JP3131008B2 - Method for producing ceramics having oriented long-axis crystals - Google Patents

Method for producing ceramics having oriented long-axis crystals

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JP3131008B2
JP3131008B2 JP04054169A JP5416992A JP3131008B2 JP 3131008 B2 JP3131008 B2 JP 3131008B2 JP 04054169 A JP04054169 A JP 04054169A JP 5416992 A JP5416992 A JP 5416992A JP 3131008 B2 JP3131008 B2 JP 3131008B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、配向した(特に2次元
配向した)長軸結晶(例えば柱状ないし針状結晶又は長
軸を有する板状結晶)を有する新規なセラミック焼結体
及びその製造方法に関し、特に、かかる長軸の2次元配
向結晶を焼結過程において(in−situにて)生成
されたものに関し、苛酷な使用環境下にも耐えうる超高
靱性かつ超高強度の材料を提供するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel ceramic sintered body having an oriented (particularly two-dimensionally oriented) long-axis crystal (for example, a columnar or needle-like crystal or a plate-like crystal having a long axis) and its production. In particular, with respect to a method for producing such a long-axis two-dimensionally oriented crystal in a sintering process (in-situ), an ultra-tough and ultra-high-strength material that can withstand a severe use environment is used. To provide.

【0002】[0002]

【技術的背景】近年苛酷な使用環境下にも耐え得る超高
強度材料の必要性はますます増大しており、セラミック
スの靱性改善ならびに信頼性向上には大きな期待がかけ
られている。特に、セラミックスは金属に比べ高強度を
有するものが得られ、又耐熱性に優れた材料であるた
め、車載用エンジン部品及び部材として、非常に有望で
ある。
[Technical Background] In recent years, the need for ultra-high-strength materials that can withstand harsh use environments has been increasing, and great expectations have been placed on improving the toughness and reliability of ceramics. In particular, ceramics are highly promising as on-vehicle engine parts and members because they have higher strength than metals and are excellent in heat resistance.

【0003】しかし、セラミックスは金属に比べ破壊靱
性値が非常に低く、破壊が脆性的であるため、なお信頼
性に欠けるという問題は依然として完全には克服されて
いない。
[0003] However, ceramics have a very low fracture toughness value as compared with metals and are brittle in fracture, so that the problem of still lacking reliability has not been completely overcome.

【0004】即ち、セラミックスは本質的に脆性である
ということから、その靱性改善には材料中にエネルギー
散逸源としての不均質相を分散または析出させる方法、
すなわち複合化が基本的に有効であると考えられて来
た。これまでに粒子分散あるいは繊維分散による種々の
靱性向上機構が提案されており、またそれぞれの機構を
基礎的に追究することによって高強度・高靱性を実現し
得る条件を見出そうとする研究が精力的に行われてき
た。
That is, since ceramics are inherently brittle, to improve their toughness, a method of dispersing or precipitating a heterogeneous phase as a source of energy dissipation in a material,
That is, it has been considered that compounding is basically effective. Various mechanisms for improving toughness by particle dispersion or fiber dispersion have been proposed so far, and research to find conditions that can achieve high strength and high toughness by fundamentally pursuing each mechanism has been conducted. It has been done energetically.

【0005】高温下での使用に耐えうる高強度材料の一
例として窒化珪素系セラミックスがあるが、窒化珪素系
セラミックスは、その優れた強度特性が注目され、構造
材料として検討が進められており、一部で実用化されて
いる。しかし窒化珪素は他のセラミック材料同様、強
度特性の信頼性に欠ける(バラツキが大きい)靱性が
低いという構造材料として大きな問題を抱えており、そ
のために実用化が今一歩拍車にかかっていないのが現状
である。
One example of a high-strength material that can withstand use at high temperatures is silicon nitride-based ceramics. Silicon nitride-based ceramics are attracting attention for their excellent strength properties, and are being studied as structural materials. Some have been put to practical use. However, silicon nitride, like other ceramic materials, has a major problem as a structural material that lacks reliability in strength properties (has large variations) and has low toughness. Therefore, its practical application has not yet taken a step further. It is the current situation.

【0006】[0006]

【従来の技術】川島健等の報告、「繊維制御によるSi
34セラミックスの多様化」窒化珪素セラミックス
(2)135〜146頁において、このような窒化珪素
セラミックスの欠点が挙げられ、HIP法によるその改
善の試みの結果が報告されている。即ち曲げ強度として
は、Sinter(ガス圧焼結)で680〜1079M
Pa、Sinter+HIPで953〜1230MP
a、Sinter/HIP(ガス圧焼結〜HIP連続的
処理)で1000〜1227MPa、破壊靱性値は夫々
5.3,5.2,5.7MPa・m1/2というデータが
報告されている(135〜138頁、Table)。
2. Description of the Related Art A report by Ken Kawashima et al.
In 3 N 4 diversification of Ceramics "silicon nitride ceramic (2) pp. 135-146, cited drawbacks of such a silicon nitride ceramics, the results of attempts of improvement by HIP method have been reported. That is, the flexural strength is 680 to 1079 M by Sinter (gas pressure sintering).
953-1230MPa with Pa, Sinter + HIP
a, Data of 1000 to 1227 MPa in Sinter / HIP (gas pressure sintering to HIP continuous treatment) and fracture toughness values of 5.3, 5.2 and 5.7 MPa · m 1/2 are reported ( 135-138, Table).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、曲げ強度の高
いものを求めると、KICは小さくなり、逆にKICの高い
ものを求めようとすると曲げ強度は低くなるという傾向
を示している。即ち、曲げ強度と破壊靱性とは、逆の傾
向となりその兼備は極めて困難視されている(第143
頁Fig.15〜Fig.17)。
[0006] However, when obtaining the intended high flexural strength, K IC is reduced, the bending strength to be obtained having a high K IC conversely has a tendency to become low. That is, the bending strength and the fracture toughness are opposite to each other, and it is considered that the combination thereof is extremely difficult (No. 143).
See FIG. 15 to FIG. 17).

【0008】従って、上記双方の特性を改善するための
方法としては、「ガス圧焼結(Sinter)+HI
P」ないし「ガス圧焼結/HIP」(ガス圧焼結からH
IPまでの連続的処理)という複雑な工程を必要として
おり、その実用化上、なお大きな困難が存するものと考
えられる。この手法によっては、ある程度の改善は達成
されたが曲げ強度1074MPa、KIC6.7MPm
1/2の組合せが最高であり、一方の特性値をこれより上
げようとすると、他方が低下するので、双方の特性値の
妥協点でがまんする外なかった。
[0008] Therefore, as a method for improving both of the above characteristics, there is a method of “gas pressure sintering (Sinter) + HI.
P ”or“ Gas pressure sintering / HIP ”(from gas pressure sintering to H
(A continuous process up to IP), and it is considered that there is still a great difficulty in practical use. Although some improvement was achieved by this method, the bending strength was 1074 MPa, and the K IC was 6.7 MPm.
The combination of 1/2 was the best, and trying to raise one of the characteristic values above this would cause the other to decrease, so there was no doubt about the compromise between the two characteristic values.

【0009】一方高強度化、高靱性化のための従来の方
法としては、セラミックマトリックス中への繊維の添加
分散によるいわゆる繊維強化に基づくものが主流であっ
た。この方法の場合、繊維のマトリックス中への均一分
散が困難であること、繊維とマトリックス相との間のマ
ッチングないし結合性の確保に困難があること、さらに
焼結工程中において繊維の強度劣化が生じないような繊
維及び焼結条件を注意深く選択する必要がある等の、様
々な問題点がある。
On the other hand, as a conventional method for increasing strength and toughness, a method based on so-called fiber reinforcement by adding and dispersing fibers in a ceramic matrix has been mainly used. In the case of this method, it is difficult to uniformly disperse the fibers in the matrix, it is difficult to ensure matching or bonding between the fibers and the matrix phase, and furthermore, the strength of the fibers deteriorates during the sintering process. There are various problems, such as the need to carefully select fibers and sintering conditions that do not occur.

【0010】そこで本発明は、セラミック焼結体の長軸
結晶の配向を行いうる新規な製造方法を提供することを
第1の目的とする。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a novel manufacturing method capable of orienting a long axis crystal of a ceramic sintered body.

【0011】本発明は、第2に、高強度及び高靱性を兼
備した、新規なセラミック焼結体の製造方法を提供する
ことをも目的とする。
[0011] The present invention, in the second, and combines high strength and high toughness, and also aims to provide a manufacturing method of the novel sintered ceramic.

【0012】[0012]

【発明による課題の解決手段】Means for Solving the Problems According to the Invention 本発明第1の目的は、長The first object of the present invention is to
軸の結晶ないし長軸結晶核を含むセラミック予焼結体Pre-sintered body containing long axis crystal or long axis crystal nucleus
を、その加圧塑性変形が可能な温度範囲において、該長In the temperature range where the plastic deformation under pressure is possible.
軸結晶を配向させるに十分な量一つの軸方向に加圧圧縮Axial pressure compression sufficient to orient the axial crystal
して圧縮軸方向に圧縮変形させると同時に圧縮軸と異っAt the same time as the compression axis.
た方向に膨張変形させることを特徴とする配向された柱Oriented columns characterized by expanding and deforming in the direction
状ないし針状結晶を有するセラミック焼結体の製造方法For producing ceramic sintered body having a needle-like or needle-like crystal
によって達成される。Achieved by

【0013】の結果、1次元又は2次元方向に実質的
に配向された長軸結晶を含むセラミック焼結体が得ら
れ、高強度と高靱性を兼備するよう、当該結晶を配向制
御することが可能となる。
[0013] As a result, the ceramic sintered body comprising a substantially oriented major axis crystal in a one-dimensional or two-dimensional direction is obtained, to combine high strength and high toughness, orienting controlling the crystal Becomes possible.

【0014】請求項2以下の従属請求項に、本発明の製
造方法のさらに好ましい具体的展開が示される。
Claim 2 The following dependent claims show more preferred specific developments of the production method of the present invention.

【0015】即ち、前記配向工程に引続き又はそれと同
時に配向された状態で長軸結晶(ないし長軸結晶核)を
制御下に成長させる結晶成長工程をさらに含むことによ
り、強度、靱性双方にとって最適の配向状態かつ結晶長
さ(ないし結晶成長度、場合により太さの成長も加味し
たアスペクト比の調節制御)ができる(請求項2)。
That is, the method further comprises a crystal growth step of growing the long-axis crystals (or long-axis crystal nuclei) under control in a state of being oriented following the above-mentioned orientation step or at the same time as the orientation step. The orientation state and the crystal length (or the degree of crystal growth, and in some cases, the aspect ratio adjustment control in consideration of the growth of the thickness) can be achieved (claim 2).

【0016】前記結晶成長工程において、長軸結晶のア
スペクト比を配向状態において、アスペクト比の増加に
併い靱性の変化を示す第1の所定曲線と、同じくアスペ
クト比の増加に併い強度の変化を示す第2の所定曲線に
従って、所定アスペクト比に達するまで、制御して成長
させることにより、予めテストにより設計されて工業技
術的に管理され、歩留りの高い均一品質の製品が得られ
る(第5図参照)。
In the crystal growth step, a first predetermined curve showing a change in toughness with an increase in the aspect ratio when the aspect ratio of the long-axis crystal is oriented, and a change in strength with the increase in the aspect ratio. according to a second predetermined curve showing, until a predetermined aspect ratio, and more and this to control to grow, are managed in advance test is designed to industrial technology, the products of high yield uniform quality are obtained ( (See FIG. 5).

【0017】膨張変形の量は、前記予焼結体の未焼結成
形体からの焼成収縮量に少くとも相当する量とする(請
求項)ことが配向のために好ましい。
It is preferable for the orientation that the amount of expansion deformation is at least equivalent to the amount of firing shrinkage of the pre-sintered body from the green compact (claim 3 ).

【0018】前記膨張変形は、前記加圧圧縮軸と直交す
る少くとも一次元方向(好ましくは2次元方向)に行わ
れる(請求項)。
The expansion deformation is performed in at least a one-dimensional direction (preferably, a two-dimensional direction) orthogonal to the pressure-compression axis (claims 4 and 5 ).

【0019】前記予焼結体を実質的に圧縮的加圧(即ち
ホットプレス加圧やHIP等の被焼成物を強制的に圧縮
させる力)を施すことなく焼結する予焼結工程をさらに
含み、焼成収縮した状態の前記予焼結体をホットプレス
装置に遊隙をもって装填して前記長軸結晶の実質的配向
に十分な圧力下にホットプレス加圧し、配向された状態
の長軸結晶を所定アスペクト比に達するまで成長させる
に十分な時間ホットプレス加圧を継続すること(請求項
)により、前記予焼結体を例えばホットプレス装置内
で又は別途実質的にホットプレス加圧を施すことなく予
焼結(例えばガス圧焼結、その他普通焼結等による)す
ることができると共に、配向後の長軸結晶の成長を目的
に応じてコントロールできる。予焼結をホットプレス装
置を用いて(但しHP処理を施すことなく)行えば、予
焼結体の製造(冷間プレス成形から予焼結体ないし予備
焼結までの工程)から、圧縮変形による結晶配向工程ま
でが、一つのホットプレス装置によって連続して可能で
ある。なお、ホットプレス装置に代り、圧縮変形による
結晶配向は、シート状の予焼結体を熱間加圧(例えばロ
ールによる熱間圧延)することによっても可能であり、
熱間加圧による塑性変形手段であれば、その他の手段を
用いることも可能である。ホットプレスの場合、配向後
引続き加圧下に結晶成長させることにより高密度化が達
成される利点がある。
A pre-sintering step of sintering the pre-sintered body without substantially applying compressive pressure (that is, hot press pressure or a force for forcibly compressing a material to be fired such as HIP) is further provided. The pre-sintered body in the fired and shrunk state is loaded into a hot press apparatus with a play gap, and hot-pressed under a pressure sufficient for substantial orientation of the long-axis crystal, thereby forming an oriented long-axis crystal. Continuing hot press pressing for a time sufficient to grow until a predetermined aspect ratio is reached.
According to 6 ), the pre-sintered body can be pre-sintered (for example, by gas pressure sintering or other ordinary sintering) in, for example, a hot press apparatus or without substantially applying hot press pressure. At the same time, the growth of long-axis crystals after orientation can be controlled according to the purpose. If pre-sintering is performed using a hot press device (but without HP treatment), the compression deformation is started from the production of the pre-sintered body (the process from cold press forming to pre-sintered body or pre-sintering). Up to the crystal orientation step by using a single hot press device. In addition, instead of a hot press device, the crystal orientation by compression deformation can be performed by hot pressing a sheet-like pre-sintered body (for example, hot rolling with a roll),
Other means can be used as long as they are plastic deformation means by hot pressing. In the case of hot pressing, there is an advantage that high density can be achieved by growing crystals under pressure after orientation.

【0020】前記配向された長軸結晶を有するセラミッ
ク焼結体即ち2次焼結体をさらにHIP処理により所定
アスペクト比に達するまで結晶成長させる工程を含むこ
と(請求項)によりホットプレス加圧により到達した
状態から、強度の劣化を併うことなく、さらなる長軸結
晶の成長による、強度と靱性の増大が達成される。
[0020] comprise a step of crystal growth to reach a predetermined aspect ratio by further HIP treatment the sintered ceramic That secondary sintered body having an oriented major axis crystals (claim 7) by hot press pressurization , The strength and the toughness are further increased by the growth of the long-axis crystal without deteriorating the strength.

【0021】前記予焼結体は、長軸結晶(ないしはその
核、無配向の状態でよい)と共にガラス相を含む状態の
ものとすることにより、配向処理の容易性がえられると
共に、できる限り十分な高強度・高靱性を兼備した予焼
結体が得られる。
By making the pre-sintered body contain a glass phase together with the long-axis crystal (or its nucleus, which may be in a non-oriented state), it is possible to obtain an orientation treatment as easily as possible. A pre-sintered body having sufficient high strength and high toughness can be obtained.

【0022】なお「長軸結晶」の語は柱状ないし針状の
もの(当然棒状ないし繊維状の結晶も含む)の外、長軸
を有する板状の結晶も含む。この結晶としては、予焼結
の以降の処理工程でさらに成長可能なものを少くとも含
むことが肝要であり、配向可能である限り結晶核であっ
ても差支えない。
The term "long-axis crystal" includes not only columnar or needle-like crystals (naturally also including rod-like or fibrous crystals) but also plate-like crystals having a long axis. It is important that the crystal contains at least a crystal that can be further grown in a processing step after the pre-sintering, and a crystal nucleus may be used as long as the crystal can be oriented.

【0023】前記配向した長軸結晶(特に柱状ないし針
状結晶)は、繊維ないしウィスカの添加なしでも、偏向
強化による靱性増大が達成される。しかし、本発明は、
複合化によるさらなる強化(繊維ないしウィスカ強化、
粒子分散強化等)を排除するものではない。
In the oriented long-axis crystals (particularly, columnar or needle-like crystals), an increase in toughness by deflection strengthening can be achieved without adding fibers or whiskers. However, the present invention
Further reinforcement by compounding (fiber or whisker reinforcement,
It does not exclude particle dispersion enhancement).

【0024】長軸結晶の一例として柱状結晶たる、窒化
珪素を採用することによって、好適な焼結体が得られる
(請求項)。結晶配向可能な長軸結晶セラミック材料
としては窒化珪素の外、SbSI,SbSOI,PbBi2
29,Bi4Ti312,(Pb,K)Nb26,(Sr,
Ba)Nb26,(Pb,Ba,La)Nb26等(以上柱状ないし
針状)、その他コーディエライト(以上長軸平板状)等
がある。
The long axis of example and to the pillar-shaped crystals barrel crystals, by employing silicon nitride, the preferred sintered body is obtained (claim 8). As long-axis crystal ceramic materials capable of crystal orientation, besides silicon nitride, SbSI, SbSOI, PbBi 2 N
b 2 O 9 , Bi 4 Ti 3 O 12 , (Pb, K) Nb 2 O 6 , (Sr,
Ba) Nb 2 O 6 , (Pb, Ba, La) Nb 2 O 6, etc. (more than columnar or needle-like), and other cordierite (more than long axis flat plate).

【0025】なお、窒化珪素の場合、柱状晶はβ−Si
34として成長するが、出発粉末はα−Si34又は、
予焼結中にβ−Si34を生成可能な組成物(又は結晶
核)でよい。他の種類のセラミック材料についても同様
であり、長軸結晶を予焼結工程の出発粉末として用いる
ことは必ずしも必要でなく、予焼結に適した状態のもの
を選択できる。
In the case of silicon nitride, the columnar crystal is β-Si
Grows as 3 N 4 , but the starting powder is α-Si 3 N 4 or
A composition (or crystal nucleus) capable of producing β-Si 3 N 4 during pre-sintering may be used. The same applies to other types of ceramic materials, and it is not always necessary to use a long-axis crystal as a starting powder in the pre-sintering step, and a material suitable for pre-sintering can be selected.

【0026】本発明の製造方法によれば、熱間加圧変形
によって配向された長軸結晶を少くとも2次元方向に実
質的に配向して含むセラミック焼結体を製造することが
でき、また、熱間加圧変形によって配向された長軸結晶
を少くとも一次元方向に実質的に配向して含み、前記配
向された長軸結晶がアスペクト比4以上の柱状窒化珪素
結晶であるセラミック焼結体を製造することができる。
According to the production method of the [0026] present invention, it is produced containing choking ceramic sintered body oriented substantially in two dimensions at least the length axis crystal orientation by hot deform under pressure
Can also at least a long axis crystals oriented by hot deform under pressure comprising substantially oriented in one-dimensional direction, wherein the oriented major axis crystal aspect ratio of 4 or more columnar silicon nitride crystal der it is possible to produce a Ruse ceramic sintered body.

【0027】前記配向された柱状ないし針状結晶を、主
相として含むセラミック焼結体により、必ずしも主相と
は別種の別に当初から添加された繊維強化相に頼らなく
ても、所定の高強度・高靱性を達成できる。
The ceramic sintered body containing the oriented columnar or needle-like crystals as a main phase can provide a predetermined high strength without necessarily relying on a fiber-reinforced phase added separately from the main phase from the beginning. · Ru can achieve high toughness.

【0028】前記配向された長軸結晶は、マトリックス
構成相に対する分散相として含むこともできる。
The oriented long-axis crystals may be included as a dispersed phase with respect to a matrix constituent phase.

【0029】前記配向された長軸結晶を、2次元方向に
実質的に配向して含むことにより、より高強度・高靱性
のセラミック焼結体が得られる。
[0029] the oriented major axis crystal by the two-dimensional directions including substantially aligned, Ru higher strength and higher toughness ceramic sintered body is obtained.

【0030】前記配向された長軸結晶を窒化珪素結晶
(特に、柱状窒化珪素結晶)とすることにより高強度・
高靱性の窒化珪素質焼結体が得られる。
The oriented long-axis crystal is a silicon nitride crystal.
(Especially columnar silicon nitride crystals)
Silicon nitride sintered body having a high toughness Ru obtained.

【0031】前記配向された長軸結晶のアスペクト比4
以上とすることが好ましい。
The aspect ratio of the oriented long axis crystal is 4
It preferred to be equal to or greater than.

【0032】典型的には、本発明により、強度900M
Pa以上及び破壊靱性値4MPam1/2以上であり、実
質的に2次元配向された柱状の窒化珪素結晶を含むセラ
ミック焼結体(特に、窒化珪素質焼結体が得られる。
さらに強度1100MPa以上、破壊靱性値KIC約7M
Pam1/2以上のもの、最高では強度1200MPa以
上(特に、1200〜1300MPa以上、破壊靱性
値KIC 8MPam 1/2 以上(特に、8〜9MPam1/2
というかつてない値の組合せにも達する。実質的に
2次元配向した長軸結晶を有し、アスペクト比を8〜1
2とすることにより、超高強度かつ超高破壊靱性値のセ
ラミック焼結体が得られる。
Typically, according to the invention, a strength of 900M
A ceramic containing columnar silicon nitride crystals substantially equal to or greater than Pa and having a fracture toughness of 4 MPam 1/2 or greater and substantially two-dimensionally oriented.
Mick sintered body (in particular, silicon sintered body nitride) is Ru obtained.
Furthermore, strength 1100MPa or more, fracture toughness value K IC about 7M
Pam 1/2 or more, maximum strength 1200MPa or less
Above (in particular, more than 1200~1300MPa), fracture toughness value K IC 8MPam 1/2 or more (in particular, 8~9MPam on 1/2 or more <br/>) is reached in a combination of unprecedented value of. It has a long-axis crystal substantially two-dimensionally oriented and has an aspect ratio of 8 to 1
With 2, Ru ceramic sintered body of ultra-high strength and ultra high fracture toughness is obtained.

【0033】換言すると、実質的に2次元配向され、さ
らに等方的にも成長制御された長軸結晶を所定アスペク
ト比で含むことによって、強度、靱性共に、当該物質か
ら理論的に予測される最高水準のものが達成される。
In other words, by including a long-axis crystal which is substantially two-dimensionally oriented and isotropically controlled in growth at a predetermined aspect ratio, both strength and toughness are theoretically predicted from the material. the highest level is Ru been achieved.

【0034】[0034]

【発明の詳細な開示】以下、典型的な長軸結晶を生成す
る材料として、窒化珪素を代表例として詳述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, silicon nitride will be described as a typical example of a material for producing a typical long-axis crystal.

【0035】破壊靱性値を向上させる要因は2つに大別
することができる。(1)主クラックと分散粒子との直
接的な相互作用(2)主クラック先端付近にプロセスゾ
ーンを形成する機構(1)としては、主クラック前縁の
湾曲や主クラック面の偏向などがあり、(2)として
は、マイクロクラッキング、応力誘起相転移、破面架橋
などがある。
Factors for improving the fracture toughness value can be roughly classified into two. (1) Direct interaction between the main crack and the dispersed particles (2) Mechanism for forming a process zone near the tip of the main crack (1) includes a curvature of the leading edge of the main crack and a deflection of the main crack surface. And (2) include microcracking, stress-induced phase transition, and fracture surface crosslinking.

【0036】焼結過程で柱状結晶を生成可能な窒化珪素
では高靱性化の機構としてクラックの偏向が大きな要因
となるものと考えられる。Faberらの計算によれ
ば、アスペクト比12の柱状結晶の分散体では破壊靱性
(の理論値)がマトリックスのそれの約4倍にもなるこ
と、しかし、測定値はそれよりも小さなものであること
が報告されている(K.T.Faber他、Acta
Metall.31,565,577(1983)、
「セラミック強化複合セラミックス」、(株)産業技術
サービスセンター(1991年)、68〜72頁参
照)。
In silicon nitride capable of forming columnar crystals in the sintering process, crack deflection is considered to be a major factor as a mechanism for increasing toughness. According to the calculations of Faber et al., A columnar crystal dispersion with an aspect ratio of 12 has a fracture toughness (theoretical value) of about four times that of the matrix, but the measured values are smaller. (KT Faber et al., Acta
Metall. 31 , 565, 577 (1983),
"Ceramic reinforced composite ceramics", see Industrial Technology Service Center (1991), pp. 68-72).

【0037】しかしながら、そのような焼結体をどのよ
うにして製造するかは、知られていない。そこで本発明
では、窒化珪素の長軸(柱状ないし棒状)結晶を2次元
あるいは1次元に配向させることにより、或いはさら
に、結晶成長を制御することにより、従来以上の破壊靱
性値を得ることに成功したものである。長軸結晶の配向
の実現のため、長軸結晶を含む予焼結体(ないし1次焼
結体)を、所定高温下において一つの軸に関して圧縮変
形させると同時にこれと異った(特に直交する)軸に関
して一次元又は二次元に膨張変形(即ち熱間塑性変形)
させることにより、当該結晶を一次元又は二次元に配向
させることができることが明らかとなった。その結果、
例えば破壊靱性値が、無配向時の3MPam1/2からア
スペクト比4〜12に対応して約4MPam1/2〜約8
MPam1/2以上に達するものが得られる。
However, it is not known how to produce such a sintered body. Therefore, in the present invention, it is possible to obtain a higher fracture toughness value than before by orienting the long-axis (columnar or rod-shaped) crystal of silicon nitride two-dimensionally or one-dimensionally, or by controlling the crystal growth. It was done. In order to realize the orientation of the long-axis crystal, a pre-sintered body (or primary sintered body) containing the long-axis crystal is compressed and deformed with respect to one axis at a predetermined high temperature, and at the same time, is deformed differently (particularly orthogonal). Expansion) in one or two dimensions about the axis (ie hot plastic deformation)
By doing so, it became clear that the crystal can be oriented one-dimensionally or two-dimensionally. as a result,
For example, the fracture toughness value ranges from 3 MPam 1/2 in a non-oriented state to about 4 MPam 1/2 to about 8 corresponding to an aspect ratio of 4 to 12.
Those that reach MPam 1/2 or more are obtained.

【0038】本発明には、次の2つのメカニズムが作用
していると考えられる。即ち、 (1)長軸結晶の配向 (2)配向した長軸結晶の成長制御
It is considered that the following two mechanisms are acting on the present invention. (1) Orientation of long axis crystal (2) Growth control of oriented long axis crystal

【0039】(1)<配向による破壊靱性値増大のメカ
ニズム> 焼結過程で長軸結晶の生成する窒化珪素の高靱化の機構
としては、クラックの偏向が最も大きな要因である。そ
のためには、長軸結晶を制御することが不可欠である。
しかも、長軸結晶の配向制御、成長制御の双方が可能で
あれば窒化珪素の示す最大の破壊靱性値を得ることが可
能であると考えられる(なお、これは、他のセラミック
材料にも同様に妥当する)。一般に配向制御、成長制御
に関して以下に示す場合に最大のクラック偏向が生じ高
い破壊靱性値を示す。好ましくは、配向制御及び成長制
御の双方を実現することによって、最大の効果が得られ
る。双方の制御は段階的な基本工程(予焼結による長軸
晶生成、その後の熱間加圧塑性変形による結晶配向)を
基礎として、さらに後続のHIPを加えることにより、
双方の特性の飛躍的な改善をもたらすことは、驚くべき
ことである。
(1) <Mechanism of Increase in Fracture Toughness Due to Orientation> Crack deflection is the most important factor in increasing the toughness of silicon nitride, which forms long-axis crystals during the sintering process. For that purpose, it is essential to control the long axis crystal.
In addition, it is considered that if both the orientation control and the growth control of the long-axis crystal are possible, it is possible to obtain the maximum fracture toughness value exhibited by silicon nitride (this also applies to other ceramic materials). Valid). In general, when the orientation control and the growth control are described below, the maximum crack deflection occurs and a high fracture toughness value is exhibited. Preferably, the greatest effect is obtained by realizing both the orientation control and the growth control. Both controls are based on a gradual basic process (long axis crystal formation by pre-sintering, followed by crystal orientation by hot pressing plastic deformation), and by adding subsequent HIP,
It is surprising that it provides a dramatic improvement in both properties.

【0040】図3に示すように、焼結体内にクラックが
進展する場合 i)に示す3次元配向材に比べ ii)に
示す2次元配向材の方が明らかにそれと実質的に直交す
る方向に伝搬するクラックは、クラックが進展しにく
い。従って特定方向のクラックに対する高靱化には2次
元配向材の方が有利であると考えられる。
As shown in FIG. 3, when a crack develops in the sintered body, the two-dimensional alignment material shown in ii) is clearly in a direction substantially orthogonal to the three-dimensional alignment material shown in i). Propagating cracks are less likely to develop. Therefore, it is considered that the two-dimensionally oriented material is more advantageous for increasing the toughness against cracks in a specific direction.

【0041】(2)<長軸結晶の成長制御による破壊靱
性値増大のメカニズム> 図4に示す通り、2次元配向材のみを考えた場合でも
(i)の長軸結晶が短い場合に比べ(ii)の長軸結晶が
長い場合の方がクラックの偏向が大きく長軸結晶と交叉
する方向へのクラックが進展しにくい。又は太さに関し
ても太すぎず細すぎず最適な太さが存在するはずである
ことがわかる。従って最大のクラック偏向を示すには、
それに最適なアスペクト比が存在するはずである。本発
明はこの観点から、実験を行い、その有効性を確認した
ものである。
(2) <Mechanism of Increase in Fracture Toughness by Controlling Growth of Long-Axis Crystal> As shown in FIG. 4, even when only the two-dimensionally oriented material is considered, (i) compared to the case where the long-axis crystal is short ( ii) When the long-axis crystal is long, crack deflection is large, and the crack in the direction crossing the long-axis crystal is less likely to develop. Alternatively, it can be seen that the optimum thickness should exist without being too thick or too thin. Therefore, to show the maximum crack deflection,
There should be an optimal aspect ratio for it. From this viewpoint, the present invention has conducted experiments and confirmed its effectiveness.

【0042】以上(1)と(2)の2つのメカニズムの
相乗効果により使用目的に合った強度、靱性値を有する
窒化珪素の焼結体が得られる、目的に応じて、強度、靱
性値を夫々制御した焼結体を得ることができる。
The sintered body of silicon nitride having the strength and toughness suitable for the purpose of use can be obtained by the synergistic effect of the two mechanisms (1) and (2). It is possible to obtain controlled sintered bodies.

【0043】この観点に基づき焼結過程で長軸結晶を生
成する窒化珪素の破壊靱性値を向上させるのを目的と
し、長軸結晶の配向制御を行った。
Based on this viewpoint, the orientation of the long-axis crystal was controlled for the purpose of improving the fracture toughness of silicon nitride which forms the long-axis crystal during the sintering process.

【0044】従来の焼結方法では窒化珪素の長軸結晶
は、3次元的に無配向(ランダム状態)に生成し破壊靱
性値は3〜5程度であった。そこで本発明考案では破壊
靱性値の向上を目的とし、長軸結晶をガラス相と共に含
む窒化珪素の予焼結体を加圧塑性変形可能な温度下にホ
ットプレスで一軸方向に加圧圧縮変形すると同時にこれ
を直交する他の2軸方向には膨張変形させて長軸結晶を
2次元的に配向させた(以下「HP処理」と称する)。
それにより破壊靱性値を約8MPam1/2まで向上させ
ることができた。それにともない曲げ強度も従来800
MPa程度であったものが1200MPa程度まで向上
した。
In the conventional sintering method, long-axis crystals of silicon nitride are three-dimensionally non-oriented (in a random state) and have a fracture toughness of about 3 to 5. Therefore, in the present invention, with the aim of improving the fracture toughness value, a pre-sintered body of silicon nitride containing a long-axis crystal together with a glass phase is uniaxially press-compressed and deformed by hot pressing at a temperature at which pressurized plastic deformation is possible. At the same time, this was expanded and deformed in the other two axial directions orthogonal to each other to orient the long-axis crystal two-dimensionally (hereinafter referred to as “HP processing”).
As a result, the fracture toughness value could be improved to about 8 MPam 1/2 . The bending strength is 800
What was about MPa was improved to about 1200 MPa.

【0045】本発明において、「実質的に配向」とは、
長軸結晶の所定方向への配向によって、その効果が有意
に現れる状態をいう。さらに、配向した長軸結晶として
は、窒化珪素の場合、アスペクト比4以上から12以上
に亘り、好ましくは約6.5〜12(より好ましくは8
〜12)である。
In the present invention, “substantially oriented” refers to
A state in which the effect is significantly exhibited by the orientation of the long-axis crystal in a predetermined direction. Further, in the case of silicon nitride, the oriented long axis crystal ranges from an aspect ratio of 4 or more to 12 or more, preferably about 6.5 to 12 (more preferably 8 to 12).
To 12).

【0046】窒化珪素焼結体の場合、そのHP処理の温
度は基本的にその焼結温度範囲において行うをもって足
りる。HP処理の条件としては、温度1700〜180
0℃の範囲、圧力は100〜500kg/cm2、保持
時間は0.5〜3時間とすることが好ましい。圧力は1
00kg/cm2未満では配向に不十分であり、500
kg/cm2をこえると配向状態での結晶成長速度が却
って遅くなる傾向がある。
In the case of a silicon nitride sintered body, it is sufficient that the HP treatment is performed basically within the sintering temperature range. The conditions of the HP treatment are as follows:
It is preferable that the temperature is in the range of 0 ° C., the pressure is 100 to 500 kg / cm 2 , and the holding time is 0.5 to 3 hours. Pressure is 1
If it is less than 00 kg / cm 2 , the orientation is insufficient, and
If it exceeds kg / cm 2 , the crystal growth rate in the oriented state tends to be rather slow.

【0047】HP処理による配向に最適な条件は、本願
の実施例の条件下において温度約1750℃、圧力約3
30±50kg/cm2、保持時間約1〜2時間であ
る。
The optimum conditions for the orientation by the HP treatment are as follows: the temperature is about 1750 ° C., the pressure is about 3
30 ± 50 kg / cm 2 , holding time about 1-2 hours.

【0048】予焼結体の焼結前の状態(冷間プレス成形
体積ないし生又は乾燥成形体)からの焼成収縮率は窒化
珪素の場合、凡そ10〜20%(体積%)である。配向
のためのHP処理の際の非圧縮軸方向への膨張変形の量
は、少くともこの焼成収縮率に相当する量とすることが
好ましい。
The firing shrinkage of the pre-sintered body from the state before sintering (cold press molding volume or green or dry molded body) is about 10 to 20% (vol%) in the case of silicon nitride. It is preferable that the amount of expansion deformation in the non-compression axis direction during the HP treatment for orientation be at least an amount corresponding to the firing shrinkage ratio.

【0049】予焼結は、かくて十分な高温に達するま
で、かつ、配向に十分な程度に長軸晶が生成しかつ成長
するまで行う。そのような状態に達する前にホットプレ
ス等の外部加圧により圧縮作用を施すことは好ましくな
い。
The pre-sintering is carried out until a sufficiently high temperature is reached, and until long-axis crystals are generated and grown to a degree sufficient for orientation. It is not preferable to apply a compression action by external pressurization such as a hot press before reaching such a state.

【0050】なお、ホットプレスによる焼結法自体は知
られているが、その場合一般には焼結の開始する温度
(窒化珪素では約1500℃)からホットプレス加圧を
開始する。しかし、本発明においては、窒化珪素約17
00℃以上に達するまで十分に予焼結を行うことが自由
な長軸結晶成長のため好ましい。
The sintering method by hot pressing is known. In this case, hot pressing is generally started from the temperature at which sintering starts (about 1500 ° C. for silicon nitride). However, in the present invention, about 17% of silicon nitride is used.
It is preferable to sufficiently perform pre-sintering until the temperature reaches 00 ° C. or more for free long-axis crystal growth.

【0051】熱間加圧塑性変形による配向のためには、
長軸結晶(又はその核)が、予焼結体中に、配向可能な
状態で存在するものを用意する。そのため(1)予焼結
体の長軸結晶(又は核)のアスペクト比は1.5以上
(より好ましくは2〜3)とすることが好ましく、
(2)また塑性変形のためには、所定の流動可能な相
(一般にはガラス相ないし液相)が存在する必要があ
る。十分な配向可能性を確保するため、予焼結体は、ホ
ットプレス等の直接的な圧縮作用を被焼成物(成形体)
に施すことなく、自然の状態で焼結して結晶生成させる
ことが好ましい。
For orientation by hot press plastic deformation,
A long-axis crystal (or its nucleus) is prepared in the pre-sintered body so that it can be oriented. Therefore, (1) the aspect ratio of the long axis crystal (or nucleus) of the pre-sintered body is preferably 1.5 or more (more preferably 2-3),
(2) For plastic deformation, a predetermined flowable phase (generally, a glass phase or a liquid phase) must be present. In order to ensure sufficient orientation possibility, the pre-sintered body is subjected to a direct compression action such as hot pressing etc.
It is preferable to produce crystals by sintering in a natural state without subjecting the crystals to a natural state.

【0052】窒化珪素焼結体は、窒化珪素の外に、所定
の焼結助剤を含むことが好ましい。まずY23は、粒界
にガラス相次いで特定結晶相(Y2Si334)を生成
するためには、不可欠であろう。それ以上の焼結助剤と
しては、Al23、の外、La23、Nd23、CeO
2等の希土類酸化物の1種以上をY23と併用すること
が好ましい。
The silicon nitride sintered body preferably contains a predetermined sintering aid in addition to silicon nitride. First, Y 2 O 3 will be indispensable for forming a glass phase at the grain boundary and then a specific crystal phase (Y 2 Si 3 O 3 N 4 ). Further sintering aids include Al 2 O 3 , La 2 O 3 , Nd 2 O 3 , CeO
It is preferable to use one or more rare earth oxides such as 2 together with Y 2 O 3 .

【0053】窒化珪素:焼結助剤の比は=98:2〜9
0:10モル%の範囲とし、Y23は1モル%以上とす
ることが好ましい。焼結助剤(或いはさらに焼結時に窒
化珪素を構成する成分以外の成分)が10モル5を超え
ると、長軸晶となるべきβ−Si34の生成、成長が阻
害される傾向があるので注意を要しよう。
The ratio of silicon nitride: sintering aid = 98: 2-9
The content is preferably in the range of 0:10 mol%, and Y 2 O 3 is preferably 1 mol% or more. When the amount of the sintering aid (or the components other than the components constituting silicon nitride during sintering) exceeds 10 mol, the generation and growth of β-Si 3 N 4 to be a long-axis crystal tend to be inhibited. Be careful as there are.

【0054】このようなHP処理の結果、高強度・高靱
性を兼備するものとして、曲げ強さ約1100Pa以
上、かつ破壊靱性値KIC約6.7のMPam1/2の組合
せのものが得られた。図5は、後述の表1のサンプルN
o.1〜4の測定値を示す。
As a result of such an HP treatment, a combination of high strength and high toughness having a bending strength of about 1100 Pa or more and a fracture toughness value KIC of about 6.7 MPam 1/2 is obtained. Was. FIG. 5 shows sample N of Table 1 described below.
o. 1 to 4 show measured values.

【0055】特筆すべきことは、HP処理により、配向
と共に(ないし配向の後に)長軸晶(柱状晶)が成長
し、図5に示すような、ほぼリニアーな(ないしはわず
かに湾曲した)互いに交叉する2つの曲線によって強度
(曲げ強さ)及び破壊靱性が示されることである。アス
ペクト比をxとすると靱性yはy=2.8+0.54x
(MPam1/2)(式I)、強度y’はy’=1459−
52x(MPa)(式II)で表わされる。
It should be noted that the HP treatment causes long axis crystals (columnar crystals) to grow together with (or after) the orientation, and to be substantially linear (or slightly curved) as shown in FIG. The two intersecting curves indicate strength (flexural strength) and fracture toughness. Assuming that the aspect ratio is x, the toughness y is y = 2.8 + 0.54x
(MPam 1/2 ) (formula I), the strength y ′ is y ′ = 1445−
52x (MPa) (Formula II).

【0056】これらの式I,IIに従って、所定アスペクト
比に達するまでHP処理を行い、所望の強度及び靱性値
の焼結体を得ることができる。この事実は材料の設計、
製作上極めて、有用である。
According to these formulas I and II, HP treatment is performed until a predetermined aspect ratio is reached, and a sintered body having desired strength and toughness can be obtained. This fact depends on the material design,
Extremely useful in fabrication.

【0057】即ち、靱性値KICはアスペクト比4〜10
に対応して約5〜約8MPam1/2の曲線を示し、強度
は、同様のアスペクト比に対して約1250〜950M
Paの値を示している。
That is, the toughness value K IC has an aspect ratio of 4 to 10.
A curve of about 5 to about 8 MPam 1/2 , corresponding to an intensity of about 1250 to 950 M for a similar aspect ratio.
It shows the value of Pa.

【0058】これはHP処理による(即ち配向成長によ
る)効果であるが、本発明によれば、この長軸結晶の制
御された配向成長(その状態及びプロセス)が、後に述
べる通り、さらなる成長制御の基礎として極めて有用で
あることが明らかとなった。
This is an effect of the HP treatment (that is, by the oriented growth). According to the present invention, the controlled oriented growth of the long-axis crystal (its state and process) is further controlled by growth as described later. It was found to be extremely useful as a basis for

【0059】(2)<長軸結晶の成長制御> 窒化珪素を焼結する場合、一般に焼結助剤を混合するが
その助剤の種類によりHP焼結する際長軸(柱状)結晶
の成長度にかなりの差が生じる。本発明では焼結助剤と
して、La23−Y23系、Al23−Y23系、Nd
23−Y23系、CeO2−Y23系について試験した
結果、長軸結晶の成長度に差が生じ、最も大きな長軸結
晶が生成するNd23−Y23系の窒化珪素ではHP処
理により破壊靱性値が8MPam1/2に達することが判
明した。なお、窒化珪素の焼結助剤としては、Al
23,Y23を含めての希土類酸化物の外MgO,Ca
O等の公知のものを用いることができる。
(2) <Growth Control of Long-Axis Crystal> When sintering silicon nitride, a sintering aid is generally mixed, but depending on the type of the aid, growth of long-axis (columnar) crystal during HP sintering is performed. There are considerable differences between degrees. In the present invention, La 2 O 3 —Y 2 O 3 system, Al 2 O 3 —Y 2 O 3 system, Nd
2 O 3 -Y 2 O 3 system, results of testing for CeO 2 -Y 2 O 3 system, a difference occurs in the growth of the long axis crystal, Nd 2 generates the greatest long axis crystal O 3 -Y 2 O It has been found that the fracture toughness value of the 3 type silicon nitride reaches 8 MPam 1/2 by the HP treatment. In addition, as a sintering aid for silicon nitride, Al
Rare earth oxides including 2 O 3 and Y 2 O 3
A known material such as O can be used.

【0060】また予焼結体を一度HP処理した窒化珪素
(2次焼結体)に高温で高圧の等方圧をかける(HIP
処理する)ことにより長軸結晶がさらに成長し、温度、
圧力を変えることによりその成長度を制御することが可
能となるばかりでなく、HP処理の際に見られるような
アスペクト比の増大に併う強度の減少を阻止し、靱性の
みでなく逆に強度もさらに増大できることも判明した。
Further, a high pressure isotropic pressure is applied at a high temperature to the silicon nitride (secondary sintered body) obtained by subjecting the pre-sintered body to HP once (HIP
Treatment), the long-axis crystal grows further, and the temperature,
By changing the pressure, it is possible not only to control the degree of growth but also to prevent the strength from decreasing with the increase in the aspect ratio as seen in the HP treatment, and not only toughness but also strength It was also found that can be further increased.

【0061】(2−1)長軸結晶の成長制御(焼結助
剤、焼結条件の変化による成長制御)の具体例 ホットプレス処理に際して焼結助剤、焼結条件の違いに
より以下のように長軸(柱状)結晶に差が生じた。
(2-1) Specific example of growth control of long-axis crystal (growth control by changing sintering aid and sintering conditions) According to differences in sintering aid and sintering conditions during hot pressing, There was a difference in the long axis (columnar) crystal.

【0062】[0062]

【表1】 [Table 1]

【0063】以上より焼結助剤、HIP処理条件を変化
させることにより柱状結晶の成長制御(太さ及び長さ、
特にアスペクト比制御)が可能となることが判る。な
お、予焼結体を得るための予備焼結の条件もアスペクト
比に影響するが、予備焼結は、ガス圧焼結等によって達
成される適度な長軸結晶成長を含み、可及的高い焼結状
態が達成されることである。
As described above, the growth control of columnar crystals (thickness and length,
In particular, it can be understood that aspect ratio control becomes possible. The conditions of pre-sintering to obtain a pre-sintered body also affect the aspect ratio, but pre-sintering includes moderate long-axis crystal growth achieved by gas pressure sintering and the like, and is as high as possible. A sintering state is achieved.

【0064】なお、付言すると、予焼結体の原料に仮に
長軸(柱状)結晶の窒化珪素(β型)等を用いて成形し
焼結(ガス圧焼結等)を行った場合、密度が極めて低い
もの(従って嵩張ったもの)しか得られず、即ち十分な
焼結が進行せず、従って、密度、強度、破壊靱性値のい
ずれも、無定形(一般に丸味を帯びた粒子)に微粉化さ
れた出発粒子粉末を用いて成形、焼成したものにはるか
に及ばない。
It should be noted that, if the raw material of the pre-sintered body is molded and sintered (gas pressure sintering or the like) by using long axis (columnar) crystal silicon nitride (β type) or the like, Is very low (and therefore bulky), that is, sintering does not proceed sufficiently, and therefore all of the density, strength and fracture toughness values are amorphous (generally rounded particles). It is far inferior to those molded and fired using finely divided starting particle powder.

【0065】この事実は、窒化珪素については長軸結晶
(柱状或いは棒状結晶)は、上述の微粉出発粒子から焼
結工程中において(in−situにて)生成させて含
有せしめる以外に、有効な方法は現時点では見出されて
いない。
This fact indicates that long-axis crystals (columnar or rod-shaped crystals) are effective for silicon nitride in addition to being generated (in-situ) from the above-mentioned fine powder starting particles during the sintering process. No method has been found at this time.

【0066】予焼結体の焼結は、後段のHP処理(配向
処理)を行う同一のHP装置内で行うことが作業能率上
よいが、別の炉ないしHP装置で予焼結することも、必
要に応じ可能である。
The sintering of the pre-sintered body is preferably performed in the same HP apparatus for performing the HP processing (orientation processing) in the subsequent stage from the viewpoint of work efficiency, but it is also possible to perform pre-sintering in another furnace or HP apparatus. It is possible if needed.

【0067】(ロ) (2−2)<HIP処理による成長制御に基づく強度−
靱性値制御> 図5に矢印をもって示す曲線A,Bは、HIP処理によ
る効果を示し、夫々アスペクト比の増大に併って変化す
る靱性値、強度値の曲線(第1,第2)を表わす。曲線
A,BはHP処理後の状態(2次焼結体)の双方の値A
1B1(表1のサンプルNo.2)を出発点とし、1〜5
hrのHIP処理を1800℃×100kg/cm2
圧力下で施した場合の、靱性、強度の値の変化を示す。
このHIP処理の温度とほぼ同様な温度以上(好ましく
は、さらに10〜50℃高温で例えば1750〜185
0℃、好ましくは圧力は100〜300気圧)で、圧力
100〜300気圧において行うことができる。
(B) (2-2) <Strength based on growth control by HIP processing−
Toughness Value Control> Curves A and B indicated by arrows in FIG. 5 show the effects of the HIP processing, and represent curves (first and second) of the toughness value and the strength value, respectively, which change with an increase in the aspect ratio. . Curves A and B represent both values A of the state after the HP treatment (secondary sintered body).
Starting from 1B1 (Sample No. 2 in Table 1), 1-5
The figure shows changes in the values of toughness and strength when HIP treatment for 1 hour is performed at 1800 ° C. × 100 kg / cm 2 .
A temperature substantially equal to or higher than the temperature of this HIP treatment (preferably, at a higher temperature of 10 to 50 ° C, for example,
(At 0 ° C., preferably at a pressure of 100 to 300 atm) at a pressure of 100 to 300 atm.

【0068】全く驚くべきことに、配向後のHP処理の
継続により生ずる強度の低下傾向が中断され、両曲線共
増大を示すことである。HIP処理の継続により、靱性
値KICはアスペクト比の増大と共に一様に増大して、約
9.7MPam1/2の最大値に達する。一方強度は、ア
スペクト比の7〜9の増大に併って1300MPa超に
まで増大し、アスペクト比9〜10で頂部を描いた後、
やや下降するが約1240MPaをアスペクト比11以
上でも示す。
Quite surprisingly, the tendency of the strength to decrease due to the continuation of the HP treatment after orientation is interrupted and both curves show an increase. With the continuation of the HIP treatment, the toughness value K IC increases uniformly with increasing aspect ratio, reaching a maximum of about 9.7 MPam 1/2 . On the other hand, the strength increases to more than 1300 MPa with the increase of the aspect ratio of 7 to 9, and after drawing the top with the aspect ratio of 9 to 10,
Although it slightly decreases, about 1240 MPa is shown even when the aspect ratio is 11 or more.

【0069】このデータの示すものは、基礎としての2
次元配向されかつ所定アスペクト比にまで成長された長
軸(柱状)結晶が、HIP処理によりさらにアスペクト
比増大の方向へ制御して成長されることにより、従来極
めて困難であった高強度と高靱性値の兼備が極めて、管
理(制御)された仕方で達成されることである。
The data shows that 2
Long-axis (columnar) crystals that are dimensionally oriented and grown to a predetermined aspect ratio are grown by HIP processing while being controlled in the direction of increasing the aspect ratio, thereby achieving high strength and high toughness, which were conventionally extremely difficult. The combination of values is to be achieved in a very controlled (controlled) manner.

【0070】この知見は、今後の実用化のためにも、さ
らには、単に窒化珪素のみならず長軸結晶を生ずるセラ
ミック一般のための強度−靱性増大のモデルメカニズム
としても極めて重要なものであり、ブレークスルーと言
っても過言ではない。
This finding is extremely important not only for practical application in the future, but also as a model mechanism for increasing the strength-toughness not only for silicon nitride but also for ceramics generally producing long-axis crystals. It is no exaggeration to say that it is a breakthrough.

【0071】[0071]

【実施例】以下に、長軸結晶の配向制御(HP処理によ
る2次元配向制御)の実施例を示す。
EXAMPLES Examples of orientation control of long-axis crystals (two-dimensional orientation control by HP treatment) will be described below.

【0072】(1)予焼結体の準備 i)原料として、下記のものを用いた。 窒化珪素:宇部興産(株) E-10 (平均粒径0.25μm) (α型) ヘルマン・シー・スタルク LC12-S(平均粒径0.77μm) 電気化学(株) SN-P21B(平均粒径0.80μm), SN-P21C(平均粒径0.69μm), SN-P21C3(平均粒径0.52μm) 焼結助剤:(A):三菱化成(株) Y23(平均粒径0.8μm) (B):日産稀元素化学(株) La23(平均粒径0.5μm), Nd23(平均粒径7.3μm), CeO2(平均粒径6.8μm) (B):住友化学(株) Al23(平均粒径0.37μm) 溶 剤 :東亜合成(株) トリクロルエチレン (トリクレンR) (固形分に対し125wt%) 分 散 剤 :味の素(株) AL−M(有機系) (固形分に対し2wt%)(1) Preparation of pre-sintered body i) The following materials were used as raw materials. Silicon nitride: Ube Industries, Ltd. E-10 (average particle size 0.25 μm) (α type) Hermann C. Starck LC12-S (average particle size 0.77 μm) Electrochemical Co., Ltd. SN-P21B (average particle size) Diameter 0.80 μm), SN-P21C (average particle size 0.69 μm), SN-P21C3 (average particle size 0.52 μm) Sintering aid: (A): Y 2 O 3 (Mitsubishi Chemical Corporation) (average particle size) (B): Nissan Rare Element Chemical Co., Ltd. La 2 O 3 (average particle size 0.5 μm), Nd 2 O 3 (average particle size 7.3 μm), CeO 2 (average particle size 6. (B): Sumitomo Chemical Co., Ltd. Al 2 O 3 (average particle size: 0.37 μm) Solvent: Toagosei Co., Ltd. Trichlorethylene (trichlene R) (125 wt% based on solid content) Dispersant: Ajinomoto AL-M (organic) (2 wt% based on solid content)

【0073】ii)原料の調合割合 Si34:焼結助剤B:Y23=92:5:3モル% 焼結助剤Bとしては、La23、Al23、Nd23
CeO2のいずれか1種を用いた。
Ii) Mixing ratio of raw materials Si 3 N 4 : Sintering aid B: Y 2 O 3 = 92: 5: 3 mol% As sintering aid B, La 2 O 3 , Al 2 O 3 , Nd 2 O 3 ,
Any one of CeO 2 was used.

【0074】iii)坏土作成を以下の(a)〜(f)の
工程で行った。 (a)秤量 Si34+焼結助剤B+Y23 溶剤、分散剤、玉石(Si34) (b)湿式混合 16時間(ボールミル) (c)乾燥 オーブン100℃×18時間 (d)乾式粉砕 48時間(ボールミル) (e)篩分け(150μmメッシュスルー) (f)坏土
Iii) Clay was prepared in the following steps (a) to (f). (A) Weighing Si 3 N 4 + sintering aid B + Y 2 O 3 solvent, dispersant, cobblestone (Si 3 N 4 ) (b) Wet mixing 16 hours (ball mill) (c) Drying oven 100 ° C. × 18 hours ( d) Dry grinding 48 hours (ball mill) (e) Sieving (150 μm mesh through) (f) Clay

【0075】iv)予備焼結 内面に離型剤(BN)を塗布したカーボン型を備えたホ
ットプレス装置(内径280mm)に坏土を充填し圧力
330kg/cm2にて高さ12mmに冷間圧縮成形し
た。その後9kg/cm2のN2ガス圧下で加熱して13
℃/分の昇温速度で1750℃まで昇温し、1又は2時
間保持して予備焼結を行い、予焼結体(柱状β−窒化珪
素)を得た。予焼結体は、密度2.5g/cm3(対理
論密度比70%)、柱状晶のアスペクト比は平均3(2
〜5)のものであった。
Iv) Pre-sintering The clay is filled in a hot press device (inner diameter: 280 mm) equipped with a carbon mold coated with a release agent (BN) on the inner surface and cold to a height of 12 mm at a pressure of 330 kg / cm 2 . It was compression molded. Then, the mixture was heated under N 2 gas pressure of 9 kg / cm 2 to 13
The temperature was increased to 1750 ° C. at a rate of temperature increase of 1 ° C./min, and the temperature was maintained for 1 or 2 hours to perform preliminary sintering, thereby obtaining a pre-sintered body (columnar β-silicon nitride). The presintered body had a density of 2.5 g / cm 3 (70% of the theoretical density ratio), and the columnar crystal had an average aspect ratio of 3 (2
To 5).

【0076】この過程を図1の(1)〜(2a)に模式
的に示し、(2a)は予焼結体がホットプレス装置内で
焼結による自然収縮の状態にある(収縮率約20%)。
This process is schematically shown in FIGS. 1 (1) to (2a), wherein (2a) shows that the pre-sintered body is in a state of natural shrinkage due to sintering in a hot press apparatus (shrinkage ratio about 20). %).

【0077】(2)長軸結晶の配向制御(HP処理によ
る2次元配向制御) 予焼結体を次いでホットプレス処理し330kg/cm
2の圧力下で所定時間(1時間又は2時間)、N2ガス圧
常圧(1kg/cm2)雰囲気中に保持して、長軸(柱
状)結晶の配向を行いかつ配向状態で結晶成長を行っ
た。図1の(3),(3a)参照。(3a)にホットプ
レスの結果(2次焼結体)を示す。なお、図2に図1の
予焼結体(2a),2次焼結体(HP処理結果物)(3
a)の状態の結晶配向の状態を模式化して示す。
(2) Long-axis crystal orientation control (two-dimensional orientation control by HP treatment) The pre-sintered body was then hot-pressed to 330 kg / cm
Predetermined time under 2 pressure (1 hour or 2 hours), N 2 gas圧常pressure (1 kg / cm 2) and held in an atmosphere, carried out the orientation of the long axis (columnar) crystals and crystal growth in an aligned state Was done. See (3) and (3a) in FIG. (3a) shows the result of hot pressing (secondary sintered body). FIG. 2 shows the pre-sintered body (2a) and the secondary sintered body (HP-processed product) (3) in FIG.
The state of the crystal orientation in the state a) is schematically shown.

【0078】窒化珪素予焼結体をHP処理することによ
り長軸(柱状)結晶を2次元的に配向させることが可能
となり以下のように破壊靱性及び強度が大幅に向上し
た。ここにNo.1〜4は表1に示すサンプルに対応す
るものであり、No1a〜4aは夫々No.1〜4に対
応する無配向比較例であり、ガス圧焼結によってNo.
1〜4と同様な条件で(但しホットプレスを施すことな
くNo.1〜4のHP時間も含めて)同じ時間焼結して
得たものである。
By subjecting the silicon nitride pre-sintered body to the HP treatment, the long axis (columnar) crystal can be oriented two-dimensionally, and the fracture toughness and strength have been greatly improved as described below. Here, No. Nos. 1 to 4 correspond to the samples shown in Table 1, and Nos. 4 are non-oriented comparative examples corresponding to Nos. 1 to 4, and No. 1 was obtained by gas pressure sintering.
It was obtained by sintering under the same conditions as in Nos. 1 to 4 (including the HP times of Nos. 1 to 4 without performing hot pressing) for the same time.

【0079】[0079]

【表2】 [Table 2]

【0080】なお表2の強度及び靱性値は、夫々JIS
3点曲げ法及びシングルエッジV−ノッチビーム法(S
EVNB法)によって測定したものであり、No.1〜
4の異方性焼結体の測定値は、二次元配向方向と直交す
る方向(弱い方向)については約10%低い値を示し
た。なお、No.1〜4及び比較例No.1a〜4aの
密度は夫々3.3〜3.5、2.5〜2.7g/cm3
であった。
The strength and toughness values in Table 2 are based on JIS, respectively.
Three-point bending method and single edge V-notch beam method (S
EVNB method). 1 to
The measured value of the anisotropic sintered body of No. 4 showed a value about 10% lower in the direction (weak direction) orthogonal to the two-dimensional orientation direction. In addition, No. Nos. 1 to 4 and Comparative Example Nos. The densities of 1a to 4a are 3.3 to 3.5 and 2.5 to 2.7 g / cm 3, respectively.
Met.

【0081】(3)長軸(柱状)結晶の成長制御による
効果は表1及び図5に示す通りである。長軸(柱状)結
晶の長さ、太さ、アスペクト比とHP処理条件及び焼結
助剤の成分の関係を表1に示す。
(3) The effect of controlling the growth of the long axis (columnar) crystal is as shown in Table 1 and FIG. Table 1 shows the relationship among the length, thickness, aspect ratio, HP treatment conditions, and sintering aid components of the long axis (columnar) crystal.

【0082】(3−1)即ち、予焼結後のHP処理によ
り、アスペクト比の4から10への増大に伴って破壊靱
性値は増大するが、それにほぼ反比例する傾向にしたが
って強度が下降することが明らかとなった。しかし、こ
のアスペクト比は、本発明によって長軸結晶の成長の制
御が可能であることに留意すると、アスペクト比を好ま
しい範囲に選択することによって、高強度を維持しつつ
高い破壊靱性を達成することが可能となったことを示
す。即ち、アスペクト比6〜8において破壊靱性値約6
〜7MPam1/2、強度約1100MPa以上という優
れた組合せが達成される。本発明によれば、この上記長
軸結晶の配向制御と、アスペクト比の制御を組合せて同
時に達成することができる点に、極めて優れた利点が存
する。もちろん、高強度又は高靱性の一方を特に意図的
に得ることも可能である。
(3-1) That is, by the HP treatment after the pre-sintering, the fracture toughness value increases as the aspect ratio increases from 4 to 10, but the strength decreases according to a tendency almost inversely proportional thereto. It became clear. However, considering that this aspect ratio allows control of the growth of long-axis crystals by the present invention, it is possible to achieve high fracture toughness while maintaining high strength by selecting the aspect ratio in a preferable range. Indicates that is possible. That is, the fracture toughness value is about 6 at the aspect ratio of 6 to 8.
An excellent combination of 77 MPam 1/2 and a strength of about 1100 MPa or more is achieved. According to the present invention, there is an extremely excellent advantage in that the control of the orientation of the long-axis crystal and the control of the aspect ratio can be simultaneously achieved. Of course, it is also possible to obtain one of high strength or high toughness particularly intentionally.

【0083】(3)<配向後のHIP処理> さらに、かくアスペクト比を制御された2次焼結体(H
P処理体)に対しHIP処理を施すことによって、強度
の低下を招くことなく、強度、靱性双方のさらなる増大
が、2次焼結体を基礎として達成される。また、このよ
うにしてアスペクト比を制御することによって、強度、
靱性共に最高レベルのものが確実に得られる。
(3) <HIP Treatment After Orientation> Further, the secondary sintered body (H
By performing the HIP treatment on the (P-treated body), a further increase in both strength and toughness can be achieved on the basis of the secondary sintered body without lowering the strength. Also, by controlling the aspect ratio in this way, the strength,
The highest level of both toughness is ensured.

【0084】即ち図5に示す通り、2次焼結体のサンプ
ルNo.2(アスペクト比6.8)に1800℃×1〜
5時間、N2ガス雰囲気下にて圧力100kg/cm2
おいてHIP処理を施した結果、2次焼結体の強度はB
1点から曲線Bに沿って矢印の方向にアスペクト比の増
大に併って増大しアスペクト比9〜10の付近で130
0MPaを超えるピークを示した。これはホットプレス
処理の継続によるアスペクト比の増大の場合と対照的で
ある。さらに靱性も二次焼結体のA1点から矢印の方向
へ曲線Aに沿ってアスペクト比の増大と共にさらに増大
しアスペクト比11でピーク(9.7MPam1/2)を
示した。
That is, as shown in FIG. 2 (Aspect ratio 6.8) 1800 ° C x 1
The HIP treatment was performed at a pressure of 100 kg / cm 2 in an N 2 gas atmosphere for 5 hours. As a result, the strength of the secondary sintered body was B
It increases along with the increase of the aspect ratio in the direction of the arrow along the curve B from one point, and increases around the aspect ratio of 9 to 130.
It showed a peak exceeding 0 MPa. This is in contrast to the case where the aspect ratio is increased by continuing the hot pressing. Further, the toughness further increased along the curve A from the point A 1 of the secondary sintered body in the direction of the arrow along with the increase of the aspect ratio, and showed a peak (9.7 MPam 1/2 ) at the aspect ratio of 11.

【0085】即ち二次元配向状態での一定の長軸(柱
状)結晶のホットプレス下での成長に、さらにHIP処
理による等方的圧力下での結晶成長を組合せることによ
り、アスペクト比を理論的に予測される最高靱性をもた
らす値(12)近くまで増大させ、その結果、強度劣化
を併うことなくむしろ強度のさらなる増大を併って、最
高靱性値を達成した。
That is, by combining the growth of a fixed long-axis (columnar) crystal in a two-dimensionally oriented state under hot pressing with the crystal growth under isotropic pressure by HIP treatment, the aspect ratio can be theoretically determined. The maximum toughness value was increased to near the value (12) that resulted in the highest expected toughness, thereby achieving the highest toughness value with a further increase in strength rather than with strength degradation.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明の1次元ないし2次元配向処理
(いわゆるHP処理)により、予焼結体中に含有される
長軸結晶が所定の方向に配向されかつ所定アスペクト比
に制御される。その結果、破壊靱性値又は強度のいずれ
か又は双方が容易に改善される。(請求項1)
According to the one-dimensional or two-dimensional orientation treatment (so-called HP treatment) of the present invention, the long-axis crystals contained in the presintered body are oriented in a predetermined direction and controlled to a predetermined aspect ratio. As a result, either or both of the fracture toughness value and the strength are easily improved. (Claim 1)

【0087】さらに本発明の長軸結晶の成長制御(アス
ペクト比制御も可能)によって、大幅な破壊靱性値、強
度の一方の低下を招くことなく、双方の増大を図ること
が定量的に可能となった。その結果、所望の強度と破壊
靱性値を備えた長軸結晶基焼結体を得ることができる。
(請求項1)
Further, by controlling the growth of the long-axis crystal of the present invention (the aspect ratio can also be controlled), it is possible to quantitatively increase both the fracture toughness and the strength without incurring a significant decrease in either one. became. As a result, a long-axis crystal-based sintered body having desired strength and fracture toughness can be obtained.
(Claim 1)

【0088】各従属請求項2〜の特徴に従い、夫々具
体的かつ規定された仕方によって目的とする高強度、高
靱性のセラミック焼結体がえられる。特に2次焼結体
(HP処理結果物)にさらにHIPを施すことにより、
強度の低下を招くことなくアスペクト比の増大(長軸結
晶成長)を達成でき、かつてない超高靱性かつ超高強度
のセラミック焼結体がえられる。(請求項8)
According to the features of the respective dependent claims 2 to 8 , the intended high-strength and high-toughness ceramic sintered body can be obtained in a specific and prescribed manner. In particular, by further applying HIP to the secondary sintered body (result of HP processing),
The aspect ratio can be increased (long-axis crystal growth) without lowering the strength, and an unprecedented ultrahigh toughness and ultrahigh strength ceramic sintered body can be obtained. (Claim 8)

【0089】本発明の具体的実施に際しては、結晶の配
向及び成長制御を組み合わせることにより、従来困難視
されていた、高強度、高靱性を兼ね備えたセラミック焼
結体が得られ、先端技術の開発のためのセラミック材料
の飛躍的発展の途を招いたものであり、今後これを基礎
にさらに各方向への発展が期待される。
In concrete implementation of the present invention, by combining crystal orientation and growth control, a ceramic sintered body having both high strength and high toughness, which has been regarded as difficult in the past, can be obtained. This has led to a dramatic progress in the development of ceramic materials, and further development in various directions is expected based on this.

【0090】特に窒化珪素を例として、実施例を示した
が、本発明は同様に長軸結晶を焼結過程で生成可能なセ
ラミック材料及びその複合材料にも当然適用される。
Although the embodiments have been described by taking silicon nitride as an example, the present invention can be naturally applied to a ceramic material capable of forming a long-axis crystal in a sintering process and a composite material thereof.

【0091】実施例では、ウィスカ等の繊維の分散強化
は、行っていないが、本発明により、さらにこれらの繊
維強化を付加した複合材料にも、同様に本発明は適用で
きること、また粒子分散等の複合化による強度作用をも
さらに付加できることは論をまたない。
In the examples, the fibers such as whiskers were not dispersed and strengthened, but the present invention can be similarly applied to a composite material to which these fiber reinforcements are added according to the present invention. It is no wonder that the strength action by the compounding of can be further added.

【0092】本発明では、柱状(棒状を含む)の結晶を
実施例として述べたが、長軸結晶の一態様として針状の
もの、或いは長い板状のものも当然含まれ、配向及びア
スペクト比の制御が可能である。
In the present invention, a columnar (including a rod-shaped) crystal has been described as an embodiment, but a needle-shaped crystal or a long plate-shaped crystal is naturally included as one mode of the long-axis crystal, and the orientation and aspect ratio are naturally included. Can be controlled.

【0093】耐熱性を具備し長軸(柱状)結晶を生成
し、成長が制御可能であるという点で窒化珪素は、本発
明を具体化するに最適の材料である。特に粉末出発粒子
が粒状(窒化珪素の場合α−Si34)又は窒化珪素を
焼結過程で生成する出発成分粒子であって、予焼結中に
長軸(柱状)結晶が生成することは、本発明において好
都合であり、同様なセラミック材料に本発明は適用でき
る。
Silicon nitride is an optimal material for embodying the present invention in that it has heat resistance, produces long-axis (columnar) crystals, and is capable of controlling growth. In particular, the powder starting particles are granular (α-Si 3 N 4 in the case of silicon nitride) or starting component particles that generate silicon nitride in the sintering process, and long-axis (columnar) crystals are generated during pre-sintering. Is advantageous in the present invention, and the present invention is applicable to similar ceramic materials.

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

【図1】本発明の製造方法の一実施例を工程を追って示
す模式断面図、
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a manufacturing method of the present invention step by step.

【図2】図1の(2a)及び(3a)の状態における焼
結体の長軸(柱状)結晶の配向状態を示す模式図、
FIG. 2 is a schematic diagram showing an orientation state of a major axis (columnar) crystal of a sintered body in the states (2a) and (3a) of FIG. 1;

【図3】クラックの進展の際の長軸(柱状)結晶による
偏向と配向の関係を示す模式図、
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between deflection and orientation by a long axis (columnar) crystal during crack propagation,

【図4】配向された長軸(柱状)結晶の短長、太細に対
するクラック偏向の状態を示す模式図、
FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of crack deflection with respect to the short- and long-thickness of an oriented long-axis (columnar) crystal;

【図5】アスペクト比と強度、破壊靱性値の関係をHP
処理及びHP処理+HIP処理について示すグラフ、を
夫々示す。
FIG. 5 shows the relationship between the aspect ratio, strength, and fracture toughness HP.
3 shows graphs showing processing and HP processing + HIP processing, respectively.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 次男 愛知県瀬戸市進陶町5番地 (72)発明者 加藤 芳基 愛知県名古屋市瑞穂区牛巻町3番18号牛 巻団地5棟701号室 (72)発明者 伊藤 承央 愛知県岡崎市久後崎町中道15−3 (72)発明者 岩田 美佐男 愛知県名古屋市天白区天白町1丁目601 番地平針西住宅2棟206号室 (72)発明者 佐藤 清 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 鈴木 直 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 礒田 武志 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東燃株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平3−8771(JP,A) 特開 昭63−159259(JP,A) 特開 平2−311376(JP,A) 特開 昭63−101519(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/64 C04B 35/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor, Tsuguo Ito 5 Shintocho-cho, Seto City, Aichi Prefecture (72) Inventor Yoshiki Kato 3-18, Ushinomaki-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture 5 beef winding complex 701 Room No. 72 (72) Inventor Seio Ito 15-3 Nakamichi, Kugozaki-cho, Okazaki-shi, Aichi Prefecture (72) Inventor Misao Iwata 1-601, Tenpaku-cho, Tenpaku-ku, Nagoya-shi, Aichi No.2, No. 206, No. 2 Person Kiyoshi Sato 1-3-1, Nishitsurugaoka, Oi-machi, Iruma-gun, Saitama Prefecture In-house Research Institute of Tonen Co., Ltd. (72) Inventor Nao Suzuki 1-3-1, Nishitsurugaoka, Oi-machi, Iruma-gun, Saitama Prefecture 1-1 of Tonen Research Laboratory (72) Inventor Takeshi Isoda 1-3-1 Nishitsurugaoka, Oi-machi, Iruma-gun, Saitama Prefecture Tonen Co., Ltd. (56) References JP-A-3-8771 (JP, A) JP-A-63-63 159259 (JP, A) JP-A-2-311376 (JP, A) JP-A-63-101519 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/64 C04B 35 / 00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】長軸結晶ないし長軸結晶核を含むセラミッ
ク予焼結体を、その加圧塑性変形可能な温度範囲におい
て、該長軸結晶を配向させるに十分な量一つの軸方向に
加圧圧縮して圧縮軸方向に圧縮変形させると同時に圧縮
軸と異った方向に膨張変形させる結晶配向工程を含むこ
とを特徴とする実質的に配向された長軸結晶を有するセ
ラミック焼結体の製造方法。
1. A ceramic presintered body containing a long-axis crystal or a long-axis crystal nucleus is applied in one axial direction in an amount sufficient to orient the long-axis crystal within a temperature range in which the plastic deformation is possible under pressure. A ceramic sintered body having a substantially oriented long-axis crystal, which comprises a crystal orientation step of compressing and compressing and deforming in the direction of the compression axis, and simultaneously expanding and deforming in a direction different from the compression axis. Production method.
【請求項2】前記配向工程に引続き又はそれと同時に配
向された状態で長軸結晶を制御下に成長させる結晶成長
工程をさらに含む請求項1に記載の製造方法。
2. The method according to claim 1, further comprising a crystal growth step of controlling and growing a long-axis crystal in an oriented state following or simultaneously with the orientation step.
【請求項3】前記膨張変形の量は、前記予焼結体の未焼
成成形体からの焼成収縮量に少くとも相当する量である
請求項1〜の一に記載の製造方法。
The amount of wherein the expansion deformation process according to one of claims 1-2 which is an amount corresponding at least to the sintering shrinkage of the green compact of the prebaked sintered body.
【請求項4】前記膨張変形は、前記加圧圧縮軸と直交す
る一次元方向に実質上行われる請求項1〜の一に記載
の製造方法。
Wherein said expansion deformation process according to one of claims 1 to 3, which substantially takes place in the one-dimensional direction perpendicular to the pressing axis of compression.
【請求項5】前記膨張変形は、前記加圧圧縮軸と直交す
る2次元方向に実質上行われる請求項1〜の一に記載
の製造方法。
Wherein said expansion deformation process according to one of claims 1 to 3, which substantially takes place in a two-dimensional direction perpendicular to the pressing axis of compression.
【請求項6】前記予焼結体を実質的に圧縮的加圧を施す
ことなく焼結する予焼結工程をさらに含み、焼成収縮し
た状態の前記予焼結体をホットプレス装置に遊隙をもっ
て装填して前記長軸結晶の実質的配向に十分な圧力下に
ホットプレス加圧し、配向された状態の長軸結晶を所定
アスペクト比に達するまで成長させるに十分な時間ホッ
トプレス加圧を継続することを特徴とする請求項1〜
の一に記載の製造方法。
6. A pre-sintering step of sintering said pre-sintered body without substantially applying compressive pressure, wherein said pre-sintered body in a fired and shrunk state is inserted into a hot press apparatus with a play space. And hot-pressing under a pressure sufficient for substantial orientation of the long-axis crystals, and continuing hot-pressing for a time sufficient to grow the oriented long-axis crystals until reaching a predetermined aspect ratio. claim 1-5, characterized in that
The production method according to one of the above.
【請求項7】前記配向された長軸結晶を有するセラミッ
ク焼結体即ち2次焼結体をさらにHIP処理により所定
アスペクト比に達するまで結晶成長させる工程を含む請
求項1〜の一に記載の製造方法。
7. claimed in one of claims 1 to 6 comprising the step of crystal growth to reach a predetermined aspect ratio by further HIP treatment the sintered ceramic That secondary sintered body having an oriented major axis crystals Manufacturing method.
【請求項8】前記長軸結晶は柱状ないし針状結晶又は長
軸を有する板状結晶である請求項1〜の一に記載の製
造方法。
8. A process according to one of claims 1 to 7 which is a plate-like crystals the major axis crystal having a columnar or needle-like crystal or long axis.
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