JPH08276537A - 積層形低熱伝導材料 - Google Patents
積層形低熱伝導材料Info
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- JPH08276537A JPH08276537A JP7099484A JP9948495A JPH08276537A JP H08276537 A JPH08276537 A JP H08276537A JP 7099484 A JP7099484 A JP 7099484A JP 9948495 A JP9948495 A JP 9948495A JP H08276537 A JPH08276537 A JP H08276537A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、結晶構造において異なる層を積層
して高強度にし、異層界面でのフォノン散乱を生じさせ
熱伝導率を低減した積層形低熱伝導材料を提供すること
である。 【構成】 この積層形低熱伝導材料は、結晶構造、成分
及び固溶体において、量及び／又は種類が異なる隣合う
２つの層５，６が、１ｍｍ当たり６層以上に交互に積層
されると共に、隣合う層５，６におけるα−Ｓｉ3 Ｎ4
とβ−Ｓｉ3 Ｎ4との量が異なっており、層５，６が気
孔を１０％以上含んでいる。
して高強度にし、異層界面でのフォノン散乱を生じさせ
熱伝導率を低減した積層形低熱伝導材料を提供すること
である。 【構成】 この積層形低熱伝導材料は、結晶構造、成分
及び固溶体において、量及び／又は種類が異なる隣合う
２つの層５，６が、１ｍｍ当たり６層以上に交互に積層
されると共に、隣合う層５，６におけるα−Ｓｉ3 Ｎ4
とβ−Ｓｉ3 Ｎ4との量が異なっており、層５，６が気
孔を１０％以上含んでいる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、シリンダヘッドガス
ケット、燃焼室外側に配置されるガスケット、高温ガス
通路外側に配置されるガスケット等の遮熱ガスケットに
適用できる積層形低熱伝導材料に関する。
ケット、燃焼室外側に配置されるガスケット、高温ガス
通路外側に配置されるガスケット等の遮熱ガスケットに
適用できる積層形低熱伝導材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、積層形の多層セラミックスが知ら
れている。このような多層セラミックスとして、例え
ば、特開平１−２１８８２８号公報に開示されているも
のがある。該公報に開示された多層セラミックスは、破
壊靱性、強度の向上を狙いとして粒子径の異なる２種類
のＡｌ2 Ｏ3 原料を用いて密度の異なる層を交互に重ね
た材料を作製したものである。該多層セラミックスは、
平均粒径が小なる焼結性無機粉体を焼結してなる緻密層
と、平均粒径が前記緻密層に用いた焼結性無機粉体より
大なる焼結性無機粉体を焼結してなるポーラス層を、交
互に積層した状態で焼結一体化したものである。該多層
セラミックスは、スリップキャスティング法により１０
〜２０層もの多層を得ることができ、無機粉体の粒径を
層ごとに異ならせることにより、緻密層のクラック伝播
をポーラス層で緩和させることにより曲げ強度及び脆性
に改善がみられ、軽量で割れ難いセラミックス製品を得
ることができる。
れている。このような多層セラミックスとして、例え
ば、特開平１−２１８８２８号公報に開示されているも
のがある。該公報に開示された多層セラミックスは、破
壊靱性、強度の向上を狙いとして粒子径の異なる２種類
のＡｌ2 Ｏ3 原料を用いて密度の異なる層を交互に重ね
た材料を作製したものである。該多層セラミックスは、
平均粒径が小なる焼結性無機粉体を焼結してなる緻密層
と、平均粒径が前記緻密層に用いた焼結性無機粉体より
大なる焼結性無機粉体を焼結してなるポーラス層を、交
互に積層した状態で焼結一体化したものである。該多層
セラミックスは、スリップキャスティング法により１０
〜２０層もの多層を得ることができ、無機粉体の粒径を
層ごとに異ならせることにより、緻密層のクラック伝播
をポーラス層で緩和させることにより曲げ強度及び脆性
に改善がみられ、軽量で割れ難いセラミックス製品を得
ることができる。
【０００３】また、特開昭５５−７４２８号公報には、
多層式断熱材が開示されている。該多層式断熱材は、気
体／空気不透過性を有する箔層と気体／空気含有性を有
する断熱構成層を重ね合わせたものである。
多層式断熱材が開示されている。該多層式断熱材は、気
体／空気不透過性を有する箔層と気体／空気含有性を有
する断熱構成層を重ね合わせたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような多層セラミックスは、界面に異相が存在しないた
め、フォノン散乱が起き難く、熱伝導率が低くないもの
であり、４点曲げ強度が低いものであり、例えば、ガス
ケットに適用して好ましいとは言えなかった。
ような多層セラミックスは、界面に異相が存在しないた
め、フォノン散乱が起き難く、熱伝導率が低くないもの
であり、４点曲げ強度が低いものであり、例えば、ガス
ケットに適用して好ましいとは言えなかった。
【０００５】また、一般に、破壊靱性値ＫI C の低いセ
ラミックスにおいて、破壊靱性値ＫI C を高める方法と
して、粒成長させること、あるいは短繊維、長繊維を複
合化させること等が知られている。これらは、いずれも
クラックの偏向により亀裂進展に必要なエネルギー量を
高めることによって破壊靱性値ＫI C を高めようとして
いる。
ラミックスにおいて、破壊靱性値ＫI C を高める方法と
して、粒成長させること、あるいは短繊維、長繊維を複
合化させること等が知られている。これらは、いずれも
クラックの偏向により亀裂進展に必要なエネルギー量を
高めることによって破壊靱性値ＫI C を高めようとして
いる。
【０００６】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、結晶構造において異なる層を積層化し、異
層界面でのフォノン散乱を生じさせ、一体化を反応焼結
で行い、積層の構造として、α−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層と
β−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層とを順次に積層化し、又は固溶
体のある層と固溶体の無い層とを順次に積層化し、或い
はセラミック短繊維、ウィスカーを亀裂進展方向に対し
て垂直に優先配向させ、破壊靱性値を高くし、熱伝導率
を低減し、４点曲げ強度をアップし、例えば、遮熱ガス
ケットに適用できる積層形低熱伝導材料を提供すること
である。
ことであり、結晶構造において異なる層を積層化し、異
層界面でのフォノン散乱を生じさせ、一体化を反応焼結
で行い、積層の構造として、α−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層と
β−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層とを順次に積層化し、又は固溶
体のある層と固溶体の無い層とを順次に積層化し、或い
はセラミック短繊維、ウィスカーを亀裂進展方向に対し
て垂直に優先配向させ、破壊靱性値を高くし、熱伝導率
を低減し、４点曲げ強度をアップし、例えば、遮熱ガス
ケットに適用できる積層形低熱伝導材料を提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、結晶構造、成分及び固溶体において、量及
び／又は種類が異なる隣合う２つの層が、交互に積層さ
れると共にＳｉ、Ｎを主成分とし、それらの前記層が一
体焼成されていることを特徴とする積層形低熱伝導材料
に関する。この積層形低熱伝導材料は、シリンダヘッド
ガスケット、燃焼室外側に配置されるガスケット、高温
ガス通路外側に配置されるガスケットに使用できる。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、結晶構造、成分及び固溶体において、量及
び／又は種類が異なる隣合う２つの層が、交互に積層さ
れると共にＳｉ、Ｎを主成分とし、それらの前記層が一
体焼成されていることを特徴とする積層形低熱伝導材料
に関する。この積層形低熱伝導材料は、シリンダヘッド
ガスケット、燃焼室外側に配置されるガスケット、高温
ガス通路外側に配置されるガスケットに使用できる。
【０００８】また、この積層形低熱伝導材料において、
前記層が気孔を１０％以上含んでいるものである。ま
た、積層された前記層の数が１ｍｍ当たり６層以上で構
成されているものである。
前記層が気孔を１０％以上含んでいるものである。ま
た、積層された前記層の数が１ｍｍ当たり６層以上で構
成されているものである。
【０００９】また、この積層形低熱伝導材料において、
前記層にセラミック短繊維が含まれ、前記セラミック短
繊維の方向が積層面に対して平行方向に優先配向してい
るものである。又は、前記層はα−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とを含み、隣合う前記層のα−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ
−Ｓｉ3 Ｎ4 との量が異なっているものである。或い
は、隣合う前記層の一方の前記層に固溶体が生成してい
る。
前記層にセラミック短繊維が含まれ、前記セラミック短
繊維の方向が積層面に対して平行方向に優先配向してい
るものである。又は、前記層はα−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とを含み、隣合う前記層のα−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ
−Ｓｉ3 Ｎ4 との量が異なっているものである。或い
は、隣合う前記層の一方の前記層に固溶体が生成してい
る。
【００１０】また、この積層形低熱伝導材料において、
前記固溶体がＳｉ3 Ａｌ3 Ｏ5 Ｎ3である。また、隣合
う前記層の一方の前記層にＳｉ，Ｔｉ，Ｏ，Ｎが含まれ
ている。或いは、隣合う前記層の一方の前記層にＡｌ6
Ｓｉ2 Ｏ1 3 が含まれている。
前記固溶体がＳｉ3 Ａｌ3 Ｏ5 Ｎ3である。また、隣合
う前記層の一方の前記層にＳｉ，Ｔｉ，Ｏ，Ｎが含まれ
ている。或いは、隣合う前記層の一方の前記層にＡｌ6
Ｓｉ2 Ｏ1 3 が含まれている。
【００１１】
【作用】この発明による積層形低熱伝導材料は、上記の
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
の積層形低熱伝導材料は、結晶構造、成分及び固溶体に
おいて、量及び／又は種類が異なる隣合う２つの層が、
交互に積層されると共にＳｉ、Ｎを主成分とし、それら
の前記層が一体焼成されているので、異層界面でのフォ
ノン散乱を生じさせて熱伝導率を低減でき、また、破壊
靱性値が高く成り、強度が向上させることができる。
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
の積層形低熱伝導材料は、結晶構造、成分及び固溶体に
おいて、量及び／又は種類が異なる隣合う２つの層が、
交互に積層されると共にＳｉ、Ｎを主成分とし、それら
の前記層が一体焼成されているので、異層界面でのフォ
ノン散乱を生じさせて熱伝導率を低減でき、また、破壊
靱性値が高く成り、強度が向上させることができる。
【００１２】ここでいう靱性は破壊靱性値ＫI C の測定
によるものであり、該破壊靱性値ＫI C とは、臨界応力
拡大係数であり、セラミックスの機械的機能を評価する
材料定数である。セラミックスの破壊強度は、グリフィ
スによれば材料内に潜在する亀裂の大きさに依存する。
セラミックスにおける亀裂が成長して破壊に至る引張強
度σf は、次式で表される。σf ＝ＫI C ／（πｃ）
1 / 2 、ここで、ＫI Cが破壊靱性値であり、応力拡大
係数の臨界値であり、ｃは表面亀裂の長さ又は内部の円
形亀裂の半径である。
によるものであり、該破壊靱性値ＫI C とは、臨界応力
拡大係数であり、セラミックスの機械的機能を評価する
材料定数である。セラミックスの破壊強度は、グリフィ
スによれば材料内に潜在する亀裂の大きさに依存する。
セラミックスにおける亀裂が成長して破壊に至る引張強
度σf は、次式で表される。σf ＝ＫI C ／（πｃ）
1 / 2 、ここで、ＫI Cが破壊靱性値であり、応力拡大
係数の臨界値であり、ｃは表面亀裂の長さ又は内部の円
形亀裂の半径である。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による積層
形低熱伝導材料の実施例を説明する。この積層形低熱伝
導材料は、結晶構造、成分及び固溶体において、量及び
／又は種類が異なる隣合う２つの層が、交互に積層され
ると共にＳｉ、Ｎを主成分とし、それらの層が一体焼成
されている。この積層形低熱伝導材料は、シリンダヘッ
ドガスケット、燃焼室外側に配置されるガスケット、高
温ガス通路外側に配置されるガスケットに使用できる。
この積層形低熱伝導材料は、結晶構造において異なる層
を積層化し、異層界面でのフォノン散乱を生じさせ、一
体化を反応焼結で行い、積層の構造として、α−Ｓｉ3
Ｎ4 リッチ層とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層とを順次に積層
化し、又は、固溶体のある層と固溶体の無い層とを積層
化し、或いはセラミック短繊維即ちウィスカーが亀裂進
展方向に対して垂直に優先配向しているものである。従
って、この積層形低熱伝導材料は、破壊靱性値が高くな
り、熱伝導率が低減し、４点曲げ強度がアップし、遮熱
性が要求される遮熱ガスケットに適用できる。
形低熱伝導材料の実施例を説明する。この積層形低熱伝
導材料は、結晶構造、成分及び固溶体において、量及び
／又は種類が異なる隣合う２つの層が、交互に積層され
ると共にＳｉ、Ｎを主成分とし、それらの層が一体焼成
されている。この積層形低熱伝導材料は、シリンダヘッ
ドガスケット、燃焼室外側に配置されるガスケット、高
温ガス通路外側に配置されるガスケットに使用できる。
この積層形低熱伝導材料は、結晶構造において異なる層
を積層化し、異層界面でのフォノン散乱を生じさせ、一
体化を反応焼結で行い、積層の構造として、α−Ｓｉ3
Ｎ4 リッチ層とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層とを順次に積層
化し、又は、固溶体のある層と固溶体の無い層とを積層
化し、或いはセラミック短繊維即ちウィスカーが亀裂進
展方向に対して垂直に優先配向しているものである。従
って、この積層形低熱伝導材料は、破壊靱性値が高くな
り、熱伝導率が低減し、４点曲げ強度がアップし、遮熱
性が要求される遮熱ガスケットに適用できる。
【００１４】また、この積層形低熱伝導材料では、各層
が気孔を１０％以上含んでいる。この積層形低熱伝導材
料は、積層された層の数が１ｍｍ当たり６層以上の多層
で構成されているものである。積層された各層にセラミ
ック短繊維が含まれる場合には、Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維、ウ
ィスカー等のセラミック短繊維は、その方向が積層面に
対して平行方向に優先配向しているものである。又は、
この積層形低熱伝導材料では、各層はα−Ｓｉ3 Ｎ4 と
β−Ｓｉ3 Ｎ4 とを含み、しかも、隣合う各層のα−Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 との量が異なっている。或い
は、隣合う各層の一方の層には固溶体が形成されている
が、他方の層には固溶体を形成していないものである。
が気孔を１０％以上含んでいる。この積層形低熱伝導材
料は、積層された層の数が１ｍｍ当たり６層以上の多層
で構成されているものである。積層された各層にセラミ
ック短繊維が含まれる場合には、Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維、ウ
ィスカー等のセラミック短繊維は、その方向が積層面に
対して平行方向に優先配向しているものである。又は、
この積層形低熱伝導材料では、各層はα−Ｓｉ3 Ｎ4 と
β−Ｓｉ3 Ｎ4 とを含み、しかも、隣合う各層のα−Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 との量が異なっている。或い
は、隣合う各層の一方の層には固溶体が形成されている
が、他方の層には固溶体を形成していないものである。
【００１５】次に、図面を参照して、この発明による積
層形低熱伝導材料の実施例について説明する。まず、こ
の発明による積層形低熱伝導材料の一実施例を実施例１
として説明する。 〔実施例１〕この積層形低熱伝導材料は、図１に示すよ
うに、α−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓｉ3Ｎ4 との各量が異な
る反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 （ＲＢＳＮ）が順次に積層された
構造を有している。この構造の積層形低熱伝導材料は、
次のような工程を経ることによって作製した。Ｓｉ粉末
に３％のＺｎＯを添加し、これにＰＶＢ（ポリビニルブ
チラール）から成るバインダーを加えてスラリーＳを作
製した。次いで、該スラリーＳをドクターブレード法に
よって厚さ約１００μｍの膜状に成形してスラリーフィ
ルム即ち膜５を作製した。
層形低熱伝導材料の実施例について説明する。まず、こ
の発明による積層形低熱伝導材料の一実施例を実施例１
として説明する。 〔実施例１〕この積層形低熱伝導材料は、図１に示すよ
うに、α−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓｉ3Ｎ4 との各量が異な
る反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 （ＲＢＳＮ）が順次に積層された
構造を有している。この構造の積層形低熱伝導材料は、
次のような工程を経ることによって作製した。Ｓｉ粉末
に３％のＺｎＯを添加し、これにＰＶＢ（ポリビニルブ
チラール）から成るバインダーを加えてスラリーＳを作
製した。次いで、該スラリーＳをドクターブレード法に
よって厚さ約１００μｍの膜状に成形してスラリーフィ
ルム即ち膜５を作製した。
【００１６】ドクターブレード法は、図６に示すよう
に、セラミックスのグリーンフィルムを作製する一方法
であり、キャリヤシート２上に設けたスラリータンク３
からキャリヤシート２上にスラリーＳを膜状に流し、グ
リーンフィルム即ちスラリーフィルムを作製する。フィ
ルム即ち膜５の厚みは、キャリヤシート２とドクターブ
レード１との間の隙間４で制御することによって達成で
きる。スラリーフィルムを乾燥させた後に、キャリヤシ
ート２から膜５を剥離し、所定の厚さ（例えば、５０μ
ｍ以下）のα−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチの相から成る膜５を連
続的に作製した。一方、Ｓｉ粉末とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末
とを４：６の配合比、即ち、Ｓｉ粉末を４０ｗｔ％とβ
−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末を６０ｗｔ％から成る混合粉末を作製
し、該混合粉末を用いて上記と同様に、ドクターブレー
ド法によって所定の厚さ（５０μｍ以下）のβ−Ｓｉ3
Ｎ4 リッチの相から成るスラリーフィルム即ち膜６を作
製した。次いで、図１に示すように、膜５と膜６とを交
互に積層して１５層の多層の積層成形体を作製した。そ
こで、上記積層成形体を２トン／ｃｍ2 の圧力をかけて
積層体を作製した。上記積層体を脱脂した後に、脱脂し
た積層体を０．９ＭＰａの窒素雰囲気中で反応焼結して
反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 の焼結体を作製した。
に、セラミックスのグリーンフィルムを作製する一方法
であり、キャリヤシート２上に設けたスラリータンク３
からキャリヤシート２上にスラリーＳを膜状に流し、グ
リーンフィルム即ちスラリーフィルムを作製する。フィ
ルム即ち膜５の厚みは、キャリヤシート２とドクターブ
レード１との間の隙間４で制御することによって達成で
きる。スラリーフィルムを乾燥させた後に、キャリヤシ
ート２から膜５を剥離し、所定の厚さ（例えば、５０μ
ｍ以下）のα−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチの相から成る膜５を連
続的に作製した。一方、Ｓｉ粉末とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末
とを４：６の配合比、即ち、Ｓｉ粉末を４０ｗｔ％とβ
−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末を６０ｗｔ％から成る混合粉末を作製
し、該混合粉末を用いて上記と同様に、ドクターブレー
ド法によって所定の厚さ（５０μｍ以下）のβ−Ｓｉ3
Ｎ4 リッチの相から成るスラリーフィルム即ち膜６を作
製した。次いで、図１に示すように、膜５と膜６とを交
互に積層して１５層の多層の積層成形体を作製した。そ
こで、上記積層成形体を２トン／ｃｍ2 の圧力をかけて
積層体を作製した。上記積層体を脱脂した後に、脱脂し
た積層体を０．９ＭＰａの窒素雰囲気中で反応焼結して
反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 の焼結体を作製した。
【００１７】上記反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 について、各層
（膜５，６）についてＸ線回折法（ＸＲＤ法）によって
観察した結果、各層（膜５，６）におけるα−Ｓｉ3 Ｎ
4 とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 との量が異なっていることが確認で
きた。更に、これらの反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 について、破
壊靱性値ＫI C 、熱伝導率及び４点曲げ強度を測定し、
その結果を表１に示す。表１では、破壊靱性値ＫI C の
単位はＭＰａ・ｍ1 / 2であり、熱伝導率の単位はＷ／
ｍ・Ｋであり、また４点曲げ強度の単位はＭＰａであ
る。
（膜５，６）についてＸ線回折法（ＸＲＤ法）によって
観察した結果、各層（膜５，６）におけるα−Ｓｉ3 Ｎ
4 とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 との量が異なっていることが確認で
きた。更に、これらの反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 について、破
壊靱性値ＫI C 、熱伝導率及び４点曲げ強度を測定し、
その結果を表１に示す。表１では、破壊靱性値ＫI C の
単位はＭＰａ・ｍ1 / 2であり、熱伝導率の単位はＷ／
ｍ・Ｋであり、また４点曲げ強度の単位はＭＰａであ
る。
【表１】
【００１８】次に、この発明による積層形低熱伝導材料
の別の実施例を実施例２として説明する。 〔実施例２〕この積層形低熱伝導材料は、Ｓｉ，Ｔｉか
ら成る混合粉末を用いて膜７を作製すると共に、Ｓｉ，
Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 （ムライト），粗大β−Ｓｉ3 Ｎ4
を用いて膜８を作製した。即ち、膜７は、α−Ｓｉ3 Ｎ
4 ，β−Ｓｉ3 Ｎ4 及びＴｉＯ2 から作製し、また、膜
８は、Ｓｉ3 Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ5 ，Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 及び
Ｓｉ3 Ｎ4 から作製した。次いで、図２に示すように、
膜７と膜８とを交互に積層して１５層の多層に形成し、
積層成形体を作製した。そこで、上記積層成形体を、実
施例１と同様にして焼結体を作製した。膜７はＴｉとし
てＴｉＯ2 を添加した焼結体であって固溶体を形成しな
かったが、膜８はＡｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 を添加した焼結体
であってＳｉ3 Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ5 型の固溶体を形成してい
ることが確認された。上記焼結体について、実施例１と
同様に、破壊靱性値ＫI C 、熱伝導率及び４点曲げ強度
を測定し、その結果を表１に示す。
の別の実施例を実施例２として説明する。 〔実施例２〕この積層形低熱伝導材料は、Ｓｉ，Ｔｉか
ら成る混合粉末を用いて膜７を作製すると共に、Ｓｉ，
Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 （ムライト），粗大β−Ｓｉ3 Ｎ4
を用いて膜８を作製した。即ち、膜７は、α−Ｓｉ3 Ｎ
4 ，β−Ｓｉ3 Ｎ4 及びＴｉＯ2 から作製し、また、膜
８は、Ｓｉ3 Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ5 ，Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 及び
Ｓｉ3 Ｎ4 から作製した。次いで、図２に示すように、
膜７と膜８とを交互に積層して１５層の多層に形成し、
積層成形体を作製した。そこで、上記積層成形体を、実
施例１と同様にして焼結体を作製した。膜７はＴｉとし
てＴｉＯ2 を添加した焼結体であって固溶体を形成しな
かったが、膜８はＡｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 を添加した焼結体
であってＳｉ3 Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ5 型の固溶体を形成してい
ることが確認された。上記焼結体について、実施例１と
同様に、破壊靱性値ＫI C 、熱伝導率及び４点曲げ強度
を測定し、その結果を表１に示す。
【００１９】次に、この発明による積層形低熱伝導材料
の更に別の実施例を実施例３として説明する。 〔実施例３〕この積層形低熱伝導材料は、実施例２で膜
７と膜８とを作製した原料を用いて、各原料に１５％の
Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維９を配合し、上記各実施例と同様にし
て、膜１０，１１を作製した。即ち、膜１０は、α−Ｓ
ｉ3 Ｎ4 ，β−Ｓｉ3 Ｎ4 及びＴｉＯ2 にＳｉ3 Ｎ4 短
繊維９を配合し、また、膜１１は、Ｓｉ3 Ａｌ3 Ｏ3Ｎ
5 ，Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 及びＳｉ3 Ｎ4 にＳｉ3 Ｎ4 短
繊維９を配合して各スラリーＳを作製した。各原料にＳ
ｉ3 Ｎ4 短繊維９を配合したスラリーＳをドクターブレ
ード法によってスラリーフィルム即ち膜１０，１１を作
製する場合に、図６に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維９
は押し出される方向に沿うように優先配向するようにな
った。即ち、各膜１０，１１は、Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維が含
まれ、Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維の方向が積層面に対して平行方
向に優先配向しているものであった。次いで、図３に示
すように、膜１０と膜１１とを交互に積層して１５層の
多層に構成し、積層成形体を作製した。そこで、上記積
層成形体を実施例１と同様にして積層焼結体を作製し
た。該積層焼結体について、実施例１と同様に、破壊靱
性値ＫI C 、熱伝導率及び４点曲げ強度を測定し、その
結果を表１に示す。この焼結体では、表面に亀裂が生じ
た場合には、繊維に垂直に亀裂が進展するために、破壊
エネルギーが増大し、垂直方向の破壊靱性値が向上する
ものと考えられる。
の更に別の実施例を実施例３として説明する。 〔実施例３〕この積層形低熱伝導材料は、実施例２で膜
７と膜８とを作製した原料を用いて、各原料に１５％の
Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維９を配合し、上記各実施例と同様にし
て、膜１０，１１を作製した。即ち、膜１０は、α−Ｓ
ｉ3 Ｎ4 ，β−Ｓｉ3 Ｎ4 及びＴｉＯ2 にＳｉ3 Ｎ4 短
繊維９を配合し、また、膜１１は、Ｓｉ3 Ａｌ3 Ｏ3Ｎ
5 ，Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 及びＳｉ3 Ｎ4 にＳｉ3 Ｎ4 短
繊維９を配合して各スラリーＳを作製した。各原料にＳ
ｉ3 Ｎ4 短繊維９を配合したスラリーＳをドクターブレ
ード法によってスラリーフィルム即ち膜１０，１１を作
製する場合に、図６に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維９
は押し出される方向に沿うように優先配向するようにな
った。即ち、各膜１０，１１は、Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維が含
まれ、Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維の方向が積層面に対して平行方
向に優先配向しているものであった。次いで、図３に示
すように、膜１０と膜１１とを交互に積層して１５層の
多層に構成し、積層成形体を作製した。そこで、上記積
層成形体を実施例１と同様にして積層焼結体を作製し
た。該積層焼結体について、実施例１と同様に、破壊靱
性値ＫI C 、熱伝導率及び４点曲げ強度を測定し、その
結果を表１に示す。この焼結体では、表面に亀裂が生じ
た場合には、繊維に垂直に亀裂が進展するために、破壊
エネルギーが増大し、垂直方向の破壊靱性値が向上する
ものと考えられる。
【００２０】次に、この発明による積層形低熱伝導材料
の他の実施例を実施例４として説明する。 〔実施例４〕この積層形低熱伝導材料は、Ｓｉ粉末のみ
で成る層即ち膜１２とＡｌ6 Ｓｉ2Ｏ1 3 とＳｉから成
る層即ち膜１３を作製し、膜１２と膜１３とを順次積層
して多層に形成して積層成形体を作製し、上記実施例と
同様にして反応焼結法によって焼結体を作製した。膜１
２はα−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 とのＳｉ粉末のみ
から作製した。また、膜１３はＳｉ3 Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ5 ，
Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 及びＳｉ3 Ｎ4 から作製した。上記
焼結体について、実施例１と同様に、破壊靱性値
ＫI C 、熱伝導率及び４点曲げ強度を測定し、その結果
を表１に示す。
の他の実施例を実施例４として説明する。 〔実施例４〕この積層形低熱伝導材料は、Ｓｉ粉末のみ
で成る層即ち膜１２とＡｌ6 Ｓｉ2Ｏ1 3 とＳｉから成
る層即ち膜１３を作製し、膜１２と膜１３とを順次積層
して多層に形成して積層成形体を作製し、上記実施例と
同様にして反応焼結法によって焼結体を作製した。膜１
２はα−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 とのＳｉ粉末のみ
から作製した。また、膜１３はＳｉ3 Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ5 ，
Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 及びＳｉ3 Ｎ4 から作製した。上記
焼結体について、実施例１と同様に、破壊靱性値
ＫI C 、熱伝導率及び４点曲げ強度を測定し、その結果
を表１に示す。
【００２１】また、この発明による積層形低熱伝導材料
を従来のものと比較するため、比較例として、実施例２
で膜８を作製した原料と同じ原料、即ち、Ｓｉ3 Ａｌ3
Ｏ3Ｎ5 ，Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 及びＳｉ3 Ｎ4 から作製
した膜１３のみを順次積層して多層に形成して積層成形
体を作製した。上記積層成形体を上記と同様に焼成して
焼結体を作製した。該比較例について、実施例１と同様
に、破壊靱性値ＫI C、熱伝導率及び４点曲げ強度を測
定し、その結果を表１に示す。
を従来のものと比較するため、比較例として、実施例２
で膜８を作製した原料と同じ原料、即ち、Ｓｉ3 Ａｌ3
Ｏ3Ｎ5 ，Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ1 3 及びＳｉ3 Ｎ4 から作製
した膜１３のみを順次積層して多層に形成して積層成形
体を作製した。上記積層成形体を上記と同様に焼成して
焼結体を作製した。該比較例について、実施例１と同様
に、破壊靱性値ＫI C、熱伝導率及び４点曲げ強度を測
定し、その結果を表１に示す。
【００２２】表１から分かるように、各実施例及び比較
例については、異なる相を積層した場合に、同一相
（層）を積層したものに比較して、垂直方向の強度、破
壊靱性値及び熱伝導率のいずれの特性も向上しているこ
とが分かる。この理由としては、異層の各界面におい
て、図７に示すように、フォノン散乱がそれぞれ生じ、
熱伝導率が小さくなると共に、各層の境界でも亀裂の偏
向が生じるため、破壊靱性値と４点曲げ強度が共に向上
するものと考えられる。
例については、異なる相を積層した場合に、同一相
（層）を積層したものに比較して、垂直方向の強度、破
壊靱性値及び熱伝導率のいずれの特性も向上しているこ
とが分かる。この理由としては、異層の各界面におい
て、図７に示すように、フォノン散乱がそれぞれ生じ、
熱伝導率が小さくなると共に、各層の境界でも亀裂の偏
向が生じるため、破壊靱性値と４点曲げ強度が共に向上
するものと考えられる。
【００２３】更に、実施例２の材料について、各膜７，
８の厚さを変えて積層材料を作製し、これらの積層材料
の焼結体を多数作製した。そこで、これらの焼結体の熱
伝導率をそれぞれ測定した。これらの焼結体の熱伝導率
の結果を図５に示す。図５から分かるように、積層成形
体の焼成によって得られた焼結体については、熱伝導率
は１ｍｍ当たりに含まれる層数に反比例して小さくな
り、熱伝導率を３Ｗ／ｍ・Ｋ以下にするにためには、１
ｍｍ当たり６層以上の多層に構成すれば良いことが分か
った。即ち、異なる膜を順次６層以上の多層に積層した
積層成形体の焼結体は、積層形低熱伝導材料として利用
でき、遮熱ガスケットの材料として有効なことが分かっ
た。
８の厚さを変えて積層材料を作製し、これらの積層材料
の焼結体を多数作製した。そこで、これらの焼結体の熱
伝導率をそれぞれ測定した。これらの焼結体の熱伝導率
の結果を図５に示す。図５から分かるように、積層成形
体の焼成によって得られた焼結体については、熱伝導率
は１ｍｍ当たりに含まれる層数に反比例して小さくな
り、熱伝導率を３Ｗ／ｍ・Ｋ以下にするにためには、１
ｍｍ当たり６層以上の多層に構成すれば良いことが分か
った。即ち、異なる膜を順次６層以上の多層に積層した
積層成形体の焼結体は、積層形低熱伝導材料として利用
でき、遮熱ガスケットの材料として有効なことが分かっ
た。
【００２４】
【発明の効果】この発明による積層形低熱伝導材料は、
上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。即ち、この積層形低熱伝導材料は、異なる層を順次
に積層した結晶構造に構成し、異層の界面でフォノン散
乱を生じさせて熱伝導率を低減し、各層の一体化を反応
焼結で行って４点曲げ強度を向上させ、積層の構造とし
て、α−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層
とを順次に積層化したり、又は固溶体のある層と固溶体
の無い層とを順次に積層化したり、或いはセラミック短
繊維、ウィスカーを亀裂進展方向に対して垂直に優先配
向させて作製され、それによって、積層形低熱伝導材料
の破壊靱性値を高くし、４点曲げ強度をアップでき、例
えば、シリンダヘッドガスケット、燃焼室外側に配置さ
れるガスケット、高温ガス通路外側に配置されるガスケ
ット等の遮熱ガスケットに適用できる有効な材料を提供
できる。
上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。即ち、この積層形低熱伝導材料は、異なる層を順次
に積層した結晶構造に構成し、異層の界面でフォノン散
乱を生じさせて熱伝導率を低減し、各層の一体化を反応
焼結で行って４点曲げ強度を向上させ、積層の構造とし
て、α−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層とβ−Ｓｉ3 Ｎ4 リッチ層
とを順次に積層化したり、又は固溶体のある層と固溶体
の無い層とを順次に積層化したり、或いはセラミック短
繊維、ウィスカーを亀裂進展方向に対して垂直に優先配
向させて作製され、それによって、積層形低熱伝導材料
の破壊靱性値を高くし、４点曲げ強度をアップでき、例
えば、シリンダヘッドガスケット、燃焼室外側に配置さ
れるガスケット、高温ガス通路外側に配置されるガスケ
ット等の遮熱ガスケットに適用できる有効な材料を提供
できる。
【図１】この発明による積層形低熱伝導材料の一実施例
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図２】この発明による積層形低熱伝導材料の別の実施
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
【図３】この発明による積層形低熱伝導材料の更に別の
実施例を示す説明図である。
実施例を示す説明図である。
【図４】この発明による積層形低熱伝導材料の他の実施
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
【図５】積層形低熱伝導材料について、１ｍｍ当たりの
積層数に対する熱伝導率を示すグラフである。
積層数に対する熱伝導率を示すグラフである。
【図６】この発明による積層形低熱伝導材料を作製する
ためドクターブレード法を説明する概略図である。
ためドクターブレード法を説明する概略図である。
【図７】積層形低熱伝導材料における境界層におけるフ
ォノン散乱を説明する概略図である。
ォノン散乱を説明する概略図である。
１ ドクターブレード ２ キャリヤシート ３ スラリータンク ４ 隙間 ５，６，７，８，１０，１１，１２，１３ 膜（層） ９ Ｓｉ3 Ｎ4 短繊維
Claims (10)
- 【請求項１】 結晶構造、成分及び固溶体において、量
及び／又は種類が異なる隣合う２つの層が、交互に積層
されると共にＳｉ、Ｎを主成分とし、それらの前記層が
一体焼成されていることを特徴とする積層形低熱伝導材
料。 - 【請求項２】 前記層が気孔を１０％以上含んでいるこ
とを特徴とする請求項１に記載の積層形低熱伝導材料。 - 【請求項３】 前記層にセラミック短繊維が含まれ、前
記セラミック短繊維の方向が積層面に対して平行方向に
優先配向していることを特徴とする請求項１に記載の積
層形低熱伝導材料。 - 【請求項４】 前記層はα−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓｉ3 Ｎ
4 とを含み、隣合う前記層のα−Ｓｉ3 Ｎ4 とβ−Ｓｉ
3 Ｎ4 との量が異なっていることを特徴とする請求項１
に記載の積層形低熱伝導材料。 - 【請求項５】 隣合う前記層の一方の前記層に固溶体が
生成していることを特徴とする請求項１に記載の積層形
低熱伝導材料。 - 【請求項６】 前記固溶体がＳｉ3 Ａｌ3 Ｏ5 Ｎ3 であ
ることを特徴とする請求項１又は５に記載の積層形低熱
伝導材料。 - 【請求項７】 隣合う前記層の一方の前記層にＳｉ，Ｔ
ｉ，Ｏ，Ｎが含まれていることを特徴とする請求項１に
記載の積層形低熱伝導材料。 - 【請求項８】 隣合う前記層の一方の前記層にＡｌ6 Ｓ
ｉ2 Ｏ1 3 が含まれていることを特徴とする請求項１に
記載の積層形低熱伝導材料。 - 【請求項９】 積層された層の数が１ｍｍ当たり６層以
上で構成されていることを特徴とする請求項１〜８のい
ずれかに記載の積層形低熱伝導材料。 - 【請求項１０】 遮熱ガスケットに適用できることを特
徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の積層形低熱伝
導材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7099484A JPH08276537A (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 積層形低熱伝導材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7099484A JPH08276537A (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 積層形低熱伝導材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08276537A true JPH08276537A (ja) | 1996-10-22 |
Family
ID=14248588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7099484A Pending JPH08276537A (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 積層形低熱伝導材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08276537A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006182587A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | セラミックス部材及びその製造方法 |
| GB2423957A (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-13 | Future Technology | Ceramic bonding process |
| WO2008112354A1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-09-18 | 3M Innovative Properties Company | Multilayer conductive elements |
| US9168180B2 (en) | 2009-06-16 | 2015-10-27 | 3M Innovative Properties Company | Conformable medical dressing with self supporting substrate |
-
1995
- 1995-04-03 JP JP7099484A patent/JPH08276537A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006182587A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | セラミックス部材及びその製造方法 |
| GB2423957A (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-13 | Future Technology | Ceramic bonding process |
| GB2423957B (en) * | 2005-03-10 | 2007-03-14 | Future Technology | Ceramic bonding processes |
| WO2008112354A1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-09-18 | 3M Innovative Properties Company | Multilayer conductive elements |
| US7777397B2 (en) | 2007-03-12 | 2010-08-17 | 3M Innovative Properties Company | Multilayer conductive elements |
| US9168180B2 (en) | 2009-06-16 | 2015-10-27 | 3M Innovative Properties Company | Conformable medical dressing with self supporting substrate |
| US10369058B2 (en) | 2009-06-16 | 2019-08-06 | 3M Innovative Properties Company | Conformable medical dressing with self supporting substrate |
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