JP2002226285A

JP2002226285A - 軽量セラミックス部材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002226285A
Application number: JP2000398612A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakahara; 正博中原; Toshiyuki Ihara; 俊之井原; Yuusaku Ishimine; 裕作石峯
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP4671501B2

Abstract

(57)【要約】【課題】構造部材として、軽量部材が望まれている。【解決手段】コージェライト、窒化珪素、炭化珪素また
はアルミノ珪酸塩ガラスの何れか一種からなる所定の気
孔率を有する多孔質セラミックスからなる基体に、金属
珪素、樹脂、ガラスの何れかからなる気孔率５体積％以
下の表面緻密層を形成することで嵩比重２以下の軽量化
を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、半導体
製造装置等、各産業分野において幅広く利用することが
できる軽量セラミックス部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機械構造部品に用いられる部材は、従来
から金属が用いられているが、近年セラミックスの利用
も増えてきている。これは、軽量、高剛性、高硬度、低
熱膨張等の金属に対する優位な特性によるものであり、
Ａｌ₂Ｏ₃等の酸化物、ＳｉＣ等の炭化物、Ｓｉ₃Ｎ₄等の
窒化物から目的に応じて選定されている。中でも、構造
部材の軽量化は全般的に現代の趨勢である。例えば、ス
テージ装置のように動く構造物では、軽いほど速く移動
させることができ、また軽いほど駆動源への負担が少な
くでき、また軽いほど慣性力が小さくなり制御性が高く
なることは明らかである。

【０００３】かかる軽量化の課題を解決すべく、（１）
セラミックス粉末に予め粒子状又はビーズ状の有機物を
混合して成形した後、或いはスポンジ上の有機物にセラ
ミックス粉末のスラリーを坦持させた後、これらの有機
物を焼成と同時に燃焼させることにより気孔を形成させ
てなる有機物焼失型軽量セラミックス、（２）セラミッ
クス粉末スラリーに発泡剤を添加して発泡させた後、鋳
込み成形し、乾燥・脱脂し、焼成してなる焼結体内部が
多孔体で表層が緻密層からなる軽量セラミックスが提案
されている（特開平５−３１０４８２号、特開平６−２
４７７７８号、特開平１０−１８７１６３号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記（１）の
軽量セラミックスは、表面部分に存在する有機物の燃焼
により、その表面の平滑度は低下する。また、セラミッ
クス粉末に混入させる有機物の微細化にも限界があり、
これにより得られるセラミックスは比較的大きな気孔を
有しているため強度が低い。

【０００５】上記（２）の軽量セラミックスは、発泡剤
を使用したスラリーの鋳込み成形を用いる為に、気孔が
傾斜配向している。この為、厚み方向に対し密度の不均
一が発生し、焼成時に反り等の変形を生じる。また、例
えば、構造部材において、荷重を受ける部品やねじの締
結が必要となる部品等への適用に際しては、気孔が多く
存在する部分は強度的にも避けるような設計上の配慮が
必要となり、その使用には制限がでてくる。また、これ
は鋳込み成形が必須のプロセスとなるため、緻密層の厚
みを容易に厚くしたり、厚みを制御することは難しく、
また内部の多孔体においてもスラリー中の気泡制御が難
しい等の生産性に問題がありコストアップにつながるな
どの問題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、構造部材と
して適用可能な軽量化を実現するセラミックス焼結体の
具体的な構成について検討を重ねた結果、気孔率２５〜
８０体積％の多孔質セラミックスからなる基体に、気孔
率５体積％以下の表面緻密層を５００μｍ以上の厚みで
構成することにより、嵩比重が２以下の軽量化がはかれ
ることを見出した。

【０００７】この基体がコージェライトであり、Ｍｇ
Ｏ：６〜１８重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３４〜４６重量％、Ｓ
ｉＯ₂：３６〜６０重量％であることを特徴とする。ま
た、この基体が窒化珪素または炭化珪素のいずれかであ
り、気孔率が３５〜８０体積％であることを特徴とす
る。また、この基体がアルミノ珪酸塩ガラスであり、表
面緻密層がガラスからなることを特徴とする。

【０００８】この表面緻密層が、金属珪素、樹脂または
ガラスのいずれかを含浸したものであることを特徴とす
る。更に、表面緻密層が金属珪素からなり、その表層に
ＳｉＯ₂膜を形成したことを特徴とする。

【０００９】また、多孔質セラミックスからなる基体の
表面に、金属珪素粉末と溶媒及びバインダーを混合した
金属珪素ペーストを塗布した後、金属珪素の融点以上に
加熱することで、金属珪素を表層に含浸させ表面緻密層
を形成する製造方法を見出したものである。

【００１０】また、炭化珪素と炭素からなる多孔質セラ
ミックス成形体の基体を作製し、その表層に金属珪素を
珪素の融点以上の温度で含浸させ、前記炭素を珪化する
ことで、表面緻密層を炭化珪素及び遊離珪素とする製造
方法を見出したものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、多孔質セラミックスか
らなる基体の表層のみへの含浸を行うことで、内部を多
孔体、表層を緻密体とした嵩比重２以下の軽量セラミッ
クス部材の提供を可能にした。

【００１２】図１に本発明の軽量セラミックス部材の模
式的構成図を示す。この図に示すように、本発明の軽量
セラミックス部材１は、２５〜８０体積％の気孔率を有
する多孔質セラミックスからなる基体２と気孔率５体積
％以下を有する表面緻密層３からなり、この基体２をコ
ージェライト、窒化珪素、炭化珪素またはアルミノ珪酸
塩ガラスで形成し、その表面緻密層３として金属珪素、
樹脂、ガラスのいずれかを含浸し強化した構成となり、
全体の嵩比重を２以下としてある。

【００１３】ここで、嵩比重２以下の軽量セラミックス
部材を得る為には、多孔体の気孔率を２５〜８０体積％
とする必要がある。気孔率が、コージェライトまたはア
ルミノ珪酸塩ガラスについては２５体積％、窒化珪素ま
たは炭化珪素については３５体積％より小さいと嵩比重
２以下の達成が困難となり、８０体積％を越えると、気
孔が著しく多くなるため表面緻密化が困難となる。本発
明の多孔体は、セラミックス粒子の間隙を利用して気孔
を形成する為、焼結体中に均質に気孔を存在させること
ができる。気孔の形成については、セラミックス材料の
焼結時の収縮を小さくすることが好ましく、本発明者
は、コージェライト、窒化珪素、炭化珪素、アルミノ珪
酸塩ガラスをセラミックス材料に選定した。前述のよう
に、本発明の軽量セラミックスとはガラスも含むもので
ある。

【００１４】本材料は、焼結助剤や粉末粒径を制御する
こと、また炭化珪素に炭素を添加した成形体を珪化する
等の反応焼結を利用することで収縮を小さく抑えられ
る。このセラミックス材料には、強度や靱性を強化する
ためのウィスカー等を添加して用いても何ら問題はな
い。気孔率の制御については、成形時の生密度調整、セ
ラミックス粉末に対する焼成と同時に消失する粒子状又
はビーズ状の有機物添加量の調整で行うことができる。
そして、本材料がアルミノ珪酸塩ガラスの場合、多孔体
の気孔形成は、アルミノ珪酸塩ガラス中の水分の、焼成
時のガス化（発泡）によるもの、また中空粒子中に含ま
れる気体によるものである。即ち、焼成時に発泡するよ
うに焼成温度を制御したり、またあらかじめ気孔を含む
中空粒子を用い、成形時に中空粒子を破砕しない低圧成
形をする。

【００１５】このようにして得られた多孔体の表面は平
滑性が低くなるために、本発明では気孔率５体積％以下
の表面緻密層を５００μｍ以上形成させる構造とした。
気孔率が５体積％より大きいと表面緻密化が不十分とな
り、平滑性はもとより水中等での使用において、含水等
の不具合が生じる。緻密層としては、金属珪素、樹脂、
ガラスを選定した。金属珪素は、表面塗布後に融点以上
に加熱して溶融させることで表層へ含浸が可能となる。

【００１６】樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等
の熱硬化性樹脂を用いて、表面塗布後加熱処理を施せば
よい。あるいは、ポリイミド、ポリエチレン等の熱可塑
性樹脂を溶融後に含浸してもよい。樹脂については、嵩
比重が小さいために多孔質セラミックス全体に含浸して
も軽量化を実現できる為、何ら問題はない。ガラスは、
多孔体を形成する基材の熱膨張係数に合わせた組成、例
えばＳｉＯ₂・Ｂ₂Ｏ₃系、ＰｂＯ・Ｂ₂Ｏ₃系、Ｂ₂Ｏ₃・
ＺｎＯ系等を準備し、塗布後に加熱処理を施せばよい。

【００１７】ここで、上記表面緻密層にはウィスカー等
を加えて強化した物を用いても何ら問題はない。表面緻
密層の気孔率や厚みは、含浸する溶液の粘度や塗布量を
調整することで任意に設定できる。粘度が低すぎると、
表層に溶液がとどまらないために、表層の気孔率は大き
くなる。また、塗布量は多い程、緻密層の厚みを大きく
できる。構造部材として、高強度の要求等、使用目的に
応じて緻密層の厚みを設計すればよい。

【００１８】また、構造部材としての使用には、加工等
を行う場合があるため本発明では５００μｍ以上の表面
緻密層に設計した。

【００１９】また、このような要求に対する強化方法と
しては、金属珪素含浸品の場合、表面加熱処理を施すこ
とでも可能である。これは、表層の金属珪素層を酸化
し、ＳｉＯ₂膜を形成させることで、加工傷等の表面欠
陥を小さくすることができるためである。また、金属珪
素を溶融含浸させる場合には、金属珪素の融点の１４１
０℃まで温度を上げる必要がある。コージェライトの場
合は融点が窒化珪素や炭化珪素ほど高くないために、金
属珪素の含浸時に溶融しない組成比に設定する必要があ
る。この為、本発明でその組成について検討を重ねた結
果、図２（ａ）のハッチング部で示すＭｇＯ：６〜１８
重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３４〜４６重量％、ＳｉＯ₂：３６
〜６０重量％の範囲が良好であることを見出した。

【００２０】前述のアルミノ珪酸塩ガラスの組成として
は、Ａｌ₂Ｏ₃が１０〜１５重量％含むことが好ましい。
その他の成分としてはＳｉＯ₂が６５〜８０重量％、Ｋ₂
Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＣａＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂等が
合計で５〜２５重量％含まれる。ここで、ＳｉＯ₂中に
Ａｌ₂Ｏ₃を含ませることで、ガラス成分の粘性を高く
し、製品形状の保型性を与えている。保型性を高めるた
めにはＡｌ₂Ｏ₃が１０重量％以上必要あり、１５重量％
を超えると粘性が高くなりすぎて、表面へのガラス成分
の晶出による緻密層形成が十分にできない。

【００２１】また、アルミノ珪酸塩中のガラス成分の比
率を調整することで表面緻密層の気孔率を任意に設定で
き、このガラス成分は８５重量％以上が好ましい。８５
重量％未満の場合は、気孔率５体積％以下の表面緻密層
が得られない。

【００２２】このようにして得られる焼結体は嵩比重が
２以下であり、従来のセラミックス緻密体にはない軽量
化を実現できる。

【００２３】材料として、コージェライト、窒化珪素、
炭化珪素またはアルミノ珪酸塩ガラスのいずれを使用す
るかについては、熱膨張係数等の特性値から使用目的に
応じて使い分ければよい。

【００２４】次に、本発明の製造方法について説明す
る。

【００２５】最初に、コージェライト、窒化珪素または
炭化珪素の多孔体の作製を行う。コージェライトについ
ては、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂粉末を所望の割合で
計量し、分散剤及びイオン交換水をポットミルに投入
し、高純度アルミナボール、あるいはジルコニアボール
によって均一に混合させる。ここで、収縮を抑えるため
にＣａＯ、希土類等の焼結助剤は添加しない。

【００２６】このようにして得られた泥しょうにバイン
ダーを加えた後、スプレードライヤーにて乾燥造粒して
造粒粉末を製作し、この造粒粉末を金型に充填してメカ
プレスやラバープレス法等の公知の成形法によって製作
した成形体に切削加工等を施して所定の形状とする。気
孔率を大きくしたいときには、前述したとおり有機物を
造粒粉末に添加して混合させたものを用いれば良い。

【００２７】このようにして得られた成形体を１４００
〜１４５０℃で大気焼成を行い、多孔体を得る。本方法
によれば、焼成時の変形等もなく良好な多孔体を得られ
る。

【００２８】窒化珪素については、窒化珪素粉末、金属
珪素粉末を所望の割合で計量し、分散剤及びイオン交換
水をポットミルに投入し、イミドボールによって均一に
混合させる。ここで、収縮を抑えるためにＡl₂Ｏ₃、希
土類等の焼結助剤は添加しない。あとは上記コージェラ
イトと同様の方法で行えば良い。このようにして得られ
た成形体を１２００〜１４００℃で窒素雰囲気焼成を行
うことで金属珪素を窒化させ、多孔体を得る。

【００２９】炭化珪素については、炭化珪素粉末を計量
し、分散剤及びイオン交換水をポットミルに投入し、イ
ミドボールによって均一に混合させる。ここで、収縮を
抑えるためにＢ₄Ｃ等の焼結助剤は添加しない。あとは
上記コージェライトと同様の方法で行えば良い。このよ
うにして得られた成形体を１９００〜２２００℃で真空
焼成を行い、多孔体を得る。

【００３０】次に、表面緻密層の形成方法について述べ
る。金属珪素を用いる場合は、金属珪素粉末と有機溶媒
及び有機バインダーとを混合した金属珪素ペーストを多
孔質セラミックスの表面に塗布した後、金属珪素の融点
１４１０℃以上に加熱する。この時、金属珪素は溶融
し、毛細管現象により表層へ含浸し、表層に金属珪素層
を形成することで表層のみの緻密化を達成する。

【００３１】更に、上記炭化珪素と同様の方法で、炭化
珪素粉末と炭素粉末を所望の割合で計量し作製した原料
粉末を用いて、炭化珪素と炭素からなる多孔質セラミッ
クス成形体を作製し、その成形体表面に金属珪素ペース
トを塗布した後、金属珪素の融点１４１０℃以上に加熱
すれば、含浸された金属珪素は成形体中に存在する炭素
を珪化し新たに炭化珪素を生成する。この為、表層に
は、含浸した金属珪素中より新たに反応焼結による炭化
珪素が生成されるので、上記金属珪素の含浸品よりも強
固な表面緻密層を形成できる。また、このとき殆ど収縮
はしない。

【００３２】樹脂の場合は、フェノール樹脂と有機溶媒
とを混合して調整されたペースト状の樹脂を多孔質セラ
ミックスの表面に塗布した後、約１００〜２００℃で熱
処理する。これにより樹脂を硬化させ、表層のみの緻密
化を達成する。

【００３３】ガラスの場合は、多孔質セラミックスの熱
膨張に近い組成のガラスと有機溶媒とを混合して調整さ
れたペースト状のガラスを多孔質セラミックスの表面に
塗布した後、約９００〜１１００℃で熱処理する。この
時、ガラスと多孔質セラミックスの熱膨張差が大きい
と、冷却中にクラックが発生する。

【００３４】また、金属珪素含浸の表面緻密層を有した
ものは、約１１００〜１３００℃で大気中熱処理を施す
ことにより、ＳｉＯ₂膜が表層に形成され、加工傷等の
表面欠陥を小さくすることができる。

【００３５】そして、基体がアルミノ珪酸塩ガラスの場
合は、先ず所望の割合に計量したアルミノ珪酸塩ガラス
粉末、分散剤及びイオン交換水をポットミルに投入し、
高純度アルミナボール、あるいはジルコニアボールによ
って均一に混合させる。ここで、あらかじめ気孔を含む
アルミノ珪酸塩ガラスの中空粒子を使用する場合は、破
砕しないようにミキサーを使用し、せん断がかからない
ように混合する。このようにして得られた泥しょうにバ
インダーを加えた後、スプレードライヤーにて乾燥造粒
して造粒粉末を作製し、この造粒粉末を金型に充填し
て、メカプレスやラバープレス法等の公知の成形法によ
って作製した成形体に切削加工等を施して所定の形状と
する。ここで、中空粒子を使用する場合は、鋳込み成形
を行うことが好ましい。このようにして得られた成形体
を９００〜１３００℃で焼成を行うことで、表面に緻密
なガラス層を有し、かつ内部に多孔体を有した軽量セラ
ミックス部材が、工程を分けることなく作製できる。ま
た、アルミノ珪酸塩ガラス粉末と中空粒子を混合して使
用しても何ら問題はない。

【００３６】図３に、中空粒子を使用した場合の、本発
明の軽量セラミックス部材の模式的構成図を示す。この
図に示すように、本発明の軽量セラミックス部材１は、
２５〜８０体積％の気孔率を有する多孔質セラミックス
からなる基体２と気孔率５体積％以下を有する表面緻密
層３からなり、中空粒子４及び気孔５を含有することで
軽量化を図っている。

【００３７】以上の方法により、内部を多孔体、表層を
緻密体とした嵩比重２以下の軽量セラミックス部材を提
供することができる。例えば、産業機器関係では動くス
テージやテーブル、搬送関係では台板やコンテナ等への
適用が可能である。

【００３８】

【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。実施例１本発明の軽量セラミックス部材として、コージェライト
を例に説明する。ＭｇＯ：Ａｌ₂Ｏ₃：ＳｉＯ₂の組成比
が１３：３７：５０重量％となるように、Ａl₂Ｏ₃粉
末、タルク、カオリンを計量し、上記の方法で原料作製
を行った。ここで、気孔率１０〜５０体積％の範囲は、
成形時の圧力を調整することで作製できるが、気孔率５
０体積％を越える範囲については、有機物の添加が必要
であるため澱粉を添加して、気孔率の調整を行った。こ
のようにして得られた原料粉末をラバープレスして、２
０×２０×２０ｃｍの成形体を作製した。その後、１４
３０℃で焼成を行い、気孔率１０〜９０体積％を有する
多孔体の作製を行った。

【００３９】このようにして得られた多孔体の表層に、
金属珪素、樹脂、ガラスを用いて各々の緻密層を形成し
た。緻密層は、ペーストの塗布量を調整し、気孔率の異
なるものを用意した。金属珪素の場合は、金属珪素粉末
をイソプロピルアルコールとポリエチレングリコールと
混合し、ペースト状にしたものを上記多孔体の表面全体
に塗布した。その後、真空中で１４３０℃まで昇温する
ことにより金属珪素を多孔体表層に溶融・含浸させ、緻
密層を得た。樹脂の場合は、フェノール樹脂粉末をアセ
トンと混合し、ペースト状にしたものを上記多孔体の表
面全体に塗布した。その後、大気中で１５０℃まで昇温
し熱硬化をさせ、緻密層を得た。ガラスの場合は、ガラ
ス粉末（フリット）をカルボキシメチルセルロースと混
合し、ペースト状にしたものを上記多孔体の表面全体に
塗布した。その後、大気中で１０００℃まで昇温しガラ
ス化させ、緻密層を得た。

【００４０】ここで、比較例として、上記コージェライ
トの泥しょうに発泡剤を添加し、石膏型を用いて、２０
×２０×２０ｃｍの成形体を鋳込み成形により作製し、
焼成を行った。

【００４１】上記方法で作製したコージェライトを用い
た軽量セラミックス部材の嵩比重測定結果を表１に示
す。

【００４２】嵩比重測定はヘリウムガス置換法で行っ
た。また、表面緻密層の気孔率は、飽水重量と乾燥重量
を用いて測定を行った。また、表面緻密層の厚みは試料
破断面より測定を行った。

【００４３】この結果、本発明の軽量セラミックス部材
は、表面緻密層の気孔率を５体積％以下とし、内部の多
孔体気孔率を２５体積％以上とすることで、嵩比重２以
下の軽量化を達成できた。ここで、Ｎｏ１に示すよう
に、内部の多孔体気孔率が１０体積％では嵩比重２以下
とすることはできなかった。また、Ｎｏ１４に示すよう
に、内部の多孔体気孔率が９０体積％となると表面に緻
密層を形成することが困難であった。また、Ｎｏ４，
７，１３に示すように、表面緻密層の気孔率が５体積％
を越えるものは、表面緻密層の厚みも薄く、加工等を要
する場合がある構造部材としての使用には不適と判断し
た。使用用途に応じて、表面緻密層の厚みを大きくする
場合は、内部の気孔率を大きくすることで、嵩比重２以
下に調整できる。しかし、緻密層を厚くすることは、形
状によっては限界があるため、実施例２に示すとおりの
強化を行う方が好ましい。

【００４４】また、比較例として作製した発泡剤使用の
ものは、焼成時に大きな変形が発生した。これは、型接
触面の緻密層と発泡による多孔体部において密度差が発
生する為と考えられる。

【００４５】尚、上記同様の方法を用いた窒化珪素多孔
体の場合を表２に、炭化珪素多孔体の場合を表３に示す
とおり、内部の気孔率を３５体積％以上とすることで、
コージェライト同様に嵩比重２以下を達成できた。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】

【表３】

【００４９】実施例２次に、本発明の軽量セラミックス部材として、強化方法
について説明する。

【００５０】炭化珪素粉末に炭素を４重量％添加した原
料粉末を用いて、実施例１と同様の方法で、気孔率５０
体積％、８０体積％を有する１×１×５ｃｍの成形体を
準備した。この成形体の表面に金属珪素とイソプロピル
アルコールとポリエチレングリコールを混合したペース
トを塗布し、真空炉を用いて、１０℃／ｍｉｎ昇温、１
４３０℃、３０分保持で金属珪素を含浸して、反応焼結
により炭化珪素を生成させ表面緻密層を作製した。比較
として、実施例１と同様の方法で気孔率５０体積％、８
０体積％を有する１×１×５ｃｍの炭化珪素多孔体を作
製した後、表層に金属珪素含浸を行った。強度比較を行
った結果を表４に示す。更に、本発明の強化法として、
炭化珪素多孔体の金属珪素含浸品を大気雰囲気中で、１
０℃／ｍｉｎ昇温、１２００℃の温度で２時間加熱処理
を行ったものの強度比較結果も表４に示す。

【００５１】強度は、３ｃｍスパンの治具を用いて、破
壊荷重から抗折強度を求めた。

【００５２】この結果、表４に示すとおり炭化珪素と炭
素からなる成形体に珪化処理を施したＮｏ２は、炭化珪
素多孔体に金属珪素を含浸させたＮｏ１よりも強度が約
６０％高くなっていることが分かる。これは、表層に含
浸した金属珪素中より新たに反応焼結による炭化珪素が
生成されるためである。また、表４に示すとおり、大気
雰囲気中で加熱処理を施したＮｏ３は、強度が約３０〜
４０％高くなっていることが分かる。これは、表面に存
在する加工傷や開気孔の表面欠陥をＳｉＯ₂膜を形成す
ることで小さくできるためである。同様の方法で、炭化
珪素と炭素の成形体に珪化処理を施した物に、加熱処理
を施せば更に強度が向上することは言うまでもない。

【００５３】

【表４】

【００５４】実施例３次に、コージェライトは融点が窒化珪素や炭化珪素程高
くないために、金属珪素含浸する上で、溶融しない組成
範囲の選定を行った。実施例１と同様の方法で図２
（ｂ）に示す丸印の組成比のコージェライト多孔体（気
孔率４０体積％）を作製し、加熱炉で１４３０℃迄昇温
し、溶融有無を確認した。その結果、図２（ｂ）の白丸
の組成のものは溶融しなかったが、黒丸の組成のものは
溶融した。これより、図２（ａ）に示すハッチング部、
即ちＭｇＯ：６〜１８重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３４〜４６重
量％、ＳｉＯ₂：３６〜６０重量％の範囲が溶融せず良
好であることが分かった。実施例４アルミノ珪酸塩ガラスの主成分であるＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ
₃の組成をそれぞれ７０重量％、１３重量％、その他成
分がＫ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＣａＯ、Ｆｅ₂０₃、ＭｇＯ、Ｔｉ
Ｏ₂を合計で１７重量％とし、２０×２０×２０ｃｍの
焼成体を、焼成温度を振って作製し、嵩比重を測定し
た。本組成のガラス相成分は９０重量％であった。その
結果を表５に示す。

【００５５】この結果、焼成温度９００℃以上では、表
面に緻密なガラス層が形性できた。また、焼成温度が１
３００℃を超えると焼成発泡が大きくなり、表層の緻密
層が得られなくなった。

【００５６】

【表５】

【００５７】実施例５アルミノ珪酸塩ガラスのＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃の組成比を
振って、形状の保型性を確認した。この形状としては、
実施例４と同様の形状を作製し、１０００℃で焼成後の
形状を確認した。

【００５８】保型性の確認は、立方体形状に５ｍｍ以上
のヒケまたは膨張による形状崩れが発生したもの、また
は気孔率５体積％以下の表面緻密層形成ができないもの
を×とした。その結果を表６に示す。

【００５９】この結果、Ａｌ₂Ｏ₃添加量の少ないＮｏ．
２，８，１１は保型性が悪く、立方体形状を維持できな
かった。また、Ａｌ₂Ｏ₃添加量が多いＮｏ．５，１０は
表層への緻密なガラス形成が困難であった。これは、Ａ
ｌ₂Ｏ₃添加量増加に伴う粘性の上昇が原因と考えられ
る。

【００６０】

【表６】

【００６１】実施例６上記実施例４と同様の組成を用いて、そのガラス相割合
が３０〜９８重量％のものを１０００℃で焼成し、表面
緻密層の気孔率の変化を調査した。ここで、ガラス相割
合は、Ｘ線回折像から得られる結晶と非晶質のピーク強
度を合計した総ピーク強度に対する非晶質相の比率をガ
ラス相比率として算出した。そして、石英は（１００）
面、Ａｌ₂Ｏ₃は（１１０）面のピーク強度を用いた。ま
た、ガラス相の比率は、アルミノ珪酸塩ガラス粉末作製
時の徐冷速度を調整して作製した。その結果を表７に示
す。

【００６２】この結果、Ｎｏ．４〜６に見られるよう
に、ガラス相比率を８５重量％以上含むものが、気孔率
５体積％以下の表面緻密層を有していることが分かっ
た。

【００６３】

【表７】

【００６４】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明の軽量セラ
ミックス部材は、コージェライト、窒化珪素、炭化珪素
またはアルミノ珪酸塩ガラスの何れか一種からなる所定
の気孔率を有する多孔質セラミックスからなる基体に、
金属珪素、樹脂、ガラスの何れかからなる気孔率５体積
％以下の表面緻密層を形成することで嵩比重２以下の軽
量化を実現し、さらには金属珪素含浸された表層に熱処
理を施しＳｉＯ₂膜を形成することで、強度を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軽量セラミックス部材の構成を示す概
略図である。

【図２】（ａ）は本発明のコージェライトの組成範囲を
示し、（ｂ）は（ａ）に示す太枠内の拡大図を示す３成
分図である。

【図３】本発明の軽量セラミックス部材であり、中空粒
子を使用した場合の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１：軽量セラミックス部材２：多孔質セラミックス３：表面緻密層４：中空粒子５：気孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 41/90 Ｃ０４Ｂ 41/90 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気孔率２５〜８０体積％の多孔質セラミッ
クスからなる基体に、気孔率５体積％以下の表面緻密層
を５００μｍ以上の厚みで備え、嵩比重が２以下である
ことを特徴とする軽量セラミックス部材。
【請求項２】上記基体がコージェライトであり、Ｍｇ
Ｏ：６〜１８重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３４〜４６重量％、Ｓ
ｉＯ₂：３６〜６０重量％であることを特徴とする請求
項１記載の軽量セラミックス部材。
【請求項３】上記基体が窒化珪素または炭化珪素のいず
れかであり、気孔率が３５〜８０体積％であることを特
徴とする請求項１記載の軽量セラミックス部材。
【請求項４】上記表面緻密層が金属珪素、樹脂またはガ
ラスのいずれかを含浸してなることを特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載の軽量セラミックス部材。
【請求項５】上記表面緻密層が金属珪素からなり、その
表層にＳｉＯ₂膜を形成したことを特徴とする請求項４
記載の軽量セラミックス部材。
【請求項６】上記基体がアルミノ珪酸塩ガラスであり、
表面緻密層がガラスからなることを特徴とする請求項１
記載の軽量セラミックス部材。
【請求項７】上記基体が８５重量％以上のガラス成分か
らなり、Ａｌ₂Ｏ₃成分を１０〜１５重量％含むことを特
徴とする請求項６記載の軽量セラミックス部材。
【請求項８】上記基体がアルミノ珪酸塩ガラスの中空粒
子を含むことを特徴とする請求項６記載の軽量セラミッ
クス部材。
【請求項９】多孔質セラミックスからなる基体の表面
に、金属珪素粉末と溶媒及びバインダーを混合した金属
珪素ペーストを塗布した後、金属珪素の融点以上に加熱
することで、金属珪素を表層に含浸させ表面緻密層を形
成することを特徴とする軽量セラミックス部材の製造方
法。
【請求項１０】炭化珪素と炭素からなる多孔質セラミッ
クス成形体の基体を作製し、その表層に金属珪素を珪素
の融点以上の温度で含浸させた後、前記炭素を珪化する
ことで表面緻密層を炭化珪素及び遊離珪素としたことを
特徴とする軽量セラミックス部材の製造方法。