JP3085525B2 - Whisker composite ceramics and method for producing the same - Google Patents

Whisker composite ceramics and method for producing the same

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JP3085525B2
JP3085525B2 JP09183657A JP18365797A JP3085525B2 JP 3085525 B2 JP3085525 B2 JP 3085525B2 JP 09183657 A JP09183657 A JP 09183657A JP 18365797 A JP18365797 A JP 18365797A JP 3085525 B2 JP3085525 B2 JP 3085525B2
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whiskers
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ウイスカ複合セラ
ミックスの作製方法に関するものである。更に詳しく述
べれば、本発明は任意寸法,形状のセラミックス中にマ
トリックスの強度や機能を維持しつつ、ウイスカが分散
された破壊靭性値の高いウイスカ複合セラミックスの作
製方法に関するものである。この技術により得られるウ
イスカ複合セラミックスは、例えば火力発電用バーナデ
ィフューザ、金属工業用溶融金属輸送パイプ、パワーデ
バイス用放熱基板、セラミックス圧延ロール、切削工
具、耐摩耗工具等に有効である。
The present invention relates to a method for producing a whisker composite ceramic. More specifically, the present invention relates to a method for producing a whisker composite ceramic having a high fracture toughness in which whiskers are dispersed while maintaining the strength and function of the matrix in ceramics having an arbitrary size and shape. The whisker composite ceramics obtained by this technique is effective for, for example, a burner diffuser for thermal power generation, a molten metal transport pipe for the metal industry, a heat dissipation substrate for a power device, a ceramic rolling roll, a cutting tool, a wear-resistant tool, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のセラミックス材料の機能性,強
度,靭性等の特性の著しい向上に伴い、セラミックスを
より多面的に利用する傾向がみられる。このような需要
に従い、信頼性の高い高強度,高機能,高靭性セラミッ
クスを安全に安価に製造する技術が必要とされている。
2. Description of the Related Art With the recent remarkable improvement in the properties, such as functionality, strength and toughness, of ceramic materials, there is a tendency to use ceramics in more various aspects. In accordance with such demands, there is a need for a technology for safely and inexpensively producing highly reliable, high-strength, high-performance, and high-toughness ceramics.

【0003】セラミックスの破壊靭性値を高めるための
手段の1つとして、ウイスカをマトリックス中に分散す
ることが行なわれている。例えば窒化ケイ素は1000
℃を越す高温においても高い強度を示し、軽量であって
耐食性、耐摩耗性及び熱衝撃性に優れた材料として知ら
れている。このような窒化ケイ素マトリックス中にウイ
スカを分散させたウイスカ分散セラミックスは、モノリ
シックセラミックスに比べて、靭性,硬度,摩耗特性に
優れていることが窯業協会誌、94(1986)年、第
55〜59頁に記載されている。
[0003] As one of means for increasing the fracture toughness of ceramics, whiskers are dispersed in a matrix. For example, silicon nitride is 1000
It is known as a material which exhibits high strength even at high temperatures exceeding ℃, is lightweight, and has excellent corrosion resistance, wear resistance and thermal shock resistance. Whisker-dispersed ceramics in which whiskers are dispersed in such a silicon nitride matrix are superior to monolithic ceramics in terms of toughness, hardness, and wear characteristics. The Journal of the Ceramic Society of Japan, 94 (1986), 55-59. Page.

【0004】ウイスカ分散セラミックスは、通常セラミ
ックス粉末にウイスカを混合し、成形、焼結することに
より作製されている(特開平3−205378号公報,
特開平1−203260号公報,特開昭60−2008
63号公報など)。また、セラミックス粉末とウイスカ
を含むスラリーをドクターブレードによりシート化した
グリーンシートを複数枚積層して焼結する方法や(特開
平3−290368号公報)、同スラリーをスリップキ
ャスティングにより成形し、焼結する方法もある。
[0004] Whisker-dispersed ceramics are usually produced by mixing whiskers with ceramic powder, molding and sintering (Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-205378,
JP-A-1-203260, JP-A-60-2008
No. 63 gazette). Also, a method of laminating and sintering a plurality of green sheets obtained by sheeting a slurry containing ceramic powder and whisker with a doctor blade (JP-A-3-290368), or forming the slurry by slip casting and sintering There is also a way to do it.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このようなウイスカ複
合セラミックスを作製するためには、一般的にはセラミ
ックス粉末にウイスカを混合し、その成形体を焼結して
いる。このようにして得られるウイスカが均一に分散さ
れたセラミックス粉末を出発原料として用いた焼結体
は、一般にモノリシックセラミックスに比べて靭性は高
くなるが、強度は低下する。また粉末成形時にウイスカ
が配向することにより焼結体の強度特性に方向性が生じ
たり、また焼結中にウイスカとマトリックス材料や粒界
ガラス層とが反応して強固に結合されるため、ウイスカ
の引き抜け効果が充分発揮できない場合がある。更に、
ウイスカを原料粉末として用いる場合、ウイスカを直接
取り扱う作業者の健康への悪影響が懸念される。
In order to produce such a whisker composite ceramic, generally, a whisker is mixed with a ceramic powder and the formed body is sintered. A sintered body obtained by using a ceramic powder in which whiskers obtained as described above are uniformly dispersed as starting materials generally has higher toughness than monolithic ceramics, but has lower strength. In addition, the orientation of the whiskers during powder molding causes directionality in the strength characteristics of the sintered body, and the whisker and the matrix material or the grain boundary glass layer react during sintering and are firmly bonded. Pull-out effect may not be sufficiently exhibited. Furthermore,
When whisker is used as a raw material powder, there is a concern that the worker who directly handles the whisker may be adversely affected.

【0006】本発明の目的は、タトリックスの強度や機
能を損なわずにウイスカ分散により、破壊靭性を向上さ
せたウイスカ複合セラミックスの製作方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention, the whiskers dispersed without impairing the strength and function of data trix is to provide a manufacturing operation method whisker composite ceramics with improved fracture toughness.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述したように、従来の
方法で作製したウイスカ複合セラミックスでは、マトリ
ックスの強度や機能を維持することや、作業者が直接ウ
イスカを取り扱うことを避けることは困難であった。本
発明者らは、マトリックスの強度を損なわずに靭性を向
上させるための手段に関して鋭意検討を進めた結果、本
発明に至った。
As described above, in the whisker composite ceramics manufactured by the conventional method, it is difficult to maintain the strength and function of the matrix and to avoid the worker from directly handling the whiskers. there were. The present inventors have conducted intensive studies on means for improving toughness without impairing the strength of the matrix, and as a result, have reached the present invention.

【0008】上記課題は、セラミックス内部にウイスカ
を分散させたウイスカ複合セラミックスにおいて、マト
リックス中のウイスカの分布密度,径,長さ等の物性値
がマトリックスの内部方向に変化したウイスカ複合セラ
ミックスにより解決される。
[0008] The above problem is solved by a whisker composite ceramic in which whiskers are dispersed in the ceramic and the physical properties of the whisker in the matrix, such as the distribution density, diameter, and length, are changed in the inner direction of the matrix. You.

【0009】これは例えば構造セラミックスに関して述
べれば、図1に示すような、マトリックス粒子1中にウ
イスカ2が分散したウイスカ複合セラミックスのよう
に、強度を担う部分のウイスカ分布密度を0または微量
とし、靭性を担う部分をウイスカにより複合化するとい
うことである。ここで3は気孔である。このウイスカ分
布密度は、セラミックス最表面にて5から50体積%で
あり、中央部にて0から30体積%となるように変化さ
せる。
For example, in the case of structural ceramics, as shown in FIG. 1, a whisker distribution density of a portion responsible for strength is set to 0 or a very small amount, as in a whisker composite ceramic in which whiskers 2 are dispersed in matrix particles 1. This means that the part responsible for toughness is compounded with whiskers. Here, 3 is a pore. The whisker distribution density is changed so that it is 5 to 50% by volume at the outermost surface of the ceramic and 0 to 30% by volume at the center.

【0010】またウイスカの生成に関する性質を利用す
れば、出発原料にウイスカを用いずに、原料粉末の焼結
過程での反応を利用して、上記セラミックスを得ること
ができる。これは図2のようにマトリックス粒子1とウ
イスカ原料粉末4を混合、成形した充填体の焼結過程に
おいて、分散ウイスカ原料粉末を反応させ、セラミック
ス中にウイスカを生成させることにより得られる図1の
ようなウイスカ複合セラミックスの作製方法において、
初期相対密度を制御することにより実現できる。ここで
成形時における成形圧を調節することにより、図2中の
気孔3の量を調節し、混合粉末成形体の初期密度を制御
する。
[0010] In addition, if the properties relating to the formation of whiskers are utilized, the above ceramics can be obtained by utilizing the reaction in the sintering process of the raw material powder without using whiskers as the starting material. This is achieved by mixing the matrix particles 1 and the whisker raw powder 4 as shown in FIG. 2 and causing the dispersed whisker raw powder to react in the sintering process of the filled body to generate whiskers in the ceramics as shown in FIG. In such a whisker composite ceramics manufacturing method,
It can be realized by controlling the initial relative density. Here, by adjusting the molding pressure at the time of molding, the amount of the pores 3 in FIG. 2 is adjusted, and the initial density of the mixed powder compact is controlled.

【0011】これは一般に初期相対密度が低いほど充填
体内部に生成するウイスカ量は多く、初期相対密度が高
くなるに従い、成形体内部にはウイスカが生成しにくく
なるという事実に基づく。粉末充填体の初期相対密度が
20%以下になると取扱が困難となり、また60%以上
になると内部にウイスカが生成しにくくなる。従って上
記粉末充填体の初期相対密度は、20%以上60%以下
の値に制御する。初期相対密度を低くする別な方法とし
ては、所望の形状の黒鉛容器中に混合粉末を充填しても
よく、また混合粉末の濃度を調節したスラリーを用いス
リップキャスティング法により成形してもよい。また出
発原料の粒径分布を調節することによっても初期相対密
度を制御することができる。
This is based on the fact that generally, the lower the initial relative density, the larger the amount of whiskers generated inside the filler, and the higher the initial relative density, the less whiskers are generated inside the compact. If the initial relative density of the powder filling is less than 20%, handling becomes difficult, and if it is more than 60%, whiskers are less likely to be generated inside. Therefore, the initial relative density of the above-mentioned powder filling is controlled to a value of 20% or more and 60% or less. As another method of lowering the initial relative density, the mixed powder may be filled in a graphite container having a desired shape, or may be formed by a slip casting method using a slurry in which the concentration of the mixed powder is adjusted. The initial relative density can also be controlled by adjusting the particle size distribution of the starting materials.

【0012】分散ウイスカ原料粉末としては、SiCま
たはSi34ウイスカの原料粉末としてはSi34,S
iO2,C,ポリカルボシランのうちから選ばれた1種
類以上である。ポリカルボシランの含有酸素量を増加さ
せるために、予め空気中、300℃から1000℃で熱
処理した浮遊化ポリカルボシランを用いてもよい。また
AlNウイスカの原料粉末はAl23である。充填体の
焼結中にSiCウイスカを生成させる場合はAr,C
O,CO2,CH4,H2のうちから選ばれた1種類以上
の雰囲気中または真空中で焼結する。Si34またはA
lNウイスカの場合は、Ar,N2,H2から選ばれた1
種類以上の雰囲気中または真空中で焼結する。
The dispersed whisker raw material powder is SiC or Si 3 N 4 whisker, and the raw material powder is Si 3 N 4 , S
One or more selected from iO 2 , C, and polycarbosilane. In order to increase the oxygen content of the polycarbosilane, a floating polycarbosilane that has been previously heat-treated at 300 ° C. to 1000 ° C. in air may be used. The raw material powder of AlN whiskers is Al 2 O 3 . If SiC whiskers are formed during sintering of the filler, Ar, C
Sintering is performed in one or more atmospheres selected from O, CO 2 , CH 4 , and H 2 or in a vacuum. Si 3 N 4 or A
In the case of 1N whisker, one selected from Ar, N 2 and H 2
Sinter in more than one atmosphere or vacuum.

【0013】尚、充填体の初期相対密度が低い場合に
は、焼結体の相対密度もまた低くなり、そのため焼結体
の機械的特性が低下する場合がある。このような場合
は、溶融金属を含浸させる。または雰囲気ガスとの反応
により体積膨張する粉末をあらかじめ混合しておく。な
どの方法で回避することが可能であり、本発明の効果を
損なうものではない。
When the initial relative density of the filler is low, the relative density of the sintered body is also low, so that the mechanical properties of the sintered body may be reduced. In such a case, the molten metal is impregnated. Alternatively, a powder that expands in volume due to a reaction with an atmospheric gas is mixed in advance. It can be avoided by such a method, and does not impair the effects of the present invention.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、実施例を示し本発明を更に
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples.

【0015】実施例1 マトリックス粉末およびウイスカ原料の混合粉末充填体
の初期相対密度と、内部に生成するウイスカ量の関係を
調べた。Si34をマトリックス粒子とし、10mas
s%カーボンブラックを添加した試料SN1、及びSi
Cをマトリックス粒子とし、それに10mass%Si
34および10mass%カーボンブラックを添加した
試料SC1を用い、粉末充填体を作製した。成形圧を変
化させることにより、各試料について直径15mm、相
対密度20から80%の充填体を作製し、0.1MPa
のAr中、1600℃で2h熱処理した。熱処理後の各
試料内部に生成した平均ウイスカ量と充填体の初期相対
密度との関係を図3に示す。
Example 1 The relationship between the initial relative density of a mixed powder packing of a matrix powder and a whisker raw material and the amount of whiskers formed inside was examined. 10mass with Si 3 N 4 as matrix particles
s% carbon black added sample SN1 and Si
C as matrix particles and 10 mass% Si
Using 3 N 4 and 10 mass% carbon black sample SC1 was added, to prepare a powder packing. By changing the molding pressure, a packed body having a diameter of 15 mm and a relative density of 20 to 80% was prepared for each sample, and the pressure was changed to 0.1 MPa.
In Ar at 1600 ° C. for 2 hours. FIG. 3 shows the relationship between the average amount of whiskers generated inside each sample after the heat treatment and the initial relative density of the filler.

【0016】初期相対密度が約30%以下の場合には充
填体表面から中央部に至る全領域にウイスカが生成して
おり、その分布密度は表面から中央に向かって減少する
傾向にあった。初期相対密度が30%から60%の場合
には、充填体の表面近傍にはウイスカが生成するが、中
央部には生成しない場合があった。従って充填体の初期
相対密度を制御することにより、ウイスカ分布密度を制
御できることがわかった。
When the initial relative density is about 30% or less, whiskers are formed in the entire region from the surface of the filler to the center, and the distribution density tends to decrease from the surface toward the center. When the initial relative density was 30% to 60%, whiskers were formed near the surface of the filler but not in the center in some cases. Therefore, it was found that the whisker distribution density can be controlled by controlling the initial relative density of the filler.

【0017】実施例2Embodiment 2

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】[0019]

【表2】 [Table 2]

【0020】[0020]

【表3】 [Table 3]

【0021】SiC粉末にカーボンブラック,Si34
及びポリカルボシランを表1に示す重量比で調合した。
出発原料には、成形性をよくするためにPVB及びジエ
チレングリコールをそれぞれ5mass%ずつ混合し、
エタノール及びSiC製ボールと共にポリエチレン製ポ
ットにて48h混合した。これを乾燥後、200mes
h以下に整粒し、相対密度を表2の(a)列のように制
御しながら成形し、脱脂をした後、0.1MPaのAr
雰囲気中にて、試料SC1,SC2については1400
℃で2h,試料SN1,SN2については1600℃で
2h熱処理をし、SiCウイスカをin−situ生成
させた。ここで、相対密度20%以下の試料に関して
は、円筒状黒鉛容器中に充填した混合粉末をもって試料
とした。ここで、相対密度を20%以下の試料を作製す
ることは、事実上不可能であった。
Carbon black and Si 3 N 4 are added to SiC powder.
And polycarbosilane at a weight ratio shown in Table 1.
The starting material was mixed with PVB and diethylene glycol in an amount of 5 mass% each to improve moldability.
The mixture was mixed with ethanol and SiC balls in a polyethylene pot for 48 h. After drying this, 200mes
h or less, molded while controlling the relative density as shown in column (a) of Table 2, degreased, and then 0.1 MPa Ar
1400 for samples SC1 and SC2 in atmosphere
The samples SN1 and SN2 were heat-treated at 1600 ° C for 2 hours, and SiC whiskers were generated in-situ. Here, as for the sample having a relative density of 20% or less, the sample was a mixed powder filled in a cylindrical graphite container. Here, it was practically impossible to prepare a sample having a relative density of 20% or less.

【0022】SiCウイスカが生成した試料を真空中で
1500℃に加熱し、溶融Siを含浸させ、残留カーボ
ンと反応させることにより、SiCウイスカ分散SiC
を作製した。溶融Siの含浸後の各試料の相対密度を表
2の(b)列に、試料表面近傍および中央部のSiCウ
イスカ分布密度を(c)列に示す。走査型電子顕微鏡に
よる試料研磨面の像を基にしてウイスカ分布密度を計算
した。ウイスカがin−situ生成したいずれの試料
に関しても、試料中央部に生成したウイスカ量は表面近
傍に比べて少なく、また細く、短い傾向にあった。特に
試料SN1、SN2に関してはその傾向が顕著であっ
た。
The sample in which SiC whiskers are formed is heated to 1500 ° C. in a vacuum, impregnated with molten Si, and reacted with residual carbon to obtain SiC whisker-dispersed SiC whiskers.
Was prepared. The relative density of each sample after impregnation with molten Si is shown in column (b) of Table 2, and the distribution density of SiC whiskers near and at the center of the sample surface is shown in column (c). The whisker distribution density was calculated based on the image of the polished surface of the sample by a scanning electron microscope. Regarding any of the samples in which whiskers were generated in-situ, the amount of whiskers generated at the center of the sample was smaller than that near the surface, and tended to be thinner and shorter. In particular, the tendency was remarkable for the samples SN1 and SN2.

【0023】初期相対密度がおよそ60%を越えていた
試料内部にウイスカは全く生成せず、本発明のウイスカ
複合セラミックスにはならなかった。また、初期相対密
度が20%以下の場合は、熱処理後の試料のハンドリン
グが極めて困難であり、Si含浸ができなかったため、
機械的特性の評価ができなかった。本発明のウイスカ複
合セラミックスに該当しない試料は、表2中、ハッチン
グによって示されている。
No whiskers were formed inside the sample where the initial relative density exceeded about 60%, and the whisker composite ceramic of the present invention was not obtained. When the initial relative density is 20% or less, handling of the sample after the heat treatment is extremely difficult, and Si impregnation cannot be performed.
Evaluation of mechanical properties could not be performed. Samples not corresponding to the whisker composite ceramics of the present invention are indicated by hatching in Table 2.

【0024】また比較材としては、表1に記載の配合比
でSiC粉末、またはSiC粉末とSiCウイスカとカ
ーボンブラックを混合し、PVB及びジエチレングリコ
ールをそれぞれ5mass%ずつ添加して混合,乾燥し
た粉末を相対密度65%に成形し、脱脂処理後の成形体
を真空中で1500℃に加熱し、溶融Siを含浸させ、
カーボンブラックと反応させることにより、それぞれ比
較材1,2とした。比較材1はモノリシックSiCセラ
ミックスであり、比較材2は20体積%のSiCウイス
カを均一に分散させたSiCセラミックスである。
As a comparative material, SiC powder or a mixture of SiC powder, SiC whisker and carbon black at the compounding ratio shown in Table 1, PVB and diethylene glycol added at 5 mass% each and mixed and dried were used. It is molded to a relative density of 65%, and the molded body after the degreasing treatment is heated to 1500 ° C. in vacuum to impregnate the molten Si,
By reacting with carbon black, comparative materials 1 and 2 were obtained, respectively. Comparative material 1 is a monolithic SiC ceramic, and Comparative material 2 is a SiC ceramic in which 20% by volume of SiC whiskers are uniformly dispersed.

【0025】Si含浸工程を経た各試料を4mm,3m
m,40mmの寸法に研磨加工した後、JISR160
1により抗折強度及び荷重30kgfでインデンテイシ
ョンマイクロフラクチャー法により破壊靭性を測定し
た。得られた結果を表2の(d)列及び(e)列に示
す。
Each sample having undergone the Si impregnation step is 4 mm, 3 m
After polishing to dimensions of 40 mm and JIS R160,
The bending toughness and the fracture toughness were measured by the indentation microfracture method at 1 under a load of 30 kgf. The obtained results are shown in columns (d) and (e) of Table 2.

【0026】図4には、表2にて本発明に該当する試料
及び比較材の抗折強度及び破壊靭性をまとめている。横
軸には各試料番号を示しており、●は抗折強度を、 は
破壊靭性を示す。比較材1の抗折強度は高いが、破壊靭
性は低く、また比較材2に関しては、その逆の傾向が認
められる。それに対して本発明に該当する試料の抗折強
度は比較材1と同等の値であり、かつ破壊靭性が大幅に
改善されている。本発明によるウイスカ分布密度がセラ
ミックス最表面にて5から50体積%であり、中央にて
0から30体積%となるウイスカ複合セラミックスの抗
折強度と破壊靭性は両立されていることが確認される。
FIG. 4 summarizes the flexural strength and fracture toughness of the sample and comparative material corresponding to the present invention in Table 2. The abscissa indicates each sample number, where ● indicates bending strength and indicates fracture toughness. Although the transverse rupture strength of the comparative material 1 is high, the fracture toughness is low, and the opposite tendency is observed for the comparative material 2. On the other hand, the transverse rupture strength of the sample corresponding to the present invention is equivalent to that of the comparative material 1, and the fracture toughness is significantly improved. Whisker distribution density according to the present invention is 5 to 50% by volume at the outermost surface of the ceramic and 0 to 30% by volume at the center. It is confirmed that both the transverse rupture strength and the fracture toughness of the whisker composite ceramic are compatible. .

【0027】実施例3 分散ウイスカ原料粉末であるSi34,SiO2,C,
ポリカルボシラン,Al23をマトリックス粉末に添加
し、各混合粉末充填体をAr,N2,CO,CO2,CH
4,H2の各種雰囲気中で熱処理をし、ウイスカの生成の
様子を明らかにした。マトリックス材料としてSiCを
採用し、SiC粉末と各種ウイスカ原料粉末の混合粉末
10gを、内径30mmの円筒状黒鉛容器中に充填して
充填体試料とした。各充填体試料を各種雰囲気ガス中に
て熱処理し、走査型電子顕微鏡による試料破面の像を基
にして、ウイスカの生成の様子を観察した。雰囲気圧力
はいずれも0.1MPaとし、熱処理時間は2hとし
た。
EXAMPLE 3 Si 3 N 4 , SiO 2 , C,
Polycarbosilane and Al 2 O 3 were added to the matrix powder, and each mixed powder was filled with Ar, N 2 , CO, CO 2 , CH
4. Heat treatment was performed in various atmospheres of H 2 to clarify the formation of whiskers. SiC was used as a matrix material, and 10 g of a mixed powder of SiC powder and various whisker raw material powders was filled in a cylindrical graphite container having an inner diameter of 30 mm to obtain a filled sample. Each filled sample was heat-treated in various atmosphere gases, and the state of whisker formation was observed based on the image of the sample fracture surface with a scanning electron microscope. The atmosphere pressure was set to 0.1 MPa and the heat treatment time was set to 2 hours.

【0028】表3にウイスカ原料,雰囲気ガスと生成ウ
イスカの関係をまとめる。表中の化学式は生成したウイ
スカを表し、○は形状及び量共に良好なウイスカが生成
したこと、△はウイスカは生成するが分布にむらがある
こと、×はウイスカが生成しなかったことを表す。(
)内の数値は、熱処理温度を表し、この温度は該混合
粉末に関して最もウイスカが生成しやすい温度である。
本実施例により、分散ウイスカに応じたウイスカ原料,
熱処理温度,雰囲気条件を得ることができた。
Table 3 summarizes the relationship among whisker raw materials, atmospheric gases, and generated whiskers. The chemical formulas in the table represent the generated whiskers, は indicates that whiskers having good shape and quantity were generated, △ indicates that whiskers were generated but the distribution was uneven, and × indicates that whiskers were not generated. . (
The values in parentheses indicate the heat treatment temperature, which is the temperature at which whisker is most likely to be generated with respect to the mixed powder.
According to the present embodiment, whisker raw materials corresponding to dispersed whiskers,
The heat treatment temperature and atmosphere conditions were obtained.

【0029】実施例4 表1に示す重量比で調合した試料SN1にPVB及びジ
エチレングリコールをそれぞれ5mass%ずつ混合
し、エタノール及びSiC製ボールと共にポリエチレン
製ポットにて48h混合し、乾燥,整粒した混合粉末を
用い、該混合粉末:水を体積比30:70の割合で混合
したスラリーを作製した。該スラリーを黒鉛容器内に充
填し、そのまま凍結乾燥炉へ送り、バインダである水分
を凍結させた後に除去した。これにより乾燥収縮に伴う
亀裂のない混合粉末充填体を得た。
Example 4 PVB and diethylene glycol were mixed at 5 mass% each in Sample SN1 prepared at the weight ratio shown in Table 1, mixed with ethanol and SiC balls for 48 hours in a polyethylene pot, dried and sized. Using the powder, a slurry was prepared by mixing the mixed powder and water at a volume ratio of 30:70. The slurry was filled in a graphite container, sent to a freeze-drying furnace as it was, and frozen to remove water as a binder and then removed. As a result, a mixed powder filling without cracks due to drying shrinkage was obtained.

【0030】該充填体を黒鉛容器と共に0.1MPaの
Ar雰囲気中にて、1600℃で2h熱処理をし、充填
体内部にSiCウイスカをin−situ生成させた。
SiCウイスカが生成した試料を、実施例1と同様に真
空中で1500℃に加熱し、溶融Siを含浸させ、残留
カーボンと反応させることにより、SiCウイスカ分散
SiCを作製した。
The filler was heat-treated together with the graphite container in an atmosphere of 0.1 MPa Ar at 1600 ° C. for 2 hours to generate SiC whiskers in-situ inside the filler.
The sample in which the SiC whiskers were formed was heated to 1500 ° C. in a vacuum in the same manner as in Example 1 to impregnate the molten Si and react with the residual carbon, thereby producing SiC whisker-dispersed SiC.

【0031】この結果から、水バインダによる射出成形
法により得られる、任意形状の混合粉末充填体内部にS
iCウイスカをin−situ生成させることができ、
またその焼結体に溶融Siを含浸させることにより、任
意形状のウイスカ複合セラミックスが得られることがわ
かった。
From these results, it was found that S powder was embedded in the mixed powder filling of an arbitrary shape obtained by the injection molding method using a water binder.
iC whiskers can be generated in-situ,
It was also found that impregnation of the sintered body with molten Si can provide whisker composite ceramics of any shape.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明により、マトリックスの強度や機
能を損なわずにウイスカ分散により、破壊靭性を向上さ
せたウイスカ複合セラミックスを提供することができ
る。
According to the present invention, it is possible to provide a whisker composite ceramic having improved fracture toughness by dispersing whiskers without impairing the strength and function of the matrix.

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

【図1】本発明の実施例として示したウイスカ複合セラ
ミックスの断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a whisker composite ceramic shown as an example of the present invention.

【図2】図1に示した複合セラミックスを混合粉末充填
体にした時の断面図。
FIG. 2 is a sectional view when the composite ceramic shown in FIG. 1 is used as a mixed powder filling.

【図3】原料粉末充填体の初期相対密度と焼結後に生成
したウイスカ量の関係を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between an initial relative density of a raw material powder packing and an amount of whiskers generated after sintering.

【図4】図1のウイスカ複合セラミックスおよび比較材
の折強度及び破壊靭性を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing bending strength and fracture toughness of the whisker composite ceramics of FIG. 1 and a comparative material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マトリックス粒子、2…ウイスカ、3…気孔、4…
ウイスカ原料粉末。
1 matrix particles, 2 whiskers, 3 pores, 4 ...
Whisker raw powder.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 恒行 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平10−87375(JP,A) 特開 昭64−33077(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/80 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Tsuneyuki Kanai 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-10-87375 (JP, A) JP-A-64-33077 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/80

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 セラミックス粉末と分散ウイスカ原料粉
末を混合し、セラミックス焼成過程において原料粉末を
反応させ、セラミックス中にウイスカを生成させること
により得られるウイスカ複合セラミックスの製作方法に
おいて、粉末充填体の初期相対密度を20%以上60%
以下の値に制御することを特徴とするウイスカ複合セラ
ミックスの製作方法。
1. A method for producing a whisker composite ceramic obtained by mixing a ceramic powder and a dispersed whisker raw powder and reacting the raw powder in a ceramic firing process to form a whisker in the ceramic. 20% to 60% relative density
A method for producing a whisker composite ceramics, characterized by controlling to the following values.
【請求項2】 請求項において、分散ウイスカ原料粉
末はSi34,SiO2,C,ポリカルボシラン,Al2
3のうちら選ばれた1種類以上であり、Ar,N2,C
O,CO2,CH4,H2,O2のうちから選ばれた1種類
以上の雰囲気中または真空中で焼結することを特徴とす
るウイスカ複合セラミックスの製作方法。
2. The dispersed whisker raw material powder according to claim 1, wherein the raw material powder is Si 3 N 4 , SiO 2 , C, polycarbosilane, Al 2
One or more selected from O 3 , Ar, N 2 , C
A method for producing a whisker composite ceramic, comprising sintering in at least one atmosphere selected from O, CO 2 , CH 4 , H 2 , and O 2 or in a vacuum.
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