JP3607945B2 - 高強度ホウ化ジルコニウム−炭化ケイ素複合体の反応合成 - Google Patents

高強度ホウ化ジルコニウム−炭化ケイ素複合体の反応合成 Download PDF

Info

Publication number
JP3607945B2
JP3607945B2 JP2001045952A JP2001045952A JP3607945B2 JP 3607945 B2 JP3607945 B2 JP 3607945B2 JP 2001045952 A JP2001045952 A JP 2001045952A JP 2001045952 A JP2001045952 A JP 2001045952A JP 3607945 B2 JP3607945 B2 JP 3607945B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zrb
sic
composite material
powder
strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2001045952A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2002249378A (ja
Inventor
達樹 大司
国軍 張
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2001045952A priority Critical patent/JP3607945B2/ja
Publication of JP2002249378A publication Critical patent/JP2002249378A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3607945B2 publication Critical patent/JP3607945B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度ホウ化ジルコニウム−炭化ケイ素複合体の反応合成に関するものであり、更に詳しくは、Zr、SiとB Cの化学反応を利用して、微細なSiCがZrB のマトリックスに分散した、緻密で均質な組織を有し、その場反応により、優れた強度、耐腐食性、かつ耐摩耗性を有する新規なZrB −SiC複合材料を反応合成する方法に関するものであり、特に、耐熱材料、耐腐食材料あるいは耐摩耗材料等として多くの用途に使用できる材料を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、金属ホウ化物を含有するセラミックスは、高融点であり、硬度、強度等に優れるとともに、溶融金属に対する一定の耐食性も備えるところから、例えば、切削工具、高温構造部材等に適用することが種々検討されている。更に、金属ホウ化物を含有するセラミックスは、その性質を改善すれば、使用範囲が一層広がるものと期待される。
【0003】
従来、上記金属ホウ化物を含有するセラミックスとして、二ホウ化ジルコニウム(以下ZrB と記載する)を採用したセラミックスが公知であり、例えば、特開昭61−72687号、特開昭61−21980号、特開平5−319936号、等の各公報に開示されるようなSiC、B C、TiC等の炭化物を副成分として含有するZrB系セラミックスや、あるいは特開昭61−48484号、特開昭61−63573号、等の各公報に開示されるようなTiN、BN等の窒化物を副成分として含有するZrB 系セラミックスがある。
【0004】
しかるに、元来、ZrB 複合材料は、既に合成したZrB とSiCの粉末を機械的方法で混合して、ホットプレスなどで製造されている。しかしながら、微粒のZrB 粉末は、製造が困難であり、価格が高いと言う欠点がある。また、上記特開昭61−72687号、特開昭61−21980号公報に開示されたような炭化物を含有するZrB系セラミックスは、高硬度、高強度の特性を有するものの、例えば、金属鋳造用部材のような恒常的に苛酷な条件下で使用される部材に適用しようとする場合には、耐食性、耐熱衝撃性等が不充分であるという問題がある。
【0005】
また、BNを含有する材料では、耐食性や耐熱衝撃性が向上するが、硬度や強度の不足が認められ、不適当である。更に、ZrB 、SiC、B C、BN等の非酸化物は、自己拡散係数が非常に小さく、難焼結性であるために、例えば、高温でホットプレス法により焼結させたとしても、緻密な焼結体を得ることが難しく、強度、耐熱衝撃性、耐食性等が劣るものとなり、金属鋳造用部材としてはもとより、高温構造材料としてもふさわしくないという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記問題を解消するとともに、優れた強度、耐腐食性、かつ耐磨耗性を有する新しいZrB−SiC複合材料を製造する新しい技術を開発することを目標として鋭意研究を行い、Zr、SiとBCの化学反応を利用したその場反応により、上記ZrB −SiC複合材料を反応合成できるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、その場反応により、非常に微細なSiC粒子を微細なZrB のマトリックスに分散し、且つ緻密で均質な組織を有する強度、耐食性、耐熱衝撃性等に優れたZrB −SiC複合材料を製造し、提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
即ち、本発明は、微細なSiC粒子がZrB2 のマトリックスに分散した、緻密で均質な組織を有する高強度ZrB2 −SiC複合材料を製造する方法であって、Zr、SiとB4 Cの化学反応を利用して、Zr粉末、Si粉末、B 4 C粉末から、それらの混合粉末を成形、焼結して緻密化することによりZrB 2 −SiC複合材料を製造することを特徴とするZrB2 −SiC複合材料の製造方法、である。
また、本発明は、上記のZr、SiとB4 Cの化学反応を利用すると同時に、反応に基づく化学量論組成の反応物添加量を、Zr63〜72%、Si9〜12%とB4 C18〜26%の範囲で変化させることを特徴とする上記ZrB 2 −SiC複合材料の製造方法、また、上記のZr、SiとB4 Cの化学反応を利用すると同時に、ZrB2 あるいはSiCの粉末を別に添加することにより、相組成を任意に調整することを特徴とする上記ZrB2 −SiC複合材料の製造方法、更に、上記方法において、焼結を1700℃から2100℃までのホットプレスで行うことを特徴とする上記ZrB2 −SiC複合材料の製造方法、を好ましい実施の態様としている。
【0008】
本発明について、更に詳細に説明すると、本発明では、次の化学反応;
2Zr + Si + B C = 2ZrB + 3SiC
に基づいて、ZrB とSiCの粒子から成るZrB −SiC複合材料を製造する。
上記化学反応における原料配合は、Zr63〜72%、Si9〜12%とBC18〜26%の範囲で変化させることができる。
計算した相組成は、ZrB 74.85vol%、 SiC 25.15vol%、である。機械的特性の優れた複合材料を得るには、以上の反応に基づく化学量論組成の近くに反応物の添加量を調整することが好ましい。上記化学反応により、微細なSiC粒子が微細なZrB のマトリックスに分散した、緻密で均質な組織を有する高強度ZrB −SiC複合材料を作製することができる。
【0009】
また、上記反応物に、SiC粉末あるいはZrB 粉末を別に添加することにより、任意な相組成を有するZrB −SiCコンポジットを製造することができる。更に、この場合、その場反応で合成された微細、且つ焼結に活性的なSiCとZrB は、直接添加したSiC粉末あるいはZrB 粉末の焼結及び緻密化を著しく促進する作用がある。それにより、緻密で均質な組織を有し、優れた強度を有する焼結体を作製することが可能となる。
【0010】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例
本実施例では、Zr、SiとB Cの化学反応を利用し(表1のA1〜A4)、また、ZrBあるいはSiC粉末を別に添加し(表1のA5〜A6)、ZrB −SiC複合体を反応合成した。
Zr粉末(粒径43ミクロン)、Si粉末(粒径10ミクロン)、B C(平均粒径1ミクロン)を下記の表1に示す原料組成の割合で配合した原料粉末とし、この混合物を1950℃、1時間でホットプレスした。その結果、気孔のない、緻密な材料が得られた。その機械的特性を測定した結果、例えば、3点曲げ強度623MPa 、破壊靭性値4.5MPam1/2 の値を得た。この実施例を表1のA3に示す。また、その他の実施例を表1のA1〜A2、A4〜A6に示す。
【0011】
比較例
比較例として、表1にT1、T2とT3を示す。ZrB (平均粒径5ミクロン)とSiC(平均粒径0.63ミクロン)の混合粉末のホットプレス焼結体は、3点曲げ強度350MPaであり(T1)、実施例と比較して著しく低い。
【0012】
【表1】
Figure 0003607945
【0013】
上記の表1から明らかなように、本発明の実施例で作製した焼結体は、比較例の焼結体よりも、緻密、高密度で均質な組織を有し、且つ高い曲げ強度及び破壊靱性を有する高強度のものであることがわかった。本発明において、その原料配合は、前述の範囲で適宜変化させることが可能であり、ここで示した実施例の配合に限定されるものではない。
【0014】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明は、微細なSiC粒子がZrB のマトリックスに分散した、緻密で均質な組織を有する高強度ZrB −SiC複合材料を製造する方法であって、Zr、SiとB Cの化学反応を利用して、それらの混合粉末を成形、焼結して緻密化することを特徴とするZrB −SiC複合材料の製造方法に係るものであり、本発明により、1)緻密で均質な組織を有し、優れた強度を有する高強度ZrB −SiC複合材料を簡単なプロセス及び低コストで製造することができる、2)機械特性、耐食性、耐熱衝撃性等に優れたZrB −SiC複合材料を簡単なプロセッシングのその場反応で製造し、提供することができる、3)本発明の焼結体は、低価格で製造することができ、緻密で均質な組織を有し、強度特性に優れ、鋼鉄とガラス工業用部材、対磨耗材、高温構造部材として有用である、4)また、機械加工性が良好であり、複雑な形状の部品に容易に加工し得るものである、という格別の効果が奏される。

Claims (4)

  1. 微細なSiC粒子がZrB2 のマトリックスに分散した、緻密で均質な組織を有する高強度ZrB2 −SiC複合材料を製造する方法であって、Zr、SiとB4 Cの化学反応を利用して、Zr粉末、Si粉末、B 4 C粉末から、それらの混合粉末を成形、焼結して緻密化することによりZrB 2 −SiC複合材料を製造することを特徴とするZrB2 −SiC複合材料の製造方法。
  2. 上記Zr、SiとB 4 Cの化学反応を利用すると同時に、反応に基づく化学量論組成の反応物添加量を、Zr63〜72%、Si9〜12%とB4 C18〜26%の範囲で変化させることを特徴とする請求項1に記載のZrB2 −SiC複合材料の製造方法。
  3. 上記Zr、SiとB4 Cの化学反応を利用すると同時に、ZrB 2 あるいはSiCの粉末を別に添加することにより、相組成を任意に調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のZrB2 −SiC複合材料の製造方法。
  4. 焼結を1700℃から2100℃までのホットプレスで行うことを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載のZrB2 −SiC複合材料の製造方法。
JP2001045952A 2001-02-22 2001-02-22 高強度ホウ化ジルコニウム−炭化ケイ素複合体の反応合成 Expired - Lifetime JP3607945B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001045952A JP3607945B2 (ja) 2001-02-22 2001-02-22 高強度ホウ化ジルコニウム−炭化ケイ素複合体の反応合成

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001045952A JP3607945B2 (ja) 2001-02-22 2001-02-22 高強度ホウ化ジルコニウム−炭化ケイ素複合体の反応合成

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002249378A JP2002249378A (ja) 2002-09-06
JP3607945B2 true JP3607945B2 (ja) 2005-01-05

Family

ID=18907657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001045952A Expired - Lifetime JP3607945B2 (ja) 2001-02-22 2001-02-22 高強度ホウ化ジルコニウム−炭化ケイ素複合体の反応合成

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3607945B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101127608B1 (ko) * 2009-08-12 2012-03-23 한국기계연구원 지르코늄실리사이드들을 전구체로 하는 나노크기를 갖는 ZrB2-SiC 조성물 및 그 제조방법
KR101130305B1 (ko) * 2009-08-12 2012-03-23 한국기계연구원 ZrB2-SiC 조성물 및 그 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100588637C (zh) * 2007-03-16 2010-02-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 二硼化锆基复相陶瓷的原位反应制备方法
KR101160140B1 (ko) 2009-12-30 2012-06-27 한국세라믹기술원 지르코늄디보라이드-실리콘카바이드 복합소재의 제조방법
CN101844925B (zh) * 2010-05-21 2012-05-23 李艳 流延法制备多层ZrB2-SiC复相超高温陶瓷板材料的工艺
KR101144866B1 (ko) 2010-09-16 2012-05-14 한국기계연구원 지르코늄실리사이드군을 전구체로 하는 ZrB2-SiC 가압소결 복합재료및 그 제조방법
CN105622102B (zh) * 2015-12-18 2018-01-09 中国科学院上海硅酸盐研究所 类碳化硼相‑碳化硅或类碳化硼相‑碳化硅‑碳化硼复相陶瓷材料及其制备方法
CN110153591A (zh) * 2019-05-29 2019-08-23 安徽工程大学 一种用于钎焊陶瓷和合金的非晶复合钎料

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101127608B1 (ko) * 2009-08-12 2012-03-23 한국기계연구원 지르코늄실리사이드들을 전구체로 하는 나노크기를 갖는 ZrB2-SiC 조성물 및 그 제조방법
KR101130305B1 (ko) * 2009-08-12 2012-03-23 한국기계연구원 ZrB2-SiC 조성물 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002249378A (ja) 2002-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5924751B2 (ja) 焼結成形体
Haggerty et al. Reaction‐Based Processing Methods for Ceramics and Composites
JP2642675B2 (ja) 自己支持体の製造方法
JP3607945B2 (ja) 高強度ホウ化ジルコニウム−炭化ケイ素複合体の反応合成
JP3607939B2 (ja) 炭化ケイ素−窒化ホウ素複合材料の反応合成
KR0127871B1 (ko) 질화규소기 소결체 및 그 제조방법
JP2005281084A (ja) 焼結体およびその製造方法
EP0170889A2 (en) ZrB2 Composite sintered material
JP7261949B2 (ja) WC-Si3N4系複合セラミックス及びその製造方法
JPH069264A (ja) WC―Al2O3系複合焼結体
JP3932349B2 (ja) 非酸化物系窒化ホウ素複合材料の反応合成
JP3051603B2 (ja) チタン化合物焼結体
JPH07172919A (ja) チタン化合物焼結体
JP2006169015A (ja) 窒化ホウ素分散複合セラミックス及びその製造方法
JP2742620B2 (ja) 硼化物―酸化アルミニウム質焼結体およびその製造方法
JPH0710747B2 (ja) ホウ化物―酸化ジルコニウム―炭窒化物系セラミックス材料
JPH03290355A (ja) Al↓2O↓3―WC系高強度・高靭性焼結体
JP2794122B2 (ja) 繊維強化セラミックス
JP2004224662A (ja) アルミナ−窒化ホウ素複合体の反応合成
JP2840696B2 (ja) アルミナ質繊維強化セラミックスの製造方法
JP3543105B2 (ja) 易加工性高温用複合材料およびその製造方法
JPH07115927B2 (ja) SiC基セラミツクスとその製造方法
JPH07223866A (ja) 窒化珪素基複合セラミックス及びその製造方法
JP2759290B2 (ja) 酸化アルミニウム質焼結体の製法
JPH01167277A (ja) セラミツクスの製法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040525

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040716

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040914

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3607945

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term