支持部材2を
形成すべきセラミックシート2′とを図示のように組合
せ、かつ積層し、リード線3a、3bをはさんで全体を
1600℃、sookg/−程度の条件でホットプレス
することによりセラミックと一夕が製造される。
熱体1を形成すべきセラミックシートユと支持部材2を
形成すべきセラミックシート2′とを図示のように組合
せ、かつ積層し、リード線3a、3bをはさんで全体を
1600℃、sookg/−程度の条件でホットプレス
することによりセラミックと一夕が製造される。
このようKして得られたセラミックヒータを用いた第7
図に示すグロープラグにおいて、電流はニッケlv、i
Iマ、金属キャップ6、リード線3aを通って発熱体1
を流れて発熱させ、リード線3b、金属スリーブ番、金
属ボデー5を通ってアースされる。
図に示すグロープラグにおいて、電流はニッケlv、i
Iマ、金属キャップ6、リード線3aを通って発熱体1
を流れて発熱させ、リード線3b、金属スリーブ番、金
属ボデー5を通ってアースされる。
次に、支持部材2として実験例2の43.5、マと同じ
方法で作成した窒化珪素−アルミナ系複合セラミックス
を用いたセラミックヒータを作成し、このと−タを取付
けたグロープラグに関し耐久試験を行なった。なお発熱
体の組成は二珪化モリブデン7L’7重量%、窒化珪素
28.3重量%で統一し九。この発熱体の常温抵抗は0
.18Ωである。
方法で作成した窒化珪素−アルミナ系複合セラミックス
を用いたセラミックヒータを作成し、このと−タを取付
けたグロープラグに関し耐久試験を行なった。なお発熱
体の組成は二珪化モリブデン7L’7重量%、窒化珪素
28.3重量%で統一し九。この発熱体の常温抵抗は0
.18Ωである。
耐久試験は平衡温度が1300°Cとなるように電圧を
設定し、この電圧で1分間通電加熱し、1分間前通電で
冷却するサイケμで断続通電し。
設定し、この電圧で1分間通電加熱し、1分間前通電で
冷却するサイケμで断続通電し。
支持部材に割れが生じて破損するまでのサイクμ数を調
べた。実験例2のム3に相当する支持体のグロープラグ
では、全て(4本)がsoo。
べた。実験例2のム3に相当する支持体のグロープラグ
では、全て(4本)がsoo。
サイクル未満で、発熱体近傍よシフラックが発生し破損
し、A31C相当する支持体のグロープラグでは4水中
3木が、3000〜4000サイクルで同様に破損、1
本が6000〜ツ000サイクμで同様に破損した。し
かしながら、本発明のA’FK相当する支持体のグロー
プラグでは全て(4本)xo、oooサイクルでも割れ
は認められなかった。
し、A31C相当する支持体のグロープラグでは4水中
3木が、3000〜4000サイクルで同様に破損、1
本が6000〜ツ000サイクμで同様に破損した。し
かしながら、本発明のA’FK相当する支持体のグロー
プラグでは全て(4本)xo、oooサイクルでも割れ
は認められなかった。
そこで熱膨張係数を調整するために窒化珪素とアルミナ
の混合物の焼結体よりなる支持部材が着目された。とこ
ろが、窒化珪素とアルミナが反応するとβ′−サイアラ
ンが生成される。β′−サイアロンは強度は窒化珪素に
近い強度を示すものの、熱膨張係数も窒化珪素と同様に
低い。
の混合物の焼結体よりなる支持部材が着目された。とこ
ろが、窒化珪素とアルミナが反応するとβ′−サイアラ
ンが生成される。β′−サイアロンは強度は窒化珪素に
近い強度を示すものの、熱膨張係数も窒化珪素と同様に
低い。
そこで、焼結体中に未反応のアルミナ結晶を残し、と名
により熱膨張係数を調整しようとして、混合物中のアル
ミナ配合量を次第に増加させるようになってきた。その
結果、強度に大きなバラツキが生じて低強度品が発生す
る問題が生じてき九。
により熱膨張係数を調整しようとして、混合物中のアル
ミナ配合量を次第に増加させるようになってきた。その
結果、強度に大きなバラツキが生じて低強度品が発生す
る問題が生じてき九。
しかして本発明によれば、上記発熱体を、とれと同程度
の熱膨張係数を有し、耐熱性および安定した強度を有す
る支持部材にて支持せしめることができる。なお、グロ
ープラグ発熱体用の支持部材としては、アルミナの平均
粒径を窒化珪素の4倍程度ないしそれ以上とする仁とが
望ましい。゛ セラミック・グロープラグの発熱体としては、耐酸化性
にすぐれ、比抵抗が小さく、かつ抵抗温度係数が大きい
ものが望まれる。これ等の要求をみたす発熱体としては
二珪化モリブデンと窒化珪素の混合物の焼結体が知られ
ている。その中でも特に好ましいのは上記のように二珪
化モリブデン7L’751、窒化珪素28.396程度
の混合比のものである。この発熱体は室温からxooo
oCの間の熱膨張係数は4.4 % 5.2 X1o−
6/°C程度である。
の熱膨張係数を有し、耐熱性および安定した強度を有す
る支持部材にて支持せしめることができる。なお、グロ
ープラグ発熱体用の支持部材としては、アルミナの平均
粒径を窒化珪素の4倍程度ないしそれ以上とする仁とが
望ましい。゛ セラミック・グロープラグの発熱体としては、耐酸化性
にすぐれ、比抵抗が小さく、かつ抵抗温度係数が大きい
ものが望まれる。これ等の要求をみたす発熱体としては
二珪化モリブデンと窒化珪素の混合物の焼結体が知られ
ている。その中でも特に好ましいのは上記のように二珪
化モリブデン7L’751、窒化珪素28.396程度
の混合比のものである。この発熱体は室温からxooo
oCの間の熱膨張係数は4.4 % 5.2 X1o−
6/°C程度である。
従ってセラミック・グロープラグにおいて発熱体を支持
する支持部材2は絶縁性とともに、発熱体と同程度の熱
膨張係数を持ち、エンジン内部での使用に耐える耐熱性
、強度を有するものでなければならない。
する支持部材2は絶縁性とともに、発熱体と同程度の熱
膨張係数を持ち、エンジン内部での使用に耐える耐熱性
、強度を有するものでなければならない。
この条件に近い特性のものとして窒化珪素の支持体が一
応考えられるが、窒化珪素は熱膨張係数が約3.OX
10−’/”O(室温から1000”C)と小さく、上
記発熱体との接合部で熱膨張係数差による破損が生じる
。
応考えられるが、窒化珪素は熱膨張係数が約3.OX
10−’/”O(室温から1000”C)と小さく、上
記発熱体との接合部で熱膨張係数差による破損が生じる
。
以上説明したように、本発明によれば強度すぐれるとと
もに特性にバラツキのない窒化珪素−アルミナ系セラミ
ックスで、熱膨張係数の種々異るセラミックスを得るこ
とができる。
もに特性にバラツキのない窒化珪素−アルミナ系セラミ
ックスで、熱膨張係数の種々異るセラミックスを得るこ
とができる。
しかして本発明のセラミックスは、エンジンなどの部材
、特に他の部材と接合して用いる場合に好適に使用され
得る。
、特に他の部材と接合して用いる場合に好適に使用され
得る。
第1図は本発明の窒化珪素−アルミナ系セラミックスの
原料粉末の成形時の混合状態を示す模式図、第2図は従
来の原料粉末の混合状態を示す模式図、第3図、第4図
、第5図、第6図はそれぞれ本発明に関する実験の結果
を示す図、第7図は本発明の窒化珪素−アルミナ系セラ
ミックスをヒータ支持部材として適用したセラミックヒ
ータを備えたグロープラグの断面図、第8図は上記セラ
ミックヒータの製造方法を示す図である。 1・−・−発熱体 2−一・ヒータ支持部材3a、
31)−−リード線 番・・・−金属スリーブ 5・−一金属ボデー 、熱膨gA係教(×1σ’/’C) J九手斤労り度(kgf/mm”) 還
原料粉末の成形時の混合状態を示す模式図、第2図は従
来の原料粉末の混合状態を示す模式図、第3図、第4図
、第5図、第6図はそれぞれ本発明に関する実験の結果
を示す図、第7図は本発明の窒化珪素−アルミナ系セラ
ミックスをヒータ支持部材として適用したセラミックヒ
ータを備えたグロープラグの断面図、第8図は上記セラ
ミックヒータの製造方法を示す図である。 1・−・−発熱体 2−一・ヒータ支持部材3a、
31)−−リード線 番・・・−金属スリーブ 5・−一金属ボデー 、熱膨gA係教(×1σ’/’C) J九手斤労り度(kgf/mm”) 還
Claims (4)
- (1)窒化珪素、α−アルミナおよびこれ等の反応によ
り生成されたβ−サイアロンの結晶よりなり、窒化珪素
およびβ−サイアロンの結晶がα−アルミナの結晶を囲
包してアルミナの結晶の連結を阻止した結晶相を有する
ことを特徴とする窒化珪素−アルミナ系複合セラミック
ス。 - (2)結晶相に占める窒化珪素およびβ−サイアロンの
結晶の総量が45〜90重量%、α−アルミナの結晶量
が10〜55重量%である特許請求の範囲第1項記載の
窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクス。 - (3)アルミナ粉末20〜70重量%、残部実質的に窒
化珪素粉末よりなり、アルミナ粉末の平均粒径を窒化珪
素粉末の2倍ないしそれ以上とした混合粉末を不活性ガ
ス雰囲気中で焼成することを特徴とする窒化珪素−アル
ミナ系複合セラミツクスの製造方法。 - (4)上記窒化珪素粉末の平均粒径が2μmないしそれ
以下である特許請求の範囲第3項記載の窒化珪素−アル
ミナ系複合セラミツクスの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61028461A JPH0617272B2 (ja) | 1986-02-12 | 1986-02-12 | 窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法 |
| US07/013,583 US4845061A (en) | 1986-02-12 | 1987-02-11 | Silicon nitride-alumina composite ceramics and producing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61028461A JPH0617272B2 (ja) | 1986-02-12 | 1986-02-12 | 窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62187174A true JPS62187174A (ja) | 1987-08-15 |
| JPH0617272B2 JPH0617272B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=12249303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61028461A Expired - Lifetime JPH0617272B2 (ja) | 1986-02-12 | 1986-02-12 | 窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4845061A (ja) |
| JP (1) | JPH0617272B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5030600A (en) * | 1988-10-06 | 1991-07-09 | Benchmark Structural Ceramics Corp. | Novel sialon composition |
| US5221647A (en) * | 1988-10-06 | 1993-06-22 | Benchmark Structural Ceramics Corporation | Sialon precursor composition |
| US5047186A (en) * | 1989-12-28 | 1991-09-10 | Gte Laboratories Incorporated | Process for producing silicon nitride based articles of high fracture toughness and strength |
| JPH0437644A (ja) * | 1990-05-29 | 1992-02-07 | Chisso Corp | セラミック組成物及びその製造法 |
| JPH04160061A (ja) * | 1990-10-22 | 1992-06-03 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸窒化物セラミック焼結体およびスパークプラグ |
| US5358912A (en) * | 1991-08-08 | 1994-10-25 | Loral Vought Systems Corporation | BAS reinforced in-situ with silicon nitride |
| JP3226260B2 (ja) * | 1996-09-19 | 2001-11-05 | 大光炉材株式会社 | 緻密質不定形耐火物用耐火組成物の湿式吹付け施工法 |
| DE19860919C1 (de) * | 1998-12-04 | 2000-02-10 | Bosch Gmbh Robert | Keramisches Heizelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US20040222210A1 (en) * | 2003-05-08 | 2004-11-11 | Hongy Lin | Multi-zone ceramic heating system and method of manufacture thereof |
| US10480786B2 (en) * | 2012-06-29 | 2019-11-19 | Kyocera Corporation | Heater and glow plug including the same |
| CN114057494B (zh) * | 2021-11-29 | 2024-01-23 | 成都美奢锐新材料有限公司 | 一种雪茄剪专用陶瓷材料及其制备方法 |
Citations (2)
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Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US3953221A (en) * | 1975-04-22 | 1976-04-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fully dense ceramic article and process employing magnesium oxide as a sintering aid |
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| JPS55126989A (en) * | 1979-03-24 | 1980-10-01 | Kyoto Ceramic | Ceramic heater |
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| US4499366A (en) * | 1982-11-25 | 1985-02-12 | Nippondenso Co., Ltd. | Ceramic heater device |
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| US4556780A (en) * | 1983-10-17 | 1985-12-03 | Nippondenso Co., Ltd. | Ceramic heater |
| JPS60216484A (ja) * | 1984-04-09 | 1985-10-29 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツクヒ−タ |
| JPS60254586A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-16 | 株式会社デンソー | セラミツクヒ−タ |
| JPH0782905B2 (ja) * | 1985-02-28 | 1995-09-06 | 日本電装株式会社 | セラミックヒータおよびセラミックヒータ用発熱体の製造方法 |
| EP0488060A3 (en) * | 1990-11-27 | 1993-01-27 | Hoechst Aktiengesellschaft | Plasticizer and injection mouldable composition containing metallic and ceramic powder |
-
1986
- 1986-02-12 JP JP61028461A patent/JPH0617272B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-02-11 US US07/013,583 patent/US4845061A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53137214A (en) * | 1977-05-06 | 1978-11-30 | Kawasaki Steel Co | High corrosion resistance and thermal shock resistance refractories and manufacture of same |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4845061A (en) | 1989-07-04 |
| JPH0617272B2 (ja) | 1994-03-09 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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