JPH01203260A - 炭化珪素ウィスカー強化セラミックスの製造方法 - Google Patents
炭化珪素ウィスカー強化セラミックスの製造方法Info
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (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）
本発明は切削工具材料及びセラミックバルブ等の自動車
エンジン部材、ガスタービンロータ等の熱機関部材など
高硬度で高強度、高靭性を必要とする各種構造部材に適
する炭化珪素ウィスカー強化セラミックスの製造方法に
関する。
エンジン部材、ガスタービンロータ等の熱機関部材など
高硬度で高強度、高靭性を必要とする各種構造部材に適
する炭化珪素ウィスカー強化セラミックスの製造方法に
関する。
（従来の技術）
Ａ１２０．やＳｉＪｍ等の優れた特性を有するセラミッ
クス材料に炭化珪素（ＳｉＣ）ウィスカーを複合化して
、強度や靭性を高め、信頼性を向上した材料が検討され
ていた。例えば特開昭６１−２００８６３号公報、特開
昭６０−２４６２８号公報、特開昭６１−２７０２６６
号公報参照。
クス材料に炭化珪素（ＳｉＣ）ウィスカーを複合化して
、強度や靭性を高め、信頼性を向上した材料が検討され
ていた。例えば特開昭６１−２００８６３号公報、特開
昭６０−２４６２８号公報、特開昭６１−２７０２６６
号公報参照。
しかしながらこの程度のものではいまだ十分に諸種の特
性を満足するものが得られているとは言えない。
性を満足するものが得られているとは言えない。
（発明が解決しようとする課題）
本発明者らの研究によれば、従来ＡＩ、Ｏ，や５ｉＪ４
を母相とするセラミックスに、ＳｉＣうイスカーを複合
化しても、母相又は焼結助剤によって生成するガラス相
とＳｉＣウィスカーの界面反応により、ＳｉＣウィスカ
ーのプルアウト（引き抜け）効果が発揮できない程の結
合をひき起すために、高靭性化には限界があることが認
められた。
を母相とするセラミックスに、ＳｉＣうイスカーを複合
化しても、母相又は焼結助剤によって生成するガラス相
とＳｉＣウィスカーの界面反応により、ＳｉＣウィスカ
ーのプルアウト（引き抜け）効果が発揮できない程の結
合をひき起すために、高靭性化には限界があることが認
められた。
上記においてプルアウト効果とは、母相のセラミックス
に発生したクラック先端の応力場において、ウィスカー
のプルアウト現象が生じ、クラッり先端の応力集中が著
るしく低められる結果として、高靭性化が生じることを
言い、この現象は母相と分散相（ここでは母相やガラス
相とウィスカー界面）の結合状態に大きく左右されるも
のである。
に発生したクラック先端の応力場において、ウィスカー
のプルアウト現象が生じ、クラッり先端の応力集中が著
るしく低められる結果として、高靭性化が生じることを
言い、この現象は母相と分散相（ここでは母相やガラス
相とウィスカー界面）の結合状態に大きく左右されるも
のである。
本発明はこのプルアウト効果を発揮できるようにしセラ
ミックスの高靭性化を達成することを目的とするもので
ある。
ミックスの高靭性化を達成することを目的とするもので
ある。
（課題を解決するための手段）
本発明は前記の実情に鑑み種々検討の結果なされたもの
でＳｉＣウィスカーを改善し、Ｓｉ０ｇ含有量を０．０
１重量％以上２８０重量％以下のものを用いることによ
って、従来避けることができなかった母相やガラス相と
ウィスカーとの界面における化学的反応による強固な結
合が抑制され、適当な結合状態が得られ、これによって
プルアウト効果も十分発揮させ、高靭性を達成きせるこ
とを見出し、これによって、以下に示す製造法を生み出
した。
でＳｉＣウィスカーを改善し、Ｓｉ０ｇ含有量を０．０
１重量％以上２８０重量％以下のものを用いることによ
って、従来避けることができなかった母相やガラス相と
ウィスカーとの界面における化学的反応による強固な結
合が抑制され、適当な結合状態が得られ、これによって
プルアウト効果も十分発揮させ、高靭性を達成きせるこ
とを見出し、これによって、以下に示す製造法を生み出
した。
すなわち、Ｓｉｎ、含有量が０．０１重量％以上２．０
重量％以下のＳｉＣウィスカー５〜４０重量％と、残部
が主としてＡ Ｉ！２０３よりなるセラミックス粉末と
を均一に分散混合した配合組成物を、常法により成形し
た後、１６５０〜１９００℃の非酸化性雰囲気中で焼結
する炭化珪素ウィスカー強化セラミックスの製造方法で
あって、これにより高靭性化された炭化珪素ウィスカー
強化セラミックスを得るものである。向上記セラミック
ス粉末には添加物として周期表のＩＶＡ、ＶＡ、及びＶ
ＩＡ族の元素の炭化物、窒化物、又は硼化物の一種以上
を０〜３０重量％含むことができる。
重量％以下のＳｉＣウィスカー５〜４０重量％と、残部
が主としてＡ Ｉ！２０３よりなるセラミックス粉末と
を均一に分散混合した配合組成物を、常法により成形し
た後、１６５０〜１９００℃の非酸化性雰囲気中で焼結
する炭化珪素ウィスカー強化セラミックスの製造方法で
あって、これにより高靭性化された炭化珪素ウィスカー
強化セラミックスを得るものである。向上記セラミック
ス粉末には添加物として周期表のＩＶＡ、ＶＡ、及びＶ
ＩＡ族の元素の炭化物、窒化物、又は硼化物の一種以上
を０〜３０重量％含むことができる。
ここで、一般にＩＶＡ、ＶＡ、及びＶＩＡ族の元素の炭
化物、窒化物、又は硼化物は、高硬度で、耐摩耗性に優
れ、Ａ１ｚＯｚマトリックスとの反応もなく、粒成長抑
制の効果もあることが知られている。
化物、窒化物、又は硼化物は、高硬度で、耐摩耗性に優
れ、Ａ１ｚＯｚマトリックスとの反応もなく、粒成長抑
制の効果もあることが知られている。
従っである量までは添加しても一般には問題がない。た
だし焼結性はその添加量の増加に伴って低下するため３
０重量％までが望ましい。
だし焼結性はその添加量の増加に伴って低下するため３
０重量％までが望ましい。
（作用）
ＳｉＣウィスカーにおける５ｉｎ２含有量を０．０１重
量％以上２．０重量％以下に制御するには、ＨＦやＨＦ
＋ＨＣｊ！等の酸処理または還元性雰囲気における熱処
理によって達成することができる。
量％以上２．０重量％以下に制御するには、ＨＦやＨＦ
＋ＨＣｊ！等の酸処理または還元性雰囲気における熱処
理によって達成することができる。
又、本発明でＳｉＣウィスカーのＳｉＯ□含有量を０．
０１重量％以上２．０重量％以下とする理由について述
べれば、５ｉ（ｈ含有量が０．０１重量％未満ではＳｉ
Ｃウィスカーと母相との濡れ性が悪くなり過ぎ、焼結性
が低下するので好ましくなく、又、２．０重量％を超え
る場合は母相や母相を形成する為に添加された焼結助剤
によって生成するガラス相とＳｉＯ□の反応が顕著とな
り、ガラス相とウィスカー界面での結合力が高まる為に
、ウィスカーがプルアウトする前にクランクがウィスカ
ー内部を突き抜けるように進展してしまい、ウィスカー
の添加による強化が達成出来ず好ましくないからである
。
０１重量％以上２．０重量％以下とする理由について述
べれば、５ｉ（ｈ含有量が０．０１重量％未満ではＳｉ
Ｃウィスカーと母相との濡れ性が悪くなり過ぎ、焼結性
が低下するので好ましくなく、又、２．０重量％を超え
る場合は母相や母相を形成する為に添加された焼結助剤
によって生成するガラス相とＳｉＯ□の反応が顕著とな
り、ガラス相とウィスカー界面での結合力が高まる為に
、ウィスカーがプルアウトする前にクランクがウィスカ
ー内部を突き抜けるように進展してしまい、ウィスカー
の添加による強化が達成出来ず好ましくないからである
。
本発明で用いられる出発原料としてのＳｉＣウィスカー
の平均直径０．２〜５μｍ、平均長さ５〜３０μｍでア
スペクト比２〜１５０のものが望ましく、かつこのウィ
スカーとしては、Ａｆ、Ｃａ。
の平均直径０．２〜５μｍ、平均長さ５〜３０μｍでア
スペクト比２〜１５０のものが望ましく、かつこのウィ
スカーとしては、Ａｆ、Ｃａ。
Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、 Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ等のカチオン不
純物が１．０重量％以下で、クビレや枝分れおよび面欠
陥等が少ないヒゲ状結晶のものが高靭性の緻密な焼結体
を得る上で好ましい。
純物が１．０重量％以下で、クビレや枝分れおよび面欠
陥等が少ないヒゲ状結晶のものが高靭性の緻密な焼結体
を得る上で好ましい。
次に本発明で規定した配合比について説明する。
ＳｉＣウィスカーの添加量を５〜４０重量％とする理由
は、ＳｉＣウィスカーが５重量％より少ない場合はセラ
ミックス焼結体にウィスカー添加の効果が殆どないため
、強度、靭性の向上が見られず、逆に４０重量％を越え
る場合はウィスカーの異方性によって均一分散性が低下
し、焼結性も著しく低下するためであり、より好ましい
配合量は１０〜３０重量％である。
は、ＳｉＣウィスカーが５重量％より少ない場合はセラ
ミックス焼結体にウィスカー添加の効果が殆どないため
、強度、靭性の向上が見られず、逆に４０重量％を越え
る場合はウィスカーの異方性によって均一分散性が低下
し、焼結性も著しく低下するためであり、より好ましい
配合量は１０〜３０重量％である。
（実施例）
実施例Ｉ ＳｉＯ□含有量３．０重量％の炭化珪素ウ
ィスカーをＨＦ（１＋１）＋ＨＣβ（１＋１）の混液に
室温で浸し、処理時間を変えて第１表に示すようにＳｉ
Ｏ□合有量の異なる炭化珪素ウィスカーを得た。
ィスカーをＨＦ（１＋１）＋ＨＣβ（１＋１）の混液に
室温で浸し、処理時間を変えて第１表に示すようにＳｉ
Ｏ□合有量の異なる炭化珪素ウィスカーを得た。
処理した炭化珪素ウィスカーのＳｉＯ□含有量はＪＩＳ
Ｒ６１２４に基づいて測定した。
Ｒ６１２４に基づいて測定した。
次に得られたそれぞれの炭化珪素ウィスカーと平均粒径
１．０μｍ、純度９９．９９％のｃｘ−Ａｊ２２０３粉
末、平均粒径２．０ μｍ以下のＴｉＣ，同ＴｉＮ、同
ＴｉＢｚ。
１．０μｍ、純度９９．９９％のｃｘ−Ａｊ２２０３粉
末、平均粒径２．０ μｍ以下のＴｉＣ，同ＴｉＮ、同
ＴｉＢｚ。
同ＴａＣ，及び同ＺｒＢｚの各粉末とを第１表に示す割
合に配合し、エタノール中で１６ｈｒ均一に分散混合し
た後乾燥し、造粒して素地粉末を得た。
合に配合し、エタノール中で１６ｈｒ均一に分散混合し
た後乾燥し、造粒して素地粉末を得た。
この素地粉末を、黒鉛型中で第１表に示す条件でホット
プレスし、緻密な焼結体を得た。得られた焼結体は４
＊＊ Ｘ ３ ｗ Ｘ ４０ ｔａの寸法に研磨加工し
た後、ＪＩＳ Ｒ１６０１により抗折強度及び荷重３０
ｋｇでインデンティションマイクロフラクチャー法によ
り破壊靭性を測定した。得られた結果を第１表に示す。
プレスし、緻密な焼結体を得た。得られた焼結体は４
＊＊ Ｘ ３ ｗ Ｘ ４０ ｔａの寸法に研磨加工し
た後、ＪＩＳ Ｒ１６０１により抗折強度及び荷重３０
ｋｇでインデンティションマイクロフラクチャー法によ
り破壊靭性を測定した。得られた結果を第１表に示す。
これらの結果からＳｉＯ□含有量が０．０１重量％以上
２．０重量％以下の炭化珪素ウィスカーを５〜４０重量
％添加することによって耐酸化性に優れた高靭性焼結体
が得られることが判った。
２．０重量％以下の炭化珪素ウィスカーを５〜４０重量
％添加することによって耐酸化性に優れた高靭性焼結体
が得られることが判った。
（発明の効果）
以上から判るように本発明の製造方法によれば高靭性化
され、かつ耐酸化性の向上したセラミックスを容易に製
造することができる。
され、かつ耐酸化性の向上したセラミックスを容易に製
造することができる。
Claims (1)
- ＳｉＯ＿２含有量が０．０１重量％以上２．０重量％以
下の炭化珪素ウィスカー５〜４０重量％と、残部が主と
してＡｌ＿２Ｏ＿３から成るセラミックス粉末とを均一
に分散混合した配合組成物を成形した後、１６５０℃〜
１９００℃の非酸化性雰囲気中で焼結することを特徴と
する炭化珪素ウィスカー強化セラミックスの製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63026657A JP2519076B2 (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 炭化珪素ウィスカ―強化セラミックスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63026657A JP2519076B2 (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 炭化珪素ウィスカ―強化セラミックスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01203260A true JPH01203260A (ja) | 1989-08-16 |
| JP2519076B2 JP2519076B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=12199496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63026657A Expired - Lifetime JP2519076B2 (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 炭化珪素ウィスカ―強化セラミックスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2519076B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02124761A (ja) * | 1988-07-07 | 1990-05-14 | Kobe Steel Ltd | Ａｌ↓２Ｏ↓３基セラミックス |
| JPH03115161A (ja) * | 1989-09-28 | 1991-05-16 | Tokai Carbon Co Ltd | 切削工具用複合セラミック材の製造方法 |
| JPH03187970A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-15 | Kobe Steel Ltd | Ａ１↓２ｏ↓３基セラミックスの製造方法 |
| EP0625130A1 (en) * | 1991-12-03 | 1994-11-23 | Advanced Composite Materials | NON-COMPRESSED POWDER SINTERING OF BARB-REINFORCED ALUMINUM COMPOUNDS. |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61286272A (ja) * | 1985-06-10 | 1986-12-16 | 日本特殊陶業株式会社 | 工具用ホイスカー強化セラミックス材料 |
| JPS62235265A (ja) * | 1986-04-02 | 1987-10-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 炭化珪素ウイスカ−強化複合材料 |
-
1988
- 1988-02-09 JP JP63026657A patent/JP2519076B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61286272A (ja) * | 1985-06-10 | 1986-12-16 | 日本特殊陶業株式会社 | 工具用ホイスカー強化セラミックス材料 |
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| EP0625130A1 (en) * | 1991-12-03 | 1994-11-23 | Advanced Composite Materials | NON-COMPRESSED POWDER SINTERING OF BARB-REINFORCED ALUMINUM COMPOUNDS. |
| EP0625130A4 (en) * | 1991-12-03 | 1995-03-22 | Advanced Composite Materials | PRESSURE-FREE SINTERING OF ALUMINUM OXIDE COMPOSITE REINFORCED WITH WHISKERS. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2519076B2 (ja) | 1996-07-31 |
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