JP2802250B2 - 繊維強化セラミックス - Google Patents
繊維強化セラミックスInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＳｉＣウイスカ
（ｗｈｉｓｋｅｒ）により強化したＳｉ2Ｎ2Ｏを主成分
とする繊維強化セラミックスに関する。
（ｗｈｉｓｋｅｒ）により強化したＳｉ2Ｎ2Ｏを主成分
とする繊維強化セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、切削工具，摺動部材，セラミック
バルブ等の自動車エンジン部材，ガスタービンロータ等
の熱機関部材などに使用する高強度，高靱性でかつ耐摩
耗性，耐欠損性，耐酸化性，耐熱性に優れたセラミック
ス材料が求められている。
バルブ等の自動車エンジン部材，ガスタービンロータ等
の熱機関部材などに使用する高強度，高靱性でかつ耐摩
耗性，耐欠損性，耐酸化性，耐熱性に優れたセラミック
ス材料が求められている。
【０００３】耐酸化性，耐熱性に優れるセラミックス材
料の１つとして、特開昭６３−１７６３６９号，特開昭
６３−１２９０６７号，特開昭６２−２２３０６６号，
特開昭５９−１６９９８１号及び特開昭５４−１２３１
１０号の公報に記載されているＳｉ2Ｎ2Ｏの焼結体が知
られている。
料の１つとして、特開昭６３−１７６３６９号，特開昭
６３−１２９０６７号，特開昭６２−２２３０６６号，
特開昭５９−１６９９８１号及び特開昭５４−１２３１
１０号の公報に記載されているＳｉ2Ｎ2Ｏの焼結体が知
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のＳ
ｉ2Ｎ2Ｏの焼結体は、耐熱性，耐酸化性に優れている
が、各種構造部材に用いるには、強度，靱性，硬度とい
った機械的特性が不十分である。例えば、強度に関し
て、特開昭６３−１７６３６９号のように窒化珪素と酸
化珪素の混合物からなるつめ粉中で焼結する方法や、特
開昭５４−１２３１１０号のように、Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＯ
2−ＳｉＣからなる焼結体もあるが、抗折強度で４０〜
６０ｋｇ／ｍｍ2程度であり、上述した用途に使用する
には未だ十分な強度とはいい難い。
ｉ2Ｎ2Ｏの焼結体は、耐熱性，耐酸化性に優れている
が、各種構造部材に用いるには、強度，靱性，硬度とい
った機械的特性が不十分である。例えば、強度に関し
て、特開昭６３−１７６３６９号のように窒化珪素と酸
化珪素の混合物からなるつめ粉中で焼結する方法や、特
開昭５４−１２３１１０号のように、Ｓｉ3Ｎ4−ＳｉＯ
2−ＳｉＣからなる焼結体もあるが、抗折強度で４０〜
６０ｋｇ／ｍｍ2程度であり、上述した用途に使用する
には未だ十分な強度とはいい難い。
【０００５】こうした課題に対処するための手法とし
て、ＳｉＣウイスカの添加によって、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3），ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）等の靱性を
向上させることは既に知られていることであるが、Ｓｉ
Ｃウイスカの添加は必ずしもセラミックスの靱性を上昇
させるものではない。例えば、下記文献にみられるよう
に本願と組成の似ているＳｉ3Ｎ4にＳｉＣウイスカを添
加しても、靱性の向上が若干ある程度か、もしくは、逆
に低下する場合もある。
て、ＳｉＣウイスカの添加によって、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3），ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）等の靱性を
向上させることは既に知られていることであるが、Ｓｉ
Ｃウイスカの添加は必ずしもセラミックスの靱性を上昇
させるものではない。例えば、下記文献にみられるよう
に本願と組成の似ているＳｉ3Ｎ4にＳｉＣウイスカを添
加しても、靱性の向上が若干ある程度か、もしくは、逆
に低下する場合もある。
【０００６】＜文献＞ 第２５回窯業基礎討論会講演要旨集，２Ａ１５（１９８
７） 第７回高温材料基礎討論会講演要旨集，２５〜２９（１
９８７） Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．Ｂｕｌｌ，６６（２），３
３０−３３３（１９８７） 本願発明者らは、このような事情に鑑みて、各種の実験
を行った結果、ＳｉＣウイスカの添加量や焼結助剤を工
夫することにより靱性をある程度向上させた繊維強化セ
ラミックスを提供している（特願昭６３−１２７６８７
号）。
７） 第７回高温材料基礎討論会講演要旨集，２５〜２９（１
９８７） Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．Ｂｕｌｌ，６６（２），３
３０−３３３（１９８７） 本願発明者らは、このような事情に鑑みて、各種の実験
を行った結果、ＳｉＣウイスカの添加量や焼結助剤を工
夫することにより靱性をある程度向上させた繊維強化セ
ラミックスを提供している（特願昭６３−１２７６８７
号）。
【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、先の発明の焼結助剤を改良することにより、一
層、耐熱性や耐酸化性だけでなく、強度，靱性及び硬度
等の機械的特性に優れた繊維強化セラミックスを提供す
ることを目的とする。
であり、先の発明の焼結助剤を改良することにより、一
層、耐熱性や耐酸化性だけでなく、強度，靱性及び硬度
等の機械的特性に優れた繊維強化セラミックスを提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために次の手段を採用した。即ち、本発明の要旨
は、Ｓｃ，Ｙ及び希土類元素の酸化物の中から選ばれた
１種又は２種以上からなる第１の焼結助剤と、周期表Ｖ
Ａ，ＶＩＡ族に属する金属元素の酸化物の中から選ばれ
た１種又は２種以上からなる第２の焼結助剤と、を用い
て焼結されてなる繊維強化セラミックスであって、主成
分のＳｉ2Ｎ2Ｏと、ＳｉＣウイスカを含むＳｉＣと、を
含むとともに、上記各成分の組成として、ＳｉＣを５〜
５０重量％で、そのうちＳｉＣウイスカを全成分の５重
量％以上とするとともに、上記第１の焼結助剤を０．２
〜２５重量％、第２の焼結助剤を０．０５〜５重量％と
したことを特徴とする。
決するために次の手段を採用した。即ち、本発明の要旨
は、Ｓｃ，Ｙ及び希土類元素の酸化物の中から選ばれた
１種又は２種以上からなる第１の焼結助剤と、周期表Ｖ
Ａ，ＶＩＡ族に属する金属元素の酸化物の中から選ばれ
た１種又は２種以上からなる第２の焼結助剤と、を用い
て焼結されてなる繊維強化セラミックスであって、主成
分のＳｉ2Ｎ2Ｏと、ＳｉＣウイスカを含むＳｉＣと、を
含むとともに、上記各成分の組成として、ＳｉＣを５〜
５０重量％で、そのうちＳｉＣウイスカを全成分の５重
量％以上とするとともに、上記第１の焼結助剤を０．２
〜２５重量％、第２の焼結助剤を０．０５〜５重量％と
したことを特徴とする。
【０００９】ａ）ここで、Ｓｉ2Ｎ2Ｏとは、β−Ｓｉ3
Ｎ4にＡｌ2Ｏ3が固溶したβ−サイアロンではなく、結
晶構造が全く異なるものである。このことは、後述する
ｆ）欄に示す様に、焼結体のＸ線回折によるＳｉ2Ｎ2Ｏ
の最強ピークからも明らかである。
Ｎ4にＡｌ2Ｏ3が固溶したβ−サイアロンではなく、結
晶構造が全く異なるものである。このことは、後述する
ｆ）欄に示す様に、焼結体のＸ線回折によるＳｉ2Ｎ2Ｏ
の最強ピークからも明らかである。
【００１０】ｂ）ＳｉＣウイスカとしては、通常市販さ
れているものを使用することができ、その代表的形状
は、平均直径０．２〜５μｍ、平均長さ２〜２００μｍ
である。特に、Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｍｎ，Ｃｒ等のカチオン不純物が少なく、くびれ，枝分
れ，面欠陥等の少ないひげ状結晶であると好ましい。ま
た、このＳｉＣウイスカ表面にＢＮ，カーボン等のコー
ティングが施してあってもよい。
れているものを使用することができ、その代表的形状
は、平均直径０．２〜５μｍ、平均長さ２〜２００μｍ
である。特に、Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｍｎ，Ｃｒ等のカチオン不純物が少なく、くびれ，枝分
れ，面欠陥等の少ないひげ状結晶であると好ましい。ま
た、このＳｉＣウイスカ表面にＢＮ，カーボン等のコー
ティングが施してあってもよい。
【００１１】本発明は、このＳｉＣウイスカが全成分の
５重量％より少ないと、十分な強度，靱性を示さない。
また、ＳｉＣウイスカを含むＳｉＣが５重量％より少な
いと、焼結時にＳｉ2Ｎ2Ｏの分解を抑えることができな
いと共にＳｉＣウイスカによる強度，靱性の向上もな
い。一方、ＳｉＣが５０重量％を越えると焼結性が悪く
なり、所望の繊維強化セラミックスを得ることができな
い。ＳｉＣがＳｉＣウイスカのみによって構成され、か
つ、その添加量が全成分の１０〜４５重量％であると特
に強度，靱性が高く、焼結性も十分で好ましい。
５重量％より少ないと、十分な強度，靱性を示さない。
また、ＳｉＣウイスカを含むＳｉＣが５重量％より少な
いと、焼結時にＳｉ2Ｎ2Ｏの分解を抑えることができな
いと共にＳｉＣウイスカによる強度，靱性の向上もな
い。一方、ＳｉＣが５０重量％を越えると焼結性が悪く
なり、所望の繊維強化セラミックスを得ることができな
い。ＳｉＣがＳｉＣウイスカのみによって構成され、か
つ、その添加量が全成分の１０〜４５重量％であると特
に強度，靱性が高く、焼結性も十分で好ましい。
【００１２】ｃ）本セラミックスには、第１の焼結助剤
及び第２の焼結助剤が添加されている。 まず、第１の焼結助剤は、Ｓｃ，Ｙ及び希土類元素の
酸化物の１種又は２種以上を選択したものからなり、特
に好ましくは、Ｓｃ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，Ｃｅ
Ｏ2，Ｎｄ2Ｏ3，Ｄｙ2Ｏ3，Ｈｏ2Ｏ3．Ｙｂ2Ｏ3の化合
物群から選択すればよい。その添加量は、０．２重量％
より少ないと、焼結性が悪くなり、所望の繊維強化セラ
ミックスを得ることができないことから、０．２重量％
以上含有されていることが必要であり、特にその添加量
が、０．５〜１０重量％であると、強度が高く、耐熱
性，耐酸化性にも優れて好ましい。
及び第２の焼結助剤が添加されている。 まず、第１の焼結助剤は、Ｓｃ，Ｙ及び希土類元素の
酸化物の１種又は２種以上を選択したものからなり、特
に好ましくは、Ｓｃ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，Ｃｅ
Ｏ2，Ｎｄ2Ｏ3，Ｄｙ2Ｏ3，Ｈｏ2Ｏ3．Ｙｂ2Ｏ3の化合
物群から選択すればよい。その添加量は、０．２重量％
より少ないと、焼結性が悪くなり、所望の繊維強化セラ
ミックスを得ることができないことから、０．２重量％
以上含有されていることが必要であり、特にその添加量
が、０．５〜１０重量％であると、強度が高く、耐熱
性，耐酸化性にも優れて好ましい。
【００１３】また、第２の焼結助剤は、周期表ＶＡ，
ＶＩＡ族に属する金属元素の酸化物の中から選択したも
のからなり、特に好ましくは、Ｖ2Ｏ5，Ｔａ2Ｏ5，Ｃｒ
2Ｏ3の化合物群から選択すればよい。その添加量は、
０．０５重量％より少ないと、その寄与はほとんど無
く、一方、５重量％よりも多いと、例えば、カーボン型
と反応し、種々の化合物を形成し、強度の低下をまねく
ことから、０．０５〜５重量％が適当であり、特に０．
１〜２．０重量％であると焼結性が良く好ましい。
ＶＩＡ族に属する金属元素の酸化物の中から選択したも
のからなり、特に好ましくは、Ｖ2Ｏ5，Ｔａ2Ｏ5，Ｃｒ
2Ｏ3の化合物群から選択すればよい。その添加量は、
０．０５重量％より少ないと、その寄与はほとんど無
く、一方、５重量％よりも多いと、例えば、カーボン型
と反応し、種々の化合物を形成し、強度の低下をまねく
ことから、０．０５〜５重量％が適当であり、特に０．
１〜２．０重量％であると焼結性が良く好ましい。
【００１４】後述するようにＳｉ2Ｎ2Ｏが極めて分解し
やすい化合物であるので、これらの第２の焼結助剤であ
る酸化物は、一層緻密化を促進すると共に、残留Ｓｉ3
Ｎ4等を低減するために添加される。なお、上記第１の
焼結助剤と第２の焼結助剤の合計量が３０重量％を越え
ると、繊維強化セラミックス中のガラス成分が多くなり
すぎて、強度，耐熱性，耐酸化性の低下がみられること
から、３０重量％以下とする必要がある。
やすい化合物であるので、これらの第２の焼結助剤であ
る酸化物は、一層緻密化を促進すると共に、残留Ｓｉ3
Ｎ4等を低減するために添加される。なお、上記第１の
焼結助剤と第２の焼結助剤の合計量が３０重量％を越え
ると、繊維強化セラミックス中のガラス成分が多くなり
すぎて、強度，耐熱性，耐酸化性の低下がみられること
から、３０重量％以下とする必要がある。
【００１５】ｄ）残部は、Ｓｉ2Ｎ2Ｏから構成される。
本発明の繊維強化セラミックスを製造する場合には、Ｓ
ｉ2Ｎ2Ｏの粉末等をそのまま材料として使用することが
できるが、それ以外に、Ｓｉ2Ｎ2Ｏを形成するための成
分として、Ｓｉ2Ｎ2Ｏ粉末や、窒化珪素と二酸化珪素の
混合粉末、もしくは、両者の混合粉末を用いることがで
きる。窒化珪素と二酸化珪素の混合比は特に限定しない
が、高特性の繊維強化セラミックスを得るために、モル
比で、Ｓｉ3Ｎ4：ＳｉＯ2＝１：１．２〜１．２：１程
度であることが望ましい。
本発明の繊維強化セラミックスを製造する場合には、Ｓ
ｉ2Ｎ2Ｏの粉末等をそのまま材料として使用することが
できるが、それ以外に、Ｓｉ2Ｎ2Ｏを形成するための成
分として、Ｓｉ2Ｎ2Ｏ粉末や、窒化珪素と二酸化珪素の
混合粉末、もしくは、両者の混合粉末を用いることがで
きる。窒化珪素と二酸化珪素の混合比は特に限定しない
が、高特性の繊維強化セラミックスを得るために、モル
比で、Ｓｉ3Ｎ4：ＳｉＯ2＝１：１．２〜１．２：１程
度であることが望ましい。
【００１６】ｅ）なお、本発明に用いる酸化物は初めか
ら粉末状態である必要はなく、金属アルコキシド溶液形
態で混合し、加水分解及び仮焼を経たものを本発明の原
料素地とすることも可能である。 ｆ）また、上記成分以外に、特性に影響を与えない程度
のβ−Ｓｉ3Ｎ4，Ｒｅ 2Ｓｉ2Ｏ7（Ｒｅ：希土類元素）
等を含んでもよいが、より高特性な繊維強化セラミック
スであるためには、焼結体のＸ線回折で、Ｓｉ2Ｎ2Ｏ，
ＳｉＣ以外の化合物の最強ピークの積分強度が、Ｓｉ2
Ｎ2Ｏの最強ピーク（（２００）もしくは（１１１））
の積分強度に対して１／２以下であることが望ましい。
ら粉末状態である必要はなく、金属アルコキシド溶液形
態で混合し、加水分解及び仮焼を経たものを本発明の原
料素地とすることも可能である。 ｆ）また、上記成分以外に、特性に影響を与えない程度
のβ−Ｓｉ3Ｎ4，Ｒｅ 2Ｓｉ2Ｏ7（Ｒｅ：希土類元素）
等を含んでもよいが、より高特性な繊維強化セラミック
スであるためには、焼結体のＸ線回折で、Ｓｉ2Ｎ2Ｏ，
ＳｉＣ以外の化合物の最強ピークの積分強度が、Ｓｉ2
Ｎ2Ｏの最強ピーク（（２００）もしくは（１１１））
の積分強度に対して１／２以下であることが望ましい。
【００１７】ｇ）次に、上記組成からなる繊維強化セラ
ミックスの製法を概説する。まず、上述した各種成分を
選定・混合し、その後に、例えば公知のホットプレス
（ＨＰ）法，ガス圧焼結（ＧＰＳ）法，熱間等方静水圧
（ＨＩＰ）法等による焼成工程を行う。
ミックスの製法を概説する。まず、上述した各種成分を
選定・混合し、その後に、例えば公知のホットプレス
（ＨＰ）法，ガス圧焼結（ＧＰＳ）法，熱間等方静水圧
（ＨＩＰ）法等による焼成工程を行う。
【００１８】ここで、いずれの焼結法においても、非酸
化性雰囲気中とすることが必要であり、Ｎ2雰囲気の場
合には、Ｎ2分圧を１気圧以上の非酸化性雰囲気とし、
１６００〜２０００℃で焼結を行う。好ましくは、１気
圧以上のＮ2 雰囲気中で行う。最も望ましい焼成工程
は、１気圧以上のＮ2雰囲気中にて、ＨＰ法により、焼
結することである。このように１気圧以上のＮ2雰囲気
中で行うのは、Ｓｉ2Ｎ2Ｏは後述するように極めて分解
しやすく、分解抑制にはＮ2 分圧が１気圧以上の方が望
ましいからである。したがって、Ｎ2によりＳｉ2Ｎ2Ｏ
の分解抑制を効果的にするには、Ｎ2分圧は、焼成温度
が高いほど、また、前述の各種酸化物の添加量が少ない
ほど、高くする必要がある。
化性雰囲気中とすることが必要であり、Ｎ2雰囲気の場
合には、Ｎ2分圧を１気圧以上の非酸化性雰囲気とし、
１６００〜２０００℃で焼結を行う。好ましくは、１気
圧以上のＮ2 雰囲気中で行う。最も望ましい焼成工程
は、１気圧以上のＮ2雰囲気中にて、ＨＰ法により、焼
結することである。このように１気圧以上のＮ2雰囲気
中で行うのは、Ｓｉ2Ｎ2Ｏは後述するように極めて分解
しやすく、分解抑制にはＮ2 分圧が１気圧以上の方が望
ましいからである。したがって、Ｎ2によりＳｉ2Ｎ2Ｏ
の分解抑制を効果的にするには、Ｎ2分圧は、焼成温度
が高いほど、また、前述の各種酸化物の添加量が少ない
ほど、高くする必要がある。
【００１９】また、焼結温度を上述のように設定するの
が好ましいのは、１６００℃以下では、十分緻密な繊維
強化セラミックスを得ることはできないからであり、ま
た、２０００℃を越える場合には、Ｓｉ2Ｎ2Ｏの分解抑
制が極めて困難になるからである。
が好ましいのは、１６００℃以下では、十分緻密な繊維
強化セラミックスを得ることはできないからであり、ま
た、２０００℃を越える場合には、Ｓｉ2Ｎ2Ｏの分解抑
制が極めて困難になるからである。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明に用いられる各種添加物及
び焼結条件は、以下のように作用すると考えられる。Ｓ
ｉ2Ｎ2Ｏ成分として、例えば窒化珪素と二酸化珪素を用
いた場合、両者の化学反応式はの如く示される。
び焼結条件は、以下のように作用すると考えられる。Ｓ
ｉ2Ｎ2Ｏ成分として、例えば窒化珪素と二酸化珪素を用
いた場合、両者の化学反応式はの如く示される。
【００２１】Ｓｉ3Ｎ4＋ＳｉＯ2→２Ｓｉ2Ｎ2Ｏ … の反応は固相ではほとんど進行しない。ここで、Ｓ
ｃ，Ｙ及び希土類元素の中から選ばれた１種又は２種以
上の酸化物からなる第１の焼結助剤は、二酸化珪素とと
もに液相を生じさせ、の反応を促進させると共に生成
したＳｉ2Ｎ2Ｏの焼結を促進する。このとき、予め種結
晶としてＳｉ2Ｎ2Ｏを添加しておくとの反応は一層速
くなる。
ｃ，Ｙ及び希土類元素の中から選ばれた１種又は２種以
上の酸化物からなる第１の焼結助剤は、二酸化珪素とと
もに液相を生じさせ、の反応を促進させると共に生成
したＳｉ2Ｎ2Ｏの焼結を促進する。このとき、予め種結
晶としてＳｉ2Ｎ2Ｏを添加しておくとの反応は一層速
くなる。
【００２２】また、周期表ＶＡ，ＶＩＡ族に属する金属
元素の酸化物の中から選ばれた第２の焼結助剤は、Ｓｉ
3Ｎ4への酸素供給剤として働いていると考えられ、の
反応を促進する。これは、これらの金属元素の価数が極
めて変化しやすいためである。すなわち、この第２の焼
結助剤の添加により、残留Ｓｉ3Ｎ4等を低減して、焼結
体を一層緻密化することができる。
元素の酸化物の中から選ばれた第２の焼結助剤は、Ｓｉ
3Ｎ4への酸素供給剤として働いていると考えられ、の
反応を促進する。これは、これらの金属元素の価数が極
めて変化しやすいためである。すなわち、この第２の焼
結助剤の添加により、残留Ｓｉ3Ｎ4等を低減して、焼結
体を一層緻密化することができる。
【００２３】の反応はこれらの添加物の存在下で１６
００℃以上で急激に進行する。そして１７００℃を越え
ると今度は、の反応式によって急激に分解する。 ３Ｓｉ2Ｎ2Ｏ→Ｓｉ3Ｎ4＋３ＳｉＯ＋Ｎ2 … 焼成工程において、カーボン製の鞘や型を用いた場合、
ＳｉＣを添加することにより、の分解を抑制すること
ができる。これは分解によって生じたＳｉＯが反応活性
なため、周囲のカーボンと反応し、緻密化の障害となる
ＳｉＣを焼結体外周部に生成しやすいので、予めＳｉＣ
を添加しておくことでこのＳｉＯとＣの反応が抑制され
るための分解を抑制するものと考えられる。このＳｉ
Ｃの分解抑制作用をＳｉＣウイスカを含むＳｉＣにより
行わせて緻密体を形成するとともに、本発明の構成相の
もとにおいては、ＳｉＣウイスカ自体による素材の強化
作用が効果的に発揮され、繊維強化セラミックスに高い
強度と靱性を具備させることができる。
００℃以上で急激に進行する。そして１７００℃を越え
ると今度は、の反応式によって急激に分解する。 ３Ｓｉ2Ｎ2Ｏ→Ｓｉ3Ｎ4＋３ＳｉＯ＋Ｎ2 … 焼成工程において、カーボン製の鞘や型を用いた場合、
ＳｉＣを添加することにより、の分解を抑制すること
ができる。これは分解によって生じたＳｉＯが反応活性
なため、周囲のカーボンと反応し、緻密化の障害となる
ＳｉＣを焼結体外周部に生成しやすいので、予めＳｉＣ
を添加しておくことでこのＳｉＯとＣの反応が抑制され
るための分解を抑制するものと考えられる。このＳｉ
Ｃの分解抑制作用をＳｉＣウイスカを含むＳｉＣにより
行わせて緻密体を形成するとともに、本発明の構成相の
もとにおいては、ＳｉＣウイスカ自体による素材の強化
作用が効果的に発揮され、繊維強化セラミックスに高い
強度と靱性を具備させることができる。
【００２４】なお、焼成工程における１気圧以上のＮ2
がの分解を抑制することは、式から明らかである。
したがって、本発明の構成によって、高強度，高靱性
で、かつ耐摩耗性，耐欠損性，耐酸化性、耐熱性に優れ
たセラミックス材料を提供することを可能とした。
がの分解を抑制することは、式から明らかである。
したがって、本発明の構成によって、高強度，高靱性
で、かつ耐摩耗性，耐欠損性，耐酸化性、耐熱性に優れ
たセラミックス材料を提供することを可能とした。
【００２５】
【実施例】本発明の実施例について説明する。以下に示
す各原料を表１に示す割合で配合し、ボールミルを用い
エタノール中で１６時間均一に分散混合した後、乾燥
し、造粒して素地粉末とした。 ＜原料＞ (1) Ｓｉ2Ｎ2Ｏ成分 Ｓｉ3Ｎ4：平均粒径０．６μｍ，純度９８％，α率
９０％ ＳｉＯ2 ：平均粒径１５ｎｍ，純度９９．９％ Ｓｉ2Ｎ2Ｏ：平均粒径１μｍ，純度９５％ 尚、前記Ｓｉ3Ｎ4及びＳｉＯ2を用いる場合とは、
ＳｉＣウイスカを混入して焼成する際にＳｉ2Ｎ2Ｏを生
成するものであり、Ｓｉ2Ｎ2Ｏを用いる場合とは、原
材料として直接にＳｉ2Ｎ2Ｏを使用するものであり、ど
ちらからも繊維強化セラミックスを製造することが可能
である。
す各原料を表１に示す割合で配合し、ボールミルを用い
エタノール中で１６時間均一に分散混合した後、乾燥
し、造粒して素地粉末とした。 ＜原料＞ (1) Ｓｉ2Ｎ2Ｏ成分 Ｓｉ3Ｎ4：平均粒径０．６μｍ，純度９８％，α率
９０％ ＳｉＯ2 ：平均粒径１５ｎｍ，純度９９．９％ Ｓｉ2Ｎ2Ｏ：平均粒径１μｍ，純度９５％ 尚、前記Ｓｉ3Ｎ4及びＳｉＯ2を用いる場合とは、
ＳｉＣウイスカを混入して焼成する際にＳｉ2Ｎ2Ｏを生
成するものであり、Ｓｉ2Ｎ2Ｏを用いる場合とは、原
材料として直接にＳｉ2Ｎ2Ｏを使用するものであり、ど
ちらからも繊維強化セラミックスを製造することが可能
である。
【００２６】(2) 第１の焼結助剤 Ｓｃ，Ｙ及び希土類元素の酸化物：平均粒径２μｍ以下 (3) 第２の焼結助剤 周期表ＶＡ，ＶＩＡ族の金属元素の酸化物：平均粒径２
μｍ以下 (4) ＳｉＣ ＳｉＣ粉末：平均粒径１．６μｍ，純度９６％ ＳｉＣウイスカ：平均直径０．６μｍ長さ１０〜８
０μｍ この素地粉末を、表１に示す温度，圧力，時間，雰囲
気，Ｎ2 分圧でホットプレスにより焼結し、４ｍｍ×３
ｍｍ×４０ｍｍの寸法に加工して試料とした。
μｍ以下 (4) ＳｉＣ ＳｉＣ粉末：平均粒径１．６μｍ，純度９６％ ＳｉＣウイスカ：平均直径０．６μｍ長さ１０〜８
０μｍ この素地粉末を、表１に示す温度，圧力，時間，雰囲
気，Ｎ2 分圧でホットプレスにより焼結し、４ｍｍ×３
ｍｍ×４０ｍｍの寸法に加工して試料とした。
【００２７】その後、試料について、室温及び１０００
℃における曲げ強度（ＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づく抗折
強度），破壊靱性（インデンティションマイクロフラク
チャー法、荷重１０ｋｇ），ビッカース硬度（荷重１０
ｋｇ）を測定した。また、試料中の結晶相をＸ線回折を
用いて同定し、その結果を上記各試験結果とともに表２
に記した。
℃における曲げ強度（ＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づく抗折
強度），破壊靱性（インデンティションマイクロフラク
チャー法、荷重１０ｋｇ），ビッカース硬度（荷重１０
ｋｇ）を測定した。また、試料中の結晶相をＸ線回折を
用いて同定し、その結果を上記各試験結果とともに表２
に記した。
【００２８】なお、電子顕微鏡による試料観察，Ｘ線回
折の結果より、ＳｉＣウイスカは他の成分と化学的に反
応することなく、試料にウイスカ形状で分散，残留して
いることが確認された。
折の結果より、ＳｉＣウイスカは他の成分と化学的に反
応することなく、試料にウイスカ形状で分散，残留して
いることが確認された。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】表１及び表２から次のことが分かった。 (1) 試料Ｎｏ．１２，１３のように、第１の焼結助剤、
第２の焼結助剤及びＳｉＣウイスカを含むＳｉＣを含有
しないと緻密化しない。 (2) 焼結助剤を添加しても、ＳｉＣウイスカを使用しな
い場合には、試料Ｎｏ．１４のようにＳｉ2Ｎ2Ｏ成分が
分解揮発するために、焼結できないか、試料Ｎｏ．１５
のように低温で焼結しても機械的強度の低いものしか得
られない。 (3) 試料Ｎｏ．１６のように、ＳｉＣウイスカを含むＳ
ｉＣが５重量％より少ないと、Ｓｉ2Ｎ2Ｏの分解揮発を
抑制することができない。 (4) 試料Ｎｏ．１７のように、ＳｉＣウイスカを含むＳ
ｉＣが４０重量％より多く添加されている場合には、第
２の焼結助剤が添加されていないと緻密化できない。す
なわち、第２の焼結助剤の添加により、焼結性が向上
し、ＳｉＣウイスカが４０重量％以上添加されていても
緻密化できる。 (5) 試料Ｎｏ．１８のように、Ｓｉ2Ｎ2Ｏ成分とＳｉＣ
ウイスカを含むＳｉＣだけでは緻密化できない。 (6) 試料Ｎｏ．１９のように、焼結助剤の添加量が１重
量％より少ない場合には、第１の焼結助剤だけでは緻密
化できない。 (7) 試料Ｎｏ．２０のように、焼結助剤が３０重量％以
上添加されている場合には、熱間強度が低下する。 (8) 試料Ｎｏ．２１のように、ＳｉＣウイスカが全体の
５重量％以上添加されていない場合には、十分な靱性を
示さない。 (9) また、第２の焼結助剤を加えた場合であっても、試
料Ｎｏ．２２のように第２の焼結助剤の量が多すぎる場
合には、機械的強度が小さくなり、試料Ｎｏ．２３のよ
うに第１及び第２の焼結助剤の総量が３０重量％を超え
ると熱間強度が低下する。さらに試料Ｎｏ．２４，２５
のように、焼結助剤の量が少ないと分解揮発する。 (10) 試料Ｎｏ．２６のように、焼結温度が低い場合に
は緻密化せず、試料Ｎｏ．２７のように焼結温度が高す
ぎる場合には、分解揮発する。
第２の焼結助剤及びＳｉＣウイスカを含むＳｉＣを含有
しないと緻密化しない。 (2) 焼結助剤を添加しても、ＳｉＣウイスカを使用しな
い場合には、試料Ｎｏ．１４のようにＳｉ2Ｎ2Ｏ成分が
分解揮発するために、焼結できないか、試料Ｎｏ．１５
のように低温で焼結しても機械的強度の低いものしか得
られない。 (3) 試料Ｎｏ．１６のように、ＳｉＣウイスカを含むＳ
ｉＣが５重量％より少ないと、Ｓｉ2Ｎ2Ｏの分解揮発を
抑制することができない。 (4) 試料Ｎｏ．１７のように、ＳｉＣウイスカを含むＳ
ｉＣが４０重量％より多く添加されている場合には、第
２の焼結助剤が添加されていないと緻密化できない。す
なわち、第２の焼結助剤の添加により、焼結性が向上
し、ＳｉＣウイスカが４０重量％以上添加されていても
緻密化できる。 (5) 試料Ｎｏ．１８のように、Ｓｉ2Ｎ2Ｏ成分とＳｉＣ
ウイスカを含むＳｉＣだけでは緻密化できない。 (6) 試料Ｎｏ．１９のように、焼結助剤の添加量が１重
量％より少ない場合には、第１の焼結助剤だけでは緻密
化できない。 (7) 試料Ｎｏ．２０のように、焼結助剤が３０重量％以
上添加されている場合には、熱間強度が低下する。 (8) 試料Ｎｏ．２１のように、ＳｉＣウイスカが全体の
５重量％以上添加されていない場合には、十分な靱性を
示さない。 (9) また、第２の焼結助剤を加えた場合であっても、試
料Ｎｏ．２２のように第２の焼結助剤の量が多すぎる場
合には、機械的強度が小さくなり、試料Ｎｏ．２３のよ
うに第１及び第２の焼結助剤の総量が３０重量％を超え
ると熱間強度が低下する。さらに試料Ｎｏ．２４，２５
のように、焼結助剤の量が少ないと分解揮発する。 (10) 試料Ｎｏ．２６のように、焼結温度が低い場合に
は緻密化せず、試料Ｎｏ．２７のように焼結温度が高す
ぎる場合には、分解揮発する。
【００３２】尚、本発明は前記実施例に限定されるもの
ではなく、本実施例の要旨を逸脱しない範囲内で各種の
態様で実施できることは勿論である。尚、試料No.２８
は、本発明品ではないが、第１の焼結助剤としてＡｌを
使用した場合の参考例である。
ではなく、本実施例の要旨を逸脱しない範囲内で各種の
態様で実施できることは勿論である。尚、試料No.２８
は、本発明品ではないが、第１の焼結助剤としてＡｌを
使用した場合の参考例である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/584 C04B 35/80
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓｃ，Ｙ及び希土類元素の酸化物の中か
ら選ばれた１種又は２種以上からなる第１の焼結助剤
と、 周期表ＶＡ，ＶＩＡ族に属する金属元素の酸化物の中か
ら選ばれた１種又は２種以上からなる第２の焼結助剤
と、 を用いて焼結されてなる繊維強化セラミックスであっ
て、 主成分のＳｉ2Ｎ2Ｏと、 ＳｉＣウイスカを含むＳｉＣと、 を含むとともに、 上記各成分の組成として、ＳｉＣを５〜５０重量％で、
そのうちＳｉＣウイスカを全成分の５重量％以上とする
とともに、上記第１の焼結助剤を０．２〜２５重量％、
第２の焼結助剤を０．０５〜５重量％としたことを特徴
とする繊維強化セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7281883A JP2802250B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 繊維強化セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7281883A JP2802250B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 繊維強化セラミックス |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1022995A Division JP2524635B2 (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 繊維強化セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08208337A JPH08208337A (ja) | 1996-08-13 |
| JP2802250B2 true JP2802250B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=17645303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7281883A Expired - Fee Related JP2802250B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 繊維強化セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2802250B2 (ja) |
-
1995
- 1995-10-30 JP JP7281883A patent/JP2802250B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08208337A (ja) | 1996-08-13 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |