JPH01252586A - 繊維強化セラミックス - Google Patents
繊維強化セラミックスInfo
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- JPH01252586A JPH01252586A JP63127687A JP12768788A JPH01252586A JP H01252586 A JPH01252586 A JP H01252586A JP 63127687 A JP63127687 A JP 63127687A JP 12768788 A JP12768788 A JP 12768788A JP H01252586 A JPH01252586 A JP H01252586A
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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
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
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- 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
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、ＳｉＣホイスカ（ｗｈ ｉ ５ｋｅｒｓ）に
より強化した酸窒化珪素（Ｓ １２Ｎ２０）が主体の′
ａ、維強化セラミックスに関する。
より強化した酸窒化珪素（Ｓ １２Ｎ２０）が主体の′
ａ、維強化セラミックスに関する。
［従来の技術］
近年、切削工具、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０６関部材に使用する高
強度、高靭性でかつ耐摩耗性、耐欠損性、耐酸化性、耐
熱性に優れたセラミック材料が求められている。
部材、ガスタービンロータ等の０６関部材に使用する高
強度、高靭性でかつ耐摩耗性、耐欠損性、耐酸化性、耐
熱性に優れたセラミック材料が求められている。
耐酸化性、耐熱性に優れるセラミックス材料の一つとし
て、酸窒化珪素が知られており、Ｓｉ３Ｎ４とＳｉＣ２
にＳｉＣ粉末を加えて焼結し、高温強度の高いセラミッ
クス材料を得ること（例えば、特開昭５４−１２３１１
０）や、５ｉ３ＮａとＳｉｇｈとにＣｅ ０２を添加し
て高強度の酸窒化珪素焼結体を得ること（昭和６２年窯
業協会年会、予稿集３Ａ２５）が知られている。
て、酸窒化珪素が知られており、Ｓｉ３Ｎ４とＳｉＣ２
にＳｉＣ粉末を加えて焼結し、高温強度の高いセラミッ
クス材料を得ること（例えば、特開昭５４−１２３１１
０）や、５ｉ３ＮａとＳｉｇｈとにＣｅ ０２を添加し
て高強度の酸窒化珪素焼結体を得ること（昭和６２年窯
業協会年会、予稿集３Ａ２５）が知られている。
［発明が解決しようとする問題点］
しかし、上記従来の酸窒化珪素焼結体は、耐熱性、耐酸
化性に優れ、かつ高強度であるが、十分な靭性を有して
いない。
化性に優れ、かつ高強度であるが、十分な靭性を有して
いない。
［問題点を解決するための手段及びその作用］本発明は
上記問題点を解決するために次の手段を採用した。
上記問題点を解決するために次の手段を採用した。
即ち、本願の要旨は、
ＳｉＣホイスカを含むＳｉＣ５〜４０重量％と、Ａｌ，
Ｓｃ、Ｙ及び希土類元素のなかから選ばれた１種または
２種以上の酸化物を１〜３０重量％と、酸窒化珪素成分
残部とを主成分とする繊維強化セラミックスであって、 上記ＳｉＣホイスカが少なくとも全主成分の５重量％以
上であることを特徴とする繊維強化セラミックスにある
。
Ｓｃ、Ｙ及び希土類元素のなかから選ばれた１種または
２種以上の酸化物を１〜３０重量％と、酸窒化珪素成分
残部とを主成分とする繊維強化セラミックスであって、 上記ＳｉＣホイスカが少なくとも全主成分の５重量％以
上であることを特徴とする繊維強化セラミックスにある
。
ここで、ＳｉＣホイスカとしては、通常市販されるもの
を使用することができ、その代表的形状は、平均直径０
． ２〜５μｍ、平均長さ２〜２００ｕｍである。特に
、Ａｌ， Ｃａ、 Ｍｇ、 Ｎｉ。
を使用することができ、その代表的形状は、平均直径０
． ２〜５μｍ、平均長さ２〜２００ｕｍである。特に
、Ａｌ， Ｃａ、 Ｍｇ、 Ｎｉ。
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ等のカチオン成分が少なく、く
びれ、枝分れ９面欠陥等の少ないひげ状結晶であると好
ましい。また、このＳｉＣホイスカの表面にＢＮ、カー
ボン等のコーティングが施してあってもよい。
びれ、枝分れ９面欠陥等の少ないひげ状結晶であると好
ましい。また、このＳｉＣホイスカの表面にＢＮ、カー
ボン等のコーティングが施してあってもよい。
本発明は、このＳｉＣホイスカが、全主成分の５重量％
より少ないと十分な靭性を示さない。また、ＳｉＣホイ
スカを含むＳｉＣが５重量％より少ないと、焼結時に酸
窒化珪素の分解を抑えることができないと共に、ＳｉＣ
ホイスカによる靭性の向上もない。一方、ＳｉＣが４０
重量％を超えると焼結性が悪くなり、所望の′！ａ維強
化セラミ・ンクスを得ることができない。ＳｉＣホイス
カを含むＳｉＣが１０〜３０重量％であると特に靭性が
高くまた焼結性も良く好ましい。
より少ないと十分な靭性を示さない。また、ＳｉＣホイ
スカを含むＳｉＣが５重量％より少ないと、焼結時に酸
窒化珪素の分解を抑えることができないと共に、ＳｉＣ
ホイスカによる靭性の向上もない。一方、ＳｉＣが４０
重量％を超えると焼結性が悪くなり、所望の′！ａ維強
化セラミ・ンクスを得ることができない。ＳｉＣホイス
カを含むＳｉＣが１０〜３０重量％であると特に靭性が
高くまた焼結性も良く好ましい。
Ａｌ，Ｓｃ、Ｙ及び希土類元素のなかから選ばれた１種
または２種以上の酸化物が１重量％より少ないと、焼結
性が悪くなり所望の繊維強化セラミックスを得ることが
できない。一方、この酸化物が３０重量％を超えると、
繊維強化セラミックス中のガラス成分が多くなり過ぎて
、強度、耐熱性、耐酸化性の低下がみられる。
または２種以上の酸化物が１重量％より少ないと、焼結
性が悪くなり所望の繊維強化セラミックスを得ることが
できない。一方、この酸化物が３０重量％を超えると、
繊維強化セラミックス中のガラス成分が多くなり過ぎて
、強度、耐熱性、耐酸化性の低下がみられる。
なお、酸化物としてＡＱ２０３を選択した場合には、得
られた焼結体の酸窒化珪素中にＡ Ｑ ２０３の一部ま
たは全部が固溶してＳ ｊ ２−ｘＡ Ｑ ＸＯ＋。ｘ
Ｎ ２−ｘ （０’ −５ｉａｌｏｎ、 Ｏ’−サ
イアロン）となっていても差し支えない。
られた焼結体の酸窒化珪素中にＡ Ｑ ２０３の一部ま
たは全部が固溶してＳ ｊ ２−ｘＡ Ｑ ＸＯ＋。ｘ
Ｎ ２−ｘ （０’ −５ｉａｌｏｎ、 Ｏ’−サ
イアロン）となっていても差し支えない。
また、上記主成分以外に、特性に影響を与えない程度の
β−３Ｌ３Ｎ４やα−Ｙ２Ｓ １２０７等を含んでもよ
い。
β−３Ｌ３Ｎ４やα−Ｙ２Ｓ １２０７等を含んでもよ
い。
［作用・効果コ
酸窒化珪素は、１７００℃を越えると
３Ｓｉ２Ｎ２０→５ｊｉＮ４＋３ｓｉＯ＋Ｎ２の反応に
よって急速に分解する。
よって急速に分解する。
しかし、本発明では、ＳｉＣが焼結時における酸窒化珪
素の分解を抑制すると共に、ＡＱ、 Ｓｃ。
素の分解を抑制すると共に、ＡＱ、 Ｓｃ。
Ｙ及び希土類元素のなかから選ばれた１種または２種以
上の酸化物が酸窒化珪素の焼結を促進するために、十分
微密な繊維強化セラミックスを得ることができる。そし
て、ＳｉＣホイスカが焼結体中に存在することにより、
′ａ繊維強化セラミックス高い靭性を付与している。
上の酸化物が酸窒化珪素の焼結を促進するために、十分
微密な繊維強化セラミックスを得ることができる。そし
て、ＳｉＣホイスカが焼結体中に存在することにより、
′ａ繊維強化セラミックス高い靭性を付与している。
さらに、本発明の繊維強化セラミックスは、ボイス力の
存在により、焼結時の酸窒化珪素の粒成長が抑制され、
高強度の焼結体となる。
存在により、焼結時の酸窒化珪素の粒成長が抑制され、
高強度の焼結体となる。
そして、上記構成によって、本発明は、高強度、高靭性
でかつ耐摩耗性、耐欠損性、耐酸化性、耐熱性に優れた
セラミック材料を提供することを可能とした。
でかつ耐摩耗性、耐欠損性、耐酸化性、耐熱性に優れた
セラミック材料を提供することを可能とした。
なお、ＳｉＣホイスカの夕呑加によって、アルミナ、ム
ライト等の靭性を向上することは既に知られていること
であるが、ＳｉＣホイスカの添加は必ずしもセラミック
の靭性を上昇させるものではない。例えば、本願と組成
の似ている５ｉ３ＮａにＳｉＣホイスカを添加しても、
靭性の向上が若干見られる程度に過ぎず、本発明の如き
、著しい靭性の向上はみられない。
ライト等の靭性を向上することは既に知られていること
であるが、ＳｉＣホイスカの添加は必ずしもセラミック
の靭性を上昇させるものではない。例えば、本願と組成
の似ている５ｉ３ＮａにＳｉＣホイスカを添加しても、
靭性の向上が若干見られる程度に過ぎず、本発明の如き
、著しい靭性の向上はみられない。
［実施例］
本発明の実施例について説明する。
・第１実施例
以下に示す各原料を第１表に示す割合で配合し、ボール
ミルを用いエタノール中で１６時間均一に分散混合した
後、乾燥し、造粒して素地粉末とした。
ミルを用いエタノール中で１６時間均一に分散混合した
後、乾燥し、造粒して素地粉末とした。
原料
５ｉ３Ｎｔ：α−５１３Ｎ４９０％、
平均粒径０．６μｍ、純度９８％
５ｉ０２：平均粒径１５ｍＪＬ、純度９９．９％５ｉ２
Ｎ２０：平均粒径１ ｕ、 ｍ 、純度９５％ＡＱ、Ｓ
ｃ、Ｙ及び希土類元素の酸化物（表中では酸化物成分と
表示）：平均粒径２μｍ以下ＳｉＣ粉末：平均粒径１．
６ｕｍ、純度 ９６％、ＳｉＣホイスカ：平均直径０．
６μｍ、長さ１０〜８０μｍ。
Ｎ２０：平均粒径１ ｕ、 ｍ 、純度９５％ＡＱ、Ｓ
ｃ、Ｙ及び希土類元素の酸化物（表中では酸化物成分と
表示）：平均粒径２μｍ以下ＳｉＣ粉末：平均粒径１．
６ｕｍ、純度 ９６％、ＳｉＣホイスカ：平均直径０．
６μｍ、長さ１０〜８０μｍ。
アスペクト比１６〜１３３
この素地粉末を、第１衷に示す温度、時間、圧力でホッ
トプレスにより焼結し、４ｍｍＸ３ｍｍＸ４０ｍｍの寸
法に研磨加工して試料とした。
トプレスにより焼結し、４ｍｍＸ３ｍｍＸ４０ｍｍの寸
法に研磨加工して試料とした。
その後、試料の室温及び１０００℃における曲げ強度（
Ｊ ｌ５−Ｒ１６０１及びＪＩＳ−Ｒ１６０４に準する
）、ビッカース硬度（荷重１０ｋｇ）。
Ｊ ｌ５−Ｒ１６０１及びＪＩＳ−Ｒ１６０４に準する
）、ビッカース硬度（荷重１０ｋｇ）。
破壊靭性（インデンティションマイクロフラクチャー法
、荷重１０ｋｇによる）について測定し、第１表に合わ
せて記した。また、試料中の結晶相をＸ線回折を用いて
同定し、結果を第１衷に記した。
、荷重１０ｋｇによる）について測定し、第１表に合わ
せて記した。また、試料中の結晶相をＸ線回折を用いて
同定し、結果を第１衷に記した。
なお、顕牽鏡による試料観察、Ｘ線回折およびカーボン
定量の結果より、ＳｉＣホイスカは他の成分と化学的に
反応することなく試料にボイス方形状で残っていること
が確認された。
定量の結果より、ＳｉＣホイスカは他の成分と化学的に
反応することなく試料にボイス方形状で残っていること
が確認された。
第１表から次のことがわかった。
■ 試料Ｎｏ、１−Ａ、１−Ｂのように、５ｉ２Ｎ２０
となる成分、あるいは５ｉ２Ｎ２０のみを原料とし、酸
化物成分およびＳｉＣホイスカを使用しないと、焼結体
を得ることはできない。
となる成分、あるいは５ｉ２Ｎ２０のみを原料とし、酸
化物成分およびＳｉＣホイスカを使用しないと、焼結体
を得ることはできない。
■ 試料Ｎｏ、１−Ｃ，１−Ｄのように、ＳｉＣホイス
カを使用しないと、実施例と同様の条件ではＳ １２Ｎ
２０成分が分解揮発するために、焼結できない。また、
試料Ｎｏ、 １−Ｅ、 １−Ｆのように焼結条件を
変更して焼結した場合、十分な靭性を得ることができな
い。
カを使用しないと、実施例と同様の条件ではＳ １２Ｎ
２０成分が分解揮発するために、焼結できない。また、
試料Ｎｏ、 １−Ｅ、 １−Ｆのように焼結条件を
変更して焼結した場合、十分な靭性を得ることができな
い。
■ 試料Ｎｏ、１−Ｇ、１−Ｈのように、ＳｉＣ成分（
ＳｉＣ粉末およびＳｉＣホイスカの合計）が５重量％よ
り少ないと、５ｊ２Ｎ２０の分解揮発を抑制することが
できず、十分な焼結体を得ることができない。また、試
料Ｎｏ、 １−１． １−Ｊのように、ＳｉＣ成分が
４０重量％より多いと、焼結性が悪くなり、焼結体を得
ることができない。
ＳｉＣ粉末およびＳｉＣホイスカの合計）が５重量％よ
り少ないと、５ｊ２Ｎ２０の分解揮発を抑制することが
できず、十分な焼結体を得ることができない。また、試
料Ｎｏ、 １−１． １−Ｊのように、ＳｉＣ成分が
４０重量％より多いと、焼結性が悪くなり、焼結体を得
ることができない。
■ 試料Ｎｏ、 １−に、 １−Ｌのように、酸化
物成分を使用しないと、焼結時にカラスの生成がなく、
焼結が促進されない。また、試料Ｎｏ、１−Ｍ、１−Ｎ
のように、酸化物成分が１重量％より少ないと焼結時に
ガラスの生成が少なく、焼結が進まない。逆に、試料Ｎ
ｏ、 １−０． １−Ｐのように酸化物成分が３０重
量％より多いとガラスの生成が多すぎて十分な性能の焼
結体を得ることができない。
物成分を使用しないと、焼結時にカラスの生成がなく、
焼結が促進されない。また、試料Ｎｏ、１−Ｍ、１−Ｎ
のように、酸化物成分が１重量％より少ないと焼結時に
ガラスの生成が少なく、焼結が進まない。逆に、試料Ｎ
ｏ、 １−０． １−Ｐのように酸化物成分が３０重
量％より多いとガラスの生成が多すぎて十分な性能の焼
結体を得ることができない。
■ 試料Ｎｏ、１−Ｑ、１−Ｒのように、ＳｉＣホイス
カが５重量％より少ないと、他の成分が本願の範囲内で
あっても高い靭性を備えた焼結体を得ることができない
。
カが５重量％より少ないと、他の成分が本願の範囲内で
あっても高い靭性を備えた焼結体を得ることができない
。
・第２実施例
第１実施例で使用した原料を第２表に示す割合で配合し
、第１実施例と同様にして焼結し、試料を作成評価した
。
、第１実施例と同様にして焼結し、試料を作成評価した
。
第２表から次のことが分かった。
■ ＳｉＣホイスカの含有量が全体の５重量％以上であ
るときに、優れた特性の焼結体を得ることができる。
るときに、優れた特性の焼結体を得ることができる。
即ち、上記■〜０から分かるように、ＳｉＣ５〜４０重
量％と、酸化物成分１〜３０重量％と、酸窒化珪素成分
残部とを主成分とする繊維強化セラミックスであって、
ＳｉＣホイスカが少なくとも全生成分の５重量％以上で
あると、高強度、高靭性でかつ耐摩耗性、耐欠損性、耐
酸化性、耐熱性に優れたセラミック材料を得ることがで
きる。
量％と、酸化物成分１〜３０重量％と、酸窒化珪素成分
残部とを主成分とする繊維強化セラミックスであって、
ＳｉＣホイスカが少なくとも全生成分の５重量％以上で
あると、高強度、高靭性でかつ耐摩耗性、耐欠損性、耐
酸化性、耐熱性に優れたセラミック材料を得ることがで
きる。
代理人 弁理士 定立 勉（他ス名）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ＳｉＣホイスカを含むＳｉＣ５〜４０重量％と、Ａｌ，
Ｓｃ，Ｙ及び希土類元素のなかから選ばれた１種または
２種以上の酸化物を１〜３０重量％と、酸窒化珪素成分
残部とを主成分とする繊維強化セラミックスであって、 上記ＳｉＣホイスカが少なくとも全主成分の５重量％以
上てあることを特徴とする繊維強化セラミックス。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63127687A JPH0745350B2 (ja) | 1987-12-01 | 1988-05-25 | 繊維強化セラミックス |
| US07/277,374 US4956317A (en) | 1987-12-01 | 1988-11-29 | Whisker-reinforced ceramics |
| DE3840573A DE3840573C2 (de) | 1987-12-01 | 1988-12-01 | Whisker-verstärkte Keramik |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62-303829 | 1987-12-01 | ||
| JP30382987 | 1987-12-01 | ||
| JP63127687A JPH0745350B2 (ja) | 1987-12-01 | 1988-05-25 | 繊維強化セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01252586A true JPH01252586A (ja) | 1989-10-09 |
| JPH0745350B2 JPH0745350B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=26463584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63127687A Expired - Lifetime JPH0745350B2 (ja) | 1987-12-01 | 1988-05-25 | 繊維強化セラミックス |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4956317A (ja) |
| JP (1) | JPH0745350B2 (ja) |
| DE (1) | DE3840573C2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4028217A1 (de) * | 1990-06-01 | 1991-12-05 | Krupp Widia Gmbh | Keramikverbundkoerper, verfahren zur herstellung eines keramikverbundkoerpers und dessen verwendung |
| JP2842723B2 (ja) * | 1990-12-27 | 1999-01-06 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体およびその製造方法 |
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