JP6716296B2 - 多孔体複合部材 - Google Patents
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Description
この多孔体複合部材は、多孔体の気孔率が32%以上96%以下であって金属部材との界面に接する多孔体の骨格の面積が小さく、両者の間に熱膨張差による大きな歪みが発生しにくいので、昇温時にも接合状態を維持しやすい。また、多孔体と金属部材とを接合する界面接合層が、酸化物相とセラミックス繊維との複合物なので、昇温時にも強固な接合状態を維持することができる。この結果、十分な接合強度を得ることが可能である。また、繊維強化多孔体の表層部分における繊維状物質の含有量を本体部分よりも多くすることによって、耐衝撃性などの機械的強度を高めることができる。また、本体部分の一部が破損した場合でも多孔体全体の形状を維持することが可能となる。
この構成によれば、十分な接合強度を確保することが容易である。一方、多孔体の平均厚みがこの範囲を外れると、昇温時に熱膨張差によって接合強度が過度に低下する可能性がある。
この構成によれば、繊維状物質が気孔の壁面に層状に堆積した繊維強化層として形成されているので、多孔質基材の気孔を充填すること無く多孔体の機械的強度を高めることができる。
この構成によれば、接合相によって繊維状物質を多孔質基材の気孔の壁面に強固に密着させることができるので、機械的強度を高めることができる。
この構成によれば、繊維強化多孔体の表層部分における繊維状物質の含有量を本体部分よりも多くすることによって、耐衝撃性などの機械的強度を高めることができる。また、本体部分の一部が破損した場合でも多孔体全体の形状を維持することが可能となる。
まず、互いに連通する多数の気孔を有するポリウレタンフォームを準備し、このポリウレタンフォームに、工程T110で調整したスラリーを含浸させる。次に、余分なスラリーを除去し、スラリーを含浸させたポリウレタンフォームを乾燥させる。この結果、多孔性のポリウレタンフォームにセラミックス未焼成部材が含浸した成形体が得られる。
まず、多孔質基材110の外形とほぼ同じ収容サイズを有する容器に、工程T110で調整したスラリーを入れる。次に、焼成により消失する多数の粒状造孔材(樹脂ボールやカーボン等)を投入し、スラリーを乾燥させる。この結果、多数の粒状造孔材を含むセラミックス未焼成部材の成形体が得られる。
まず、接合相124の原料(例えばガラス原料)と繊維状物質122の混合物のスラリーを準備する。次に、スラリー内に多孔質基材110をディップさせた後に乾燥させる工程を、必要に応じて複数回繰り返すことによって、多孔質基材110の気孔114の壁面にスラリーを付着させる。そして、スラリーが付着した多孔質基材110を、接合相124の材質に適した焼成温度(例えば850℃以上1050℃以下の温度)で焼成する。
まず、多孔質基材110の原料と繊維状物質122の混合物のスラリーを準備する。次に、スラリー内に多孔質基材110をディップさせた後に乾燥させる工程を、必要に応じて複数回繰り返すことによって、多孔質基材110の気孔114の壁面にスラリーを付着させる。そして、スラリーが付着した多孔質基材110を、多孔質基材110の材質に適した焼成温度(例えば900℃以上1600℃以下の温度)で焼成する。
<気孔率の測定>
気孔率(体積%)は、水銀圧入法で測定した。
<酸化物相220の含有元素の同定>
各サンプルの一部を切り出し、研磨したものをEPMAで分析することによって、酸化物相220のの含有元素を同定した。
<多孔体の平均厚み>
多孔体複合部材400を20mm以上の長さに切り出し、その長さ方向に沿った1mm毎の位置で多孔体100の厚みを測定し、その平均値を平均厚みとして算出した。このとき、金属部材300と界面接合層200の厚みを含まない多孔体100のみの厚みを測定した。
<界面の剥がれ量評価(図5)>
窒素ガスフローさせながら各サンプルの熱処理を行い、その後、金属部材300と多孔体100との間の界面に発生している剥がれ量(クラック長さ)を測定した。熱処理温度としては、500℃、600℃、700℃の3つの温度を採用した。その後、金属部材300と多孔体100の界面のうち、長さ20mmの範囲を3箇所観察し、3箇所におけるクラック長さの平均値を算出した。こうして得られたクラックの平均長さに応じて、各サンプルに以下の「○」「△」「×」評価を付した。
・「○」:クラックの平均長さが2mm未満
・「△」:クラックの平均長さが2mm以上5mm未満
・「×」:クラックの平均長さが5mm以上
<圧縮強度の測定(図5)>
圧縮強度は、JIS 1681(ファインセラミックス多孔体の球圧子押し込み試験法)に従って測定した。なお、いくつかのサンプルの気孔率は、JIS 1681で対象としている多孔体の気孔率(30%〜60%)の範囲外にあるが、試験方法としてはJIS 1681と同じである。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
101…表層部分
102…本体部分
110…多孔質基材
114…気孔
120…繊維強化層
122…繊維状物質
124…接合相
200…界面接合層
210…セラミックス繊維
220…酸化物相
300…金属部材
Claims (3)
- セラミックス製の多孔体と金属部材とが界面接合層を介して接合された多孔体複合部材であって、
前記多孔体は、連通する多数の気孔を有し、気孔率が32%以上96%以下であり、
前記界面接合層は、ガラスで形成された酸化物相と、セラミックス繊維との複合物であり、
前記多孔体は、酸化物製の多孔質基材と、前記多孔質基材を補強する繊維状物質とを備える繊維強化多孔体であり、
前記繊維状物質は、前記多孔質基材の気孔を充填すること無く前記気孔の壁面に層状に密着した繊維強化層として形成されており、
前記繊維強化多孔体は、前記繊維強化多孔体の表面に存在する表層部分と、前記表層部分の下に存在する本体部分とを有し、前記表層部分と前記本体部分のそれぞれは前記多孔質基材と前記繊維状物質とを含み、前記表層部分における前記繊維状物質の含有量が前記本体部分における前記繊維状物質の含有量よりも多いことを特徴とする多孔体複合部材。 - 請求項1に記載の多孔体複合部材であって、
前記多孔体の平均厚みが3mm以上40mm以下であることを特徴とする多孔体複合部材。 - 請求項1又は2に記載の多孔体複合部材であって、
前記繊維強化層は、前記繊維状物質を前記気孔の壁面に接合する接合相を含み、前記接合相は、ガラスを含むことを特徴とする多孔体複合部材。
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