JP4381760B2 - 可撓性セラミックス製品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
し、マイクロクラックを持ったセラミックスでは変位量が多少増え、これは靱性が向上したとかヤング率が低下したという事実として説明される。しかし、マイクロクラックによる変位量(撓む程度)は、目に見えるほどではない。
合が多くなる。そして、クラックもその名が示すようにマイクロメーターの大きさである。本発明者らは、熱膨張係数の差によりセラミックス中の結晶粒界にマイクロクラックが発生する条件について、既に報告している(非特許文献1)。
熱膨張性セラミックスであり、もう一方の成分はそれよりも5×10-6/℃以上大きい熱膨
張係数を有する高熱膨張性セラミックスであり、かつどちらか一方の成分は平均粒径100
μm〜500μmの粒子であり、他方の成分は平均粒径10μm以下であるセラミックス粒子
を混合し、成形・焼成したセラミックスであって、粒界に粒子同士の熱膨張係数の差によって発生した3次元的に連続した開放気孔としてのクラックを5〜20容積%持つことを特
徴とする可撓性セラミックス製品、である。
また、本発明は、(2)高熱膨張性セラミックスは、熱膨張係数が20×10-6/℃以上のものであることを特徴とする上記(1)の可撓性セラミックス製品、である。
の小さい粒子を予め焼結させたものであることを特徴とする上記(1)又は(2)の可撓性セラミックス製品、である。
ーパズルの様に噛み合って3次元の粒界隙間を有しているため、応力緩和機構として働き、変形可能であるが、本発明は、通常のセラミックスの製造工程を用いて、人工的にコンニャク石と同等以上の十分な可撓性を有し、塑性変形するセラミックスを提供することができた。
の平均粒子径が前記の範囲を外れるとクラックを十分に発生し難くなる。
径の小さい方がおおよそ10μm以下であれば、クラックは発生し、粒径の大きい方が100
μm以上の粒径の場合、成分の一つとして低熱膨張セラミックスを用いれば、もう一方の成分にはジルコニア、アルミナなどの一般のセラミックスを用いてもクラックが発生する。
用い、もう一方の成分として熱膨張係数が20×10-6/℃以上の高熱膨張性セラミックスを用いると粒界にクラックを発生させることが容易になるのでより好ましい。
℃)の物質である。また、KAlSi2O6リューサイト(L)は高熱膨張係数(25×10-6/℃の物質
である。KZPとして粒径の大きいものを用い、リューサイト(L)として粒径の小さいものを用い、大きなKZP粒子:小さなL粒子=30:70〜20:80程度とした場合、焼成後、冷却すると粒径の大きなKZP粒子の周りのリューサイト(L)が収縮するのでクラックが発生する。これと逆の場合は、粒径の大きなリューサイト(L)が収縮するためクラックが生じると考え
られる。このクラックが空隙として働く。
の粒子を焼結させて大きな二次粒子を作っておいてから、別の成分である小さい粒子と混合し、次に、小さい粒子だけが焼結して全体を固めるようにすることによって、焼成過程における2種類の成分の反応を防ぐことができる。焼成温度条件は原料粉末及び添加剤の種類と量によって実験的に最適条件を選択する。
終的な温度差)で応力が決まるので、冷却速度はあまり関係がない。通常のセラミックスにおいて冷却速度が速い場合、セラミックス製品の表面と内部の温度差によってクラックが発生することがあるが、その場合は破壊に至る大きな割れとなる。
ックスにおいて、空隙率が5容積%未満になると主に閉気孔になるので、それ以上が必要
である。また20容積%程度を超えると、クラック以外の大きな気孔(穴)の存在が顕著と
なり、粒子同士の絡み合いが困難となる。なお、空隙率は試料の重量と見かけの体積等を用いてアルキメデス法によって測定した開気孔率である。
低熱膨張係数(−0.4×10-6/℃)で粒径が2μm以下のリン酸ジルコニウムカリウム(KZP)粉体を100重量部を取り、焼結促進剤として酸化マグネシウムを2重量部加えて十分混合
しペレット状に成形た後、1300℃で焼成した。冷却後これを粉砕し、ふるいにより平均粒径が100μm〜250μmのKZP粒子を作成した。
。その試料をセラミック焼成用の電気炉において1200℃、4時間酸化雰囲気中で焼成した
。
は、本実施例で得られた焼結体である。図3に示すように、単一成分焼結体のKZPやリュ
ーサイトセラミックスの場合と異なり、本実施例で得られた焼結体では天然のイタコルマイトと類似の曲線を示すことが分かった。さらに、得られた焼結体の重量と見かけの体積等を用いてアルキメデス法によって測定した空隙率は約10容積%であった。
Claims (6)
- 複合する一方の成分は熱膨張係数が2×10-6/℃以下の低熱膨張性セラミックスであり、
もう一方の成分はそれよりも5×10-6/℃以上大きい熱膨張係数を有する高熱膨張性セラ
ミックスであり、かつどちらか一方の成分は平均粒径100μm〜500μmの粒子であり、他方の成分は平均粒径10μm以下であるセラミックス粒子を混合し、成形・焼成したセラミックスであって、粒界に粒子同士の熱膨張係数の差によって発生した3次元的に連続した開放気孔としてのクラックを5〜20容積%持つことを特徴とする可撓性セラミックス製品
。 - 高熱膨張性セラミックスは、熱膨張係数が20×10-6/℃以上のものであることを特徴とする請求項1記載の可撓性セラミックス製品。
- 平均粒径100μm〜500μmの粒子は100μmより小さい単一相の小さい粒子を予め焼結さ
せたものであることを特徴とする請求項1又は2記載の可撓性セラミックス製品。 - 該開放気孔としてのクラックに樹脂及び/又は金属を持つことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の可撓性セラミックス製品。
- 熱膨張係数及び平均粒径の異なるセラミックス粒子を2種以上混合し、成形、焼成して、粒界に粒子同士の熱膨張係数の差によって3次元的に連続した開放気孔としてのクラックを発生させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の可撓性セラミックス製品の製造方法。
- 請求項5記載の方法で発生させた3次元的に連続した開放気孔としてのクラックに樹脂及び/又は金属を含浸させることを特徴とする請求項4記載の可撓性セラミックス製品の製造方法。
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JP2003330743A JP4381760B2 (ja) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | 可撓性セラミックス製品及びその製造方法 |
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DE102007022093A1 (de) * | 2007-05-11 | 2008-11-13 | Epcos Ag | Piezoelektrisches Vielschichtbauelement |
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