JPS6230683A - プラズマ溶射ジルコニア被覆窒化珪素焼結部材 - 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） 本発明は断熱性に優れた窒化珪素焼結部材に関するもの
である。さらに詳しくは、表面にプラズマ溶射によりジ
ルコニアを被覆した表面近傍の熱伝導率の低い窒化珪素
焼結部材に関するものである。

（従来の技術） 窒化珪素焼結部材は高温における機械的強度。

耐熱性、熱衝撃抵抗性および耐食性等の点で他の無機材
料あるいは金属より優れているため、高温構造部材とし
ての利用が考えられ、その用途開発が盛んに進められて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら窒化珪素焼結部材は熱伝導率が高く、断熱
性が劣るという欠点がある。例えばエンジン燃焼室の耐
熱性を高めるため壁面に窒化珪素焼結部材を用いる場合
にはエアギャップ等により外部に対する断熱性は向上で
きるが、熱伝導率が高いために給気が暖められ有効な圧
縮比が得られない。この場合、窒化珪素焼結部材の表面
近傍の熱伝導率が問題となる。

窒化珪素焼結部材に比ベジルコニアは熱伝導率が低く断
熱性が優れているが、高温におけろ機械的強度が低い欠
点がある。

本発明の目的は、これらの欠点を解決するために窒化珪
素焼結部材表面にプラズマ溶射によりジルコニア断熱層
を形成させた窒化珪素焼結部材を提供しようとするもの
である。耐熱性・耐食性・耐摩耗性向上を目的とするジ
ルコニア溶射は特開昭５５−２８３５１号公報、特開昭
５７−１４０８７６号公報および特開昭５８−８７２７
３号公報において基板が金属の場合が示されている。こ
の場合ジルコニア層の結合ノｊを高めるため中間層とし
てサーメット、白金あるいはＮｉ基合金を用いている。

また、特開昭５７＝１３５７７１号公報および特開昭５
８−１２５６７９号公報には基板が炭素の場合が示され
ている。しかしながら窒化珪素焼結部材を基板として表
面近傍の断熱性向上を目的とするものは例がない。

（問題点を解決するための手段） 本発明はプラズマ溶射によりジルコニアを表面に被覆し
た窒化珪素焼結部材である。

（作　用） 上述した構成により高温強度は高いが、熱伝導率が高く
断熱性が悪い窒化珪素焼結部材を、熱伝導率の低いジル
コニアの表面層で被覆し、表面近傍の断熱性を改善する
ものである。窒化珪素焼結部材とは窒化珪素常圧焼結体
、ホットプレス焼結体、ＨＩＰ焼結体あるいは反応焼結
体よりなるエンジン部品等の構造材である。窒化珪素焼
結部材は種々の添加物を含む場合もあるが、本発明の窒
化珪素焼結部材の断熱性を改善する上で添加物は本質的
な問題ではない。本発明はこの窒化珪素焼結部材の表面
をプラズマ溶射によりジルコニアで被覆したものである
。ジルコニアはｙ２ｏ、、ＦＩｇｏあるいはＣａＯで安
定化あるいは部分安定化されたものである。ジルコニア
層の厚さは１００μｍ以下が好ましい。これは、窒化珪
素焼結部材とジルコニアとは熱膨張率が異なるので、厚
すぎると加熱・冷却の繰り返しにより剥離や貫入が生じ
易く、また表面近傍の熱伝導率を有効に低下させるため
には１００μｍ以下の厚さでも充分であるからである。

本発明のプラズマ溶射によりジルコニアを表面に被覆し
た窒化珪素焼結部材の製造法を述べる。

窒化珪素焼結部材の表面は一般に焼成面あるいは加工面
であるが、ジルコニア溶射層との結合力を高めるために
粗面化あるいは反応性を上げる処理が必要である。それ
らは例えば砥粒による研磨加工、空気中加熱による酸化
あるいはフン酸等によるエツチングである。粗面化ある
いは反応性を上げる処理は窒化珪素焼結部材の性質によ
り最適方法を見出す必要がある。以上のように粗面化あ
るいは反応性を上げる処理をした窒化珪素焼結部材の表
面にジルコニアをプラズマ溶射する。この場合、プラズ
マ溶射原料としてすでに安定化あるいは部分安定化した
ジルコニアを用いても、ジＪｌ＜フェアと安定化剤とを
プラズマ溶射中に反応させて安定化あるいは部分安定化
ジルコニアとしてもよい。また、窒化珪素焼結部材と安
定化ジルコニアとの熱膨張率差による剥離や貫入を防止
するため、中間の熱膨張率を持つ中間層を予め形成させ
てもよい。

（実施例） 以下に本発明の実施例を示す。

実施例ｌ ５ｒＯ，ＭｇＯ，ＣｅＯ２およびＺｒ０ｚを添加物とす
る窒化珪素常圧焼結体より加工した直径１０ｍｍ、厚さ
３ｍｍの円板を空気中、１２００°Ｃで２４時間酸化し
表面に酸化層を形成させ、プラズマ溶射用基板とした。

この基板の片面に第１表の溶射剤を５０−７０μｍ厚さ
プラズマ溶射し、本発明の窒化珪素焼結部材の熱伝導率
測定用試料１，２．３を得た。試料１２．３とジルコニ
ア被覆をしない基板の比較例４とのレーザーフラッシュ
法による室温と８００℃における熱伝導率の測定結果を
第１表に示した。試料１，２．３のレーザーフラッシュ
法による熱伝導率の測定は被覆面にレーザーを照射して
行った。

第　　１　　表 本発明品　２２０重ｆｆ１ＸＹｚ０３．Ｚｒ０ｚ　　Ｏ
，０３０，０２本発明品１，２．３は室温と１２００℃
との間の２０回の加熱・冷却の繰り返しによっても剥離
や貫入が生じなかった。

天」１江１ Ｙ、Ｏ，、ＭｇＯおよびＣｅＯ□を添加物とする窒化珪
素常圧焼結体より加工した直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの
円板を５０℃の濃弗酸中に１時間浸漬し表面をエツチン
グし、プラズマ溶射用基板とした。この基板の片面に第
２表の溶射剤を５０−７０μｍの厚さプラズマ溶射し、
本発明の窒化珪素焼結部材の熱伝導率測定用試料５，６
を得た。試料５，６とジルコニア被覆をしない同じ基板
の比較例７との実施例１と同じ方法による熱伝導率の測
定結果を第２表に示した。

第２表 本発明品　５２４重量％ＭｇＯ，Ｚｒ０ｔ　　Ｏ，０３
０，０２本発明品５．６も室温と１２００℃との間の２
０回の加熱・冷却の繰り返しによっても剥離や貫入が生
じなかった。

実施例３ Ｍｇ０を添加物とする窒化珪素ホットプレス焼結体より
加工した直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を＃４００の
ＳｉＣ砥粒で研摩し表面を粗面加工し、プラズマ溶射用
基板とした。この基板の片面に第３表の溶射剤を５０−
８０μｍの厚さプラズマ溶射し、本発明の窒化珪素焼結
部材の熱伝導率測定用試料８，９を得た。試料８，９と
ジルコニア被覆をしない同じ基板の比較例１０との実施
例１と同し方法による熱伝導率の測定結果を第３表に示
した。

第３表 本発明品　８２４重量％ＭｇＯ，Ｚｒ０ｚ　　Ｏ，０４
０，０３本発明品　９２０重１ＸＹｚ０３．Ｚｒ０ｚ　
　Ｏ，０４０，０３比較例　１０　　被覆無し　　　　
　０．０８　　　０．０６本発明品８，９も室温と１２
００℃との間の２０回の加熱・冷却の繰り返しによって
も剥離や貫入が生じなかった。

第し２，３表に示した通り本発明のプラズマ溶射により
ジルコニアを表面に被覆した窒化珪素焼結部材は熱伝導
率が低く優れた断熱性を示すものである。

（発明の効果） 以上のように本発明のプラズマ溶射によりジルコニアを
表面に被覆した窒化珪素焼結部材は窒化珪素焼結部材の
高温強度とジルコニアの断熱性を兼ね備えたものであり
、エンジン部品等高温構造材料へ適用することにより、
耐熱性と断熱性とを同時に改善できるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プラズマ溶射によりジルコニアを表面に被覆した窒
   化珪素焼結部材。