JP2608772B2 - β-type silicon nitride whisker composite material and method for producing the same - Google Patents

β-type silicon nitride whisker composite material and method for producing the same

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JP2608772B2
JP2608772B2 JP63267205A JP26720588A JP2608772B2 JP 2608772 B2 JP2608772 B2 JP 2608772B2 JP 63267205 A JP63267205 A JP 63267205A JP 26720588 A JP26720588 A JP 26720588A JP 2608772 B2 JP2608772 B2 JP 2608772B2
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type silicon
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whisker
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、β型窒化珪素ウイスカー複合材料及びその
製法に関し、特に特定のβ型窒化珪素ウイスカー成形体
を使用するセラミックス−金属複合材料又はセラミック
ス−セラミックス複合材料及びそれらの製法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a β-type silicon nitride whisker composite material and a method for producing the same, and more particularly, to a ceramic-metal composite material or ceramics using a specific β-type silicon nitride whisker molded body. -Ceramic composite materials and methods for their production.

(従来の技術及びその問題点) セラミックウイスカーは、一般に耐熱性、耐摩耗性が
良好であり、さらに強度及び弾性率の大きい複合材料を
与える強化材としての用途が期待されており、これらの
用途の一つとしてウイスカー強化複合材料がある。その
中で、β型窒化珪素ウイスカーは高温で安定に存在する
ことから高融点金属又はセラミックスの強化材として好
適である。
(Prior art and its problems) Ceramic whiskers generally have good heat resistance and abrasion resistance, and are expected to be used as reinforcing materials for providing composite materials having high strength and elastic modulus. One of them is a whisker-reinforced composite material. Among them, β-type silicon nitride whiskers are suitable as a reinforcing material for high melting point metals or ceramics because they are present stably at high temperatures.

ウイスカーを複合材料のプリフォームとして使用する
ためには、焼成で得られた粗製ウイスカーを適当な方法
で精製し、この粉体状ウイスカーを適当な方法で成形し
なおすのが一般的である。こうして得られるプリフォー
ム状ウイスカーはウイスカー生成時に比べて長さが短く
なってしまい、またプリフォーム成形迄に何工程もの複
雑かつ高度の記述を要する処理をしなくてはならないの
で、上記方法によるプリフォーム製造は経済的観点から
満足いくものではない。また、各種複合材料用プリフォ
ームとして使用する場合でも、上述のような製法に頼っ
ているために、充分な強度、硬度を有していないという
問題がある。
In order to use the whiskers as a preform of a composite material, it is common to purify the crude whiskers obtained by firing by a suitable method and remold the powdery whiskers by a suitable method. The preform-like whiskers obtained in this way are shorter in length than when the whiskers are formed, and require a number of steps of processing that requires complicated and sophisticated descriptions before the preform is formed. Reform manufacturing is not economically satisfactory. Further, even when it is used as a preform for various composite materials, there is a problem that it does not have sufficient strength and hardness because it relies on the above-mentioned manufacturing method.

プリフォームの形成法としては、例えば特開昭59-226
139号公報に記載されているように、原料の焼成で得ら
れたウイスカーを水などの溶媒に分散させ、必要に応じ
てバインダーを添加し、この後に分散液を所望形状の型
に入れて加圧あるいは真空にして脱液を行う方法が採用
されているが、得られたプリフォームは強度が低いとい
う問題がある。
As a method of forming a preform, for example, JP-A-59-226 is known.
As described in Japanese Patent Publication No. 139, whiskers obtained by calcining the raw materials are dispersed in a solvent such as water, a binder is added if necessary, and then the dispersion is put into a mold having a desired shape and added. A method of removing liquid by applying pressure or vacuum has been adopted, but the obtained preform has a problem of low strength.

次に、ウイスカーを使用した複合材料の製法として
は、例えば、まず金属材料との複合化の場合、高圧鋳造
法及び粉末冶金法を中心としていくつかの方法が開発さ
れており、その中でも生産性が高く、実用的な方法とし
て高圧鋳造法が注目されている。高圧鋳造法は、ウイス
カープリフォームを鋳型内に配置し、これに母材金属の
溶湯を注湯し、この溶湯を鋳型内で加圧しながら凝固さ
せることによって、ウイスカー強化金属複合材料(以下
WRMという)を製造することができる。
Next, as a method of producing a composite material using whiskers, for example, first, in the case of compounding with a metal material, several methods have been developed centering on a high pressure casting method and a powder metallurgy method. The high pressure casting method is drawing attention as a practical method. In the high pressure casting method, a whisker reinforced metal composite material (hereinafter, referred to as a whisker preform) is placed in a mold, a molten metal of the base metal is poured into the mold, and the molten metal is solidified while being pressed in the mold.
WRM).

また、セラミックス材料との複合化の場合は、ホット
プレス法による焼結が最も一般的である。マトリックス
であるセラミックス原料粉末とウイスカーの混合粉末を
充填し、適当な高温及び加圧下で焼成することにより、
ウイスカー強化セラミックス複合材料(以下WRCとい
う)を製造することができる。
In the case of compounding with a ceramic material, sintering by a hot press method is most common. By filling a mixed powder of ceramic raw material powder and whisker, which is a matrix, and firing at a suitable high temperature and pressure,
It is possible to manufacture whisker-reinforced ceramic composite materials (hereinafter referred to as WRC).

しかしながら、上述のような製法で得られたWRM、WRC
は緻密体であり、ウイスカーはその緻密体内に分散した
状態で存在している。つまり、ウイスカー形成体を使用
して多孔質的な複合材料を製造するには適していないと
いう問題がある。
However, WRM and WRC obtained by the above manufacturing method
Is a dense body, and the whiskers are dispersed in the dense body. That is, there is a problem that it is not suitable for producing a porous composite material using a whisker forming body.

(発明の目的) 本発明の目的は、多孔質ウイスカー成形体を用いた、
種々の用途に使用しうるβ型窒化珪素ウイスカー複合材
料及びその製法を提供するものである。
(Object of the Invention) The object of the present invention is to use a porous whisker molded article,
An object of the present invention is to provide a β-type silicon nitride whisker composite material that can be used for various applications and a method for producing the same.

(問題点を解決するための技術的手段) 本発明は、密度0.15〜1.1g/cm3、曲げ強度25kg/cm2
上、硬度45kg/cm2以上、圧縮強度30kg/cm2以上を有する
β型窒化珪素ウイスカー成形体であって、該成形体の90
重量%以上がβ型窒化珪素ウイスカーからなり、該ウイ
スカーのうち80重量%以上が0.1〜5μmの直径、2〜1
00μmの長さを有し、かつウイスカー同士がウイスカー
1本につき1個所以上で接触固着しているβ型窒化珪素
ウイスカー成形体の表面及び該成形体内部のウイスカー
表面に金属及び/又はセラミックスの被覆層が形成され
てなる、気孔率が0〜90%であるβ型窒化珪素ウイスカ
ー複合材料に関する。
(Technical means for solving problems) The present invention has a density of 0.15 to 1.1 g / cm 3 , a bending strength of 25 kg / cm 2 or more, a hardness of 45 kg / cm 2 or more, a compression strength of 30 kg / cm 2 or more. Molded silicon nitride whisker, comprising:
% Or more consists of β-type silicon nitride whiskers, and 80% or more of the whiskers have a diameter of 0.1 to 5 μm and 2 to 1
Metal and / or ceramic coating on the surface of a β-type silicon nitride whisker molded body having a length of 00 μm and in which whiskers are in contact with each other at one or more locations per whisker, and the surface of the whisker inside the molded body The present invention relates to a β-type silicon nitride whisker composite material having a porosity of 0 to 90% formed by forming a layer.

また、本発明は、β型窒化珪素ウイスカー成形体をCV
D反応の析出温度域に加熱しておき、CVD反応ガスを該成
形体に供給し、反応させて固相を析出させることを特徴
とする上記β型窒化珪素ウイスカー複合材料の製法に関
する。
Further, the present invention provides a C-type silicon nitride whisker molded body with a CV
The present invention relates to a method for producing the above-mentioned β-type silicon nitride whisker composite material, wherein the β-type silicon nitride whisker composite material is heated to a deposition temperature range of a D reaction, and a CVD reaction gas is supplied to the molded body to cause a reaction to precipitate a solid phase.

本発明で使用されるβ型窒化珪素ウイスカー成形体の
曲げ強度、硬度及び圧縮強度は、それぞれ、JIS Z211
3、JIS Z2117、JIS Z2111に従って測定した値であ
る。
The bending strength, hardness and compressive strength of the β-type silicon nitride whisker molded body used in the present invention are measured according to JIS Z211
3. Measured according to JIS Z2117 and JIS Z2111.

本発明で使用されるβ型窒化珪素ウイスカー成形体
は、密度が0.15〜1.1g/cm3、曲げ強度が25kg/cm2以上、
硬度が45kg/cm2以上、圧縮強度30kg/cm2以上であり、成
形体の90重量%以上がβ型窒化珪素ウイスカーからな
り、該ウイスカーのうち80重量%以上が0.1〜5μmの
直径、2〜100μmの長さを有し、かつウイスカー同士
がウイスカー1本につき1個所以上で接触固着している
ものである。
The β-type silicon nitride whisker molded body used in the present invention has a density of 0.15 to 1.1 g / cm 3 , a bending strength of 25 kg / cm 2 or more,
The hardness is 45 kg / cm 2 or more, the compressive strength is 30 kg / cm 2 or more, and 90 wt% or more of the molded product is β-type silicon nitride whiskers, and 80 wt% or more of the whiskers have a diameter of 0.1 to 5 μm, and 2 The whiskers have a length of 100100 μm, and the whiskers are contacted and fixed at one or more locations per whisker.

このようなβ型窒化珪素ウイスカー成形体は特願昭62
−232010号に記載された方法によって製造することがで
きる。即ち、非晶質窒化珪素及び/又はα型窒化珪素粉
末100重量部に、稀土類元素及び/又はアルカリ土類金
属の酸化物粉末又は焼成時に酸化物に転化しうる化合物
粉末が酸化物換算で0.1〜20重量部配合された混合粉末
を、所望形状のルツボ型に0.15〜1.1g/cm3の範囲の密度
で充填し、含窒素非酸化性ガス雰囲気下で、最高温度を
1600〜1850℃で焼成することにより得られる。
Such a β-type silicon nitride whisker compact is disclosed in Japanese Patent Application No.
-232010. That is, in 100 parts by weight of amorphous silicon nitride and / or α-type silicon nitride powder, an oxide powder of a rare earth element and / or an alkaline earth metal or a compound powder that can be converted into an oxide during firing is calculated as an oxide. the mixed powder is 0.1 to 20 parts by weight blended, filled with a density of the crucible-type in the range of 0.15~1.1g / cm 3 of a desired shape, under nitrogen Motohi oxidizing gas atmosphere, the highest temperature
Obtained by firing at 1600-1850 ° C.

ここで、非晶質窒化珪素粉末は、それ自体公知の方
法、例えば四ハロゲン化珪素とアンモニアとを液相又は
気相で反応させた反応生成物を加熱処理することによっ
て調製することができ、通常のX線回析によって明確な
回析現象が現れない、いわゆる非晶質の粉末である。
Here, the amorphous silicon nitride powder can be prepared by a method known per se, for example, by heat-treating a reaction product obtained by reacting silicon tetrahalide and ammonia in a liquid phase or a gas phase, It is a so-called amorphous powder in which a clear diffraction phenomenon does not appear by ordinary X-ray diffraction.

α型窒化珪素粉末は、上記の非晶質窒化珪素粉末を焼
成する方法の他に、シリカの還元窒化法、珪素の直接窒
化法等の公知の方法で製造することができる。α型窒化
珪素粉末の比表面積は0.01〜20m2/g、特に2〜13m2/gで
あることが好ましい。
The α-type silicon nitride powder can be manufactured by a known method such as a reduction nitriding method of silica or a direct nitriding method of silicon, in addition to the method of firing the above-mentioned amorphous silicon nitride powder. The specific surface area of the α-type silicon nitride powder is preferably 0.01 to 20 m 2 / g, and particularly preferably 2 to 13 m 2 / g.

稀土類元素の具体例としては、イットリウム、ランタ
ン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウ
ム、ユーロピュウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、
イッテルビウム等のランタン系列元素及びスカンジウム
が挙げられる。また、アルカリ土類金属の具体例として
は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリ
ウム等が挙げられる。
Specific examples of rare earth elements include yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, dysprosium,
Lanthanum series elements such as ytterbium and scandium. In addition, specific examples of the alkaline earth metal include magnesium, calcium, strontium, barium, and the like.

焼成時に稀土類元素及び/又はアルカリ土類金属の酸
化物に転化し得る化合物としては、β型窒化珪素ウイス
カー成長時に一部又は全部が酸化物に転化し得る化合物
であればいかなる化合物を使用してもよく、その例とし
て水酸化物、炭酸塩等が挙げられる。
As the compound that can be converted into an oxide of a rare earth element and / or an alkaline earth metal during firing, any compound can be used as long as it is a compound that can be partially or wholly converted into an oxide during β-type silicon nitride whisker growth. And examples thereof include hydroxides and carbonates.

稀土類元素及び/又はアルカリ土類金属の化合物粉末
の配合量は、比晶質窒化珪素及び/又はα型窒化珪素か
ら選ばれる原料粉末100重量部当たり、酸化物換算で0.1
〜20重量部である。これらの配合量が下限より小さいと
ウイスカーの生成が不充分で、上限より大きいと緻密化
した焼結体類似のものが生成し、ウイスカーによる成形
体とはいえず、複合材料用プリフォームとしての形態と
しては不満足のものしかできない。
The compounding amount of the compound powder of the rare earth element and / or the alkaline earth metal is 0.1 in terms of oxide per 100 parts by weight of the raw material powder selected from the amorphous silicon nitride and / or the α-type silicon nitride.
~ 20 parts by weight. If the blending amount of these is smaller than the lower limit, the formation of whiskers is insufficient, and if it is larger than the upper limit, a densified sintered body-like product is produced, and it cannot be said to be a molded body made of whiskers. Only unsatisfactory forms can be made.

非晶質窒化珪素及び/又はα型窒化珪素粉末と稀土類
元素及び/又はアルカリ土類金属の化合物粉末との混合
粉末の調整法については特に制限はなく、それ自体公知
の方法、例えば両者を乾式混合する方法、不活性液体中
で両者を湿式混合した後に、不活性液体を除去する方法
等を採用することが出来る。混合装置としてはV型混合
機、ボールミル又は振動ボールミルが好ましく使用され
る。上記混合粉末の別の調整法としては、比晶質窒化珪
素粉末の前駆体、例えばシリコンジイミド又はシリコン
テトラアミドに稀土類元素及び/又はアルカリ土類金属
の化合物粉末を混合分散させ、この分散物を加熱処理す
る方法を採用することも出来る。上記調整法において、
比晶質窒化珪素又はその前駆体を使用する場合、これら
は酸素又は水分に対して極めて敏感であるので、制御さ
れた不活性雰囲気下で取り扱う必要がある。
There is no particular limitation on the method of preparing the mixed powder of the amorphous silicon nitride and / or α-type silicon nitride powder and the compound powder of the rare earth element and / or the alkaline earth metal. A method of dry mixing, a method of wet-mixing both in an inert liquid, and then removing the inert liquid can be employed. A V-type mixer, a ball mill or a vibrating ball mill is preferably used as the mixing device. Another method for preparing the mixed powder is to mix and disperse a compound powder of a rare earth element and / or an alkaline earth metal in a precursor of a non-crystalline silicon nitride powder, for example, silicon diimide or silicon tetraamide, and disperse the dispersion. It is also possible to adopt a method of heat treatment. In the above adjustment method,
When using crystalline silicon nitride or its precursors, they are very sensitive to oxygen or moisture and must be handled under a controlled inert atmosphere.

含窒素非酸化性ガスの具体例としては、窒素、アルゴ
ン、アンモニアあるいはこれらの混合ガスが挙げられ
る。焼成条件としては、混合粉末が1000℃から最高温度
の間を平均して、0.1〜40時間、特に4〜20時間加熱さ
れるように設定することが好ましい。焼成時の最高温度
は1850℃以下、好ましくは1600〜1800℃の範囲内の温度
である。焼成の際に使用される炉については、特に制限
はなく、例えば高周波誘導加熱方式、抵抗加熱方式によ
るバッチ炉、ロータリー炉、プッシャー炉等を使用する
ことが出来る。
Specific examples of the nitrogen-containing non-oxidizing gas include nitrogen, argon, ammonia, and a mixed gas thereof. The firing conditions are preferably set so that the mixed powder is heated for 0.1 to 40 hours, particularly 4 to 20 hours on average between 1000 ° C. and the maximum temperature. The maximum temperature during firing is 1850 ° C. or lower, preferably a temperature in the range of 1600 to 1800 ° C. The furnace used for firing is not particularly limited, and for example, a batch furnace, a rotary furnace, a pusher furnace, or the like using a high-frequency induction heating method or a resistance heating method can be used.

本発明においては、前期β型窒化珪素ウイスカーの表
面及び該成形体内部のウイスカー表面に金属及び/又は
セラミックスの被覆層が形成されている。
In the present invention, a metal and / or ceramic coating layer is formed on the surface of the β-type silicon nitride whiskers and the surface of the whiskers inside the molded body.

金属及び/又はセラミックスとしては、Ta、W、Mo、
SiC、TiC、TiN、TiB2、BNから選ばれる少なくとも一種
であることが望ましい。
Metals and / or ceramics include Ta, W, Mo,
Desirably, at least one selected from SiC, TiC, TiN, TiB 2 , and BN is used.

本発明においては、β型窒化珪素ウイスカー成形体を
CVD反応の析出温度域に加熱しておき、CVD反応ガスを該
成形体に供給することにより、β型窒化珪素ウイスカー
複合材料を製造することができる。
In the present invention, a β-type silicon nitride whisker molded body is
A β-type silicon nitride whisker composite material can be manufactured by heating to a deposition temperature region of a CVD reaction and supplying a CVD reaction gas to the compact.

加熱方法及び反応ガスの供給方法は、成形体の表面及
び成形体内部のウイスカー表面に析出物を析出させるこ
とができる方法であればよく、特に限定されないが、例
えば成形体のまわりをCVD反応ガスが流れていく過程
で、ガスが成形体の表面及び内部に拡散し、沈積する等
温法が採用できる。その他、形成体に温度勾配を設け、
定温側の表面に反応ガスを流し、高温側に反応ガスを拡
散させて高温部で反応させ、逐次高温側から沈積させる
温度勾配法や、反応ガスが圧力によって成形体中を流れ
るようにする圧力差法等も採用できる。
The heating method and the supply method of the reaction gas are not particularly limited as long as the precipitate can be deposited on the surface of the molded body and the whisker surface inside the molded body. In the process of flowing, an isothermal method in which gas diffuses and deposits on the surface and inside of the molded body and can be adopted. In addition, a temperature gradient is provided on the formed body,
A temperature gradient method in which a reaction gas is caused to flow on the surface of the constant temperature side, the reaction gas is diffused to the high temperature side and reacted in the high temperature part, and the reaction gas is sequentially deposited from the high temperature side, or the pressure that causes the reaction gas to flow in the compact by pressure. The difference method can also be adopted.

本発明において、CVD反応でβ型窒化珪素ウイスカー
成形体の表面及び成形体内部のウイスカー表面に析出さ
せる析出物は、CVD反応により析出できる炭化物、ホウ
化物、窒化物及び金属等が選ばれるが、特にSiC、TiC、
TiB2、BN、TiN、Ta、W、Moから選ばれる少なくとも一
種であることが望ましい。β型窒化珪素ウイスカー成形
体の特徴を生かし、さらに要求される特性に応じて、上
記の金属及び/又はセラミックスを選択することによ
り、種々の特性を有するβ型窒化珪素ウイスカー複合材
料を製造することができる。
In the present invention, the precipitate to be deposited on the surface of the β-type silicon nitride whisker molded body and the whisker surface inside the molded body by the CVD reaction is selected from carbides, borides, nitrides and metals that can be deposited by the CVD reaction. Especially SiC, TiC,
At least one selected from TiB 2 , BN, TiN, Ta, W and Mo is desirable. Producing a β-type silicon nitride whisker composite material having various characteristics by making use of the characteristics of the β-type silicon nitride whisker molded body and further selecting the above-mentioned metals and / or ceramics according to the required characteristics. You can

(発明の効果) 本発明で得られるβ型窒化珪素ウイスカー複合材料
は、公知のWRM、WRCと比較して全く性質の異なった複合
材料であり、CVD反応において反応ガスの供給量、供給
時間及び圧力を変えることにより、気孔率の異なった複
合材料を容易に製造することができる。
(Effect of the Invention) The β-type silicon nitride whisker composite material obtained in the present invention is a composite material having completely different properties as compared with known WRM and WRC. By changing the pressure, composite materials having different porosities can be easily manufactured.

(実施例) 以下に実施例を示す。(Example) An example is shown below.

参考例1 〈β型窒化珪素ウイスカーからなるプリフォームの製
造〉 シリコンジイミドを1200℃で加熱分解して得られた非
晶質窒化珪素粉末100重量部と純度99.9%の酸化イート
リウム1重量部とを窒素ガス雰囲気下で振動ボールミル
に入れ、1時間混合した。
Reference Example 1 <Production of Preform Made of β-Type Silicon Nitride Whiskers> 100 parts by weight of amorphous silicon nitride powder obtained by thermally decomposing silicon diimide at 1200 ° C. and 1 part by weight of yttrium oxide having a purity of 99.9% Was placed in a vibrating ball mill under a nitrogen gas atmosphere and mixed for 1 hour.

混合粉末を、内径50mm、長さ30mmの円筒状カーボン製
容器内に充填した。この容器を電気炉中にセットし、窒
素ガス雰囲気下、1750℃で焼成した。
The mixed powder was filled in a cylindrical carbon container having an inner diameter of 50 mm and a length of 30 mm. This container was set in an electric furnace and fired at 1750 ° C. under a nitrogen gas atmosphere.

室温に冷却した後、直径50mm、厚さ10mmの円板状のβ
型窒化珪素ウイスカープリフォームを容器から取り出し
た。
After cooling to room temperature, a disk-shaped β with a diameter of 50 mm and a thickness of 10 mm
The silicon nitride whisker preform was removed from the container.

この円板状物は約0.32g/cm3の密度、40.5kg/cm2の曲
げ強度、69.5kg/cm2の硬度及び46.2kg/cm2の圧縮強度を
有していた。この円板状物を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、ウイスカーのうちの80重量%以上が0.2〜4
μmの直径、5〜100μmの長さを有し、かつウイスカ
ー同士が1本につき1個以上の個所で固着して複雑に絡
み合った像が認められた。
The disk-shaped product had a density of about 0.32 g / cm 3, flexural strength of 40.5 kg / cm 2, the compressive strength of the hardness and 46.2kg / cm 2 of 69.5kg / cm 2. Observation of this disk-shaped object with a scanning electron microscope revealed that 80% by weight or more of the whiskers was 0.2-4.
An image having a diameter of μm, a length of 5 to 100 μm, and intricately entangled images in which one whisker was fixed at one or more points was recognized.

また、上記円板状物を粉砕した粉末をX線回析によっ
て調べたところ、β型窒化珪素に帰属できる回析以外の
回析は殆ど認められなかった。
Further, when the powder obtained by pulverizing the disk-shaped material was examined by X-ray diffraction, diffraction other than diffraction that can be attributed to β-type silicon nitride was hardly recognized.

参考例2 〈β型窒化珪素ウイスカーからなるプリフォームの製
造〉 比表面積4.8m2/gのα型窒化珪素粉末120重量部と酸化
カルシウム1重量部及びエタノール600重量部をボール
ミルに入れ、湿式混合した後、減圧乾燥し、得られた塊
状物を粉砕し混合粉末とした。
Reference Example 2 <Production of Preform Made of β-Type Silicon Nitride Whiskers> 120 parts by weight of α-type silicon nitride powder having a specific surface area of 4.8 m 2 / g, 1 part by weight of calcium oxide and 600 parts by weight of ethanol were put into a ball mill and wet-mixed. After that, it was dried under reduced pressure, and the obtained lump was crushed to obtain a mixed powder.

この混合粉末を、内径50mm、高さ30mmの円筒状カーボ
ン製容器内に充填した。この容器を電気炉中にセット
し、窒素ガス雰囲気下、1750℃で焼成して、上記容器に
形状の対応する円板状のβ型窒化珪素ウイスカープリフ
ォームを得た。
This mixed powder was filled in a cylindrical carbon container having an inner diameter of 50 mm and a height of 30 mm. The container was set in an electric furnace and fired at 1750 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to obtain a disk-shaped β-type silicon nitride whisker preform corresponding to the shape of the container.

この円筒状物は約0.36g/cm3の密度、42.0kg/cm2の曲
げ強度、72.3kg/cm2の硬度及び50.4kg/cm2の圧縮強度を
有していた。この円板状物を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、ウイスカーのうちの80重量%以上が0.5〜0.7
μmの直径、10〜100μmの長さを有し、かつウイスカ
ー同士が1本につき1個以上の個所で固着して複雑に絡
み合った像が認められた。
The cylindrical product had a density of about 0.36 g / cm 3, flexural strength of 42.0 kg / cm 2, the compressive strength of the hardness and 50.4 kg / cm 2 of 72.3kg / cm 2. Observation of this disk-shaped object with a scanning electron microscope revealed that 80% by weight or more of the whiskers were 0.5 to 0.7.
An image having a diameter of 10 μm, a length of 10 to 100 μm, and intricately entangled whiskers were fixed at one or more locations per one.

また、上記円板状物を粉砕した粉末をX線回析によっ
て調べたところ、β型窒化珪素に帰属できる回析以外の
回析は殆ど認められなかった。
Further, when the powder obtained by pulverizing the disk-shaped material was examined by X-ray diffraction, diffraction other than diffraction that can be attributed to β-type silicon nitride was hardly recognized.

実施例1 参考例1で得られたβ型窒化珪素ウイスカープリフォ
ームを第1図に示すような装置に入れ、アルゴンガス雰
囲気中で1000℃に予備加熱した。次いで、反応ガスとし
て、TiCl4、H2及びCH4の混合ガス(容積比1:40:8)を25
00cc/minで流し、加熱時間6時間、反応応力50Torrの条
件でCVD反応を起こさせ、TiC/β型窒化珪素ウイスカー
系の複合材料とした。得られた複合材料の中央部を切断
して走査型電子顕微鏡で観察したところ、複合材料の内
部は、TiCがウイスカーを覆った状態になっており、表
面に向かうに従って被覆層が厚くなっていた。また、複
合材料の表面はTiCで緻密に被覆されていた。また、気
孔率を測定したところ、70%であった。
Example 1 The β-type silicon nitride whisker preform obtained in Reference Example 1 was placed in an apparatus as shown in FIG. 1 and was preheated to 1000 ° C. in an argon gas atmosphere. Then, as a reaction gas, a mixed gas of TiCl 4 , H 2 and CH 4 (volume ratio 1: 40: 8) was added to 25
At a flow rate of 00 cc / min, a CVD reaction was caused under the conditions of a heating time of 6 hours and a reaction stress of 50 Torr to obtain a TiC / β-type silicon nitride whisker-based composite material. When the central part of the obtained composite material was cut and observed with a scanning electron microscope, the inside of the composite material was in a state where TiC covered the whiskers, and the coating layer became thicker toward the surface . The surface of the composite material was densely covered with TiC. The porosity was measured to be 70%.

実施例2 参考例2で得られたβ型窒化珪素ウイスカープリフォ
ームの一端面を炭素鋼板上に載せ、アルゴンガス雰囲気
中で1000℃に予備加熱した。次いで、反応ガスとして、
TaCl2、H2の混合ガス(容積比1:2.5)を800cc/minで流
し、加熱時間6時間、反応圧力50Torrの条件でCVD反応
を起こさせ、Ta/β型窒化珪素ウイスカー系の複合材料
とした。
Example 2 One end surface of the β-type silicon nitride whisker preform obtained in Reference Example 2 was placed on a carbon steel plate and preheated to 1000 ° C. in an argon gas atmosphere. Then, as a reaction gas,
A Ta / β-type silicon nitride whisker-based composite material is produced by flowing a mixed gas of TaCl 2 and H 2 (volume ratio 1: 2.5) at 800 cc / min, causing a CVD reaction under heating conditions of 6 hours and a reaction pressure of 50 Torr. And

得られた複合材料の中央部を切断して走査型電子顕微
鏡で観察したところ、複合材料の内部は、Taがウイスカ
ーを覆った状態になっており、表面に向かうに従って被
覆層が厚くなっていた。また、複合材料の表面はTaで緻
密に被覆されていた。また、気孔率を測定したところ、
70%であった。
When the central part of the obtained composite material was cut and observed with a scanning electron microscope, the inside of the composite material was in a state where Ta covered the whiskers, and the coating layer became thicker toward the surface. . Further, the surface of the composite material was densely covered with Ta. Also, when the porosity was measured,
70%.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は実施例1及び実施例2で使用したCVD装置の概
略図である。 1……β型窒化珪素ウイスカー形成体、2……導入ガ
ス、3……反応炉、4……加熱炉、5……排気装置、6
……排ガス処理装置
FIG. 1 is a schematic view of the CVD apparatus used in Examples 1 and 2. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... beta-type silicon nitride whisker forming body, 2 ... introduction gas, 3 ... reaction furnace, 4 ... heating furnace, 5 ... exhaust device, 6
…… Exhaust gas treatment equipment

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C30B 29/62 C30B 29/62 R ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location C30B 29/62 C30B 29/62 R

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】密度0.15〜1.1g/cm3、曲げ強度25kg/cm2
上(JIS Z2113法)、硬度45kg/cm2以上(JIS Z2117
法)、圧縮強度30kg/cm2以上(JIS Z2111法)を有する
β型窒化珪素ウイスカー成形体であって、該成形体の90
重量%以上がβ型窒化珪素ウイスカーからなり、該ウイ
スカーのうち80重量%以上が0.1〜5μmの直径、2〜1
00μmの長さを有し、かつウイスカー同士がウイスカー
1本につき1個所以上で接触固着しているβ型窒化珪素
ウイスカー成形体の表面及び該成形体内部のウイスカー
表面に金属及び/又はセラミックスの被覆層が形成され
てなる、気孔率が0〜90%であるβ型窒化珪素ウイスカ
ー複合材料。
(1) A density of 0.15 to 1.1 g / cm 3 , a bending strength of 25 kg / cm 2 or more (JIS Z2113 method), and a hardness of 45 kg / cm 2 or more (JIS Z2117
Method), a β-type silicon nitride whisker molded body having a compressive strength of 30 kg / cm 2 or more (JIS Z2111 method),
% Or more consists of β-type silicon nitride whiskers, and 80% or more of the whiskers have a diameter of 0.1 to 5 μm and 2 to 1
The surface of the β-type silicon nitride whisker molded body having a length of 00 μm and in which the whiskers are in contact with each other at one or more locations per whisker, and the surface of the whisker inside the molded body is coated with metal and / or ceramics. A β-type silicon nitride whisker composite material having a layer and having a porosity of 0 to 90%.
【請求項2】金属及び/又はセラミックスが、Ta、W、
Mo、SiC、TiC、BN、TiN、TiB2から選ばれる少なくとも
一種であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
のβ型窒化珪素ウイスカー複合材料。
2. The method according to claim 1, wherein the metal and / or ceramic is Ta, W,
Mo, SiC, TiC, BN, TiN, β -silicon nitride whisker composite material Claims paragraph 1, wherein the at least one selected from TiB 2.
【請求項3】密度0.15〜1.1g/cm3、曲げ強度25kg/cm2
上(JIS Z2113法)、硬度45kg/cm2以上(JIS Z2117
法)、圧縮強度30kg/cm2以上(JIS Z2111法)を有する
β型窒化珪素ウイスカー成形体であって、該成形体の90
重量以上がβ型窒化珪素ウイスカーからなり、該ウイス
カーのうち80重量%以上が0.1〜5μmの直径、2〜100
μmの長さを有し、かつウイスカー同士がウイスカー1
本につき1個所以上で接触固着しているβ型窒化珪素ウ
イスカー成形体をCVD反応の析出温度域に加熱してお
き、CVD反応ガスを該成形体に供給し、反応させて固相
を析出させることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のβ型窒化珪素ウイスカー複合材料の製法。
3. A density of 0.15 to 1.1 g / cm 3 , a bending strength of 25 kg / cm 2 or more (JIS Z2113 method), a hardness of 45 kg / cm 2 or more (JIS Z2117).
Method), a β-type silicon nitride whisker molded article having a compressive strength of 30 kg / cm 2 or more (JIS Z2111 method).
At least 80% by weight of the whiskers have a diameter of 0.1 to 5 μm and a weight of 2 to 100%.
It has a length of μm and whiskers are whiskers 1
The β-type silicon nitride whisker compact, which is contact-fixed at one or more locations per book, is heated to a deposition temperature range of a CVD reaction, and a CVD reaction gas is supplied to the compact to react and precipitate a solid phase. The method for producing a β-type silicon nitride whisker composite material according to claim 1, wherein
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