JPS61222975A - 多孔質体の表面緻密化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は連続気孔を有する多孔質体の表面緻密化法に係
り、特に多孔質セラミック等の多孔質体の表面部のみを
有効に緻密化するに好適な多孔質体の表面緻密化法に関
する。

［従来の技術］ 近年、高温高強度構造材料として窒化珪素、炭化珪素、
サイアロン等の非酸化物セラミックス、あるいは酸化ア
ールミニラム、酸化ジルコニウム等、いわゆるニューセ
ラミックスが急速にクローズアップされ、多くの研究や
開発がなされてい　　　・る、これらのセラミックスの
用途は、ガスタービンのブレードや燃焼器、ディーゼル
エンジンのシリンダやピストンその他高温用機械部品と
して数多くある。

しかしてセラミックスの中でも多孔質のセラミック部材
は断熱性、吸音性、軽量性、耐熱衝撃性等の点において
優れた特性を有するところから広い範囲の応用が期待さ
れている。多孔質セラミック部材は、通常、セラミック
粉体の加圧成形密度を低くして焼成を行うか、又は成形
時に揮発性あるいは可燃性物質を添加して焼成を行う、
あるいはシラスのように焼成過程で発泡するような材料
を用いる。などの方法によって製造されている。

しかしながら、多孔質セラミックスにおいては、その表
面が多孔質であることから、強度が低いなどの問題があ
る。

従って、強度が要求されるところにセラミックスを多孔
化して用いる場合には、特に、このような問題点を改善
することが必要とされていた。

従来、多孔化されたセラミックスは、使用目的及び使用
部位に応じて、特に荷重等が加えられる箇所又は表面部
等は緻密化して用いるのが最も合理的とされており、こ
の緻密化法としては、セラミック粉末を塗布して焼き付
ける方法、溶射などが提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 北記従来の緻密化法のうち、溶融状態の粉末物質を吹き
付けるようにした溶射法では、多孔質セラミック部材の
表面及びその近傍に分布する孔（ボア）の内部までは十
分には埋めきれない、また焼き付は法、溶射法のいずれ
の方法によっても付着物やコーテイング膜がはがれ易く
緻密化部分が損傷し易いという問題がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、緻密化部分
が極めて安定化される、多孔質体の表面緻密化法を提供
するべくなされたものであり。

連続気孔を有する多孔質体の表面を緻密化する方法にお
いて、ＣＶＤ反応のための原料ガス及び反応ガスのいず
れか一方を該多孔質体の緻密化予定表面側から、また他
方を該多孔質体の連続気孔を通して、それぞれ両ガスが
該緻密化予定表面部において混ざり合う流速で供給する
ことにより、多孔質体表面部においてＣＶＤ反応させ、
該表面部に固相を析出させることにより、該表面部を緻
密化することを＃徴とする多孔質体の表面緻密化法、 を要旨とするものである。

本出願人は先に多孔質部材の表面を緻密化する方法とし
て、多孔質部材の表面部のみをＣＶＤ反応の析出温度域
に加熱しておぎ、多孔質の連続気孔を経由してＣＶＤガ
スを前記多孔質表面部に供給してＣＶＤ反応させ、該表
面部に固相を析出させることにより、該表面部を緻密化
する方法を見い出し特許出願した（特願昭５８−１３３
０９８号。以下「先願」という、）、先願の方法によれ
ば極めて良好な緻密化表面を得ることが可能である。

しかして１本発明者らは、上記先願に基づき、より工業
的に有利に多孔質体の表面を緻密化するべく鋭意検討を
重ねた結果、ＣＶＤ反応のガスを原料ガスと反応ガスと
に分け１両ガスが緻密化予定表面で混合されるように、
多孔質体の連続気孔を経て相対する方向から供給するこ
とにより、より確実に緻密化予定表面部においてＣＶＤ
反応を生起させることができることを見い出し、本発明
を完成させたものである。

以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図（ａ）ないしくＣ）は本発明の詳細な説明する多
孔質体の断面の概略図である。

ＣＶＤ反応は、一般に、析出させようとする物質の基質
元素を含む化合物よりなるガス（本発明においてはこれ
を「原料ガスノと称する。）とこのガスと反応して目的
物質を析出させる蒸気等（本発明においてはこれを「反
応ガス」という、）を反応させることにより起こる。

本発明においては第１図（ａ）に示す如く、多孔質体１
の一方の面（第１図（ａ）においては緻密化予定面Ａ）
の側から反応ガスを供給し、他方の而（第１図（ａ）に
おいては緻密化予定面の反対の面Ｂ）の側から多孔質体
の連続気孔を経由して原料ガスを供給し、各々のガスを
供給するためのキャリアガスの送給速度を調節すること
により、反応ガス及び原料ガスが緻密化予定表面部近傍
において混ざり合うようにする。（なお、原料ガス、反
応ガスの供給方向を逆にして、緻密化予定表面側から原
料ガスを供給しても良い、）原料ガス及び反応ガスのキ
ャリアガスはＨｅ、Ａｒ、Ｈ２等があり、特に制限はな
いが、原料ガスもしくは反応ガスと反応しないものでな
ければならない、各々のキャリアガスの送給速度は、多
孔質体の大きさ、気孔分布及び密度、原料ガス及び反応
ガスの種類等により適宜決定される。

なお、両ガスの混合によりＣＶＤ反応を生起させるため
には、多孔質体１の少なくとも緻密化予定表面部をＣＶ
Ｄ反応の析出温度域に加熱する必要がある。この加熱は
、多孔質体１に全体的に行なっても良く、また緻密化予
定表面部のみを部分的に加熱しても良いが、緻密化予定
表面部のみを部分的に加熱する方が、該表面部のみをよ
り確実に選択的に緻密化することが可能となるので好ま
しい。

加熱方法としては、特に制限はなく、外部加熱法、レー
ザ加熱法、高周波誘導加熱法等を採用し得るが、緻密化
予定部のみを加熱する場合にはレーザ加熱、高周波誘導
加熱等が有利である。

高周波誘導加熱を採用する場合、多孔質体が炭化珪素等
の導電性の部材であればそのままの状態で緻密化予定部
分のみに磁界を印加して加熱されるが、多孔質体が非導
電性の場合には、多孔質体１の連続気孔の緻密化予定部
分に予め炭素等の導電物質を数１０ｇｍの厚さにコーテ
ィングする等して、導電化処理を施した後、反応器中に
挿入し、高周波コイルにより交番磁界を印加する等して
、高周波誘導加熱するのが有利である。

本発明においては、原料ガス及び反応ガスの供給及び加
熱により、緻密化予定部分において原料ガス及び反応ガ
スが混ざり合い、かつ、加熱され、第１図（ｂ）の如く
、ＣＶＤ反応が生起してＣＶＤ反応析出物２が析出され
る。これにより、緻密化を予定する表面部にＣＶＤ反応
析出物の固相が形成される。希望する程度に緻密化され
た時点で、加熱及びガス供給を止め、緻密化を終了する
。

緻密化を終了した多孔質体は、必要に応じて表面部に切
削、研磨等の後処理を施して製品とされる（第１図（Ｃ
）参照、）。

本発明において、多孔質体としては連続気孔を有する多
孔質体であればよく、その材質や気孔分布も任意のもの
でよい、具体的には、ジルコニア、アルミナ、シリカ、
炭化珪素等のセラミックス等が挙げられるが、本発明は
これらのセラミックスに限られず、多孔賀状に成形され
た金属、プラスチック又はその他の物質でもよい。

またＣＶＤ反応で多孔質体の表面部分に緻密化のために
析出される析出物の材質にも特に限定はなく１種々のＣ
ＶＤ反応による析出物質が採用できる。例えばＺ　ｒ　
Ｏ２、Ｓ　ｉ　Ｃ、Ｙ　２０３等のセラミックス、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔａ等の金属、その他、超合金系物質等が挙げら
れる。

従って、本発明においては、同一物質により表面部を緻
密化する場合に限られず、多孔質体の用途に応じて各種
の多孔質体及びＣＶＤ反応析出物質を選択することがで
きる。ただし、両者の熱膨張率の差に起因する剥離や割
れを防止する点からは同一物質、あるいは同一基質のも
のとするのが好ましい。

また、緻密化の程度はＣＶＤ反応ガスの供給量又は加熱
時間を調節することにより適宜調整することができる。

［作用］ ＣＶＤ反応の原料ガス及び反応ガスにより例えば、 Ｚ　ｒｃＪｌ＜　＋２Ｈ２０＋ＺｒＯ２＋４ＨＣｕ２Ｙ
Ｃ文３４−３］Ｈ２０→Ｙ２Ｏ３＋６ＨＣ１の如きＣＶ
Ｄ反応が生起し、ＣＶＤ反応析出物が析出する。

本発明においては、ＣＶＤ反応のための原料ガス及び反
応ガスを多孔質体の緻密化予定部分で混ざり合うように
供給するので、極めて確実かつ良好に、多孔質体の緻密
化予定部分のみにＣＶＤ反応析出物を析出させ、緻密化
を行なうことができる。

［実施例］ 以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが本
発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定さ
れるものではない。

実施例１ 連続気孔（％孔率６０％、平均気孔径（２８０μｍ））
のジルコニア賀セラミック体について。

本発明法に従って表面緻密化処理を施した。

セラミック体は３０ｍｍφＸ２０ｍｍＭの円柱状である
。まず外部加熱により、前記セラミック体を徐々に加熱
した。セラミック体近傍にセットされた熱電対により温
度を検出し、その部位での温度を８５０〜８７０℃に保
持した。

一方、該表面部（第１図（ａ）のＡ）側からＺ　ｒ　Ｃ
ｌ　４　／　Ｈｅガスを、対向する面（第１図（ａ）の
Ｂ）側から多孔質体の連続気孔を経由しテＨ２０／　Ｈ
２ガスを、各々、２０ｃｃ／ｍｉｎ、１２０ｃ　ｃ　／
　ｍ　ｉ　ｎの流速で供給した０反応管内圧力は１０ｔ
ｏｒｒとした。

１２０分経過した後ガスの供給及び加熱を停止し、次い
で徐冷した。

本試料を切断研磨し光学顕微鏡によって観察したところ
表面反応析出層は連続的に緻密化され、その厚みは約１
０ＪＬｍ程度であることが認められた。

又、このようにして緻密化処理された試料と、緻密化処
理前の試料とについて曲げ強度を比較したところ本発明
によって緻密化処理されたものは未処理のものに対し約
２倍高い曲げ強度を有していることが認められた。（曲
げ強度の測定は、３点曲げ試験によった。） 実施例２ 連続気孔（平均気孔径６３０ＩＬｍ）をもつアルミナ系
多孔質セラミック体を用いて、表面の緻密化を行った。

用いた試料の形状は実施例１の場合と同様である９本実
施例においては、緻密化予定部をレーザ照射することに
より加熱した。

本試料についても実施例１と同様にして、Ｈ２０／　Ｈ
２ガス及びＺ　ｒ　ＣｆＬ　４　／　Ｈｅガスを連続気
孔を経由して流した０本試料を切断研磨し光学顕微鏡に
よって観察すると、アルミナ系多孔質セラミック体の表
面部分がＺ　ｒ　Ｏ２析出物によって埋められて緻密化
していることが認められた０本試料も又緻密化前の試料
と比較すると、約１．５倍程度高い耐摩耗性を有してい
ることが認められた。

［効果］ 以上の通り、本発明は、連続気孔を有する多孔質体の表
面部にＣＶＤ反応析出物を析出させるようにしたもので
ある。このＣＶＤ反応析出物は投錨効果により気孔壁面
と強固に接合されており、極めて安定した緻密な表面を
得ることができる。

しかも、本発明法においては、多孔質体及びＣＶＤ反応
ガスを選択することにより、用途に応じて各種の特性の
素材を提供することができるという利点がある。また原
料ガス及び反応ガスの送給速度を適宜選択することによ
り５任意の箇所を確実に緻密化できるうえ、ＣＶＤ反応
ガスの供給量及び加熱時間を調節することにより、緻密
化の程度も任意に調整できる。

従って１本発明方法によれば、各種の構造体として多孔
質体を用いる場合に有用な、表面緻密化多孔質体を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の詳細な説明する多孔質
体の概略断面図である。 ■・・・多孔質体、 ２・・・ＣＶＤ反応析出物。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛 第１図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）（Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続気孔を有する多孔質体の表面を緻密化する方
   法において、ＣＶＤ反応のための原料ガス及び反応ガス
   のいずれか一方を該多孔質体の緻密化予定表面側から、
   また他方を該多孔質体の連続気孔を通して、それぞれ両
   ガスが該緻密化予定表面部近傍において混ざり合う流速
   で供給することにより、多孔質体表面部においてＣＶＤ
   反応させ、該表面部に固相を析出させることにより、該
   表面部を緻密化することを特徴とする多孔質体の表面緻
   密化法。