JPH0312370A - Production of whisker-reinforced ceramic sintered compact - Google Patents

Production of whisker-reinforced ceramic sintered compact

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JPH0312370A
JPH0312370A JP1146992A JP14699289A JPH0312370A JP H0312370 A JPH0312370 A JP H0312370A JP 1146992 A JP1146992 A JP 1146992A JP 14699289 A JP14699289 A JP 14699289A JP H0312370 A JPH0312370 A JP H0312370A
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ceramic
whisker
whiskers
sintering
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Tamotsu Akashi
明石 保
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Sumitomo Coal Mining Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a whisker-reinforced ceramic sintered compact having high density, high strength, and high toughness by uniformly dispersing ceramic whiskers into a ceramic powder, subjecting the resulting powder mixture to impact compression in a forming die, and then sintering the resulting powder green compact. CONSTITUTION:Ceramic whiskers are uniformly dispersed and mixed into a ceramic powder by 30-50vol.%. Subsequently, a forming die is filled with the resulting powder mixture and impact compression is performed, by which a green compact having a strength as high as to enable machining and also having >=90% relative density is prepared. The above green compact is machined into a required material shape in consideration of compression by sintering and then sintered at 1400-2000 deg.C without using pressure. By this method, the high- density whisker-reinforced ceramic sintered compact having a shape extremely close to the final shape can be obtained. This sintered compact is suitable for various structural materials, including cutting tools.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はセラミックウィスカーを含有した高密度なウィ
スカー強化セラミック焼結体の製造方法に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing a high-density whisker-reinforced ceramic sintered body containing ceramic whiskers.

さらに詳しくは、本発明は、切削工具をはじめとする構
造用セラミック材料として好適な高密度、高強度でかつ
、高い靭性を有するウィスカー強化複合セラミック焼結
体を安価で簡便に製造する方法に関するものである。
More specifically, the present invention relates to a method for inexpensively and easily manufacturing a whisker-reinforced composite ceramic sintered body that has high density, high strength, and high toughness and is suitable as a structural ceramic material such as cutting tools. It is.

[従来の技術〕 近年、セラミック材料は、その優れた耐熱性、耐摩耗性
、化学的安定性によって新しい構造用材料として期待さ
れている。
[Prior Art] In recent years, ceramic materials are expected to be used as new structural materials due to their excellent heat resistance, wear resistance, and chemical stability.

その中でも特に、ガスタービンや自動車エンジン部材な
どの高温構造用材料としての応用は注目を集め、その分
野での研究開発は活発である。
Among these, applications as materials for high-temperature structures such as gas turbines and automobile engine components are attracting particular attention, and research and development in this field is active.

[発明が解決しようとする課題] 従来の技術で述べたものにあっては、下記のような問題
点を有していた。
[Problems to be Solved by the Invention] The conventional techniques described above have the following problems.

その1つは、対象とする材料の焼結が極めて難しいこと
であり、これは、対象材料の高温下での優れた機械的性
質を反映したものである。
One is that the materials of interest are extremely difficult to sinter, reflecting their excellent mechanical properties at high temperatures.

もう1つはその焼結した材料の加工が難しいことにある
Another reason is that the sintered material is difficult to process.

この難加工性も対象とする材料のもつ高い強度と硬度を
反映したものであり、材料の性質とは切り離して扱い得
ない問題である。
This difficulty in processing also reflects the high strength and hardness of the target material, and is an issue that cannot be treated separately from the properties of the material.

そしてもう1つの問題は、これもセラ ミック材料の本来の性質によるものであるが、脆く、突
発的破壊を起こしやすく、材料としての信頼性が低いこ
とにある。
Another problem, which is also due to the inherent properties of ceramic materials, is that they are brittle, prone to sudden breakage, and have low reliability as a material.

高温構造用を自損した材料の粉末の持つ難焼結性を克服
するための研究は以前より活発になされており、主に、
原料粉末中に焼結を助ける役割を持つ焼結助剤と呼ばれ
る第2相を添加する方法が採られてぎた。
Research has been actively conducted to overcome the difficulty of sintering of powders of materials that are self-damaged when used in high-temperature structures.
A method has been adopted in which a second phase called a sintering aid, which has the role of assisting sintering, is added to the raw material powder.

しかし、それら焼結助剤は、焼結中には微量の液相を生
成し、焼結を助けるが、焼結体の高温強度を劣化させる
という問題があり、好ましくない。
However, these sintering aids produce a small amount of liquid phase during sintering, which helps sintering, but has the problem of degrading the high temperature strength of the sintered body, which is not preferable.

現在、出発原料粉末の改良や新しい焼結方法の探索が続
けられている。
Currently, efforts are being made to improve the starting material powder and search for new sintering methods.

次に、セラミック材料の持つ難加工性は、その優れた機
械的性質に由来するものである。
Next, the difficult-to-process nature of ceramic materials stems from their excellent mechanical properties.

セラミック材料は一般に脆い反面、高強度であり、硬度
も高いものが多く、難加工材が多い。
Although ceramic materials are generally brittle, they have high strength and hardness, and are often difficult to process.

最近、高純度、高硬度のダイヤモンド焼結体も開発され
、これを用いた切削加工も試みられているが、切削性能
や加工コストの面でまだ満足する結果は得られていない
Recently, high-purity, high-hardness diamond sintered bodies have been developed, and cutting processes using these bodies have been attempted, but satisfactory results have not yet been obtained in terms of cutting performance and processing costs.

現在、主に、高価なダイヤモンド砥石により加工されて
おり、高い加工コストの一因となっている。
Currently, processing is mainly performed using expensive diamond grindstones, which contributes to high processing costs.

前述のように、高温構造用材料を対象としたセラミック
粉末は一般に難焼結性であり、助剤を用いた場合でも加
圧しながら焼結する方法が採られている。
As mentioned above, ceramic powder intended for high-temperature structural materials is generally difficult to sinter, and even when an auxiliary agent is used, a method of sintering under pressure is used.

この方法は、平板や円柱状の単純形状の素材の焼結には
適するが、複雑形状のものの焼結には通さない。
This method is suitable for sintering materials with simple shapes such as flat plates and cylinders, but is not suitable for sintering materials with complex shapes.

このためこの方法で製造した素材から実際の部材を成形
するには加工の取り代が多くなり能率が悪いばかりでな
く、加工コストが異常に高くなってしまう。
For this reason, when molding an actual member from a material manufactured by this method, the machining allowance is large, resulting in not only inefficiency but also an abnormally high machining cost.

従って、製品コストの中で大きな割合を占めている加工
コストを低減するためには、できるだけ最終部品形状に
近い焼結体の製造技術の開発が強く望まれている。
Therefore, in order to reduce processing costs, which account for a large proportion of product costs, there is a strong desire to develop a technology for manufacturing sintered bodies as close to the final part shape as possible.

セラミック材料の持つ脆さは、それを構成する原子の化
学結合様式に関係した本質的なものである。この脆さを
改良するための多くの試みがなされ、いくつかの成果が
上がっている。
The fragility of ceramic materials is essentially related to the chemical bonding of the atoms that make up the material. Many attempts have been made to improve this fragility, and some results have been achieved.

しかし、材料に要求される特性は刻々と厳しくなってお
り、それに対応していくには新しい材料設計と開発は不
可欠である。
However, the properties required of materials are becoming stricter by the minute, and new material design and development are essential to meet these requirements.

セラミック材料強化の1つの方法は、塑性変形能をもつ
金属成分との複合化であり、他は、破壊のエネルギーを
増加させたり、分散させたりするような第2のセラミッ
ク相を混合して用いる分散強化方法である。前者の金属
成分との複合化法では、確かに材料の脆さは改良される
One method of strengthening ceramic materials is by compounding them with metallic components that have the ability to plastically deform, others by mixing a second ceramic phase that increases or disperses the energy of fracture. This is a distributed reinforcement method. The former method of compounding with metal components certainly improves the brittleness of the material.

しかし、金属は高温での強度低下が大きく、この方法に
よる材料は高温構造用材料としては利用できない。
However, the strength of metals decreases significantly at high temperatures, and materials produced by this method cannot be used as materials for high-temperature structures.

これに対してセラミックーセラミックの複合では、その
ような劣化の心配はなく、高温構造用材料の製造には好
ましい方法である。
On the other hand, ceramic-ceramic composites do not have to worry about such deterioration and are a preferred method for producing materials for high-temperature structures.

その中でも特に、セラミック材料に高強度、高弾性のセ
ラミックウィスカーを分散させるウィスカー強化方法は
複合化の効果がきわめて顕著であり、セラミックの靭性
向上方法の1つとして大いに注目されている。
Among these methods, the whisker strengthening method in which high-strength, high-elasticity ceramic whiskers are dispersed in a ceramic material has an extremely remarkable compounding effect, and is attracting a lot of attention as a method for improving the toughness of ceramics.

例えば、米国特許第4,543.345号明細書にはア
ルミナ微粉末中に炭化硅素(以下SiC)ウィスカーを
分散させたアルミナ焼結体及びその製造方法が記載され
ている。
For example, US Pat. No. 4,543,345 describes an alumina sintered body in which silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) whiskers are dispersed in fine alumina powder, and a method for producing the same.

この特許には、アルミナ中に20体積%SiCウィスカ
ーを分散させることにより、破壊靭性値(以下KIc値
)が4.6’MPaJm 〜9、OMPaJmに増加し
、顕著な靭性向上の効果があったことが述べられている
This patent states that by dispersing 20% by volume of SiC whiskers in alumina, the fracture toughness value (hereinafter referred to as KIc value) increased from 4.6'MPaJm to 9,000MPaJm, which had the effect of significantly improving toughness. That is stated.

この方法では、微粒アルミナ粉末にSiCウィスカーを
均一に混合し、その成形体を28MPa〜70MPaの
圧力で加圧しながら1600〜1950℃で加熱するホ
ットプレス法により焼結する方法が採られている。
In this method, fine-grained alumina powder is uniformly mixed with SiC whiskers, and the molded product is sintered by a hot press method in which the mixture is heated at 1600 to 1950° C. while being pressed at a pressure of 28 MPa to 70 MPa.

このようなウィスカー強化セラミック材料は、そのプロ
セス上、粉末焼結法を用いて製造される。この方法にお
いては、収縮を考慮した均−焼結及び焼結体の加工コス
トの低減の面から焼結前の成形体の密度はできるだけ高
いことが好ましい。
Such whisker-reinforced ceramic materials are manufactured using a powder sintering method. In this method, it is preferable that the density of the compact before sintering is as high as possible from the viewpoint of uniform sintering in consideration of shrinkage and reduction of processing costs of the sintered compact.

しかし、ウィスカーを混合したセラミック粉末の成形で
は、分散している高強度、高弾性のウィスカーがセラミ
ック粉末粒子の充填を阻害するため、通常の金型成形法
では、その成形体密度をある程度以上高くできないとい
う問題がある。
However, when molding ceramic powder mixed with whiskers, the dispersed high-strength, high-elasticity whiskers inhibit the filling of the ceramic powder particles. The problem is that it can't be done.

また、この現象は、焼結における加熱段階でも同様であ
り、マトリックスであるセラミック粉末の収縮を阻害し
、ち密化を難しくしている。
Furthermore, this phenomenon also occurs during the heating stage of sintering, which inhibits the shrinkage of the ceramic powder that is the matrix, making it difficult to achieve densification.

従って、この種の材料粉末の、圧力を用いない焼結は極
めて難しいのが現状であり、ち密化した高強度の材料を
得るには高温高圧を用いたホットプレス法が不可欠であ
りた。
Therefore, it is currently extremely difficult to sinter this type of material powder without using pressure, and a hot press method using high temperature and high pressure is essential to obtain a compact, high-strength material.

セラミック粉末のち密化に高い圧力を用いることは効果
的であるが、高温でのホットプレス型の強度との関係も
あり数十hlPaが限度である。このため、焼結温度を
高くする方法が考えられるが、この温度についても、こ
の場合、次の2つの制約がついてくる。
Although it is effective to use high pressure to densify ceramic powder, the pressure is limited to several tens of hlPa due to the strength of the hot press mold at high temperatures. For this reason, a method of increasing the sintering temperature may be considered, but this temperature also has the following two restrictions in this case.

1つは、分散強化の効果を発揮させるためには、ウィス
カーとマトリックスであるセラミックとの化学反応が生
じない程度に低い温度であることであり、もう1つは、
マトリックスの一粒子が著しい粒成長を起こさない程度
の温度であることである。
One is that in order to exhibit the effect of dispersion strengthening, the temperature must be low enough that no chemical reaction occurs between the whiskers and the ceramic matrix, and the other is that
The temperature is such that one grain of the matrix does not undergo significant grain growth.

これらの温度条件を満たしながら、ち密化を達成できる
温度範囲は一般のセラミック材料では、かなり狭くなる
という問題がある。
A problem with general ceramic materials is that the temperature range in which densification can be achieved while satisfying these temperature conditions is quite narrow.

また、このため、最適条件で特性の一定した焼結体を得
ることが難しいという品質管理上の欠点もあった。
Additionally, there was also a drawback in terms of quality control that it was difficult to obtain a sintered body with constant characteristics under optimal conditions.

また、前述のように従来の製造方法では、そのち密化を
促進するためには、数十MPaの圧力が不可欠であり、
このためにはホットプレス法を用いなければならなかっ
た。
In addition, as mentioned above, in the conventional manufacturing method, a pressure of several tens of MPa is essential to promote densification.
For this purpose a hot press method had to be used.

この方法では、単純形状のものは、比較的容易に製造で
きるが、例えばタービンプレートやボルト・ナツトのよ
うな複雑形状のものをそれらの形状に近い形で直接焼結
することは極めて難しかった。
With this method, products with simple shapes can be produced relatively easily, but it is extremely difficult to directly sinter products with complex shapes, such as turbine plates or bolts and nuts, into shapes close to those.

そのような複雑形状の部品をつくるには、ペレット状や
円柱状の焼結体を、主にダイヤモンド砥石を用いた研削
加工により時間をかけて加工する以外に方法がなかった
The only way to make parts with such complex shapes was to process pellet-like or cylindrical sintered bodies through time-consuming grinding, mainly using a diamond grindstone.

このため、加工のコストが製品コストの50%以上を占
めることもあり、ウィスカー強化セラミック材料の一層
のコスト高を招き、この種の優れた材料のより広い用途
拡大を妨げているという問題があった。
For this reason, the processing cost can account for more than 50% of the product cost, leading to further increases in the cost of whisker-reinforced ceramic materials and hindering the wider use of this type of superior material. Ta.

この発明は、以上のような事情に鑑みなされたものであ
り、ウィスカー強化セラミック材料のもつ優れた特性を
保持しつつ、前述のような従来の製造方法のもつ欠点を
改良し、切削工具をはじめとする各種構造材料として好
適な高密度、高強度でかつ、高い靭性をもつウィスカー
強化セラミック焼結体の製造方法を)是供することを目
的としている。
This invention was made in view of the above circumstances, and aims to improve the drawbacks of the conventional manufacturing method described above while maintaining the excellent properties of whisker-reinforced ceramic materials, and to improve the quality of cutting tools and other products. The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing whisker-reinforced ceramic sintered bodies that have high density, high strength, and high toughness and are suitable for various structural materials.

[課題を解決するための手段] 本発明者は、より簡単な装置と手段を用いてウィスカー
強化セラミック焼結体を製造する方法の開発をめざして
鋭意研究を重ねてぎた。
[Means for Solving the Problems] The present inventor has conducted extensive research with the aim of developing a method for manufacturing whisker-reinforced ceramic sintered bodies using simpler equipment and means.

その結果、まず、マトリックスとなるセラミック粉末に
セラミックウィスカーを均一に混合1分散させて得た出
発原料粉末を衝撃圧縮し、切削加工可能な強度をもつ、
相対密度90%以上の成形体を得た後、この成形体を焼
結収縮を考慮して必要な素材形状に切削加工し、この加
工した素材、つまり成形体を圧力を用いることなく焼結
することにより、最終形状に極めて近い高密度ウィスカ
ー強化セラミック焼結体の得られることを見い出し、こ
の発明をなすに至った。
As a result, first, the starting material powder obtained by uniformly mixing and dispersing ceramic whiskers in the ceramic powder that becomes the matrix is impact compressed, and the powder has a strength that can be cut.
After obtaining a molded body with a relative density of 90% or more, this molded body is cut into the required material shape taking into account sintering shrinkage, and this processed material, that is, the molded body, is sintered without using pressure. The inventors have discovered that a high-density whisker-reinforced ceramic sintered body having a shape extremely close to the final shape can be obtained by doing so, and have completed the present invention.

すなわち、この発明は、セラミックウィスカーを体積%
で10〜50%含有するウィスカー強化セラミック焼結
体を製造する方法において、セラミック粉末にセラミッ
クウィスカーを均一に分散、混合し、この混合粉末を成
形型に充填し、該混合粉末を衝撃圧縮することにより相
対密度90%以上(空隙率10%以下)の粉末成形体と
したのち、1400〜2000℃の温度で焼結すること
を特徴とするウィスカー強化セラミック焼結体の製造方
法を提供する。
That is, this invention uses ceramic whiskers in volume %
A method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body containing 10 to 50% of ceramic whiskers, which includes uniformly dispersing and mixing ceramic whiskers in ceramic powder, filling a mold with this mixed powder, and impact-compressing the mixed powder. Provided is a method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body, which comprises forming a powder compact having a relative density of 90% or more (porosity of 10% or less), and then sintering it at a temperature of 1400 to 2000°C.

この場合、上記セラミック粉末がアルミナ粉末、炭化硅
素粉末、窒化硅素粉末、はう素粉末、炭化はう素粉末、
窒化アルミニウム粉末の少なくとも1 flよりなるこ
ともでき、また、上述セラミックウィスカーが、アルミ
ナウィスカー、SiCウィスカー、窒化硅素(以下5i
sNa )ウィスカーの少なくとも1f!よりなること
もできる。
In this case, the ceramic powder is alumina powder, silicon carbide powder, silicon nitride powder, boron powder, boron carbide powder,
The ceramic whiskers may be composed of at least 1 fl of aluminum nitride powder;
sNa ) At least 1f of whiskers! You can also become more.

金型を用いた通常の粉末成形方法の場合、セラミックウ
ィスカーを均一に混合、分散させたセラミック粉末は、
前述のような理由によりそのセラミック車体粉末の場合
に比べてかなり高密度化が難しい。
In the case of the normal powder compaction method using a mold, the ceramic powder with ceramic whiskers uniformly mixed and dispersed is
For the reasons mentioned above, it is much more difficult to increase the density than in the case of ceramic body powder.

20体積%SiCウィスカーを含むようなセラミック粉
末を200MPa程度で金型成形した場合の到達できる
成形体密度は高々真密度の55%(45%気孔)程度で
ある。
When a ceramic powder containing 20% by volume of SiC whiskers is molded with a mold at about 200 MPa, the density of the compact that can be achieved is at most about 55% (45% porosity) of the true density.

従って、この場合、ち密な焼結体を得るには、焼結中に
少なくとも残り45′%のち密化が必要である。
Therefore, in this case, at least the remaining 45'% densification is required during sintering to obtain a densified sintered body.

しかし、実際には、前述のように、この焼結中のち密化
も分散しているセラミックウィスカーにより阻害される
ため、セラミック粉末の場合より高い温度の下で加圧し
ながらゆっくりち密化する方法が採られる。
However, in reality, as mentioned above, densification during sintering is also inhibited by the dispersed ceramic whiskers, so a method of slowly densifying while applying pressure at a higher temperature than in the case of ceramic powder is recommended. taken.

しかし、通常の数十MPaの圧力下では、充分なち密化
が起きずこの場合も焼結を助ける助剤を僅か添加する方
法が用いられている。
However, under the usual pressure of several tens of MPa, sufficient densification does not occur, and in this case also, a method of adding a small amount of auxiliary agent to aid sintering is used.

ここでの焼結助剤も、得られた焼結体の高温強度を低下
させる原因となり好ましくない。
The sintering aid used here is also undesirable because it causes a decrease in the high temperature strength of the obtained sintered body.

加工上の問題点も含めて以上のような難点を解決する1
つの方法は、ち密化を進めるために数GPaという高い
圧力の利用できる静的及び動的超高圧焼結技術を用いる
方法であり、もう1つは、同じく、それらの超高圧技術
を用いてまず高密度な成形体を作成し、その成形体を加
圧なしで焼結する方法である。
Solving the above difficulties including processing problems 1
One method is to use static and dynamic ultra-high pressure sintering techniques that can utilize pressures as high as several GPa in order to promote densification. This is a method of creating a high-density molded body and sintering the molded body without applying pressure.

前者の方法の中、静的超高圧技術を用いる方法は、必要
とする装置が大規模で高価な上、運転操作が難しいとい
う欠点がある。
Among the former methods, the method using static ultra-high pressure technology has the disadvantage that the required equipment is large-scale and expensive, and it is difficult to operate.

一方、動的方法は粉末のち密化と焼結には有効であるが
、得られた焼結体に大小の割れが入るという問題もあり
実用的ではない。
On the other hand, although the dynamic method is effective for densification and sintering of powder, it is not practical because it has the problem of large and small cracks in the obtained sintered body.

さらに、これら2つの方法に共通している点は、ち密化
は容易であるが、複雑形状の焼結体の製造が極めて難し
いことである。
Furthermore, what these two methods have in common is that although densification is easy, it is extremely difficult to produce a sintered body with a complicated shape.

このため、最終部品とする上での加工量が多くなり、結
果的にはコストが高くなり、従来方法の問題点の解決に
ならない。
For this reason, the amount of processing required to produce the final part increases, resulting in an increase in cost and does not solve the problems of the conventional method.

これに対して、後者の方法は、本焼結する前に、出発原
料を切削加工できる程度の強度をもつ高密度の成形体と
し、そこで必要形状に加工後、本焼結するため、最終部
品に仕上げる際の加工量を最小限に留めることができる
。この後者の方法においても静的高圧技術を用いること
が出来るが、この方法には前述のような問題点があり実
用的ではない。
On the other hand, in the latter method, the starting material is made into a high-density compact with enough strength to be cut before main sintering, and after being processed into the required shape, the main sintering is carried out. The amount of machining required for finishing can be kept to a minimum. Although static high pressure technology can also be used in this latter method, this method has the aforementioned problems and is not practical.

この発明は、動的超高圧力つまり衝撃圧縮によりウィス
カー含有のセラミック粉末をまず、高密度に成形し、そ
の成形体を切削加工して本焼結し、安価な、高密度、高
強度で高い靭性をもつウィスカー強化セラミック焼結体
を得ようとするものである。
This invention first molds whisker-containing ceramic powder to a high density using dynamic ultra-high pressure, that is, impact compression, then cuts the molded body and sinters it. The aim is to obtain a whisker-reinforced ceramic sintered body with toughness.

なお、衝撃圧縮法により粉末をち密化と同時に焼結させ
ることも可能であるが、このためには、高い圧力と温度
が必要であり、そのような条件で衝撃圧縮処理すると得
られた焼結体に多数の割れが発生してしまう。
It is also possible to densify the powder and sinter it at the same time using the impact compression method, but this requires high pressure and temperature, and the sintered material obtained by impact compression under such conditions Many cracks occur on the body.

しかし、焼結まで達せず単に粉末のち密化のみを起こす
圧力レベルであれば、割れは発生しにくいことが経験的
に知られている。
However, it is known from experience that cracks are less likely to occur if the pressure level does not reach sintering but merely densifies the powder.

この発明はそのような傾向を有利に利用しようとするも
のである。
This invention attempts to take advantage of such a tendency.

爆薬の爆発や高速で飛■する物体の衝突に伴い瞬間的に
発生する衝撃圧力を利用して、ち密な成形体をつくるこ
とができる。
Dense compacts can be made by using the instantaneous impact pressure generated by the explosion of explosives or the collision of high-speed objects.

この方法により通学の金型成形法ではち密化困難なSI
Cや5IsN4のような高強度セラミック粉末も比較的
容易に高密化できる。
With this method, SI, which is difficult to insulate using the mold molding method used in schools, can be
High-strength ceramic powders such as C and 5IsN4 can also be densified relatively easily.

衝撃圧縮の特徴の1つは、10−6秒という短い時間に
数GPa〜数十GPaという高い圧力を発生できる点に
あり、これにより高強度なセラミックの粉末も瞬時に相
対密度90%以上までち密化が可能となる。
One of the characteristics of impact compression is that it can generate high pressures of several GPa to several tens of GPa in a short time of 10-6 seconds, which instantly increases the relative density of high-strength ceramic powder to over 90%. It becomes possible to increase the density.

衝撃圧縮下の温度は初めの粉末成形密度が同じであれば
、一般に用いる圧力により調節できる。
The temperature during impact compaction can be adjusted by the commonly used pressure, provided the initial compaction density of the powder remains the same.

また、圧力が一定であれば、逆に、粉末の成形密度によ
り決定される。
Conversely, if the pressure is constant, it is determined by the compacted density of the powder.

衝撃圧縮法により、割れのない均一な高密度成形体を得
るには、衝!温度は粉末の焼結が起きない程度に低いこ
とが必要であり、また、使用する圧力は、その得られる
成形体の残留歪を減らす意味からもできるだけ低い方が
望ましい。
In order to obtain a uniform high-density compact without cracks using the impact compression method, it is important to use the impact compression method. The temperature needs to be low enough to prevent sintering of the powder, and the pressure used is preferably as low as possible in order to reduce residual strain in the resulting compact.

[作用] 効果と共に説明する。[Effect] Explain along with the effects.

[発明の実施例] 実施例について図面を参照して説明する。[Embodiments of the invention] Examples will be described with reference to the drawings.

衝撃圧縮により高密度な成形体を得る方法には爆薬を使
う方法と高圧ガスによって発射した高速飛翔体を衝突さ
せる方法がある。
There are two ways to obtain a high-density compact by impact compression: using explosives and colliding high-speed projectiles fired with high-pressure gas.

これらのいずれの方法を利用した場合でも、試料をバラ
バラに飛散させることなく1つの塊として回収すること
が重要である。
When using any of these methods, it is important to collect the sample as a single lump without scattering the sample into pieces.

幸い、この試料回収技術は進歩してきている。Fortunately, this sample collection technology is improving.

第1図において、1はこの発明方法に利用できる平面2
a翳圧縮装置であり、下方部分2と上方部分3とから構
成されている。
In FIG. 1, 1 is a plane 2 that can be used in the method of this invention.
It is a shadow compression device and is composed of a lower part 2 and an upper part 3.

2Aはセラミック粉末とセラミックウィスカーを均一に
混合して得た混合粉末4を充填する試料室2Bをもつ試
料容器である。
2A is a sample container having a sample chamber 2B filled with a mixed powder 4 obtained by uniformly mixing ceramic powder and ceramic whiskers.

その外側に衝撃処理後の試料容器2Aの回収を容易にす
るための鉄製モーメンタム・トラップ2Cを配置し、さ
らに、その下に同じく、鉄製モーメンタム・トラップ2
Dを設置する。
A steel momentum trap 2C is arranged outside of the sample container 2C to facilitate recovery of the sample container 2A after impact treatment, and a steel momentum trap 2C is placed below it.
Install D.

なお、試料容器2Aは、底板2A1と、その底板2A1
に上方から着脱自在に嵌合する断面下向きコの字状の1
i2A2から構成されている。
Note that the sample container 2A includes a bottom plate 2A1 and a bottom plate 2A1.
1 with a downward U-shaped cross section that is removably fitted from above.
It is composed of i2A2.

モーメンタム・トラップ2Cは、主に試料容器の側面方
向、また、モーメンタム・トラップ2Dは、試料容器下
方向の各々の運動量を吸収し、結果的にi*lA理後の
試料の回収を容易にするためのものである。
Momentum trap 2C mainly absorbs momentum in the side direction of the sample container, and momentum trap 2D absorbs momentum in the downward direction of the sample container, resulting in easy recovery of the sample after i*lA treatment. It is for.

セラミック粉末中にウィスカーの損傷をできるだけ少な
くして均一に混合するのは容易ではないが、各成分をま
ず別々に湿式ボールミルや攪拌機により泥しよう状態と
した後配合し、再度ボールミルや攪拌機により混合する
方法により、ウィスカーの破損を少なくして、比較的均
一に混合できる。
It is not easy to uniformly mix the ceramic powder with minimal whisker damage, but each component is first made into a slurry state using a wet ball mill or stirrer, then blended, and then mixed again using a ball mill or stirrer. The method provides relatively uniform mixing with less whisker breakage.

セラミックウィスカーのマトリックス中での分散状態は
、得られた焼結体の特性を大きく左右するものであり重
要である。
The state of dispersion of ceramic whiskers in the matrix is important because it greatly influences the properties of the obtained sintered body.

この混合粉末の試料容器2Aへの充填では、できるだけ
高密度に充填することが望ましく、相対密度40%以上
が好ましい。
When filling the sample container 2A with this mixed powder, it is desirable to fill it as densely as possible, and a relative density of 40% or more is preferable.

また、試料容器2Aの材質は、対象材料の成形に必要な
衝撃処理条件により、広範囲の材料を選択できるが、コ
ストの面からは鉄、銅、真ちゅうやステンレスが適当で
ある。
Further, the material for the sample container 2A can be selected from a wide range of materials depending on the impact treatment conditions necessary for molding the target material, but iron, copper, brass, and stainless steel are suitable from the viewpoint of cost.

第1図の上方部分3は、この装置の爆薬構成成分である
が、円錐状の爆薬レンズ3Aは雷管3Bによりその頂点
で点火され、爆薬レンズ3Aでの燃焼は平面的に下方に
伝播される。
The upper part 3 in FIG. 1 is the explosive component of this device. A conical explosive lens 3A is ignited at its apex by a detonator 3B, and the combustion in the explosive lens 3A is propagated downward in a plane. .

さらに、その平面的燃焼がその下の爆薬3Cに伝播され
、爆薬は底面燃焼を起こし下へ伝播し、この燃焼で発生
した爆轟衝撃圧力により下の金属板である飛翔板3Dが
高速に加速され、下の試料容器2A&:衝突する。
Furthermore, the planar combustion is propagated to the explosive 3C below, which causes bottom combustion and propagates downward, and due to the detonation impact pressure generated by this combustion, the flying plate 3D, which is the metal plate below, accelerates at high speed. and the lower sample container 2A&: collides.

この衝突により試料容器に平面衝撃波が発生し、これが
さらに混合粉末4に伝播し、混合粉末は衝撃圧縮され、
形成される。
This collision generates a plane shock wave in the sample container, which further propagates to the mixed powder 4, and the mixed powder is impact-compressed.
It is formed.

衝撃波の通過により混合粉末の部分で発生する圧力、温
度は、主に使用爆薬量と混合粉末の充填率で制御するこ
とができ、また、持続時間は第1図のような飛翔板を用
いた場合、その厚みにより変えることができるが、3I
I11の鉄板を2km/s程度で試料容器に衝突させた
場合の圧力持続時間は約1.5 X 10−’秒であり
、極めて短い。
The pressure and temperature generated in the mixed powder area by the passage of the shock wave can be controlled mainly by the amount of explosive used and the filling rate of the mixed powder, and the duration can be controlled by using a flying plate as shown in Figure 1. In case, it can be changed depending on the thickness, but 3I
When the steel plate I11 collides with the sample container at about 2 km/s, the pressure duration is about 1.5 x 10-' seconds, which is extremely short.

また、第1図のような方法では試料部分に50 GPa
までの圧力を比較的容易に発生できる。
In addition, in the method shown in Figure 1, the sample area is exposed to a pressure of 50 GPa.
It is relatively easy to generate pressures up to

第2図はこの発明の方法に利用できる円筒衝撃圧縮装置
5の1実施例を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a cylindrical impact compression device 5 that can be used in the method of the present invention.

6は爆薬容器であり、外円筒6Aとこの外円筒の上下に
配置された上方板6Bと下方板6Cとから構成されてい
る。
Reference numeral 6 denotes an explosive container, which is composed of an outer cylinder 6A, and an upper plate 6B and a lower plate 6C arranged above and below the outer cylinder.

7は爆薬容器6と同軸的にその中心に位置した円筒状試
料容器であり、その上下には上下のプラグ7A、7Bが
設けられている。
Reference numeral 7 denotes a cylindrical sample container coaxially located at the center of the explosive container 6, and upper and lower plugs 7A and 7B are provided above and below it.

4は円筒状試料容器7の内に充填された混合粉末である
4 is a mixed powder filled in a cylindrical sample container 7.

この図では円筒状試料容器7に接して爆薬3Cが配置さ
れ、雷管3Bで爆薬3Cが起爆される状態を示している
This figure shows a state in which an explosive 3C is placed in contact with a cylindrical sample container 7 and is detonated by a detonator 3B.

その爆轟波が下方向へ伝播し、それに伴う爆轟mlE波
により、まず、その内側の円筒状試料容器7が軸方向へ
衝撃圧縮され、次にその内側の混合粉末4が同様にして
is圧縮される。
The detonation wave propagates downward, and the accompanying detonation mlE wave first shock-compresses the cylindrical sample container 7 inside it in the axial direction, and then the mixed powder 4 inside it is similarly Compressed.

混合粉末4の部分に発生する圧力は使用する爆薬の種類
と量により調節できる。
The pressure generated in the mixed powder 4 portion can be adjusted by the type and amount of explosive used.

ここで、円筒状試料容器7及び爆薬容器6の外円M6A
の材質としては、金属、紙、木、プラスチックを利用で
診る。
Here, the outer circle M6A of the cylindrical sample container 7 and explosive container 6
The materials used include metal, paper, wood, and plastic.

また、円筒状試料容器7の上方に位置する円錐状のプラ
グ7Aは金属や木で作ることができ、この部分は、雷管
3Bで起爆され、爆薬3Cの中を球面状に広がる爆轟波
が円筒状試料容器7に達する前に、この球面状に広がる
爆轟波を平面状の爆轟波に整える役目をするものであり
、均一に試料を衝撃圧縮するためには欠かせないもので
ある。
Further, the conical plug 7A located above the cylindrical sample container 7 can be made of metal or wood, and this part is detonated by the detonator 3B and causes a detonation wave that spreads in a spherical shape inside the explosive 3C. It plays the role of shaping this spherical spreading detonation wave into a flat detonation wave before reaching the cylindrical sample container 7, and is essential for uniform impact compression of the sample. .

この発明の方法では、ウィスカー含有のセラミック成形
体を加圧なしで1400〜2000℃に加熱して、真密
度に近い焼結体を得ようとしているが、この目的のため
及び、この本焼結前に成形体を加工するためには、成形
体の相対密度は90%以上必要である。
In the method of this invention, a whisker-containing ceramic molded body is heated to 1400 to 2000°C without pressure to obtain a sintered body close to true density. In order to process the shaped body beforehand, the relative density of the shaped body must be greater than 90%.

マトリックスとして用いるセラミックスの種類やウィス
カーの配合割合にもよるが、相対密度90%以下の成形
体では、上記本焼結によっても充分ち密化が進まず、強
度の高い焼結体が得られない。
Although it depends on the type of ceramic used as the matrix and the blending ratio of whiskers, in a compact having a relative density of 90% or less, sufficient densification does not proceed even with the main sintering, and a sintered compact with high strength cannot be obtained.

また、そのような成形体の強度は充分高くなく、切削加
工困難である。セラミックウィスカーを10〜50体積
%含有するセラミック粉末を相対密度90%以上までち
密化させるのに必要な衝撃圧力は、対象とするセラミッ
ク粉末及び、ウィスカーの物性により決定されるもので
あり、各材料紙合せ毎にその条件を実験的に決定するこ
とが必要である。
Moreover, the strength of such a molded body is not sufficiently high, and cutting is difficult. The impact pressure required to densify a ceramic powder containing 10 to 50% by volume of ceramic whiskers to a relative density of 90% or more is determined by the target ceramic powder and the physical properties of the whiskers, and varies depending on each material. It is necessary to experimentally determine the conditions for each sheet combination.

衝撃圧力の程度が適当な範囲にある場合、相対密度が9
0%以上で割れのない均一な成形体を得ることができる
When the degree of impact pressure is in a suitable range, the relative density is 9
At 0% or more, a uniform molded product without cracks can be obtained.

しかし、処理圧力が、各材料の組合せで決まる限界の圧
力を越えると粉末粒子間の焼き付き、つまり焼結による
粒間結合が生じ、その結果、回収される成形体中に大小
の割れが発生し、好ましくない。
However, if the processing pressure exceeds the limit pressure determined by the combination of materials, seizure between powder particles, or intergranular bonding due to sintering, will occur, resulting in small and large cracks occurring in the recovered compact. , undesirable.

この発明の方法に用いる衝撃圧力の範囲は衝In理中に
焼結が生じないか、生じても粒の成長が生じない程度の
中庸な圧力程度に限定されるものである。
The range of impact pressure used in the method of the present invention is limited to a moderate pressure that does not cause sintering during impact processing, or even if sintering does occur, grain growth does not occur.

一方、圧力が低すぎると、混合粉末は、相対密度90%
以上までち密化できず、前述のように、得られる成形体
の強度も低くなり、切削加工できないばかりでなく、本
焼結によってもち密化が進行せず、結果的に安価な高強
度で高い靭性をもつウィスカー強化セラミック焼結体を
得ることができない。
On the other hand, if the pressure is too low, the mixed powder will have a relative density of 90%
It is not possible to densify the product to the above level, and as mentioned above, the strength of the obtained molded product is low, and not only can it not be cut, but also the densification does not proceed due to main sintering, resulting in a high strength and high quality product that is inexpensive. It is not possible to obtain a whisker-reinforced ceramic sintered body with toughness.

以下、実施例によりこの発明をさらに詳しく説明する。Hereinafter, this invention will be explained in more detail with reference to Examples.

(実施例1) 平均粒径 lμIのアルミナ粉末と平均ウィスカー径0
.5μm、平均長さ30μlのSiCウィスカーを体積
比で4:1となるように別々に秤量し、まず、各々の粉
末を別々に水を添えて泥しようの状態となるようにボー
ルミル処理した後、それらを混合し、再度ボールミル混
合した。
(Example 1) Alumina powder with average particle size lμI and average whisker diameter 0
.. SiC whiskers with a diameter of 5 μm and an average length of 30 μl were weighed separately at a volume ratio of 4:1, and each powder was first ball-milled with water to form a slurry. They were mixed and ball milled again.

このボールミル混合した粉末を乾燥した後、600℃で
真空脱ガス処理し、この実施例の混合粉末を得た。
After drying this ball mill mixed powder, it was vacuum degassed at 600°C to obtain the mixed powder of this example.

この混合粉末を第1図に示した平面面7圧縮装置を用い
て街!IIA理した。
This mixed powder was compressed using the flat surface 7 compression device shown in Figure 1. IIA managed.

ここでは、混合粉末を第1図の試料室2Bに相対密度約
53%となるように充填した。
Here, the mixed powder was filled into the sample chamber 2B in FIG. 1 so that the relative density was about 53%.

試料室2Bの材料としてステンレスを用い、その試料室
2Bの大きさは径25mm、高さlhaであった。
Stainless steel was used as the material for the sample chamber 2B, and the size of the sample chamber 2B was 25 mm in diameter and 1 ha in height.

爆薬3Cとして爆速7.2km/sのシュポン社製のデ
ータ・シートを使用し、飛翔板として厚さ3.2mmの
鉄板を使用した。
As the explosive 3C, a data sheet made by Shuppon with a detonation speed of 7.2 km/s was used, and as the flying plate, an iron plate with a thickness of 3.2 mm was used.

ここでは第1表に示した各飛翔板速度での成形試験を実
施した。
Here, molding tests were conducted at each flying plate speed shown in Table 1.

衝撃処理後、試料容器を回収し、試料外側のステンレス
部分を切削により取り除き試料を取り出した後、その上
下面を研磨紙で軽く研磨した後、外観を観察した。
After the impact treatment, the sample container was collected, the stainless steel portion on the outside of the sample was removed by cutting, the sample was taken out, and its upper and lower surfaces were lightly polished with abrasive paper, and its appearance was observed.

それら回収成形体につき、水を用いたアルキメデス法に
より、嵩密度を測定し、成形体の相対密度全算出した。
The bulk densities of the recovered molded bodies were measured by the Archimedes method using water, and the relative densities of the molded bodies were totally calculated.

各成形体の切削加工試験はバイトとしてダイヤモンド焼
結体を用い、周速35+a/win程度で加工し、その
ときの割れの発生やチッピングの発生具合から切削加工
の可、不可を判断した。
The cutting test for each compact was performed using a diamond sintered body as a cutting tool at a circumferential speed of about 35+a/win, and it was determined whether cutting was possible or not based on the degree of occurrence of cracks and chipping.

次に、それらの成形体を真空炉を用いて温度1500℃
、1700℃、1900℃で1時間保持して焼結し、得
られた焼結体の相対密度とKic値を測定により求めた
Next, these molded bodies were heated to 1500°C using a vacuum furnace.
, 1700° C., and 1900° C. for 1 hour and sintered, and the relative density and Kic value of the obtained sintered body were determined by measurement.

KiC値は、ビッカース圧痕法により、荷重5kgとし
て、そのときの圧痕の四方から発生するクラックの長さ
に基づいて算出した。
The KiC value was calculated by the Vickers indentation method under a load of 5 kg based on the lengths of cracks generated from all sides of the indentation.

各飛翔板速度の試料について得られた結果を第1表にま
とめて示した。飛翔板速度0.3km/sでは、回収成
形体の外観は割れの発生もなく良好であったが、その成
形体密度は低く、また、切削加工試験では、加工用治具
にはさんだところで壊れてしまった。
Table 1 summarizes the results obtained for the samples at each flying plate speed. At a flying plate speed of 0.3 km/s, the appearance of the recovered molded product was good with no cracks, but the density of the molded product was low, and in the cutting test, it broke when it was sandwiched between the processing jigs. It happened.

また、この程度の成形体密度では、第1表に示したよう
に、その後の1500〜 1900℃の熱処理によっても顕著なち密化は認められ
なかった。
Furthermore, with this level of compact density, as shown in Table 1, no significant densification was observed even after the subsequent heat treatment at 1,500 to 1,900°C.

一方、飛翔板速度が速くなり、1.8km/sとなると
、回収成形体の相対密度は確かに96%まで達したが、
割れが発生しており、この場合も加工用治具にセットし
たところで小片に壊れた。
On the other hand, when the flying plate speed increased to 1.8 km/s, the relative density of the recovered compacts certainly reached 96%.
Cracks had occurred, and in this case as well, it broke into small pieces when it was set in a processing jig.

その割れを起こした小片の破面を観察すると、′fIg
処理だけで一部アルミナの焼結が起きたことが分かった
When we observed the fracture surface of the small piece that caused the crack, we found that 'fIg
It was found that some alumina sintered due to the treatment alone.

飛翔板速度0.6〜1.4 km/sで得た試料の成形
体相対密度は90〜95%であり、いずれも割れの発生
はなく、切削加工可能な強さをもっていた。
The molded bodies of the samples obtained at flying plate speeds of 0.6 to 1.4 km/s had relative densities of 90 to 95%, had no cracks, and had the strength to be cut.

また、これらの成形体を1700〜 1900℃で焼結して得た焼結体では充分ち密化が進ん
でおり、に1c値も 7〜aMPaJmと高い値を示し
た。
In addition, the sintered bodies obtained by sintering these molded bodies at 1700 to 1900°C were sufficiently densified and exhibited high 1c values of 7 to aMPaJm.

第  1  表 アルミナ+SICウィスカー × 割れ発生 (実施例2) 平均粒径0.6μ嘗のSi3N4と平均ウィスカー径 
3μm、平均長さ30μmのアルミナウィスカーを体積
比で2:1となるように別々に秤量し、実施例1と同様
の方法と手順により各々の成分を混合した。
Table 1 Alumina + SIC whisker × Crack occurrence (Example 2) Si3N4 with average particle size of 0.6 μm and average whisker diameter
Alumina whiskers having a diameter of 3 μm and an average length of 30 μm were weighed separately at a volume ratio of 2:1, and the respective components were mixed using the same method and procedure as in Example 1.

得られた粉末を真空脱ガス処理し、この実施例の混合粉
末とした。この混合粉末を実施例1と同様に第1図に示
した平面衝撃圧縮装置を用いて衝gX処理した。
The obtained powder was subjected to vacuum degassing treatment to obtain the mixed powder of this example. This mixed powder was subjected to impact gX treatment in the same manner as in Example 1 using the planar impact compression apparatus shown in FIG.

ここでは、第2表に示したQ、l 〜1.6km/sの
飛翔板速度で成形試験を実施した。
Here, the molding test was carried out at a flying plate speed of Q,l shown in Table 2 to 1.6 km/s.

衝*IA理後の試料は、実施例1と同様の方法により回
収し、外観観察、密度測定の後、切削加工試験を実施し
た。
The sample after the IA process was collected in the same manner as in Example 1, and after appearance observation and density measurement, a cutting test was conducted.

次に、得られた各成形体を1気圧の窒素雰囲気中で14
00℃、1600’e、1800℃に1時間保持して焼
結した。その得られた焼結体につき相対密度とKlc値
を測定した。
Next, each of the obtained molded bodies was placed in a nitrogen atmosphere of 1 atm for 14 hours.
Sintering was carried out by holding at 00°C, 1600'e, and 1800°C for 1 hour. The relative density and Klc value of the obtained sintered body were measured.

各飛翔板速度で得られた試料についての結果を第2表に
示した。
Table 2 shows the results for the samples obtained at each flying plate speed.

飛翔板速度0.1 km/sで得られた成形体は外見上
割れもなく良好であフたが、相対密度は低く、切削加工
も不可能であった。また、この試料は1400〜180
0℃の熱処理によっても、僅かのち密化しか示さなかっ
た。
The molded product obtained at a flying plate speed of 0.1 km/s appeared to be in good condition with no cracks, but the relative density was low and cutting was impossible. In addition, this sample has 1400 to 180
Heat treatment at 0° C. also showed only slight densification.

一方、飛翔板速度1.6 km/sで得た試料は回収時
にすでに小片に割れていた。
On the other hand, the sample obtained at a flying plate speed of 1.6 km/s was already broken into small pieces at the time of collection.

その小片で測定した相対密度は99%に達しており、そ
の破面の状態から焼結がかなり進んでいたことが分かっ
た。
The relative density measured on the small piece reached 99%, and the state of the fracture surface showed that sintering had progressed considerably.

飛翔板速度0.4〜1.2に+a/sでは、相対密度9
3〜98%の強固な成形体が得られ、いずれも切削加工
可能であった。
At flight plate speed 0.4-1.2 + a/s, relative density 9
A molded article having a strength of 3 to 98% was obtained, and all of them could be cut.

また、1400〜1800℃での処理では、いずれも優
れた焼結性を示し、9MPaJmまでの高いKIc値を
示した。
Further, in the treatment at 1400 to 1800°C, all exhibited excellent sinterability and exhibited high KIc values of up to 9 MPaJm.

第2表 Sl、N4+アルミナウイスカー X 割れ発生 (実施例3) 平均粒径3μlのSiC粉末と平均ウィスカー径1μ1
1平均長さ40μmのSl、N、ウィスカーを体積比で
5:1となるように秤量し、実施例1と同様の方法と手
順により混合、乾燥、真空脱ガス処理を行ない、この実
施例の混合粉末を得た。
Table 2 Sl, N4 + Alumina Whiskers
1. Sl, N, and whiskers with an average length of 40 μm were weighed at a volume ratio of 5:1, mixed, dried, and vacuum degassed using the same method and procedure as in Example 1. A mixed powder was obtained.

この混合粉末を第2図に示した円筒?I N圧縮装置を
用いて衝軍処理した。
This mixed powder is placed in the cylinder shown in Figure 2? Shock treatment was performed using an IN compression device.

ここでは円筒状試料容器7として、内径20m+e、外
径25+s+aの鉄バイブを用い、試料部分の長さはl
oOamとした。
Here, an iron vibrator with an inner diameter of 20 m+e and an outer diameter of 25+s+a is used as the cylindrical sample container 7, and the length of the sample portion is l.
oOam.

また、爆薬3Cとしてアンホ爆薬を使用し、その厚みを
10+am、30mm、60mm、100mmとして成
形試験を実施した。
In addition, a molding test was conducted using an anho explosive as the explosive 3C and setting the thickness to 10+am, 30 mm, 60 mm, and 100 mm.

衝箪処理後、円筒状試料容器を回収し、その容器を縦に
2つ割にして中の試料を取り出した。
After the processing, the cylindrical sample container was collected, split vertically into two, and the sample inside was taken out.

その状態で全体的な外観を調べた後、その軸方向の中央
部分より厚さ5Iの円筒状試料をダイヤモンドカッター
により切り出し、密度を測定した。
After examining the overall appearance in this state, a cylindrical sample with a thickness of 5I was cut out from the central portion in the axial direction using a diamond cutter, and the density was measured.

また、成形体の切削加工試験は、実施例1と同様にダイ
ヤモンドを用いて、成形体の一端を切削してみることに
より、加工の可、不可を判定した。
In addition, in the cutting test of the molded body, one end of the molded body was cut using diamond in the same manner as in Example 1, and it was determined whether machining was possible or not.

次に、成形体を1気圧の窒素雰囲気中、1600℃、1
aoo℃、2000℃に1時間保持して、焼結体を得た
Next, the molded body was heated to 1,600°C in a nitrogen atmosphere of 1 atm.
A sintered body was obtained by maintaining the temperature at 2000° C. and 2000° C. for 1 hour.

それらの焼結体の相対密度、Ki(値を実施例1と同様
の方法により測定した。
The relative densities and Ki values of these sintered bodies were measured in the same manner as in Example 1.

各爆薬厚みでの試料について得られた結果を第3表にま
とめて示した。
The results obtained for the samples at each explosive thickness are summarized in Table 3.

爆薬厚み10■mで得た成形体には、外見上割れは認め
られなかったが、相対密度は82%と低く、切削加工も
不可能であった。
Although no cracks were observed in the molded body obtained with the explosive thickness of 10 μm, the relative density was as low as 82%, and cutting was impossible.

また、爆薬厚み10hmで得た成形体は、いくつもの層
状割れを起こしており、−塊の成形体として回収できな
かった。
Moreover, the molded body obtained with an explosive having a thickness of 10 hm had several layered cracks, and could not be recovered as a lumpy molded body.

割れを起こした面の観察より、この試料はすでに焼結し
ていることが分かった。
Observation of the cracked surface revealed that this sample had already been sintered.

爆薬厚み30ma+、60amで得られた成形体は、相
対密度90%、95%であり、均一に収縮しており、切
削加工も可能であった。
The molded bodies obtained with explosive thicknesses of 30 ma+ and 60 am had relative densities of 90% and 95%, were uniformly shrunk, and could be cut.

また、これら試料を1800℃、2000℃で焼結して
得た試料は高い相対密度を示し、Kic値も 5〜6M
PaJmの高い値を示した。
In addition, samples obtained by sintering these samples at 1800°C and 2000°C showed high relative density and Kic values of 5 to 6 M.
It showed a high value of PaJm.

第3表 StC−5IsN4 ウィスカー X 割れ発生 (実施例4) 粒径 1μm以下のほう素粉束と平均粒径3μ鳳の炭化
はう素粉束を体積比で1:1に混合し、マトリックス用
セラミック粉末を作成した。
Table 3 StC-5IsN4 Whisker Created ceramic powder.

このセラミック粉末に体積%で10%となるように実施
例1で用いたウィスカーと同様のSiCウィスカーを秤
量し、実施例1と同様の方法と手順により混合、乾燥、
真空脱ガス処理して、この実施例の混合粉末を得た。
SiC whiskers similar to those used in Example 1 were weighed into this ceramic powder to give a volume percentage of 10%, and mixed, dried, and mixed in the same manner and procedure as in Example 1.
A mixed powder of this example was obtained by vacuum degassing treatment.

この混合粉末を実施例1と同様の装置を用いて飛翔板速
度0.[tkm/s 、 1.0に+g/sで成形試験
を実施した。
Using the same device as in Example 1, this mixed powder was applied to a flying plate at a speed of 0. [The forming test was carried out at tkm/s, 1.0 + g/s.

0.8km/s 、 1.okm/sで得られた成形体
の相対密度は各々91%、93%であり、外見上割れも
なく均一な成形体であった。
0.8km/s, 1. The relative densities of the molded bodies obtained at OKM/s were 91% and 93%, respectively, and the molded bodies were uniform with no cracks in appearance.

これらの成形体について、実施例1と同様の方法により
切削加工試験を行なったところ、いずれの成形体も切削
加工可能な強さをもつものであった。
When these molded bodies were subjected to a cutting test in the same manner as in Example 1, all of the molded bodies had the strength to be cut.

これらの成形体を真空中1700℃。These molded bodies were heated at 1700°C in vacuum.

1900℃で1時間保持して得た焼結体の相対密度は、
0.6km/s 、 1.0に+a/sで得た試料とも
98%に達し、Klc値は各々5.5MPaJ ra 
The relative density of the sintered body obtained by holding it at 1900°C for 1 hour is
Both the samples obtained at 0.6 km/s and 1.0+a/s reached 98%, and the Klc value was 5.5 MPaJ ra.
.

5.8MPaJmであった。It was 5.8 MPaJm.

(実施例5) 粒径10μm以下の窒化アルミニウム粉末と平均粒径 
3μmのSi、N4粉末を体積比で3:2となるように
混合し、マトリックス用セラミック粉末を作成した。
(Example 5) Aluminum nitride powder with particle size of 10 μm or less and average particle size
A matrix ceramic powder was prepared by mixing 3 μm Si and N4 powders at a volume ratio of 3:2.

このセラミック粉末に体積%で50%となるように実施
例1.2で用いたウィスカーと同じSiCウィスカーと
Sl山 ウィスカーを1z1に秤量し、実施例1と同様
の方法と手順により混合、乾燥、真空脱ガス処理して、
この実施例の混合粉末を得た。
SiC whiskers and Sl mountain whiskers, which are the same as those used in Example 1.2, were weighed to 1z1 to give a volume percentage of 50%, and mixed, dried, and mixed in the same manner and procedure as in Example 1. After vacuum degassing,
A mixed powder of this example was obtained.

この混合粉末を実施例1と同様の装置を用いて飛翔板速
度0.5k11/sと、1.0km/sで成形試験を実
施した。
This mixed powder was subjected to a molding test using the same apparatus as in Example 1 at flying plate speeds of 0.5 k11/s and 1.0 km/s.

飛翔板速度0.5km/s 、1.0km/sで得られ
た成形体の相対密度は各々93%、95%と高く、割れ
の発生もなく均一な成形体で あった。
The relative densities of the compacts obtained at flying plate speeds of 0.5 km/s and 1.0 km/s were as high as 93% and 95%, respectively, and the compacts were uniform with no cracking.

また、いずれも切削可能であった。Moreover, all of them were able to be cut.

次に、これらの試料を1気圧の窒素:囲気中で1600
℃、1850℃で1時間保持して焼結した。 0.5k
m/s、1.0km/sで衝撃処理して得た成形体から
の焼結体の相対密度は各々99%、100%であり、K
tc値は各々7.311Pa−/” m 、 7.7M
PaJIaであった。
These samples were then exposed to 1600 ml of nitrogen in a 1 atm nitrogen atmosphere.
℃, and held at 1850°C for 1 hour for sintering. 0.5k
The relative densities of the sintered bodies from the compacts obtained by impact treatment at m/s and 1.0 km/s are 99% and 100%, respectively, and K
The tc values are 7.311Pa-/”m and 7.7M, respectively.
It was PaJIa.

[発明の効果] 以上のようにこの発明の方法によれば、衝撃圧縮により
セラミックウィスカーを10〜50体積%含有するセラ
ミック粉末を相対密度90%以上まで比較的容易にち密
化でき、切削可能な程度の強さをもつ成形体を得ること
ができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the method of the present invention, ceramic powder containing 10 to 50% by volume of ceramic whiskers can be densified relatively easily to a relative density of 90% or more by impact compression, and can be cut. It is possible to obtain a molded article with a certain degree of strength.

この衝撃処理で得られた高密度成形体を構成するセラミ
ック粉末粒子は、衝撃処理により活性化されており、焼
結しやすく、圧力を用いない焼結によっても容易に均一
で強度な焼結体が得られる。
The ceramic powder particles constituting the high-density compact obtained by this impact treatment are activated by the impact treatment, and are easily sintered, and can be easily sintered into a uniform and strong sintered body even by sintering without pressure. is obtained.

また、この発明の方法によるウィスカー強化セラミック
焼結体の製造方法では、高密度成形体の焼結工程での収
縮が極めて少ないため、焼結後の加工コストを大幅に削
減でき、その工業的意義は大きい。
In addition, in the method of manufacturing a whisker-reinforced ceramic sintered body according to the method of the present invention, shrinkage during the sintering process of the high-density compact is extremely small, so the processing cost after sintering can be significantly reduced, which has industrial significance. is big.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明のウィスカー強化セラミック焼結体
の製造方法に適用できる 平面衝撃圧縮装置の縦断面図、 第2図は、円筒衝撃圧縮装置の縦断面図である。 190.平面衝撃圧縮装置、 231.下方部分、 2A、、、試料容器、 2B、、、試料室、 2C,2D、、、モーメンタム・トラップ、311.上
方部分、 3A、、、爆薬レンズ、 3B、、、雷管、 3C,、、爆薬、 3D。 4 5 。 6 。  A B  C 7A。 飛m板、 混合粉末、 円筒衝撃圧縮装置、 爆薬容器、 外円筒、 上方板、 下方板、 円筒状試料容器、 7B、、、プラグ。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a planar impact compression device that can be applied to the method of manufacturing a whisker-reinforced ceramic sintered body of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a cylindrical impact compression device. 190. Planar impact compression device, 231. Lower part, 2A, Sample container, 2B, Sample chamber, 2C, 2D, Momentum trap, 311. Upper part, 3A, Explosive lens, 3B, Detonator, 3C, Explosive, 3D. 4 5. 6. A B C 7A. Flying plate, mixed powder, cylindrical impact compression device, explosive container, outer cylinder, upper plate, lower plate, cylindrical sample container, 7B, plug.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 1. セラミックウィスカーを体積%で10〜50%含
有するウィスカー強化セラミック焼結体を製造する方法
において、セラミック粉末にセラミックウィスカーを均
一に分散、混合し、この混合粉末を成形型に充填し、該
混合粉末を衝撃圧縮することにより相対密度 90%以上(空隙率10%以下)の粉末成形体としたの
ち、1400〜2000℃の温度で焼結することを特徴
とするウィスカー強化セラミック焼結体の製造方法。
1. In a method for manufacturing a whisker-reinforced ceramic sintered body containing 10 to 50% by volume of ceramic whiskers, ceramic whiskers are uniformly dispersed and mixed in ceramic powder, the mixed powder is filled into a mold, and the mixed powder is A method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body, which comprises forming a powder compact with a relative density of 90% or more (porosity of 10% or less) by impact compression, and then sintering at a temperature of 1400 to 2000°C. .
2. 該セラミックウィスカーがアルミナウィスカー、
炭化硅素ウィスカー、窒化硅素ウィスカーの少なくとも
1種よりなる請求項1記載のウィスカー強化セラミック
焼結体の製造方法。
2. the ceramic whiskers are alumina whiskers;
The method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body according to claim 1, which comprises at least one of silicon carbide whiskers and silicon nitride whiskers.
3. 該セラミック粉末がアルミナ粉末、炭化硅素粉末
、窒化硅素粉末、ほう素粉末、炭化ほう素粉末、窒化ア
ルミニウム粉末の少なくとも1種よりなる請求項1記載
のウィスカー強化セラミック焼結体の製造方法。
3. 2. The method for producing a whisker-reinforced ceramic sintered body according to claim 1, wherein the ceramic powder comprises at least one of alumina powder, silicon carbide powder, silicon nitride powder, boron powder, boron carbide powder, and aluminum nitride powder.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6252183A (en) * 1985-06-21 1987-03-06 ニユ− メキシコ テツク リサ−チ フアンデ−シヨン Manufacture and equipment for powder formed body
JPS6321256A (en) * 1986-07-15 1988-01-28 トヨタ自動車株式会社 Manufacture of fiber reinforced ceramics

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6252183A (en) * 1985-06-21 1987-03-06 ニユ− メキシコ テツク リサ−チ フアンデ−シヨン Manufacture and equipment for powder formed body
JPS6321256A (en) * 1986-07-15 1988-01-28 トヨタ自動車株式会社 Manufacture of fiber reinforced ceramics

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114956846A (en) * 2022-06-21 2022-08-30 郑州大学 Preparation method of SiC whisker toughened alumina ceramic cutter material
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