JPH03137053A

JPH03137053A - 複合ムライト質焼結体

Info

Publication number: JPH03137053A
Application number: JP1276798A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yokoyama; 清横山; Kazunori Koga; 和憲古賀
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-06-11
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: JP3009684B2

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、主にセラミックガスタービン等の高温熱機関
部品用材料として用いられる複合ムライト質焼結体に関
する。

（従来の技術）ムライト質焼結体は、酸化物セラミックスの中でも共有
結合性が高く、その為１４００’Ｃ程度まで強度劣化が
なく、また低熱膨張性であることから、上記高温熱機関
部品に適した材料として注目されている。しかし、破壊
靭性に乏しく、この破壊靭性を改善する為には、強化繊
維を複合焼結することが有効であり、その−例としてム
ライト−８ｉＣウイス力−複合焼結体が提唱（日本セラ
ミックス協会学術論文誌、第９７巻、８９５頁、第２４
回窯業基礎討論会講演要旨集−１９８６年）されている
。

尚、ムライトは３Ａｆｉ、Ｏ，・２ＳｉＯ２（７）組成
式で表されるアルミノケイ酸塩であるが、これを合成す
る場合、出発物質のうちＳｉＯ□を上記組成比より多く
すると過剰のＳ　ｉ　Ｏ，がガラス化し。

またＡＱ２０．を多くすると過剰のＡｌ２２０．相が焼
結体中に含まれる。本願では、このような過剰のＳ　ｉ
　Ｏ，によるガラス質相或いは過剰のＡＱ、０３相を含
むものをムライト質と云う。

（発明が解決しようとする課題）上記のような繊維強化複合焼結体は、ムライト構成原料
、具体的にはＳ　ｉ　Ｏ２及びＡＡ、Ｏ，と、各種繊維
とを混合して高温で焼結して得られ、得られた焼結体内
ではムライト質相の焼結マトリックス間に繊維が結合介
在し、クランクの進展に伴う繊維の引抜き効果により破
壊靭性が向上する。

しかし、上記焼結時にムライト質相と繊維とが固相反応
して相互が固着し、その為クラックの進展に伴う引抜き
効果が減少し破壊靭性の向上に寄与しなくなることが多
々ある。また、焼結前に繊維の表面が傷付くと繊維自体
の強度が低下し、上記引抜き効果が発揮されなくなるこ
ともある。

（発明の目的）本発明は、上記に鑑みなされたものであり、繊維の補強
効果を高めて優れた特性を最大限発揮するようにした新
規な複合ムライト質焼結体を提供せんとするものである
。

（課題を解決する為の手段）本発明の複合ムライト質焼結体は、ムライト質相と１強
化繊維質相と、該ムライト質相及び繊維質相の粒界に介
在するジルコニア相とより成ることを特徴とする。

上記補強繊維質相は、ムライト繊維、アルミナ繊維、珪
素又はチタンの炭化物若しくは炭窒化物若しくは炭酸窒
化物若しくは酸窒化物若しくは炭酸化物繊維及び炭素繊
維のいずれかより成り、その焼結体中の体積分率は３〜
ｂとが望ましい。３容量％未滴の場合、補強効果が十分で
はなく、逆に４０容量％を超えると焼結し戴くなるから
である。繊維は、連続繊維、多結晶ファイバー或いはウ
ィスカーいずれも採用可能である。

また、上記ジルコニア相は、焼結体中にムライト質相と
繊維質相との粒界に介在するが、具体的には、ジルコニ
アをコーティングした上記繊維と、ムライト質構成原料
（Ｓ　ｉ　Ｏ，及びＡＱ２０．）とを複合焼結すること
によって形成される。このコーティングは液相若しくは
気相を介してなされる。

そして、該ジルコニア相の厚みは１０ｎｍ〜１０μｍで
あることが望ましい。１０ｎｍ未滴の場合は、繊維質相
とムライト質相の反応抑制効果が十分でなく、逆に１０
μｍを超えると繊維の特性が失われると共にコーティン
グに時間を要し且つ不経済となるからである。

一方、ムライト質相は、ＳｉＯ２及びＡＱ、Ｏ。

から構成されるが、具体的にはそれ自体ＡＩ２，０゜４
０〜８０重量％、Ｓｉ０．２０〜５０重量％の組成から
成ることが望ましく１組織的にはムライト相である３Ａ
Ｑ、０３・２ＳｉＯｚ相の他に１組成によりＳ　ｉ　Ｏ
，ガラス相やＡΩ２０□が形成される。

また、この複合ムライト質焼結体の製造にあたっては、
まず、ムライト質相として前述した割合から成るＳｉｎ
、とＡＱ、０３との混合粉末に表面がジルコニアによっ
てコートされた繊維を繊維質が最終焼結体中において３
〜ｂなるように充分に混合する。上記ムライト質相を形成す
るＳｉｎ、とＡＡ、Ｏ，との混合粉末は、予め５００〜
１７００℃の温度で仮焼処理してムライトを生成させた
ものを用いることも可能である。

一方、繊維表面にジルコニアをコートする方法としては
、液相を利用し、例えば塩化ジルコニルと有機バインダ
ーしとの混合液中に繊維を浸漬乾燥し、所望の厚みにな
るまでこの操作を繰り返す。

この塩化ジルコニルは焼成中にジルコニアに変換される
ものである。また、ＣＶＤ法等の気相成長法によってジ
ルコニア膜を形成することも可能である。

尚、ムライト質混合粉末に上記処理された繊維を混合す
る際、繊維が連続繊維である場合は、先にムライト質混
合粉末をスラリー化して連続繊維を浸漬乾燥処理した方
が分散性の点で望ましい。

また、ウィスカー、ファイバー等の短繊維の場合はムラ
イト−質混合粉末と湿式混合することが同様な理由で望
ましい。

このようにして得た混合粉末は、公知の成形法、例えば
プレス成形法、射出成形法、鋳込み成形法によって成形
後、焼成される。

焼成は、カーボン型にセットし、１６５０〜２０ｏＯ℃
の温度で０．５〜１０時間行なう、焼成法としては、ホ
ットプレス法の他、熱間静水圧焼成法が採用できる。

（作用）上記構成の複合ムライト質焼結体に於いては、ムライト
質相の粒界に、繊維質相がマトリックス的に結合し、こ
れにより強化されて破壊靭性が向上する。特に、ムライ
ト質相と繊維質相との粒界にはジルコニア相が介在する
から、焼結時のムライト質相及び繊維質相の固相反応が
なく（因みに、ムライトとジルコニアとは反応しない）
、クラックの進展に伴う繊維質相の引抜き効果が十分に
発揮され、破壊靭性が飛羅的に向上する。そして。

予めジルコニアでコーティングされた繊維を用いた場合
、繊維がこのコーティング相で保護される為、焼結前で
の繊維表面の傷付かなく、従って繊維自体の強度の低下
を来さず、その本来の補強効果が最大限発現される。

（実施例）次に実施例により本発明を更に詳述する。

（ａ）第１表に示す繊維質材料を、塩化ジルコニウム及
び有機バインダーの混合液に浸漬し、これを繰り返して
繊維質材料の表面に当該混合液をコーティングする。

（ｂ）繊維質材料が連続繊維の場合、上記コーティング
した後、微粒のムライトスラリー（２８゜２重量％のＳ
ｉＯ２と７１．８重量％）ＡＱ２０□との混合スラリー
）を表面に塗布し乾燥する。その後、ムライト原料と混
合しホットプレスにて第１表に示す条件で焼成しムライ
ト質の焼結体を得た。

（ｃ）繊維質材料がウィスカーの場合、上記コーティン
グした後、微粒のムライトスラリー（同上）と混合し、
鋳込み成形して形状化した後ホットプレスにて第１表に
示す条件で焼成しムライト質の焼結体を得た。

（ｄ）破壊靭性の測定＝上記（ｂ）（ｃ）で得た焼結体のテストピースについて
Ｍ　ｉ　ｃ法により破壊靭性を測定した。

（ｅ）比較例として、ジルコニアをコーティングしない
各種繊維を含む焼結体を準備し、上記と同要領で破壊靭
性を測定した。

上記（ｄ）及び（ｅ）の結果を第１表に示す。

（以下余白）第１表の結果から、試料＆１乃至７及び１４の破壊靭性
はいずれも比較例より大幅に優れていることが理解され
る。また、試料Ｈａ　１２．１３は繊維質相としてＳｉ
Ｃウィスカーを用いたものであり、連続繊維の場合より
破壊靭性は劣るが、同じＳｉＣウィスカーを用いジルコ
ニアコーティングしない比較例１９よりも大幅に優れて
いることが理解される。これに対し、試料Ｎα８は繊維
質相の量が少ない為にその補強効果が十分ではなく、ま
た、試料Ｎ１１９は逆に繊維質相の量が多過ぎ焼結不良
となっている。更に、試料ＮＱ１０．１１は、ジルコニ
ア相の厚みが大きい為、繊維質相の補強効果が相殺され
破壊靭性が低下している。

尚、上記以外の既掲の繊維を用いた場合でも同様の結果
が得られる。

（発明の効果）叙上の如く、本発明の複合ムライト質焼結体は、ムライ
ト質相と繊維質相との粒界にムライト質に対して安定な
ジルコニア相が介在するから、ムライト質相と繊維質相
との相互の固相反応が惹起されず、クラックの進展に伴
う繊維質相の引抜き効果が十二分に発揮され優れた破壊
靭性が付与される。従って、ムライト質焼結体の高温高
強度及び低熱膨張性に上記優れた破壊靭性とが加味され
、セラミックガスタービン等の高温熱機関部品用材料と
しての適性が飛藷的に向上する。

−以上−

Claims

【特許請求の範囲】

１．ムライト質相と、強化繊維質相と、該ムライト質相
及び繊維質相の粒界に介在するジルコニア相とより成る
複合ムライト質焼結体。
２．上記繊維質相が、ムライト繊維、アルミナ繊維、珪
素又はチタンの炭化物若しくは炭窒化物若しくは炭酸窒
化物若しくは酸窒化物若しくは炭酸化物繊維及び炭素繊
維のいずれかより成り、その焼結体中の体積分率が３〜
４０容量％である請求項１記載の複合ムライト質焼結体
。
３．上記ジルコニア相が、ジルコニアをコーティングし
た上記繊維と、ムライト質構成原料とを複合焼結するこ
とによって形成され、該ジルコニア相の厚みが１０ｎｍ
〜１０μｍである請求項１又は２記載の複合ムライト質
焼結体。