JP2500012B2 - 複合被覆層を有するセラミックス焼結体の製造方法 - Google Patents
複合被覆層を有するセラミックス焼結体の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱基材上に化学気相
成長法例えばＣＶＤ法により窒化珪素および炭化珪素か
らなる複合被覆層を層状に形成した複合被覆セラミック
ス焼結体の製造方法に関する。
成長法例えばＣＶＤ法により窒化珪素および炭化珪素か
らなる複合被覆層を層状に形成した複合被覆セラミック
ス焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素および炭化珪素焼結体は高温高
強度であり、耐熱衝撃性に優れているため、ガスタービ
ン部品等の高温構造材料に使用されている。また、窒化
珪素および炭化珪素焼結体は耐腐食性、耐薬品性に優れ
ているため、半導体部品製造に用いるサセプター、炉心
管、治具等の部品に用いられている。窒化珪素焼結体の
耐酸化性を向上させるため、ＣＶＤ法により耐酸化性の
優れた窒化珪素を被覆した窒化珪素焼結体が特公昭６１
−４０６３０号公報および特開昭６０−１６１３８３号
公報に開示されている。また、高温においては窒化珪素
焼結体の粒界相成分と窒化珪素被覆層との反応が生じて
十分な効果を得ることが難しいため、粒界相を結晶化さ
せた窒化珪素焼結体およびＣＶＤ法による炭化珪素を被
覆した窒化珪素焼結体が特開昭６１−８７５７３号公報
および特開平２−２８９４７６号公報に開示されてい
る。しかし、窒化珪素焼結体にＣＶＤ法による窒化珪素
を被覆した場合には、窒化珪素被覆層と窒化珪素焼結体
の粒界相成分との反応を完全に防ぐことはできず、ＣＶ
Ｄ法による炭化珪素を被覆した場合には、反応は防止で
きるが被覆層と基材との熱膨張差が大きく十分な密着性
を得ることが困難となる。また、窒化珪素または炭化珪
素の何れを被覆した場合においても、被覆により窒化珪
素焼結体の強度が低下する問題があった。
強度であり、耐熱衝撃性に優れているため、ガスタービ
ン部品等の高温構造材料に使用されている。また、窒化
珪素および炭化珪素焼結体は耐腐食性、耐薬品性に優れ
ているため、半導体部品製造に用いるサセプター、炉心
管、治具等の部品に用いられている。窒化珪素焼結体の
耐酸化性を向上させるため、ＣＶＤ法により耐酸化性の
優れた窒化珪素を被覆した窒化珪素焼結体が特公昭６１
−４０６３０号公報および特開昭６０−１６１３８３号
公報に開示されている。また、高温においては窒化珪素
焼結体の粒界相成分と窒化珪素被覆層との反応が生じて
十分な効果を得ることが難しいため、粒界相を結晶化さ
せた窒化珪素焼結体およびＣＶＤ法による炭化珪素を被
覆した窒化珪素焼結体が特開昭６１−８７５７３号公報
および特開平２−２８９４７６号公報に開示されてい
る。しかし、窒化珪素焼結体にＣＶＤ法による窒化珪素
を被覆した場合には、窒化珪素被覆層と窒化珪素焼結体
の粒界相成分との反応を完全に防ぐことはできず、ＣＶ
Ｄ法による炭化珪素を被覆した場合には、反応は防止で
きるが被覆層と基材との熱膨張差が大きく十分な密着性
を得ることが困難となる。また、窒化珪素または炭化珪
素の何れを被覆した場合においても、被覆により窒化珪
素焼結体の強度が低下する問題があった。
【０００３】一方、炭化珪素焼結体を半導体部品製造に
用いるサセプター、炉心管、治具等の部品に用いる場
合、焼結体に気孔が多く、気孔中に残存する不純物によ
って半導体を汚染する問題があるため、ＣＶＤ法による
高純度な炭化珪素での被覆が行なわれている。また、焼
結体の気孔をＣＶＤ法による炭化珪素で埋めることによ
り、強度の改善が行なわれている。しかし、炭化珪素被
覆層の厚みが増すと粒成長が著しく、十分な強度、耐食
性を得ることが困難であるという問題があった。
用いるサセプター、炉心管、治具等の部品に用いる場
合、焼結体に気孔が多く、気孔中に残存する不純物によ
って半導体を汚染する問題があるため、ＣＶＤ法による
高純度な炭化珪素での被覆が行なわれている。また、焼
結体の気孔をＣＶＤ法による炭化珪素で埋めることによ
り、強度の改善が行なわれている。しかし、炭化珪素被
覆層の厚みが増すと粒成長が著しく、十分な強度、耐食
性を得ることが困難であるという問題があった。
【０００４】これらの問題を解決するため、ＣＶＤ法に
よる窒化珪素および炭化珪素との積層物からなる複合被
覆層を形成した窒化珪素焼結体および炭化珪素焼結体が
特公昭６０−４５１５４号公報に開示されている。この
ように窒化珪素と炭化珪素とを積層することで、基材と
の熱膨張差の制御、基材との反応の抑制、高強度化が達
成できると考えられる。
よる窒化珪素および炭化珪素との積層物からなる複合被
覆層を形成した窒化珪素焼結体および炭化珪素焼結体が
特公昭６０−４５１５４号公報に開示されている。この
ように窒化珪素と炭化珪素とを積層することで、基材と
の熱膨張差の制御、基材との反応の抑制、高強度化が達
成できると考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＶＤ法により窒化珪素と炭化珪素との複合被覆層を合
成する方法は、原料ガスのうち窒素源と炭素源とを交互
に瞬時に切替えて反応炉に導入することにより複合被覆
層を合成するので、原料ガスの切替え時に反応炉中に不
必要なガスが残存し、基材に形成される複合被覆層がこ
の残留ガスにより多孔質になりやすい。このため、複合
被覆層が低強度となり、また、基材を高温空気、燃焼ガ
ス、薬品等の外気から十分に保護できないという問題が
ある。本発明はこのような問題点を解決するためになさ
れたもので、窒化珪素あるいは炭化珪素焼結体等のセラ
ミックス基材上に緻密で密着性の良好な複合被覆層を形
成するセラミックス焼結体の製造方法を提供することを
目的とする。
ＣＶＤ法により窒化珪素と炭化珪素との複合被覆層を合
成する方法は、原料ガスのうち窒素源と炭素源とを交互
に瞬時に切替えて反応炉に導入することにより複合被覆
層を合成するので、原料ガスの切替え時に反応炉中に不
必要なガスが残存し、基材に形成される複合被覆層がこ
の残留ガスにより多孔質になりやすい。このため、複合
被覆層が低強度となり、また、基材を高温空気、燃焼ガ
ス、薬品等の外気から十分に保護できないという問題が
ある。本発明はこのような問題点を解決するためになさ
れたもので、窒化珪素あるいは炭化珪素焼結体等のセラ
ミックス基材上に緻密で密着性の良好な複合被覆層を形
成するセラミックス焼結体の製造方法を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の第１発明による複合被覆層を有するセラミッ
ク焼結体の製造方法は、窒化珪素または炭化珪素焼結体
等のセラミックスまたは炭素基材の表面に化学気相成長
法により窒化珪素層および炭化珪素層の複合被覆層を層
状に形成する方法であって、各被覆層を形成するために
反応炉に流す反応ガスの切替え時、反応炉内に水素ガス
を流通させ、この反応炉内に導入する水素ガス量を室温
大気圧下で反応炉内の容積よりも少なくとも３．４倍以
上の容積のガス量に設定したことを特徴とする。第２発
明による複合被覆層を有するセラミックス焼結体の製造
方法は、前記化学気相成長法が減圧熱ＣＶＤ法であるこ
とを特徴とする。第３発明による複合被覆層を有するセ
ラミックス焼結体の製造方法は、前記化学気相成長法に
よる窒化珪素の層状被覆層を形成する原料ガスとして、
四塩化珪素およびアンモニアを用い、炭化珪素の層状被
覆層を形成する原料ガスとして、四塩化珪素およびメタ
ンを用いることを特徴とする。第４発明による複合被覆
層を有するセラミックス焼結体の製造方法は、窒化珪素
と炭化珪素の各被覆層の厚みを傾斜させたことを特徴と
する。第５発明による複合被覆層を有するセラミックス
焼結体の製造方法は、基材が窒化珪素または炭化珪素焼
結体であることを特徴とする。
の本発明の第１発明による複合被覆層を有するセラミッ
ク焼結体の製造方法は、窒化珪素または炭化珪素焼結体
等のセラミックスまたは炭素基材の表面に化学気相成長
法により窒化珪素層および炭化珪素層の複合被覆層を層
状に形成する方法であって、各被覆層を形成するために
反応炉に流す反応ガスの切替え時、反応炉内に水素ガス
を流通させ、この反応炉内に導入する水素ガス量を室温
大気圧下で反応炉内の容積よりも少なくとも３．４倍以
上の容積のガス量に設定したことを特徴とする。第２発
明による複合被覆層を有するセラミックス焼結体の製造
方法は、前記化学気相成長法が減圧熱ＣＶＤ法であるこ
とを特徴とする。第３発明による複合被覆層を有するセ
ラミックス焼結体の製造方法は、前記化学気相成長法に
よる窒化珪素の層状被覆層を形成する原料ガスとして、
四塩化珪素およびアンモニアを用い、炭化珪素の層状被
覆層を形成する原料ガスとして、四塩化珪素およびメタ
ンを用いることを特徴とする。第４発明による複合被覆
層を有するセラミックス焼結体の製造方法は、窒化珪素
と炭化珪素の各被覆層の厚みを傾斜させたことを特徴と
する。第５発明による複合被覆層を有するセラミックス
焼結体の製造方法は、基材が窒化珪素または炭化珪素焼
結体であることを特徴とする。
【０００７】本発明における基材には、セラミックス焼
結体または炭素等の耐熱材料の使用が可能であり、特に
窒化珪素および炭化珪素焼結体は、窒化珪素あるいは炭
化珪素原料と種々の添加物を含み、常圧あるいは加圧焼
結、ホットプレス、ＨＩＰ等の通常の方法により得られ
る焼結体の適用が可能である。また、焼結体の形状およ
び寸法等についても特に制限されるものではない。
結体または炭素等の耐熱材料の使用が可能であり、特に
窒化珪素および炭化珪素焼結体は、窒化珪素あるいは炭
化珪素原料と種々の添加物を含み、常圧あるいは加圧焼
結、ホットプレス、ＨＩＰ等の通常の方法により得られ
る焼結体の適用が可能である。また、焼結体の形状およ
び寸法等についても特に制限されるものではない。
【０００８】化学気相成長（ＣＶＤ）法としては、減圧
熱ＣＶＤ法を用いることが望ましい。この場合、緻密な
窒化珪素あるいは炭化珪素被覆層を形成するために原料
ガスの組成、反応温度、反応圧力等が適当に制御され
る。窒化珪素と炭化珪素が積層した構造の複合被覆層を
合成する場合、原料ガスとして、窒化珪素の合成に珪素
源と窒素源、炭化珪素の合成に珪素源と炭素源を用い
る。特に高温構造材料等に適用する場合においては、四
塩化珪素（SiCl4 ）、アンモニア（NH3 ）、メタン（CH
3 ）等の入手しやすい原料を用いて減圧熱ＣＶＤ法によ
り製造すると結晶性の良好な複合被覆層を高速で安価に
製造できる。さらに、積層する窒化珪素および炭化珪素
の厚みを段階的に増減させあるいは一方を厚くして他方
を薄くするという方法により、被覆層の熱膨張を傾斜さ
せることおよび全体の熱膨張を制御して基材の焼結体の
熱膨張に合わせることが可能である。例えば、窒化珪素
層が厚く、炭化珪素層が薄い場合には熱膨張を窒化珪素
単独の熱膨張に近づけることが可能となる。
熱ＣＶＤ法を用いることが望ましい。この場合、緻密な
窒化珪素あるいは炭化珪素被覆層を形成するために原料
ガスの組成、反応温度、反応圧力等が適当に制御され
る。窒化珪素と炭化珪素が積層した構造の複合被覆層を
合成する場合、原料ガスとして、窒化珪素の合成に珪素
源と窒素源、炭化珪素の合成に珪素源と炭素源を用い
る。特に高温構造材料等に適用する場合においては、四
塩化珪素（SiCl4 ）、アンモニア（NH3 ）、メタン（CH
3 ）等の入手しやすい原料を用いて減圧熱ＣＶＤ法によ
り製造すると結晶性の良好な複合被覆層を高速で安価に
製造できる。さらに、積層する窒化珪素および炭化珪素
の厚みを段階的に増減させあるいは一方を厚くして他方
を薄くするという方法により、被覆層の熱膨張を傾斜さ
せることおよび全体の熱膨張を制御して基材の焼結体の
熱膨張に合わせることが可能である。例えば、窒化珪素
層が厚く、炭化珪素層が薄い場合には熱膨張を窒化珪素
単独の熱膨張に近づけることが可能となる。
【０００９】反応炉内に導入する水素ガスを室温大気圧
下で反応炉内の容積よりも少なくとも３．４倍以上の容
積のガス量に設定した理由は、水素ガスがこの容積値未
満であると、層状被覆層が多孔質になるからである。す
なわち、反応炉内の容積の３．４倍以上の容積の水素ガ
ス量を反応炉に流通させることにより、反応ガスの切替
え時に残留している原料ガスを被覆層形成に影響しない
程度まで除去し、各被覆層を合成する前に反応炉内が十
分に清浄されるからである。ここで、反応炉の容積と
は、実質的に原料ガスが導入される部分の容積をいい、
外部加熱式の反応炉等においては加熱部を除いて原料ガ
スの導入される反応管部分のみの容積をいう。
下で反応炉内の容積よりも少なくとも３．４倍以上の容
積のガス量に設定した理由は、水素ガスがこの容積値未
満であると、層状被覆層が多孔質になるからである。す
なわち、反応炉内の容積の３．４倍以上の容積の水素ガ
ス量を反応炉に流通させることにより、反応ガスの切替
え時に残留している原料ガスを被覆層形成に影響しない
程度まで除去し、各被覆層を合成する前に反応炉内が十
分に清浄されるからである。ここで、反応炉の容積と
は、実質的に原料ガスが導入される部分の容積をいい、
外部加熱式の反応炉等においては加熱部を除いて原料ガ
スの導入される反応管部分のみの容積をいう。
【００１０】
【作用】本発明による複合被覆層を有するセラミックス
焼結体の製造方法は、窒化珪素あるいは炭化珪素等のセ
ラミックス表面に化学気相成長（ＣＶＤ）法により窒化
珪素層と炭化珪素層とが積層した構造の複合被覆層を形
成するに当たり、セラミックス表面に窒化珪素あるいは
炭化珪素の第１層を形成した後、反応炉の容積の少なく
とも３．４倍以上の水素ガスを反応炉中に流通させ、窒
化珪素あるいは炭化珪素の第２層を形成する。そして、
第３層以降の被覆層を合成する前にも同様に水素ガスを
流通させる。これにより、複合被覆層が多孔質となるこ
とを防止し、緻密で基材を十分に保護できる複合被覆層
の合成ができる。また、被覆層が緻密なため、合成時間
の調節により各被覆層の厚みを制御でき、被覆層の熱膨
張を制御できる。さらに窒化珪素焼結体に被覆した場
合、窒化珪素と炭化珪素との積層により、窒化珪素焼結
体の粒界相成分と被覆層との反応を十分に抑制すること
ができる。また、積層構造であるため、被覆層の結晶粒
の成長を抑制し、微細結晶からなる高強度の被覆層を形
成することができる。
焼結体の製造方法は、窒化珪素あるいは炭化珪素等のセ
ラミックス表面に化学気相成長（ＣＶＤ）法により窒化
珪素層と炭化珪素層とが積層した構造の複合被覆層を形
成するに当たり、セラミックス表面に窒化珪素あるいは
炭化珪素の第１層を形成した後、反応炉の容積の少なく
とも３．４倍以上の水素ガスを反応炉中に流通させ、窒
化珪素あるいは炭化珪素の第２層を形成する。そして、
第３層以降の被覆層を合成する前にも同様に水素ガスを
流通させる。これにより、複合被覆層が多孔質となるこ
とを防止し、緻密で基材を十分に保護できる複合被覆層
の合成ができる。また、被覆層が緻密なため、合成時間
の調節により各被覆層の厚みを制御でき、被覆層の熱膨
張を制御できる。さらに窒化珪素焼結体に被覆した場
合、窒化珪素と炭化珪素との積層により、窒化珪素焼結
体の粒界相成分と被覆層との反応を十分に抑制すること
ができる。また、積層構造であるため、被覆層の結晶粒
の成長を抑制し、微細結晶からなる高強度の被覆層を形
成することができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。実施例１〜実施例８ 実施例１〜実施例８は、常圧焼結窒化珪素焼結体を基材
とし、この基材表面に減圧熱ＣＶＤ装置を用いてＳｉ3
Ｎ4 およびＳｉＣの層状被覆層を次に示すように形成し
た。まず、容積１１４５１ｃｍ3 の反応管内に基材を挿
入し、この基材を所定の合成温度に加熱した状態でＳｉ
Ｃｌ4 とＮＨ3 の混合ガスを所定時間流し、基材表面上
にＳｉ3 Ｎ4 層を形成する。次いで反応管内に表１に示
す条件でＨ2 ガスを導入し、次にＳｉＣｌ4 とＣＨ4 の
混合ガスを反応管内に所定時間流す。するとＳｉＣ層が
形成される。さらにＳｉＣ層上にＳｉ3 Ｎ4 層を形成す
る場合は、表１に示す条件でＨ2 ガスを再び反応管内に
流した後、ＳｉＣｌ4 とＮＨ3 の混合ガスを所定時間反
応管内に流す。このようにして基材の表面にＳｉ3 Ｎ4
層とＳｉＣ層とを交互に層状に形成した。表１に実施例
１〜実施例８の積層数を示す。
とし、この基材表面に減圧熱ＣＶＤ装置を用いてＳｉ3
Ｎ4 およびＳｉＣの層状被覆層を次に示すように形成し
た。まず、容積１１４５１ｃｍ3 の反応管内に基材を挿
入し、この基材を所定の合成温度に加熱した状態でＳｉ
Ｃｌ4 とＮＨ3 の混合ガスを所定時間流し、基材表面上
にＳｉ3 Ｎ4 層を形成する。次いで反応管内に表１に示
す条件でＨ2 ガスを導入し、次にＳｉＣｌ4 とＣＨ4 の
混合ガスを反応管内に所定時間流す。するとＳｉＣ層が
形成される。さらにＳｉＣ層上にＳｉ3 Ｎ4 層を形成す
る場合は、表１に示す条件でＨ2 ガスを再び反応管内に
流した後、ＳｉＣｌ4 とＮＨ3 の混合ガスを所定時間反
応管内に流す。このようにして基材の表面にＳｉ3 Ｎ4
層とＳｉＣ層とを交互に層状に形成した。表１に実施例
１〜実施例８の積層数を示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成温度
は、実施例１および実施例３〜実施例８については１４
５０℃とし、実施例２については１４３０℃とした。ま
た、Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成時間は、実施例
１および実施例３〜実施例８の場合、Ｓｉ3 Ｎ4 層およ
びＳｉＣ層ともに一層につき５分とし、実施例２につい
ては、最下層から上層にいくに従い順にＳｉ3 Ｎ4 層２
分、ＳｉＣ層５分、Ｓｉ 3 Ｎ4 層４分、ＳｉＣ層５分、
Ｓｉ3 Ｎ4 層５分とした。
は、実施例１および実施例３〜実施例８については１４
５０℃とし、実施例２については１４３０℃とした。ま
た、Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成時間は、実施例
１および実施例３〜実施例８の場合、Ｓｉ3 Ｎ4 層およ
びＳｉＣ層ともに一層につき５分とし、実施例２につい
ては、最下層から上層にいくに従い順にＳｉ3 Ｎ4 層２
分、ＳｉＣ層５分、Ｓｉ 3 Ｎ4 層４分、ＳｉＣ層５分、
Ｓｉ3 Ｎ4 層５分とした。
【００１４】実施例９および実施例１０ 実施例９および実施例１０は、常圧焼結炭化珪素焼結体
を基材とし、この基材表面に実施例１〜実施例８と同様
な方法によりＳｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の層状被覆層
を形成した。この場合、実施例９および実施例１０の被
覆層の積層数および反応管への導入Ｈ2 ガスの条件は、
表１に示すように設定した。Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ
層の合成温度は、実施例９および実施例１０ともに１４
５０℃とし、Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成時間
は、実施例９および実施例１０ともに一層につき５分と
した。
を基材とし、この基材表面に実施例１〜実施例８と同様
な方法によりＳｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の層状被覆層
を形成した。この場合、実施例９および実施例１０の被
覆層の積層数および反応管への導入Ｈ2 ガスの条件は、
表１に示すように設定した。Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ
層の合成温度は、実施例９および実施例１０ともに１４
５０℃とし、Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成時間
は、実施例９および実施例１０ともに一層につき５分と
した。
【００１５】比較例１〜比較例５ 比較例１〜比較例５は、常圧焼結窒化珪素焼結体を基材
とし、この基材表面に減圧熱ＣＶＤ装置を用いてＳｉ3
Ｎ4 およびＳｉＣの層状被覆層を次に示すように形成し
た。まず、容積１１４５１ｃｍ3 の反応管内に基材を挿
入し、この基材を所定の合成温度に加熱した状態でＳｉ
Ｃｌ4 とＮＨ3 の混合ガスを所定時間流し、基材表面上
にＳｉ3 Ｎ4 層を形成する（比較例１）。次いでＳｉＣ
ｌ4とＣＨ4 の混合ガスを反応管内に所定時間流す。す
るとＳｉＣ層が形成される（比較例２〜比較例５）。さ
らにＳｉＣ層上にＳｉ3 Ｎ4 層を形成する場合は、表１
に示す条件でＨ2 ガスを再び反応管内に流した後、Ｓｉ
Ｃｌ4 とＮＨ3 の混合ガスを所定時間反応管内に流す。
このようにして基材の表面にＳｉ3 Ｎ4層とＳｉＣ層と
を交互に層状に形成する。表１に比較例１〜比較例５の
積層数を示す。Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成温度
は、比較例１〜比較例５ともに１４５０℃とし、Ｓｉ3
Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成時間は、比較例１〜比較例
５ともに一層につき５分とした。
とし、この基材表面に減圧熱ＣＶＤ装置を用いてＳｉ3
Ｎ4 およびＳｉＣの層状被覆層を次に示すように形成し
た。まず、容積１１４５１ｃｍ3 の反応管内に基材を挿
入し、この基材を所定の合成温度に加熱した状態でＳｉ
Ｃｌ4 とＮＨ3 の混合ガスを所定時間流し、基材表面上
にＳｉ3 Ｎ4 層を形成する（比較例１）。次いでＳｉＣ
ｌ4とＣＨ4 の混合ガスを反応管内に所定時間流す。す
るとＳｉＣ層が形成される（比較例２〜比較例５）。さ
らにＳｉＣ層上にＳｉ3 Ｎ4 層を形成する場合は、表１
に示す条件でＨ2 ガスを再び反応管内に流した後、Ｓｉ
Ｃｌ4 とＮＨ3 の混合ガスを所定時間反応管内に流す。
このようにして基材の表面にＳｉ3 Ｎ4層とＳｉＣ層と
を交互に層状に形成する。表１に比較例１〜比較例５の
積層数を示す。Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成温度
は、比較例１〜比較例５ともに１４５０℃とし、Ｓｉ3
Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成時間は、比較例１〜比較例
５ともに一層につき５分とした。
【００１６】比較例６ 比較例６は、常圧焼結窒化珪素焼結体を基材とし、基材
表面に被覆層を形成しなかった。
表面に被覆層を形成しなかった。
【００１７】比較例７〜比較例９ 比較例７〜比較例９は、常圧焼結炭化珪素焼結体を基材
とし、この基材表面に比較例１〜比較例５と同様な方法
によりＳｉ3 Ｎ4 およびＳｉＣの層状被覆層を形成し
た。この場合、比較例７〜比較例９の積層数および導入
Ｈ2 ガスの条件は、表１に示すように設定した。Ｓｉ3
Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成温度は、比較例７〜比較例
９ともに１４５０℃とし、Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層
の合成時間は、比較例７〜比較例９ともに一層につき５
分とした。
とし、この基材表面に比較例１〜比較例５と同様な方法
によりＳｉ3 Ｎ4 およびＳｉＣの層状被覆層を形成し
た。この場合、比較例７〜比較例９の積層数および導入
Ｈ2 ガスの条件は、表１に示すように設定した。Ｓｉ3
Ｎ4 層およびＳｉＣ層の合成温度は、比較例７〜比較例
９ともに１４５０℃とし、Ｓｉ3 Ｎ4 層およびＳｉＣ層
の合成時間は、比較例７〜比較例９ともに一層につき５
分とした。
【００１８】次に、実施例１〜実施例１０および比較例
１〜比較例９について、被覆層全体の厚さおよび被覆層
の気孔率について調査し、さらに室温４点曲げ強度試験
および耐酸化性試験を行なった。４点曲げ強度試験は、
ＪＩＳ Ｒ−１６０１ファインセラミックスの曲げ強さ
試験法に準じて行ない、耐酸化性試験は、大気圧下、１
３００℃、１００時間の条件下、ＪＩＳ Ｒ−１６０６
非酸化物系ファインセラミックス耐酸化性試験法に準じ
て行なった。また、気孔率は画像解析による気孔面積率
より求めた。結果を表２に示す。
１〜比較例９について、被覆層全体の厚さおよび被覆層
の気孔率について調査し、さらに室温４点曲げ強度試験
および耐酸化性試験を行なった。４点曲げ強度試験は、
ＪＩＳ Ｒ−１６０１ファインセラミックスの曲げ強さ
試験法に準じて行ない、耐酸化性試験は、大気圧下、１
３００℃、１００時間の条件下、ＪＩＳ Ｒ−１６０６
非酸化物系ファインセラミックス耐酸化性試験法に準じ
て行なった。また、気孔率は画像解析による気孔面積率
より求めた。結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】表２に示すように、実施例１〜実施例１０
および比較例１〜比較例９は、Ｓｉ3 Ｎ4 層またはＳｉ
Ｃ層の合成時間に応じた層厚の被覆層が形成されてい
る。被覆層の積層状態は、例えば実施例１によると、層
厚９μｍのＳｉ3 Ｎ4 と層厚４μｍのＳｉＣの層厚が交
互に積層され被覆層全体の層厚が３５μｍであった。ま
た、実施例２によると、Ｓｉ3 Ｎ4 およびＳｉＣが交互
に層厚５μｍ、４μｍ、３μｍ、８μｍ、１０μｍで積
層され被覆層全体の層厚が３１μｍであった。被覆層の
気孔率を比較すると、実施例１〜実施例１０は、被覆層
の気孔率が小さいのに対し、比較例１〜比較例９は、被
覆層を形成していないもの（比較例７）および被覆層が
単層のもの（比較例１および比較例７）を除き、被覆層
の気孔率が１０％以上と大きくなっている。また、実施
例１〜実施例１０は、室温４点曲げ強度および耐酸化性
ともに優れた値を示し、破断面の外観も良好であった。
これにに対し、比較例１〜比較例９は、室温４点曲げ強
度および耐酸化性のうち少なくとも一方が小さく、破断
面の外観が多孔質になっていた。
および比較例１〜比較例９は、Ｓｉ3 Ｎ4 層またはＳｉ
Ｃ層の合成時間に応じた層厚の被覆層が形成されてい
る。被覆層の積層状態は、例えば実施例１によると、層
厚９μｍのＳｉ3 Ｎ4 と層厚４μｍのＳｉＣの層厚が交
互に積層され被覆層全体の層厚が３５μｍであった。ま
た、実施例２によると、Ｓｉ3 Ｎ4 およびＳｉＣが交互
に層厚５μｍ、４μｍ、３μｍ、８μｍ、１０μｍで積
層され被覆層全体の層厚が３１μｍであった。被覆層の
気孔率を比較すると、実施例１〜実施例１０は、被覆層
の気孔率が小さいのに対し、比較例１〜比較例９は、被
覆層を形成していないもの（比較例７）および被覆層が
単層のもの（比較例１および比較例７）を除き、被覆層
の気孔率が１０％以上と大きくなっている。また、実施
例１〜実施例１０は、室温４点曲げ強度および耐酸化性
ともに優れた値を示し、破断面の外観も良好であった。
これにに対し、比較例１〜比較例９は、室温４点曲げ強
度および耐酸化性のうち少なくとも一方が小さく、破断
面の外観が多孔質になっていた。
【００２１】前記実施例１〜実施例１０により得られた
Ｓｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ積層構造をもつ被覆層の破断面およ
びその研磨面は、例えば図１および図３のようになる。
図１および図３から明らかなように被覆層は層状に緻密
に形成される。これに対し前記比較例１〜比較例９の場
合の被覆層の破断面およびその研磨面は、例えば図２お
よび図４のようになる。図２および図４から明らかなよ
うに、被覆層は多孔質である。
Ｓｉ3 Ｎ4 −ＳｉＣ積層構造をもつ被覆層の破断面およ
びその研磨面は、例えば図１および図３のようになる。
図１および図３から明らかなように被覆層は層状に緻密
に形成される。これに対し前記比較例１〜比較例９の場
合の被覆層の破断面およびその研磨面は、例えば図２お
よび図４のようになる。図２および図４から明らかなよ
うに、被覆層は多孔質である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の複合被覆
層を有するセラミックス焼結体の製造方法によれば、原
料ガスの切替え時に反応炉の容積よりも少なくとも３．
４倍以上の容積のH2ガスを反応室中に流すことによっ
て、セラミックス焼結体表面に緻密で密着性の良好な窒
化珪素と炭化珪素とが積層した構造の複合被覆層が形成
できる。また、各被覆層の厚みの制御により、任意の熱
膨張を有するセラミックス基材に複合被覆層の形成が可
能となる。このため、窒化珪素焼結体については高温で
の被覆層と窒化珪素焼結体の粒界層との反応が防止さ
れ、耐酸化性が良好で高強度の複合被覆窒化珪素焼結体
が得られる。また、炭化珪素焼結体においては高強度で
耐蝕性に優れた複合被覆炭化珪素焼結体が得られる。
層を有するセラミックス焼結体の製造方法によれば、原
料ガスの切替え時に反応炉の容積よりも少なくとも３．
４倍以上の容積のH2ガスを反応室中に流すことによっ
て、セラミックス焼結体表面に緻密で密着性の良好な窒
化珪素と炭化珪素とが積層した構造の複合被覆層が形成
できる。また、各被覆層の厚みの制御により、任意の熱
膨張を有するセラミックス基材に複合被覆層の形成が可
能となる。このため、窒化珪素焼結体については高温で
の被覆層と窒化珪素焼結体の粒界層との反応が防止さ
れ、耐酸化性が良好で高強度の複合被覆窒化珪素焼結体
が得られる。また、炭化珪素焼結体においては高強度で
耐蝕性に優れた複合被覆炭化珪素焼結体が得られる。
【図１】本発明の実施例１による被覆層の破断面を示す
電子顕微鏡写真である。
電子顕微鏡写真である。
【図２】従来の比較例１による被覆層の破断面を示す電
子顕微鏡写真である。
子顕微鏡写真である。
【図３】本発明の実施例１による被覆層の研磨面を示す
光学顕微鏡写真である。
光学顕微鏡写真である。
【図４】従来の比較例１による被覆層の研磨面を示す光
学顕微鏡写真である。
学顕微鏡写真である。
Claims (5)
- 【請求項１】セラミックス等の基材の表面に化学気相成
長法により窒化珪素層および炭化珪素層の複合被覆層を
層状に形成する方法であって、各被覆層を形成するため
に反応炉に流す反応ガスの切替え時、反応炉内に水素ガ
スを流通させ、この反応炉内に導入する水素ガス量を室
温大気圧下で反応炉内の容積よりも少なくとも３．４倍
以上の容積のガス量に設定したことを特徴とする複合被
覆層を有するセラミックス焼結体の製造方法。 - 【請求項２】前記化学気相成長法が減圧熱ＣＶＤ法であ
ることを特徴とする請求項１に記載の複合被覆層を有す
るセラミックス焼結体の製造方法。 - 【請求項３】前記化学気相成長法による窒化珪素の層状
被覆層を形成する原料ガスとして、四塩化珪素およびア
ンモニアを用い、炭化珪素の層状被覆層を形成する原料
ガスとして、四塩化珪素およびメタンを用いることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の複合被覆層を
有するセラミックス焼結体の製造方法。 - 【請求項４】窒化珪素と炭化珪素の各被覆層の厚みを傾
斜させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の複合被覆層を有するセラミックス焼結体の製造方
法。 - 【請求項５】基材が窒化珪素または炭化珪素焼結体であ
る請求項１、２、３または４に記載の複合被覆層を有す
るセラミックス焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3119243A JP2500012B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 複合被覆層を有するセラミックス焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3119243A JP2500012B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 複合被覆層を有するセラミックス焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04321578A JPH04321578A (ja) | 1992-11-11 |
| JP2500012B2 true JP2500012B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=14756511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3119243A Expired - Fee Related JP2500012B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 複合被覆層を有するセラミックス焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500012B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-22 JP JP3119243A patent/JP2500012B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04321578A (ja) | 1992-11-11 |
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