JPH02289470A - 複合セラミックス製品とその製造方法 - Google Patents

複合セラミックス製品とその製造方法

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JPH02289470A
JPH02289470A JP1110382A JP11038289A JPH02289470A JP H02289470 A JPH02289470 A JP H02289470A JP 1110382 A JP1110382 A JP 1110382A JP 11038289 A JP11038289 A JP 11038289A JP H02289470 A JPH02289470 A JP H02289470A
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Takao Yonezawa
米澤 孝夫
Toshiaki Matsuda
松田 敏紹
Masatoshi Minamizawa
南澤 正敏
Shinichi Saito
信一 斉藤
Kazuyoshi Sato
佐藤 一喜
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高強度でかつ耐熱衝撃性に優れた複合セラミ
ックスおよび高強度で耐熱衝撃性に優れた複合セラミッ
クスを製造する方法に関する。
[従来の技術] 近年セラミックスは、例えば自動車用エンジン部品やベ
アリングや刃物といった。広い分野で使用されているが
、セラミックスの脆さが改善できると、−層広い利用分
野が見込まれるため、高強度でかつ耐熱衝撃性の優れた
セラミックスの研究が行われている。
特開昭58−104069号や特開昭62−26517
3号は炭化珪素の短繊維(以下ウィスカーと略記する)
を分散複合させたセラミックスに関する。これ等のセラ
ミックスは、ホットプレス法やHIP法を用いて製造さ
れている。しかしホットプレス法やHIP法は大規模な
設備が必要で、コストも高く、また複雑な形状のセラミ
ックスは製造し難いという問題点がある。
[発明が解決しようとする課M] 本発明者等は、ウィスカーを分散複合し高強度でかつ耐
熱衝撃性の優れたセラミックスを常圧で成形、焼結する
発明をし、特願昭63−329427号で特許出願した
。この発明によると、従来よりも簡易な方法で安価に、
高強度で且つ耐熱衝撃性の優れたセラミックスが製造で
きる。
本発明者等は、高強度でかつ耐熱衝撃性の優れたセラミ
ックスを常圧で成形、焼結することを更に研究した結果
、新たなセラミックスとその製造方法を発明するに至っ
た。
即ち本発明は、ホットプレス法やHIP法を用いないで
製造が可能な、高強度でかつ耐熱衝撃性の優れた新たな
セラミックス製品を開示するものであり、かつその製造
方法を提供するものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は板状微粒をマトリックス中に分散せしめたセラ
ミックス製品である。
板状微粒としては5例えば厚さが約0.5〜5μで直径
が20〜70μの六方晶の炭化珪素の板状微粒が市販さ
れている(商品名:シリコンカーバイドプレートレッド
、製造:アメリカンマトリックス社)が、この板状微粒
は極めて高強度で1本発明の板状微粒として用いる事が
できる。
又例えば、窒化硼素は黒鉛と同様の結晶をしているため
、その粉末は本質的に板状微粒であり種々の粒径のもの
が市販されているが、炭化珪素の板状微粒と同様に1本
発明の板状微粒として用いる事ができる。
本発明でマトリックス材としては、例えば粒度が約1μ
の窒化珪素の微粉(商品名: 5NP−8S 、製造:
日本重化学工業(株))が市販されており、本発明のセ
ラミックスのマトリックス材として使用する事ができる
本発明のセラミックスでは分散せしめた板状微粒は、板
状面がセラミックス製品の外面と略同じ向きに、即ち略
平行に配され、かつ焼結後の相対密度は85%以上であ
る。
第1図は本発明のセラミックスにおける板状微粒の配向
の説明図で、(A)はセラミックス製品の外面の説明図
、(B)は縦断面の説明図である1本発明のセラミック
スでは、板状微粒1は、板状面がセラミックスの外面(
3−1,3−2)に略平行に、マトリックス2中に配向
して分散されている。板状微粒のこの配向はセラミック
スの表面3−1から裏面3−2に至る全肉厚に亘って保
たれている。第1図(C)は第1図(B)の拡大図で、
板状微粒の作用の説明図である。第1図(B)で例えば
セラミックスの裏面3−2が急激に加熱されて熱膨張す
ると。
セラミックスの表面3−1に引張り応力が付与されるが
、高強度な板状微粒lがこの応力に耐えるために、マト
リックス2に作用する引張り応力は軽減されて、ワレ等
の欠陥の発生を防止する。また第1図(C)で5マトリ
ツクス2に例えば微細ワレ4が発生しても、この微細ワ
レ4は板状微粒1に達すると、板状微粒1が微細ワレの
以後の進行を阻止してマトリックスをワレの発生から保
護する。従って板状微粒1はセラミックスの耐熱衝撃性
を大幅に改善する。
板状面がセラミックス製品の外面3−1や3−2と同じ
向きに即ち略平行に配向した板状微粒1は、セラミック
スの表面に加わる引張り応力から、マトリックスを最も
有効に保護する。本発明の複合セラミックスでは、分散
せしめた全ての板状微粒が、板状面がセラミックス製品
の外面と同じ向きに配向しているため、優れた耐熱衝撃
性を備えている。
本発明では、焼結後のセラミックスの相対密度を85%
以上とする6本発明者等の知見によると、複合セラミッ
クスにおいて、相対密度が85%未満では曲げ強度が低
くまた靭性値も低いが、相対密度を85%以上にする事
によって十分な特性が確保される。
次に本発明の複合セラミックスの製造方法を説明する。
本発明の第1工程では、前記の板状微粒を例えば30容
量%以下の所望の割合で前記のセラミックス粉に調合し
、この調合物と焼結助剤とを分散媒に加えて、粘度が5
ポイズ以下の泥漿とする。
本発明で泥漿の粘度はJIS Z 8809の粘度校正
用標準液で校正された回転粘度計で測定した粘度をいう
。板状微粒は30容量%以上調合してもよいが、焼成し
たセラミックスの曲げ強度が低下するため、30容量%
以下が好ましい。焼結助剤としては1例えばアルミナや
イツトリア等を用いる事ができる。
また分散媒としては水やアルコールのような非水溶媒を
使用する事ができる。本発明では泥漿の粘度を5ポイズ
以下とするが、これは下記の理由による。本発明の第2
工程では、第1工程で製作した泥漿を、吸湿性の例えば
石膏の型に注入し、保持し、着肉層を形成し、残余の泥
漿を排泥する。
本発明者等は粘度の異なる泥漿を用いて第2工程を行い
、厚さが10〜30IIIlの着肉層を形成する試験を
行った。粘度が5ポイズ超の泥漿では、一部の板状微粒
はその板状面がセラミックス製品の外面と略平行に配向
するが、大部分の板状微粒はその板状面が三次元にラン
ダムに配向する。
第2図は粘度が5ポイズ超の泥漿を用いた際の板状微粒
の配向の説明図である1石膏型5の近傍の板状微粒例え
ば1−1は板状面がセラミックス製品の外面(石膏型と
壁面)3−1と略平行に配向しているが、石膏型5から
離れた着肉部の板状微粒例え1fl−2は板状面が三次
元にランダムに配向して分散される。
既に述べた如く本発明では、セラミックスの表面から裏
面に至る全肉厚に亘って板状微粒の板状面の配向を調整
する。このために本発明では泥漿の粘度を5ポイズ以下
とする。粘度が5ポイズ以下の泥漿は、例えば分散媒の
添加量の調整や泥漿のPHの調整や分散剤の使用等によ
って達成する事ができる。
本発明の第2工程では、着肉層を離型してグリーン成形
体を得るが、本発明のグリーン成形体の相対密度は55
%とする。グリーン成形体の相対密度が55%未満では
、焼結後のセラミックスの相対密度を85%以上に安定
に保つ事が難しい。
相対密度が55%以上のグリーン成形体は1例えばマト
リックスとなる窒化珪素の粒度配合や分散媒の添加量に
よって達成する事ができる。
このグリーン成形体を、常圧〜10kg/cm2の非酸
化性雰囲気で、例えば1600〜1750℃で焼結せし
めると、セラミックス製品が得られるが、このセラミッ
クス製品は、分散せしめた板状微粒は、セラミックスの
表面から裏面に至る全肉厚に亘って、板状微粒の板状面
がセラミックス製品の外面と略平行に、例えばセラミッ
クス製品の外面と30”以下の向きに配向され、かつそ
の相対密度は85%以上で、高強度でかつ優れた耐熱f
ry撃性を備えている。
[実施例1] 平均粒径が1.0μの窒化珪素粉末、平均平面径(板状
粒子の板状面の平均直径)が25μで、平均厚さが1μ
の板状SiC粒子(アメリカンマトリックス社製)およ
びコージェエライト系焼結助剤を77 : 10 : 
13の割合で配合し、水を添加して十分混合し泥漿を作
成した。得られた泥漿にCMC(グリーン成形体の強度
を向上させる結合剤で焼結には関与しない)の添加量を
調整して第1表のNol〜No4に示す種々の粘度の泥
漿を作成した。尚第1表のNo5はNo4の泥漿に水を
追加して粘度を小さくした泥漿である。この泥漿を石膏
板に流し、60mmφ×6Hの円板形グリーン成形体を
得た。グリーン成形体を1700℃、3時間、窒素雰囲
気中で焼成して焼結体とした。
焼結体の相対密度、3点曲げ強度(JIS法)、破壊靭
性値(SEPB法)を測定した。また光学顕微鏡により
板状SiC粒子の配向を観察した。結果を第1表1こ示
した。第1表で3点曲げ強度および破壊靭性値は石膏型
吸水面に平行な面を加圧面、引張り面とする方向で測定
した結果である。
第1表にみられる如く板状微粒の配向がA(第1図の配
向)で相対密度が85%以上の、Nol、 No2. 
No3は優れた曲げ強度と、破壊靭性値を備えたセラミ
ックス製品である。
[実施例2] 平均粒径が1.0μの窒化珪素粉末、平均平面径が1.
5μで平均厚さが0.4μの板状BN微粒子(UHPS
I、昭和電工(株)¥!:I)およびコージェライト系
焼結助剤を75:10:15の割合で配合し、水を添加
して泥漿を作製した。第2表でNo1Oは、泥漿を乾燥
し、60メツシユ以下に解砕して、1トン/cm”のプ
レス成形により60mmφX 6mmの円板に成形した
ものである。第2表でNo5〜No9は[実施例1]と
同様の方法で粘度を調整したもので、石膏型に鋳込んで
60■φ×6重朧の円板形のグリーン成形体とした。グ
リーン成形体は1700℃、5時間、窒素雰囲気中で焼
結させた。焼結体の相対密度、3点曲げ強度、及び熱衝
撃抵抗温度差を開穴して第2表に示した。
第2表にみられる如く1本発明のNo6. No?、 
No8゜は優れた曲げ強度と、熱衝撃抵抗性を備えてい
る。
[発明の効果] 本発明によって、高強度で且つ優れた耐熱衝撃性を有す
る緻密質なセラミックス製品を、ホットプレス法やHI
P法を用いる事なく、常圧での成形。
焼結法によって製造する事ができる。また本発明は常圧
成形、焼結法によるため、複雑な形状のセラミックス製
品を製造する事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のセラミックスにおける板状微粒の配向
の説明図、 第2図は、粘度が5ポイズ超の泥漿を用いた際の板状微
粒の配向の説明図、 である。 1(1−1,1−2) :板状微粒、 2:マトリック
ス、3−1:セラミックス製品の表面(石膏型と着内層
の界面)、  3−2:セラミックス製品の裏面、4:
マトリックスに発生した欠陥、 5:石膏の型。 特許出願人 日本重化学工業株式会社

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)板状微粒をマトリックス中に分散せしめた複合セ
    ラミックスにおいて、分散せしめた板状微粒の板状面が
    セラミックス製品の外面と同じ向きに配され、かつ相対
    密度が85%以上であることを特徴とする、板状微粒を
    マトリックス中に分散せしめた複合セラミックス製品。
  2. (2)板状微粒が炭化珪素あるいは窒化硼素であり、マ
    トリックスが窒化珪素である、請求項(1)に記載の、
    複合セラミックス製品。
  3. (3)板状微粒とセラミックス粉とを分散媒中に分散さ
    せて粘度が5ポイズ以下の泥漿を得る第1工程と、該泥
    漿を吸湿性の型に注入し、保持し、排泥して常圧で相対
    密度が55%以上のグリーン成形体を得る第2工程と、
    このグリーン成形体を常圧〜10kg/cm^2の非酸
    化性雰囲気で焼結する第3工程とを有することを特徴と
    する、分散せしめた板状微粒の板状面がセラミックス製
    品の外面と同じ向きに配されかつ相対密度が85%以上
    の複合セラミックス製品の製造方法。
  4. (4)板状微粒が炭化珪素戒は窒化硼素であり、マトリ
    ックスの主相を構成するセラミックス粉が窒化珪素粉で
    ある、請求項(3)に記載の、複合セラミックス製品の
    製造方法。
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US07/879,739 US5227344A (en) 1988-12-28 1992-05-06 Ceramics composite article and method for making same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010052963A (ja) * 2008-08-27 2010-03-11 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 窒化珪素結合SiC耐火物の製造方法

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JP2010052963A (ja) * 2008-08-27 2010-03-11 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 窒化珪素結合SiC耐火物の製造方法

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