JPH03112844A - 複合セラミック焼結体の製造方法 - 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〕 この発明は、複合セラミック焼結体の製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

セラミック焼結体として、マトリックス用セラミック相
中に別種のセラミック相が混在してなる複合セラミック
焼結体がある。この複合セラミック焼結体は、例えば、
刃物や切削機用バイトの材料などに使われている。

この複合セラミック焼結体は、従来、つぎのようにして
製造されている。

マトリックス用セラミック粉末に、複合化するセラミッ
ク相用無機物（粉末状、ウィスカ状、繊維状など様々な
形態のセラミックス等）を所定量添加する。そして、ボ
ールミル等を使った湿式混合処理あるいは乾式混合処理
を行った後、成形・焼結すれば、複合セラミック焼結体
が得られるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の方法では、マトリックス用セ
ラミック相中に別種のセラミック相が均一に分散してい
ないという問題がある。

これは、セラミック粉末と複合化するセラミック相用無
機物が均一に混じり合わないからである。セラミック粉
末とセラミック相用無機物の間に比重差があるため、混
合中や混合終了後に互いに分離した状態になりやすかっ
たり、無機物が繊維状やウィスカ状の場合はからみあい
があるため、機械的混合方法では均一に混り合わせるこ
とが難しかったり、ということがあるのである。

この発明は、上記事情に鑑み、マトリックス用セラミッ
ク相中に別種のセラミック相が均一に分散した状態で混
在してなる複合セラミック焼結体を得ることのできる製
造方法を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、この発明にかかる複合セラミ
ック焼結体の製造方法では、マトリックス用セラミック
粉末を集合させることにより造粒され表面の少なくとも
一部に混在させる別種のセラミック相用無機物を付着さ
せた原料粒体を用い、この原料粒体を成形・焼結するよ
うにしている具体的には、第１図にみるように、マトリ
ックス用セラミック粉末２・・・を集合させることによ
り造粒物１をまず作る。ついで、第２図にみるように、
この造粒物１の表面に別種のセラミック相用無機物４を
コーティングして原料粒体Ａを得る。

この原料粒体Ａを成形・焼結すれば、第３図にみるよう
に、マトリックス用セラミック相１１中に別種のセラミ
ック相１２が均一に分散した状態で混在してなる複合セ
ラミック焼結体１０が得られる。このように、造粒物１
表面にコーティングにより膜のかたちで無機物４を付着
させた場合には、別種のセラミック相１２は、ウィスカ
様あるいは板様の形態で分散する傾向にある。

また、つぎのようにして焼結体を得てもよい。

やはり、第４図にみるように、マトリックス用セラミッ
ク粉末２・・・を集合させることにより造粒物１をまず
作る。ついで、第５図にみるように、この造粒物１の表
面に別種のセラミック相用無機物７を粒子状に付着させ
て原料粒体Ｂを得る。この原料粒体Ｂを成形・焼結すれ
ば、第６図にみるように、マトリックス用セラミック相
２１中に別種のセラミック相２２が均一に分散した状態
で混在してなる複合セラミック焼結体２０が得られる。

このように、造粒物１表面に粒子状に無機物７を付着さ
せる場合には、混在する別種のセラミック相２２は、粒
様の形態で分散する傾向にある。

上のことから分かるように、この発明の製造方法では、
無機物の付着のさせ方により、混在する別種のセラミ’
７り相の形態制御がある程度可能なのである。

原料粒体Ａ、Ｂにおいては、無機物４．７が造粒物１表
面を全て覆い尽くしている必要はなく、一部を覆ってい
るだけでもよい。また、無機物４７が単独のものである
必要もなく、種類の異なる無機物が併存した状態で造粒
物１に付着しているようであってもよい。つまり、混在
させる別種のセラミック相が複数種類で併存させるよう
にしてもよいのである。

マトリクス用セラミック相としては、アルミナ、部分安
定化ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、各種ガラス
セラミックス等が例示される。造粒するマトリクス用セ
ラミック粉末は、平均粒径が１ｎ以下、サブミクロン程
度の粒径のものが好ましい。

複合化用のための別種のセラミック相としては、アルミ
ナ、部分安定化ジルコニア、炭化ケイ素、ＩＶａ族、Ｖ
ａ族、Ｖｌａ族の各元素の、炭化物（例えば、Ｔｉｃ）
、窒化物（例えば、ＴｉＮ）、硼化物（例えば、ＴｉＢ
、）等が例示される。原料粒体Ａ、Ｂの段階では、別種
のセラミック相用無機物は必ずしもセラミックスである
必要はなく、焼結により後でセラミック化するものであ
ってもよい。

セラミック粉末の造粒には、例えば、スプレードライ法
等の一般的に用いられている造粒法が用いられる。

別種のセラミック相用無機物を造粒物に付着させるには
、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、メカノケミカル法などの乾式法
、あるいは、アルコキシド法、ゾル−ゲル法などの湿式
法が用いられる。

成形や焼結も通常知られた方法が用いられ、常圧焼結法
、真空焼結法、ホットプレス法、ガス圧焼結法、ＨＩ　
Ｐ法等が具体的に例示される。また、成形と焼結は別々
に行ってもよいし、成形と焼結を同時に行うようにして
もよい。

なお、成形の際、原料粒体は成形圧力で解砕される。つ
まり、この発明では、原料粒体が解砕される程度以上の
圧力で成形を行うようにする。

この発明は、上記例示の化合物や処理方法に限らないこ
とはいうまでもない。

〔作　　　用〕

この発明の製造方法では、原料粒体表面に別種のセラミ
ック相用無機物を付着させるようにしており、原料粒体
のレベルで無機物を細かく分散させられる。そのため、
得られた複合セラミック焼結体でも、別種のセラミック
相がマトリックス用セラミック層中に均一に分散した状
態で混在するようになる。

〔実　施　例〕

続いて、この発明にかかる複合セラミック焼結体（以下
、「焼結体」と言う）の製造方法の実施例について詳述
する。

実施例１− マトリックス用セラミック粉末として、純度９９％以上
、平均粒径０．３μ重のα型アルミナ粉末を用いた。こ
の粉末にポリビニルアルコール３ｗｔ％を添加してから
、スプレードライ法により、平均粒径約５０μｌの造粒
物を得た。そして、この造粒物の表面に、ＣＶＤ法を用
いて、ＳｔＣのコーテイング膜を形成し、原料粒体を得
た。なお、原料粒体におけるＳｉＣの量は３０容積％で
ある。この原料粒体を用い、Ｎ２雰囲気中、２０　Ｍ　
Ｐ　ａの圧力下、１７００℃−１時間の焼結条件のホン
トブレスにより、成形・焼結し、焼結体を得た。

実施例２ マトリックス用セラミック粉末として、純度９８％以上
、平均粒径０．５ｎのα型Ｓ　ｊ　ｓ　Ｎ４粉末を用い
るとともに焼結温度を１８５０℃とした他は、実施例１
と同様にして焼結体を得た。

実施例３ マトリックス用セラミック粉末として、純度９９％以上
、平均粒径０．３μのα型アルミナ粉末を用いた。この
粉末にポリビニルアルコール３ｗｔ％を添加してから、
スプレードライ法により、平均粒径約５０ｎの造粒物を
得た。そして、この造粒物の表面に、ＣＶＤ法を用いて
、ＳｉＣを粒子状に付着させ、原料粒体を得た。なお、
原料粒体におけるＳｉＣの量は２０容積％である。この
原料粒体を用い、Ｎ２雰囲気中、２０ＭＰａの圧力下１
７００℃−１時間の焼結条件のホットプレスにより、成
形・焼結し、焼結体を得た。

実施例４ マトリックス用セラミック粉末として、純度９８％以上
、平均粒径０．５μのα型５ｉｚＮ＊粉末を用いるとと
もに焼結温度を１８５０℃とした他は、実施例３と同様
にして焼結体を得た。

実施例５ マトリックス用セラミック粉末として、純度９９％以上
、平均粒径０．３μのα型アルミナ粉末を用いた。この
粉末にポリビニルアルコール３ｗｔ％を添加してから、
スプレードライ法により、平均粒径約５０ｎの造粒物を
得た。そして、この造粒物の表面に、全屈アルコキシド
法によりＹ、０゜−３ｍｏ１％添加の部分安定化ジルコ
ニア（３Ｙ−ＺｒＯｘ）用無機物を２０容積％の量で付
着させた無機物の付着は具体的にはつぎのようにして行
った。Ｚ　ｒ　Ｏｔに換算してＹｉ　Ｏ，が３ｍｏ１　
％となるような割合でジルコニウムブトキシド（Ｚｒ（
ＯＣＨｌ）４）とイツトリウムブトキシド（Ｙ　（ＱＣ
，Ｈｌ）、）を、溶媒としてのエチルアルコールにアル
コキシドの濃度で２０−ｔ％溶解した溶液を作った。そ
して、この溶液に造粒物をデポジットした後、高湿度状
態で造粒物表面を加水分解し、原料粒体を得た。

この原料粒体を用い、２０ＭＰａの圧力で金型成形して
から、大気中、１２００℃−１時間の条件で仮焼処理し
、ついで、３０ＭＰａの圧力下、１５００℃−３時間の
焼結条件で（ホットプレス）焼結し、焼結体を得た。

一実施例６− マトリックス用セラミック粉末として、純度９８％以上
、平均粒径０．５μ墓のα型Ｓｉ、Ｎ４粉末を用いると
ともに、最終のホットプレス焼結の際の温度を１７００
℃とした他は、実施例５と同様にして焼結体を得た。

実施例７− マトリックス用セラミック粉末として、Ｙ２Ｏ５３ｍｏ
１％添加の部分安定化ジルコニア（３Ｙ−ＺｒＯｚ）粉
末（平均粒径０．１μ）を用いた。この粉末にポリビニ
ルアルコール３ｗｔ％を添加してから、スプレードライ
法により、平均粒径約７０μｌの造粒物を得た。そして
、この造粒物の表面に、ＰＶＤ法により、ＴｉＣのコー
テイング膜を形成し、原料粒体を得た。なお、原料粒体
におけるＴｉＣ０量は約３０容禎％である。この原料粒
体を用い、Ｎ２雰囲気中、２０ＭＰａの圧力下、１５０
０°ｃ−１時間の焼結条件のホットプレスにより、成形
・焼結し、焼結体を得た。

実施例８ 造粒物の表面のコーテイング膜をＴ　ｉ　Ｃでなく、Ｔ
ｉＮで形成するようにした他は、実施例７と同様にして
焼結体を得た。

比較例１ マトリックス用としてのく純度９９％以上、平均粒径０
．７ｎ）α型アルミナ粉末に、直径１μ、アスペクト比
１０〜５０のＳｉＣウィスカを３０容積％添加したもの
を、エチルアルコールおよびボールミルを使い２０時間
の湿式混合後、乾燥し、実施例１と同様の条件で、成形
・焼結し、焼結体を得た。

比較例２− マトリックス用として、純度９８％以上、平均粒径０．
８μｌのα型Ｓ　ｉ　！　Ｎ４粉末を用いるとともに焼
結温度が１８５０℃とした他は、比較例１と同様にして
、焼結体を得た。

比較例３ マトリックス用としての（純度９９％以上、平均粒径０
．７μｍ）α型アルミナ粉末に、平均粒径２μｌのＳｉ
Ｃ粉末２０容積％を添加したものを、エチルアルコール
およびボールミルを使い２０時間の湿式混合後、乾燥し
、実施例１と同様の条件で、成形・焼結し、焼結体を得
た。

一比較例４ マトリックス用セラミック粉末として、純度９８％以上
、平均粒径０．８ｎのα型Ｓｉ＊Ｎ４粉末を用いるとと
もに焼結温度が１８５０℃とした他は、比較例３と同様
にして、焼結体を得た。

−比較例５ マトリックス用としての（純度９９％以上、平均粒径０
．７ｐ■）α型アルミナ粉末に、平均粒径２μ■の３Ｙ
−ＺｒＯ，粉末２０容積％を添加したものを、エチルア
ルコールおよびボールミルを使い２０時間の湿式混合後
、乾燥し、実施例５と同様の条件のホットプレスにより
、成形・焼結し、焼結体を得た。

比較例６− マトリックス用として、純度９８％以上、平均粒径０．
８μ■のα型５ｉｌＮ４粉末を用いるとともに、実施例
６と同様の条件のホントプレスとした他は、比較例５と
同様にして焼結体を得た。

−比較例７ マトリックス用としての（平均粒径０．５μ議）３Ｙ−
ＺｒＯ，粉末に、平均粒径１．５　ｕｌのＴｉＣ粉末３
０容積％を添加し、エチルアルコールおよびボールミル
を使い２０時間の湿式混合後、乾燥し、実施例７と同様
の条件のホットプレスにより、成形・焼結し、焼結体を
得た。

比較例８ ＴｉＣ粉末の代わりに、平均粒径２ｐｌのＴｉＮ粉末を
用いた他は、−比較例７と同様にして焼結体を得た。

このようにして得られた実施例および比較例の焼結体か
ら、幅４龍、長さ４０　ａｍ、厚み３龍の試験片を切り
出し、最終、ダイヤモンドペーストを使い鏡面研磨した
後、３点曲げ試験、および、破壊靭性値を行った。

３点曲げ試験は、支点距離３０龍、クロスヘツド速度０
．５■１／分の条件で行った。一方、破壊靭性値は、イ
ンデンテーション法（ＩＦ法）により求めた。結果を第
１表に記す。

また、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による研摩面観察も
行った。観察結果は以下の通りである。

比較例１．２の焼結体では、ＳｉＣウィスカが均−に分
散せず部分的に偏っていた。実施例１．２の焼結体では
、均一に分散した針様に見えるＳｉＣが認められた。た
だ、ＳｉＣは実際には針様でなく幅のある板様の形態を
しているものと推察される。さらに、他の実施例３〜８
の焼結体についても、対応する比較例３〜８の焼結体に
比べ、分散セラミック相が均一に散らばっていることが
確認された。

実施例の焼結体は、第１表にみるように、対応する比較
例（同一番号のものがそれぞれ対応している）に比べ、
曲げ強度・破壊靭性値の両方ともが遥かに優れている。

これは、分散セラミック相が均一にマトリクス用セラミ
ック相中に敗らばっているからであり、ＳＥＭによる観
察結果も、このことを裏付けている。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明の製造方法では、マトリ
ックス用セラミック粉末を集合させることにより造粒さ
れ表面の少なくとも一部に前記別種のセラミック相用無
機物を付着させた原料粒体を用いるようにしているため
、得られた焼結体は、分散セラミック相が均一に散らば
った優れた特性のものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、この発明の製造方法の一例により焼結体
を得るときの様子をあられす図であって、第１図は、造
粒物を模式的にあられす説明図、第２図は、原料粒体を
模式的にあられす説明図、第３図は、得られた焼結体を
模式的にあられす説明図である。第４〜６図は、この発
明の製造方法の他の例により焼結体を得るときの様子を
あられす図であって、第４図は、造粒物を模式的にあら
れす説明図、第５図は、原料粒体を模式的にあられす説
明図、第６図は、得られた焼結体を模式的にあられす説
明図である。 １・・・造粒物　　２・・・セラミック粉末　　４．７
・・・別種のセラミック相用無機物　　１０．２０・・
・焼結体　　１１．２１・・・マトリックス用セラミッ
ク相　　１２．２２・・・別種のセラミック相Ａ、Ｂ・
・・原料粒体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　マトリックス用セラミック相中に別種のセラミック
   相が混在してなる複合セラミック焼結体を得るにあたり
   、マトリックス用セラミック粉末を集合させることによ
   り造粒され表面の少なくとも一部に前記別種のセラミッ
   ク相用無機物を付着させた原料粒体を用い、この原料粒
   体を成形・焼結するようにすることを特徴とする複合セ
   ラミック焼結体の製造方法。