JPH01290565A - 高強度材料の製造法 - Google Patents
高強度材料の製造法Info
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- JPH01290565A JPH01290565A JP63117680A JP11768088A JPH01290565A JP H01290565 A JPH01290565 A JP H01290565A JP 63117680 A JP63117680 A JP 63117680A JP 11768088 A JP11768088 A JP 11768088A JP H01290565 A JPH01290565 A JP H01290565A
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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
- C04B35/56—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 carbides or oxycarbides
- C04B35/565—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 carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/575—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 carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by pressure sintering
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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］
本発明は高強度材料の製造法に関し、詳しくはセラミッ
クス粉末に熱プラズマ処理を行うことによって、セラミ
ックス系の高強度材料を効率よく製造する方法に関する
。
クス粉末に熱プラズマ処理を行うことによって、セラミ
ックス系の高強度材料を効率よく製造する方法に関する
。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
セラミックス系の焼結成形体を製造するには、粒径０．
３〜０．５μｍのセラミックス粉末を原料として、これ
を混練、成形し、さらに焼結することが行われている。
セラミックス系の焼結成形体を製造するには、粒径０．
３〜０．５μｍのセラミックス粉末を原料として、これ
を混練、成形し、さらに焼結することが行われている。
しかし、このようにして得られる焼結成形体は、緻密な
焼結体とならず、また不純物の偏析が起こりやすく、充
分な強度を発現することができない。
焼結体とならず、また不純物の偏析が起こりやすく、充
分な強度を発現することができない。
これは、原料であるセラミックス粉末が、組成的に均一
でなく、また複数相のものが混在しており、その上５０
０Å以下の微粒子が得られないことなどに起因するもの
である。
でなく、また複数相のものが混在しており、その上５０
０Å以下の微粒子が得られないことなどに起因するもの
である。
そこで本発明者らは、上記従来技術の問題を解消し、緻
密で高強度の焼結成形体となりうる材料を製造すべく、
鋭意研究を重ねた。
密で高強度の焼結成形体となりうる材料を製造すべく、
鋭意研究を重ねた。
〔課題を解決するための手段］
その結果、セラミックス粉末を熱プラズマ処理すること
によって、上記目的を達成できることを見出した。本発
明はかかる知見に基いて完成したものである。
によって、上記目的を達成できることを見出した。本発
明はかかる知見に基いて完成したものである。
すなわち本発明は、セラミックス粉末を熱プラズマ処理
し、次いで得られた単一相のセラミックス超微粒子を焼
結することを特徴とする高強度材料の製造法を提供する
ものである。
し、次いで得られた単一相のセラミックス超微粒子を焼
結することを特徴とする高強度材料の製造法を提供する
ものである。
本発明の製造法において用いる原料は、セラミックス粉
末であり、その種類は特に限定されず、製造すべき材料
に応じて適宜選定すればよい。具体的には、炭化珪素、
窒化珪素、窒化アルミニウム、鉄シリサイド、硼化アル
ミニウム、硼化珪素。
末であり、その種類は特に限定されず、製造すべき材料
に応じて適宜選定すればよい。具体的には、炭化珪素、
窒化珪素、窒化アルミニウム、鉄シリサイド、硼化アル
ミニウム、硼化珪素。
炭化タングステン、酸化トリウム（ＴｈＯ□）、炭化ハ
フニウム、ＺｒＯ□−３ｉＣなどがあげられる。
フニウム、ＺｒＯ□−３ｉＣなどがあげられる。
また、この原料としてのセラミックス粉末は、単一相で
あるものは勿論、複数の異なる相、例えばα相とβ相の
混在したもの等であってもよい。
あるものは勿論、複数の異なる相、例えばα相とβ相の
混在したもの等であってもよい。
さらに、セラミックス粉末の粒径は、従来の機械的粉砕
手段で得られる程度の粒径でよく、通常は０．１〜５μ
ｍ、好ましくは０．３〜１μｍ程度である。
手段で得られる程度の粒径でよく、通常は０．１〜５μ
ｍ、好ましくは０．３〜１μｍ程度である。
本発明の製造法では、上記セラミックス粉末を原料とし
て、これを熱プラズマ処理する。この処理で使用するプ
ラズマは、低圧のグロー放電とは異なり、最高温度１０
０００Ｋに達する超高温プラズマであり、処理条件を制
御すればほとんどすべてのセラミックス粉末をベーパラ
イズすることができる。この熱プラズマ処理の操作なら
びに条件は、特に制限はないが、一般には第１図に示す
装置を用い、原料のセラミックス粉末をアルゴンガス等
のプラズマガスとともに、超高温プラズマ室１の導入し
、ここで高周波コイル２にてｌＧ〜８０ｋＷ、好ましく
は１０〜５０ｋＷの出力でプラズマを点火すると、最高
温度１００００°Ｃの超高温プラズマが得られる。この
過程でセラミックス粉末はベーパライズし、さらに急冷
を受け、超微粒子となる。この際のアルゴンガス等のプ
ラズマガスの流量は１０〜２００１／分、好ましくは４
０〜１００ｆ／分、水素流量は１〜２０！／分。
て、これを熱プラズマ処理する。この処理で使用するプ
ラズマは、低圧のグロー放電とは異なり、最高温度１０
０００Ｋに達する超高温プラズマであり、処理条件を制
御すればほとんどすべてのセラミックス粉末をベーパラ
イズすることができる。この熱プラズマ処理の操作なら
びに条件は、特に制限はないが、一般には第１図に示す
装置を用い、原料のセラミックス粉末をアルゴンガス等
のプラズマガスとともに、超高温プラズマ室１の導入し
、ここで高周波コイル２にてｌＧ〜８０ｋＷ、好ましく
は１０〜５０ｋＷの出力でプラズマを点火すると、最高
温度１００００°Ｃの超高温プラズマが得られる。この
過程でセラミックス粉末はベーパライズし、さらに急冷
を受け、超微粒子となる。この際のアルゴンガス等のプ
ラズマガスの流量は１０〜２００１／分、好ましくは４
０〜１００ｆ／分、水素流量は１〜２０！／分。
好ましくは１〜８２／分とし、また、原料セラミックス
粉末の供給量は１〜１００ ｇ／分、好ましくは５〜２
０ｇ／分とする。
粉末の供給量は１〜１００ ｇ／分、好ましくは５〜２
０ｇ／分とする。
本発明の製造法によれば、上記の熱プラズマ処理によっ
て、単一相であってしかも均一組成のセラミックス超微
粒子（粒子径：１０００Å以下）が得られる。ここで、
原料のセラミックス粉末が例えばα相とβ相の混和であ
っても、熱プラズマ処理の条件を選定することによって
、自在にα相の単相とすることも、またβ相の単相とす
ることも可能である。なお、本発明の製造法で得られる
単一相とは、必ずしも１００％単一相を意味するもので
はなく、通常は純度９０％以上の実質的に単一相を意味
し、全体の１０％未満であれば、他相が混合している場
合も包含される。
て、単一相であってしかも均一組成のセラミックス超微
粒子（粒子径：１０００Å以下）が得られる。ここで、
原料のセラミックス粉末が例えばα相とβ相の混和であ
っても、熱プラズマ処理の条件を選定することによって
、自在にα相の単相とすることも、またβ相の単相とす
ることも可能である。なお、本発明の製造法で得られる
単一相とは、必ずしも１００％単一相を意味するもので
はなく、通常は純度９０％以上の実質的に単一相を意味
し、全体の１０％未満であれば、他相が混合している場
合も包含される。
本発明の製造法では、この単一相かつ均一組成のセラミ
ックス超微粒子を、適当な焼結助剤とともに常法により
焼結すれば、目的とする高強度材料が得られる。
ックス超微粒子を、適当な焼結助剤とともに常法により
焼結すれば、目的とする高強度材料が得られる。
次に、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳しく説
明する。
明する。
実施例１
α−３ｉＣ及びβ−３ｉＣの混合粉末（平均粒径＝０．
４．ｃｚｍ）を、出力４０〜６０ｋＷ、アルゴン流量５
０〜１００１７分、水素流量８〜１０１／分、原料粉末
供給量ＩＯ〜４０ｇ／分の熱プラズマ条件で処理したと
ころ、粒径０．０１〜０．０５μｍの均一組成かつβ相
単相のＳｉＣ超微粒子が得られた。
４．ｃｚｍ）を、出力４０〜６０ｋＷ、アルゴン流量５
０〜１００１７分、水素流量８〜１０１／分、原料粉末
供給量ＩＯ〜４０ｇ／分の熱プラズマ条件で処理したと
ころ、粒径０．０１〜０．０５μｍの均一組成かつβ相
単相のＳｉＣ超微粒子が得られた。
次に、このプラズマ処理して得たβ−３ｉＣ超微粒子に
、焼結助剤としてＢ、Ｃ及びＣを各々０．３゜２．０重
量％となるように添加した後、アルゴン雰囲気中で温度
２３５０に、圧力４０ＭＰａの条件で所定時間熱処理（
ホットプレス）を行った。
、焼結助剤としてＢ、Ｃ及びＣを各々０．３゜２．０重
量％となるように添加した後、アルゴン雰囲気中で温度
２３５０に、圧力４０ＭＰａの条件で所定時間熱処理（
ホットプレス）を行った。
得られた焼結体から試験片を作製し、室温及び高温（１
８７３に、アルゴン雰囲気中）にて３点曲げ強さ及び破
壊靭性値（ＳＥＰ法）を評価した。
８７３に、アルゴン雰囲気中）にて３点曲げ強さ及び破
壊靭性値（ＳＥＰ法）を評価した。
このうち、室温での結果を第２図に示す。
比較例１
実施例１と同じα−３ｉＣ及びβ−３ｉＣの混合粉末（
平均粒径＝０．４μｍ）を用い、これを従来法にしたが
って混練、成形、焼結の操作を行い、得られた焼結体か
ら試験片を作製し、この試験片について実施例１と同様
に３点曲げ強さ及び破壊靭性値（ＳＥＰ法）を評価した
。結果を第２図に示す。
平均粒径＝０．４μｍ）を用い、これを従来法にしたが
って混練、成形、焼結の操作を行い、得られた焼結体か
ら試験片を作製し、この試験片について実施例１と同様
に３点曲げ強さ及び破壊靭性値（ＳＥＰ法）を評価した
。結果を第２図に示す。
実施例２
α−３ｉ３Ｎ ａ及びβ−３ｉ、Ｎ、の混合粉末（平均
粒径＝０．３μｍ）を、出力２０〜３５ｋＷ、アルゴン
流量５０〜８０ｆ！、／分、水素流量５〜１０ゼ／分、
原料粉末供給量５〜２０ｇ／分の熱プラズマ条件で処理
したところ、粒径０．０１〜０．０５μｍの均一組成か
つα相単相の５ｉ＝Ｎ４超微粒子が得られた。
粒径＝０．３μｍ）を、出力２０〜３５ｋＷ、アルゴン
流量５０〜８０ｆ！、／分、水素流量５〜１０ゼ／分、
原料粉末供給量５〜２０ｇ／分の熱プラズマ条件で処理
したところ、粒径０．０１〜０．０５μｍの均一組成か
つα相単相の５ｉ＝Ｎ４超微粒子が得られた。
次に、このプラズマ処理して得たα−３ｉ、＋Ｎ。
超微粒子に、焼結助剤としてＹ２Ｏ３及びＡ ｌ ｚ
Ｏ３を各々１．０重量％、２．０重量％となるように添
加した後、窒素雰囲気中で温度１３００〜１７５０°Ｃ
にて４時間高温等方間プレス（ＨＩＰ）を行った。
Ｏ３を各々１．０重量％、２．０重量％となるように添
加した後、窒素雰囲気中で温度１３００〜１７５０°Ｃ
にて４時間高温等方間プレス（ＨＩＰ）を行った。
得られた焼結体から試験片を作製し、ＪＩＳＲ−１６０
１−１９８１に準拠して曲げ試験（室温）を行った。結
果を第３図に示す。
１−１９８１に準拠して曲げ試験（室温）を行った。結
果を第３図に示す。
実施例３
実施例２において、熱プラズマ条件を出力４０〜７０ｋ
Ｗ、アルゴン流量６０〜１００ｊ２／分。
Ｗ、アルゴン流量６０〜１００ｊ２／分。
水素流量５〜１０１／分、原料粉末供給量５〜２０ｇ／
分としたこと以外は、実施例２と同様の処理を行い、粒
径０．０１〜０．０５μｍの均一組成かつβ相単相のＳ
ｉ ３ Ｎ ４超微粒子を得た。
分としたこと以外は、実施例２と同様の処理を行い、粒
径０．０１〜０．０５μｍの均一組成かつβ相単相のＳ
ｉ ３ Ｎ ４超微粒子を得た。
その後、このβ−３ｉ、Ｎ、超微粒子を用いて、実施例
２と同様に焼結操作を行い、焼結体を得た。
２と同様に焼結操作を行い、焼結体を得た。
比較例２
実施例２と同じα−３ｉ ３ Ｎ ４及びβ−３ｉ ｓ
Ｎ ４の混合粉末（平均粒径−０，３μｍ）を用い、
これを従来法にしたがって混練、成形、焼結の操作を行
い、得られた焼結体から試験片を作製し、この試験片に
ついて実施例２と同様に曲げ試験を行った。
Ｎ ４の混合粉末（平均粒径−０，３μｍ）を用い、
これを従来法にしたがって混練、成形、焼結の操作を行
い、得られた焼結体から試験片を作製し、この試験片に
ついて実施例２と同様に曲げ試験を行った。
結果を第３図に示す。
実施例４
ＡＩＯＮ及び六方晶／ＩＮの混合粉末（平均粒径＝０．
３〜０．５μｍ）を、出力２０〜５０ｋＷ。
３〜０．５μｍ）を、出力２０〜５０ｋＷ。
アルゴン流量４０〜１２０ｆ／分、水素流量１〜１２１
／分、原料粉末供給量１〜２０ｇ／分の熱プラズマ条件
で処理したところ、粒径０．０１〜０．０５μｍの均一
組成かつ立方晶単相（純度９５％）のＡβＮ超微粒子が
得られた。
／分、原料粉末供給量１〜２０ｇ／分の熱プラズマ条件
で処理したところ、粒径０．０１〜０．０５μｍの均一
組成かつ立方晶単相（純度９５％）のＡβＮ超微粒子が
得られた。
次に、このプラズマ処理して得た立方晶単相のＡ２Ｎ超
微粒子に、焼結助剤としてＹ、Ｏ，を１．０重量％とな
るように添加した後、アルゴン雰囲気中で温度７００〜
１２００°Ｃの条件で焼結を行った。
微粒子に、焼結助剤としてＹ、Ｏ，を１．０重量％とな
るように添加した後、アルゴン雰囲気中で温度７００〜
１２００°Ｃの条件で焼結を行った。
得られた焼結体から試験片を作製し、ＪＩＳＲ−１６０
１−１９８１に準拠して曲げ試験を行った。結果を第４
図に示す。
１−１９８１に準拠して曲げ試験を行った。結果を第４
図に示す。
比較例３
実施例４と同じＡｆｆｉＯＮ及び六方晶ＡｆｆｉＮの混
合粉末（平均粒径＝０．３〜０．５μｍ）を用い、これ
を従来法にしたがって混練、成形、焼結の操作を行い、
得られた焼結体から試験片を作製し、この試験片につい
て実施例４と同様に引張試験を行った。結果を第４図に
示す。
合粉末（平均粒径＝０．３〜０．５μｍ）を用い、これ
を従来法にしたがって混練、成形、焼結の操作を行い、
得られた焼結体から試験片を作製し、この試験片につい
て実施例４と同様に引張試験を行った。結果を第４図に
示す。
軟土の如く、本発明の製造法によれば、熱プラズマ処理
によってセラミックス粉末が超微粒子化すると同時に、
均一かつ単相のものとなるため、不純物の偏析や組成の
不均一性が解消される。その結果、焼結操作が容易にな
るとともに、得られる焼結体は高緻密化して極めて高強
度の材料となる。
によってセラミックス粉末が超微粒子化すると同時に、
均一かつ単相のものとなるため、不純物の偏析や組成の
不均一性が解消される。その結果、焼結操作が容易にな
るとともに、得られる焼結体は高緻密化して極めて高強
度の材料となる。
したがって、本発明の製造法によって得られる高強度材
料は、電気・電子材料１機械材料、建築材料等に幅広く
かつ有効に利用される。
料は、電気・電子材料１機械材料、建築材料等に幅広く
かつ有効に利用される。
第１図は本発明の製造法に用いるプラズマ発生装置の説
明図であり、第２図は実施例及び比較例で得られた試験
片について、曲げ強さ及び破壊靭性値と熱処理時間との
関係を示すグラフであり、第３図は実施例及び比較例で
得られた試験片について、曲げ強さとＨＩＰ温度との関
係を示すグラフであり、第４は実施例及び比較例で得ら
れた試験片について、引張強度と焼結温度との関係を示
すグラフである。 第１図中、１は超高温プラズマ室、２は高周波コイルで
ある。 第１図 第２図 １．８ ３．６ ７２
ｊ４．０熱処理時間（キロ秒） 第３図 １５００ １６００ ／７００ １８０
０１−ＩＩＰ温度（°Ｃ） 第４図 ６００ ７００ ８００ １０００
１２００ ／４００焼結温度（°Ｃ） 手続補正書働式） 昭和６３年９月１２日
明図であり、第２図は実施例及び比較例で得られた試験
片について、曲げ強さ及び破壊靭性値と熱処理時間との
関係を示すグラフであり、第３図は実施例及び比較例で
得られた試験片について、曲げ強さとＨＩＰ温度との関
係を示すグラフであり、第４は実施例及び比較例で得ら
れた試験片について、引張強度と焼結温度との関係を示
すグラフである。 第１図中、１は超高温プラズマ室、２は高周波コイルで
ある。 第１図 第２図 １．８ ３．６ ７２
ｊ４．０熱処理時間（キロ秒） 第３図 １５００ １６００ ／７００ １８０
０１−ＩＩＰ温度（°Ｃ） 第４図 ６００ ７００ ８００ １０００
１２００ ／４００焼結温度（°Ｃ） 手続補正書働式） 昭和６３年９月１２日
Claims (1)
- （１）セラミックス粉末を熱プラズマ処理し、次いで得
られた単一相のセラミックス超微粒子を焼結することを
特徴とする高強度材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63117680A JPH01290565A (ja) | 1988-05-14 | 1988-05-14 | 高強度材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63117680A JPH01290565A (ja) | 1988-05-14 | 1988-05-14 | 高強度材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01290565A true JPH01290565A (ja) | 1989-11-22 |
| JPH0563436B2 JPH0563436B2 (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=14717627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63117680A Granted JPH01290565A (ja) | 1988-05-14 | 1988-05-14 | 高強度材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01290565A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7438880B2 (en) | 2006-12-20 | 2008-10-21 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Production of high purity ultrafine metal carbide particles |
| US7635458B1 (en) | 2006-08-30 | 2009-12-22 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Production of ultrafine boron carbide particles utilizing liquid feed materials |
| US7776303B2 (en) | 2006-08-30 | 2010-08-17 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Production of ultrafine metal carbide particles utilizing polymeric feed materials |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0652729U (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-19 | 象印マホービン株式会社 | ロースター |
-
1988
- 1988-05-14 JP JP63117680A patent/JPH01290565A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7635458B1 (en) | 2006-08-30 | 2009-12-22 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Production of ultrafine boron carbide particles utilizing liquid feed materials |
| US7776303B2 (en) | 2006-08-30 | 2010-08-17 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Production of ultrafine metal carbide particles utilizing polymeric feed materials |
| US7438880B2 (en) | 2006-12-20 | 2008-10-21 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Production of high purity ultrafine metal carbide particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0563436B2 (ja) | 1993-09-10 |
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