JPH0550476B2 - - Google Patents
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- JPH0550476B2 JPH0550476B2 JP60213494A JP21349485A JPH0550476B2 JP H0550476 B2 JPH0550476 B2 JP H0550476B2 JP 60213494 A JP60213494 A JP 60213494A JP 21349485 A JP21349485 A JP 21349485A JP H0550476 B2 JPH0550476 B2 JP H0550476B2
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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-
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-
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- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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Description
（産業上の利用分野）
本発明は断熱性に優れた炭化珪素焼結部材に関
するものである。さらに詳しくは、表面にジルコ
ニアを被覆した表面近傍の熱伝導率の低い炭化珪
素焼結部材に関するものである。 （従来の技術） 炭化珪素焼結部材は高温における機械的強度、
耐熱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） しかしながら炭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炭化珪素
焼結部材を用いる場合にはエアギヤツプ等により
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吸入空気量が得
られない。この場合、炭化珪素焼結部材の表面近
傍の熱伝導率が問題となる。 耐熱性、耐食性、耐摩耗性向上を目的としてジ
ルコニアを表面被覆したものは特開昭55−28351
号、特開昭57−140876号および特開昭58−87273
号において基板が金属でプラズマ溶射による場合
が示されている。また特開昭57−135771号および
特開昭58−125679号には基板が炭素の場合にジル
コニアをその表面に被覆することが示されてい
る。しかしながら炭化珪素焼結部材を基板とし
て、しかも表面近傍の断熱性向上を目的とするも
のは例がない。 炭化珪素焼結部材に比べジルコニアは熱伝導率
が低く断熱性が優れているが、高温における機械
的強度が低い欠点がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明はこれらの欠点を解決するために炭化珪
素焼結部材の表面にY2O3，MgO，CaOの何れか
により安定化または部分安定化したジルコニアを
被覆した高温構造部材用炭化珪素焼結部材にあ
り、これにより断熱層を形成したものである。 （作用） 本発明は高温強度は高いが、熱伝導率が高く断
熱性が悪い炭化珪素焼結部材の表面を、熱伝導率
の低いジルコニアでその表面層を被覆し、表面近
傍の断熱性を改善することを目的とするものであ
る。 炭化珪素焼結部材とは炭化珪素常圧焼結体、加
圧焼結体、ホツトプレス焼結体、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。炭化珪素焼結部材はＢ，Ｃ，Beあるい
はAl等種々の添加物を含む場合もあるが、本発
明の炭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。本発明はこの炭化
珪素焼結部材の表面をジルコニアで被覆したもの
である。ジルコニアはY2O3，MgOあるいはCaO
で安定化あるいは部分安定化されたものを使用す
る。ジルコニア層の厚さは100μm以下が好まし
い。これは、炭化珪素焼結部材とジルコニアとは
熱膨脹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
以下の厚さでも十分であるからである。 本発明のジルコニアを表面に被覆した炭化珪素
焼結部材の製造法を述べる。本発明のジルコニア
を表面に被覆した炭化珪素焼結部材は、炭化珪素
焼結部材の表面にジルコニアスラリーを塗布ある
いはスプレーによりジルコニアコート層を形成さ
せ焼成し焼き付けるか、好ましくはプラズマ溶射
によりジルコニアを被覆するなどして、炭化珪素
焼結部材の表面の一部あるいは全部をジルコニア
層で被覆したものである。炭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ためジル
コニア焼き付け層あるいは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摩加
工、空気中加熱による酸化あるいはアルカリ溶融
塩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炭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。また、ジルコニ
アコート原料あるいは溶射原料はすでに安定化あ
るいは部分安定化したジルコニアを用いても、ジ
ルコニアと安定化剤とを焼成中あるいは溶射中に
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。さらに、炭化珪素焼結部材とジル
コニアとの熱膨脹率差による剥離や貫入を防止す
るため、中間の熱膨脹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 １ ＢおよびＣを添加物とする炭化珪素常圧焼結体
より加工した直径10mm、厚さ３mmの円板を空気
中、1500℃で100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の厚さにプラズ
マ溶射し、本発明の炭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１，２，３と
ジルコニア被覆をしない基板の比較例４および
100μm以上被覆した比較例11、純粋なジルコニア
を被覆した比較例12についてのレーザーフラツシ
ユ法による室温と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
ーフラツシユ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つた。
するものである。さらに詳しくは、表面にジルコ
ニアを被覆した表面近傍の熱伝導率の低い炭化珪
素焼結部材に関するものである。 （従来の技術） 炭化珪素焼結部材は高温における機械的強度、
耐熱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） しかしながら炭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炭化珪素
焼結部材を用いる場合にはエアギヤツプ等により
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吸入空気量が得
られない。この場合、炭化珪素焼結部材の表面近
傍の熱伝導率が問題となる。 耐熱性、耐食性、耐摩耗性向上を目的としてジ
ルコニアを表面被覆したものは特開昭55−28351
号、特開昭57−140876号および特開昭58−87273
号において基板が金属でプラズマ溶射による場合
が示されている。また特開昭57−135771号および
特開昭58−125679号には基板が炭素の場合にジル
コニアをその表面に被覆することが示されてい
る。しかしながら炭化珪素焼結部材を基板とし
て、しかも表面近傍の断熱性向上を目的とするも
のは例がない。 炭化珪素焼結部材に比べジルコニアは熱伝導率
が低く断熱性が優れているが、高温における機械
的強度が低い欠点がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明はこれらの欠点を解決するために炭化珪
素焼結部材の表面にY2O3，MgO，CaOの何れか
により安定化または部分安定化したジルコニアを
被覆した高温構造部材用炭化珪素焼結部材にあ
り、これにより断熱層を形成したものである。 （作用） 本発明は高温強度は高いが、熱伝導率が高く断
熱性が悪い炭化珪素焼結部材の表面を、熱伝導率
の低いジルコニアでその表面層を被覆し、表面近
傍の断熱性を改善することを目的とするものであ
る。 炭化珪素焼結部材とは炭化珪素常圧焼結体、加
圧焼結体、ホツトプレス焼結体、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。炭化珪素焼結部材はＢ，Ｃ，Beあるい
はAl等種々の添加物を含む場合もあるが、本発
明の炭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。本発明はこの炭化
珪素焼結部材の表面をジルコニアで被覆したもの
である。ジルコニアはY2O3，MgOあるいはCaO
で安定化あるいは部分安定化されたものを使用す
る。ジルコニア層の厚さは100μm以下が好まし
い。これは、炭化珪素焼結部材とジルコニアとは
熱膨脹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
以下の厚さでも十分であるからである。 本発明のジルコニアを表面に被覆した炭化珪素
焼結部材の製造法を述べる。本発明のジルコニア
を表面に被覆した炭化珪素焼結部材は、炭化珪素
焼結部材の表面にジルコニアスラリーを塗布ある
いはスプレーによりジルコニアコート層を形成さ
せ焼成し焼き付けるか、好ましくはプラズマ溶射
によりジルコニアを被覆するなどして、炭化珪素
焼結部材の表面の一部あるいは全部をジルコニア
層で被覆したものである。炭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ためジル
コニア焼き付け層あるいは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摩加
工、空気中加熱による酸化あるいはアルカリ溶融
塩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炭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。また、ジルコニ
アコート原料あるいは溶射原料はすでに安定化あ
るいは部分安定化したジルコニアを用いても、ジ
ルコニアと安定化剤とを焼成中あるいは溶射中に
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。さらに、炭化珪素焼結部材とジル
コニアとの熱膨脹率差による剥離や貫入を防止す
るため、中間の熱膨脹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 １ ＢおよびＣを添加物とする炭化珪素常圧焼結体
より加工した直径10mm、厚さ３mmの円板を空気
中、1500℃で100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の厚さにプラズ
マ溶射し、本発明の炭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１，２，３と
ジルコニア被覆をしない基板の比較例４および
100μm以上被覆した比較例11、純粋なジルコニア
を被覆した比較例12についてのレーザーフラツシ
ユ法による室温と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
ーフラツシユ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つた。
【表】
【表】
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つても剥離や貫入
が生じなかつた。 これに対しY2O3で安定化したジルコニアを
110μm被覆した比較例11のものは貫入発生し、被
覆の厚みは100μm以下が好ましいことが確かめら
れた。 また安定化剤を含まない純粋なジルコニアを同
じ厚さ50μm被覆した比較例12のものは試験条件
で剥離発生し、純粋なジルコニアの被覆では効果
がないことが確かめられた。 実施例 ２ ＢおよびＣを添加物とする炭化珪素常圧焼結体
より加工した直径10mm、厚さ３mmの円板を490℃
の水酸化カリウム90％、硝酸カリウム10％溶融塩
中に30分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の厚さにプラズマ溶射し、本発
明の炭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および100μm以上被覆した比
較例13、純粋なジルコニアを被覆した比較例14に
ついての実施例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。
回の加熱・冷却の繰り返しによつても剥離や貫入
が生じなかつた。 これに対しY2O3で安定化したジルコニアを
110μm被覆した比較例11のものは貫入発生し、被
覆の厚みは100μm以下が好ましいことが確かめら
れた。 また安定化剤を含まない純粋なジルコニアを同
じ厚さ50μm被覆した比較例12のものは試験条件
で剥離発生し、純粋なジルコニアの被覆では効果
がないことが確かめられた。 実施例 ２ ＢおよびＣを添加物とする炭化珪素常圧焼結体
より加工した直径10mm、厚さ３mmの円板を490℃
の水酸化カリウム90％、硝酸カリウム10％溶融塩
中に30分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の厚さにプラズマ溶射し、本発
明の炭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および100μm以上被覆した比
較例13、純粋なジルコニアを被覆した比較例14に
ついての実施例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。
【表】
本発明品５，６も室温と1200℃との間の20回加
熱・冷却の繰り返しによつても剥離や貫入が生じ
なかつた。 これに対し、Y2O3で安定化したジルコニアを
110μm被覆した比較例13のものは試験条件で貫入
発生し、被覆の厚みは100μm以下が好ましいこと
が確かめられた。 また安定化剤を含まない純粋なジルコニアを同
じ厚さ50μm被覆した比較例14のものは試験条件
で剥離発生し、純粋なジルコニアの被覆では効果
がないことが確かめられた。 実施例 ３ ＢおよびＣを添加物とする炭化珪素ホツトプレ
ス焼結体より加工した直径10mm、厚さ３mmの円板
を＃400のSiC砥粒で研磨し表面を粗面加工し、
スラリー塗布用基板とした。この基板の片面に第
３表の塗布剤と成型助剤であるポリビニルアルコ
ールとを水に懸濁させたスラリーを塗布し、乾燥
後、窒素雰囲気中、1500℃で１時間加熱し、80〜
90μmの厚さの焼き付け層を形成させ、本発明の
炭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および100μm以上被覆した比較例
15、純粋なジルコニアを被覆した比較例16につい
て実施例１と同じ方法による熱伝導率の測定結果
を第３表に示した。
熱・冷却の繰り返しによつても剥離や貫入が生じ
なかつた。 これに対し、Y2O3で安定化したジルコニアを
110μm被覆した比較例13のものは試験条件で貫入
発生し、被覆の厚みは100μm以下が好ましいこと
が確かめられた。 また安定化剤を含まない純粋なジルコニアを同
じ厚さ50μm被覆した比較例14のものは試験条件
で剥離発生し、純粋なジルコニアの被覆では効果
がないことが確かめられた。 実施例 ３ ＢおよびＣを添加物とする炭化珪素ホツトプレ
ス焼結体より加工した直径10mm、厚さ３mmの円板
を＃400のSiC砥粒で研磨し表面を粗面加工し、
スラリー塗布用基板とした。この基板の片面に第
３表の塗布剤と成型助剤であるポリビニルアルコ
ールとを水に懸濁させたスラリーを塗布し、乾燥
後、窒素雰囲気中、1500℃で１時間加熱し、80〜
90μmの厚さの焼き付け層を形成させ、本発明の
炭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および100μm以上被覆した比較例
15、純粋なジルコニアを被覆した比較例16につい
て実施例１と同じ方法による熱伝導率の測定結果
を第３表に示した。
【表】
本発明品８，９も室温と1200℃との間の20回の
加熱・冷却の繰り返しによつても剥離や貫入が生
じなかつた。 これに対しY2O3で安定化したジルコニアを
120μm被覆した比較例15のものは同じ試験条件で
貫入発生し、100μm以下が好ましいことが確かめ
られた。また安定化剤を含まない純粋なジルコニ
アを同じ厚さ80μm被覆した比較例16のものは、
試験条件で剥離発生し、純粋なジルコニアの被覆
では効果がないことが確かめられた。 （発明の効果） 以上のように本発明のジルコニアを表面に被覆
した炭化珪素焼結部材は炭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
のであつて、このため工業上大なる利益がある。
加熱・冷却の繰り返しによつても剥離や貫入が生
じなかつた。 これに対しY2O3で安定化したジルコニアを
120μm被覆した比較例15のものは同じ試験条件で
貫入発生し、100μm以下が好ましいことが確かめ
られた。また安定化剤を含まない純粋なジルコニ
アを同じ厚さ80μm被覆した比較例16のものは、
試験条件で剥離発生し、純粋なジルコニアの被覆
では効果がないことが確かめられた。 （発明の効果） 以上のように本発明のジルコニアを表面に被覆
した炭化珪素焼結部材は炭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
のであつて、このため工業上大なる利益がある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化珪素焼結体の表面にY2O3，MgO，CaO
の何れかにより安定化または部分安定化したジル
コニアを被覆したことを特徴とする高温構造部材
用炭化珪素焼結部材。 ２ プラズマ溶射によりY2O3，MgO，CaOの何
れかにより安定化または部分安定化したジルコニ
アを炭化珪素焼結体の表面に被覆した特許請求の
範囲第１項の記載の高温構造部材用炭化珪素焼結
部材。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60213494A JPS6272583A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 高温構造部材用炭化珪素焼結部材 |
| US07/113,351 US4804589A (en) | 1985-09-26 | 1987-10-29 | Silicon carbide sintered members |
| US07/260,027 US4921721A (en) | 1985-09-26 | 1988-10-20 | Silicon carbide sintered members |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60213494A JPS6272583A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 高温構造部材用炭化珪素焼結部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6272583A JPS6272583A (ja) | 1987-04-03 |
| JPH0550476B2 true JPH0550476B2 (ja) | 1993-07-29 |
Family
ID=16640129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60213494A Granted JPS6272583A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 高温構造部材用炭化珪素焼結部材 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4804589A (ja) |
| JP (1) | JPS6272583A (ja) |
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- 1985-09-26 JP JP60213494A patent/JPS6272583A/ja active Granted
-
1987
- 1987-10-29 US US07/113,351 patent/US4804589A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-10-20 US US07/260,027 patent/US4921721A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| US4921721A (en) | 1990-05-01 |
| JPS6272583A (ja) | 1987-04-03 |
| US4804589A (en) | 1989-02-14 |
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|---|---|---|---|
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