JP2011063453A - 炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックス及び該セラミックスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】室温での曲げ強度が200MPa以上、破壊靱性値が2.5MPa・m0.5以上であり、かつ、比剛性が150乃至180GPa・cm3/gである炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスであって、少なくとも、炭化ホウ素の含有量が50質量%よりも多く、炭化ケイ素の含有量が50質量%未満であり、遊離炭素及びその他の成分の合計含有量が3質量%以下であり、該その他の成分のうちの1つであるアルミニウムの含有量が1質量%以下である組成を有し、かつ、セラミックス中の粒子サイズの平均粒径が20μm以下である炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックス及び、その製造方法。
【選択図】なし
Description
原材料としての炭化ホウ素粉末(H.S.Starck社製)には、市販の平均粒径が0.8μmの、純度99.5質量%(酸素含有量1.2%、窒素含有量0.2質量%を除く)のものを使用した。この炭化ホウ素粉末材料中におけるアルミニウムの含有量は0.03質量%未満であり、アルミニウムが殆ど含有されていないことを確認した。また、炭化ケイ素粉末(屋久島電工社製)には、市販の平均粒径が0.7μmの、純度99質量%のものを使用した。いずれの粉末も、遊離している炭素量は0.3質量%未満であった。そして、上記の炭化ホウ素と炭化ケイ素との比率を、10質量%毎に変えてそれぞれ秤量した。その際、さらに炭素源として原料粉末中に、焼成後の残留炭素量が30質量%の樹脂を、炭素換算で2質量%となるようにそれぞれ添加し、エタノール中で混合乾燥した。このようにして得られた各混合粉末を、それぞれ直径25mmの金型に充填し、98MPaの加圧により、成形体を作製した。得られた各成形体をそれぞれ、アルミニウム換算でセラミックス中におけるアルミニウムの含有量が0.5質量%となるように金属アルミニウムを配置した密閉容器中に入れて、2,100℃の温度で、常圧で焼成して炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスをそれぞれ得た。本発明者らの検討によれば、上記したような条件で焼成を行った場合、炉内に配置した金属アルミニウムは、容器であるカーボンとの反応により、その一部が消費されるが、ルツボを繰り返し使用することによりほぼ100%、セラミックス中に移行する。
例1で使用したと同様の原料粉末を用い、同様の方法で作成した成形体を、アルミニウム換算で、セラミックス中におけるアルミニウムが、1、1.5、2.0、3.0質量%となるように、それぞれの焼成雰囲気を調整し、2,100℃の温度で焼成して、複合セラミックスをそれぞれ作製した。アルミニウム含有量が1質量%の複合セラミックスは、強度、破壊靱性値いずれも高い値を示した。これに対し、アルミニウムの含有量が1質量%よりも増加した複合セラミックスでは、急激に強度、及び破壊靱性値が低下する傾向を示し、いずれのものも、室温での曲げ強度は200MPaよりも小さく、破壊靱性値は2.5MPa・m0.5よりも小さく、構造材料としては著しく信頼性に欠ける特性を示した。
Claims (5)
- 室温での曲げ強度が200MPa以上、破壊靱性値が2.5MPa・m0.5以上であり、かつ、比剛性が150乃至180GPa・cm3/gである炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスであって、少なくとも、炭化ホウ素の含有量が50質量%よりも多く、炭化ケイ素の含有量が50質量%未満であり、遊離炭素及びその他の成分の合計含有量が3質量%以下であり、該その他の成分のうちの1つであるアルミニウムの含有量が1質量%以下である組成を有し、かつ、セラミックス中の粒子サイズの平均粒径が20μm以下であることを特徴とする炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックス。
- 前記アルミニウムの含有量が、0.03質量%乃至1.0質量%である請求項1に記載の炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックス。
- 請求項1又は2に記載の炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法であって、平均粒径が0.2μm以上2.0μm以下である炭化ホウ素の原料粉末を50質量%よりも多く含有し、平均粒径が0.2μm以上2.0μm以下である炭化ケイ素の原料粉末を50質量%未満で含有し、かつ、遊離炭素及びその他の成分の合計含有量が3質量%以下である組成を有する混合物からなるセラミックス材料で成形体を作成し、該成形体を加圧せずに常圧で焼成する際に、焼成雰囲気中にアルミニウムを少なくとも含有する蒸気を存在させ、焼成中に、上記成形体に該蒸気を含浸させることを特徴とする炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法。
- 前記混合物中に遊離炭素を含有させる場合に、平均粒径が、0.05μm以上2.0μm以下である遊離炭素の原料粉末を用いる請求項3に記載の炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法。
- 焼成する温度が、2,200℃よりも低い請求項3又は4に記載の炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法。
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