JP2835618B2 - Method for producing whisker reinforced ceramic sintered body - Google Patents
Method for producing whisker reinforced ceramic sintered bodyInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はセラミックウィスカーを含有した高密度なウ
ィスカー強化セラミック焼結体の製造方法に関するもの
である。The present invention relates to a method for producing a high-density whisker-reinforced ceramic sintered body containing ceramic whiskers.
さらに詳しくは、本発明は、切削工具をはじめとする
構造用セラミック材料として好適な高密度、高強度でか
つ、高い靭性を有するウィスカー強化複合セラミック焼
結体を安価で簡便に製造する方法に関するものである。More specifically, the present invention relates to a method for easily and inexpensively producing a whisker-reinforced composite ceramic sintered body having high density, high strength, and high toughness suitable as a ceramic material for a structure such as a cutting tool. It is.
[従来の技術] 近年、セラミック材料は、その優れた耐熱性、耐摩耗
性、化学的安定性によって新しい構造用材料として期待
されている。[Related Art] In recent years, ceramic materials are expected as new structural materials due to their excellent heat resistance, wear resistance, and chemical stability.
その中でも特に、ガスタービンや自動車エンジン部材
などの高温構造用材料としての応用は注目を集め、その
分野での研究開発は活発である。Among them, particularly, its application as a material for high-temperature structures such as gas turbines and automobile engine members attracts attention, and research and development in this field are active.
[発明が解決しようとする課題] 従来の技術で述べたものにあっては、下記のような問
題点を有していた。[Problem to be Solved by the Invention] The conventional technology has the following problems.
その1つは、対象とする材料の焼結が極めて難しいこ
とであり、これは、対象材料の高温下での優れた機械的
性質を反映したものである。One of them is that sintering of the target material is extremely difficult, which reflects the excellent mechanical properties of the target material at high temperatures.
もう1つはその焼結した材料の加工が難しいことにあ
る。Another is that the processing of the sintered material is difficult.
この難加工性も対象とする材料のもつ高い強度と硬度
を反映したものであり、材料の性質とは切り離して扱い
得ない問題である。This difficulty in processing also reflects the high strength and hardness of the target material, and is a problem that cannot be handled separately from the properties of the material.
そしてもう1つの問題は、これもセラミック材料の本
来の性質によるものであるが、脆く、突発的破壊を起こ
しやすく、材料としての信頼性が低いことにある。Another problem, which is also due to the inherent properties of the ceramic material, is that it is brittle, is prone to sudden breakdown, and has low reliability as a material.
高温構造用を目指した材料の粉末の持つ難焼結性を克
服するための研究は以前より活発になされており、主
に、原料粉末中に焼結を助ける役割を持つ焼結助剤と呼
ばれる第2相を添加する方法が採られてきた。Research on overcoming the difficulty of sintering of powders of materials aimed at high-temperature structures has been made more vigorously than before, mainly called sintering aids that have a role to help sintering in raw material powders The method of adding the second phase has been adopted.
しかし、それら焼結助剤は、焼結中には微量の液相を
生成し、焼結を助けるが、焼結体の高温強度を劣化させ
るという問題があり、好ましくない。However, although these sintering aids generate a small amount of liquid phase during sintering and assist sintering, they have a problem of deteriorating the high-temperature strength of the sintered body, which is not preferable.
現在、出発原料粉末の改良や新しい焼結方法の探索が
続けられている。At present, improvement of starting material powders and search for new sintering methods are being continued.
次に、セラミック材料の持つ難加工性は、その優れた
機械的性質に由来するものである。Secondly, the difficulty in processing of ceramic materials stems from their excellent mechanical properties.
セラミック材料は一般に脆い反面、高強度であり、硬
度も高いものが多く、難加工材が多い。Although ceramic materials are generally brittle, they are often high in strength, high in hardness and difficult to process.
最近、高純度、高硬度のダイヤモンド焼結体も開発さ
れ、これを用いた切削加工も試みられているが、切削性
能や加工コストの面でまだ満足する結果は得られていな
い。Recently, a high-purity, high-hardness diamond sintered body has also been developed, and cutting using this has been attempted, but satisfactory results in terms of cutting performance and processing cost have not yet been obtained.
現在、主に、高価なダイヤモンド砥石により加工され
ており、高い加工コストの一因となっている。At present, it is mainly processed by an expensive diamond grindstone, which contributes to high processing cost.
前述のように、高温構造用材料を対象としたセラミッ
ク粉末は一般に難焼結性であり、助剤を用いた場合でも
加圧しながら焼結する方法が採られている。As described above, ceramic powder intended for high-temperature structural materials is generally difficult to sinter, and a method is employed in which sintering is performed while applying pressure even when an auxiliary agent is used.
この方法は、平板や円柱状の単純形状の素材の焼結に
は適するが、複雑形状のものの焼結には適さない。This method is suitable for sintering a material having a simple shape such as a flat plate or a column, but is not suitable for sintering a material having a complicated shape.
このためにこの方法で製造した素材から実際の部材を
成形するには加工の取り代が多くなり能率が悪いばかり
でなく、加工コストが異常に高くなってしまう。For this reason, forming an actual member from a material manufactured by this method requires a large machining allowance and is not only inefficient, but also unusually increases the processing cost.
従って、製品コストの中で大きな割合を占めている加
工コストを低減するためには、できるだけ最終部品形状
に近い焼結体の製造技術の開発が強く望まれている。Therefore, in order to reduce the processing cost, which accounts for a large proportion of the product cost, it is strongly desired to develop a technology for manufacturing a sintered body as close as possible to the final part shape.
セラミック材料の持つ脆さは、それを構成する原子の
化学結合様式に関係した本質的なものである。この脆さ
を改良するための多くの試みがなされ、いくつかの成果
が上がっている。The brittleness of a ceramic material is essentially related to the mode of chemical bonding of its constituent atoms. Many attempts have been made to improve this fragility, with some success.
しかし、材料に要求される特性は刻々と厳しくなって
おり、それに対応していくことには新しい材料設計と開
発は不可欠である。However, the characteristics required of materials are becoming increasingly strict, and new material design and development are indispensable to respond to them.
セラミック材料強化の1つの方法は、塑性変形能をも
つ金属成分との複合化であり、他は、破壊のエネルギー
を増加させたり、分散させたりするような第2のセラミ
ック相を混合して用いる分散強化方法である。前者の金
属成分との複合化法では、確かに材料の脆さは改良され
る。One method of strengthening the ceramic material is to combine it with a metal component capable of plastic deformation, and the other is to use a mixture of a second ceramic phase that increases or disperses the energy of fracture. This is a dispersion strengthening method. The former method of compounding with a metal component certainly improves the brittleness of the material.
しかし、金属は高温での強度低下が大きく、この方法
による材料は高温構造用材料としては利用できない。However, metal has a large decrease in strength at high temperatures, and materials obtained by this method cannot be used as high-temperature structural materials.
これに対してセラミック−セラミックの複合では、そ
のような劣化の心配はなく、高温構造用材料の構造には
好ましい方法である。On the other hand, in the case of the ceramic-ceramic composite, there is no fear of such deterioration, and this is a preferable method for the structure of the high-temperature structural material.
その中でも特に、セラミック材料に高強度、高弾性の
セラミックウィスカーを分散させるウィスカー強化方法
は複合化の効果がきわめて顕著であり、セラミックスの
靭性向上方法の1つとして大いに注目されている。Among them, especially, the whisker strengthening method of dispersing high strength and high elasticity ceramic whiskers in a ceramic material has a remarkable effect of compounding, and is attracting much attention as one of the ceramic toughness improving methods.
例えば、米国特許第4,543,345号明細書にはアルミナ
微粉末中に炭化硅素(以下SiC)ウィスカーを分散させ
たアルミナ焼結体及びその製造方法が記載されている。For example, U.S. Pat. No. 4,543,345 describes an alumina sintered body in which silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) whiskers are dispersed in alumina fine powder and a method for producing the same.
この特許には、アルミナ中に20体積%SiCウィスカー
を分散させることにより、破壊靭性値(以下Kic値)が に増加し、顕著な靭性向上の効果があったことが述べら
れている。The patent discloses that 20% by volume SiC whiskers are dispersed in alumina to increase the fracture toughness (Kic value). It is stated that the effect of improving the toughness was remarkable.
この方法では、微粒アルミナ粉末にSiCウィスカーを
均一に混合し、その成形体を27MPa〜70MPaの圧力で加圧
しながら1600〜1950℃で加熱するホットプレス法により
焼結する方法が採られている。In this method, a method is employed in which SiC whiskers are uniformly mixed with fine alumina powder, and the compact is sintered at a temperature of 1600 to 1950 ° C. while being pressed at a pressure of 27 MPa to 70 MPa, followed by sintering by a hot press method.
このようなウィスカー強化セラミック材料はその、プ
ロセス上、粉末焼結法を用いて製造される。この方法に
おいては、収縮を考慮した均一焼結及び焼結体の加工コ
ストの低減の面から焼結前の成形体の密度はできるだけ
高いことが好ましい。Such a whisker reinforced ceramic material is manufactured using a powder sintering method in the process. In this method, it is preferable that the density of the compact before sintering is as high as possible from the viewpoint of uniform sintering in consideration of shrinkage and reduction in processing cost of the sintered compact.
しかし、ウィスカーを混合したセラミック粉末の成形
では、分散している高強度、高弾性のウィスカーがセラ
ミック粉末粒子の充填を阻害するため、通常の金型成形
法では、その成形体密度をある程度以上高くできないと
いう問題がある。However, in the molding of ceramic powder mixed with whiskers, the dispersed high-strength, high-elastic whiskers impede the filling of ceramic powder particles. There is a problem that can not be.
また、この現象は、焼結における加熱段階でも同様で
あり、マトリックスであるセラミック粉末の収縮を阻害
し、ち密化を難しくしている。This phenomenon is the same even in the heating stage in sintering, which inhibits the shrinkage of the ceramic powder as the matrix and makes it difficult to make the ceramic powder dense.
従って、この種の材料粉末の、圧力を用いない焼結は
極めて難しいのが現状であり、ち密化した高強度の材料
を得るには高温高圧を用いたホットプレス法が不可欠で
あった。Therefore, at present, sintering of this type of material powder without using pressure is extremely difficult, and a hot press method using high temperature and pressure is indispensable to obtain a dense and high strength material.
セラミックス粉末のち密化に高い圧力を用いることは
効果的であるが、高温でのホットプレス型の強度との関
係もあり数十MPaが限度である。このため、焼結温度を
高くする方法が考えられるが、この温度についても、こ
の場合、次の2つの制約がついてくる。It is effective to use a high pressure for densification of the ceramic powder, but the upper limit is several tens MPa due to the relationship with the strength of the hot press mold at high temperatures. For this reason, a method of raising the sintering temperature can be considered, but this temperature also has the following two restrictions.
1つは、分散強化の効果を発揮させるためには、ウィ
スカーとマトリックスであるセラミックとの化学反応が
生じない程度に低い温度であることであり、もう1つ
は、マトリックスの粒子が著しい粒成長を起こさない程
度と温度であることである。One is that the temperature of the whisker is low enough not to cause a chemical reaction between the whisker and the ceramic matrix in order to exert the effect of the dispersion strengthening. The temperature and the temperature do not cause the occurrence.
これらの温度条件を満たしなから、ち密化を達成でき
る温度範囲は一般のセラミック材料では、かなり狭くな
るという問題がある。Since these temperature conditions are not satisfied, there is a problem that the temperature range in which the densification can be achieved is considerably narrow in general ceramic materials.
また、このため、最適条件で特性の一定した焼結体を
得ることが難しいという品質管理上の欠点もあった。In addition, for this reason, there is a defect in quality control that it is difficult to obtain a sintered body having constant characteristics under optimum conditions.
また、前述のように従来の製造方法では、そのち密化
を促進するためには、数十MPaの圧力が不可欠であり、
このためにはホットプレス法を用いなければならなかっ
た。In addition, as described above, in the conventional manufacturing method, a pressure of several tens of MPa is indispensable in order to promote the subsequent densification,
For this purpose, a hot press method had to be used.
この方法では、単純形状のものは、比較的容易に製造
できるが、例えばタービンブレートやボルト・ナットの
ような複雑形状のものをそれらの形状に近い系で直接焼
結することは極めて難しかった。In this method, simple shapes can be manufactured relatively easily, but it is extremely difficult to directly sinter complicated shapes such as turbine blades and bolts / nuts in a system close to those shapes.
そのような複雑形状の部品をつくるには、ペレット状
や円柱状の焼結体を、主にダイヤモンド砥石を用いた研
削加工により時間をかけて加工する以外に方法がなかっ
た。There has been no other method to produce such a complex-shaped part except for processing the pellet-shaped or columnar sintered body mainly by grinding using a diamond grindstone and taking a long time.
このため、加工のコストが製品コストの50%以上を占
めることもあり、ウィスカー強化セラミック材料の一層
のコスト高を招き、この種の優れた材料のより広い用途
拡大を妨げているという問題があった。As a result, the processing cost can account for more than 50% of the product cost, which leads to a further increase in the cost of whisker-reinforced ceramic materials, which hinders the widespread use of such excellent materials. Was.
この発明は、以上のような事情に鑑みなされたもので
あり、ウィスカー強化セラミック材料のもつ優れた特性
を保持しつつ、前述のような従来の製造方法のもつ欠点
を改良し、切削工具をはじめとする各種構造材料として
好適な高密度、高強度でかつ、高い靭性をもつウィスカ
ー強化セラミック焼結体の製造方法を提供することを目
的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and while improving the deficiencies of the conventional manufacturing method as described above while maintaining the excellent characteristics of the whisker reinforced ceramic material, the present invention has been applied to cutting tools and the like. It is an object of the present invention to provide a method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body having high density, high strength, and high toughness suitable as various structural materials.
[課題を解決するための手段] 本発明者は、より簡単な装置と手段を用いてウィスカ
ー強化セラミックス焼結体を製造する方法の開発をめざ
して鋭意研究を重ねてきた。[Means for Solving the Problems] The present inventors have intensively studied to develop a method of manufacturing a whisker-reinforced ceramics sintered body using simpler devices and means.
その結果、まず、マトリックスとなるセラミック粉末
にセラミックウィスカーを均一に混合、分散させて得た
出発原料粉末を衝撃圧縮し、切削加工可能な強度をも
つ、相対密度90%以上の成形体を得た後、この成形体を
焼結収縮を考慮して必要な素材形状に切削加工し、この
加工した素材、つまり成形体を圧力を用いることなく焼
結することにより、最終形状に極めて近い高密度ウィス
カー強化セラミック焼結体の得られることを見い出し、
この発明をなすに至った。As a result, first, the starting material powder obtained by uniformly mixing and dispersing the ceramic whiskers in the ceramic powder serving as the matrix was subjected to impact compression to obtain a molded body having a relative density of 90% or more having a strength capable of being machined. Then, this compact is cut into the required material shape in consideration of sintering shrinkage, and this processed material, that is, the compact is sintered without using pressure, so that high-density whiskers extremely close to the final shape are obtained. We found that a reinforced ceramic sintered body could be obtained,
The present invention has been made.
すなわち、この発明は、セラミックウィスカーを体積
%で10〜50%含有するウィスカー強化セラミック焼結体
を製造する方法において、セラミック粉末にセラミック
ウィスカーを均一に分散、混合し、この混合粉末を成形
型に充填し、該混合粉末を衝撃圧縮することにより相対
密度90%以上(空隙率10%以下)の粉末成形体としたの
ち、1400〜2000℃の温度で焼結することを特徴とするウ
ィスカー強化セラミック焼結体の製造方法を提供する。That is, the present invention provides a method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body containing 10 to 50% by volume of a ceramic whisker, wherein the ceramic whisker is uniformly dispersed and mixed in a ceramic powder, and the mixed powder is formed into a molding die. A whisker-reinforced ceramic, characterized in that a powder compact having a relative density of 90% or more (porosity of 10% or less) is formed by filling and impact-compressing the mixed powder, and then sintered at a temperature of 1400 to 2000 ° C. Provided is a method for manufacturing a sintered body.
この場合、上記セラミック粉末がアルミナ粉末、炭化
硅素粉末、窒化硅素粉末、ほう素粉末、炭化ほう素粉
末、窒化アルミニウム粉末の少なくとも1種よりなるこ
ともでき、また、上述セラミックウィスカーが、アルミ
ナウィスカー、SiCウィスカー、窒化硅素(以下Si3N4)
ウィスカーの少なくとも1種よりなることもできる。In this case, the ceramic powder may be made of at least one of alumina powder, silicon carbide powder, silicon nitride powder, boron powder, boron carbide powder, and aluminum nitride powder, and the ceramic whisker may be an alumina whisker, SiC whisker, silicon nitride (Si 3 N 4 )
It can also consist of at least one kind of whisker.
金型を用いた通常の粉末成形方法の場合、セラミック
ウィスカーを均一に混合、分散させたセラミック粉末
は、前述のような理由によりそのセラミック単体粉末の
場合に比べてかなり高密度化が難しい。In the case of an ordinary powder molding method using a mold, it is difficult to increase the density of a ceramic powder obtained by uniformly mixing and dispersing ceramic whiskers as compared with the case of using a single ceramic powder for the above-described reason.
20体積%SiCウィスカーを含むようなセラミック粉末
を200MPa程度で金型成形した場合の到達できる成形体密
度は高々真密度の55%(45%気孔)程度である。When a ceramic powder containing 20% by volume SiC whiskers is molded at about 200 MPa, the density of the compact that can be reached is at most about 55% (45% pores) of the true density.
従って、この場合、ち密な焼結体を得るには、焼結中
に少なくとも残り45%のち密化が必要である。Therefore, in this case, in order to obtain a dense sintered body, it is necessary to densify at least the remaining 45% during sintering.
しかし、実際には、前述のように、この焼結中のち密
化も分散しているセラミックウィスカーにより阻害され
るため、セラミック粉末の場合より高い温度の下で加圧
しながらゆっくりち密化する方法が採られる。However, in practice, as described above, densification during sintering is also hindered by dispersed ceramic whiskers, so a method of slowly densifying while applying pressure at a higher temperature than in the case of ceramic powder is used. Taken.
しかし、通常の数十MPaの圧力下では、充分なち密化
が起きずこの場合も焼結を助ける助剤を僅か添加する方
法が用いられている。However, under a normal pressure of several tens of MPa, sufficient densification does not occur, and in this case, a method of adding a small amount of an auxiliary agent that assists sintering is used.
ここでの焼結助剤も、得られた焼結体の高温強度を低
下させる原因となり好ましくない。The sintering aid here is also not preferable because it causes a reduction in the high-temperature strength of the obtained sintered body.
加圧上の問題点も含めて以上のような難点を解決する
1つの方法は、ち密化を進めるために数GPaという高い
圧力の利用できる静的及び動的超高圧焼結技術を用いる
方法であり、もう1つは、同じく、それらの超高圧技術
を用いてまず高密度な成形体を作成し、その成形体を加
圧なしで焼結する方法である。One way to solve the above difficulties, including the problem of pressurization, is to use static and dynamic ultra-high pressure sintering technology that can use high pressures of several GPa in order to increase the density. The other is a method in which a high-density compact is first formed by using the ultrahigh-pressure technology, and the compact is sintered without pressure.
前者の方法の中、静的超高圧技術を用いる方法は、必
要とする装置が大規模で高価な上、運転操作が難しいと
いう欠点がある。Among the former methods, the method using the static ultra-high pressure technique has the disadvantage that the required equipment is large-scale and expensive, and the driving operation is difficult.
一方、動的方法は粉末のち密化と焼結には有効である
が、得られた焼結体に大小の割れが入るという問題もあ
り実用的ではない。On the other hand, the dynamic method is effective for densification and sintering of the powder, but is not practical because there is a problem that large and small cracks are formed in the obtained sintered body.
さらに、これら2つの方法に共通している点は、ち密
化は容易であるが、複雑形状の焼結体の製造が極めて難
しいことである。Further, the point common to these two methods is that although the densification is easy, it is extremely difficult to produce a sintered body having a complicated shape.
このため、最終部品とする上での加工量が多くなり、
結果的にはコストが高くなり、従来方法の問題点の解決
にならたい。For this reason, the amount of processing to make it the final part increases,
As a result, the cost is high, and it is desired to solve the problems of the conventional method.
これに対して、後者の方法では、本焼結する前に、出
発原料を切削加工できる程度の強度をもつ高密度の成形
体とし、そこで必要形状に加工後、本焼結するため、最
終部品に仕上げる際の加工量を最小限に留めることがで
きる。この後者の方法においても静的高圧技術を用いる
ことが出来るが、この方法には前述のような問題点があ
り実用的ではない。On the other hand, in the latter method, before the main sintering, the starting material is formed into a high-density compact having a strength that can be cut, and then processed into the required shape, and then subjected to final sintering. The amount of processing when finishing to a minimum can be minimized. Although the latter method can use the static high-pressure technique, this method is not practical because of the above-mentioned problems.
この発明は、動的超高圧力つまり衝撃圧縮によりウィ
スカー含有のセラミック粉末をまず、高密度に成形し、
その成形体を切削加工して本焼結し、安価な、高密度、
高強度で高い靭性をもつウィスカー強化セラミック焼結
体を得ようとするものである。According to the present invention, a whisker-containing ceramic powder is first formed at a high density by dynamic ultra-high pressure, that is, impact compression,
The compact is cut and main-sintered to provide an inexpensive, high-density,
An object is to obtain a whisker-reinforced ceramic sintered body having high strength and high toughness.
なお、衝撃圧縮法により粉末をち密化と同時に焼結さ
せることも可能であるが、このためには、高い圧力と温
度が必要であり、そのような条件で衝撃圧縮処理すると
得られた焼結体に多数の割れが発生してしまう。It is also possible to sinter the powder at the same time as densification by the impact compression method, but this requires high pressure and temperature, and the sintering obtained by the impact compression treatment under such conditions Many cracks occur in the body.
しかし、焼結まで達せず単に粉末のち密化のみを起こ
す圧力レベルであれば、割れは発生しにくいことが経験
的に知られている。However, it is empirically known that cracking is unlikely to occur at a pressure level that does not reach sintering but merely causes densification of the powder.
この発明はそのような傾向を有利に利用しようとする
ものである。The present invention seeks to take advantage of such trends.
爆薬の爆発や高速で飛翔する物体の衝突に伴い瞬間的
に発生する衝撃圧力を利用して、ち密な成形体をつくる
ことができる。A compact body can be made by utilizing the impact pressure instantaneously generated due to the explosion of an explosive or the collision of an object flying at high speed.
この方法により通常の金型成形法ではち密化困難なSi
CやSi3N4のような高強度セラミック粉末も比較的容易に
高密化できる。By this method, Si which is difficult to densify by ordinary
High-strength ceramic powders such as C and Si 3 N 4 can be relatively easily densified.
衝撃圧縮の特徴の1つは、10-6秒という短い時間に数
GPa〜数十GPaという高い圧力を発生できる点にあり、こ
れにより高強度なセラミックの粉末も瞬時に相対密度90
%以上までち密が可能となる。One of the characteristics of shock compression is that it can be used in a short time of 10 -6 seconds.
It is capable of generating a high pressure of GPa to several tens of GPa.
% Or more.
衝撃圧縮下の温度は初めの粉末成形密度が同じであれ
ば、一般に用いる圧力により調節できる。The temperature under impact compression can be adjusted by the pressure generally used, provided that the initial powder molding density is the same.
また、圧力が一定であれば、逆に、粉末の成形密度に
より決定される。On the other hand, if the pressure is constant, the pressure is determined by the molding density of the powder.
衝撃圧縮法により、割れのない均一な高密度成形体を
得るには、衝撃温度は粉末の焼結が起きない程度に低い
ことが必要であり、また、使用する圧力は、その得られ
る成形体の残留歪を減らす意味からもできるだけ低い方
が望ましい。In order to obtain a uniform, high-density compact without cracking by the impact compression method, the impact temperature must be low enough not to cause sintering of the powder, and the pressure to be used is limited to the obtained compact. Is preferably as low as possible from the viewpoint of reducing the residual strain of the steel.
[作用] 効果と共に説明する。[Operation] The effect will be described.
[発明の実施例] 実施例について図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
衝撃圧縮により高密度な成形体を得る方法には爆薬を
使う方法と高圧ガスによって発射した高速飛翔体を衝突
させる方法がある。Methods for obtaining a high-density molded body by impact compression include a method using explosives and a method of colliding a high-speed flying object fired by high-pressure gas.
これらのいずれの方法を利用した場合でも、試料をバ
ラバラに飛散させることなく1つの塊として回収するこ
とが重要である。When using any of these methods, it is important to collect the sample as one lump without scattering the sample.
幸い、この試料回収技術は進歩してきている。 Fortunately, this sample collection technology is making progress.
第1図において、1はこの発明方法に利用できる平面
衝撃圧縮装置であり、下方部分2と上方部分3とから構
成されている。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a flat impact compression device which can be used in the method of the present invention, and comprises a lower portion 2 and an upper portion 3.
2Aはセラミック粉末とセラミックウィスカーを均一に
混合して得た混合粉末4を充填する試料室2Bをもつ試料
容器である。Reference numeral 2A denotes a sample container having a sample chamber 2B for filling a mixed powder 4 obtained by uniformly mixing ceramic powder and ceramic whiskers.
その外側に衝撃処理後の試料容器2Aの回収を容易にす
るための鉄製モーメンタム・トラップ2Cを配置し、さら
に、その下に同じく、鉄製モーメンタム・トラップ2Dを
設置する。An iron momentum trap 2C for facilitating the recovery of the sample container 2A after the shock treatment is disposed outside thereof, and an iron momentum trap 2D is similarly disposed therebelow.
なお、試料容器2Aは、底板2A1と、その底板2A1に上方
から着脱自在に嵌合する断面下向きコの字状の蓋2A2か
ら構成されている。The sample container 2A is composed of a bottom plate 2A1 and a lid 2A2 having a U-shaped cross section that is detachably fitted to the bottom plate 2A1 from above.
モーメンタム・トラップ2Cは、主に試料容器の側面方
向、また、モーメンタム・トラップ2Dは、試料容器下方
向の各々の運動量を吸収し、結果的に衝撃処理後の試料
の回収を容易にするためのものである。The momentum trap 2C absorbs the momentum mainly in the lateral direction of the sample container, and the momentum trap 2D absorbs the momentum in the downward direction of the sample container, and as a result, facilitates the collection of the sample after the shock treatment. Things.
セラミック粉末中にウィスカーの損傷をできるだけ少
なくして均一に混合するのは容易ではないが、各成分を
まず別々に湿式ボールミルや撹拌機により泥しょう状態
とした後配合し、再度ボールミルや撹拌機により混合す
る方法により、ウィスカーの破損を少なくして、比較的
均一に混合できる。Although it is not easy to mix the whiskers in the ceramic powder as much as possible with uniformity, it is not easy to mix them.However, mix each component separately in a wet ball mill or stirrer, mix and then mix again with a ball mill or stirrer. By the mixing method, whisker breakage can be reduced and relatively uniform mixing can be achieved.
セラミックウィスカーのマトリックス中での分散状態
は、得られた焼結体の特性を大きく左右するものであり
重要である。The dispersion state of the ceramic whiskers in the matrix greatly affects the characteristics of the obtained sintered body and is important.
この混合粉末の試料容器2Aへの充填では、できるだけ
高密度に充填することが望ましく、相対密度40%以上が
好ましい。In filling the mixed powder into the sample container 2A, it is desirable to fill the sample powder as densely as possible, and the relative density is preferably 40% or more.
また、試料容器2Aの材質は、対象材料の成形に必要な
衝撃処理条件により、広範囲の材料を選択できるが、コ
ストの面からは鉄、銅、真ちゅうやステンレスが適当で
ある。Further, as the material of the sample container 2A, a wide range of materials can be selected depending on the impact treatment conditions required for molding the target material, but iron, copper, brass and stainless steel are suitable from the viewpoint of cost.
第1図の上方部分3は、この装置の爆薬構成成分であ
るが、円錐状の爆薬レンズ3Aは雷管3Bによりその頂点で
点火され、爆薬レンズ3Aでの燃焼は平面的に下方に伝播
される。The upper part 3 of FIG. 1 is the explosive component of this device, but the conical explosive lens 3A is ignited at its apex by a primer 3B, and the combustion at the explosive lens 3A is propagated downward in a plane. .
さらに、その平面的燃焼がその下の爆薬3Cに伝播さ
れ、爆薬は底面燃焼を起こして下へ伝播し、この燃焼で
発生した爆轟衝撃圧力により下の金属板である飛翔板3D
が高速に加速され、下の試料容器2Aに衝突する。In addition, the planar combustion is propagated to the explosive 3C below, and the explosive causes bottom combustion and propagates downward, and the detonation impact pressure generated by this combustion causes the lower metal plate, the flying plate 3D
Is accelerated at a high speed and collides with the lower sample container 2A.
この衝突により試料容器に平面衝撃波が発生し、これ
がさらに混合粉末4に伝播し、混合粉末は衝撃圧縮さ
れ、形成される。This collision generates a plane shock wave in the sample container, which propagates further to the mixed powder 4, and the mixed powder is shock-compressed and formed.
衝撃波の通過により混合粉末の部分で発生す圧力、温
度は、主に使用爆薬量と混合粉末の充填率で制御するこ
とができ、また、持続時間は第1図のような飛翔板を用
いた場合、その厚みにより変えることができるが、3mm
の鉄板を2km/s程度で試料容器に衝突させた場合の圧力
持続時間は約1.5×10-6秒であり、極めて短い。The pressure and temperature generated in the portion of the mixed powder by the passage of the shock wave can be controlled mainly by the amount of explosive used and the filling rate of the mixed powder, and the flying time as shown in FIG. In case, it can be changed by the thickness, but 3mm
The pressure duration when the steel plate of the above was made to collide with the sample container at about 2 km / s is about 1.5 × 10 -6 seconds, which is extremely short.
また、第1図のような方法では試料部分に50GPaまで
の圧力を比較的容易に発生できる。Further, in the method as shown in FIG. 1, a pressure up to 50 GPa can be generated relatively easily in the sample portion.
第2図はこの発明の方法に利用できる円筒衝撃圧縮装
置5の1実施例を示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of the cylindrical impact compression device 5 which can be used in the method of the present invention.
6は爆薬容器であり、外円筒6Aとこの外円筒の上下に
配置された上方板6Bと下方板6Cとから構成されている。Reference numeral 6 denotes an explosive container, which comprises an outer cylinder 6A, an upper plate 6B and a lower plate 6C arranged above and below the outer cylinder.
7は爆薬容器6と同軸的にその中心に位置した円筒状
試料容器であり、その上下には上下のプラグ7A,7Bが設
けられている。Reference numeral 7 denotes a cylindrical sample container coaxially located at the center of the explosive container 6, and upper and lower plugs 7A and 7B are provided above and below it.
4は円筒状試料容器7の内に充填された混合粉末であ
る。Reference numeral 4 denotes a mixed powder filled in the cylindrical sample container 7.
この図では円筒状試料容器7に接して爆薬3Cが配置さ
れ、雷管3Bで爆薬3Cが起爆される状態を示している。This figure shows a state in which the explosive 3C is disposed in contact with the cylindrical sample container 7, and the explosive 3C is detonated by the primer 3B.
その爆轟波が下方向へ伝播し、それに伴う爆轟衝撃波
により、まず、その内側の円筒状試料容器7が軸方向へ
衝撃圧縮され、次にその内側の混合粉末4が同様にして
衝撃圧縮される。The detonation wave propagates downward, and the accompanying detonation shock wave first compresses the inner cylindrical sample container 7 in the axial direction, and then similarly compresses the mixed powder 4 in the inner side. Is done.
混合粉末4の部分に発生する圧力は使用する爆薬の種
類と量により調節できる。The pressure generated at the portion of the mixed powder 4 can be adjusted by the type and amount of the explosive used.
ここで、円筒状試料容器7及び爆薬容器6の外円筒6A
の材質としては、金属、紙、木、プラスチックを利用で
きる。Here, the outer cylinder 6A of the cylindrical sample container 7 and the explosive container 6
Metal, paper, wood, and plastic can be used as the material of.
また、円筒状試料容器7の上方に位置する円錐状のプ
ラグ7Aは金属や木で作ることができ、この部分は、雷管
3Bで起爆され、爆薬3Cの中を球面状に広がる爆轟波が円
筒状試料容器7に達する前に、この球面状に広がる爆轟
波を平面状の爆轟波に整える役目をするものであり、均
一に試料を衝撃圧縮するためには欠かせないものであ
る。The conical plug 7A located above the cylindrical sample container 7 can be made of metal or wood.
Before the detonation wave exploded in 3B and the detonation wave spreading in a spherical shape in the explosive 3C reaches the cylindrical sample container 7, the detonation wave spreading in the spherical shape serves to arrange the detonation wave into a planar detonation wave. It is indispensable for uniformly compressing the sample by impact.
この発明の方法では、ウィスカー含有のセラミック成
形体を加圧なしで1400〜2000℃に加熱して、真密度に近
い焼結体を得ようとしているが、この目的のため及び、
この本焼結前に成形体を加工するためには、成形体の相
対密度は90%以上必要である。In the method of the present invention, the whisker-containing ceramic molded body is heated to 1400 to 2000 ° C. without pressure to obtain a sintered body having a true density, but for this purpose and
In order to process the compact before the main sintering, the relative density of the compact is required to be 90% or more.
マトリックスとして用いるセラミックの種類やウィス
カーの配合割合にもよるが、相対密度90%以下の成形体
では、上記本焼結体によっても充分ち密化が進まず、強
度の高い焼結体が得られない。Although it depends on the type of ceramic used as the matrix and the mixing ratio of the whiskers, in the compact having a relative density of 90% or less, the denseness does not sufficiently advance even with the present sintered body, and a high-strength sintered body cannot be obtained. .
また、そのような成形体の強度は充分高くなく、切削
加工困難である。セラミックウィスカーを10〜50体積%
含有するセラミック粉末を相対密度90%以上までち密化
させるのに必要な衝撃圧力は、対象とするセラミック粉
末及び、ウィスカーの物性により決定されるものであ
り、各材料組合せ毎にその条件を実験的に決定すること
が必要である。Further, the strength of such a molded product is not sufficiently high, and cutting is difficult. 10 ~ 50% by volume of ceramic whisker
The impact pressure required to densify the contained ceramic powder to a relative density of 90% or more is determined by the physical properties of the target ceramic powder and whiskers, and the conditions must be determined experimentally for each material combination. It is necessary to determine
衝撃圧力の程度が適当な範囲にある場合、相対密度が
90%以上で割れのない均一な成形体を得ることができ
る。If the degree of impact pressure is in an appropriate range, the relative density
When it is 90% or more, a uniform molded body without cracks can be obtained.
しかし、処理圧力が、各材料の組合せで決まる限界の
圧力を越えると粉末粒子間の焼き付き、つまり焼結によ
る粒間結合が生じ、その結果、回収される成形体中に大
小の割れが発生し、好ましくない。However, if the processing pressure exceeds the limit pressure determined by the combination of each material, seizure between powder particles, that is, intergranular bonding due to sintering occurs, and as a result, large and small cracks occur in the recovered compact. Is not preferred.
この発明の方法に用いる衝撃圧力の範囲は衝撃処理中
に焼結が生じないか、生じても粒の成長が生じない程度
の中庸な圧力程度に限定されるものである。The range of the impact pressure used in the method of the present invention is limited to a moderate pressure at which no sintering occurs during the impact treatment or no grain growth occurs even if it occurs.
一方、圧力が低すぎると、混合粉末は、相対密度90%
以上までち密化できず、前述のように、得られる成形体
の強度も低くなり、切削加工できないばかりでなく、本
焼結によってもち密化が進行せず、結果的に安価な高強
度で高い靭性をもつウィスカー強化セラミック焼結体を
得ることができない。On the other hand, if the pressure is too low, the mixed powder will have a relative density of 90%
Unable to densify to the above, as described above, the strength of the obtained molded body is also low, not only can not be cut, but also densification does not progress by the main sintering, resulting in high strength at low cost A whisker-reinforced ceramic sintered body having toughness cannot be obtained.
以下、実施例によりこの発明をさらに詳しく説明す
る。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例) 平均粒径1μmのアルミナ粉末と平均ウィスカー径0.
5μm、平均長さ30μmのSiCウィスカーを体積比で4:1
となるように別々に秤量し、まず、各々の粉末を別々に
水を添えて泥しょうの状態となるようにボールミル処理
した後、それらを混合し、再度ボールミル混合した。(Example) Alumina powder having an average particle diameter of 1 μm and an average whisker diameter of 0.
5μm, average length 30μm SiC whisker 4: 1 by volume ratio
First, each powder was separately added to water, and then ball-milled so as to be in a slurry state, then mixed, and then ball-milled again.
このボールミル混合した粉末を乾燥した後、600℃で
真空脱ガス処理し、この実施例の混合粉末を得た。After the powder mixed with the ball mill was dried, it was subjected to vacuum degassing at 600 ° C. to obtain a mixed powder of this example.
この混合粉末を第1図に示した平面衝撃圧縮装置を用
いて衝撃処理した。This mixed powder was subjected to impact treatment using the flat impact compression apparatus shown in FIG.
ここでは、混合粉末を第1図の試料室2Bに相対密度約
53%となるように充填した。Here, the mixed powder is placed in the sample chamber 2B shown in FIG.
Filled to 53%.
試料室2Bの材料としてステンレスを用い、その試料室
2Bの大きさは径25mm、高さ10mmであった。Stainless steel is used as the material for the sample chamber 2B,
2B had a diameter of 25 mm and a height of 10 mm.
爆薬3Cとして爆速7.2km/sのジュポン社製のデータ・
シートを使用し、飛翔板として厚さ3.2mmの鉄板を使用
した。Explosive 3C explosion speed 7.2km / s manufactured by Dupont
A 3.2 mm thick iron plate was used as a flying plate using a sheet.
ここでは第1表に示した各飛翔板速度での成形試験を
実施した。Here, a molding test was performed at each flying plate speed shown in Table 1.
衝撃処理後、試料容器を回収し、試料外側のステンレ
ス部分を切削により取り除き試料を取り出した後、その
上下面を研磨紙で軽く研磨した後、外観を観察した。After the shock treatment, the sample container was recovered, the stainless steel portion outside the sample was removed by cutting, the sample was taken out, and the upper and lower surfaces were lightly polished with abrasive paper, and the appearance was observed.
それら回収成形体につき、水を用いたアルキメデス法
により、嵩密度を測定し、成形体の相対密度を算出し
た。The bulk densities of the recovered molded articles were measured by the Archimedes method using water, and the relative densities of the molded articles were calculated.
各成形体の切削加工試験はバイトとしてダイヤモンド
焼結体を用い、周速35m/min程度で加工し、そのときの
割れの発生やチッピングの発生具合から切削加工の可、
不可を判断した。The cutting test of each compact was performed at a peripheral speed of about 35 m / min using a diamond sintered body as a cutting tool, and cutting was possible due to the occurrence of cracks and chipping at that time.
Judgment was impossible.
次に、それらの成形体を真空炉を用いて温度1500℃、
1700℃、1900℃で1時間保持して焼結し、得られた焼結
体の相対密度とKicの測定により求めた。Next, the compacts were heated at a temperature of 1500 ° C. using a vacuum furnace.
Sintering was performed at 1700 ° C. and 1900 ° C. for 1 hour, and the relative density and Kic of the obtained sintered body were measured.
Kic値は、ビッカース圧痕法により、荷重5kgとして、
そのときの圧痕の四方から発生するクラックの長さに基
づいて算出した。The Kic value is determined by the Vickers indentation method assuming a load of 5 kg.
It was calculated based on the length of cracks generated from all sides of the indentation at that time.
各飛翔板速度の試料について得られた結果を第1表に
まとめて示した。飛翔板速度0.3km/sでは、回収成形体
の外観は割れの発生もなく良好であったが、その成形体
密度は低く、また、切削加工試験では、加工用治具には
さんだところで壊れてしまった。Table 1 summarizes the results obtained for the samples at each flying plate speed. At a flying plate speed of 0.3 km / s, the appearance of the recovered compact was good without cracking, but the density of the compact was low, and in the cutting test, it was broken at the jig for processing. Oops.
また、この程度の成形体密度では、第1表に示したよ
うに、その後の1500〜1900℃の熱処理によっても顕著な
ち密化は認められなかった。At this level of compact density, as shown in Table 1, no significant densification was observed even after the subsequent heat treatment at 1500 to 1900 ° C.
一方、飛翔板速度が速くなり、1.8km/sとなると、回
収成形体の相対密度は確かに96%まで達したが、割れが
発生しており、この場合も加工用治具にセットしたとこ
ろで小片に壊れた。On the other hand, when the flying plate speed was increased to 1.8 km / s, the relative density of the collected compact certainly reached 96%, but cracks occurred. Broken into small pieces.
その割れを起こした小片の破面を観察すると、衝撃処
理だけで一部アルミナの焼結が起きたことが分かった。Observation of the fracture surface of the cracked small piece showed that alumina sintering was partially caused by the impact treatment alone.
飛翔板速度0.6〜1.4km/sで得た試料の成形体相対密度
は90〜95%であり、いずれも割れの発生はなく、切削加
工可能な強さをもっていた。The relative densities of the compacts obtained at the flying plate speed of 0.6 to 1.4 km / s were 90 to 95%, and none of them had cracks and had cutting strength.
また、これらの成形体を1700〜1900℃で焼結して得た
焼結体では充分ち密化が進んでおり、Kic値も と高い値を示した。In addition, the compacts obtained by sintering these compacts at 1700 to 1900 ° C have been sufficiently densified, and the Kic value is also high. It showed a high value.
(実施例2) 平均粒径0.6μmのSi3N4と平均ウィスカー径3μm、
平均長さ30μmのアルミナウィスカーを体積比で2:1と
なるように別々に秤量し、実施例1と同様の方法と手順
により各々の成分を混合した。 Example 2 Si 3 N 4 having an average particle diameter of 0.6 μm and an average whisker diameter of 3 μm,
Alumina whiskers having an average length of 30 μm were separately weighed so as to have a volume ratio of 2: 1, and the respective components were mixed by the same method and procedure as in Example 1.
得られた粉末を真空脱ガス処理し、この実施例の混合
粉末とした。この混合粉末を実施例1と同様に第1図に
示した平面衝撃圧縮装置を用いて衝撃処理した。The obtained powder was subjected to a vacuum degassing treatment to obtain a mixed powder of this example. This mixed powder was subjected to impact treatment in the same manner as in Example 1 using the flat impact compression device shown in FIG.
ここでは、第2表に示した0.1〜1.6km/sの飛翔板速度
で成形試験を実施した。Here, a forming test was performed at a flying plate speed of 0.1 to 1.6 km / s shown in Table 2.
衝撃処理後の試料は、実施例1と同様の方法により回
収し、外観観察、密度測定の後、切削加工試験を実施し
た。The sample after the impact treatment was recovered by the same method as in Example 1, and after observing the appearance and measuring the density, a cutting test was performed.
次に、得られた各成形体を1気圧の窒素雰囲気中で14
00℃,1600℃,1800℃に1時間保持して焼結した。その得
られた焼結体につき相対密度とKic値を測定した。Next, each of the obtained compacts was placed in a nitrogen atmosphere of 1 atm.
Sintering was carried out at 00 ° C, 1600 ° C, and 1800 ° C for 1 hour. The relative density and Kic value of the obtained sintered body were measured.
各飛翔板速度で得られた試料についての結果を第2表
に示した。Table 2 shows the results for the samples obtained at each flying plate speed.
飛翔板速度0.1km/sで得られた成形体は外見上割れも
なく良好であったが、相対密度は低く、切削加工も不可
能であった。また、この試料は1400〜1800℃の熱処理に
よっても、僅かのち密化しか示さなかった。The molded product obtained at a flying plate speed of 0.1 km / s was good without any apparent cracking, but had a low relative density and was not able to be cut. In addition, this sample showed only a slight densification by heat treatment at 1400 to 1800 ° C.
一方、飛翔板速度1.6km/sで得た試料は回収時にすで
に小片に割れていた。On the other hand, the sample obtained at a flying plate speed of 1.6 km / s had already broken into small pieces at the time of recovery.
その小片で測定した相対密度は99%に達しており、そ
の破面の状態から焼結がかなり進んでいたことが分かっ
た。The relative density measured on the small piece reached 99%, indicating that sintering had progressed considerably from the state of the fracture surface.
飛翔板速度0.4〜1.2km/sでは、相対密度93〜98%の強
固な成形体が得られ、いずれも切削加工可能であった。At a flying plate speed of 0.4 to 1.2 km / s, a solid compact with a relative density of 93 to 98% was obtained, and all could be cut.
また、1400〜1800℃での処理では、いずれも優れた焼
結性を示し、 までの高いKic値を示した。In addition, all treatments at 1400 to 1800 ° C show excellent sinterability, Up to a high Kic value.
(実施例3) 平均粒径3μmのSiC粉末と平均ウィスカー径1μ
m、平均長さ40μmのSi3N4ウィスカーを体積比で5:1と
なるように秤量し、実施例1と同様の方法と手順により
混合、乾燥、真空脱ガス処理を行ない、この実施例の混
合粉末を得た。 (Example 3) SiC powder having an average particle diameter of 3 μm and an average whisker diameter of 1 μm
m, Si 3 N 4 whiskers having an average length of 40 μm were weighed so as to have a volume ratio of 5: 1, mixed, dried and vacuum degassed by the same method and procedure as in Example 1. Was obtained.
この混合粉末を第2図に示した円筒衝撃圧縮装置を用
いて衝撃処理した。This mixed powder was subjected to impact treatment using a cylindrical impact compression device shown in FIG.
ここでは円筒状試料容器7として、内径20mm、外形25
mmの鉄パイプを用い、試料部分の長さは100mmとした。Here, the cylindrical sample container 7 has an inner diameter of 20 mm and an outer diameter of 25 mm.
The length of the sample part was 100 mm using an iron pipe of mm.
また、爆薬3Cとしてアンホ爆薬を使用し、その厚みを
10mm,30mm,60mm,100mmとして成形試験を実施した。In addition, an ampho explosive is used as explosive 3C, and its thickness is reduced.
Molding tests were performed for 10 mm, 30 mm, 60 mm, and 100 mm.
衝撃処理後、円筒状試料容器を回収し、その容器を縦
に2つ割にして中の試料を取り出した。After the shock treatment, the cylindrical sample container was recovered, and the container was divided into two pieces vertically and the sample inside was taken out.
その状態で全体的な外観を調べた後、その軸方向の中
央部分より厚さ5mmの円筒状試料をダイヤモンドカッタ
ーにより切り出し、密度を測定した。After examining the overall appearance in this state, a cylindrical sample having a thickness of 5 mm was cut out from the central portion in the axial direction with a diamond cutter, and the density was measured.
また、成形体の切削加工試験は、実施例1と同様にダ
イヤモンドを用いて、成形体の一端を切削してみること
により、加工の可、不可を判定した。Further, in the cutting test of the molded body, it was determined whether machining was possible or not by cutting one end of the molded body using diamond as in Example 1.
次に、成形体を1気圧の窒素雰囲気中、1600℃,1800
℃,2000℃に1時間保持して、焼結体を得た。Next, the molded body was placed in a nitrogen atmosphere at 1 atm.
The temperature was maintained at 2000 ° C. for 1 hour to obtain a sintered body.
それらの焼結体の相対密度、Kic値を実施例1と同様
の方法により測定した。The relative densities and Kic values of these sintered bodies were measured in the same manner as in Example 1.
各爆薬厚みでの試料について得られた結果を第3表に
まとめて示した。The results obtained for the samples at each explosive thickness are summarized in Table 3.
爆薬厚み10mmで得た成形体には、外見上割れは認めら
れなかったが、相対密度は82%と低く、切削加工も不可
能であった。No cracks were apparently observed in the molded product obtained with an explosive thickness of 10 mm, but the relative density was as low as 82% and cutting was impossible.
また、爆薬厚み100mmで得た成形体は、いくつもの層
状割れを起こしており、一塊の成形体として回収できな
かった。In addition, the molded article obtained with an explosive thickness of 100 mm had several layered cracks, and could not be collected as a lump of molded article.
割れを起こした面の観察より、この試料はすでに焼結
していることが分かった。Observation of the cracked surface showed that this sample had already been sintered.
爆薬厚み30mm,60mmで得られた成形体は、相対密度90
%、95%であり、均一に収縮しており、切削加工も可能
であった。Molded articles obtained with explosive thicknesses of 30 mm and 60 mm have a relative density of 90
% And 95%, and were uniformly shrunk, and cutting was possible.
また、これら試料を1800℃,2000℃で焼結して得た試
料は高い相対密度を示し、Kic値も の高い値を示した。The samples obtained by sintering these samples at 1800 ° C and 2000 ° C show high relative density, Showed high values.
(実施例4) 粒径1μm以下のほう素粉末と平均粒径3μmの炭化
ほう素粉末を体積比で1:1に混合し、マトリックス用セ
ラミック粉末を作成した。 Example 4 Boron powder having a particle diameter of 1 μm or less and boron carbide powder having an average particle diameter of 3 μm were mixed at a volume ratio of 1: 1 to prepare a ceramic powder for a matrix.
このセラミック粉末に体積%で10%となるように実施
例1で用いたウィスカーと同様のSiCウィスカーを秤量
し、実施例1と同様の方法と手順により混合、乾燥、真
空脱ガス処理して、この実施例の混合粉末を得た。この
混合粉末を実施例1と同様の装置を用いて飛翔板速度0.
6km/s,1.0km/sで成形試験を実施した。A SiC whisker similar to the whisker used in Example 1 was weighed to 10% by volume of this ceramic powder, and mixed, dried and vacuum degassed by the same method and procedure as in Example 1. A mixed powder of this example was obtained. This mixed powder was prepared using the same apparatus as in Example 1 to obtain a flying plate speed of 0.5.
Forming tests were performed at 6 km / s and 1.0 km / s.
0.6km/s,1.0km/sで得られた成形体の相対密度は各々9
1%、93%であり、外見上割れもなく均一な成形体であ
った。The relative densities of the compacts obtained at 0.6 km / s and 1.0 km / s were 9
They were 1% and 93%, and were uniform without appearance cracks.
これらの成形体について、実施例1と同様の方法によ
り切削加工試験を行なったところ、いずれの成形体も切
削加工可能な強さをもつものであった。When a cutting test was performed on these compacts in the same manner as in Example 1, all of the compacts had a strength capable of cutting.
これらの成形体を真空中1700℃,1900℃で1時間保持
して得た焼結体の相対密度は、0.6km/s,1.0km/sで得た
試料とも98%に達し、Kic値は各々 であった。The relative densities of the sintered bodies obtained by holding these compacts at 1700 ° C and 1900 ° C for 1 hour in vacuum reach 98% for both the samples obtained at 0.6 km / s and 1.0 km / s, and the Kic value is Each Met.
(実施例5) 粒径10μm以下の窒化アルミニウム粉末と平均粒径3
μmのSi3N4粉末を体積比で3:2となるように混合し、マ
トリックス用セラミック粉末を作成した。(Example 5) Aluminum nitride powder having a particle size of 10 µm or less and an average particle size of 3
μm Si 3 N 4 powder was mixed at a volume ratio of 3: 2 to prepare a ceramic powder for a matrix.
このセラミック粉末に体積%で50%となるように実施
例1、2で用いたウィスカーと同じSiCウィスカーとSi3
N4ウィスカーを1:1に秤量し、実施例1と同様の方法と
手順により混合、乾燥、真空脱ガス処理して、この実施
例の混合粉末を得た。The same SiC whiskers as the whiskers used in Examples 1 and 2 and Si 3 were added so that the volume percentage of this ceramic powder was 50%.
N 4 whiskers were weighed 1: 1 and mixed, dried and vacuum degassed by the same method and procedure as in Example 1 to obtain a mixed powder of this example.
この混合粉末を実施例1と同様の装置を用いて飛翔板
速度0.5km/sと、1.0km/sで成形試験を実施した。Using the same apparatus as in Example 1, a molding test was performed on the mixed powder at a flying plate speed of 0.5 km / s and 1.0 km / s.
飛翔板速度0.5km/s,1.0km/sで得られた成形体の相対
密度は各々93%、95%と高く、割れの発生もなく均一な
成形体であった。The relative densities of the compacts obtained at the flying plate speeds of 0.5 km / s and 1.0 km / s were as high as 93% and 95%, respectively, and were uniform without cracks.
また、いずれも切削可能であった。 In addition, all could be cut.
次に、これらの試料を1気圧の窒素雰囲気中で1600
℃,1850℃で1時間保持して焼結した。0.5km/s,1.0km/s
で衝撃処理して得た成形体からの焼結体の相対密度は各
々99%、100%であり、Kic値は各々 であった。Next, these samples were placed in a nitrogen atmosphere at 1 atm.
And 1850 ° C for 1 hour for sintering. 0.5km / s, 1.0km / s
The relative densities of the sintered compacts from the compacts obtained by the impact treatment are 99% and 100%, respectively, and the Kic values are respectively Met.
[発明の効果] 以上のようにこの発明の方法によれば、衝撃圧縮によ
りセラミックウィスカーを10〜50体積%含有するセラミ
ック粉末を相対密度90%以上まで比較的容易にち密化で
き、切削可能な程度の強さをもつ成形体を得ることがで
きる。[Effects of the Invention] As described above, according to the method of the present invention, a ceramic powder containing 10 to 50% by volume of ceramic whiskers can be relatively easily densified to a relative density of 90% or more by impact compression, and cutting is possible. It is possible to obtain a molded body having a certain degree of strength.
この衝撃処理で得られた高密度成形体を構成するセラ
ミック粉末粒子は、衝撃処理により活性化されており、
焼結しやすく、圧力を用いない焼結によっても容易に均
一で強度な焼結体が得られる。The ceramic powder particles constituting the high-density compact obtained by this impact treatment are activated by the impact treatment,
It is easy to sinter, and a uniform and strong sintered body can be easily obtained by sintering without using pressure.
また、この発明の方法によるウィスカー強化セラミッ
ク焼結体の製造方法では、高密度成形体の焼結工程での
収縮が極めて少ないため、焼結後の加工コストを大幅に
削減でき、その工業的意義は大きい。Further, in the method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body according to the method of the present invention, since the shrinkage in the sintering step of the high-density compact is extremely small, the processing cost after sintering can be significantly reduced, and its industrial significance Is big.
第1図は、この発明のウィスカー強化セラミック焼結体
の製造方法に適用できる平面衝撃圧縮装置の縦断面図、 第2図は、円筒衝撃圧縮装置の縦断面図である。 1……平面衝撃圧縮装置、 2……下方部分、 2A……試料容器、 2B……試料室、 2C,2D……モーメンタム・トラップ、 3……上方部分、 3A……爆薬レンズ、 3B……雷管、 3C……爆薬、 3D……飛翔板、 4……混合粉末、 5……円筒衝撃圧縮装置、 6……爆薬容器、 6A……外円筒、 6B……上方板、 6C……下方板、 7……円筒状試料容器、 7A,7B……プラグ。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a flat impact compression apparatus applicable to the method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a cylindrical impact compression apparatus. 1 ... Flat impact compression device, 2 ... Lower part, 2A ... Sample container, 2B ... Sample chamber, 2C, 2D ... Momentum trap, 3 ... Upper part, 3A ... Explosive lens, 3B ... Detonator, 3C explosive, 3D flying board, 4 mixed powder, 5 cylinder impact compression device, 6 explosive container, 6A outer cylinder, 6B upper plate, 6C lower plate , 7 ... Cylindrical sample container, 7A, 7B ... Plug.
Claims (3)
含有するウィスカー強化セラミック焼結体を製造する方
法において、セラミック粉末にセラミックウィスカーを
均一に分散、混合し、この混合粉末を成形型に充填し、
該混合粉末を衝撃圧縮することにより相対密度90%以上
(空隙率10%以下)の粉末成形体としたのち、1400〜20
00℃の温度で焼結することを特徴とするウィスカー強化
セラミック焼結体の製造方法。1. A ceramic whisker containing 10 to 50% by volume.
In a method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body containing, ceramic whiskers are uniformly dispersed in ceramic powder, mixed, and the mixed powder is filled in a mold,
The mixed powder was subjected to impact compression to form a powder compact having a relative density of 90% or more (porosity of 10% or less).
A method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body, comprising sintering at a temperature of 00 ° C.
カー、炭化硅素ウィスカー、窒化硅素ウィスカーの少な
くとも1種よりなる請求項1記載のウィスカー強化セラ
ミック焼結体の製造方法。2. The method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body according to claim 1, wherein said ceramic whisker comprises at least one of alumina whisker, silicon carbide whisker, and silicon nitride whisker.
素粉末、窒化硅素粉末、ほう素粉末、炭化ほう素粉末、
窒化アルミニウム粉末の少なくとも1種よりなる請求項
1記載のウィスカー強化セラミック焼結体の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein said ceramic powder is alumina powder, silicon carbide powder, silicon nitride powder, boron powder, boron carbide powder,
The method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body according to claim 1, comprising at least one kind of aluminum nitride powder.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1146992A JP2835618B2 (en) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | Method for producing whisker reinforced ceramic sintered body |
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-
1989
- 1989-06-08 JP JP1146992A patent/JP2835618B2/en not_active Expired - Lifetime
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