JP3007731B2 - Silicon carbide-mixed oxide sintered body and method for producing the same - Google Patents
Silicon carbide-mixed oxide sintered body and method for producing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、強度や信頼性低下の原
因となるセラミックス中のポアやマイクロクラックをな
くすことによって、高い強度と信頼性をもつ炭化ケイ素
(SiC)系酸化物セラミックスの焼結体に関し、特に、
組織的に均一なSiC−(Ln-Al-Si)酸化物系焼結体(た
だし、Lnは希土類元素およびそれらの混合物)とこれを
製造する方法について提案する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention eliminates pores and micro-cracks in ceramics that cause a reduction in strength and reliability, thereby enabling the sintering of silicon carbide (SiC) -based oxide ceramics having high strength and reliability. With regard to union,
This paper proposes an organically uniform SiC- (Ln-Al-Si) oxide-based sintered body (where Ln is a rare earth element and a mixture thereof) and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、セラミックス材料は、高温での
強度が大きく、耐熱性, 耐酸化性および耐食性に優れて
いることから、構造材料として有望である。特に、金属
の使用限界を超えた温度域で使用される構造材料に対
し、かかるセラミックスの応用に多大の関心が寄せられ
ている。こうしたセラミックスの中でも、SiCは、耐熱
性や耐酸化性に優れているので、高温下で使用できる構
造材料の1つとして、極めて有望なものの1つである。2. Description of the Related Art In general, ceramic materials are promising as structural materials because of their high strength at high temperatures and excellent heat resistance, oxidation resistance and corrosion resistance. In particular, there is a great deal of interest in the application of such ceramics to structural materials used in a temperature range exceeding the usage limit of metals. Among these ceramics, SiC is one of the most promising structural materials that can be used at high temperatures because of its excellent heat resistance and oxidation resistance.
【0003】しかしながら、このSiCは、焼結しにくい
ため、助剤の添加なしで緻密な焼結体を得ることが極め
て困難な材料である。このことから、従来、SiC粉は焼
結助剤としてAl2O3 を添加して焼成されていた。ところ
が、Al2O3 を焼結助剤として得られるSiC焼結体は、液
相焼結により緻密な焼結体にはなるが、Al2O3 とSiCと
の反応のためポアが生成し易い。その結果、強度が600M
Pa以下であり、破壊靱性値が5 MPa・m1/2といずれも小
さく、しかも、セラミックスの信頼性を示す指標である
ワイブル係数のm値が10以下と小さいため、信頼性の乏
しい材料といえるものであった。[0003] However, SiC is difficult to be sintered, so that it is extremely difficult to obtain a dense sintered body without adding an auxiliary agent. For this reason, conventionally, SiC powder has been fired by adding Al 2 O 3 as a sintering aid. However, a SiC sintered body obtained by using Al 2 O 3 as a sintering aid becomes a dense sintered body by liquid phase sintering, but pores are generated due to the reaction between Al 2 O 3 and SiC. easy. As a result, the strength is 600M
Pa or less, the fracture toughness value is as small as 5 MPa · m 1/2, and the m value of the Weibull coefficient, which is an index indicating the reliability of ceramics, is as small as 10 or less. It could be said.
【0004】これに対して、SiCを他のセラミックスと
複合化することにより、SiC焼結体の強度および靱性値
を向上させ信頼性を改善する技術が、先に、本発明者ら
の一人によって提案されている。例えば、無加圧下の焼
結によって、緻密なSiC−希土類酸化物−アルミナ系複
合焼結体を製造する技術が、大森や武居らの報告にかか
る「 J,Am.Ceram.Soc., 65 (1982) C-92) 」で提案され
ている。また、前記焼結のおいて、焼成温度を2150℃と
高くし、Al金属とSi半導体とを生成させることによって
緻密なSiC−希土類酸化物−アルミナ系複合焼結体を製
造する技術も提案されている( 大森,武居, J.Mater.Sc
i, 23(1988) 3744−3749参照) 。On the other hand, a technique for improving the strength and toughness of a SiC sintered body and improving reliability by compounding SiC with other ceramics has been previously described by one of the present inventors. Proposed. For example, a technique for producing a dense SiC-rare earth oxide-alumina composite sintered body by sintering under no pressure is described in Omori and Takei et al., J. Am. Ceram. Soc., 65 ( 1982) C-92) ". Further, in the sintering, a technique of producing a dense SiC-rare earth oxide-alumina-based composite sintered body by increasing a sintering temperature to 2150 ° C. and generating Al metal and a Si semiconductor has also been proposed. (Omori, Takei, J. Mater.Sc
i, 23 (1988) 3744-3749).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、この方法で
合成されたSiC焼結体は、焼結体内部に常に小さな欠陥
が存在し、これを起点に破壊が起こるために、材料とし
ての信頼性に欠け、実用上は大きな問題点を抱えてい
た。However, in the case of the SiC sintered body synthesized by this method, small defects always exist inside the sintered body, and destruction starts from this defect, so that the reliability as a material is low. And had a serious problem in practical use.
【0006】このSiC−希土類酸化物−アルミナ系焼結
体の生成機構は、次のように考えられる。まず、第1段
階で、希土類酸化物とアルミナから酸化物固溶体、ある
いは酸化物の化合物を生成する。次いで、第2段階で
は、上記SiCが前記酸化物中に固溶, 拡散してSiC粒の
粒成長が図られ収縮して緻密な焼結体が生成する。The mechanism of forming the SiC-rare earth oxide-alumina sintered body is considered as follows. First, in a first step, an oxide solid solution or an oxide compound is generated from a rare earth oxide and alumina. Next, in the second stage, the SiC is dissolved and diffused in the oxide, and the SiC grains are grown and shrunk to form a dense sintered body.
【0007】しかしながら、前記第2段階では、SiC粉
は酸化物に固溶すると同時に化学反応が起こり、SiCが
アルミナと反応してCO, CO2 およびSi0 などのガスを発
生する。その結果、焼結体中にボイドやポアなどの欠陥
が生じ、SiCと酸化物との界面の強度が低下するという
欠点を招くのである。However, in the second step, the SiC powder dissolves in the oxide and undergoes a chemical reaction at the same time as the SiC reacts with the alumina to generate gases such as CO, CO 2 and SiO. As a result, defects such as voids and pores are generated in the sintered body, resulting in a disadvantage that the strength of the interface between SiC and the oxide is reduced.
【0008】本発明の目的は、SiCと希土類酸化物−ア
ルミナ系酸化物を焼成してなるSiC系酸化物セラミック
スの焼結体について、さらに、上述したようなボイドや
ポアなどの欠陥がなく、高強度で、高い靭性をもつ信頼
性の高い焼結体を提供すると共に、その有利な製造方法
についての新規な技術を提案することにある。An object of the present invention is to provide a sintered body of SiC-based oxide ceramics obtained by firing SiC and a rare-earth oxide-alumina-based oxide without further defects such as voids and pores as described above. It is an object of the present invention to provide a highly reliable sintered body having high strength and high toughness, and to propose a novel technique for an advantageous production method thereof.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するた
めに鋭意研究した結果、本発明者らは、希土類酸化物−
アルミナ系酸化物に、さらに、シリカを混合することに
より、希土類酸化物−アルミナ−シリカ系粉体とSiC と
の混合物焼成を行うこととした。このような混合物焼成
では、SiCとアルミナとの反応が抑制されるので、ポア
の生成が減少し、かつSiC と酸化物との焼結も穏やかに
進行するため、緻密な焼結体が得られやすいことが判っ
た。As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventors have found that rare earth oxides
By mixing silica with the alumina-based oxide, a mixture of rare earth oxide-alumina-silica-based powder and SiC is fired. In such a mixture firing, the reaction between SiC and alumina is suppressed, so that the formation of pores is reduced and the sintering of SiC and oxide proceeds gently, so that a dense sintered body can be obtained. It turned out to be easy.
【0010】すなわち、本発明は、Ln4Al2O9もしく
はLnAlO3 (ただし、Lnは希土類元素およびそれらの混
合物) 99.9〜90wt%とシリカ0.1 〜10wt%との混合酸化
物 5〜95wt%と;粉もしくはウイスカー、またはこれら
の混合物にかかる炭化ケイ素SiC95〜5 wt%と;の混合
物を成形し、その後、この成形体を非酸化性雰囲気中に
おいて、5 〜2000℃/分の昇温速度にて加熱し、1600〜
2100℃の温度域で0.1 〜600分間保持して焼成を行うこ
とを特徴とするSiC-(Ln-Al-Si) 酸化物系焼結体の製造
方法と、これによって合成されるSiC-(Ln-Al-Si) 酸化
物系焼結体である。That is, the present invention relates to a mixed oxide of 99.9 to 90% by weight of Ln4Al2O9 or LnAlO3 (where Ln is a rare earth element and a mixture thereof) and 0.1 to 10% by weight of silica; A mixture of 95 to 5 wt% of silicon carbide SiC according to the mixture is formed, and then the formed body is heated in a non-oxidizing atmosphere at a temperature rising rate of 5 to 2000 ° C./min.
A method for producing a SiC- (Ln-Al-Si) oxide-based sintered body, characterized in that firing is performed at a temperature of 2100 ° C. for 0.1 to 600 minutes, and the SiC- (Ln -Al-Si) An oxide-based sintered body.
【0011】[0011]
【作用】一般に、他の酸化物セラミックス中に添加する
シリカは、融点が1550℃と低く、ガラス状態になって粒
界に析出し、高温強度を低下させると考えられている。
そのために、むしろこのシリカは添加したくない化合物
の1つであった。In general, it is considered that silica added to other oxide ceramics has a low melting point of 1550 ° C., becomes a glassy state, and precipitates at grain boundaries, lowering high-temperature strength.
Therefore, this silica was rather one of the compounds that one did not want to add.
【0012】これに対し、本発明では、このシリカに着
目し、SiC と(希土類酸化物−アルミナ−シリカ系粉
体)との混合物にすると焼結が可能となり、しかも、こ
のシリカは粒界に析出してガラスとなることもなく、さ
らには希土類酸化物−アルミナ系に固溶するか、固溶量
以上に存在する場合は、希土類酸化物あるいはアルミナ
と反応してシリケイト化合物を作るので、高温強度を低
下させるような問題が生じないことが判った。On the other hand, in the present invention, attention is paid to this silica, and sintering becomes possible by forming a mixture of SiC and (rare earth oxide-alumina-silica-based powder). If it does not precipitate and become glass, and further forms a solid solution in the rare earth oxide-alumina system, or if it exists in a solid solution amount or more, it reacts with the rare earth oxide or alumina to form a silicate compound. It was found that there was no problem of lowering the strength.
【0013】本発明者らが知見したところによれば、こ
のシリカを他の化合物中に添加することにより、むしろ
緻密な焼結体を得るのに有効に作用し、焼結体の酸化物
部分の強度と靱性を向上させるのに有効である。According to the findings of the present inventors, the addition of this silica to other compounds effectively acts to obtain a dense sintered body, rather than the oxide portion of the sintered body. It is effective for improving the strength and toughness of the steel.
【0014】なお、酸化処理していないSiC の表面に存
在する微少量のシリカは、これのみでは、酸化物の強度
と靱性とを上げるのに不十分である。The minute amount of silica present on the surface of unoxidized SiC is insufficient to increase the strength and toughness of the oxide by itself.
【0015】次に、本発明のSiC-(Ln-Al-Si) 酸化物系
焼結体は、希土類酸化物粉 5〜95wt%、アルミナ94.9〜
4.9 wt%およびシリカ 0.1〜10wt%からなる混合酸化
物、即ち、Ln4Al2O9もしくはLnAlO3 (ただし、Lnは
希土類元素およびそれらの混合物)99.9〜90wt%および
シリカ0.1 〜10wt%からなる混合酸化物 5〜95wt%と;
SiC粉, あるいはウイスカー, もしくはこれらの混合物
95〜5 wt%とを混合し焼成して得られるものである。Next, the SiC- (Ln-Al-Si) oxide-based sintered body of the present invention contains 5 to 95% by weight of rare earth oxide powder and 94.9 to 100% of alumina.
A mixed oxide consisting of 4.9 wt% and silica 0.1 to 10 wt%, that is, a mixed oxide consisting of 99.9 to 90 wt% of Ln 4 Al 2 O 9 or LnAlO 3 (where Ln is a rare earth element and a mixture thereof) and 0.1 to 10 wt% of silica 5 to 95 wt% %When;
SiC powder, or whisker, or a mixture of these
It is obtained by mixing and baking 95 to 5 wt%.
【0016】ここで、希土類酸化物粉が5wt%未満で
は、混合酸化物の特性がアルミナ単独の特性に片寄った
ものとなり、SiCとの焼結性が悪くなる。また、アルミ
ナが4.9 wt%未満では、混合酸化物の特性がほとんど希
土類酸化物単独の特性に片寄ったものとなり、SiCとの
焼結性は悪くなる。Here, when the rare earth oxide powder is less than 5 wt%, the characteristics of the mixed oxide are deviated from the characteristics of alumina alone, and the sinterability with SiC deteriorates. If the content of alumina is less than 4.9 wt%, the characteristics of the mixed oxide are almost deviated from those of the rare earth oxide alone, and the sinterability with SiC is deteriorated.
【0017】一方、希土類酸化物粉が95wt%超では、希
土類酸化物が多すぎてSiCとの焼結性が悪くなり、アル
ミナが94.9wt%超では、希土類の特性がなくなる。従っ
て、この希土類酸化物粉とアルミナは、上記範囲に限定
されるのである。On the other hand, if the amount of the rare earth oxide powder exceeds 95 wt%, the amount of the rare earth oxide is too large, and the sinterability with SiC deteriorates. If the amount of alumina exceeds 94.9 wt%, the properties of the rare earth are lost. Therefore, the rare earth oxide powder and alumina are limited to the above range.
【0018】また、シリカの添加量は、0.1 wt%未満で
は、焼結体の結晶粒の異常成長を抑制できないため、焼
結体の酸化物部分の強度と靱性が小さく、緻密な焼結体
を得ることができない。一方、このシリカの添加量が、
10wt%超では、添加効果は変わらないが、固溶量より多
いシリカが希土類酸化物あるいはアルミナと反応してシ
リケイト化合物を形成するため、却って好ましくない。
従って、シリカの添加量は、上記の範囲0.1 〜10wt%に
限定されるのである。If the amount of silica is less than 0.1 wt%, abnormal growth of crystal grains of the sintered body cannot be suppressed, so that the strength and toughness of the oxide portion of the sintered body are small, and Can not get. On the other hand, the amount of silica added is
If it exceeds 10 wt%, the effect of addition does not change, but silica, which is larger than the amount of solid solution, reacts with the rare earth oxide or alumina to form a silicate compound, which is rather undesirable.
Therefore, the amount of silica added is limited to the above range of 0.1 to 10% by weight.
【0019】さらに、前記混合酸化物の量が、5wt%未
満では、SiCとの焼結性は悪くなり緻密な焼結体を得る
ことができない。一方、SiCの量が、5wt%未満,すな
わち混合酸化物の量が95wt%超では、SiCの添加効果で
ある硬度と高温強度の優れた焼結体は得られない。従っ
て、混合酸化物とSiCの配合割合は、このように限定し
たのである。Further, when the amount of the mixed oxide is less than 5 wt%, the sinterability with SiC is deteriorated and a dense sintered body cannot be obtained. On the other hand, if the amount of SiC is less than 5 wt%, that is, if the amount of the mixed oxide is more than 95 wt%, a sintered body excellent in hardness and high-temperature strength, which is the effect of adding SiC, cannot be obtained. Therefore, the mixing ratio of the mixed oxide and SiC is limited as described above.
【0020】なお、希土類酸化物(Ln2O3 )としては、
例えば、Sc2O3,Y2O3, La2O3, CeO2,Pr2O3, Nd2O3, Sm2O
3,Eu2O3, Gd2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Tm2O3,
Yb2O3, Lu2O3が好適に用いられる。The rare earth oxide (Ln 2 O 3 ) includes
For example, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O
3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 ,
Yb 2 O 3 and Lu 2 O 3 are preferably used.
【0021】また、前記混合酸化物とSiC粉あるいはSi
Cウイスカーとの混合に当っては、粉体の混合あるいは
混練に用いられる通常の機械を使用することができる。
この混合は、乾式,湿式のどちらでもよく、特に湿式の
場合はエチルアミン,魚油等の表面活性剤を使用すると
効果的に混合できる。The mixed oxide and SiC powder or Si
For mixing with the C whisker, an ordinary machine used for mixing or kneading powder can be used.
This mixing may be either a dry method or a wet method. Particularly in the case of the wet method, mixing can be effectively performed by using a surfactant such as ethylamine or fish oil.
【0022】次に、上述のようにして得られた混合原料
は、一旦乾燥し、引続き所定形状の生成形体に成形す
る。この成形工程では、成形助剤として有機高分子(ポ
リエチレングリコール, ポリビニルアルコール等)を上
記混合原料に添加し、常法の既知成形技術を適用して成
形することができる。Next, the mixed raw material obtained as described above is dried once, and then continuously formed into a predetermined shape. In this molding step, an organic polymer (polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, or the like) is added as a molding aid to the above-mentioned mixed raw material, and molding can be performed by applying a commonly known molding technique.
【0023】次に、本発明製造方法について説明する。
本発明方法は、まず、上述のような混合割合でSiCと
(Ln-Al-Si)混合酸化物との混合物を成形する。次い
で、その生成形体は、5〜2000℃/分の昇温速度にて加
熱し、1600〜2100℃の温度に、 0.1〜200 分間保持する
焼成処理を行い焼結体とする。Next, the production method of the present invention will be described.
In the method of the present invention, first, a mixture of SiC and (Ln-Al-Si) mixed oxide is formed at the above-described mixing ratio. Next, the formed body is heated at a heating rate of 5 to 2000 ° C./min, and subjected to a baking treatment at a temperature of 1600 to 2100 ° C. for 0.1 to 200 minutes to obtain a sintered body.
【0024】上記昇温速度は、5℃/分未満でも焼結体
は得られるが、密度が低くなる。一方、2000℃/分より
速く昇温することは実情不可能であるので、5〜2000℃
/分の範囲に限定される。A sintered body can be obtained at a heating rate of less than 5 ° C./min, but the density becomes low. On the other hand, it is impossible to raise the temperature faster than 2000 ° C / min.
/ Min.
【0025】また、この焼成温度が、1600℃より低い
と、焼結が不十分になるために緻密な焼結体を得ること
ができず、一方、2100℃より高いとSiCとアルミナとが
反応してポアを形成し緻密化されなくなる。このことか
ら、適正焼成温度の範囲は、1600〜2100℃の範囲に限定
される。If the sintering temperature is lower than 1600 ° C., a dense sintered body cannot be obtained due to insufficient sintering. On the other hand, if the sintering temperature is higher than 2100 ° C., SiC reacts with alumina. To form pores and not be densified. For this reason, the range of the appropriate firing temperature is limited to the range of 1600 to 2100 ° C.
【0026】次に、焼成時間は、前記焼成温度に関連
し、焼成温度が低い時には長く、また高い時には短くす
ることが好ましいが、0.1 分より短いと焼結が不十分な
ために緻密な焼結体を得ることができず、一方、200 分
超では焼結効果がほとんど変わらなくなるか、あるいは
SiCとアルミナとが反応して、却ってポアを形成するよ
うになるので、0.1 〜10時間の範囲に限定される。Next, the calcination time is related to the calcination temperature, and it is preferable that the calcination temperature is long when the calcination temperature is low and short when the calcination temperature is high. No sintered body can be obtained, while the sintering effect hardly changes after more than 200 minutes, or
Since SiC and alumina react with each other to form pores, the time is limited to a range of 0.1 to 10 hours.
【0027】なお、焼成時の雰囲気としては、酸化雰囲
気中ではSiCが酸化されるため、非酸化雰囲気(例え
ば、窒素ガスやアルゴンガス,ヘリウムガス等の不活性
ガス)が好ましい。また、真空中で焼成してもよい。It is preferable that a non-oxidizing atmosphere (for example, an inert gas such as a nitrogen gas, an argon gas, or a helium gas) is used as the atmosphere during the firing because SiC is oxidized in an oxidizing atmosphere. Moreover, you may bake in a vacuum.
【0028】このようにして得られた本発明のSiC−
(Ln,Al,Si)酸化物系焼結体は、SiCと酸化物が良く焼
結し、かつ酸化物の靱性と強度が著しく改善され、従来
のシリカを含まないものより、強度と靱性に関し50%以
上大きくなっている。[0028] The thus obtained SiC-
(Ln, Al, Si) oxide-based sintered body has good sintering of SiC and oxide, and the toughness and strength of oxide are remarkably improved. More than 50% larger.
【0029】次に、シリカを含む酸化物とSiCを焼成し
て、強度と靱性に優れる高温でも使用可能な酸化物焼結
体を製造する上述のような技術は、焼成時にマルテンサ
イト変態を生じるLn4Al2O9あるいはLnAlO3なる化合物を
主成分とする希土類酸化物−アルミナ−シリカ系焼結体
のときに特に有効である。すなわち、組成がLn4Al2O9あ
るいはLnAlO3である希土類酸化物とアルミナの混合粉9
9.9〜90wt%と、シリカ粉0.1 〜10wt%からなる混合酸
化物5〜95wt%と;SiC ,あるいはSiC ウイスカー,も
しくはこれらの混合物95〜5wt%とを混合して、上述し
た方法によって合成されるSiC−Ln4Al2O9焼結体あるい
はSiC−LnAlO3焼結体は、結晶粒径が30μm以下に制御
されているため、マルテンサイト変態によって双晶を生
成せず、強度および靱性に優れたものであった。[0029] Next, the above-described technique of firing an oxide containing silica and SiC to produce an oxide sintered body which is excellent in strength and toughness and can be used even at a high temperature produces martensite transformation during firing. This is particularly effective in the case of a rare earth oxide-alumina-silica-based sintered body containing a compound of Ln 4 Al 2 O 9 or LnAlO 3 as a main component. That is, a mixed powder 9 of a rare earth oxide and alumina having a composition of Ln 4 Al 2 O 9 or LnAlO 3
9.9 to 90 wt%, mixed oxide of 5 to 95 wt% consisting of silica powder of 0.1 to 10 wt%, and 95 to 5 wt% of SiC or SiC whiskers or a mixture thereof are synthesized by the above-described method. SiC-Ln 4 Al 2 O 9 sintered body or SiC-LnAlO 3 sintered, the crystal grain size is controlled to 30μm or less, without generating a twinning by martensitic transformation, excellent in strength and toughness It was.
【0030】その理由は、前記焼結体中の構成粒子に双
晶が生成せず、クラックの進展に伴って初めて少ない数
の双晶が生成して歪みのエネルギーを吸収し、かつ、こ
の双晶面の動きによっても、歪みのエネルギーを吸収で
きるため、前記焼結体の強度と靱性とを大きくすると考
えられる。これは、従来知られていない強靱化の機構
で、発明者らの新規の発見である。The reason is that twins are not formed in the constituent particles in the sintered body, but only a small number of twins are formed with the progress of cracks to absorb the energy of strain, and this twin is not formed. Since the energy of strain can be absorbed by the movement of the crystal plane, it is considered that the strength and toughness of the sintered body are increased. This is a previously unknown mechanism of toughening, and is a novel discovery of the inventors.
【0031】[0031]
(実施例1) 140mlのエチルアルコール中に、SiC粉60
g,Y2O3 粉71.2g,Al2O3 粉16.1gおよびSiO2粉 2.7
gの混合粉体を入れ、さらに2mlのジエチルアミンを添
加し、ボールミルを用いて48時間湿式混合した。混合終
了後、60℃に加熱して、アルコールを蒸発させ、次い
で、5%のポリエチレングリコール水溶液に入れて攪拌
混合し、これを乾燥した。その後、45×20×5mm3 の大
きさの生成形体に成形した。次に、この生成形体を、空
気中で2℃/分の昇温速度で500 ℃まで昇温し、500 ℃
で2時間保持して仮焼した。次いで、この仮焼試料を、
窒素ガス中において50℃/分の昇温速度で1775℃まで昇
温し、1775℃に10分間保持して焼結体を得た。(Example 1) SiC powder 60 in 140 ml of ethyl alcohol
g, Y 2 O 3 powder 71.2 g, Al 2 O 3 powder 16.1 g and SiO 2 powder 2.7 g
g of the mixed powder was added, 2 ml of diethylamine was further added, and the mixture was wet-mixed using a ball mill for 48 hours. After completion of the mixing, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then stirred and mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution, followed by drying. Thereafter, it was formed into a formed body having a size of 45 × 20 × 5 mm 3 . Next, the formed body is heated to 500 ° C. in air at a rate of 2 ° C./min.
And calcined for 2 hours. Next, this calcined sample was
The temperature was raised to 1775 ° C. at a rate of 50 ° C./min in nitrogen gas, and the temperature was maintained at 1775 ° C. for 10 minutes to obtain a sintered body.
【0032】得られた焼結体は、緻密に焼結されてお
り、ポアーはほとんど観察されたかった。また、焼結体
の曲げ強度は800MPaであり、破壊靱性値KIC=10MP・m
1/2であった。The obtained sintered body was densely sintered, and almost no pores were observed. The bending strength of the sintered body is 800 MPa, and the fracture toughness value K IC = 10 MP · m
It was 1/2 .
【0033】(実施例2)90mlのエチルアルコール中
に、SiC粉 49.75g,Yb2O3 粉 44.05g,Al2O3 粉5.70
gおよびSiO2粉 0.5gの混合粉体を入れ、さらに1mlの
ジエチルアミンを添加し、ボールミルを用いて48時間湿
式混合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコール
を蒸発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水
溶液に入れて攪拌混合し、これを乾燥した。その後、45
×20×5mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、こ
の生成形体を、空気中において2℃/分の昇温速度で50
0 ℃まで昇温し、500 ℃で2時間保持して仮焼した。次
いで、この仮焼試料を、窒素ガス中において 100℃/分
の昇温速度で1830℃まで昇温し、1830℃に5分間保持し
て焼結体を得た。(Example 2) In 90 ml of ethyl alcohol, 49.75 g of SiC powder, 44.05 g of Yb 2 O 3 powder, and 5.70 g of Al 2 O 3 powder
g and 0.5 g of SiO 2 powder were added, and 1 ml of diethylamine was further added, followed by wet mixing using a ball mill for 48 hours. After completion of the mixing, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then stirred and mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution, followed by drying. Then 45
It was molded into a green compact having a size of × 20 × 5 mm 3 . Next, the formed product is heated in air at a rate of 2 ° C./min.
The temperature was raised to 0 ° C., and the temperature was maintained at 500 ° C. for 2 hours for calcination. Next, the calcined sample was heated to 1830 ° C. at a rate of 100 ° C./min in nitrogen gas, and kept at 1830 ° C. for 5 minutes to obtain a sintered body.
【0034】得られた焼結体は、緻密に焼結されてお
り、ポアーはほとんど観察されたかった。また、焼結体
の曲げ強度は900MPaであり、破壊靱性値KIC=10MP・m
1/2であった。さらに、この試料の透過電子顕微鏡写真
を図1に示す。この図から明らかなように、白いSiC粒
が、酸化物マトリックスとよく結合し、細かく分散され
ていることを確認した。The obtained sintered body was densely sintered, and almost no pores were observed. The bending strength of the sintered body was 900 MPa, and the fracture toughness value K IC = 10 MP · m
It was 1/2 . Further, a transmission electron micrograph of this sample is shown in FIG. As is clear from this figure, it was confirmed that the white SiC particles were well bonded to the oxide matrix and were finely dispersed.
【0035】(実施例3)90mlのエチルアルコール中
に、SiC粉 39.88g,Gd2O3 粉 52.45g,Al2O3 粉7.38
gおよびSiO2粉 0.3gの混合粉体を入れ、さらに1mlの
ジエチルアミンを添加し、ボールミルを用いて48時間湿
式混合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコール
を蒸発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水
溶液に入れて攪拌混合し、これを乾燥した。その後、45
×20×5mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、こ
の生成形体を、空気中において2℃/分の昇温速度で50
0 ℃まで昇温し、500 ℃で2時間保持して仮焼した。こ
の仮焼試料を、窒素ガス中において150 ℃/分の昇温速
度で1870℃まで昇温し、1870℃に10分間保持して焼結体
を得た。Example 3 39.88 g of SiC powder, 52.45 g of Gd 2 O 3 powder, and 7.38 of Al 2 O 3 powder in 90 ml of ethyl alcohol
It was charged with a mixed powder of g and SiO 2 powder 0.3 g, further added diethylamine 1 ml, were mixed for 48 hours wet in a ball mill. After completion of the mixing, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then stirred and mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution, followed by drying. Then 45
It was molded into a green compact having a size of × 20 × 5 mm 3 . Next, the formed product is heated in air at a rate of 2 ° C./min.
The temperature was raised to 0 ° C., and the temperature was maintained at 500 ° C. for 2 hours for calcination. The calcined sample was heated to 1870 ° C. at a rate of 150 ° C./min in nitrogen gas and kept at 1870 ° C. for 10 minutes to obtain a sintered body.
【0036】得られた焼結体は、緻密に焼結されてお
り、ポアーはほとんど観察されたかった。また、焼結体
の曲げ強度は 1100MPaであり、破壊靱性値KIC=12MP・
m1/2であった。The obtained sintered body was densely sintered, and almost no pores were observed. The bending strength of the sintered body was 1100 MPa, and the fracture toughness value K IC = 12MP ·
m 1/2 .
【0037】(実施例4)90mlのエチルアルコール中
に、SiC粉60g,Y2O3 粉 32.64g,Al2O3 粉5.76gお
よびSiO2粉 1.6gの混合粉体を入れ、さらに1mlのジエ
チルアミンを添加し、ボールミルを用いて48時間湿式混
合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコールを蒸
発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水溶液
に入れて攪拌混合し、これを乾燥した。その後、45×20
×5mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、この生
成形体を、空気中において2℃/分の昇温速度で500 ℃
まで昇温し、500 ℃で2時間保持して仮焼した。この仮
焼試料を、アルゴンガス中において 100℃/分の昇温速
度で1950℃まで昇温し、1950℃で10分間保持して焼結体
を得た。Example 4 A mixed powder of 60 g of SiC powder, 32.64 g of Y 2 O 3 powder, 5.76 g of Al 2 O 3 powder and 1.6 g of SiO 2 powder was placed in 90 ml of ethyl alcohol. Diethylamine was added and wet-mixed using a ball mill for 48 hours. After completion of the mixing, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then stirred and mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution, followed by drying. Then 45 × 20
It was formed into green product of the magnitude of × 5 mm 3. Next, this formed body is heated to 500 ° C. in air at a rate of 2 ° C./min.
The temperature was raised to 500 ° C. for 2 hours, and calcined. The calcined sample was heated to 1950 ° C. at a rate of 100 ° C./min in argon gas, and kept at 1950 ° C. for 10 minutes to obtain a sintered body.
【0038】得られた焼結体は、緻密に焼結されてお
り、ポアーはほとんど観察されたかった。また、焼結体
の曲げ強度は800MPaであり、破壊靱性値KIC=9MP・m
1/2であった。The obtained sintered body was densely sintered, and almost no pores were observed. The bending strength of the sintered body is 800 MPa, and the fracture toughness value K IC = 9 MP · m
It was 1/2 .
【0039】(実施例5)90mlのエチルアルコール中
に、SiC粉90g,Nd2O3 粉6.96g,Al2O3 粉2.10gおよ
びSiO2粉0.93gの混合粉体を入れ、さらに1mlのジエチ
ルアミンを添加し、ボールミルを用いて48時間湿式混合
した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコールを蒸発
させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水溶液に
入れて攪拌混合し、これを乾燥した。その後、45×20×
5mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、この生成
形体を、空気中において2℃/分の昇温速度で500 ℃ま
で昇温し、500 ℃で2時間保持して仮焼した。次いで、
この仮焼試料を、アルゴンガス中において60℃/分の昇
温速度で1950℃まで昇温し、1950℃に5分間保持して焼
結体を得た。Example 5 A mixed powder of 90 g of SiC powder, 6.96 g of Nd 2 O 3 powder, 2.10 g of Al 2 O 3 powder and 0.93 g of SiO 2 powder was placed in 90 ml of ethyl alcohol, and further mixed with 1 ml of ethyl alcohol. Diethylamine was added and wet-mixed using a ball mill for 48 hours. After completion of the mixing, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then stirred and mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution, followed by drying. Then 45 × 20 ×
It was molded into a green compact having a size of 5 mm 3 . Next, the formed body was heated to 500 ° C. in air at a rate of 2 ° C./min, and calcined at 500 ° C. for 2 hours. Then
The calcined sample was heated to 1950 ° C. at a rate of 60 ° C./min in argon gas, and kept at 1950 ° C. for 5 minutes to obtain a sintered body.
【0040】得られた焼結体は、緻密に焼結されてお
り、ポアーはほとんど観察されたかった。また、焼結体
の曲げ強度は650MPaであり、破壊靱性値KIC=7MP・m
1/2であった。The obtained sintered body was densely sintered, and almost no pores were observed. The bending strength of the sintered body is 650 MPa, and the fracture toughness value K IC = 7 MP · m
It was 1/2 .
【0041】(実施例6)90mlのエチルアルコール中
に、SiC粉10g,H2O3 粉 78.74g,Al2O3 粉 10.62g
およびSiO2粉0.64gの混合粉体を入れ、さらに1mlのジ
エチルアミンを添加し、ボールミルを用いて48時間湿式
混合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコールを
蒸発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水溶
液に入れて攪拌混合し、これを乾燥した。その後、45×
20×5mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、この
生成形体を、空気中において2℃/分の昇温速度で500
℃まで昇温し、500 ℃で2時間保持して仮焼した。次い
で、この仮焼試料を、空気中で80℃/分の昇温速度で18
00℃まで昇温し、1800℃に10分間保持して焼結体を得
た。Example 6 10 g of SiC powder, 78.74 g of H 2 O 3 powder and 10.62 g of Al 2 O 3 powder in 90 ml of ethyl alcohol
Then, a mixed powder of 0.64 g of SiO 2 powder was added, 1 ml of diethylamine was further added, and the mixture was wet-mixed using a ball mill for 48 hours. After completion of the mixing, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then stirred and mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution, followed by drying. Then 45x
It was molded into a green compact having a size of 20 × 5 mm 3 . Next, the formed product is heated in air at a rate of 2 ° C./min.
The temperature was raised to 500 ° C., and calcined at 500 ° C. for 2 hours. Next, the calcined sample was heated in air at a heating rate of 80 ° C./min for 18 minutes.
The temperature was raised to 00 ° C. and maintained at 1800 ° C. for 10 minutes to obtain a sintered body.
【0042】得られた焼結体は、緻密に焼結されてお
り、ポアーはほとんど観察されたかった。また、焼結体
の曲げ強度は 1000MPaであり、破壊靱性値KIC=11MP・
m1/2であった。The obtained sintered body was densely sintered, and almost no pores were observed. The bending strength of the sintered body is 1000 MPa, and the fracture toughness value K IC = 11MP ·
m 1/2 .
【0043】このように本発明の方法で得られたSiC−
(Ln-Al-Si)酸化物系焼結体は、緻密でポアがなく、平
均結晶粒径30μm以下の粒子で構成されている。しか
も、本発明の焼結体は、実用に供されるに充分な強度な
らびに破壊靱性値を有する。特に破壊靱性値に関して
は、従来のSiC焼結体あるいはそれの複合材料の約3倍
の値を有し、強度に関しても、50%以上大きい値を有す
る。As described above, the SiC- obtained by the method of the present invention
The (Ln-Al-Si) oxide-based sintered body is dense, has no pores, and is composed of particles having an average crystal grain size of 30 μm or less. Moreover, the sintered body of the present invention has sufficient strength and fracture toughness for practical use. In particular, the fracture toughness value is about three times that of the conventional SiC sintered body or its composite material, and the strength is 50% or more larger.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、希土
類酸化物−アルミナ−シリカ系の混合酸化物とSiCを焼
成して、焼結体の結晶粒径を30μm以下に制御し、ポア
の形成を阻止することにより、酸化物焼結体の優れた靱
性とSiCの高温強度に優れた特性を共に有する,緻密で
高い強度と靱性を有する組織的に均一なSiC−(Ln-Al-
Si)酸化物系焼結体を容易に得ることができる。As described above, according to the present invention, the rare earth oxide-alumina-silica mixed oxide and SiC are fired to control the crystal grain size of the sintered body to 30 μm or less, and By preventing the formation of oxides, the dense and high strength and toughness of both the excellent toughness of the oxide sintered body and the high-temperature strength of SiC, and the structurally uniform SiC- (Ln-Al-
Si) An oxide-based sintered body can be easily obtained.
【0045】従って、本発明によれば、エンジン部品,
ガスタービン翼,ガスタービン用部品,耐腐食性装置部
品,坩堝,ボールミル用部品,高温炉用熱交換器,耐熱
材,高空飛翔体用耐熱材,燃焼管,ダイカスト用部品,
絶縁材料,核融合炉材料,原子炉用材料,太陽炉材料,
工具,熱遮蔽材料,電子回路用基体,シール材,継手や
バルブ用部品,人工骨や人工歯根等の生体材料,誘電材
料,刃物やカッター刃,スポーツ用品,ポンプ,ノズ
ル,磁気ヘッド,ローラー,ガイド,軸受,フェルー
ル,その他の広い分野で有効に用いられるものを提供で
きる。Therefore, according to the present invention, the engine parts,
Gas turbine blades, parts for gas turbines, parts for corrosion-resistant equipment, parts for crucibles, parts for ball mills, heat exchangers for high-temperature furnaces, heat-resistant materials, heat-resistant materials for high-altitude flying objects, combustion pipes, parts for die casting,
Insulation materials, fusion reactor materials, nuclear reactor materials, solar reactor materials,
Tools, heat shielding materials, electronic circuit substrates, sealing materials, fittings and valve parts, biomaterials such as artificial bones and artificial roots, dielectric materials, blades and cutter blades, sporting goods, pumps, nozzles, magnetic heads, rollers, Guides, bearings, ferrules, and other materials that can be effectively used in a wide range of fields can be provided.
【図1】SiC−(Ln-Al-Si)酸化物系焼結体の結晶構造
を示す透過顕微鏡写真である。FIG. 1 is a transmission micrograph showing a crystal structure of a SiC— (Ln—Al—Si) oxide-based sintered body.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/565 C04B 35/10 C04B 35/44 C04B 35/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/565 C04B 35/10 C04B 35/44 C04B 35/50
Claims (2)
もしくはLnAlO3 (ただし、Lnは希土類元素およびそれ
らの混合物) 99.9〜90wt%およびシリカ0.1 〜10wt%か
らなる混合酸化物 5〜95wt%と、の焼結体からなる炭化
ケイ素−混合酸化物系焼結体。 1. 95-5 wt% of silicon carbide, Ln4Al2O9
Or LnAlO3 (where Ln is a rare earth element and
Mixture) 99.9~90wt% and silica 0.1 mixture and oxide 5 to 95 wt% consisting of 10 wt%, silicon carbide formed of a sintered body of al - mixed oxide-based sintered body.
もしくはLnAlO3 (ただし、Lnは希土類元素およびそれ
らの混合物) 99.9〜90wt%およびシリカ0.1 〜10wt%か
らなる混合酸化物 5〜95wt%との混合物を成形し、その
後、得られた混合物成形体を非酸化性雰囲気中におい
て、5 〜2000℃/分の昇温速度にて加熱し、1600〜2100
℃の温度域で0.1 〜600 分間保持して焼成を行うことを
特徴とする炭化ケイ素−混合酸化物系焼結体の製造方
法。2. 95-5 wt% of silicon carbide, Ln4Al2O9
Or LnAlO3 (where Ln is a rare earth element and
Molding a mixture of a mixture) 99.9~90wt% and silica 0.1 10 wt% mixed oxide 5 to 95 wt% consisting of al, then, in the resulting mixture molded body in a non-oxidizing atmosphere, 5 to 2000 ° C. / Min at a heating rate of 1600-2100
A method for producing a silicon carbide-mixed oxide-based sintered body, characterized in that the firing is carried out while maintaining the temperature in a temperature range of 0.1 to 600 minutes.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3273603A JP3007731B2 (en) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | Silicon carbide-mixed oxide sintered body and method for producing the same |
DE4293405T DE4293405T1 (en) | 1991-09-26 | 1992-09-28 | Mixed oxide composite ceramics and process for their production |
PCT/JP1992/001237 WO1993006060A1 (en) | 1991-09-26 | 1992-09-28 | Composite mixed oxide ceramic and production thereof |
US08/064,179 US5439853A (en) | 1991-09-26 | 1992-09-28 | Mixed oxide composite ceramics and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3273603A JP3007731B2 (en) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | Silicon carbide-mixed oxide sintered body and method for producing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0585825A JPH0585825A (en) | 1993-04-06 |
JP3007731B2 true JP3007731B2 (en) | 2000-02-07 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3273603A Expired - Lifetime JP3007731B2 (en) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | Silicon carbide-mixed oxide sintered body and method for producing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3007731B2 (en) |
-
1991
- 1991-09-26 JP JP3273603A patent/JP3007731B2/en not_active Expired - Lifetime
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