JPH0617272B2 - 窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法Info
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- JPH0617272B2 JPH0617272B2 JP61028461A JP2846186A JPH0617272B2 JP H0617272 B2 JPH0617272 B2 JP H0617272B2 JP 61028461 A JP61028461 A JP 61028461A JP 2846186 A JP2846186 A JP 2846186A JP H0617272 B2 JPH0617272 B2 JP H0617272B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
- F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
-
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンの構造用部材等に用いて好適な窒化
珪素−アルミナ系複合セラミックスに関するものであ
る。
珪素−アルミナ系複合セラミックスに関するものであ
る。
窒化珪素−アルミナ系セラミックスとしてはβ′−サイ
アロン〔Ｓi6-ZＡlZＯＺＮ８−Ｚ（Ｚ＝０〜4.２）〕が
知られている。これは窒化珪素とアルミナの完全な固溶
体で、熱膨張係数は約3.０×１０−６／℃（室温〜１０
００℃）と小さく、窒化珪素とよく似た特性を示す。
アロン〔Ｓi6-ZＡlZＯＺＮ８−Ｚ（Ｚ＝０〜4.２）〕が
知られている。これは窒化珪素とアルミナの完全な固溶
体で、熱膨張係数は約3.０×１０−６／℃（室温〜１０
００℃）と小さく、窒化珪素とよく似た特性を示す。
熱膨張係数が小さいことは一般に耐熱衝撃性にすぐれた
利点を示すが、他材料、特に金属と接合した場合に熱膨
張係数の相違から破損が生じやすく、用途が制限され
る。
利点を示すが、他材料、特に金属と接合した場合に熱膨
張係数の相違から破損が生じやすく、用途が制限され
る。
一方、窒化珪素とアルミナの混合粉末を、これ等の量比
や焼成条件を調整して焼結することにより、完全な固溶
体ではなく、未反応の窒化珪素とアルミナを含む複合セ
ラミックスを得ることができ、この未反応のアルミナの
量によりセラミックスの熱膨張係数を調整することがで
きる。
や焼成条件を調整して焼結することにより、完全な固溶
体ではなく、未反応の窒化珪素とアルミナを含む複合セ
ラミックスを得ることができ、この未反応のアルミナの
量によりセラミックスの熱膨張係数を調整することがで
きる。
しかしながら、未反応のアルミナを含むセラミックスに
ついて量産検討を行なったところ、強度にバラツキがあ
り、時として可成り強度の低いものが認められた。かか
る強度のバラツキは窒化珪素またはβ′−サイアロン単
品にはみられない現象である。
ついて量産検討を行なったところ、強度にバラツキがあ
り、時として可成り強度の低いものが認められた。かか
る強度のバラツキは窒化珪素またはβ′−サイアロン単
品にはみられない現象である。
そこで本発明は、セラミックスに高強度を付与する窒化
珪素、セラミックスの熱膨張係数を調整するアルミナお
よびこれ等を強固に結合するβ′−サイアロンとよりな
り、かつ特性にバラツキのないセラミックス、およびそ
の製造方法を提供し、もって従来の問題を解決すること
を目的とするものである。
珪素、セラミックスの熱膨張係数を調整するアルミナお
よびこれ等を強固に結合するβ′−サイアロンとよりな
り、かつ特性にバラツキのないセラミックス、およびそ
の製造方法を提供し、もって従来の問題を解決すること
を目的とするものである。
発明者らは多くの研究、実験を重ねた結果、上記セラミ
ックスにおいて強度にバラツキが生じる原因は、アルミ
ナの結晶形態に主たる原因があることを見出した。
ックスにおいて強度にバラツキが生じる原因は、アルミ
ナの結晶形態に主たる原因があることを見出した。
即ち、第２図のように窒化珪素（Si3N4）粉末とアルミ
ナ（Ａl2Ｏ３）粉末を混合して焼結した場合、窒化珪素
粒子とアルミナ粒子の界面にβ′−サイアロンを形成す
る反応が生じても、強度の低いアルミナ粒子が連結して
連続している部位が生じ、この部位でアルミナに亀裂が
発生して強度の低下をまねくことが認められた。
ナ（Ａl2Ｏ３）粉末を混合して焼結した場合、窒化珪素
粒子とアルミナ粒子の界面にβ′−サイアロンを形成す
る反応が生じても、強度の低いアルミナ粒子が連結して
連続している部位が生じ、この部位でアルミナに亀裂が
発生して強度の低下をまねくことが認められた。
そこで本発明は、基本的に窒化珪素、アルミナおよびこ
れ等の反応により生じたβ′−サイアロンよりなり、ア
ルミナの結晶が窒化珪素およびβ′−サイアロンの結晶
により囲包されて分断され連続形態をとらない結晶相を
有する窒化珪素−アルミナ系セラミックスを提供する。
れ等の反応により生じたβ′−サイアロンよりなり、ア
ルミナの結晶が窒化珪素およびβ′−サイアロンの結晶
により囲包されて分断され連続形態をとらない結晶相を
有する窒化珪素−アルミナ系セラミックスを提供する。
また、このセラミックスで、窒化珪素とβ′−サイアロ
ンの結晶の総量を４５〜９０重量％、アルミナの結晶量
を１０〜５５重量％とすることで窒化珪素に匹敵する強
度を発揮せしめ、かつアルミナの結晶量に応じて熱膨張
係数をほぼ3.２〜6.１×１０−６／℃の範囲で変化せし
めることができる。
ンの結晶の総量を４５〜９０重量％、アルミナの結晶量
を１０〜５５重量％とすることで窒化珪素に匹敵する強
度を発揮せしめ、かつアルミナの結晶量に応じて熱膨張
係数をほぼ3.２〜6.１×１０−６／℃の範囲で変化せし
めることができる。
そして上記の特性を有するセラミックスは、アルミナ粉
末２０〜７０重量％、残部実質的に窒化珪素粉末よりな
り、アルミナ粉末の平均粒径を窒化珪素粉末の平均粒径
の２倍程度ないしそれ以上とした混合粉末を不活性ガス
雰囲気中で焼成することにより得られる。ただし、この
場合、アルミナ粉末の平均粒径は１０μｍ程度ないしそ
れ以下とする。
末２０〜７０重量％、残部実質的に窒化珪素粉末よりな
り、アルミナ粉末の平均粒径を窒化珪素粉末の平均粒径
の２倍程度ないしそれ以上とした混合粉末を不活性ガス
雰囲気中で焼成することにより得られる。ただし、この
場合、アルミナ粉末の平均粒径は１０μｍ程度ないしそ
れ以下とする。
混合粉末中のアルミナ粉末が２０重量％より少ない場合
には、添加したアルミナ粉末が窒化珪素粉末と反応し、
ほとんどβ′−サイアロンに変化してしまうため未反応
アルミナの結晶量が足りなくなり、熱膨張係数の調整が
できなくなる。
には、添加したアルミナ粉末が窒化珪素粉末と反応し、
ほとんどβ′−サイアロンに変化してしまうため未反応
アルミナの結晶量が足りなくなり、熱膨張係数の調整が
できなくなる。
また、アルミナ粉末を２０重量％以上とした場合、アル
ミナ粉末の平均粒径を窒化珪素粉末の平均粒径の２倍程
度ないしはそれ以上とし、かつアルミナ粉末の平均粒径
はこれを１０μｍ程度ないしそれ以下としなければ、ア
ルミナ結晶を窒化珪素およびβ′−サイアロン結晶で囲
包することができず、強度にバラツキのあるセラミック
スとなる。
ミナ粉末の平均粒径を窒化珪素粉末の平均粒径の２倍程
度ないしはそれ以上とし、かつアルミナ粉末の平均粒径
はこれを１０μｍ程度ないしそれ以下としなければ、ア
ルミナ結晶を窒化珪素およびβ′−サイアロン結晶で囲
包することができず、強度にバラツキのあるセラミック
スとなる。
アルミナ粉末が７０重量％より多い場合は、窒化珪素粉
末の絶対量が少なくアルミナ粉末と窒化珪素粉末の粒径
比を調整しても、もはやアルミナ結晶を窒化珪素および
β′サイアロン結晶で囲包できなくなる。
末の絶対量が少なくアルミナ粉末と窒化珪素粉末の粒径
比を調整しても、もはやアルミナ結晶を窒化珪素および
β′サイアロン結晶で囲包できなくなる。
本発明のセラミックスでは、強度の低いアルミナの結晶
は粒状で互に連結せず窒化珪素およびβ′−サイアロン
の結晶により囲包されているから、従来のこの種セラミ
ックスに比し亀裂が発生しにくい。
は粒状で互に連結せず窒化珪素およびβ′−サイアロン
の結晶により囲包されているから、従来のこの種セラミ
ックスに比し亀裂が発生しにくい。
また本発明の方法によれば、原料の混合粉末は、第１図
に示すように粒径の大きいアルミナの粒子間に粒径の小
さい窒化珪素の粒子が入りこんでアルミナの粒子を囲包
した状態となり、この混合粉末を焼成することでアルミ
ナの結晶が窒化珪素およびβ′−サイアロンの結晶によ
り囲包された組織となる。
に示すように粒径の大きいアルミナの粒子間に粒径の小
さい窒化珪素の粒子が入りこんでアルミナの粒子を囲包
した状態となり、この混合粉末を焼成することでアルミ
ナの結晶が窒化珪素およびβ′−サイアロンの結晶によ
り囲包された組織となる。
また本発明のセラミックスにおいて、アルミナの結晶量
が１０〜５５重量％の範囲では、アルミナの結晶量の増
加にかかわらず、セラミックスの強度低下は極めて少な
いことが実験により確認された。
が１０〜５５重量％の範囲では、アルミナの結晶量の増
加にかかわらず、セラミックスの強度低下は極めて少な
いことが実験により確認された。
実施例１． 以下の実験で、窒化珪素粉末とは、窒化珪素（Ｓi
3Ｎ４）９0.０重量％（以下、単に％とする）、スピネ
ル（MgAl2Ｏ４）5.０％、イットリヤ（Ｙ２Ｏ３）5.０
％よりなる混合粉末を示す。用いたスピネル粉末の平均
粒径は1.６μｍ、イットリヤ粉末の平均粒径は1.２μｍ
とした。スピネルおよびイットリヤは窒化珪素のための
焼結助剤であり、本実験では両者を併用したが、一方の
みを用いることもできる。
3Ｎ４）９0.０重量％（以下、単に％とする）、スピネ
ル（MgAl2Ｏ４）5.０％、イットリヤ（Ｙ２Ｏ３）5.０
％よりなる混合粉末を示す。用いたスピネル粉末の平均
粒径は1.６μｍ、イットリヤ粉末の平均粒径は1.２μｍ
とした。スピネルおよびイットリヤは窒化珪素のための
焼結助剤であり、本実験では両者を併用したが、一方の
みを用いることもできる。
また、以下の実験で窒化珪素粉末の平均粒径とは上記混
合粉末中の窒化珪素のみの平均粒径を示す。
合粉末中の窒化珪素のみの平均粒径を示す。
また、強度は、常温での３点曲げ抗折強度の単純平均値
（ｎ＝２０）であり、試料サイズは全て、3.０×4.０×
４0.０mmでプレート形の表面研磨品に統一した。この時
のクロスヘッドスピードは0.５mm／min、スパンは３0.
００mmである。
（ｎ＝２０）であり、試料サイズは全て、3.０×4.０×
４0.０mmでプレート形の表面研磨品に統一した。この時
のクロスヘッドスピードは0.５mm／min、スパンは３0.
００mmである。
熱膨張係数値は、室温〜１０００℃の温度範囲にて測定
した値であり、各サンプルｎ＝３の平均値で示した。な
お、この時の昇温レートは５℃／minとした。
した値であり、各サンプルｎ＝３の平均値で示した。な
お、この時の昇温レートは５℃／minとした。
種々平均粒子径の異なる窒化珪素粉末とアルミナ粉末に
有機溶剤を加えて混合し、ドクタープレード法により成
形したセラミックシートの複数を積層し約１２０℃でラ
ミネートした後、アルゴン（Ar）または窒素（Ｎ２）ガ
ス等の不活性ガス雰囲気中、１６００℃、３０〜６０分
間保持、圧力５００kgf.／cm2の条件でホットプレス焼
成し窒化珪素−アルミナ系複合セラミックスを得た。そ
して得られたセラミックスの特性を調べた。
有機溶剤を加えて混合し、ドクタープレード法により成
形したセラミックシートの複数を積層し約１２０℃でラ
ミネートした後、アルゴン（Ar）または窒素（Ｎ２）ガ
ス等の不活性ガス雰囲気中、１６００℃、３０〜６０分
間保持、圧力５００kgf.／cm2の条件でホットプレス焼
成し窒化珪素−アルミナ系複合セラミックスを得た。そ
して得られたセラミックスの特性を調べた。
第１表はその結果をまとめて表示したものである。ま
た、第３図と第４図は、第１表の結果から、窒化珪素粉
末とアルミナ粉末の配合割合と、抗折強度および熱膨張
係数の関係について図示したものである。
た、第３図と第４図は、第１表の結果から、窒化珪素粉
末とアルミナ粉末の配合割合と、抗折強度および熱膨張
係数の関係について図示したものである。
なお表において、 第１表および第４図から、熱膨張係数は出発原料粒径と
は関係なく、同一配合割合ではほぼ一定の値を示すこと
がわかる。
は関係なく、同一配合割合ではほぼ一定の値を示すこと
がわかる。
これに対し、抗折強度は、第１表および第３図からわか
るように出発原料粒径に大きく影響される。例えば、窒
化珪素粒子の平均粒径が、アルミナ粒子の平均粒径より
約１０倍大きい場合、即ち粒径比0.１０ではアルミナ粒
子が約20％以上になるとほぼアルミナの強度と同程度に
まで強度が落ちてしまうが、逆にアルミナ粒子の平均粒
径が窒化珪素粒子の平均粒径の約１０倍大きい場合、す
なわち粒径比１0.３８ではアルミナ粒子の配合割合が７
０％になっても窒化珪素なみの強度を維持している。し
かしながら、この強度と出発原料粒径の間の関係はリニ
アな関係ではなく、窒化珪素粒子とアルミナ粒子の平均
粒径がほぼ等しい場合、すなわち粒径比1.０４において
は、先に示した両者の中間値はとらず、強度が低下する
方にシフトしてしまう。この理由は、強度においては、
熱膨張係数のように単純な加成性が成り立たず、常に最
も弱い部分から破壊してしまうためである。
るように出発原料粒径に大きく影響される。例えば、窒
化珪素粒子の平均粒径が、アルミナ粒子の平均粒径より
約１０倍大きい場合、即ち粒径比0.１０ではアルミナ粒
子が約20％以上になるとほぼアルミナの強度と同程度に
まで強度が落ちてしまうが、逆にアルミナ粒子の平均粒
径が窒化珪素粒子の平均粒径の約１０倍大きい場合、す
なわち粒径比１0.３８ではアルミナ粒子の配合割合が７
０％になっても窒化珪素なみの強度を維持している。し
かしながら、この強度と出発原料粒径の間の関係はリニ
アな関係ではなく、窒化珪素粒子とアルミナ粒子の平均
粒径がほぼ等しい場合、すなわち粒径比1.０４において
は、先に示した両者の中間値はとらず、強度が低下する
方にシフトしてしまう。この理由は、強度においては、
熱膨張係数のように単純な加成性が成り立たず、常に最
も弱い部分から破壊してしまうためである。
即ち、先に説明したように、第２図に示す混合状態では
たとえ、窒化珪素粒子とアルミナ粒子の界面において
β′−サイアロンを形成する反応が起きても、強度の弱
いアルミナ粒子が連結した部位が生ずる。従って、第３
図に示すように平均強度を調べた場合には、可成り弱い
方向に強度がでてしまうものと認められる。
たとえ、窒化珪素粒子とアルミナ粒子の界面において
β′−サイアロンを形成する反応が起きても、強度の弱
いアルミナ粒子が連結した部位が生ずる。従って、第３
図に示すように平均強度を調べた場合には、可成り弱い
方向に強度がでてしまうものと認められる。
これに対し、強い窒化珪素粒子を弱いアルミナ粒子より
小さくすると、第１図に示す混合状態となるので、弱い
アルミナ粒子の連結が阻止され、第３図に示す結果とな
ったものと認められる。
小さくすると、第１図に示す混合状態となるので、弱い
アルミナ粒子の連結が阻止され、第３図に示す結果とな
ったものと認められる。
また、アルミナ粒子の配合割合が少ない場合に、強度低
下があまりみられず、熱膨張係数が窒化珪素なみの小さ
い値を示した理由は、添加したアルミナ粒子が窒化珪素
粒子と反応し全てβ′−サイアロンに変化したためであ
る。
下があまりみられず、熱膨張係数が窒化珪素なみの小さ
い値を示した理由は、添加したアルミナ粒子が窒化珪素
粒子と反応し全てβ′−サイアロンに変化したためであ
る。
第１表および第３図から知られるように、アルミナ粒子
を相対的に大きくして粒径比１0.３８とし、かつ窒化珪
素８０〜３０％、アルミナ７０〜２０％として得たセラ
ミックスでは、アルミナ量の広範囲の変化にかかわら
ず、高い強度が維持される。
を相対的に大きくして粒径比１0.３８とし、かつ窒化珪
素８０〜３０％、アルミナ７０〜２０％として得たセラ
ミックスでは、アルミナ量の広範囲の変化にかかわら
ず、高い強度が維持される。
またこのセラミックスでは、窒化珪素、α−アルミナお
よびこれ等が反応して生じたβ′−サイアロンの結晶よ
りなり、α−アルミナの結晶は窒化珪素およびβ′−サ
イアロンの結晶により囲包されて分断されている結晶相
となっていることが確認された。また、この結晶相にお
いて、窒化珪素とβ′−サイアロンの結晶量が４５〜９
０％、α−アルミナ結晶量が１０〜５５％の範囲とする
ことで、熱膨張係数を3.２〜6.１×１０−６／℃の範囲
内で変化させ得ることが確認された。
よびこれ等が反応して生じたβ′−サイアロンの結晶よ
りなり、α−アルミナの結晶は窒化珪素およびβ′−サ
イアロンの結晶により囲包されて分断されている結晶相
となっていることが確認された。また、この結晶相にお
いて、窒化珪素とβ′−サイアロンの結晶量が４５〜９
０％、α−アルミナ結晶量が１０〜５５％の範囲とする
ことで、熱膨張係数を3.２〜6.１×１０−６／℃の範囲
内で変化させ得ることが確認された。
実験例２． 窒化珪素粉末とアルミナ粉末の配合割合を各々５０％に
統一し、窒化珪素粉末とアルミナ粉末の平均粒子径を変
え、種々粒径比の異なる窒化珪素−アルミナ系複合セラ
ミックスを実験例１と同様の方法にて作成し、特性を調
べた。
統一し、窒化珪素粉末とアルミナ粉末の平均粒子径を変
え、種々粒径比の異なる窒化珪素−アルミナ系複合セラ
ミックスを実験例１と同様の方法にて作成し、特性を調
べた。
結果を第２表および第５図に示す。
第５図からわかるように、粒径比が増大するとともに、
強度は向上する。ここでの強度は、ｎ数を１００個に増
大し、ワイブル確率紙にプロットした測定点の直線回帰
により求めた５０％平均強度を示したものであるが、横
軸の粒径比を対数尺度で表示すると５０％平均強度は、
粒径比と比例してほぼ直線的に増加する。しかしなが
ら、最大強度と最小強度値は、粒径比約1.０を変曲点と
してＳ字カーブを描く。特に、最小強度は粒径比約1.０
以上で向上し2.０に至ると顕著な向上がみられる。
強度は向上する。ここでの強度は、ｎ数を１００個に増
大し、ワイブル確率紙にプロットした測定点の直線回帰
により求めた５０％平均強度を示したものであるが、横
軸の粒径比を対数尺度で表示すると５０％平均強度は、
粒径比と比例してほぼ直線的に増加する。しかしなが
ら、最大強度と最小強度値は、粒径比約1.０を変曲点と
してＳ字カーブを描く。特に、最小強度は粒径比約1.０
以上で向上し2.０に至ると顕著な向上がみられる。
好ましい粒径比は2.０以上、更に好ましくは4.０以上で
ある。第２表においてサンプルNO.６〜９がその範囲に
属する。
ある。第２表においてサンプルNO.６〜９がその範囲に
属する。
なお、本実験での試験サンプル中、各々のNO.の試料か
ら無作為に取り出したｎ＝３個、（計２７個）の室温か
ら１０００℃の温度範囲の熱膨張係数を測定したとこ
ろ、全て4.７５±0.１×１０−６／℃の範囲内であっ
た。
ら無作為に取り出したｎ＝３個、（計２７個）の室温か
ら１０００℃の温度範囲の熱膨張係数を測定したとこ
ろ、全て4.７５±0.１×１０−６／℃の範囲内であっ
た。
実験例３． 実験例２同様、窒化珪素粉末とアルミナ粉末の配合割合
を各々５０％に統一し、かつ粒径比が4.２〜4.６でほぼ
同等の値となるよう窒化珪素粉末とアルミナ粉末の平均
粒子径を変え、実験例１の方法にて窒化珪素−アルミナ
系複合セラミックスを作成し、特性を調べた。結果を第
３表および第６図に示す。
を各々５０％に統一し、かつ粒径比が4.２〜4.６でほぼ
同等の値となるよう窒化珪素粉末とアルミナ粉末の平均
粒子径を変え、実験例１の方法にて窒化珪素−アルミナ
系複合セラミックスを作成し、特性を調べた。結果を第
３表および第６図に示す。
第６図からわかるように、粒径比がほぼ等しい値であっ
ても窒化珪素粒子の平均粒径が大きくなると、強度が低
下するとともに、バラツキの幅も拡大する傾向が見られ
る。
ても窒化珪素粒子の平均粒径が大きくなると、強度が低
下するとともに、バラツキの幅も拡大する傾向が見られ
る。
これは、粒径比が同じであってもアルミナ粒子径が過大
となると、第１図に示す好ましい混合状態とならないこ
とによるものと思われる。つまり、弱いアルミナ粒子が
大き過ぎるため、窒化珪素粒子との反応によるβ′−サ
イアロン相に全てが包み込まれることなく、アルミナ粒
子自身がき裂発生点となることによるものと考えられ
る。アルミナの平均粒子径は１０μｍ程度ないしそれ以
下が望ましい。
となると、第１図に示す好ましい混合状態とならないこ
とによるものと思われる。つまり、弱いアルミナ粒子が
大き過ぎるため、窒化珪素粒子との反応によるβ′−サ
イアロン相に全てが包み込まれることなく、アルミナ粒
子自身がき裂発生点となることによるものと考えられ
る。アルミナの平均粒子径は１０μｍ程度ないしそれ以
下が望ましい。
この他に、数点の粒径比において調査検討した結果、窒
化珪素の平均粒子径としては、２μｍ程度ないしそれ以
下が好ましいことがわかった。
化珪素の平均粒子径としては、２μｍ程度ないしそれ以
下が好ましいことがわかった。
なお、平均強度はｎ＝１０の単純平均値を示した。
実験例４． 窒化珪素−アルミナ系セラミックスをディーゼルエンジ
ン用グロープラグに適用し、耐久試験を行なった結果に
ついて説明する。
ン用グロープラグに適用し、耐久試験を行なった結果に
ついて説明する。
第７図に示すグロープラグにおいて、棒状の支持部材２
の先端には断面コ字形の発熱体１が接合してある。支持
部材２内には軸線方向にタングステンの１対のリード線
３ａ、３ｂが埋設してあり、その先端が発熱体１に接続
してある。支持部材２の外周には金属スリーブ４が、更
にその外周には金属ボデー５が取り付けてある。
の先端には断面コ字形の発熱体１が接合してある。支持
部材２内には軸線方向にタングステンの１対のリード線
３ａ、３ｂが埋設してあり、その先端が発熱体１に接続
してある。支持部材２の外周には金属スリーブ４が、更
にその外周には金属ボデー５が取り付けてある。
上記リード線３ａの後端は支持部材２の基端まで延在
し、該基端に嵌着した金属キャップ６に接続し、キャッ
プ６およびニッケル線７を介して図示しない電源に接続
してある。一方、リード線３ｂの後端は金属スリーブ４
を介して金属ボデー５に接続してある。このグロープラ
グは金属ボデー５に形成したネジ５１により図示しない
エンジン燃焼室壁に貫通固定される。
し、該基端に嵌着した金属キャップ６に接続し、キャッ
プ６およびニッケル線７を介して図示しない電源に接続
してある。一方、リード線３ｂの後端は金属スリーブ４
を介して金属ボデー５に接続してある。このグロープラ
グは金属ボデー５に形成したネジ５１により図示しない
エンジン燃焼室壁に貫通固定される。
発熱体１は導電性の二珪化モリブデン（MOSi2）と絶縁
性の窒化珪素の混合粉末の焼結体である。MoSi2は発熱
体１に耐酸化性を付与し、また低熱膨張係数のSi3Ｎ４
は耐熱衝撃性を付与する。
性の窒化珪素の混合粉末の焼結体である。MoSi2は発熱
体１に耐酸化性を付与し、また低熱膨張係数のSi3Ｎ４
は耐熱衝撃性を付与する。
リード線３ａ、３ｂを埋設した支持部材２は、窒化珪素
粒子とアルミナ粒子の混合粉末の焼結体よりなる窒化珪
素−アルミナ系複合セラミックスより構成されており、
発熱体１と支持部材２は一体焼結せしめてある。
粒子とアルミナ粒子の混合粉末の焼結体よりなる窒化珪
素−アルミナ系複合セラミックスより構成されており、
発熱体１と支持部材２は一体焼結せしめてある。
第８図はセラミックスヒータの製造方法を示すもので、
発熱体１を形成すべきセラミックシート１′と支持部材
２を形成すべきセラミックシート２′とを図示のように
組合せ、かつ積層し、リード線３ａ、３ｂをはさんで全
体を１６００℃、５００kg／cm2程度の条件でホットプ
レスすることによりセラミックヒータが製造される。
発熱体１を形成すべきセラミックシート１′と支持部材
２を形成すべきセラミックシート２′とを図示のように
組合せ、かつ積層し、リード線３ａ、３ｂをはさんで全
体を１６００℃、５００kg／cm2程度の条件でホットプ
レスすることによりセラミックヒータが製造される。
このようにして得られたセラミックヒータを用いた第７
図に示すグロープラグにおいて、電流はニッケル線７、
金属キャップ６、リード線３ａを通って発熱体１を流れ
て発熱させ、リード線３ｂ、金属スリーブ４、金属ボデ
ー５を通ってアースされる。
図に示すグロープラグにおいて、電流はニッケル線７、
金属キャップ６、リード線３ａを通って発熱体１を流れ
て発熱させ、リード線３ｂ、金属スリーブ４、金属ボデ
ー５を通ってアースされる。
次に、支持部材２として実験例２のNO.３、５、７と同
じ方法で作成した窒化珪素−アルミナ系複合セラミック
スを用いたセラミックヒータを作成し、このヒータを取
付けたグロープラグに関し耐久試験を行なった。なお発
熱体の組成は二珪化モリブデン７1.７重量％、窒化珪素
２8.３重量％で統一した。この発熱体の常温抵抗は0.１
８Ωである。
じ方法で作成した窒化珪素−アルミナ系複合セラミック
スを用いたセラミックヒータを作成し、このヒータを取
付けたグロープラグに関し耐久試験を行なった。なお発
熱体の組成は二珪化モリブデン７1.７重量％、窒化珪素
２8.３重量％で統一した。この発熱体の常温抵抗は0.１
８Ωである。
耐久試験は平衡温度が１３００℃となるように電圧を設
定し、この電圧で１分間通電加熱し、１分間無通電で冷
却するサイクルで断続通電し、支持部材に割れが生じて
破損するまでのサイクル数を調べた。実験例２のNO.３
に相当する支持体のグロープラグでは、全て（４本）が
3000サイクル未満で、発熱体近傍よりクラックが発生し
破損し、NO.５に相当する支持体のグロープラグでは４
本中３本が、３０００〜４０００サイクルで同様に破
損、１本が６０００〜７０００サイクルで同様に破損し
た。しかしながら、本発明のNO.７に相当する支持体の
グロープラグでは全て（４本）１0.０００サイクルでも
割れは認められなかった。
定し、この電圧で１分間通電加熱し、１分間無通電で冷
却するサイクルで断続通電し、支持部材に割れが生じて
破損するまでのサイクル数を調べた。実験例２のNO.３
に相当する支持体のグロープラグでは、全て（４本）が
3000サイクル未満で、発熱体近傍よりクラックが発生し
破損し、NO.５に相当する支持体のグロープラグでは４
本中３本が、３０００〜４０００サイクルで同様に破
損、１本が６０００〜７０００サイクルで同様に破損し
た。しかしながら、本発明のNO.７に相当する支持体の
グロープラグでは全て（４本）１0.０００サイクルでも
割れは認められなかった。
そこで熱膨張係数を調整するために窒化珪素とアルミナ
の混合物の焼結体よりなる支持部材が着目された。とこ
ろが、窒化珪素とアルミナが反応するとβ′−サイアロ
ンが生成される。β′−サイアロンは強度は窒化珪素に
近い強度を示すものの、熱膨張係数も窒化珪素と同様に
低い。
の混合物の焼結体よりなる支持部材が着目された。とこ
ろが、窒化珪素とアルミナが反応するとβ′−サイアロ
ンが生成される。β′−サイアロンは強度は窒化珪素に
近い強度を示すものの、熱膨張係数も窒化珪素と同様に
低い。
そこで、焼結体中に未反応のアルミナ結晶を残し、これ
により熱膨張係数を調整しようとして、混合物中のアル
ミナ配合量を次第に増加させるようになってきた。その
結果、強度に大きなバラツキが生じて低強度品が発生す
る問題が生じてきた。
により熱膨張係数を調整しようとして、混合物中のアル
ミナ配合量を次第に増加させるようになってきた。その
結果、強度に大きなバラツキが生じて低強度品が発生す
る問題が生じてきた。
しかして本発明によれば、上記発熱体を、これと同程度
の熱膨張係数を有し、耐熱性および安定した強度を有す
る支持部材にて支持せしめることができる。なお、グロ
ープラグ発熱体用の支持部材としては、アルミナの平均
粒径を窒化珪素の４倍程度ないしそれ以上とすることが
望ましい。
の熱膨張係数を有し、耐熱性および安定した強度を有す
る支持部材にて支持せしめることができる。なお、グロ
ープラグ発熱体用の支持部材としては、アルミナの平均
粒径を窒化珪素の４倍程度ないしそれ以上とすることが
望ましい。
セラミック・グロープラグの発熱体としては、耐酸化性
にすぐれ、比抵抗が小さく、かつ抵抗温度係数が大きい
ものが望まれる。これ等の要求をみたす発熱体としては
二珪化モリブデンと窒化珪素の混合物の焼結体が知られ
ている。その中でも特に好ましいのは上記のように二珪
化モリブデン７1.７％、窒化珪素２8.３％程度の混合比
のものである。この発熱体は室温から１０００℃の間の
熱膨張係数は4.４〜5.２×１０−６／℃程度である。
にすぐれ、比抵抗が小さく、かつ抵抗温度係数が大きい
ものが望まれる。これ等の要求をみたす発熱体としては
二珪化モリブデンと窒化珪素の混合物の焼結体が知られ
ている。その中でも特に好ましいのは上記のように二珪
化モリブデン７1.７％、窒化珪素２8.３％程度の混合比
のものである。この発熱体は室温から１０００℃の間の
熱膨張係数は4.４〜5.２×１０−６／℃程度である。
従ってセラミック・グロープラグにおいて発熱体を支持
する支持部材２は絶縁性とともに、発熱体と同程度の熱
膨張係数を持ち、エンジン内部での使用に耐える耐熱
性、強度を有するものでなければならない。
する支持部材２は絶縁性とともに、発熱体と同程度の熱
膨張係数を持ち、エンジン内部での使用に耐える耐熱
性、強度を有するものでなければならない。
この条件に近い特性のものとして窒化珪素の支持体が一
応考えられるが、窒化珪素は熱膨張係数が約3.０×１０
−６／℃（室温から１０００℃）と小さく、上記発熱体
との接合部で熱膨張係数差による破損が生じる。
応考えられるが、窒化珪素は熱膨張係数が約3.０×１０
−６／℃（室温から１０００℃）と小さく、上記発熱体
との接合部で熱膨張係数差による破損が生じる。
以上説明したように、本発明によれば強度すぐれるとと
もに特性にバラツキのない窒化珪素−アルミナ系セラミ
ックスで、熱膨張係数の種々異るセラミックスを得るこ
とができる。
もに特性にバラツキのない窒化珪素−アルミナ系セラミ
ックスで、熱膨張係数の種々異るセラミックスを得るこ
とができる。
しかして本発明のセラミックスは、エンジンなどの部
材、特に他の部材と接合して用いる場合に好適に使用さ
れ得る。
材、特に他の部材と接合して用いる場合に好適に使用さ
れ得る。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の窒化珪素−アルミナ系セラミックスの
原料粉末の成形時の混合状態を示す模式図、第２図は従
来の原料粉末の混合状態を示す模式図、第３図、第４
図、第５図、第６図はそれぞれ本発明に関する実験の結
果を示す図、第７図は本発明の窒化珪素−アルミナ系セ
ラミックスをヒータ支持部材として適用したセラミック
ヒータを備えたグロープラグの断面図、第８図は上記セ
ラミックヒータの製造方法を示す図である。 １……発熱体、２……ヒータ支持部材 ３ａ、３ｂ……リード線 ４……金属スリーブ ５……金属ボデー
原料粉末の成形時の混合状態を示す模式図、第２図は従
来の原料粉末の混合状態を示す模式図、第３図、第４
図、第５図、第６図はそれぞれ本発明に関する実験の結
果を示す図、第７図は本発明の窒化珪素−アルミナ系セ
ラミックスをヒータ支持部材として適用したセラミック
ヒータを備えたグロープラグの断面図、第８図は上記セ
ラミックヒータの製造方法を示す図である。 １……発熱体、２……ヒータ支持部材 ３ａ、３ｂ……リード線 ４……金属スリーブ ５……金属ボデー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布垣 尚哉 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 外山 哲男 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−137214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−50015（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】窒化珪素、α−アルミナおよびこれ等の反
応により生成されたβ′−サイアロンの結晶よりなり、
窒化珪素およびβ′−サイアロンの結晶がα−アルミナ
の結晶を囲包してアルミナの結晶の連結を阻止した結晶
相を有することを特徴とする窒化珪素−アルミナ系複合
セラミックス。 - 【請求項２】結晶相に占める窒化珪素およびβ′−サイ
アロンの結晶の総量が４５〜９０重量％、α−アルミナ
の結晶量が１０〜５５重量％である特許請求の範囲第１
項記載の窒化珪素−アルミナ系複合セラミックス。 - 【請求項３】アルミナ粉末２０〜７０重量％、残部実質
的に窒化珪素粉末よりなり、アルミナ粉末の平均粒径が
窒化珪素粉末の２倍ないしそれ以上で、かつアルミナの
平均粒径を１０μｍ程度ないしそれ以下とした混合粉末
を不活性ガス雰囲気中で焼成することを特徴とする窒化
珪素−アルミナ系複合セラミックスの製造方法。 - 【請求項４】上記窒化珪素粉末の平均粒径が２μｍない
しそれ以下である特許請求の範囲第３項記載の窒化珪素
−アルミナ系複合セラミックスの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61028461A JPH0617272B2 (ja) | 1986-02-12 | 1986-02-12 | 窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法 |
| US07/013,583 US4845061A (en) | 1986-02-12 | 1987-02-11 | Silicon nitride-alumina composite ceramics and producing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61028461A JPH0617272B2 (ja) | 1986-02-12 | 1986-02-12 | 窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62187174A JPS62187174A (ja) | 1987-08-15 |
| JPH0617272B2 true JPH0617272B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=12249303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61028461A Expired - Lifetime JPH0617272B2 (ja) | 1986-02-12 | 1986-02-12 | 窒化珪素−アルミナ系複合セラミツクスおよびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4845061A (ja) |
| JP (1) | JPH0617272B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998012153A1 (fr) * | 1996-09-19 | 1998-03-26 | Taiko Refractories Co., Ltd. | Composition refractaire servant a obtenir un produit compact a couler et procede de pulverisation humide |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07110779B2 (ja) * | 1987-11-09 | 1995-11-29 | 晧一 新原 | Ｓｉ▲下３▼Ｎ▲下４▼−Ａｌ▲下２▼Ｏ▲下３▼複合焼結体及びその製造法 |
| US5221647A (en) * | 1988-10-06 | 1993-06-22 | Benchmark Structural Ceramics Corporation | Sialon precursor composition |
| US5030600A (en) * | 1988-10-06 | 1991-07-09 | Benchmark Structural Ceramics Corp. | Novel sialon composition |
| US5047186A (en) * | 1989-12-28 | 1991-09-10 | Gte Laboratories Incorporated | Process for producing silicon nitride based articles of high fracture toughness and strength |
| JPH0437644A (ja) * | 1990-05-29 | 1992-02-07 | Chisso Corp | セラミック組成物及びその製造法 |
| JPH04160061A (ja) * | 1990-10-22 | 1992-06-03 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸窒化物セラミック焼結体およびスパークプラグ |
| US5358912A (en) * | 1991-08-08 | 1994-10-25 | Loral Vought Systems Corporation | BAS reinforced in-situ with silicon nitride |
| DE19860919C1 (de) * | 1998-12-04 | 2000-02-10 | Bosch Gmbh Robert | Keramisches Heizelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US20040222210A1 (en) * | 2003-05-08 | 2004-11-11 | Hongy Lin | Multi-zone ceramic heating system and method of manufacture thereof |
| CN104396342B (zh) * | 2012-06-29 | 2016-02-24 | 京瓷株式会社 | 加热器及具备该加热器的电热塞 |
| CN114057494B (zh) * | 2021-11-29 | 2024-01-23 | 成都美奢锐新材料有限公司 | 一种雪茄剪专用陶瓷材料及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS531763B2 (ja) * | 1971-12-21 | 1978-01-21 | ||
| US3953221A (en) * | 1975-04-22 | 1976-04-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fully dense ceramic article and process employing magnesium oxide as a sintering aid |
| JPS53137214A (en) * | 1977-05-06 | 1978-11-30 | Kawasaki Steel Co | High corrosion resistance and thermal shock resistance refractories and manufacture of same |
| JPS5450015A (en) * | 1977-09-28 | 1979-04-19 | Toshiba Ceramics Co | Method of making refractory using betaasialon as binding matrix |
| JPS55121956A (en) * | 1979-03-13 | 1980-09-19 | Ishikawajima Harima Heavy Ind | Manufacture of siialloon solid solution sintered body by mud casting method |
| JPS55126989A (en) * | 1979-03-24 | 1980-10-01 | Kyoto Ceramic | Ceramic heater |
| US4486651A (en) * | 1982-01-27 | 1984-12-04 | Nippon Soken, Inc. | Ceramic heater |
| US4475029A (en) * | 1982-03-02 | 1984-10-02 | Nippondenso Co., Ltd. | Ceramic heater |
| US4499366A (en) * | 1982-11-25 | 1985-02-12 | Nippondenso Co., Ltd. | Ceramic heater device |
| JPS59153027A (ja) * | 1983-02-18 | 1984-08-31 | Nippon Soken Inc | グロ−プラグ |
| JPS6060983A (ja) * | 1983-09-08 | 1985-04-08 | 株式会社デンソー | セラミックヒ−タ及びその製造方法 |
| US4556780A (en) * | 1983-10-17 | 1985-12-03 | Nippondenso Co., Ltd. | Ceramic heater |
| JPS60216484A (ja) * | 1984-04-09 | 1985-10-29 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツクヒ−タ |
| JPS60254586A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-16 | 株式会社デンソー | セラミツクヒ−タ |
| JPH0782905B2 (ja) * | 1985-02-28 | 1995-09-06 | 日本電装株式会社 | セラミックヒータおよびセラミックヒータ用発熱体の製造方法 |
| EP0488060A3 (en) * | 1990-11-27 | 1993-01-27 | Hoechst Aktiengesellschaft | Plasticizer and injection mouldable composition containing metallic and ceramic powder |
-
1986
- 1986-02-12 JP JP61028461A patent/JPH0617272B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-02-11 US US07/013,583 patent/US4845061A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998012153A1 (fr) * | 1996-09-19 | 1998-03-26 | Taiko Refractories Co., Ltd. | Composition refractaire servant a obtenir un produit compact a couler et procede de pulverisation humide |
| CN1077558C (zh) * | 1996-09-19 | 2002-01-09 | 大光炉材株式会社 | 用于生产致密浇注耐火材料的可浇注耐火材料组合物及其湿式喷射法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4845061A (en) | 1989-07-04 |
| JPS62187174A (ja) | 1987-08-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |