JP3412378B2 - Ceramic composite materials - Google Patents

Ceramic composite materials

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JP3412378B2
JP3412378B2 JP02340196A JP2340196A JP3412378B2 JP 3412378 B2 JP3412378 B2 JP 3412378B2 JP 02340196 A JP02340196 A JP 02340196A JP 2340196 A JP2340196 A JP 2340196A JP 3412378 B2 JP3412378 B2 JP 3412378B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は室温から高温までの
広い範囲にわたって機械的強度が大きく、かつ、耐クリ
ープ特性が良好であり、高温に暴露される構造材料や機
能材料として好適に使用することのできるセラミックス
複合材料に関する。 【0002】 【従来の技術】高温下で用いられるセラミックス材料と
してSiCあるいはSi34が期待され、その実用化の
研究がなされているが、これらの材料は高温特性が充分
ではなく、実用化する上で問題となっている。その代替
材料としてSEP社の化学気相含浸法によるSiC/S
iC複合材料が脚光を浴び、現在では世界最高の高温材
料と考えられており、その研究開発が進められている
が、その使用温度範囲は1,400℃以下とされてい
る。 【0003】セラミックスの製造方法としては、現在で
は粉末焼結法が主流であり、粉体の微細化、高純度化等
の粉末特性の向上と、よく制御された焼結条件での製造
により、室温強度3.0GPaの高強度ZrO2 セラミ
ックスの製造ができるまでになっている。さらに、粉末
焼結法により異種セラミックス粒子をナノ分散させた複
合材料の製造が可能になり、強度、靱性、熱特性などの
改善が試みられている。しかしながら、粉末焼結法で得
られる焼結体は多結晶体であり、コロニー、ボイド、粒
界相等が存在するため、充分な高温強度が得られないと
いう問題があった。 【0004】一方、Journal of the American Ceramics
Society 76巻1号 29〜32ページ(1993年)に
は、Al23−Y3Al512共晶で示されるアルミナと
イットリア・アルミナ・ガーネット(以下において「Y
AG」ということがある)とからなる複合体が開示され
ている。さらに、この文献には、上記複合体の製法とし
て、Al23とY23との混合粉末を溶融し、ついで、
坩堝内で一方向に溶解凝固する方法が開示されている。 【0005】上記文献29ページ右欄9〜10行の記載
及び同ページ図1及び図2から、上記複合体は多結晶か
らなり、粒界相を有していることがわかる。このこと
は、例えば、上記文献30ページ左欄 最終行〜同右欄
1行の「破壊は通常Al23−YAG界面に沿って走る
亀裂を有するコロニー境界に沿っており」との記載から
も裏付けられる。そして、このコロニー境界が、上記文
献30ページの図2中において他の部分に比較して組織
が大きくなっている部分で示される。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】前記文献に開示されて
いる複合材料は、例えば図4に示されるように、歪み速
度を一定にした場合の応力は1,530℃及び1,65
0℃でサファイア繊維のそれとほぼ同程度である。さら
に、本発明者の実験によると、上記文献に記載の複合体
は、複合体内部に気泡あるいはボイドを含有しており、
高温において機械的強度が急激に低下することが認めら
れた。よって本発明者は、上記のような従来技術の問題
点を鑑みて、室温から高温にわたって優れた機械的強度
及びクリープ特性を有し、特に高温におけるこれらの特
性が飛躍的に改善されたセラミックス材料を得るべく鋭
意研究を重ねてきた。その結果、特開平7−14959
7号、同7−187893号及び特願平6−24079
2号に開示したα−Al23相とYAG相からなる複合
材料で、それらの相が単結晶/単結晶、単結晶/多結
晶、多結晶/多結晶で構成される従来に全くない新規な
セラミックス複合材料を見い出した。 【0007】本発明の目的は、前記に示したα−Al2
3相とYAG相からなる複合材料で、それらの相が単
結晶/単結晶、単結晶/多結晶及び多結晶/多結晶で構
成されるセラミックス複合材料に引き続き、請求項1に
示すとおり、単純酸化物と単純酸化物、単純酸化物と複
合酸化物、または、複合酸化物と複合酸化物の単結晶/
単結晶からなり、室温から高温にわたって優れた機械的
強度及びクリープ特性を有し、特に高温におけるこれら
の特性が飛躍的に改善されたセラミックス複合材料を提
供することにある。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、請
求項1に示す単純酸化物と単純酸化物、単純酸化物と複
合酸化物、または、複合酸化物と複合酸化物の単結晶/
単結晶から構成されている凝固体からなるセラミックス
複合材料によって達成される。 【0009】請求項1に示した金属の酸化物としては、
例えば、以下のようなものがあげられる。 Al、SiO、TiO、Y、NiO 【0010】また、請求項1に示した2種以上の金属の
酸化物の組み合わせで生成される複合酸化物には、例え
ば、以下のようなものがあげられる。 3Al・2SiO(Mullite)、Al
・TiO、3Y・5Al、2Y
・Al 【0011】以下に本発明のセラミックス複合材料を詳
細に説明する。本発明において「単結晶」とは、X線回
折において、特定の結晶面からの回折ピークのみが観察
される状態の結晶構造を意味する。また、本発明のセラ
ミックス複合材料は、前記した公知文献の図1及び図2
に見られるような、コロニー、粒界相あるいは粗大粒子
は観察されず、均一な組織、即ち単結晶/単結晶から構
成されている。 【0012】本発明のセラミックス複合材料は、単結晶
の酸化物と単結晶の酸化物とが微細なレベルで均質に、
しかも連続的に繋がった海島構造を形成している。例え
ば、実施例の表1に記載した、Al23とSiO2の組
合せの場合、単結晶α−Al23が海を単結晶3Al2
3・2SiO2が島をそれぞれ形成している。 海島の
大きさは凝固条件を変更することによって制御が可能で
あるが、一般には10〜50μmである。 【0013】Al23と3Al23・2SiO2とは、
Al23:32 mol%、SiO2:68mol%で共晶を形成
するが、本発明のセラミックス複合材料においては、原
料粉末のAl23及びSiO2粉末の配合割合を変える
ことにより、単結晶α−Al23約20〜80容積%、
単結晶3Al23・2SiO2 約80〜20容積%の範
囲内でその分率を変化させることができる。 【0014】本発明のセラミックス複合材料は、例えば
以下の方法によって調整することができる。最初にα−
Al23粉末及びSiO2 粉末を、所望する成分比率の
セラミックス複合材料を生成する割合で混合して、混合
粉末を調整する。混合方法については特別の制限はな
く、乾式混合法及び湿式混合法のいずれも採用すること
ができる。湿式混合法を用いる際の媒体としては、メタ
ノール、エタノールのようなアルコールが一般に使用さ
れる。ついで、この混合粉末を公知の溶解炉、例えば、
アーク溶解炉を用いて、両原料が溶解する温度、例え
ば、Al23とSiO2 の場合、1,950〜2,10
0℃に加熱して溶解する。 【0015】引き続き、上記の溶解物をそのまま坩堝に
仕込み一方向に凝固させるか、あるいは、上記の溶解物
を一旦凝固させた後に粉砕し、粉砕物を坩堝に仕込み、
ついで溶解させて一方向に凝固させることにより、本発
明のセラミックス複合材料を製造する。別の方法とし
て、上記の溶解物を所定温度に保持した坩堝に鋳込み、
冷却速度を制御しながら凝固体を得る方法も採用するこ
とができる。 【0016】溶解凝固の際の雰囲気圧力は、通常4*1
Pa(300Torr)以下、好ましくは0.13P
(10−3Torr)以下である。また、一方向に凝固
させるときの坩堝の移動速度、換言するとセラミックス
複合材料の成長速度は通常50mm/時間以下、好まし
くは1〜40mm/時間である。雰囲気圧力及び移動速
度以外の調整条件はそれ自体公知の方法の条件と同じで
ある。 【0017】溶解凝固の際の雰囲気圧力あるいは坩堝の
移動速度が条件範囲外になると、多結晶が生成したり、
気泡またはボイドが生成しやすくなって、機械的強度及
びクリープ特性の優れた複合材料を得ることが困難にな
る。 【0018】一方向凝固させる装置としては、垂直方向
に設置された円筒状の容器内に坩堝が上下方向に移動可
能に収納されており、円筒状容器の中央部外側に加熱用
の誘導コイルが取り付けられており、容器内空間を減圧
にするための真空ポンプが設置されている、それ自体公
知の装置を使用することができる。 【0019】一方、本発明においては、セラミックス複
合材料を構成する酸化物以外の酸化物を添加して、複合
材料を構成する相のうち少なくとも一方に固溶又は析出
させる、あるいは、相の界面に存在させることにより、
機械的性質や熱的性質を変化させることもできる。この
ような複合材料についても、上述した方法及び条件下で
製造することができる。 【0020】添加する異種酸化物としては、例えば、以
下のようなものがあげられる。 Al、SiO、TiO、Y、NiO 【0021】製造方法としては、最初に例えば、原料の
酸化物粉末を所望する成分比率のセラミックス複合材料
を生成する割合で混合して、その混合粉末に異種酸化物
粉末を所定量添加して混合粉末を調整する。引き続き、
得られた混合粉末をチャンバー内に設置された坩堝に仕
込み一方向に凝固させて、本発明のセラミックス複合材
料を製造する。この複合材料においては、固溶させたい
酸化物の添加量を変えることにより、固溶量を変化させ
所望する機械的特性や熱的特性等を発現させることがで
きる。添加量については、0.001〜10wt%の範
囲内で変化させることができ、添加した全てが固溶せず
に結晶界面に析出することもある。なお、固溶させる方
法としては、最初に一方向凝固法で製造したセラミック
ス複合材料を異種酸化物粉末中に埋め、熱処理する方法
も採ることができる。 【0022】 【発明の効果】本発明のセラミックス複合材料は、高温
における耐熱性、耐久性、高温強度、熱安定性など飛躍
的に改善されたものであり、1,200℃を越える高温
においても優れた特性を発揮するため、ジェットエンジ
ンや発電用ガスタービンのタービンブレード等の部材、
各種高温材料の高温特性測定用の治具等として有用性が
高いものである。その他、Al23をはじめとする酸化
物系セラミックスが具体的に用いられている用途、例え
ば、高温用熱交換器、核融合炉用材料、原子炉用材料、
耐磨耗部材、耐腐食性部材などその他幅広い分野で有用
性が高いものである。また、このセラミックス複合材料
を繊維状あるいは粉末状にすれば、例えば、ジェットエ
ンジンや発電用ガスタービンのタービンブレードに用い
られているNi基超合金やCo基超合金、あるいは各種
セラミックスの分散強化材としても好適に使用できる。
さらに、得られた粉末を金属材料等の表面にプラズマ溶
射法等の方法でコーテイングする形態で凝固させれば、
耐酸化性、耐摩耗性の向上も期待できる。 【0023】繊維状のセラミックス複合材料を製造する
方法としては、予め一方向凝固法で製造した凝固体を直
径1mm程度に線材化し、同一組成の加熱溶融させたプ
ールに浸漬、引き上げて繊維状の結晶を成長させてゆく
方法を採ることができる。あるいは、加熱溶融させたメ
ルトプールに毛細管現象を起こす狭いガイドを置いて引
き上げるEdge−defined Film−fed
Growth(EFG法)や、予め焼結法により作製
したロッドをCO2 レーザー等で照射、帯溶融し、一方
向凝固させてゆく方法(Laser heated f
loat zone method;LHFZ法)も採
ることができる。また、粉末状のセラミックス複合材料
を製造する方法としては、加熱溶融した試料を坩堝底に
設けた微細孔から緩やかな温度勾配をつけた炉中に液滴
を落下させ、凝固させる方法を採ることができる。ま
た、表面にコーテイングする方法としては、プラズマ溶
射する方法や、加熱溶融させたメルトプール中に被コー
テイング物質を浸漬したまま一方向凝固させ、メルトを
保持していた坩堝を後加工で取り除く方法を採ることが
できる。 【0024】 【実施例】以下に実施例及び比較例を示す。 実施例1 原料粉末α−Al23とSiO2を表1に示す混合割合
で、エタノール溶媒を用いて湿式ボールミルによって混
合し、得られたスラリーからロータリエバポレータを用
いてエタノールを除去した。得られた混合粉末をチャン
バー内に設置されたモリブデン坩堝に仕込み、1.33
Pa(10−2Torr)の雰囲気圧力に維持して、高
周波コイルを用いて坩堝を1,950〜2,100℃に
加熱して、混合粉末を溶解した。次に、同一の雰囲気圧
力下において坩堝を5mm/時間の速度で降下し一方向
凝固させ、セラミックス複合材料を得た。このようにし
て得られたα−Al23と3Al23 SiO2からなる
複合材料の凝固方向に垂直な断面組織の光学顕微鏡写真
を図1に示す。図1において、白い部分が3Al23
iO2相で、色の濃い部分がα−Al23相である。こ
の複合材料は、コロニーあるいは粒界相を有しておら
ず、さらに気泡またはボイドが存在しない均一な海島構
造をとっていることが判った。また、この複合材料の凝
固方向に垂直な面のX線回折の結果、α−Al23と3
Al23 SiO2のそれぞれ特定の面からの回折ピーク
のみが観察され、上記複合材料がα−Al23単結晶と
3Al23SiO2単結晶の二つの相から構成されてい
ることが判った。この複合材料の高温における機械的強
度を測定したところ、アルゴン中1850℃において、
3点曲げ強度が400MPaであった。また、この複合
材料を1700℃の大気中に50時間保持した後の重量
増は、0.003g/cm3であった。以下、同様にし
て表1に示す原料粉末を調製して一方向凝固した複合材
料の構成相とX線回折による結晶構造評価を表1に示
す。これらの複合材料は、コロニーあるいは粒界相を有
しておらず、さらに気泡またはボイドが存在しない均一
な海島構造をとっていることが判った。 【0025】 【表1】 【0026】比較例1 チャンバー内の圧力を常圧にした以外は実施例1を繰り
返して、セラミックス複合材料を調製した。このように
して得られたα−Al23と3Al23 2SiO2から
なる複合材料の凝固方向に垂直な断面組織の光学顕微鏡
写真を図2に示す。この複合材料は、コロニーあるいは
粒界相、並びに気泡を有していることが判った。また、
この複合材料の凝固方向に垂直な面のX線回折の結果、
α−Al23と3Al23 2SiO2の複数の面からの
回折ピークが観察され、上記複合材料は多結晶から構成
されていることが判った。以下、同様にして表2に示す
原料粉末を調製して一方向凝固した複合材料の相構成と
X線回折による結晶構造評価を表2に示す。これらの複
合材料は、コロニー及び粒界相、さらに気泡を有してい
ることが判った。 【0027】 【表2】【0028】 【0029】本発明のセラミックス複合材料は、高温に
おける耐熱性、耐久性、クリープ特性も良好なことが判
った。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure which has high mechanical strength over a wide range from room temperature to high temperature, has good creep resistance, and is exposed to high temperature. The present invention relates to a ceramic composite material that can be suitably used as a material or a functional material. 2. Description of the Related Art SiC or Si 3 N 4 is expected as a ceramic material used at high temperatures, and researches on its practical use have been made. However, these materials have insufficient high-temperature characteristics and are not suitable for practical use. Is a problem in doing so. As an alternative material, SiC / S by chemical vapor impregnation method of SEP
The iC composite material has been in the spotlight and is now considered to be the world's highest temperature material, and its research and development is proceeding, but its working temperature range is set to 1,400 ° C. or less. At present, powder sintering is the main method for producing ceramics. The powder sintering method has been improved by improving powder characteristics such as finer powder and higher purity, and by manufacturing under well-controlled sintering conditions. The production of high strength ZrO 2 ceramics with a room temperature strength of 3.0 GPa is now possible. Furthermore, it has become possible to produce a composite material in which different types of ceramic particles are nano-dispersed by a powder sintering method, and attempts have been made to improve strength, toughness, thermal characteristics, and the like. However, the sintered body obtained by the powder sintering method is a polycrystalline body, and has a problem that sufficient high-temperature strength cannot be obtained because of the presence of colonies, voids, grain boundary phases, and the like. On the other hand, Journal of the American Ceramics
The Society 76 Volume 1 No. 29-32 pages (1993), Al 2 O 3 -Y 3 Al 5 O 12 Co alumina and yttria-alumina garnet represented by crystallization (hereinafter "Y
AG "). Further, in this document, as a method for producing the composite, a mixed powder of Al 2 O 3 and Y 2 O 3 is melted,
A method of unidirectionally melting and solidifying in a crucible is disclosed. [0005] From the description on page 29, right column, lines 9 to 10 of the document and FIGS. 1 and 2 on the same page, it can be seen that the composite is composed of polycrystal and has a grain boundary phase. This can, for example, from the description "fracture is along the colony boundaries with crack running along the usual Al 2 O 3-YAG interface" of the document 30 page left column, last line - the right column, line 1 Supported. Then, this colony boundary is indicated by a portion where the tissue is larger than other portions in FIG. [0006] As shown in FIG. 4, for example, the composite material disclosed in the above-mentioned document has a stress of 1,530 ° C. and 1,65 ° C. when the strain rate is constant.
At 0 ° C., it is almost the same as that of the sapphire fiber. Furthermore, according to the experiment of the present inventor, the composite described in the above document contains bubbles or voids inside the composite,
It was observed that the mechanical strength sharply decreased at high temperatures. Therefore, in view of the above problems of the prior art, the present inventor has a ceramic material having excellent mechanical strength and creep properties from room temperature to high temperature, and these properties are significantly improved especially at high temperature. We have been conducting diligent research to obtain. As a result, JP-A-7-14959
No. 7, No. 7-187893 and Japanese Patent Application No. 6-24079.
No. 2 discloses a composite material comprising an α-Al 2 O 3 phase and a YAG phase, wherein the phases are composed of a single crystal / single crystal, a single crystal / polycrystal, and a polycrystal / polycrystal. A new ceramic composite has been found. An object of the present invention is to provide the above-mentioned α-Al 2
A ceramic composite material comprising an O 3 phase and a YAG phase, wherein the phases are composed of a single crystal / single crystal, a single crystal / polycrystal and a polycrystal / polycrystal. Single crystal of simple oxide and simple oxide, simple oxide and complex oxide, or complex oxide and complex oxide /
An object of the present invention is to provide a ceramic composite material which is made of a single crystal and has excellent mechanical strength and creep characteristics from room temperature to high temperature, and in particular, these characteristics are significantly improved at high temperature. [0008] The object of the present invention is to provide a simple oxide and a simple oxide, a simple oxide and a complex oxide, or a complex oxide and a complex oxide according to the first aspect of the present invention. Single crystal /
This is achieved by a ceramic composite material comprising a solidified body composed of a single crystal. [0009] The oxide of the metal according to claim 1 includes:
For example, the following are mentioned. Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 , NiO The composite oxide formed by the combination of the oxides of two or more metals described in claim 1 includes, for example, The following are mentioned. 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ( Mullite), Al 2
O 3 · TiO 2, 3Y 2 O 3 · 5Al 2 O 3, 2Y 2 O
3. Al 2 O 3 Hereinafter, the ceramic composite material of the present invention will be described in detail. In the present invention, “single crystal” means a crystal structure in which only a diffraction peak from a specific crystal plane is observed in X-ray diffraction. In addition, the ceramic composite material of the present invention can be obtained by the method described in FIGS.
No colonies, grain boundary phases or coarse particles as observed in Example 1 were observed, and the sample was composed of a uniform structure, that is, a single crystal / single crystal. In the ceramic composite material of the present invention, a single crystal oxide and a single crystal oxide are homogeneously formed at a fine level.
Moreover, it forms a continuously connected sea-island structure. For example, in the case of a combination of Al 2 O 3 and SiO 2 described in Table 1 of the embodiment, the single crystal α-Al 2 O 3 is a single crystal 3Al 2
O 3 · 2SiO 2 are respectively formed the island. The size of the sea-island can be controlled by changing the coagulation conditions, but is generally 10 to 50 μm. Al 2 O 3 and 3Al 2 O 3 .2SiO 2 are:
A eutectic is formed with Al 2 O 3 : 32 mol% and SiO 2 : 68 mol%. In the ceramic composite material of the present invention, by changing the mixing ratio of the raw material powders Al 2 O 3 and SiO 2 powder, About 20 to 80% by volume of single crystal α-Al 2 O 3 ,
It is possible to change its fraction in the range of single crystal 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 about 80 to 20 volume%. The ceramic composite material of the present invention can be prepared, for example, by the following method. First α-
The mixed powder is prepared by mixing the Al 2 O 3 powder and the SiO 2 powder at a ratio that produces a ceramic composite material having a desired component ratio. There is no particular limitation on the mixing method, and any of a dry mixing method and a wet mixing method can be employed. As a medium when using the wet mixing method, an alcohol such as methanol or ethanol is generally used. Next, the mixed powder is melted in a known melting furnace, for example,
Using an arc melting furnace, a temperature at which both raw materials are melted, for example, in the case of Al 2 O 3 and SiO 2 , 1,950 to 2,10
Heat to 0 ° C. to dissolve. Subsequently, the above-mentioned melted material is directly charged into a crucible and solidified in one direction, or the above-mentioned melted material is once solidified and then pulverized, and the pulverized material is charged into a crucible.
Then, the ceramic composite material of the present invention is produced by melting and solidifying in one direction. As another method, the melt is cast into a crucible held at a predetermined temperature,
A method of obtaining a solidified body while controlling the cooling rate can also be adopted. Atmospheric pressure during melting and solidification is usually 4 * 1
0 4 Pa (300Torr) or lower, preferably 0.13P
a (10 −3 Torr) or less. The moving speed of the crucible when solidifying in one direction, in other words, the growth speed of the ceramic composite material is usually 50 mm / hour or less, preferably 1 to 40 mm / hour. The adjustment conditions other than the atmospheric pressure and the moving speed are the same as those of the method known per se. If the atmospheric pressure or the moving speed of the crucible during the melting and solidification is out of the range, polycrystals may be formed,
Air bubbles or voids are easily generated, and it becomes difficult to obtain a composite material having excellent mechanical strength and creep characteristics. As an apparatus for one-way solidification, a crucible is housed in a vertically disposed cylindrical container so as to be movable in the vertical direction, and an induction coil for heating is provided outside the center of the cylindrical container. It is possible to use a device which is attached and has a vacuum pump for reducing the pressure in the container, which is known per se. On the other hand, in the present invention, an oxide other than the oxide constituting the ceramic composite material is added to form a solid solution or precipitate in at least one of the phases constituting the composite material, or By making it exist,
Mechanical and thermal properties can also be varied. Such a composite material can also be manufactured under the method and conditions described above. Examples of the heterogeneous oxide to be added include the following. Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 , NiO As a production method, first, for example, a raw material oxide powder is mixed at a ratio that produces a ceramic composite material having a desired component ratio. Then, a predetermined amount of the different oxide powder is added to the mixed powder to prepare the mixed powder. Continued
The obtained mixed powder is charged into a crucible placed in a chamber and solidified in one direction to produce a ceramic composite material of the present invention. In the composite material, by changing the amount of the oxide to be dissolved, the amount of the solid solution can be changed to exhibit desired mechanical properties, thermal properties, and the like. The amount of addition can be changed within the range of 0.001 to 10% by weight, and all of the addition may precipitate at the crystal interface without forming a solid solution. In addition, as a method for forming a solid solution, a method in which a ceramic composite material first produced by a unidirectional solidification method is buried in a different kind of oxide powder and heat-treated may be employed. The ceramic composite material of the present invention has dramatically improved heat resistance, durability, high-temperature strength and thermal stability at high temperatures, and can be used at high temperatures exceeding 1,200 ° C. In order to exhibit excellent properties, members such as turbine blades of jet engines and gas turbines for power generation,
It is highly useful as a jig for measuring high-temperature characteristics of various high-temperature materials. In addition, applications in which oxide-based ceramics such as Al 2 O 3 are specifically used, for example, heat exchangers for high temperatures, materials for nuclear fusion reactors, materials for nuclear reactors,
It is highly useful in a wide range of other fields such as wear-resistant members and corrosion-resistant members. Further, if the ceramic composite material is made into a fibrous or powdery form, for example, a Ni-based superalloy or a Co-based superalloy used in a turbine blade of a jet engine or a gas turbine for power generation, or a dispersion strengthening material of various ceramics is used. Can also be suitably used.
Furthermore, if the obtained powder is solidified on a surface of a metal material or the like by a coating method such as a plasma spraying method,
Improvements in oxidation resistance and wear resistance can also be expected. As a method of producing a fibrous ceramic composite material, a solidified body produced in advance by a unidirectional solidification method is formed into a wire rod having a diameter of about 1 mm, immersed in a heated and molten pool having the same composition, pulled up, and pulled up. A method of growing crystals can be employed. Alternatively, an edge-defined film-fed is pulled up by placing a narrow guide causing a capillary phenomenon in the melt pool heated and melted.
A method of irradiating a rod produced by a Growth (EFG method) or a sintering method with a CO 2 laser or the like, melting the band, and solidifying it unidirectionally (Laser-heated f)
Lone zone method (LHFZ method) can also be adopted. In addition, as a method for producing a powdery ceramic composite material, a method in which a sample that has been heated and melted is dropped from a fine hole provided at the bottom of the crucible into a furnace with a gentle temperature gradient and solidified is adopted. Can be. Further, as a method of coating on the surface, a method of plasma spraying, a method of unidirectional solidification while immersing the material to be coated in a melt pool heated and melted, and a method of removing the crucible holding the melt by post-processing. Can be taken. EXAMPLES Examples and comparative examples are shown below. Example 1 Raw material powders α-Al 2 O 3 and SiO 2 were mixed in a mixing ratio shown in Table 1 by a wet ball mill using an ethanol solvent, and ethanol was removed from the obtained slurry using a rotary evaporator. The obtained mixed powder was charged into a molybdenum crucible installed in a chamber, and 1.33
The crucible was heated to 1,950 to 2,100 ° C. using a high-frequency coil while maintaining the atmospheric pressure of Pa (10 −2 Torr) to dissolve the mixed powder. Next, under the same atmospheric pressure, the crucible was lowered at a speed of 5 mm / hour and solidified in one direction to obtain a ceramic composite material. FIG. 1 shows an optical micrograph of a cross-sectional structure perpendicular to the solidification direction of the composite material including α-Al 2 O 3 and 3Al 2 O 3 SiO 2 thus obtained. In FIG. 1, the white part is 3Al 2 O 3 S
In the iO 2 phase, the darker part is the α-Al 2 O 3 phase. This composite material was found to have no colony or grain boundary phase and to have a uniform sea-island structure free of bubbles or voids. Further, as a result of X-ray diffraction of a plane perpendicular to the solidification direction of the composite material, α-Al 2 O 3 and 3
Only diffraction peaks from specific surfaces of Al 2 O 3 SiO 2 were observed, and the composite material was composed of two phases of α-Al 2 O 3 single crystal and 3Al 2 O 3 SiO 2 single crystal It turns out. When the mechanical strength of this composite material at high temperature was measured,
The three-point bending strength was 400 MPa. The weight increase of this composite material after being kept in the air at 1700 ° C. for 50 hours was 0.003 g / cm 3 . In the following, Table 1 shows the constituent phases of the composite material obtained by preparing the raw material powders shown in Table 1 in the same manner and unidirectionally solidifying, and the crystal structure evaluation by X-ray diffraction. It was found that these composite materials had no colony or grain boundary phase, and had a uniform sea-island structure without bubbles or voids. [Table 1] Comparative Example 1 A ceramic composite material was prepared by repeating Example 1 except that the pressure in the chamber was changed to normal pressure. The 2 optical micrograph of a cross section perpendicular tissue to solidification direction of the resulting alpha-Al 2 O 3 and 3Al 2 O 3 composite material consisting 2SiO 2 in the. This composite material was found to have a colony or grain boundary phase and bubbles. Also,
As a result of X-ray diffraction of a plane perpendicular to the solidification direction of the composite material,
diffraction peaks from a plurality of surfaces of α-Al 2 O 3 and 3Al 2 O 3 2SiO 2 were observed, the composite material was found to be composed of polycrystalline. Hereinafter, Table 2 shows the phase constitution of the composite material which was prepared in the same manner as the raw material powder shown in Table 2 and was unidirectionally solidified, and the crystal structure evaluation by X-ray diffraction. These composites were found to have colony and grain boundary phases, and even air bubbles. [Table 2] It has been found that the ceramic composite material of the present invention has good heat resistance, durability and creep characteristics at high temperatures.

【図面の簡単な説明】 【図1】図1は実施例1で得られた複合材料の結晶構造
を示す図面に代える光学顕微鏡写真である。 【図2】図2は比較例1で得られた複合材料の結晶構造
を示す図面に代える光学顕微鏡写真である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an optical microscope photograph instead of a drawing showing the crystal structure of the composite material obtained in Example 1. FIG. 2 is an optical microscope photograph instead of a drawing showing the crystal structure of the composite material obtained in Comparative Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 和敏 山口県宇部市大字小串1978番地の5 宇 部興産株式会社 宇部研究所内 (72)発明者 神徳 泰彦 山口県宇部市大字小串1978番地の5 宇 部興産株式会社 宇部研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−201683(JP,A) 特開 平2−204322(JP,A) 特開 平2−153803(JP,A) 特開 平6−136353(JP,A) 特開 平7−149597(JP,A) 特開 平7−172829(JP,A) 特開 平7−187893(JP,A) 特開 平8−12422(JP,A) 特開 平8−81257(JP,A) 特開 平8−319198(JP,A) 特開 平9−278521(JP,A) 越後谷 淳一 ほか,一方向凝固した MgO−ZrO2共晶の微視的組織,日 本金属学会誌,1984年 4月20日,Vo l.48,No.4,pp.430−434 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 C04B 35/10 CA(STN) JICSTファイル(JOIS) EUROPAT(QUESTEL)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazutoshi Shimizu 5-1978 Kogushi, Oji, Ube City, Yamaguchi Prefecture Ube Industries, Ltd. Inside Ube Research Laboratories (72) Inventor Yasuhiko Shintoku Yasuhiko 1978 Address, Kogushi 5 Oji, Ube City, Yamaguchi Prefecture Ube Industries, Ltd. Ube Laboratory (56) References JP-A-61-201683 (JP, A) JP-A-2-204322 (JP, A) JP-A-2-153803 (JP, A) JP-A-6 JP-A-136353 (JP, A) JP-A-7-149597 (JP, A) JP-A-7-172829 (JP, A) JP-A-7-187893 (JP, A) JP-A-8-12422 (JP, A) JP-A-8-81257 (JP, A) JP-A-8-319198 (JP, A) JP-A-9-278521 (JP, A) Junichi Echigoya et al. Organization, Journal of the Japan Institute of Metals, 198 4 years April 20, Vol. 48, No. 4, pp. 430-434 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 C04B 35/10 CA (STN) JICST file (JOIS) EUROPAT (QUESTEL)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 Al、Si、Ti、Y、Niから選ばれ
る金属から生成する単純酸化物と、Al、Si、Ti、
Y、Niから選ばれる2種以上の金属から生成する複合
酸化物とからなる群から選ばれる2種以上の酸化物の単
結晶から構成されている凝固体であることを特徴とする
セラミックス複合材料(但し、構成相が、Al
Al12(YAG)である場合を除く。)。
(57) [Claims 1] Selected from Al, Si, Ti, Y, Ni
A simple oxide formed from a metal , Al, Si, Ti,
A composite material comprising a single crystal of two or more oxides selected from the group consisting of a composite oxide formed from two or more metals selected from Y and Ni. (However, except that the constituent phases are Al 2 O 3 and Y 3 Al 5 O 12 (YAG).)
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