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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- 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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