JPH01133981A - 窒化ケイ素複合体 - Google Patents
窒化ケイ素複合体Info
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- JPH01133981A JPH01133981A JP62293336A JP29333687A JPH01133981A JP H01133981 A JPH01133981 A JP H01133981A JP 62293336 A JP62293336 A JP 62293336A JP 29333687 A JP29333687 A JP 29333687A JP H01133981 A JPH01133981 A JP H01133981A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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、靭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、靭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
８Ｎｏ、７ ｐ５８１、特開昭６０−２００８８３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
８Ｎｏ、７ ｐ５８１、特開昭６０−２００８８３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、Ｌ記つ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 ） 、 アロいは部分
安定化ジルコニアを複合させる試みもあるが（特開昭６
０−５０７５号公報）、これによっても破壊靭性値の向
上レベルは低く、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 ） 、 アロいは部分
安定化ジルコニアを複合させる試みもあるが（特開昭６
０−５０７５号公報）、これによっても破壊靭性値の向
上レベルは低く、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（’１
ｌｉｉ３ Ｎ ａ ）マトリックス中に炭化ケイ素（Ｓ
ｉｎ）ウィスカーを分散させた窒化ケイ素複合体におい
て、前記炭化ケイ素ウィスカーの表面に部分安定化ジル
コニア（Ｚｒ０２）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。
ｌｉｉ３ Ｎ ａ ）マトリックス中に炭化ケイ素（Ｓ
ｉｎ）ウィスカーを分散させた窒化ケイ素複合体におい
て、前記炭化ケイ素ウィスカーの表面に部分安定化ジル
コニア（Ｚｒ０２）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、上記部分安定化Ｚｒ Ｏ２を得る安定
化剤の種類は問わないもので、例えばマグネシア（Ｍｇ
Ｏ） 、カルシア（Ｃａｂ） 、 イブ。トリア（Ｙ
２ Ｃ１３）等を選択することができる。
化剤の種類は問わないもので、例えばマグネシア（Ｍｇ
Ｏ） 、カルシア（Ｃａｂ） 、 イブ。トリア（Ｙ
２ Ｃ１３）等を選択することができる。
また本発明において、上記部分安定化Ｚｒ ０２のコー
ティング層の厚さは１ｎｍ〜５０７ｚｍ望ましくは０．
ｉ ｐ、ｍ〜ルウイスカー直径の２倍とする。これは薄
すぎると破壊靭性値の向上効果が小さく、厚すぎると部
分安定化Ｚｒ Ｏ２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。
ティング層の厚さは１ｎｍ〜５０７ｚｍ望ましくは０．
ｉ ｐ、ｍ〜ルウイスカー直径の２倍とする。これは薄
すぎると破壊靭性値の向上効果が小さく、厚すぎると部
分安定化Ｚｒ Ｏ２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、予めウィス
カー表面に、例えばＣＶＤ法、ＰｖＤ法等により部分安
定化Ｚｒ Ｏ２を所定厚さコーティングし、これとＳｉ
３ Ｎ ４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、１７００〜１９００℃、窒素
（Ｎ２）またはアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気、 ５００
〜２０００気圧（ａｔｍ）を選択することができる。
カー表面に、例えばＣＶＤ法、ＰｖＤ法等により部分安
定化Ｚｒ Ｏ２を所定厚さコーティングし、これとＳｉ
３ Ｎ ４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、１７００〜１９００℃、窒素
（Ｎ２）またはアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気、 ５００
〜２０００気圧（ａｔｍ）を選択することができる。
（作用）
上記構成の窒化ケイ素複合体において、ＳｉＣウィスカ
ーの周りにクラックが進展してきて応力が作用すると、
先ずＳｉＣウィスカー周りの部分安定化Ｚｒ ０２が応
力誘起変態を起こしてエネルギーを吸収し、さらに余分
なエネルギーがＳｉＣウィスカーの引抜きに消費され、
結果として破壊靭性値が向上するようになる。、（実施
例） 以下、本発明の詳細な説明する。
ーの周りにクラックが進展してきて応力が作用すると、
先ずＳｉＣウィスカー周りの部分安定化Ｚｒ ０２が応
力誘起変態を起こしてエネルギーを吸収し、さらに余分
なエネルギーがＳｉＣウィスカーの引抜きに消費され、
結果として破壊靭性値が向上するようになる。、（実施
例） 以下、本発明の詳細な説明する。
実施例１
予めＣＶＤ法により部分安定化Ｚｒ ０２ （３ｍｏ
ｌＹ２０３ ）を １色ｍコーティングしたＳｉＣウィ
スカー１５ｗｔ＄と、Ｓｉ３ Ｎ ４粒子８５ｗｔ％と
を均一混合し、この混合粉末を、３ｍｍ （厚さ） Ｘ
１０１００ａｒ幅） Ｘ １０ｈｍ （長さ）の
板状に冷間静水圧（ＣＩＰ）成形し、その後、ガラスを
シール材としてカプセルＨＩＰ焼結した。
ｌＹ２０３ ）を １色ｍコーティングしたＳｉＣウィ
スカー１５ｗｔ＄と、Ｓｉ３ Ｎ ４粒子８５ｗｔ％と
を均一混合し、この混合粉末を、３ｍｍ （厚さ） Ｘ
１０１００ａｒ幅） Ｘ １０ｈｍ （長さ）の
板状に冷間静水圧（ＣＩＰ）成形し、その後、ガラスを
シール材としてカプセルＨＩＰ焼結した。
上記焼結体から３ａ＋ｍ （厚さ）Ｘ４＋＊ｍ（幅）×
４０ｍｍ （長さ）の試験片を切り出し、これを４点曲
げ試験および破壊靭性値の測定試験に供した。４点曲げ
試験は、上スパン１０ｍｍ、下スパン３０■、クロスヘ
ツドスピード０．５ｍｍ／ｗｉｎの条件で行ない、また
破壊靭性値の測定試験はビッカース圧子を用いた圧痕法
によって行なった。
４０ｍｍ （長さ）の試験片を切り出し、これを４点曲
げ試験および破壊靭性値の測定試験に供した。４点曲げ
試験は、上スパン１０ｍｍ、下スパン３０■、クロスヘ
ツドスピード０．５ｍｍ／ｗｉｎの条件で行ない、また
破壊靭性値の測定試験はビッカース圧子を用いた圧痕法
によって行なった。
なお比較のため、下記配合の焼結体を上記実施例１と同
様の方法で製作し、同じく４点曲げ試験および破壊靭性
の測定試験に供した。
様の方法で製作し、同じく４点曲げ試験および破壊靭性
の測定試験に供した。
（Ａ） Ｓｉ３ Ｎ ４ ＋ １５ｗｔ＄ ＳｉＣウ
ィスカー（Ｂ） Ｓｉ３ Ｎ ４ ＋’１５ｗｔ％部
分安定化Ｚ「０２（Ｃ） Ｓｉ３ Ｎ ４ ＋７．５
ｗｔ＄ＳｉＣウィスカー＋７．５ ｗｔ＄部分安定化Ｚ
ｒＯ２ （Ｄ）Ｓｉ３Ｎ４単味 試験結果を表に一括して示す。
ィスカー（Ｂ） Ｓｉ３ Ｎ ４ ＋’１５ｗｔ％部
分安定化Ｚ「０２（Ｃ） Ｓｉ３ Ｎ ４ ＋７．５
ｗｔ＄ＳｉＣウィスカー＋７．５ ｗｔ＄部分安定化Ｚ
ｒＯ２ （Ｄ）Ｓｉ３Ｎ４単味 試験結果を表に一括して示す。
表に示す結果より、ＳｉＣウィスカーの表面に部分安定
化Ｚｒ０２のコーティング層を設けた本発明の窒化ケイ
素複合体は、比較例のものに比し１曲げ強度、破壊靭性
値共に大きいことが明らかとなった。特に破壊靭性値は
、ＳｉＣウィスカーあるいは部分安定化Ｚｒ０２を単独
に添加したものに比し２倍、これらを混合添加したもの
（Ｃ）に比し１．５倍の大きさを示し、本発明品の著し
く靭性に優れていることがことが理解できる。
化Ｚｒ０２のコーティング層を設けた本発明の窒化ケイ
素複合体は、比較例のものに比し１曲げ強度、破壊靭性
値共に大きいことが明らかとなった。特に破壊靭性値は
、ＳｉＣウィスカーあるいは部分安定化Ｚｒ０２を単独
に添加したものに比し２倍、これらを混合添加したもの
（Ｃ）に比し１．５倍の大きさを示し、本発明品の著し
く靭性に優れていることがことが理解できる。
本発明の破壊靭性値が大きい理由は、ＳｉＣウィスカー
に集中した応力により、先ずＳｉＣウィスカー周りの部
分安定化Ｚｒ ０２が応力誘起変態を起こしてエネルギ
ーを吸収し、さらに余分なエネルギーがＳｉＣウィスカ
ーの引抜きに消費されたためと推定される。これに対し
て、ＳｉＣウィスカーおよび部分安定化Ｚｒ０２を混合
添加した場合（Ｃ）に、それ程破壊靭性値が向上しない
のは、先ずＳｉＣウィスカーの引抜きによるエネルギー
吸収が起こり、その後に部分安定化ＺｒＯ２によるエネ
ルギー吸収が起こるためと推定される。
に集中した応力により、先ずＳｉＣウィスカー周りの部
分安定化Ｚｒ ０２が応力誘起変態を起こしてエネルギ
ーを吸収し、さらに余分なエネルギーがＳｉＣウィスカ
ーの引抜きに消費されたためと推定される。これに対し
て、ＳｉＣウィスカーおよび部分安定化Ｚｒ０２を混合
添加した場合（Ｃ）に、それ程破壊靭性値が向上しない
のは、先ずＳｉＣウィスカーの引抜きによるエネルギー
吸収が起こり、その後に部分安定化ＺｒＯ２によるエネ
ルギー吸収が起こるためと推定される。
なお、比較例の中では、 Ｓｉ３ Ｎ ４単味のもの（
Ｄ）は曲げ強度、破壊靭性値共に著しく小さく、ＳｉＣ
ウィスカーおよび部分安定化Ｚｒ０２がＳｉ３ Ｎ ４
の高靭化に好影響を与えることが明らかである。
Ｄ）は曲げ強度、破壊靭性値共に著しく小さく、ＳｉＣ
ウィスカーおよび部分安定化Ｚｒ０２がＳｉ３ Ｎ ４
の高靭化に好影響を与えることが明らかである。
実施例２
ＳｉＣウィスカー（直径５ ｇｍ ）に対する部分安定
化Ｚｒ０２コ一テイング層の厚さを種々変化させ、実施
例１ど同様の方法により試験片を作製し、これを同じ〈
４点曲げ試験および破壊靭性値の測定試験に供した。試
験結果を図に示す。
化Ｚｒ０２コ一テイング層の厚さを種々変化させ、実施
例１ど同様の方法により試験片を作製し、これを同じ〈
４点曲げ試験および破壊靭性値の測定試験に供した。試
験結果を図に示す。
図に示す結果より、曲げ強度および破壊靭性値共に、部
分安定化Ｚｒ０２コ一テイング層の厚さが約０．１ｗ鵬
〜１０ＪＬ１１（ウィスカーの直径の２倍）範囲で比較
的良好な値が得られることが明らかとなった。
分安定化Ｚｒ０２コ一テイング層の厚さが約０．１ｗ鵬
〜１０ＪＬ１１（ウィスカーの直径の２倍）範囲で比較
的良好な値が得られることが明らかとなった。
（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、ＳｉＣウィスカー表面にコーティン
グした部分安定化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、ＳｉＣウィスカー表面にコーティン
グした部分安定化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〜る窒化ケイ素複合体の曲げ強度およ
び破壊靭性値におよぼす部分安定化ジルコニアコーティ
ング層の厚さの影響を示す相関図である。 グ （ほか２名） ＺｒＯ２：）−ト４８＝ Ｃｕ２）
び破壊靭性値におよぼす部分安定化ジルコニアコーティ
ング層の厚さの影響を示す相関図である。 グ （ほか２名） ＺｒＯ２：）−ト４８＝ Ｃｕ２）
Claims (2)
- （１）窒化ケイ素マトリックス中に炭化ケイ素ウイスカ
ーを分散させた窒化ケイ素複合体において、前記炭化ケ
イ素ウイスカーの表面に部分安定化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）コーティング層の厚さが１ｎｍ〜５０μｍである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化ケイ
素複合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62293336A JPH01133981A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 窒化ケイ素複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62293336A JPH01133981A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 窒化ケイ素複合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01133981A true JPH01133981A (ja) | 1989-05-26 |
Family
ID=17793494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62293336A Pending JPH01133981A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 窒化ケイ素複合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01133981A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5141579A (en) * | 1990-01-31 | 1992-08-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ProducingSi3 N4 composite by sheeting a mixture of Si3 N.sub. |
| US5266404A (en) * | 1990-07-19 | 1993-11-30 | Tioxide Group Services Limited | Non-oxide ceramic particles coated with zirconium oxide or hydrous oxide |
| US6682821B2 (en) * | 2001-12-28 | 2004-01-27 | Kyocera Corporation | Corrosion-resistant ceramics |
-
1987
- 1987-11-20 JP JP62293336A patent/JPH01133981A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5141579A (en) * | 1990-01-31 | 1992-08-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ProducingSi3 N4 composite by sheeting a mixture of Si3 N.sub. |
| US5266404A (en) * | 1990-07-19 | 1993-11-30 | Tioxide Group Services Limited | Non-oxide ceramic particles coated with zirconium oxide or hydrous oxide |
| US6682821B2 (en) * | 2001-12-28 | 2004-01-27 | Kyocera Corporation | Corrosion-resistant ceramics |
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