JP2812546B2 - Ceramics molded body and method of manufacturing ceramics molded body - Google Patents

Ceramics molded body and method of manufacturing ceramics molded body

Info

Publication number
JP2812546B2
JP2812546B2 JP2256194A JP25619490A JP2812546B2 JP 2812546 B2 JP2812546 B2 JP 2812546B2 JP 2256194 A JP2256194 A JP 2256194A JP 25619490 A JP25619490 A JP 25619490A JP 2812546 B2 JP2812546 B2 JP 2812546B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crystal grains
less
molded body
ceramic molded
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2256194A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04132664A (en
Inventor
光雄 桑原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2256194A priority Critical patent/JP2812546B2/en
Publication of JPH04132664A publication Critical patent/JPH04132664A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2812546B2 publication Critical patent/JP2812546B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、セラミックス成形体およびセラミックス成
形体の製造方法に関し、一層詳細には、窒化硅素、炭化
硅素等の主原料と焼結助剤等の添加剤からなる原料粉末
に焼成および熱処理を施して、セラミックス成形体中に
大きさの異なる六方柱状晶等の形状を有するウイスカー
単結晶の強固な結晶粒を成長させることにより、強度と
靭性に優れたセラミックス成形体を得ることを可能とし
たセラミックス成形体およびその製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic molded body and a method for producing a ceramic molded body, and more particularly, to a main raw material such as silicon nitride or silicon carbide and a sintering aid. By baking and heat-treating the raw material powder comprising the additives of the above, a strong whisker single crystal having a shape such as a hexagonal columnar crystal having a different size is grown in the ceramic molded body, thereby increasing strength and toughness. The present invention relates to a ceramic molded body capable of obtaining an excellent ceramic molded body and a method for producing the same.

[従来の技術] 従来より、共有結合性化合物の炭化硅素および窒化硅
素を含むセラミックス成形体の優れた耐食性と耐熱性が
注目され、特に高温ガス中の過酷な条件下での使用が余
儀なくされる内燃機関の構造材および部品材等への使用
に関心が寄せられている。
[Prior art] Conventionally, excellent corrosion resistance and heat resistance of ceramic molded bodies containing covalent bonding compounds silicon carbide and silicon nitride have been noticed, and in particular, use under severe conditions in high-temperature gas is inevitable. There is an increasing interest in the use of internal combustion engines for structural materials and component materials.

そこで、内燃機関の構造材および部品材への使用を可
能とすべく、前記セラミックス成形体に高強度と高靭性
とを付与することが長期にわたって希求されてきた。
Therefore, it has been desired for a long time to provide the ceramic molded body with high strength and high toughness so that the ceramic molded body can be used as a structural material and a component material of an internal combustion engine.

その一例して、例えば、特開昭59−54675号は「繊維
強化炭化硅素焼結体の製造方法」を開示している。すな
わち、この技術思想によれば、粒状の原料粉末および焼
結助剤と繊維状のウィスカーの混合を行うことなく、粒
状で熱処理によりウィスカーとなるウィスカー生成剤を
前記原料粉末および焼結助剤に混合し、所定形状に成形
した後、その成形体を窒素ガス分圧を有する非酸化性雰
囲気下で1300℃以上、好ましくは、1500℃から1750℃の
温度で熱処理する。これにより、混合した粒状のウィス
カー生成剤より繊維状のウィスカーを成形体中に生成さ
せ、しかる後にさらに温度を高め非酸化性雰囲気下で緻
密化焼結を行うことにより繊維強化型の炭化硅素焼結体
を得るものである。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-54675 discloses a "method for producing a fiber-reinforced silicon carbide sintered body". That is, according to this technical idea, a whisker generator that becomes whiskers by heat treatment in granular form is used as the raw material powder and sintering aid without mixing the granular raw material powder and the sintering aid with the fibrous whiskers. After mixing and forming into a predetermined shape, the formed body is heat-treated at a temperature of 1300 ° C. or more, preferably 1500 ° C. to 1750 ° C., in a non-oxidizing atmosphere having a partial pressure of nitrogen gas. As a result, fibrous whiskers are formed in the molded body from the mixed granular whisker forming agent, and thereafter, the temperature is further increased, and densification and sintering are performed in a non-oxidizing atmosphere, whereby the fiber-reinforced silicon carbide firing is performed. It is to get the union.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前記従来技術に係る繊維強化炭化硅素
焼結体の製造方法では、セラミックス成形体中に繊維状
のウィスカーを生成させているために、同じ方向に配向
性を有する場合でもウィスカー相互の絡み合いや捩じ
れ、さらには相互に物理化学的干渉を生じ、その結果、
緻密で欠陥のない状態のセラミックス成形体を再現性よ
く見ることが困難であることが判明した。すなわち、こ
の従来技術によれば、セラミックス成形体は、数μmか
ら数十μm、時には、数百μmの空隙からなる欠陥を画
成している。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the method for producing a fiber-reinforced silicon carbide sintered body according to the conventional technique, since fibrous whiskers are generated in the ceramic molded body, the orientation in the same direction is reduced. Even when the whiskers have entanglement and twisting of the whiskers, mutual physicochemical interference occurs, and as a result,
It turned out that it was difficult to see a dense and defect-free ceramic molded body with good reproducibility. That is, according to this conventional technique, the ceramic molded body defines a defect having a void of several μm to several tens μm, and sometimes several hundred μm.

ところで、セラミックスは脆性体であるために切り欠
き感受性が高く、セラミックス成形体を実際に使用する
際には、欠陥は大きくとも30μmを限界とし、好適には
10μm以下であることが必要とされている。また、セラ
ミックス成形体を破壊することなく前記欠陥の存在の有
無を確認し、且つ前記欠陥をセラミックス成形体から排
除する技術思想は未だ開示されていない。
By the way, since ceramics are brittle, they have high notch sensitivity, and when actually using ceramic molded bodies, defects are limited to at most 30 μm, preferably
It is required that the thickness be 10 μm or less. Further, a technical idea of confirming the presence or absence of the defect without destroying the ceramic molded body and excluding the defect from the ceramic molded body has not been disclosed yet.

従って、前記特開昭59−54675号によって開示された
技術思想に係る製造方法によるセラミックス成形体の実
際の使用に際しては、安全率を大きく見積もり、使用応
力の非常に小さい部位にのみ限定しての使用しかできな
い。すなわち、セラミックス成形体に高靭性と高強度を
付与する目的を完全に達成したとは言い難い。
Therefore, in actual use of the ceramic molded article by the manufacturing method according to the technical idea disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-54675, the safety factor is largely estimated and limited to only a portion having a very small working stress. Can only be used. That is, it is hard to say that the purpose of imparting high toughness and high strength to the ceramic molded body has been completely achieved.

また、強度を向上させるための一般的手段として、セ
ラミックス成形体中に微細結晶を生成すべく極めて微細
に調整された原料粉末、例えば、所謂、ナノコンポジッ
ト等を用い粒成長を抑制する方法が採用されている。前
記方法によれば、実質的な欠陥寸法の低減化と欠陥数の
減少を図ることにより、強度の向上を図ることが可能と
なっている。
In addition, as a general means for improving the strength, a method of suppressing grain growth using a raw material powder which is extremely finely adjusted to generate fine crystals in a ceramic molded body, for example, a so-called nanocomposite is adopted. Have been. According to the above-described method, it is possible to improve the strength by substantially reducing the defect size and the number of defects.

しかしながら、前記方法において、ナノコンポジット
等の微細に調整された原料粉末、例えば、Si−C−N複
合粉末を得るためには、ヘキサメチルジシラザンにアン
モニアを加えた後に1000℃で気相反応させ、さらに窒素
ガス中1350℃で4時間熱処理しなければならないことか
ら判明するように、複雑な反応工程を必要とするため
に、生産コストが高騰する難点がある。また、前記方法
によりセラミックスを成形するためには、ホットプレ
ス、若しくはカプセル法HIPによる成形方法に限定され
るので、得られるセラミックス成形体の形状は限定され
てしまう。さらには、靭性の指針となる破壊靭性値はK
IC=6〜7.8MPam1/2程度しか得られず、十分な靭性を得
たとは言い難い。
However, in the above method, in order to obtain a finely adjusted raw material powder such as a nanocomposite, for example, a Si-CN composite powder, after adding ammonia to hexamethyldisilazane, a gas phase reaction is performed at 1000 ° C. Further, as is clear from the fact that the heat treatment must be performed at 1350 ° C. for 4 hours in nitrogen gas, there is a problem that the production cost rises because a complicated reaction step is required. Further, in order to mold ceramics by the above method, the method is limited to a molding method using hot pressing or a capsule method HIP, so that the shape of the obtained ceramic molded body is limited. Furthermore, the fracture toughness value that serves as a guide for toughness is K
IC = 6 to 7.8 MPam 1/2 only, and it is hard to say that sufficient toughness was obtained.

さらに、靭性を向上させるための一般的手段として、
原料中にウィスカーを20〜40重量%含有させて焼結し複
合化する方法が用いられているが、生産コストの高騰、
成形できる形状の限定、ウィスカーの大気中への飛散に
よる作業環境の悪化等の不都合に対して、破壊靭性値は
KIC=7〜8MPma1/2程度とその効果は有為とは認められ
ない。
In addition, as a general means to improve toughness,
The method of sintering and mixing whiskers in the raw material by adding 20 to 40% by weight is used, but the production cost rises,
For inconveniences such as limitation of the shape that can be formed and deterioration of the working environment due to whisker scattering into the atmosphere, the fracture toughness value is
K IC = about 7 to 8 MPma 1/2 and its effect is not considered significant.

従って、本発明の目的は、セラミックス成形体中にお
いて可能な限り不純物の単結晶への固溶を抑制させるこ
とにより、高純度で且つ大きさの異なる複数の六方柱状
晶の形状を有するウィスカー状の単結晶の結晶粒を生成
させ、前記結晶粒のうち、大きな結晶粒で骨格を形成
し、その間隙を小さな結晶粒で埋める充填構造を形成す
ることにより、高靭性と高強度を併せ持つセラミックス
成形体およびセラミックス成形体の製造方法を提供する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to suppress the solid solution of impurities in a single crystal as much as possible in a ceramic molded body, high purity and a whisker-like shape having a shape of a plurality of hexagonal columnar crystals of different sizes. A ceramic compact having both high toughness and high strength by generating single crystal grains, forming a skeleton with large crystal grains among the crystal grains, and forming a filling structure that fills the gaps with small crystal grains. And a method for producing a ceramic molded body.

[課題を解決するための手段] 前記の課題を解決するために、本発明は、窒化硅素
(Si3N4)と炭化硅素(SiC)からなる群から選ばれる一
種以上を含有し、焼結および熱処理により得られた短径
の長さが0.1μm以上0.6μm以下、長径の長さが0.5μ
m以上3μm以下、アスペクト比が5以上10以下の形状
を有する第1の結晶粒と、 窒化硅素(Si3N4)と炭化硅素(SiC)からなる群から
選ばれる一種以上を含有し、焼結および熱処理により得
られた短径の長さが0.3μm以上0.8μm以下、長径の長
さが4.0μm以上7.0μm以下、アスペクト比が5以上20
以下の形状を有する第2の結晶粒と、 窒化硅素(Si3N4)と炭化硅素(SiC)からなる群から
選ばれた一種以上を含有し、焼結および熱処理により得
られた短径の長さが0.8μm以上4μm以下、長径の長
さが8μm以上20μm以下、アスペクト比が5以上20以
下の形状を有する第3の結晶粒と、 からなる結晶粒を含有することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention relates to a method for producing a sintered body containing at least one selected from the group consisting of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC). And the minor axis length obtained by heat treatment is 0.1 μm or more and 0.6 μm or less, and the major axis length is 0.5 μm
a first crystal grain having a shape of not less than m and not more than 3 μm and an aspect ratio of not less than 5 and not more than 10, and at least one selected from the group consisting of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC); The length of the minor axis obtained by sintering and heat treatment is 0.3 μm to 0.8 μm, the major axis is 4.0 μm to 7.0 μm, and the aspect ratio is 5 to 20.
A second crystal grain having the following shape, and containing one or more selected from the group consisting of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC), and having a short diameter obtained by sintering and heat treatment. And a third crystal grain having a shape with a length of 0.8 μm or more and 4 μm or less, a major axis length of 8 μm or more and 20 μm or less, and an aspect ratio of 5 or more and 20 or less.

また、本発明は窒化硅素(Si3N4)と炭化硅素(SiC)
からなる群から選ばれる一種以上を含有し、焼結および
熱処理により得られる形状の異なる複数の結晶粒と、前
記複数の結晶粒の残部にAl2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Si
O2、Cr2O3、Dy2O3、Sm2O3、Nd2O3、TiO2、MgO、ZrO2、H
fO2からなる群から選ばれた一種以上の組成物と、Ti、T
a、Cr、Zrの炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群
から選ばれた一種以上の組成物とを含有するセラミック
ス成形体の製造方法において、 焼成および熱処理の工程は、1400℃以上1550℃以下の
温度範囲で0.5時間以上保持する第1の工程と、 しかる後、昇温して1600℃以上1780℃以下の温度範囲
で1時間以上保持する第2の工程と、 しかる後、さらに昇温して1800℃以上1950℃以下の温
度範囲で0.5時間以上保持する第3の工程と、 しかる後、降温して1000℃以上1500℃以下の温度範囲
で0.5時間以上保持する第4の工程と、 からなることを特徴とする。
Further, the present invention relates to silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC).
Containing at least one selected from the group consisting of a plurality of crystal grains having different shapes obtained by sintering and heat treatment, and Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Si
O 2, Cr 2 O 3, Dy 2 O 3, Sm 2 O 3, Nd 2 O 3, TiO 2, MgO, ZrO 2, H
at least one composition selected from the group consisting of fO 2 and Ti, T
a, a method of producing a ceramic molded body containing at least one composition selected from the group consisting of carbides, nitrides, and carbonitrides of Cr and Zr, wherein the firing and heat treatment steps are performed at 1400 ° C. to 1550 ° C. A first step in which the temperature is maintained for 0.5 hours or more in the following temperature range, and a second step in which the temperature is increased and then maintained for 1 hour or more in a temperature range of 1600 ° C. or more and 1780 ° C. or less, and then the temperature is further increased A third step of maintaining the temperature in a temperature range of 1800 ° C. or higher and 1950 ° C. or lower for 0.5 hour or more, and a fourth step of lowering the temperature and maintaining the temperature in a temperature range of 1000 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower for 0.5 hour or longer; It is characterized by consisting of.

[構成の具体的説明] セラミックス成形体の強度は結晶粒の結合力に依存
し、さらに欠陥寸法および欠陥分布によって決定され
る。例えば、強度の指針となる破壊強度σでは、 Y:欠陥形状に依存する係数 C:欠陥寸法 KIC:破壊靭性値 と定義され、その関係が示されている。また前記式中に
記載された破壊靭性値KICは靭性を示す指針であり、以
下のように定義される。
[Specific Description of Configuration] The strength of the ceramic molded body depends on the bonding strength of crystal grains, and is determined by the defect size and defect distribution. For example, in the fracture strength σ f which is a guide of the strength, Y: Coefficient depending on defect shape C: Defect size K IC : Fracture toughness value, and the relationship is shown. The fracture toughness value K IC described in the above formula is a guideline indicating toughness, and is defined as follows.

r:破壊の表面エネルギ E:材料のヤング率 なお、前記式中に記載されたrは以下のように定義さ
れる。
r: surface energy of fracture E: Young's modulus of the material Note that r described in the above equation is defined as follows.

r=Sr1+r2+r3+r4 r1:完全に平坦に割れた場合の破壊エネルギ S :形状因子 r2:クラック先端での塑性変形エネルギ r3:破壊に際し消費される音光等のエネルギ r4:意図的に導入されたものにより消費されるエネル
ギ 前記の破壊強度と破壊靭性値の定義に示された各々の
因子および前記二式の関係から、強度と靭性とを向上さ
せるためには、結晶粒自体を強固に形成させるととも
に、結晶粒同士を強固に結合させて欠陥寸法を減ずるこ
とにより破壊の表面エネルギが大きくなるようにするこ
とが望ましい。
r = Sr 1 + r 2 + r 3 + r 4 r 1 : fracture energy when completely cracked flat S: shape factor r 2 : plastic deformation energy at crack tip r 3 : energy such as sound light consumed at fracture r 4 : Energy consumed by intentionally introduced.From the factors shown in the definition of the fracture strength and fracture toughness and the relationship between the above two formulas, to improve the strength and toughness It is desirable that the crystal grains themselves be formed firmly and that the crystal grains be firmly bonded to each other so as to reduce the defect size, thereby increasing the surface energy of destruction.

すなわち、実際には、結晶粒を単結晶であるウィスカ
ー状等の形状に成長させることで、ウィスカーの引き抜
き効果あるいはクラック分岐効果による見掛けの破壊エ
ネルギの増大を惹起することで強度と靭性の向上が図れ
る。
That is, actually, by growing crystal grains into a whisker-like shape, which is a single crystal, an increase in apparent fracture energy due to a whisker pulling effect or a crack branching effect leads to an increase in strength and toughness. I can do it.

ちなみに、ウィスカーは実質的には単結晶として成長
し、また、その強度は350kgf/mm2にも達することから強
固に形成された結晶粒と判定することができる。
By the way, the whisker grows substantially as a single crystal, and its strength reaches 350 kgf / mm 2. Therefore, it can be determined that the whisker is a strongly formed crystal grain.

従って、本発明に係る実施例においては、基本的に
は、焼成によって3種類の異なる大きさのウィスカー状
単結晶を形状を有する結晶粒を成長させ、セラミックス
成形体の主構成粒子としている。
Therefore, in the examples according to the present invention, basically, three types of whisker-like single crystals having different sizes are grown by firing to form crystal grains having a shape, and are used as main constituent particles of the ceramic molded body.

なお、原料段階でウイスカーの形状の結晶粒を添加し
ないのは、ウィスカーの絡み合いや配向性による異方性
等、相互の物理化学的干渉により、緻密な成形体が得ら
れないことや欠陥が生じることを回避するとともに、バ
インダーの除去および不純物の分解除去を容易にするた
めである。この結果、セラミックス成形体中に所望の形
状と大きさのウィスカー状の結晶粒からなる主構成粒子
を成長させることが可能となる。
In addition, not adding the whisker-shaped crystal grains at the raw material stage, such as entanglement of whiskers and anisotropy due to orientation, mutual physicochemical interference, it is not possible to obtain a dense molded body or defects occur This is for avoiding the problem and facilitating the removal of the binder and the decomposition and removal of impurities. As a result, it becomes possible to grow main constituent particles composed of whisker-like crystal grains of a desired shape and size in the ceramic molded body.

また、本発明に係る実施例においては、前記ウィスカ
ー状の結晶粒からなる主構成粒子を3種類の異なる大き
さに成長させた。このことにより、太径ウィスカーから
なる第3結晶粒が基本骨格を形成し、その基本骨格の間
に中径ウィスカーからなる第2結晶粒が二次的に骨格を
形成し、さらに前記太径ウィスカーと中径ウィスカーと
の間を小径ウィスカーからなる第1結晶粒が充填するた
めに、充填性、すなわち、一定容積当たりの密度は著し
く高まり、同時に間隙は著しく減少する。
In the examples according to the present invention, the main constituent particles composed of the whisker-like crystal grains were grown in three different sizes. As a result, the third crystal grains composed of the large-diameter whiskers form a basic skeleton, and the second crystal grains composed of the medium-diameter whiskers form a secondary skeleton between the basic skeletons. Since the first crystal grains composed of the small-diameter whiskers fill the space between the whiskers and the medium-diameter whiskers, the filling property, that is, the density per fixed volume is significantly increased, and at the same time, the gap is significantly reduced.

さらに、前記充填性の向上により、欠陥寸法は同一径
のウィスカーを主構成粒子として用いた従来例に比較し
て1/20から1/100に低減される。
Further, due to the improvement of the filling property, the defect size is reduced from 1/20 to 1/100 as compared with the conventional example using whiskers having the same diameter as main constituent particles.

さらにまた、前記充填性の向上により、夫々のウィス
カー間の結合力は増大し、従来例に比較して2倍以上に
増大する。
Furthermore, due to the improvement of the filling property, the bonding force between the whiskers increases, and more than doubles as compared with the conventional example.

なお、靭性においては、太径ウィスカーからなる第3
結晶粒の見掛け上の破壊エネルギの増大、ウィスカーの
引き抜き効果、クラック分岐効果等により従来例に比較
して2倍から3倍の靭性が達成される。
In the toughness, the third whiskers made of large diameter whiskers were used.
Due to an increase in apparent fracture energy of crystal grains, a whisker pull-out effect, a crack branching effect, and the like, toughness twice or three times that of the conventional example can be achieved.

次に、第1乃至第3の結晶粒の形状および相互の関係
について説明する。
Next, the shapes of the first to third crystal grains and their mutual relationship will be described.

セラミックス成形体中で焼結により成長した後の小径
ウィスカーからなる第1結晶粒は、短径が0.1μm以上
0.6μm以下、長径が0.5μm以上3μm以下で、アスペ
クト比が5以上10以下となる範囲のウィスカー状の単結
晶から構成されることが可能であり、さらに好適には短
径が0.2μm以上0.4μm以下、長径が1μm以上2μm
以下で、アスペクト比が5以上10以下となる範囲のウィ
スカー状の単結晶から構成される。
The first crystal grains composed of small-diameter whiskers grown by sintering in a ceramic compact have a minor axis of 0.1 μm or more.
0.6 μm or less, the major axis is 0.5 μm or more and 3 μm or less, it is possible to be composed of a whisker-like single crystal in the range where the aspect ratio is 5 or more and 10 or less, more preferably the minor axis is 0.2 μm or more 0.4 μm or less, major axis 1 μm or more and 2 μm
Hereinafter, it is composed of a whisker-like single crystal having an aspect ratio of 5 or more and 10 or less.

中径ウィスカーからなる第2結晶粒は、短径が0.3μ
m以上0.8以下、長径が4μm以上7μm以下で、アス
ペクト比が5以上20以下となる範囲のウィスカー状の単
結晶から構成されることが可能であり、さらに好適には
短径が0.5μm以上0.8μm以下、長径が4μm以上6μ
m以下で、アスペクト比が5以上20以下となる範囲のウ
ィスカー状の単結晶から構成される。
The second crystal grains composed of medium diameter whiskers have a minor axis of 0.3μ.
m or more and 0.8 or less, a major axis of 4 μm or more and 7 μm or less, and a whisker-like single crystal having an aspect ratio of 5 or more and 20 or less, and more preferably a minor axis of 0.5 μm or more and 0.8 μm or less. μm or less, major axis 4μm or more and 6μ
m and a whisker-like single crystal having an aspect ratio of 5 or more and 20 or less.

太径ウィスカーからなる第3の結晶粒は、短径が0.8
μm以上4以下、長径が8μm以上20μm以下で、アス
ペクト比が5以上20以下となる範囲のウィスカー状の単
結晶から構成されることが可能であり、さらに好適には
短径が1.4μm以上3.7μm以下、長径が7μm以上8μ
m以下で、アスペクト比が5以上20以下となる範囲のウ
ィスカー状の単結晶から構成される。
The third crystal grains composed of large diameter whiskers have a minor axis of 0.8.
μm or more and 4 or less, a major axis of 8 μm or more and 20 μm or less, and a whisker-like single crystal having an aspect ratio of 5 or more and 20 or less, and more preferably a minor diameter of 1.4 μm or more and 3.7 μm or less. μm or less, major axis 7μm or more and 8μ
m and a whisker-like single crystal having an aspect ratio of 5 or more and 20 or less.

なお、第2結晶粒は容積比で、第1結晶粒の2倍から
6倍に成長したものでり、第3結晶粒は、第1結晶粒の
3倍から20倍に成長したものである。
The second crystal grains have grown by a factor of 2 to 6 times the volume of the first crystal grains, and the third crystal grains have grown by a factor of 3 to 20 times the first crystal grains. .

第1乃至第3の結晶粒において前記の範囲を逸脱した
場合には、空隙を生じ、強度および靭性の低下をきたし
たり、流動性の劣化による混合能の低下や飛散等の不都
合を招き、原料の取り扱いに難点を生じるとともに、原
料価格の高騰を生じる。従って、第1乃至第3の結晶粒
の大きさの形状は、前記範囲に限定される。
If the first to third crystal grains deviate from the above range, voids are generated, resulting in a decrease in strength and toughness, and inconveniences such as a decrease in mixing ability and scattering due to deterioration of fluidity, and This leads to difficulties in the handling of raw materials, and causes a rise in raw material prices. Therefore, the shape of the size of the first to third crystal grains is limited to the above range.

また、前記第1乃至第3結晶粒において、充填状態よ
り短径方向および長径方向の各々の結晶粒間での構成比
は、短径において、第1結晶粒の短径を1とした時、 第1結晶粒:第2結晶粒=1:1.5〜3 第1結晶粒:第3結晶粒=1:4〜7 の比となり、長径において、第1結晶粒の長径を1とし
た時、 第1結晶粒:第2結晶粒=1:4〜6 第1結晶粒:第3結晶粒=1:7〜10 の構成比で表される。
Further, in the first to third crystal grains, the composition ratio between each crystal grain in the minor axis direction and the major axis direction from the filling state is as follows, where the minor axis of the first crystal grain is 1 in the minor axis. The first crystal grain: the second crystal grain = 1: 1.5-3 The ratio of the first crystal grain: the third crystal grain = 1: 4-7 is obtained. One crystal grain: second crystal grain = 1: 4 to 6 First crystal grain: third crystal grain = 1: 7 to 10

第1乃至第3結晶粒において前記の構成比の範囲を逸
脱すると、結晶粒の成長にともなって空隙を生じるため
に強度および靭性を低下させる。従って、前記第1乃至
第3結晶粒の各々の構成比の範囲は前記範囲に限定され
る。
If the composition ratio of the first to third crystal grains deviates from the range of the composition ratio, voids are generated as the crystal grains grow, so that strength and toughness are reduced. Therefore, the range of the composition ratio of each of the first to third crystal grains is limited to the above range.

さらにまた、前記第1乃至第3結晶粒において、充填
構造および充填曲線より各々の結晶粒の容積比は、 第1結晶粒20v/v%以上75v/v%以下 第2結晶粒20v/v%以上40v/v%以下 第3結晶粒 5v/v%以上40v/v%以下 の範囲である。
Further, in the first to third crystal grains, the volume ratio of each crystal grain from the filling structure and the filling curve is as follows: the first crystal grain is 20 v / v% or more and 75 v / v% or less, the second crystal grain is 20 v / v%. Not less than 40 v / v% Third crystal grain is in the range of not less than 5 v / v% and not more than 40 v / v%.

第1乃至第3結晶粒において前記の範囲を逸脱する
と、実質的には、原料段階でウィスカーを添加しないか
ぎり、所望の結晶粒をセラミックス成形体中に含有させ
ることが不可能となる。従って、前記第1乃至第3結晶
粒の容積比は前記範囲に限定される。
If the first to third crystal grains deviate from the above range, it becomes practically impossible to include desired crystal grains in the ceramic molded body unless whiskers are added at the raw material stage. Therefore, the volume ratio of the first to third crystal grains is limited to the above range.

また、焼成後のセラミックス成形体における前記第1
乃至第3結晶粒の合計が占める重量比で30重量%以上98
重量%以下の範囲の残部は焼結助剤および結晶成長を抑
制する添加剤からなる複合化剤が占めている。前記範囲
において、重量比が30重量%以下は、物性値の大きな向
上を期待することはできず、また、98重量%以上では、
十分緻密に焼成されないため空隙や欠陥を内包する。従
って、焼成後のセラミックス成形体における前記第1乃
至第3結晶粒の合計が占める重量比は前記範囲に限定さ
れる。
In addition, the first ceramic body after firing
From 30% by weight to 98% by weight of the total of the third to third crystal grains
The remainder in the range of not more than% by weight is occupied by a complexing agent comprising a sintering aid and an additive for suppressing crystal growth. In the above range, when the weight ratio is 30% by weight or less, a large improvement in physical properties cannot be expected, and when the weight ratio is 98% by weight or more,
Since it is not fired sufficiently densely, it contains voids and defects. Therefore, the weight ratio occupied by the total of the first to third crystal grains in the fired ceramic molded body is limited to the above range.

ところで、前記結晶粒の成分である窒化硅素(Si
3N4)および炭化硅素(SiC)は、原子間に非常に強い共
有結合力を有する共有結合性物質であるために、焼成し
難く、緻密な焼結体を得るためには、添加剤の使用が不
可欠である。また、前記窒化物の焼結は高温で前記窒化
物粒子がその界面に液相、ガラス相を形成してその界面
を通じて行われるために、前記添加剤は、前記液相若し
くはガラス相の形成と焼結を促進する焼結助剤と、前記
液相とガラス相の結晶化を抑制する結晶化抑制剤とから
構成されている。従って、セラミックス成形体において
第1乃至第3結晶粒以外の残部には、Al2O3、Y2O3、La2
O3、CeO2、SiO2、Cr2O3、Dy2O3、Sm2O3、Nd2O3、TiO2
MgO、ZrO2、HfO2等の酸化物が単独若しくは複合化され
て含有され、さらに、Ti、Ta、Cr、Zr等の酸化物、窒化
物、炭窒化物等が含有されている。
By the way, silicon nitride (Si
3 N 4 ) and silicon carbide (SiC) are covalent substances having a very strong covalent bond between atoms, so they are difficult to fire, and in order to obtain a dense sintered body, Use is essential. In addition, since the sintering of the nitride is performed at a high temperature through the interface by forming a liquid phase and a glass phase at the interface of the nitride particles, the additive is used to form the liquid phase or the glass phase. It is composed of a sintering aid for promoting sintering and a crystallization inhibitor for suppressing crystallization of the liquid phase and the glass phase. Therefore, in the ceramic molded body, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2
O 3, CeO 2, SiO 2 , Cr 2 O 3, Dy 2 O 3, Sm 2 O 3, Nd 2 O 3, TiO 2,
It contains oxides such as MgO, ZrO 2 and HfO 2 singly or in combination, and further contains oxides such as Ti, Ta, Cr and Zr, nitrides, carbonitrides and the like.

なお、前記第1乃至第3結晶粒は窒化硅素若しくは炭
化硅素からなるが、若干の酸化物を固溶することも可能
である。
The first to third crystal grains are made of silicon nitride or silicon carbide, but it is also possible to form a solid solution of some oxides.

前記セラミックス成形体は、空隙および欠陥を排除す
るために極めて緻密に焼成する必要があり、そのために
前記第1乃至第3結晶粒は、、六方柱状晶のウィスカー
からなる形状に成長させる必要がある。何故ならば、第
1図aに示すように、六方柱状晶のウィスカーは平面か
ら構成されているために、第1図bに示す円形等の結晶
粒に比べて結晶粒間の間隙を生じ難いことが容易に諒解
できる。
The ceramic molded body needs to be extremely densely fired in order to eliminate voids and defects. Therefore, the first to third crystal grains need to be grown into a shape composed of hexagonal columnar whiskers. . This is because, as shown in FIG. 1a, the hexagonal columnar whiskers are composed of flat surfaces, so that gaps between the crystal grains are less likely to be generated as compared with the circular or other crystal grains shown in FIG. 1b. This can be easily understood.

従って、六方柱状晶ウィスカーを確実に得るために固
溶を抑制するとともに、昇温パターン、添加剤の配合も
厳密に制御する必要がある。
Therefore, in order to surely obtain hexagonal columnar crystal whiskers, it is necessary to suppress solid solution and to strictly control the heating pattern and the blending of additives.

また、原料としてサイアロンやCe5Si3O12Nを用いた場
合には、結晶粒を六方柱状晶ウィスカーに成長させるこ
とが困難となり、たとえ結晶粒をウィスカー状に成長さ
せ得たとしても板状に近い形状となり、欠陥を内包し強
度を極度に低減させる不安が顕在化するためにサイアロ
ンおよびCe5Si3O12Nの使用は回避する必要がある。
When sialon or Ce 5 Si 3 O 12 N is used as a raw material, it is difficult to grow crystal grains into hexagonal columnar whiskers. The use of sialon and Ce 5 Si 3 O 12 N must be avoided because the shape becomes close to that of, and anxiety of including defects and extremely reducing the strength becomes apparent.

[実施例] 次に、本発明に係るセラミックス成形体およびセラミ
ックス成形体の製造方法について好適な実施例を挙げ、
添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
Examples Next, preferred examples of the ceramic molded body according to the present invention and the method for manufacturing the ceramic molded body will be described.
This will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

先ず、本実施例中の各種試験に供するための試験供試
体となるセラミックス成形体を本発明に係るセラミック
ス成形体の製造方法により作製した。
First, a ceramic molded body serving as a test specimen to be subjected to various tests in this example was produced by the method for producing a ceramic molded body according to the present invention.

原料として、平均粒径0.8μmの窒化硅素(Si3N4)89
重量%、平均粒径0.4μmの酸化アルミニウム(Al2O3
3重量%、平均粒径1.2μmの酸化イットリウム(Y
2O3)4重量%、平均粒径1.0μmの酸化ジスプロシウム
(Dy2O3)2重量%、平均粒径1.2μmの酸化セシウム
(CeO2)1重量%、平均粒径1.5μmの酸化ランタン(L
a2O3)1重量%となるよう各々秤取し、水を添加した後
にボールミルを用いて混合し原料をスラリー状とした。
As a raw material, silicon nitride (Si 3 N 4 ) 89 with an average particle size of 0.8 μm
Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) with weight%, average particle size 0.4 μm
Yttrium oxide (Y
2 O 3 ) 4% by weight, dysprosium oxide (Dy 2 O 3 ) having an average particle size of 1.0 μm 2% by weight, cesium oxide (CeO 2 ) having an average particle size of 1.2 μm 1% by weight, lanthanum oxide having an average particle size of 1.5 μm (L
a 2 O 3 ) Each was weighed so as to be 1% by weight, water was added, and the mixture was mixed using a ball mill to make a raw material slurry.

次に、前記スラリー状原料をスリップキャストにより
加工し、40×20×100mmの形状の板状成形体を得た。
Next, the slurry-like raw material was processed by slip casting to obtain a plate-like molded body having a shape of 40 × 20 × 100 mm.

そして、前記板状成形体に乾燥し、脱脂処理をした後
に第2図の実線10で示した焼成パターンに従って成形体
の焼結を行い、セラミックス成形体を得た。
After drying and degreasing the plate-like molded body, the molded body was sintered according to the firing pattern shown by the solid line 10 in FIG. 2 to obtain a ceramic molded body.

また、本実施例中の各種試験において比較例として用
いる供試体となるセラミックス成形体を従来技術の常法
に従って作製した。比較例となる供試体の原料として
は、前記試験供試体と同一の材料を用い、その塑性を窒
化硅素(Si3N4)89重量%、酸化アルミニウム(Al2O3
5重量%、酸化イットリウム(Y2O3)6重量%となるよ
うに各々を秤取し、前記試験供試体と同様の成形方法を
用いて成形体を得、乾燥して脱脂処理した後に、第2図
に一点破線12で示した焼成パターンで焼成し、セラミッ
クス成形体を得た。
In addition, a ceramic molded body as a specimen used as a comparative example in various tests in this example was produced according to a conventional method of the related art. As a raw material of a test sample as a comparative example, the same material as the test sample was used, and its plasticity was 89% by weight of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
Each was weighed so as to be 5% by weight and 6% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and a molded body was obtained using the same molding method as the test specimen, dried, and degreased. Firing was performed in the firing pattern shown by the dashed line 12 in FIG. 2 to obtain a ceramic molded body.

実験例1 前記試験供試体と前記比較例供試体を用いて強度試験
を行った。夫々試験数は30例とし、各試験供試体および
比較例供試体の面粗さおよび面取り等の加工はJISR1601
に準じた。また、密度はアルキメデス法を用い、曲げ強
度はspan30mmとして測定した。
Experimental Example 1 A strength test was performed using the test specimen and the comparative specimen. The number of tests for each was 30 cases, and processing such as surface roughness and chamfering for each test specimen and comparative example specimen was JISR1601
According to. The density was measured by Archimedes' method and the bending strength was measured as span 30 mm.

試験結果を第3図に示す。この試験結果から容易に諒
解できるように、強度、靭性、曲げ強度、折れ難さは、
いずれの物性値においても、試験供試体、すなわち、本
発明に係るセラミックス成形体が比較例供試体、すなわ
ち、従来技術の常法に従って作製されたセラミックス成
形体よりも優れた物性値を有することが判定できた。
The test results are shown in FIG. As can be easily understood from the test results, the strength, toughness, bending strength,
In any of the physical property values, the test specimen, that is, the ceramic molded article according to the present invention has a property value superior to that of the comparative specimen, that is, the ceramic molded article manufactured according to a conventional method of the related art. I was able to judge.

実験例2 前記試験供試体および比較例供試体の表面を鏡面仕上
げして表面および断面方向の欠陥を光学顕微鏡および電
子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。
Experimental Example 2 The surfaces of the test specimen and the comparative specimen were mirror-finished, and defects in the surface and cross-sectional directions were observed using an optical microscope and an electron microscope (SEM).

その結果を第4図aおよび第4図bに示す。第4図a
は、表面方向40×100mm2および断面方向40×20mm2の調
査面積の範囲で光学顕微鏡を使用した観察結果である。
第4図bは光学顕微鏡による観察で最大欠陥が認められ
た周辺部をSEMを用いて、視野面積20mm径(102πmm2
で観察した結果である。
The results are shown in FIGS. 4a and 4b. FIG. 4a
Is an observation result using an optical microscope in the range of the investigation area of 40 × 100 mm 2 in the surface direction and 40 × 20 mm 2 in the cross section direction.
FIG. 4b shows the peripheral part where the maximum defect was observed by observation with an optical microscope, using a SEM, and a visual field area of 20 mm diameter (10 2 π mm 2 ).
This is the result of observation.

いずれの顕微鏡を用いた観察においても試験供試体、
すなわち、本実施例に係るセラミックス成形体のほうが
比較例供試体、すなわち、従来技術の常法によるセラミ
ックス成形体よりも欠陥の形状が小さいことが容易に諒
解された。このことより本実施例に係るセラミックス成
形体のほうが欠陥を形成し難く、緻密に焼成していると
判定できた。
Test specimens for observation using any microscope,
That is, it was easily understood that the shape of the defect was smaller in the ceramic molded body according to the present example than in the comparative sample, that is, the ceramic molded body according to the conventional method. From this, it was determined that the ceramic molded body according to the present example was less likely to form a defect and was fired densely.

実験例3 前記試験供試体および比較例供試体をHNO325%とHF10
%の混液に4時間浸漬した後にSEMにて粒度の分布を観
察した。
Experimental Example 3 The test specimen and the comparative specimen were 25% HNO 3 and HF 10
% Of the mixed solution for 4 hours, and the particle size distribution was observed by SEM.

第5図aは試験供試体の、また第5図bは比較例供試
体の観察結果を粒度分布の度数としてグラフに表したも
のである。
FIG. 5A is a graph showing the observation results of the test specimen, and FIG. 5B is a graph showing the observation results of the comparative specimen as the frequency of the particle size distribution.

SEMを用いた観察によれば、試験供試体の構成粒は第
5図aのグラフに表される3種類の異なる大きさからな
る六方柱状晶のウィスカーからなる単結晶が観察され、
面も視認された。
According to the observation using the SEM, the constituent grains of the test specimen were observed as single crystals composed of hexagonal columnar whiskers having three different sizes as shown in the graph of FIG.
The surface was also visible.

そして、前記3種類の六方柱状晶ウィスカーのうち、
太径ウィスカーからなる第3結晶粒が基本骨格を形成
し、その基本骨格の間に中径ウィスカーからなる第2結
晶粒が二次的に骨格を形成し、さらに前記太径ウィスカ
ーと中径ウィスカーとの間を小径ウィスカーからなる第
1結晶粒が充填している。
And among the three types of hexagonal columnar whiskers,
The third crystal grains composed of the large diameter whiskers form a basic skeleton, the second crystal grains composed of the medium diameter whiskers form a secondary skeleton between the basic skeletons, and the large diameter whiskers and the medium diameter whiskers are further formed. The first crystal grains made of small-diameter whiskers are filled in between.

これに対して、比較例供試体の構成粒は、針状乃至棒
状であり、面を視認することも不可能であった。このこ
とより、比較例供試体においては粒界層形成物質である
添加物の成長粒子への固溶が多く、粒内破壊も多いこと
が判定される。
On the other hand, the constituent particles of the comparative sample were needle-like or rod-like, and the surface could not be visually recognized. From this, it is determined that the additive of the grain boundary layer forming material has a large solid solution in the growing particles and a large intragranular fracture in the comparative sample.

前記実験例1乃至実験例5から以下の事項が判定され
た。
The following items were determined from Experimental Examples 1 to 5.

すなわち、六方柱状晶のウィスカーの単結晶粒からな
る主構成粒子を3種類の異なる大きさに成長させたこと
により、太径ウィスカーからなる第3結晶粒が基本骨格
を形成し、その基本骨格の間に中径ウィスカーからなる
第2結晶粒が二次的に骨格を形成し、さらに前記太径ウ
ィスカーと中径ウィスカーとの間に小径ウィスカーから
なる第1結晶粒が充填されたために充填性、すなわち、
一定容積当たりの密度は著しく高まり、同時に間隙を著
しく減少することができた。さらに、前記充填性の向上
により、欠陥寸法は従来技術に係る比較例に比較して1/
20から1/100に低減された。
That is, by growing the main constituent particles consisting of single crystal grains of hexagonal columnar whiskers into three different sizes, the third crystal grains consisting of large diameter whiskers form the basic skeleton, and the basic skeleton The second crystal grains composed of medium-diameter whiskers form a secondary skeleton in between, and the first crystal grains composed of small-diameter whiskers are further filled between the large-diameter whiskers and the medium-diameter whiskers. That is,
The density per volume was significantly increased, while the gaps could be significantly reduced. Further, due to the improvement in the filling property, the defect size is 1 / compared to the comparative example according to the related art.
It was reduced from 20 to 1/100.

さらにまた、靭性においては、太径ウィスカーからな
る第3結晶粒の見掛け上の破壊エネルギの低減、ウィス
カーの引き抜き効果、クラック分岐効果等により比較例
に比較して2倍から3倍の靭性が達された。
Furthermore, in the toughness, the toughness is twice to three times as large as that of the comparative example due to the reduction of the apparent fracture energy of the third crystal grains composed of the large diameter whiskers, the effect of pulling out the whiskers, the effect of crack branching, and the like. Was done.

実験例4 結晶粒の主構成成分である窒化硅素(Si3N4)、炭化
硅素(SiC)および残部の添加物の組成を第6図の表に
示すように調整して、前記表の夫々の焼結温度パターン
に従って焼成し、セラミックス成形体を得た。なお、板
状成形体の製造方法、乾燥および脱脂処理の方法は、実
験例1と同一の方法を用いて、焼成は窒素雰囲気中で行
った。
Experimental Example 4 The compositions of silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), and the remaining additives, which are the main components of the crystal grains, were adjusted as shown in the table of FIG. Was fired according to the sintering temperature pattern to obtain a ceramic molded body. In addition, the manufacturing method of the plate-shaped molded body, the method of drying and the degreasing treatment were the same as those in Experimental Example 1, and the firing was performed in a nitrogen atmosphere.

焼成後、セラミックス成形体中に成長した第1結晶粒
乃至第3結晶粒の構成比は第7図の表に示した比率とな
った。
After firing, the composition ratios of the first to third crystal grains grown in the ceramic molded body were as shown in the table of FIG.

また、焼成後のセラミックス成形体の諸物性値につい
ては、第8図の表に示した結果を得た。
Regarding various physical property values of the fired ceramic molded body, the results shown in the table of FIG. 8 were obtained.

前記第1結晶粒乃至第3結晶粒の構成比および物性値
より主構成成分である窒化硅素(Si3N4)および炭化硅
素(SiC)の組成が98重量%以上では、セラミックス成
形体の十分な緻密化がなされず、また、目的とする結晶
粒の成長を遂げることができない。従って、多くの空隙
と欠陥を内包しているために、強度は弱く、破壊靭性値
の測定が困難な程靭性も小さい。また、前記組成が30重
量%以下では、結晶粒は六方柱状晶ウィスカーを成長し
難く球状に成長しがちである。従って、前記結晶粒の形
状は空隙と欠陥の形成を助長して強度と靭性の低下を招
いている。すなわち、添加剤を増加することにより複合
材を形成させる場合には、添加剤が結晶粒へ固溶すると
諒解できる。
If the composition of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC), which are the main constituents, is 98% by weight or more based on the composition ratio and physical properties of the first to third crystal grains, the ceramic molded body will have a sufficient content. Densification is not achieved, and the intended growth of crystal grains cannot be achieved. Therefore, since many voids and defects are included, the strength is weak and the toughness is so small that the measurement of the fracture toughness value is difficult. When the composition is 30% by weight or less, the crystal grains tend to grow into spheres, which makes it difficult to grow hexagonal columnar whiskers. Therefore, the shape of the crystal grains promotes the formation of voids and defects, resulting in a decrease in strength and toughness. That is, when forming the composite material by increasing the additive, it can be understood that the additive is dissolved in the crystal grains.

[発明の効果] 以上のように、本発明に係るセラミックス成形体およ
びセラミックス成形体の製造方法によれば、原料段階で
ウィスカーの形状の結晶粒を加えることなく、焼成の過
程で強固に結晶を形成する六方柱状晶のウィスカー状の
単結晶粒からなる主構成粒子を3種類の異なる大きさに
成長させ、太径ウィスカーからなる結晶粒に基本骨格を
形成させ、その基本骨格の間に中径ウィスカーからなる
結晶粒に二次的に骨格を形成させ、さらに前記太径ウィ
スカーと中径ウィスカーとの間を小径ウィスカーからな
る結晶粒にって充填させている。これによって、強度お
よび靭性の著しい向上をなし得るとともに、欠陥数、欠
陥寸法を減じることができるので応力集中が緩和でき、
さらには切り欠き感受性を鈍化させる効果を奏する。
[Effects of the Invention] As described above, according to the ceramic molded body and the method of manufacturing the ceramic molded body according to the present invention, crystals are firmly formed during the firing process without adding whisker-shaped crystal grains at the raw material stage. The main constituent particles composed of whisker-like single crystal grains of hexagonal columnar crystals to be formed are grown to three different sizes, and a basic skeleton is formed in the crystal grains composed of large diameter whiskers, and a medium diameter is formed between the basic skeletons. A skeleton is formed secondarily on the crystal grains made of whiskers, and the space between the large diameter whiskers and the medium diameter whiskers is filled with crystal grains made of small diameter whiskers. As a result, the strength and toughness can be remarkably improved, and the number of defects and the size of the defects can be reduced, so that stress concentration can be reduced,
Further, it has an effect of slowing down the notch sensitivity.

また、このことにより、安全率の向上と耐久性の向上
を図れる効果が得られた。
In addition, this has the effect of improving the safety factor and the durability.

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

第1図aは本発明に係るセラミックス成形体の焼結状態
を示す模式図、 第1図bは従来技術に係るセラミックス成形体の焼結状
態を示す模式図、 第2図は本発明に係るセラミックス成形体およびセラミ
ックス成形体の製造方法に係る好適な実施例および比較
例の焼成パターンを示すグラフ、 第3図は本発明に係る好適な実施例のうち、実験例1の
試験結果を示す表、 第4図a、bは本発明に係る好適な実施例のうち、実験
例2の試験結果を示す表、 第5図a、bは本発明に係る好適な実施例のうち、実験
例3の試験結果および比較例の結果を表すグラフ、 第6図は本発明に係る好適な実施例のうち、実験例4の
セラミックス成形体を組成を示す表、 第7図および第8図は本発明に係る好適な実施例のう
ち、実験例4の試験結果を示す表である。 10……実施例の焼成パターン 12……従来技術の焼成パターン
FIG. 1a is a schematic diagram showing a sintered state of a ceramic molded body according to the present invention, FIG. 1b is a schematic diagram showing a sintered state of a ceramic molded body according to the prior art, and FIG. FIG. 3 is a graph showing firing patterns of a preferred embodiment and a comparative example according to the ceramic molded body and the method of manufacturing the ceramic molded body. FIG. 3 is a table showing test results of Experimental Example 1 among the preferred embodiments according to the present invention. 4a and 4b are tables showing test results of Experimental Example 2 among preferred embodiments according to the present invention, and FIGS. 5a and b are Experimental Tables 3 among preferred embodiments according to the present invention. FIG. 6 is a table showing the composition of the ceramic molded body of Experimental Example 4 among preferred examples according to the present invention, and FIGS. 7 and 8 are graphs showing the present invention. In a table showing test results of Experimental Example 4 among preferred examples according to is there. 10: firing pattern of the embodiment 12: firing pattern of the prior art

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】窒化硅素(Si3N4)と炭化硅素(SiC)から
なる群から選ばれる一種以上を含有し、焼結および熱処
理により得られた短径の長さが0.1μm以上0.6μm以
下、長径の長さが0.5μm以上3μm以下、アスペクト
比が5以上10以下の形状を有する第1の結晶粒と、 窒化硅素(Si3N4)と炭化硅素(SiC)からなる群から選
ばれる一種以上を含有し、焼結および熱処理により得ら
れた短径の長さが0.3μm以上0.8μm以下、長径の長さ
が4.0μm以上7.0μm以下、アスペクト比が5以上20以
下の形状を有する第2の結晶粒と、 窒化硅素(Si3N4)と炭化硅素(SiC)からなる群から選
ばれた一種以上を含有し、焼結および熱処理により得ら
れた短径の長さが0.8μm以上4μm以下、長径の長さ
が8μm以上20μm以下、アスペクト比が5以上20以下
の形状を有する第3の結晶粒と、 からなる結晶粒を含有することを特徴とするセラミック
ス成形体。
1. A material containing at least one member selected from the group consisting of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC), wherein the length of the minor axis obtained by sintering and heat treatment is 0.1 μm to 0.6 μm. Hereinafter, selected from the group consisting of a first crystal grain having a shape with a major axis having a length of 0.5 μm or more and 3 μm or less and an aspect ratio of 5 or more and 10 or less, and silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC). The major axis length obtained by sintering and heat treatment is 0.3 μm or more and 0.8 μm or less, the major axis length is 4.0 μm or more and 7.0 μm or less, and the aspect ratio is 5 or more and 20 or less. Containing at least one selected from the group consisting of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC), and having a minor axis length of 0.8 obtained by sintering and heat treatment. μm or more and 4 μm or less, length of major axis is 8 μm or more and 20 μm or less, and aspect ratio is 5 or more and 20 or less. A ceramic molded article comprising: a third crystal grain;
【請求項2】請求項1記載のセラミックス成形体におい
て、前記結晶粒は、30重量%以上98重量%以下の組成範
囲を有し、且つ前記結晶粒の残部にAl2O3、Y2O3、La
2O3、CeO2、SiO2、Cr2O3、Dy2O3、Sm2O3、Nd2O3、Ti
O2、MgO、ZrO2、HfO2からなる群から選ばれた一種以上
の組成物と、Ti、Ta、Cr、Zrの炭化物、窒化物および炭
窒化物からなる群から選ばれた一種以上の組成物とを含
有することを特徴とするセラミックス成形体。
2. The ceramic compact according to claim 1, wherein said crystal grains have a composition range of 30% by weight or more and 98% by weight or less, and Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , La
2 O 3 , CeO 2 , SiO 2 , Cr 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Ti
O 2 , MgO, ZrO 2 , one or more compositions selected from the group consisting of HfO 2 and Ti, Ta, Cr, one or more compositions selected from the group consisting of carbides, nitrides and carbonitrides of Zr A ceramic molded article characterized by containing a composition.
【請求項3】請求項1または2記載のセラミックス成形
体において、前記結晶粒は、六方柱状晶等の形状を有す
るウィスカー状の単結晶であることを特徴とするセラミ
ックス成形体。
3. The ceramic molded body according to claim 1, wherein the crystal grains are whisker-like single crystals having a shape such as a hexagonal columnar crystal.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載のセラミ
ックス成形体において、第1結晶粒の体積比率と第2結
晶粒の体積比率と第3結晶粒の体積比率の合計を100v/v
%とする時、第1結晶粒は20v/v%以上75v/v%以下の体
積比率を占め、第2結晶粒は20v/v%以上40v/v%以下の
体積比率を占め、第3結晶粒は5v/v%以上40v/v%以下
の体積比率を占めることを特徴とするセラミックス成形
体。
4. The ceramic compact according to claim 1, wherein the volume ratio of the first crystal grains, the volume ratio of the second crystal grains, and the volume ratio of the third crystal grains is 100 v / v.
%, The first crystal grains occupy a volume ratio of 20 v / v% to 75 v / v%, the second crystal grains occupy a volume ratio of 20 v / v% to 40 v / v%, and the third crystal grains A ceramic molded body characterized in that grains occupy a volume ratio of 5 v / v% or more and 40 v / v% or less.
【請求項5】窒化硅素(Si3N4)と炭化硅素(SiC)から
なる群から選ばれる一種以上を含有し、焼結および熱処
理により得られる形状の異なる複数の結晶粒と、前記複
数の結晶粒の残部にAl2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、SiO2
Cr2O3、Dy2O3、Sm2O3、Nd2O3、TiO2、MgO、ZrO2、HfO2
からなる群から選ばれた一種以上の組成物と、Ti、Ta、
Cr、Zrの炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群から
選ばれた一種以上の組成物とを含有するセラミックス成
形体の製造方法において、 焼成および熱処理の工程は、1400℃以上1550℃以下の温
度範囲で0.5時間以上保持する第1の工程と、 しかる後、昇温して1600℃以上1780℃以下の温度範囲で
1時間以上保持する第2の工程と、 しかる後、さらに昇温して1800℃以上1950℃以下の温度
範囲で0.5時間以上保持する第3の工程と、 しかる後、降温して1000℃以上1500℃以下の温度範囲で
0.5時間以上保持する第4の工程と、 からなることを特徴とするセラミックス成形体の製造方
法。
5. A plurality of crystal grains having at least one selected from the group consisting of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC) and having different shapes obtained by sintering and heat treatment; Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , SiO 2 ,
Cr 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Nd 2 O 3 , TiO 2 , MgO, ZrO 2 , HfO 2
One or more compositions selected from the group consisting of: Ti, Ta,
In a method for producing a ceramic molded body containing at least one composition selected from the group consisting of Cr, Zr carbide, nitride and carbonitride, the steps of firing and heat treatment are performed at a temperature of 1400 ° C to 1550 ° C. A first step of maintaining the temperature in the temperature range for 0.5 hour or more; and a second step of maintaining the temperature in a temperature range of 1600 ° C. or more and 1780 ° C. or less for 1 hour or more. A third step of maintaining the temperature in a temperature range of 1800 ° C or more and 1950 ° C or less for 0.5 hours or more;
A fourth step of holding for 0.5 hours or more;
JP2256194A 1990-09-26 1990-09-26 Ceramics molded body and method of manufacturing ceramics molded body Expired - Fee Related JP2812546B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2256194A JP2812546B2 (en) 1990-09-26 1990-09-26 Ceramics molded body and method of manufacturing ceramics molded body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2256194A JP2812546B2 (en) 1990-09-26 1990-09-26 Ceramics molded body and method of manufacturing ceramics molded body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04132664A JPH04132664A (en) 1992-05-06
JP2812546B2 true JP2812546B2 (en) 1998-10-22

Family

ID=17289218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2256194A Expired - Fee Related JP2812546B2 (en) 1990-09-26 1990-09-26 Ceramics molded body and method of manufacturing ceramics molded body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2812546B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101636366A (en) * 2007-03-15 2010-01-27 株式会社东芝 Silicon nitride sinter and use its slide unit

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04132664A (en) 1992-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pyzik et al. Microstructure and properties of self‐reinforced silicon nitride
KR100417967B1 (en) Abrasion resistance materials and preparation method therefor
Claussen Strengthening strategies for ZrO2-toughened ceramics at high temperatures
US6139791A (en) Method of making in-situ toughened alpha prime SiAlon-based ceramics
JP4951753B2 (en) Method for producing sintered silicon carbide
JPH035374A (en) Silicon nitride-silicon carbide combined sintered body and its production
JP3042402B2 (en) Silicon nitride ceramic sliding material and method for producing the same
Parthasarathy et al. Fabrication and testing of oxide/oxide microcomposites with monazite and hibonite as interlayers
EP0370176B1 (en) Ceramic composit material and process of manufacturing thereof
JP2507479B2 (en) SiC-Al Lower 2 O Lower 3 Composite Sintered Body and Manufacturing Method Thereof
EP0311289B1 (en) Sic-al2o3 composite sintered bodies and method of producing the same
JP2812546B2 (en) Ceramics molded body and method of manufacturing ceramics molded body
JP3091085B2 (en) Rare earth silicate based sintered body and method for producing the same
JP3031730B2 (en) Ceramics molded body and method of manufacturing ceramics molded body
US5637540A (en) Sintered silicon nitride of high toughness, strength and reliability
JP3145597B2 (en) Alumina sintered body and method for producing the same
JP3315483B2 (en) Ceramic composite sintered body
JP2650049B2 (en) Ceramic cutting tool and its manufacturing method
Garciía et al. Microstructure Development in In Situ Reinforced Reaction‐Bonded Aluminum Niobate‐Based Composites
JP2566580B2 (en) Silicon carbide / silicon nitride composite sintered body
JP3148559B2 (en) Ceramic fiber reinforced turbine blade and method of manufacturing the same
JP2731242B2 (en) High strength and high toughness ceramic body
Knoch et al. Mechanical properties of silicon nitride
US5110772A (en) Fabrication of dense SI3 N4 ceramics using CaO-TiO2 SiO.sub.2
Marconie et al. Texture in silicon carbide via aqueous suspension material extrusion and seeded grain growth

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees