JPH0369577A - ムライト質焼結体の製造方法 - 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〕 本発明は、ムライト質焼結体の表層の開気孔にＳｉＯ□
前駆体を充填し、加熱処理してクリストバライト化する
ことによって、該焼結体の破壊靭性を改良するムライト
質焼結体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ムライト質焼結体は、耐熱性、耐薬品性等多くの
特徴を有するため、種々の凡用部品への使用が試みられ
ている。

そのムライト質焼結体を部品として常用した場合、外力
によりチッピングすることが多く、その都度部品を取替
えねばならい。これは該焼結体の破壊靭性（Ｋ、ｃ）が
２．０　ＭＰａ−ｍ””程度と著しく低いことに起因し
て起こる現象である。

そのＫＩＣを改良しようとして諸々の研究が行われた。

例えば、ムライト質焼結体を製造するにあたって、焼結
時間を長くしたり、あるいは冷却した焼結体を再加熱す
るなどであるが、その結果はほとんど顧みるべきものが
なかった。

また、先に本願出願人は、目的は異なるが、ムライト質
粉末に炭化ケイ素など第三物質を配合した混合物から製
造した焼結体を再加熱する方法（特開昭６４−７２９６
１）を提案したが、この製法で得られた焼結体のＫＩＣ
は、２．５〜３．０　ＭＰａ−ｍ””程度であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の製法で作られた複合ムライト質焼結体は、ムライ
ト質粉末単味から製造された焼結体に比し、そのＫＩＣ
が約１．５倍近く向上し、それなりの効果は認められた
。

しかしながら、その複合ムライト質焼結体であっても、
依然として前述した各種部品として、例えば可動部の部
品として使用した場合、特に辺においてチッピングがし
ばしば起こり、信頼性にも欠けていたため、ムライト質
焼結体のＫＩＣの一層の改良が切望されていた。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、チッピングが焼結体の表層で起
こる点に着目し、該表層を集中的に補強することを研究
した結果、表層の開気孔をクリストバライトで充填すれ
ば、ＫＩＣの改良に有効であることを知見して、本発明
を完成させた。

すなわち、本発明の要旨は、開気孔率２０〜４０容量％
のムライト！予備焼結体（以下、単に予備焼結体という
）の開気孔にＳｉＯ□前駆体を充填したのち、本焼結し
、１４５０〜１５８０℃でアニール処理することにより
、該焼結体の表層に存在するＳｉＯ□系ガラス相をクリ
ストバライト化することを特徴とするムライト質焼結体
の製造方法にある。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明は、予備焼結体の開気孔をクリストバライトで満
たすと共に、周辺に存在するムライトおよび／またはα
−Ａｊ２ＺＯ３と結合させて、その表層を改質し、ムラ
イト質焼結体のＫＩＣを改良しようとする方法である。

そのクリストバライトは微小な開気孔に直接充填するこ
とはできない。したがって、本発明では液相あるいは気
相のＳｉＯ□前駆体を開気孔に充填し、焼結し、アニー
ル処理することにより、究極的に表層にクリストバライ
トとして散在させる方法を用いた。クリストバライトは
化学的には５ｔｏ２で示され、理論的には１４５０℃以
上で生威し、急冷することによって安定相となる。

本発明で使用する予備焼結体は、常法にしたがって製造
されたものであれば特に限定しないが、開気孔率を大き
くするには、焼結時間を短くするかまたは焼結温度を低
くすればよい。したがって焼結時間または焼結温度を適
宜調節して、２０〜４０容量％の開気孔率を有する予備
焼結体を得る。

好ましい組成は１．０．７０〜８０重量％残りが５ｉ０
２からなるムライト（理論組成Ａｆｚ０３７１．８重量
％、ＳｉＯ□２８．２重量％）を主とする焼結体である
。開気孔率が４０容量％を超えると予備焼結体自体にク
ラックが発生する場合があり、２０容量％未満であると
最終焼結体のクリストバライトの生成量が少なすぎてＫ
ＩＣの改良が見られず、いずれも好ましくない。好まし
い開気孔率は２０〜４０容量％である。

本発明において、ＳｉＯ□前駆体を開気孔に充填する方
法としては、溶液含浸法、ＣＶＩ法、溶融Ｓｔ含浸法、
Ｓｔ蒸気吸着法等など、セラミックス製造業界で慣用に
行われている方法が、またそれぞれの充填方法に適した
Ｓｔａｇ前駆体が採用される。例えば、溶液含浸法では
、予備焼結体をシリカゾル、シリコン、アルコキシドな
どの適当な濃度の溶液に浸漬すればよく、もし−回の浸
漬で充填が十分でなければ、浸漬−乾燥を繰り返せばよ
い。また、ＣＶＩ法では、５ｉＣｆ４を原料として原焼
結体の開気孔に金属シリコン状態で沈着させることによ
って充填する方法等が示される。ここで使用されるＳｉ
Ｏ２前駆体とは、アニール処理後においてクリストバラ
イトとなる化合物である。そのＳｉＯ□前駆体及び充填
方法は開気孔の大きさなどを勘案して適宜に採用する。

ＳｉＯ□前駆体を充填された予備焼結体は、必要に応じ
て乾燥した後、１５９０〜１ｓｏｏ’ｃで本焼結する。

こうしてＳｉＯ□前駆体はＳｉＯ□系ガラス相となる。

上記の場合、常温から昇温しで本焼結温度に上げれば、
前記乾燥工程は省略可能である。

次いで、１４５０〜１５８０℃でアニール処理し、続い
て急冷することにより、表層の５ｉＯｚ系ガラス相を安
定なりリストパライトとして定着させる。アニール処理
保持時間は、開気孔の大きさ、特に深さと関連して一層
には決められないが、４８時間以上保持すれば、はぼ目
的は達せられる。なお、本焼結からアニール処理へ移行
するさい、焼結体を一旦冷却後アニール処理してもよく
、また、温度調節して連続的に行ってもよい。なお、好
ましいアニール処理温度は１５００〜１５５０℃である
。

焼結、アニール処理をすることにより、ＳｉＯ□前駆体
は５ｉｎ２系ガラス相を経由してクリストバライトとな
る。予備焼結体の組成がへ２□０３過剰域のときは、開
気孔中のＳｉｎ、系ガラス相の一部は周辺のＡＰ、２０
３　と反応してムライトを生威し、一方ＳｉＯ２過剰域
のときは、予備焼結体の表層マトリックス中に分散して
いる５ｉ０２系ガラス相はクリストバライト化する。そ
れゆえ、Ａ　ｆｆ　２０３過剰域、５ｉ０２過剰域いず
れの場合においても、本発明は適用でき、特に後者は著
しく過剰になると高温温度を低下させるので好ましくな
いが、５ｉ０２が２重量％程度過剰の場合は、むしろＫ
ＩＣに好影響を与える。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

〔実施例］ 試製予備焼結体を用いて下記要領で、ムライト質焼結体
を製造し、ＫＩＣを測定した。

高純度ムライト粉末（ＡＭ−７２３，日本セメント社製
）にα−Ａｆｚ０３粉末（ＡＬ−１６０−３Ｇ−６昭和
電工社製）を３重量％配合し、バインダーを混合して、
加圧成形し、脱脂した後、１６００℃１保持時間を変動
させて予備焼結して、第１表に示す様々の開気孔率を有
する予備焼結体を作製した。

各予備焼結体をＳｉＯ２含有量含有量３亢ゾル（口座化
学工業社製「スノーテックスＳＪ）に浸漬し、５００℃
で乾燥してＳｉＯ□前駆体を予備焼結体に充填した。こ
の浸漬−乾燥工程の繰り返した。

引き続き、各予備焼結体について、電気炉で１６３０℃
４時間本焼結を行い、急冷した後、再び第１表に示す温
度で５０時間アニール処理後、空冷した。

急冷された本焼結体については、その一部を裁断した試
験片から薄片を作り、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による
電子線回折で各本焼結体の表層のＳｉｎ．系ガラス相の
存非を調べたところ、全てについて該ガラス相が確認さ
れた。

アニール処理後の焼結体についてＸ線回折を行い、クリ
ストバライトが全ての焼結体に確認された。

続いて、１Ｍ法でＫＩＣを測定し、得られた結果を第１
表併記した。

なお、比較例１は予備焼結体について、上記本焼結を行
ったときの焼結体の開気孔率を示した。

比較例５は本焼結したさい、クラックが発生したので、
５ｉＯｚ系ガラス相及びクリストバライトの確認ならび
にに，。の測定は行わなかった。

０ 〔発明の効果〕 本発明の方法によって得られるムライト質焼結体の破壊
靭性値は、従来法による複合焼結体のそれをはるかに凌
駕した。

本発明の方法によって得られるムライト質焼結体を各種
部品に使用すれば、その部品のチッピングを大巾に減少
させることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　開気孔率２０〜４０容量％を有するムライト質の予備
   焼結体の開気孔にＳｉＯ＿２前駆体を充填したのち、本
   焼結し、得られた焼結体を１４５０〜１５８０℃でアニ
   ール処理することにより、該焼結体の表層に存在するＳ
   ｉＯ＿２系ガラス相をクリストバライト化することを特
   徴とするムライト質焼結体の製造方法。