JPS62132758A - セラミックス焼結体 - Google Patents
セラミックス焼結体Info
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- JPS62132758A JPS62132758A JP60273262A JP27326285A JPS62132758A JP S62132758 A JPS62132758 A JP S62132758A JP 60273262 A JP60273262 A JP 60273262A JP 27326285 A JP27326285 A JP 27326285A JP S62132758 A JPS62132758 A JP S62132758A
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- Japan
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- ceramics
- coefficient
- strength
- ceramic
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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。
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、室温から高温にかけて、金属材料、特に、ス
テンレス鋼など同等の熱膨脹係数を有する高熱膨脹セラ
ミックスに関する。
テンレス鋼など同等の熱膨脹係数を有する高熱膨脹セラ
ミックスに関する。
近年、金属材料と比較して高温で使用できるなどの理由
から、熱的特性に優れているセラミックスの用途が広が
ってきている。しかし、セラミックスは、加工性、靭性
、耐熱衝撃性などの点で。
から、熱的特性に優れているセラミックスの用途が広が
ってきている。しかし、セラミックスは、加工性、靭性
、耐熱衝撃性などの点で。
まだ問題がある。そのため1例えば、耐熱衝撃性を向上
させるために、低熱膨張セラミックスに関する研究開発
が、従来から、種々行われてきている。また、一方、磁
気ヘッドなどの電子部品や構造部品においては、金属材
料と組み合せて使用されることが多くなってきた。その
ためには、セラミックスと金属材料との複合設計が重要
である。
させるために、低熱膨張セラミックスに関する研究開発
が、従来から、種々行われてきている。また、一方、磁
気ヘッドなどの電子部品や構造部品においては、金属材
料と組み合せて使用されることが多くなってきた。その
ためには、セラミックスと金属材料との複合設計が重要
である。
しかし、イオン結晶、井有結品よりなるセラミックスと
、金属結晶よりなる金属材料とでは、結晶構造自体が異
なり、それに起因するところの熱膨張は、通常2〜3倍
ぐらい差があり、両者の熱膨張差に起因する接合部のク
ラックの発生(ひいては、破壊に致る)が問題となって
いる。そこで、熱膨張差によって生ずる熱応力を緩和す
る方法が。
、金属結晶よりなる金属材料とでは、結晶構造自体が異
なり、それに起因するところの熱膨張は、通常2〜3倍
ぐらい差があり、両者の熱膨張差に起因する接合部のク
ラックの発生(ひいては、破壊に致る)が問題となって
いる。そこで、熱膨張差によって生ずる熱応力を緩和す
る方法が。
従来□から種々考えられているが、用いる金属材料と同
等、またはそれに近い熱膨張を有するセラミックスを開
発することが一番有用であると考えられる。
等、またはそれに近い熱膨張を有するセラミックスを開
発することが一番有用であると考えられる。
例えば、磁気ヘッドのコアの熱膨脹係数に合わせた磁気
ヘッド用セラミックスが1種々間発されている。特公昭
60−29668においては、TiOを主成分とし、B
ad、5ift、NbzOs mおよびZnOを加える
ことにより、熱膨脹係数値を6〜12 X 10−67
”Cの範囲で自由に選択することができ、焼成雰囲気変
化による色むらがなく、機械的強度が高く、ボア分布が
良好であり、フェライト同程度の摩耗性を有し、さらに
は、熱衝撃特性が良いことを特徴とするセラミックスを
提供している。他に磁気ヘッド関連の高熱膨脹セラミッ
クスとしては、特許昭48−31210.特開昭50−
5506 。
ヘッド用セラミックスが1種々間発されている。特公昭
60−29668においては、TiOを主成分とし、B
ad、5ift、NbzOs mおよびZnOを加える
ことにより、熱膨脹係数値を6〜12 X 10−67
”Cの範囲で自由に選択することができ、焼成雰囲気変
化による色むらがなく、機械的強度が高く、ボア分布が
良好であり、フェライト同程度の摩耗性を有し、さらに
は、熱衝撃特性が良いことを特徴とするセラミックスを
提供している。他に磁気ヘッド関連の高熱膨脹セラミッ
クスとしては、特許昭48−31210.特開昭50−
5506 。
特開昭52−57218.特開昭52−135318.
特開昭60−29669などがある。
特開昭60−29669などがある。
構造部品用高熱膨脹セラミックスに関しては、エンジン
部品として、特公昭60−18621では、鋳鉄とほぼ
同等の熱膨脹係数(10,3x 10−’/℃)を有す
る高強度部分安定化ジルコニアを提供している。断熱性
、機械的強度に優れ(曲げ強さ598MPa)、熱膨張
率の温度特性が金属部品のそれとほぼ同じであることを
特徴としている。
部品として、特公昭60−18621では、鋳鉄とほぼ
同等の熱膨脹係数(10,3x 10−’/℃)を有す
る高強度部分安定化ジルコニアを提供している。断熱性
、機械的強度に優れ(曲げ強さ598MPa)、熱膨張
率の温度特性が金属部品のそれとほぼ同じであることを
特徴としている。
上記従来例のうち、特公昭60−29°668の磁気ヘ
ッド関連のセラミックスの熱膨脹係数は、12×10−
”/”C以下であり、フェライトと組み合せるには十分
であるが、炭素鋼(熱膨脹係数は、13〜14X10″
″B/”C) 、合金鋼(熱膨脹係数は、〜20×10
−87℃)、ステンレスni(熱膨脹係数は、15〜2
0X10″″B/℃)などと組み合せて、構造部品とし
ての拡大利用を考えると、熱膨脹係数が小さすぎる。ま
た、曲げ強さも、160MPa以下であり、構造部品と
して使用する場合を考えると強度的に不十分である。
ッド関連のセラミックスの熱膨脹係数は、12×10−
”/”C以下であり、フェライトと組み合せるには十分
であるが、炭素鋼(熱膨脹係数は、13〜14X10″
″B/”C) 、合金鋼(熱膨脹係数は、〜20×10
−87℃)、ステンレスni(熱膨脹係数は、15〜2
0X10″″B/℃)などと組み合せて、構造部品とし
ての拡大利用を考えると、熱膨脹係数が小さすぎる。ま
た、曲げ強さも、160MPa以下であり、構造部品と
して使用する場合を考えると強度的に不十分である。
また、特公昭60−18621の構造部品用セラミック
スは1強度的には、高いほうであるが、熱膨脹係数の値
を自由に選択することが困難であるため、特定の金属材
料、すなわち、鋳鉄、としか組み合せられず、その用途
が限定されるという問題があった。また、熱膨脹係数が
10.3 X 10−8/℃であるため、上記の特公昭
60−29668などと同様に。
スは1強度的には、高いほうであるが、熱膨脹係数の値
を自由に選択することが困難であるため、特定の金属材
料、すなわち、鋳鉄、としか組み合せられず、その用途
が限定されるという問題があった。また、熱膨脹係数が
10.3 X 10−8/℃であるため、上記の特公昭
60−29668などと同様に。
熱膨脹係数が低すぎて、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼
合金などと組み合わせて利用することが困難である。
合金などと組み合わせて利用することが困難である。
〔発明が解決しようとする問題点3
以上のごとく、セラミックスと金属材料とを接合して用
いる場合には、セラミックスの熱膨張率を高め、金属材
料の熱膨張率に近づけることが有用であるが、従来にお
いて、開発された高熱膨脹セラミックスといっても、熱
膨脹係数は、せいぜい12 X 10−’/’C止りで
あり、電子部品用として、また、構造部品用としても、
合金、炭素鋼。
いる場合には、セラミックスの熱膨張率を高め、金属材
料の熱膨張率に近づけることが有用であるが、従来にお
いて、開発された高熱膨脹セラミックスといっても、熱
膨脹係数は、せいぜい12 X 10−’/’C止りで
あり、電子部品用として、また、構造部品用としても、
合金、炭素鋼。
合金鋼、および、ステンレス鋼などと同等な熱膨脹係数
を有するセラミックスの開発が、強く要望されていた。
を有するセラミックスの開発が、強く要望されていた。
本発明の目的は、耐酸化性および強度的にも優れ、金属
材料、例えば鋳鉄、U鋼、炭素鋼合金鋼、ステンレス鋼
などの鉄鋼、ニッケルおよびその合金、銅およびその合
金、Co基合金、およびアルミ合金などの合金と同等、
または、それに近い熱膨張を有する高熱膨脹セラミック
スを提供することにある。
材料、例えば鋳鉄、U鋼、炭素鋼合金鋼、ステンレス鋼
などの鉄鋼、ニッケルおよびその合金、銅およびその合
金、Co基合金、およびアルミ合金などの合金と同等、
または、それに近い熱膨張を有する高熱膨脹セラミック
スを提供することにある。
上記目的を達成するため、以下の手段を用いた。
熱膨張は、融点、内容量、生成熱などの熱的特性や、結
晶構造、化学結合の強さなどと密接に関係しており、一
般に、次のようなことが言われている。
晶構造、化学結合の強さなどと密接に関係しており、一
般に、次のようなことが言われている。
1)融点、生成熱が低い、また、熱容量が大きい物質は
、熱膨張は大きい。
、熱膨張は大きい。
2)共有結晶、イオン結晶、金属結晶の順で熱膨張が大
きくなる。
きくなる。
3)イオン結晶においては、結合強度の小さい、つまり
、陽イオンの原子価の小さいほど、また、配位数の大き
いほど熱膨張は大きい。
、陽イオンの原子価の小さいほど、また、配位数の大き
いほど熱膨張は大きい。
以上のことを鑑みて、イオン結合性のかなり大きい結晶
を有する酸化物、ハロゲン化物の中から、酸化物として
は、8または6酸位構造をとり、熱膨張が比較的大きい
CaFz型′構造、ペロブスカイト型構造、NaCQ型
構造、Red、型構造など、いずれかをとる酸化物のう
ち、耐水性、耐酸化性に優れ、比較的低温(1400℃
以下)で焼結可能で、熱膨脹係数が7 X 10−B/
’C(室温〜500℃)以上あり1機械的特性も優れて
いる7、rOD。
を有する酸化物、ハロゲン化物の中から、酸化物として
は、8または6酸位構造をとり、熱膨張が比較的大きい
CaFz型′構造、ペロブスカイト型構造、NaCQ型
構造、Red、型構造など、いずれかをとる酸化物のう
ち、耐水性、耐酸化性に優れ、比較的低温(1400℃
以下)で焼結可能で、熱膨脹係数が7 X 10−B/
’C(室温〜500℃)以上あり1機械的特性も優れて
いる7、rOD。
l3aTIO:+と、工業的に汎用性の高いコランダム
型構造のAQzOaが好ましい、これらの少なくと一種
に、機械的特性は比較的低いが、熱膨脹係数が15xl
O−8/ ”C以上と金属材料と同等、または、それ以
上の値を示す弗化物のうち、化学的安定性に優れ、融点
が1000℃以上である、Ca F x eM g F
z、 A Q Fa、 S c FJI、 Y Fa、
およびLaFaのような希上超元素弗化物の少なくとも
一種が好ましく、これらを添加し、混合粉末を作成した
。これを加圧成型した後、900〜1400℃で0.5
〜3時間保持することにより1強度的にも十分な高熱膨
脹セラミックスを開発した。
型構造のAQzOaが好ましい、これらの少なくと一種
に、機械的特性は比較的低いが、熱膨脹係数が15xl
O−8/ ”C以上と金属材料と同等、または、それ以
上の値を示す弗化物のうち、化学的安定性に優れ、融点
が1000℃以上である、Ca F x eM g F
z、 A Q Fa、 S c FJI、 Y Fa、
およびLaFaのような希上超元素弗化物の少なくとも
一種が好ましく、これらを添加し、混合粉末を作成した
。これを加圧成型した後、900〜1400℃で0.5
〜3時間保持することにより1強度的にも十分な高熱膨
脹セラミックスを開発した。
なお、用いる金属酸化物としては部分安定化7、 r
Ozを用いるのが最も望ましく、この隙特に高強度の高
熱膨脹セラミックスが得られる。
Ozを用いるのが最も望ましく、この隙特に高強度の高
熱膨脹セラミックスが得られる。
さらに、焼結体の粒径は小さいほど、高強度でかつ耐熱
サイクル性が向上する傾向があり、実用上は2μm以下
の粒径であることが望ましい。
サイクル性が向上する傾向があり、実用上は2μm以下
の粒径であることが望ましい。
なお、この高熱膨脹セラミックスは、弗化物の量を調節
することにより、第3図のように、任意な熱膨脹係数を
得ることができ、また、第4表のように、弗化物の種類
を選ぶことにより、強度が同等でありながら、熱膨脹係
数を種々変えることができる0例えば、AQtOsに対
しCaF2を75体積割合加えると、熱膨脹係数が17
x 106/℃(室温〜500℃)となり、5US3
08L(7)熱膨脹係数17.OX 10−’/”C(
室温〜500℃)と等しいセラミックスとなる。また、
弗化物は、酸化物に比較して比重が小さいため、セラミ
ックスの軽量化にも役立つ。更に、焼結温度を下げるた
め、焼結助剤としても有用である。
することにより、第3図のように、任意な熱膨脹係数を
得ることができ、また、第4表のように、弗化物の種類
を選ぶことにより、強度が同等でありながら、熱膨脹係
数を種々変えることができる0例えば、AQtOsに対
しCaF2を75体積割合加えると、熱膨脹係数が17
x 106/℃(室温〜500℃)となり、5US3
08L(7)熱膨脹係数17.OX 10−’/”C(
室温〜500℃)と等しいセラミックスとなる。また、
弗化物は、酸化物に比較して比重が小さいため、セラミ
ックスの軽量化にも役立つ。更に、焼結温度を下げるた
め、焼結助剤としても有用である。
そして1本発明である高熱膨脹セラミックスを用いて、
周知の方法で、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼などと接
合することにより、熱膨張差に起因する熱応力の発生を
軽減することができる。また、接合は従来に比べて容易
になり、信頼性の高いセラミックス、金属複合構造部品
が得られる。
周知の方法で、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼などと接
合することにより、熱膨張差に起因する熱応力の発生を
軽減することができる。また、接合は従来に比べて容易
になり、信頼性の高いセラミックス、金属複合構造部品
が得られる。
また、金属弗化物は、金属との接合の際、ロウ剤として
の働きを持つため、この高熱膨脹セラミックス、金属複
合構造部品の接合部の強度は、従来にくらべて格段と向
上し、より信頼性を高めている。
の働きを持つため、この高熱膨脹セラミックス、金属複
合構造部品の接合部の強度は、従来にくらべて格段と向
上し、より信頼性を高めている。
また、リング状の前記金属にセラミックスを嵌合する場
合も本発明のセラミックスを用いることにより、セラミ
ックスが熱圧麗により破損するなどのおそれが少ない。
合も本発明のセラミックスを用いることにより、セラミ
ックスが熱圧麗により破損するなどのおそれが少ない。
以下1本発明を実施例に基づき説明する。なお、以下の
実施例で得られたセラミックスの熱膨脹係数、曲げ強さ
、耐酸化性、耐アルカリ性、および耐水性は、下記の方
法により調べた。
実施例で得られたセラミックスの熱膨脹係数、曲げ強さ
、耐酸化性、耐アルカリ性、および耐水性は、下記の方
法により調べた。
熱膨脹係数・・・測定温度範囲は、ステンレス鋼などの
金属材料と接合することを考慮し、室温〜500℃と決
め、その間の平均熱膨脹係数。
金属材料と接合することを考慮し、室温〜500℃と決
め、その間の平均熱膨脹係数。
曲げ強さ・・・室温において、4点曲げ強さ試験。
耐酸化性・・・1000℃大気中、24時間放置後の単
位面積当りの重量変化。
位面積当りの重量変化。
耐アルカリ性・・・70℃、3%Na011水溶液中、
12時間浸漬後の1重量変化。
12時間浸漬後の1重量変化。
耐水性・・・70℃、純水中、12時間浸漬後の重量変
化。
化。
A Q zos、 Z r Ox、 BaTi0aと
Ca Fz、 Mg Fs。
Ca Fz、 Mg Fs。
A Q Fa、 Y Fa、 L a Fxから選ばれ
た原料粉を第1.2.4表に示した実施例1〜33の化
学組成を有するように秤量した。弗化物の含有量を10
〜90体積割合にしたのは、10体積割合以下では、熱
膨張増加の効果や接合のロウ剤としてノ効果カ小さく、
一方、90体積割合以上では、焼結体の実用的強度が得
られないためである7酸化物と弗化物の混合粉末をボー
ルミルに溶媒を加え、数十時間以上粉砕混合させた後、
十分乾燥させ原料粉を作成した。このようにして、酸化
物、弗化物の一方、または1両者の粒径を0.5μm以
下とし、焼結温度の低下、緻密化を図った。この原料粉
を加圧成形し、この成形体を900〜1400℃の温度
範囲で圧力300kg/mm” をかけ、0.5〜3時
間保持し、粒径2μm以下の焼結体を得た。そして、こ
の焼結体より各試験片を得た。
た原料粉を第1.2.4表に示した実施例1〜33の化
学組成を有するように秤量した。弗化物の含有量を10
〜90体積割合にしたのは、10体積割合以下では、熱
膨張増加の効果や接合のロウ剤としてノ効果カ小さく、
一方、90体積割合以上では、焼結体の実用的強度が得
られないためである7酸化物と弗化物の混合粉末をボー
ルミルに溶媒を加え、数十時間以上粉砕混合させた後、
十分乾燥させ原料粉を作成した。このようにして、酸化
物、弗化物の一方、または1両者の粒径を0.5μm以
下とし、焼結温度の低下、緻密化を図った。この原料粉
を加圧成形し、この成形体を900〜1400℃の温度
範囲で圧力300kg/mm” をかけ、0.5〜3時
間保持し、粒径2μm以下の焼結体を得た。そして、こ
の焼結体より各試験片を得た。
なお、Zr0z原料粉は、この場合4+ao1%のY2
O3を含むものを用いたが、Zr0zに対して、Y z
Oaを1〜8m01%添加したものを用いてよい。
O3を含むものを用いたが、Zr0zに対して、Y z
Oaを1〜8m01%添加したものを用いてよい。
第1表
f52 表
第1表に前記の製法により得られた高熱膨脹セラミック
スの例を実施例1〜15として示す。比較的1〜5に従
来から熱膨脹係数が大きく実用化されているセラミック
スを示す。実施例1〜15は、比較例1〜5のいづれよ
りも大きい熱膨脹係数を示した。特に実施例9〜15は
、熱膨脹係数が13 X 10−”/’C〜15 X
10−8/”Cと大きな値を示し、参考例1〜3に示し
た炭素鋼、および。
スの例を実施例1〜15として示す。比較的1〜5に従
来から熱膨脹係数が大きく実用化されているセラミック
スを示す。実施例1〜15は、比較例1〜5のいづれよ
りも大きい熱膨脹係数を示した。特に実施例9〜15は
、熱膨脹係数が13 X 10−”/’C〜15 X
10−8/”Cと大きな値を示し、参考例1〜3に示し
た炭素鋼、および。
参考例4〜6に示した合金鋼の熱膨脹係数と同等の値を
示した。更に、実施例1〜8は、熱膨脹係数が15 X
10−6/”C以上の値を示し、参考例7〜10に示
したステンレス鋼の熱膨脹係数と同等の値を示した。ま
た更に、実施例1〜4は、熱膨脹係数が17.5 X
10−8/’C以上の値を示し、参考例11〜13に示
した合金の熱膨脹係数と同等の値を示した。このことか
ら、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼など合金のそれぞれ
の熱膨脹係数に合わせて、本発明の高熱膨脹セラミック
スを選ぶことができる。
示した。更に、実施例1〜8は、熱膨脹係数が15 X
10−6/”C以上の値を示し、参考例7〜10に示
したステンレス鋼の熱膨脹係数と同等の値を示した。ま
た更に、実施例1〜4は、熱膨脹係数が17.5 X
10−8/’C以上の値を示し、参考例11〜13に示
した合金の熱膨脹係数と同等の値を示した。このことか
ら、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼など合金のそれぞれ
の熱膨脹係数に合わせて、本発明の高熱膨脹セラミック
スを選ぶことができる。
第3表
実施例16〜23に本発明のセラミックスの耐酸化性、
耐アルカリ性、耐水性を示す。これらは、比較例6〜8
の酸化物のそれに匹敵する。特に、弗化物としてCaF
zを用いたものが、すぐれた特性を示す。
耐アルカリ性、耐水性を示す。これらは、比較例6〜8
の酸化物のそれに匹敵する。特に、弗化物としてCaF
zを用いたものが、すぐれた特性を示す。
第4表
実施例24〜30に本発明のセラミックスのうち、曲げ
強さが一般に広く用いられているA Q 208セラミ
ツクスと同等の300 M P a以上であるセラミッ
クスの例を示す。比較例1〜3と比べて、熱膨脹係数に
おいても、更に、曲げ強さにおいても優れている。しか
も、曲げ強さとして実用上充分な300 M P a以
上有しながら、弗化物の種類を変えることにより、熱膨
脹係数を13〜1.8 X10−”/’Cの間で任意に
変えることができ、参考例7〜8に示したステンレス鋼
と同等の値とすることができる。
強さが一般に広く用いられているA Q 208セラミ
ツクスと同等の300 M P a以上であるセラミッ
クスの例を示す。比較例1〜3と比べて、熱膨脹係数に
おいても、更に、曲げ強さにおいても優れている。しか
も、曲げ強さとして実用上充分な300 M P a以
上有しながら、弗化物の種類を変えることにより、熱膨
脹係数を13〜1.8 X10−”/’Cの間で任意に
変えることができ、参考例7〜8に示したステンレス鋼
と同等の値とすることができる。
第3図に、Zr0z粉末に加えるCaFz粉末の体積割
合を種々に変えた場合の室温〜500℃の熱膨張曲線を
示す。例えば、S U S 308 T、と同等な熱膨
脹係数を有するセラミックスが所望の場合、第3図から
ZrO2に67体積割合のCaFzを加えた原料粉を前
記の要領で製造すれば、実施例25に示したように熱膨
脹係数が5US308Lと同等な17 X L 0−8
7℃を有するセラミックスを得ろことができろ。
合を種々に変えた場合の室温〜500℃の熱膨張曲線を
示す。例えば、S U S 308 T、と同等な熱膨
脹係数を有するセラミックスが所望の場合、第3図から
ZrO2に67体積割合のCaFzを加えた原料粉を前
記の要領で製造すれば、実施例25に示したように熱膨
脹係数が5US308Lと同等な17 X L 0−8
7℃を有するセラミックスを得ろことができろ。
このように、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、などの金
属材料と複合利用を考える場合、相手側の金属材料の熱
膨脹係数が分かれば、その値と一致するように、酸化物
と弗化物を混ぜる険を容易に選ぶことができる。また、
このセラミックスの熱v3脹係数の熱サイクルによる変
化は、Q 、 5 %以下である6例えば、実施例2
5と参考例8の温度変化による熱膨張曲線の履歴の差は
、最大5%以下であった。これらのことより、接合する
ための加熱、冷却時にひずみの発生を極力おさえて接合
することができ、接合後、接合部は、熱サイクルに対し
て、信頼性のあるものができた。
属材料と複合利用を考える場合、相手側の金属材料の熱
膨脹係数が分かれば、その値と一致するように、酸化物
と弗化物を混ぜる険を容易に選ぶことができる。また、
このセラミックスの熱v3脹係数の熱サイクルによる変
化は、Q 、 5 %以下である6例えば、実施例2
5と参考例8の温度変化による熱膨張曲線の履歴の差は
、最大5%以下であった。これらのことより、接合する
ための加熱、冷却時にひずみの発生を極力おさえて接合
することができ、接合後、接合部は、熱サイクルに対し
て、信頼性のあるものができた。
第4図は第3図で得られたZ r Ozl Ca FZ
系系統上セラミックス室温における曲げ強度、および熱
膨強率の類似した鉄系材料(StJS、鋳鉄など)と接
合した時の接合部の曲げ強度を示す。
系系統上セラミックス室温における曲げ強度、および熱
膨強率の類似した鉄系材料(StJS、鋳鉄など)と接
合した時の接合部の曲げ強度を示す。
複合セラミックスの曲げ強度はCaF2重と共に低下す
るが、CaFz75%以下では構造用部材としての実用
レベルの300 M P a以上であり、また、90%
以下では電子材料、電子部品に必要な200 M P
a以上の強度を持つが、CaFzが90%を越えると強
度は急激に低下する。一方、接合部の曲げ強度はCaF
zが10vo1%以上で実用上充分な大きさを持つが、
これはCaFzのロウ剤としての働きによるものである
。なお、CaFz80%以上で接合部の強度がセラミッ
クスに一致し、CaFz量と共に低下するが、これは接
合部強度がセラミックスの強度に支配されるためである
。同様な傾向が他の酸化物や弗化物との組合せの際にも
認められた。
るが、CaFz75%以下では構造用部材としての実用
レベルの300 M P a以上であり、また、90%
以下では電子材料、電子部品に必要な200 M P
a以上の強度を持つが、CaFzが90%を越えると強
度は急激に低下する。一方、接合部の曲げ強度はCaF
zが10vo1%以上で実用上充分な大きさを持つが、
これはCaFzのロウ剤としての働きによるものである
。なお、CaFz80%以上で接合部の強度がセラミッ
クスに一致し、CaFz量と共に低下するが、これは接
合部強度がセラミックスの強度に支配されるためである
。同様な傾向が他の酸化物や弗化物との組合せの際にも
認められた。
また、第5表は本発明の複合セラミックスを各種金属に
接合した時の接合強度及び室温500℃の熱サイクルを
100回行った後の接合強度を示している。
接合した時の接合強度及び室温500℃の熱サイクルを
100回行った後の接合強度を示している。
なお、高熱膨脹セラミックス・金属複合構造部品を作成
するに当り、次の接合方法を採用した。
するに当り、次の接合方法を採用した。
ステンレス鋼、または、炭素鋼などの鉄系金属と接合す
る場合、金属表面にT i / N i合金を蒸着し、
真空中1000〜1300℃の温度でセラミックスと圧
着する。
る場合、金属表面にT i / N i合金を蒸着し、
真空中1000〜1300℃の温度でセラミックスと圧
着する。
銅合金との接合は、表面にカオリン及び硫化鋼を含むペ
ースト(カオリン:硫化鋼=1:1)を塗布し、N x
+ Hz気流中1000〜1300℃の温度でセラミ
ックスと圧着する。Ni基、または、coJ&合金との
接合は、表面を平滑に研摩したセラミックスを真空中1
000〜1300℃の温度で圧着する。上記メタライズ
を利用する以外にも、ステンレス鋼箔や各合金箔をイン
サート材として真空加熱圧着したり、加工に高精度が要
求されるが焼ばめ法を用いてもよい。
ースト(カオリン:硫化鋼=1:1)を塗布し、N x
+ Hz気流中1000〜1300℃の温度でセラミ
ックスと圧着する。Ni基、または、coJ&合金との
接合は、表面を平滑に研摩したセラミックスを真空中1
000〜1300℃の温度で圧着する。上記メタライズ
を利用する以外にも、ステンレス鋼箔や各合金箔をイン
サート材として真空加熱圧着したり、加工に高精度が要
求されるが焼ばめ法を用いてもよい。
次に本発明のセラミックスと金属材料とを接合した複合
構造部品の実施例を第1図に示す。
構造部品の実施例を第1図に示す。
第1図は、炭素m製の金属スリーブ22の内側に、Zr
0zとCaFx(体積割合は、Zr0z:Ca Fa=
45 : 55)とからなる本発明のセラミックスより
作成されたライナー21を焼ばめ法により嵌合して、シ
リンダーライナーを作った。このシリンダーライナーに
室温500℃の熱負荷を1000回繰り返すテストを行
った。テスト後、シリンダーライナーを点検したが、ス
リーブ22とライナー21間には、なんら異状はなく、
クラックの発生、および欠落も、無かった。なお、本発
明の高熱膨脹セラミックスは、平均粒径が2μm以下で
あるので、摺動に対し結晶粒の剥離が起りにくく、作動
時のクリアランスの増大による効率の低下を防げる。ま
た、大気中1000℃に加熱しても、両部材は、剥れな
かった。これより、耐酸化性、耐摩耗性にもすぐれてい
るので、ライナーの材質に適している。
0zとCaFx(体積割合は、Zr0z:Ca Fa=
45 : 55)とからなる本発明のセラミックスより
作成されたライナー21を焼ばめ法により嵌合して、シ
リンダーライナーを作った。このシリンダーライナーに
室温500℃の熱負荷を1000回繰り返すテストを行
った。テスト後、シリンダーライナーを点検したが、ス
リーブ22とライナー21間には、なんら異状はなく、
クラックの発生、および欠落も、無かった。なお、本発
明の高熱膨脹セラミックスは、平均粒径が2μm以下で
あるので、摺動に対し結晶粒の剥離が起りにくく、作動
時のクリアランスの増大による効率の低下を防げる。ま
た、大気中1000℃に加熱しても、両部材は、剥れな
かった。これより、耐酸化性、耐摩耗性にもすぐれてい
るので、ライナーの材質に適している。
また第2図は、実施例7のセラミックにより成るバルブ
シート31を作成し、SUS 316@バルブ・ステム
32との間にT i / N i合金箔を挟み、真空中
1000℃で熱圧着して、高熱膨脹セラミックス・金属
複合体の排気バルブを作成した。このバルブをディーゼ
ルエンジンに組み込み、ガス温度を900℃まで上昇さ
せて1000時間エンジンテストを行った。テスト後、
バルブを調べた結果なんら異常は見られなかった。通常
、排気バルブの受熱の70%は、燃焼ガスからの熱をバ
ルブシートに受け、また、高負荷運転時には、800℃
を超える排気にさらされる。金属材料に比べて、熱伝導
率が低いため、バルブシート面積を大きくしても、バル
ブ温度上昇をおさえることができ、バルブ自体の慣性重
量の増加も、金属材料に比べて軽量にできる。
シート31を作成し、SUS 316@バルブ・ステム
32との間にT i / N i合金箔を挟み、真空中
1000℃で熱圧着して、高熱膨脹セラミックス・金属
複合体の排気バルブを作成した。このバルブをディーゼ
ルエンジンに組み込み、ガス温度を900℃まで上昇さ
せて1000時間エンジンテストを行った。テスト後、
バルブを調べた結果なんら異常は見られなかった。通常
、排気バルブの受熱の70%は、燃焼ガスからの熱をバ
ルブシートに受け、また、高負荷運転時には、800℃
を超える排気にさらされる。金属材料に比べて、熱伝導
率が低いため、バルブシート面積を大きくしても、バル
ブ温度上昇をおさえることができ、バルブ自体の慣性重
量の増加も、金属材料に比べて軽量にできる。
第1表の実施例1に用いた原料粉末を混合し、粒径0.
5μm以下に粉枠した時、衆知のプラズマ溶射法を用い
て、第5図に示すように、5US316 製バルブ42
の表面に溶射して、溶射膜41を形成した。この実施例
では、バルブ材と溶射膜の熱膨張率がきわめて良く一致
しているため、従来の溶射膜(一般にZrO,)に較べ
て、格段に耐熱サイクル性の良い、セラミックス被覆バ
ルブが得られた。
5μm以下に粉枠した時、衆知のプラズマ溶射法を用い
て、第5図に示すように、5US316 製バルブ42
の表面に溶射して、溶射膜41を形成した。この実施例
では、バルブ材と溶射膜の熱膨張率がきわめて良く一致
しているため、従来の溶射膜(一般にZrO,)に較べ
て、格段に耐熱サイクル性の良い、セラミックス被覆バ
ルブが得られた。
以上のように、本発明のセラミックスを用いた構造部品
は、従来と比べて優れており、内燃機関のシリンダー、
シリンダーライナー、ピストン、ピストン・ヘッド、タ
ーボチャージャー、ロッカーアーム、カム、タペット、
ベアリング等に有用である。また、ICパッケージ基板
磁気ヘッド止め具等電子部品、バーナー、ブロワ−1お
よび、骨、歯に代わり得る生体材料としても有用である
。
は、従来と比べて優れており、内燃機関のシリンダー、
シリンダーライナー、ピストン、ピストン・ヘッド、タ
ーボチャージャー、ロッカーアーム、カム、タペット、
ベアリング等に有用である。また、ICパッケージ基板
磁気ヘッド止め具等電子部品、バーナー、ブロワ−1お
よび、骨、歯に代わり得る生体材料としても有用である
。
本発明のセラミックスは、炭素鋼、合金鋼、ステンレス
など、2種金属と同等の熱膨脹係数を示すので、セラミ
ックスと金属との一体構造において、熱応力に基づくり
クラックの発生しにくいものを提供でき、セラミックス
、金属複合構造物の信頼性を大幅に高めることができる
。
など、2種金属と同等の熱膨脹係数を示すので、セラミ
ックスと金属との一体構造において、熱応力に基づくり
クラックの発生しにくいものを提供でき、セラミックス
、金属複合構造物の信頼性を大幅に高めることができる
。
第1図は、本発明の一実施例であるセラミック・金属複
合体より成るシリンダーライナーの斜視図、第2,5図
は、本発明の一実施例であるセラミック・金属複合体よ
り成る排気用バルブの斜視図、第3,4図は1本発明の
実施例のセラミックスの特性とCaFz含有量との関係
を示す曲線図である。
合体より成るシリンダーライナーの斜視図、第2,5図
は、本発明の一実施例であるセラミック・金属複合体よ
り成る排気用バルブの斜視図、第3,4図は1本発明の
実施例のセラミックスの特性とCaFz含有量との関係
を示す曲線図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、焼結前の組成が、(a)酸化物、窒化物、珪化物、
炭化物及び硼化物の少なくとも1種と、(b)金属の弗
化物10〜90体積%とからなる焼結体であることを特
徴とする高熱膨脹セラミックス。 2、前記酸化物は、(a)Al_2O_3、ZrO_2
、およびBaTiO_3の少なくとも一種、及び前記弗
化物は(b)CaF_2、MgF_2、AlF_3、S
cF_3、YF_3および、LaF_3の少なくとも1
種からなる特許請求の範囲第1項に記載の高熱膨脹セラ
ミックス。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項において、室温〜
500℃間の熱膨脹係数が、15×10^−^3/℃以
上であることを特徴とする高熱膨脹セラミックス。 4、特許請求の範囲第1項において、焼結体の平均結晶
粒径が2μm以下であることを特徴とする高熱膨脹セラ
ミックス。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60273262A JPS62132758A (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | セラミックス焼結体 |
EP86309404A EP0225781B1 (en) | 1985-12-06 | 1986-12-03 | High thermal expansion coefficient ceramic sinter and a composite body of the same and metal |
KR1019860010319A KR890002695B1 (ko) | 1985-12-06 | 1986-12-03 | 고열 팽창 세라믹스 및 이 세라믹스와 금속과의 복합구조물 |
DE8686309404T DE3681566D1 (de) | 1985-12-06 | 1986-12-03 | Keramiksinter mit hohem waermeausdehnungskoeffizient und ein verbundkoerper aus demselben und metall. |
US06/938,796 US5043305A (en) | 1985-12-06 | 1986-12-08 | High thermal expansion coefficient ceramic sinter and a composite body of the same and metal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60273262A JPS62132758A (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | セラミックス焼結体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62132758A true JPS62132758A (ja) | 1987-06-16 |
JPH0419182B2 JPH0419182B2 (ja) | 1992-03-30 |
Family
ID=17525377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60273262A Granted JPS62132758A (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | セラミックス焼結体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62132758A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012206913A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Ngk Insulators Ltd | フッ化マグネシウム焼結体、その製法及び半導体製造装置用部材 |
CN108218407A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-29 | 烟台金泰美林科技股份有限公司 | 一种阀门用氧化铝复合陶瓷及其制备方法 |
-
1985
- 1985-12-06 JP JP60273262A patent/JPS62132758A/ja active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012206913A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Ngk Insulators Ltd | フッ化マグネシウム焼結体、その製法及び半導体製造装置用部材 |
CN108218407A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-29 | 烟台金泰美林科技股份有限公司 | 一种阀门用氧化铝复合陶瓷及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0419182B2 (ja) | 1992-03-30 |
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