JPH01126273A - 窒化ケイ素複合体 - Google Patents
窒化ケイ素複合体Info
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- JPH01126273A JPH01126273A JP62284660A JP28466087A JPH01126273A JP H01126273 A JPH01126273 A JP H01126273A JP 62284660 A JP62284660 A JP 62284660A JP 28466087 A JP28466087 A JP 28466087A JP H01126273 A JPH01126273 A JP H01126273A
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- silicon nitride
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- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、複合セラミックスに係り、特に機械構造部品
に向けて好適な窒化ケイ素複合体に関する。
に向けて好適な窒化ケイ素複合体に関する。
(従来の技術)
最近、セラミックスの機械構造部品への適用が進められ
ており、中でも窒化ケイ素(Si3 N4)は耐熱性、
耐酸化性に優れているところから、その利用が大いに注
目されている。一般にセラミックスを機械構造部品とし
て利用する場合、@性をいかに高めるかが重要な課題と
なり、従来、高靭化のための種々の試みがなされて・き
た。
ており、中でも窒化ケイ素(Si3 N4)は耐熱性、
耐酸化性に優れているところから、その利用が大いに注
目されている。一般にセラミックスを機械構造部品とし
て利用する場合、@性をいかに高めるかが重要な課題と
なり、従来、高靭化のための種々の試みがなされて・き
た。
その一つに、セラミックス(主に窒化ケイ素)マトリッ
クス中にウィスカー(主に炭化ケイ素ウィスカー)を分
散させて複合化を図る試みがある(例えば、材料化学A
pr、1983 p325、セラミックス21.198
1i No、7 p581、特開昭60−200111
33号公報等)、このウィスカーによる高靭化機構は、
クラックの進展過程で、進路変更や枝分れが生じ、ある
いはウィスカーの引抜きが生じることによる破壊エネル
ギーの消費であるとされている。
クス中にウィスカー(主に炭化ケイ素ウィスカー)を分
散させて複合化を図る試みがある(例えば、材料化学A
pr、1983 p325、セラミックス21.198
1i No、7 p581、特開昭60−200111
33号公報等)、このウィスカーによる高靭化機構は、
クラックの進展過程で、進路変更や枝分れが生じ、ある
いはウィスカーの引抜きが生じることによる破壊エネル
ギーの消費であるとされている。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、上記ウィスカーによる高靭化によっても
なお、靭性の向上レベルは低く、機械構造部品としての
適用にいま一つ信頼がおけないという問題があった。
なお、靭性の向上レベルは低く、機械構造部品としての
適用にいま一つ信頼がおけないという問題があった。
なお、窒化ケイ素の高靭化の方策として、例えば窒化ケ
イ素にジルコニア(Zr 02 ) 、あるいは部分安
定化ジルコニアを複合させる試みもあるが(特開昭80
−5075号公報)、これによって強度・上昇は望める
ものの、破壊靭性値の向上程度はわずかであり、根本的
な問題解決には至っていない。
イ素にジルコニア(Zr 02 ) 、あるいは部分安
定化ジルコニアを複合させる試みもあるが(特開昭80
−5075号公報)、これによって強度・上昇は望める
ものの、破壊靭性値の向上程度はわずかであり、根本的
な問題解決には至っていない。
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、破
壊靭性値の大幅向上を達成し、もって機械構造部品とし
て好適となる窒化ケイ素複合体を提供することを目的と
する。
壊靭性値の大幅向上を達成し、もって機械構造部品とし
て好適となる窒化ケイ素複合体を提供することを目的と
する。
(問題点を解決するための手段)
上記目的を達成するため、本発明は、窒化ケイ素(Si
3 N a )マトリックス中にセラミックスウィスカ
ーを分散させた窒化ケイ素複合体において、前記セラミ
−、クスウイスカーの表面にジルコニア(Zr 02
)のコーティング層を設けるように構成したことを特徴
とする。
3 N a )マトリックス中にセラミックスウィスカ
ーを分散させた窒化ケイ素複合体において、前記セラミ
−、クスウイスカーの表面にジルコニア(Zr 02
)のコーティング層を設けるように構成したことを特徴
とする。
本発明において、上記セラミックスウィスカーの種類は
問わないもので、例えば炭化ケイ素(S ic)ウィス
カー、炭素(C)ウィスカー等を用いることができる。
問わないもので、例えば炭化ケイ素(S ic)ウィス
カー、炭素(C)ウィスカー等を用いることができる。
°また本発明において、上記Zr 02としては安定化
剤を含まないものを選択する。この場合、該Zr 02
は、焼結温度からの冷却過程の約950℃で正方晶から
単斜晶へ転移し、この間、体積膨張を起こす。
剤を含まないものを選択する。この場合、該Zr 02
は、焼結温度からの冷却過程の約950℃で正方晶から
単斜晶へ転移し、この間、体積膨張を起こす。
上記Zr O2のコーティング層の厚さは40〜140
ル■とするのが望ましい、これは薄すぎると破壊靭性値
の向上効果が小さく、厚すぎるとZr 02の影響が大
きく出て、逆に破壊靭性値が低下する理由による。
ル■とするのが望ましい、これは薄すぎると破壊靭性値
の向上効果が小さく、厚すぎるとZr 02の影響が大
きく出て、逆に破壊靭性値が低下する理由による。
本発明の窒化ケイ素複合体を製造するには、予めセラミ
ックスウィスカー表面に、例えばCVD法、PVD法等
によりZr O2を所定厚さコーティングし、これと予
め焼結助剤を加えたSi3N4粒子とを混合し、続いて
所定形状に加圧成型し、その後、例えば熱間加圧焼結(
HIP)を行なえば良い、焼結条件としては、 170
0〜1900℃、窒素(N2)またはアルゴン(Ar)
ガス雰囲気。
ックスウィスカー表面に、例えばCVD法、PVD法等
によりZr O2を所定厚さコーティングし、これと予
め焼結助剤を加えたSi3N4粒子とを混合し、続いて
所定形状に加圧成型し、その後、例えば熱間加圧焼結(
HIP)を行なえば良い、焼結条件としては、 170
0〜1900℃、窒素(N2)またはアルゴン(Ar)
ガス雰囲気。
500〜2000気圧(at腸)を選択することができ
る。
る。
(作用)
上記構成の窒化ケイ素複合体において、焼結後の冷却過
程で、セラミックスウィスカー表面のZr 02が体積
膨張を起こし、Zr 02コ一テイング層内にマイクロ
クラックが発生する。
程で、セラミックスウィスカー表面のZr 02が体積
膨張を起こし、Zr 02コ一テイング層内にマイクロ
クラックが発生する。
この結果、ウィスカーの周りに進展してきたクラックは
、該マイクロクツラックにより枝別れし、一方該マイク
ロクラックによりウィスカーの引抜き効果が増大し、破
壊エネルギーが消費されて破壊靭性値が向上する。
、該マイクロクツラックにより枝別れし、一方該マイク
ロクラックによりウィスカーの引抜き効果が増大し、破
壊エネルギーが消費されて破壊靭性値が向上する。
(実施例)
以下1本発明の詳細な説明する。
予めCVD法により Z「02を種々の厚さにコーティ
ングしたSiCウィスカー20vt$と、予め焼結助剤
を加えたSi3 N 4粒子80vt$とを混合し、こ
の混合粉末に有機バインダーを加え、射出成形にて試験
片を作製した0次にこの試験片から有機バインダーを加
熱除去し、その後、HIP焼結した。焼結条件は、18
00℃X4Hr、N2雰囲気中、 1000at■とじ
た。
ングしたSiCウィスカー20vt$と、予め焼結助剤
を加えたSi3 N 4粒子80vt$とを混合し、こ
の混合粉末に有機バインダーを加え、射出成形にて試験
片を作製した0次にこの試験片から有機バインダーを加
熱除去し、その後、HIP焼結した。焼結条件は、18
00℃X4Hr、N2雰囲気中、 1000at■とじ
た。
そして焼結完了後、上記試験片を3(厚さ)X 4 (
[) X40 (長さ)の寸法に仕上げ、これを破壊靭
性値の測定試験に供した。試験はビッカース圧子を用い
た圧痕法によった。
[) X40 (長さ)の寸法に仕上げ、これを破壊靭
性値の測定試験に供した。試験はビッカース圧子を用い
た圧痕法によった。
試験結果を図に示す、これより、Z「02コ一テイング
層の厚さが約80g層までは破壊靭性値が直線的に増大
し、そのま−約120 a票まで飽和状態を維持し、約
120川■を越えると再び直線的に低下する様子が明ら
かである。特に飽和状態における破壊靭性値は、ZrO
2コーティング層を有しないSiCウィスカーを含むも
の(図中、黒丸で示す)の倍量上となり、その靭性の著
しく優れていることが明らかとなった。
層の厚さが約80g層までは破壊靭性値が直線的に増大
し、そのま−約120 a票まで飽和状態を維持し、約
120川■を越えると再び直線的に低下する様子が明ら
かである。特に飽和状態における破壊靭性値は、ZrO
2コーティング層を有しないSiCウィスカーを含むも
の(図中、黒丸で示す)の倍量上となり、その靭性の著
しく優れていることが明らかとなった。
この破壊靭性値の優れた理由は、焼結後の冷却過程で、
ウィスカー表面のZr 02が膨張して、 Zr O2
コ一テイング層内にマイクロクラックが発生し、このマ
イクロクラックが、ウィスカーの周りに進展してきたク
ラックを枝分れさせかつウィスカーの引抜き効果を増大
させたためと推定される。なお、Zr 02コ一テイン
グ層の厚さが140終■を越えると破壊靭性値の向上効
果がほとんどなくなる理由は、 Si3 N 4マトリ
ツクス中に占めるマイクロクラックの体積割合が増し1
弾性率の低下を招いたためと推定される。
ウィスカー表面のZr 02が膨張して、 Zr O2
コ一テイング層内にマイクロクラックが発生し、このマ
イクロクラックが、ウィスカーの周りに進展してきたク
ラックを枝分れさせかつウィスカーの引抜き効果を増大
させたためと推定される。なお、Zr 02コ一テイン
グ層の厚さが140終■を越えると破壊靭性値の向上効
果がほとんどなくなる理由は、 Si3 N 4マトリ
ツクス中に占めるマイクロクラックの体積割合が増し1
弾性率の低下を招いたためと推定される。
(発明の効果)
以上、詳細に説明したように、本発明にか−る窒化ケイ
素複合体によれば、セラミックスフイスカー表面にコー
ティングしたジルコニアが破壊靭性値の向上に大きく寄
与し、機械構造部品としての適用性が著しく増す効果が
得られた。
素複合体によれば、セラミックスフイスカー表面にコー
ティングしたジルコニアが破壊靭性値の向上に大きく寄
与し、機械構造部品としての適用性が著しく増す効果が
得られた。
図は、本発明にか覧る窒化ケイ素複合体の破壊靭性値に
およぼすジルコニアコーティング層厚さの影響を示す相
関図である。
およぼすジルコニアコーティング層厚さの影響を示す相
関図である。
Claims (3)
- (1)窒化ケイ素マトリックス中にセラミックスウィス
カーを分散させた窒化ケイ素複合体において、前記セラ
ミックスウィスカーの表面にジルコニアのコーティング
層を設けたことを特徴とする窒化ケイ素複合体。 - (2)セラミックスウィスカーが炭化ケイ素ウィスカー
である特許請求の範囲第1項記載の窒化ケイ素複合体。 - (3)コーティング層の厚さが40〜140μmである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に
記載の窒化ケイ素複合体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62284660A JPH01126273A (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 窒化ケイ素複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62284660A JPH01126273A (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 窒化ケイ素複合体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01126273A true JPH01126273A (ja) | 1989-05-18 |
Family
ID=17681334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62284660A Pending JPH01126273A (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 窒化ケイ素複合体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01126273A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5266404A (en) * | 1990-07-19 | 1993-11-30 | Tioxide Group Services Limited | Non-oxide ceramic particles coated with zirconium oxide or hydrous oxide |
-
1987
- 1987-11-11 JP JP62284660A patent/JPH01126273A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5266404A (en) * | 1990-07-19 | 1993-11-30 | Tioxide Group Services Limited | Non-oxide ceramic particles coated with zirconium oxide or hydrous oxide |
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