JPH013081A - ＳｉＣウイスカ−強化セラミックスの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＳｉＣウィスカーで複合強化したセラミック
スの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

耐熱性や耐食性に優れたセラミックス材料は、エンジン
をはじめ高温下に用いられる各種構造部材として有用さ
れている。

一般にセラミックス材料は、破壊靭性か充分でなく、微
小な傷や内部欠陥により応力の集中が生じ易く破壊して
しまう欠点がある。

近年この破壊靭性を向上させる方法が広く研究されてお
り、ウィスカーをセラミックスに複合化することにより
靭性を向上させる試みも種々提案されている。これは高
弾性を有するウィスカーを分散複合化することにより、
セラミックス中におけるクラックの成長を停止あるいは
抑制して、クラックの進行方向を屈曲させて応力集中を
緩和し、あるいはウィスカーの引き抜き効果により、ク
ラック先端でのエネルギーを吸収して破壊靭性の向上を
はかるものである。

この場合、ウィスカーとセラミックスとの界面結合の状
態が大きく影響し、界面結合が大きいと上記破壊靭性向
上効果が充分発揮されない。また、界面結合が小さいと
クラック発生の起点となる欠点がある。

この改善策として、ウィスカーとセラミックスを複合化
するに当り、ＳｉＣウィスカーの表面にＣＶＤ法により
炭素を被覆してからＡ１．０３と複合化する方法が提案
されている（第２５回窯業基礎討論会講演要旨集Ｐ４１
）が、この場合の炭素被覆層は層膜が厚く（約４５０人
）不均一であるために、かえって強度、破壊靭性の低下
を招く結果となっている。

このように高温耐食性構造部材用として、セラミックス
材料の破壊靭性を向上させることは極めて重要な課題で
あるにも拘わらず、有効な改善手段は見出されていない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記問題点を解決するために、ＳｉＣウィス
カーとセラミックスとの界面結合を制御することにより
、破壊靭性の大きいＳｉＣウィスカー強化セラミックス
の製造方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、ＳｉＣウィスカーの表面に炭素質薄
膜を形成被着した後、炭化物、窒化物、酸化物系セラミ
ックス粉末と混合し、不活性雰囲気もしくは真空中で焼
結することを形成被着するＳｉＣウィスカー強化セラミ
ックスの製造方法である。

ＳｉＣウィスカーは直径０．１〜１μ方、長さ３０〜１
００μ肩の針状単結晶から成るものであり、強度特性が
大きく補強材として有用されている。

このＳｉＣウィスカーをセラミックス材料に分散複合化
して靭性の向上をはかる場合、ＳｉＣウィスカーはセラ
ミックス材料との界面において密に結合するために、ウ
ィスカーの引き汝き効果が充分発揮されず、破壊靭性の
向上をはかることが錐しい。

本発明【よ、ＳｉＣウィスカーの表面に単分子膜に相当
する程度の炭素質薄膜を形成被着して、ウィスカーとセ
ラミックスとの界面結合を調節することにより、破壊靭
性の向上をはかることができることを知見して完成した
ものである。

ＳｉＣウィスカー表面に炭素質薄膜を形成被着させるた
めには、まず熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解して０．５
％以下の希薄溶液を調製する。次いで長時間、例えば数
日間放置して、熱硬化性樹脂の高分子中に有機溶媒が無
制限に混ざる状態、すなわち微視的に均一に一相化する
ことが必要である。

熱硬化性樹脂としては炭化率の大きいフェノール系やフ
ラン系樹脂が、有機溶媒としてはエタノール、アセトン
、ベンゼン、トルエンなどが好ましく用いられる。

このように有機溶媒が連続相となった溶液中にＳｉＣウ
ィスカーを５０〜２００ｇ／ｌ程度の濃度に分散させ、
濾過乾燥して有機溶媒を除去し、加熱硬化した後、非酸
化性雰囲気中８００〜１２００℃で焼成炭化して炭素質
の薄膜を被着させる。このようにして単分子膜に近い７
〜２０人程度の非常に薄い炭素質被膜相が形成される。

この場合が過はできるだけ緩やかに行い、加熱硬化およ
び焼成炭化処理も緩徐に行うことが好ましい。

炭素質薄膜を形成被着したＳｉＣウィスカーは、次いで
セラミックス粉末およびＹ、０３などの焼結助剤と水中
で混合分散させ、濾過乾燥して均一な混合粉末とした後
、常法に従って不活性雰囲気らしくは真空中でホットプ
レスにより焼結して、ＳｉＣウィスカー強化セラミック
ス材料を得る。

この際、マトリックス材となるセラミックスとしては、
Ｓ　ｉＣ、Ｔ　ｉＣ、Ｓ　１ａＮ４．　Ａ　ｌｔｏ　３
などの各種炭化物、窒化物、酸化物系セラミックスの粉
末が用いられる。

〔作　用〕 上記構成に基づき、ＳｉＣウィスカー表面に単分子膜に
相当する程度の炭素質薄膜を形成被着することにより、
セラミックス粉末との界面結合力を適度に調節すること
ができ、引き抜き効果による破壊靭性および強度の増大
化を可能とする。更に炭素質薄膜は界面における衝撃を
和らげるクツンヨン的機能を有するので靭性破壊の鋭敏
性を低下する作用を営む。

〔実施例〕

（１）フェノール樹脂（群栄化学製レジトップＰＧＡ−
４５０８）１４．４ｇをエタノール４７８０　ｍｌ中に
溶解（濃度０　、３　ｗｔ％）した後７日間静置して、
フェノール樹脂の高分子鎖がエタノール中に均一相に分
散する溶液を調製した。

この溶液中にＳｉＣウィスカー（直径０．１〜１μ１１
長さ３０〜＋００μｚ）４８０ｇを撹拌混合して充分に
分散させた後が過し、風乾してエタノールを揮散除去し
た。ＳｉＣウィスカーに付着したフェノール樹脂は２．
４ｇであった。次いで１７０℃で２時間加熱してフェノ
ール樹脂を硬化した後、高周波炉にてアルゴン雰囲気１
０００℃の温度で４時間焼成炭化した。

このようにして得られた炭素質薄膜を形成被着したＳｉ
Ｃウィスカーの表面を透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）
で観察した。写真観察の結果から炭素質薄膜の厚さは約
１５人であった。

フェノール樹月旨９６ｇをエタノール４７００ｍ１中に
溶解（ａ度２ｗｔ％）し、７日間静置して調製した溶液
を使用した以外は、同一の方法で処理したＳｉＣウィス
カー表面に被着した炭素質薄膜の厚さは約１００人であ
った。

（２）　この炭素質薄膜を被着したＳｉＣウィスカーと
Ｓ　１３　Ｎ　＋粉末（粒度０．２μｍ）とを所定の割
合で水中に分散させ、濾過乾燥して均一な混合粉末を得
た。

なお、焼結助剤として、Ｙ　ｔ　Ｏ３を５ｔ３Ｎ、粉末
に１０ｗｔ％の割合で添加した。この混合粉体を真空中
、１８００℃、３５ＭＰａの条件でポットプレスして直
径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍのセラミックス焼結体を得た。

このセラミックス焼結体の破壊靭性、曲げ強度特性を測
定して表−１に示した。なお、比較のために炭素質薄膜
を被着しないＳｉＣウィスカーについても実施し、同表
中に併記した。

表−１の結果から、炭素質薄膜とくに１５人程度の薄膜
を形成被着することによって、破壊靭性や強度の向上を
はかることができる。

表−１ 〔発明の効果〕 上記説明で明らかなように、本発明の手法にょるＳｉＣ
ウィスカーの複合強化により、高温構造部材として有用
な破壊靭性、曲げ強度の大きなセラミックス材料の製造
が可能となる。

特許出願人　　東海カーボン株式会社 代理人　弁理士　　高　畑　正　也

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ＳｉＣウィスカーの表面に炭素質薄膜を形成被着し
   た後、炭化物、窒化物、酸化物系セラミックス粉末と混
   合し、不活性雰囲気もしくは真空中で焼結することを特
   徴とするＳｉＣウィスカー強化セラミックスの製造方法
   。
2. ２．熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解し、充分に均相化さ
   せた溶液中にＳｉＣウィスカーを分散させ、濾過乾燥し
   て有機溶媒を除去し、次いで加熱して熱硬化性樹脂を硬
   化した後、非酸化性雰囲気中で８００〜１２００℃に焼
   成炭化してＳｉＣウィスカーの表面に７〜２０Åの炭素
   質薄膜を形成被着する特許請求の範囲第１項記載のＳｉ
   Ｃウィスカー強化セラミックスの製造方法。