JP2584252B2 - β−サイアロン・炭化けい素複合粉末の製造方法 - Google Patents
β−サイアロン・炭化けい素複合粉末の製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高硬度を有するβ−サイアロン・炭化けい素
複合セラミックスの原料であるβ−サイアロン・炭化け
い素複合粉末の製造方法に関する。
複合セラミックスの原料であるβ−サイアロン・炭化け
い素複合粉末の製造方法に関する。
β−サイアロンセラミックスは常温および高温強度が
高いこと、耐酸化性、溶融金属に対する耐食性に優れて
いることから、各種耐火物材料、エンジン部品、切削工
具等の材料として注目されている。
高いこと、耐酸化性、溶融金属に対する耐食性に優れて
いることから、各種耐火物材料、エンジン部品、切削工
具等の材料として注目されている。
β−サイアロンセラミックスの製造方法としてβ−サ
イアロン粉末を焼結する方法が均一な組成のβ−サイア
ロンセラミックスを製造することができ、高温強度が高
くて、耐食性、耐酸化性に優れた焼結体を製造する方法
として注目されている。
イアロン粉末を焼結する方法が均一な組成のβ−サイア
ロンセラミックスを製造することができ、高温強度が高
くて、耐食性、耐酸化性に優れた焼結体を製造する方法
として注目されている。
しかしながら上記方法で製造したβ−サイアロンセラ
ミックスの硬度は1650程度と低く、高硬度を必要とする
エンジン部品、切削工具、ベアリング、ブラスト用ノズ
ル等への応用には問題があった。
ミックスの硬度は1650程度と低く、高硬度を必要とする
エンジン部品、切削工具、ベアリング、ブラスト用ノズ
ル等への応用には問題があった。
これまでβ−サイアロンセラミックスの硬度を向上さ
せる方法として単味では高硬度を有する炭化けい素粉末
を３〜40％程度、β−サイアロン粉末に混合後焼結して
β−サイアロン・炭化けい素複合セラミックスを製造す
る方法がとられていた。
せる方法として単味では高硬度を有する炭化けい素粉末
を３〜40％程度、β−サイアロン粉末に混合後焼結して
β−サイアロン・炭化けい素複合セラミックスを製造す
る方法がとられていた。
しかしβ−サイアロン粉末と炭化けい素粉末を慣用の
方法、たとえばミキサーやミルで混合しても両化合物が
均一に分散した混合粉末は得られず、そのためこの混合
粉末でつくった焼結体の硬度は、まだ不十分なものであ
った。
方法、たとえばミキサーやミルで混合しても両化合物が
均一に分散した混合粉末は得られず、そのためこの混合
粉末でつくった焼結体の硬度は、まだ不十分なものであ
った。
そこで本発明者らはβ−サイアロン粉末と炭化けい素
粉末の混合が不十分である従来法の欠点を解消するため
に両化合物を一つのプロセスで複合粉末として製造する
方法について種々検討し、それによって得た複合粉末の
焼結体は高硬度の特徴を持ったものであることを見出
し、本発明を完成した。
粉末の混合が不十分である従来法の欠点を解消するため
に両化合物を一つのプロセスで複合粉末として製造する
方法について種々検討し、それによって得た複合粉末の
焼結体は高硬度の特徴を持ったものであることを見出
し、本発明を完成した。
すなわち本発明はシリカ粉末、アルミナ粉末およびカ
ーボンまたはカーボン前駆物質の混合粉末を、窒素ガス
とアルゴンガスおよび／またはヘリウムガスからなるガ
ス中におけるアルゴンガスおよび／またはヘリウムガス
の割合およびガス温度が図中点Ａ（0vol％、1550℃）、
点Ｂ（90vol％、1470℃）、点Ｃ（90vol％、1590℃）お
よび点Ｄ（0vol％、1630℃）で示される４点を直線で結
んだ範囲内の条件で還元炭窒化反応させて、高硬度を有
するβ−サイアロン・炭化けい素複合セラミックスの原
料であるβ−サイアロン・炭化けい素複合粉末を製造す
る方法を要旨とする。
ーボンまたはカーボン前駆物質の混合粉末を、窒素ガス
とアルゴンガスおよび／またはヘリウムガスからなるガ
ス中におけるアルゴンガスおよび／またはヘリウムガス
の割合およびガス温度が図中点Ａ（0vol％、1550℃）、
点Ｂ（90vol％、1470℃）、点Ｃ（90vol％、1590℃）お
よび点Ｄ（0vol％、1630℃）で示される４点を直線で結
んだ範囲内の条件で還元炭窒化反応させて、高硬度を有
するβ−サイアロン・炭化けい素複合セラミックスの原
料であるβ−サイアロン・炭化けい素複合粉末を製造す
る方法を要旨とする。
本発明で使用されるシリカ粉末としてはホワイトカー
ボン、アエロジルシリカ、珪石粉等が挙げられ、平均粒
径は２μｍ以下のものが用いられる。２μｍより大きい
と未反応のシリカが残存したり、酸窒化けい素等の中間
生成物が残存したりして好ましくない。アルミナ粉末と
してはアルミナアエロジル、水酸化アルミニウム等２μ
ｍ以下のものが使用される。２μｍより大きいとアルミ
ナが残存したりして好ましくない。カーボン粉末または
カーボン前駆物質は通常市販されているものが用いら
れ、それにはカーボンブラック、樹脂類が挙げられ、具
体的には前者はファーネスブラック、アセチレンブラッ
クなど、後者は合成高分子樹脂、たとえばユリア樹脂、
フェノール樹脂などである。
ボン、アエロジルシリカ、珪石粉等が挙げられ、平均粒
径は２μｍ以下のものが用いられる。２μｍより大きい
と未反応のシリカが残存したり、酸窒化けい素等の中間
生成物が残存したりして好ましくない。アルミナ粉末と
してはアルミナアエロジル、水酸化アルミニウム等２μ
ｍ以下のものが使用される。２μｍより大きいとアルミ
ナが残存したりして好ましくない。カーボン粉末または
カーボン前駆物質は通常市販されているものが用いら
れ、それにはカーボンブラック、樹脂類が挙げられ、具
体的には前者はファーネスブラック、アセチレンブラッ
クなど、後者は合成高分子樹脂、たとえばユリア樹脂、
フェノール樹脂などである。
シリカ粉末、アルミナ粉末、カーボン粉末またはカー
ボン前駆物質は以下の通り配合する。シリカ１モルに対
してアルミナは0.01モル以上1.0モル以下で配合する。
0.01モルより少ない場合はアルミ分が少なくなりすぎて
サイアロンの生成が不均一になる恐れがあるので好まし
くない。1.0モルより大きい場合はβ−サイアロン、炭
化けい素の他に窒化アルミが生成しやすくなるので好ま
しくない。シリカ、アルミナに対するカーボンまたはカ
ーボン前駆物質の配合量はカーボンに換算して〔シリカ
のモル数の２倍＋１〕モル以上、好ましくは〔シリカの
モル数の２倍＋１〕モルの1.2倍以上配合すればよい。
カーボンの添加量が〔シリカのモル数の２倍＋１〕モル
より少ないとβ−サイアロンが主体でβ−SiCの生成量
が少なすぎて硬度が向上しないので好ましくない。カー
ボンの添加量には上限はないが経済性を考慮すれば〔シ
リカのモル数の２倍＋１〕モルの５倍以下で良い。上記
条件で配合したものをミルや撹拌等で均一に混合した
後、必要に応じて造粒および乾燥し、回転キルン、流動
焼成炉、ベッセルプッシャー炉等の雰囲気炉を使用して
還元炭窒化反応を行う。
ボン前駆物質は以下の通り配合する。シリカ１モルに対
してアルミナは0.01モル以上1.0モル以下で配合する。
0.01モルより少ない場合はアルミ分が少なくなりすぎて
サイアロンの生成が不均一になる恐れがあるので好まし
くない。1.0モルより大きい場合はβ−サイアロン、炭
化けい素の他に窒化アルミが生成しやすくなるので好ま
しくない。シリカ、アルミナに対するカーボンまたはカ
ーボン前駆物質の配合量はカーボンに換算して〔シリカ
のモル数の２倍＋１〕モル以上、好ましくは〔シリカの
モル数の２倍＋１〕モルの1.2倍以上配合すればよい。
カーボンの添加量が〔シリカのモル数の２倍＋１〕モル
より少ないとβ−サイアロンが主体でβ−SiCの生成量
が少なすぎて硬度が向上しないので好ましくない。カー
ボンの添加量には上限はないが経済性を考慮すれば〔シ
リカのモル数の２倍＋１〕モルの５倍以下で良い。上記
条件で配合したものをミルや撹拌等で均一に混合した
後、必要に応じて造粒および乾燥し、回転キルン、流動
焼成炉、ベッセルプッシャー炉等の雰囲気炉を使用して
還元炭窒化反応を行う。
還元炭窒化反応は下記の条件で行う。すなわち窒素ガ
スとアルゴンガスおよび／またはヘリウムガスからなる
ガス中にしめるアルゴンガスおよび／またはヘリウムガ
スの割合（以下ガス比という）およびそのガス温度が図
中点Ａ（0vol％、1550℃）、点Ｂ（90vol％、1470
℃）、点Ｃ（90vol％、1590℃）、点Ｄ（0vol％、1630
℃）で示される４点を直線で結んだ範囲内で行う。前記
範囲内においてガス比が大きくなるにつれ、生成する複
合粉末中の炭化けい素の割合が増加し、またガス温度が
高くなるにつれ、炭化けい素の割合が増加する傾向にあ
る。前記範囲外の条件で混合粉末を反応させると希望す
る複合粉末が生成しなかったり、未反応物や中間生成物
が残存したりして好ましくない。たとえば図の直線ABよ
り低い温度で反応させた場合において、ガス比が小さい
とサイアロンのみが生成し、大きいとβ−サイアロン、
炭化けい素の他にα−窒化けい素が生成し好ましくな
い。また直線BCの右側すなわちガス比が90vol％を越え
た領域および直線CDを越えた高温領域では炭化けい素の
みが生成するので好ましくない。上記条件での反応時間
は反応炉の大きさやフィードする混合粉末量によって一
概には言えないが、おおむね２時間以上保持すれば所望
の複合粉末が得られる。このようにして得られた複合粉
末にカーボン分が残存する場合は空気酸化等の慣用の手
段によって酸化除去する。
スとアルゴンガスおよび／またはヘリウムガスからなる
ガス中にしめるアルゴンガスおよび／またはヘリウムガ
スの割合（以下ガス比という）およびそのガス温度が図
中点Ａ（0vol％、1550℃）、点Ｂ（90vol％、1470
℃）、点Ｃ（90vol％、1590℃）、点Ｄ（0vol％、1630
℃）で示される４点を直線で結んだ範囲内で行う。前記
範囲内においてガス比が大きくなるにつれ、生成する複
合粉末中の炭化けい素の割合が増加し、またガス温度が
高くなるにつれ、炭化けい素の割合が増加する傾向にあ
る。前記範囲外の条件で混合粉末を反応させると希望す
る複合粉末が生成しなかったり、未反応物や中間生成物
が残存したりして好ましくない。たとえば図の直線ABよ
り低い温度で反応させた場合において、ガス比が小さい
とサイアロンのみが生成し、大きいとβ−サイアロン、
炭化けい素の他にα−窒化けい素が生成し好ましくな
い。また直線BCの右側すなわちガス比が90vol％を越え
た領域および直線CDを越えた高温領域では炭化けい素の
みが生成するので好ましくない。上記条件での反応時間
は反応炉の大きさやフィードする混合粉末量によって一
概には言えないが、おおむね２時間以上保持すれば所望
の複合粉末が得られる。このようにして得られた複合粉
末にカーボン分が残存する場合は空気酸化等の慣用の手
段によって酸化除去する。
以下本発明を実施例にしたがって説明する。
実施例１〜6,比較例１〜７ シリカ原料としてホワイトカーボン100重量部（日本
アエロジル社製「AEROSIL300」）およびアルミナ粉７重
量部（日本アエロジル社製「Aluminum Oxide C」）およ
びカーボンブラック100重量部（東海カーボン社製「シ
ースト600」）をアンモニアでpH10に調製した水溶液に
投入し、撹拌機を用いて混合したのち、スプレードライ
を行い原料混合粉末を得た。この混合粉末を表１に示す
合成条件で６時間還元炭窒化反応させたのち空気雰囲気
下、700℃、４時間酸化処理を行った。得られた複合粉
末をＸ線回折して各粉末の組成を調査し、その結果を表
１に併記した。その結果、図に示す点Ａ〜Ｄの範囲内で
β−サイアロン・炭化けい素複合粉末が製造できること
が判明した。
アエロジル社製「AEROSIL300」）およびアルミナ粉７重
量部（日本アエロジル社製「Aluminum Oxide C」）およ
びカーボンブラック100重量部（東海カーボン社製「シ
ースト600」）をアンモニアでpH10に調製した水溶液に
投入し、撹拌機を用いて混合したのち、スプレードライ
を行い原料混合粉末を得た。この混合粉末を表１に示す
合成条件で６時間還元炭窒化反応させたのち空気雰囲気
下、700℃、４時間酸化処理を行った。得られた複合粉
末をＸ線回折して各粉末の組成を調査し、その結果を表
１に併記した。その結果、図に示す点Ａ〜Ｄの範囲内で
β−サイアロン・炭化けい素複合粉末が製造できること
が判明した。
実施例７〜9,比較例８〜11 実施例1,3,6で合成した粉末に焼結助剤としてY2O3を
内割で５％添加混合し、1780℃、１時間、窒素ガス雰囲
気下230Kg/cm2の圧力でホットプレス焼結を行い、その
焼結体の表面を鏡面研摩してビッカース法により硬度を
測定し、表２に示した。実施例1,3,6で合成した粉末の
β−サイアロン、β−SiCの組成比と同じになるように
比較例７で合成したβ−サイアロン粉末と市販のβ−Si
C粉末（イビデン社製、ウルトラファイン）およびY2O3
を内割で５％添加して実施例と同様な操作で混合後、焼
結を行い、硬度を測定してその結果を表２に併記した。
その結果、本発明で合成したβ−サイアロン・炭化けい
素複合粉末の焼結体はβ−サイアロン粉末と炭化けい素
粉末の混合粉の焼結体よりも高硬度であることがわかっ
た。
内割で５％添加混合し、1780℃、１時間、窒素ガス雰囲
気下230Kg/cm2の圧力でホットプレス焼結を行い、その
焼結体の表面を鏡面研摩してビッカース法により硬度を
測定し、表２に示した。実施例1,3,6で合成した粉末の
β−サイアロン、β−SiCの組成比と同じになるように
比較例７で合成したβ−サイアロン粉末と市販のβ−Si
C粉末（イビデン社製、ウルトラファイン）およびY2O3
を内割で５％添加して実施例と同様な操作で混合後、焼
結を行い、硬度を測定してその結果を表２に併記した。
その結果、本発明で合成したβ−サイアロン・炭化けい
素複合粉末の焼結体はβ−サイアロン粉末と炭化けい素
粉末の混合粉の焼結体よりも高硬度であることがわかっ
た。
〔発明の効果〕 本発明の方法で得られるβ−サイアロン・炭化けい素
複合粉末からつくった焼結体は従来行われている前記両
化合物を別個に製造し、混合して得られる焼結体に比
し、両化合物が均一に分散した組織となっているため、
焼結体の硬度が著しく改善された。また本発明の方法は
従来の原料、ガスおよび設備がそのまま使用でき、プロ
セスも簡便である。
複合粉末からつくった焼結体は従来行われている前記両
化合物を別個に製造し、混合して得られる焼結体に比
し、両化合物が均一に分散した組織となっているため、
焼結体の硬度が著しく改善された。また本発明の方法は
従来の原料、ガスおよび設備がそのまま使用でき、プロ
セスも簡便である。
したがって本発明は工業的規模での生産が可能であ
り、かつ経済的メリットも大きい。
り、かつ経済的メリットも大きい。
図はガス比とガス温度について本発明方法の反応条件を
示すグラフである。
示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】シリカ粉末、アルミナ粉末およびカーボン
またはカーボン前駆物質の混合粉末を、窒素ガスとアル
ゴンガスおよび／またはヘリウムガスからなるガス中に
おけるアルゴンガスおよび／またはヘリウムガスの割合
およびガス温度が図中点Ａ（0vol％、1550℃）、点Ｂ
（90vol％、1470℃）、点Ｃ（90vol％、1590℃）および
点Ｄ（0vol％、1630℃）で示される４点を直線で結んだ
範囲内の条件で還元炭窒化反応させることを特徴とする
β−サイアロン・炭化けい素複合粉末の製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62279168A JP2584252B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | β−サイアロン・炭化けい素複合粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62279168A JP2584252B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | β−サイアロン・炭化けい素複合粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01122909A JPH01122909A (ja) | 1989-05-16 |
| JP2584252B2 true JP2584252B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=17607400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62279168A Expired - Lifetime JP2584252B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | β−サイアロン・炭化けい素複合粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584252B2 (ja) |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62279168A patent/JP2584252B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01122909A (ja) | 1989-05-16 |
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