JPH04124066A - 炭素短繊維複合非酸化物セラミックス焼結体の製造方法 - 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、機械的強度に優れた炭素短繊維複合非酸化物
セラミックス焼結体の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 非酸化物セラミックス、とりわけ、サイアロンおよび窒
化けい素は、耐熱性、耐熱衝撃性などの特性に優れてい
るため、高温構造材料として期待されている材料である
。

これらの材料の曲げ強度、破壊靭性などの機械的特性の
向上を目的として、炭素短繊維を添加して複合非酸化物
セラミックス焼結体とすることが試みられている。

すなわち、非酸化物セラミックス粉末と炭素短繊維との
混合物に水を加えて混合し、均一なスラリーとする。こ
のスラリーを乾燥し、塊っけほぐして粉末状としたのち
、金型に詰めて成形する。

脱型後この成形物をさらにＣＩＰＬ、、成形体とする。

この成形体を常圧焼結する。このようにして、炭素短繊
維複合非酸化物セラミックス焼結体を得ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この方法では、炭素短繊維が均一に分散
したスラリーにしても、乾燥し粉末状にした場合、再び
繊維の偏在が生じやすい、さらにまた、粉末状態で金型
成形し、ＣＩＰしても、混在する炭素短繊維が邪魔をし
て成形体に部分的なボアが生じやすい、そのため、その
焼結体の機械的特性が損なわれる欠点を有していた。

一方、焼結を促進し、緻密な炭素短繊維複合非酸化物セ
ラミックス焼結体が得られるホットプレス法がある。し
かしながら、この方法でできる焼結体は、小形の単純形
状に限られ、高コストであり、製作上大きな障害となっ
ていた。

このため、常圧焼結法あるいはガス圧焼結法を用いて得
られる機械的特性の優れた炭素短繊維複合非酸化物セラ
ミックス焼結体の製造方法が望まれていた。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、炭素短繊維の均一な分散について研究し
た結果、鋳込みにより成形すれば、その焼結体の機械的
特性を向上し得るとの知見を得て、本発明を完成させる
に至った。

すなわち、本発明の要旨は、非酸化物セラミックス粉末
と炭素短繊維との混合物をスラリーとし、鋳込みにより
成形した成形体を焼結することを特徴とする炭素短繊維
複合非酸化物セラミックス焼結体の製造方法にある。

本発明に使用する非酸化物セラミックス粉末としては、
サイアロン、窒化けい素、炭化けい素などが挙げられる
。これらは非酸化物であるため、炭素短繊維の酸化を防
ぐことができる。

炭素短繊維としては、炭素の長繊維を一定の長さに切断
したものが用いられる。繊維長としては５＋ｏｍ以下、
とりわけ３ｍ＋ｅ以下がセラミックスへの分散性が良好
である。

非酸化物セラミックス粉末に対する炭素短繊維の添加量
としては、４０ｖｏ１％以下が好ましい。これより多い
と、１ト酸化物セラミックス焼結体の緻密化が進みにく
く、機械的特性の向上が認められない。

非酸化物セラミックス粉末に炭素短繊維を添加し、水ま
たは有機溶媒を用いて混合し、スラリーとする。スラリ
ーに対する非酸化物セラミックス粉末と炭素短繊維との
含量の割合は、鋳込み方法により異なり、−概に規定で
きないが、２０〜６０ｖｏ１％が目安である。この混合
の際、分散剤さらには超音波を用いれば、分散性は一層
向上する。分散剤としては、ポリアクリル酸化合物、ヘ
キサメタリン酸化合物などである。また、必要に応じ、
ポリビニルアルコール、ポリブチルアルコール、ポリア
クリル酸系エマルジョンなどのバインダー類、可塑剤、
焼結助剤などを添加する。

上記のスラリーを用い、鋳込みにより成形する。この鋳
込みにより成形する方法としては、排泥鋳込みと固形鋳
込みとがある。排泥鋳込みでは、せつこう等の吸水性の
型枠にスラリーを流し込み、静置すれば、型枠面付近の
スラリーは吸水されて型枠に付着する。所定の厚みに付
着したら、付着していない余分のスラリーを排出するこ
とにより、比較的薄厚の成形体が得られる。また、固形
鋳込みでは、所定の形状の吸水性型枠に鋳込口と必要に
応じガス８０を設け、鋳込口からスラリーを注入して静
置し、スラリー全体が吸水されて固まれば、型枠をはず
して所定の肉厚形状の成形体が得られる。どちらの方法
でも得られた成形体は、炭素短繊維の良好な分散状態を
維持したまま固化するので、緻密で均一である。得られ
た成形体にバインダーなどの有機物が含まれている場合
には、これらを脱脂する。この成形体を慣用の方法で焼
結すれば、炭素短繊維複合非酸化物セラミックス焼結体
が得られる。

［実施例］ 実施例１〜６ β−サイアロン（Ｓｉｓ、　５Ａｌｏ、　ｉｏ。ｓＮ−
、ｓ）粉末には、焼結助剤として酸化イツトリウムを５
ｗｔ％添加し、窒化けい素粉末には、焼結助剤として酸
化イツトリウムおよび酸化アルミニウムを各５ｗｔ％添
加し、さらに繊維径１０μｍのピッチ系炭素繊維を１．
３．５ＩＩ１ｍに切断してつくった炭素短繊維を第１表
の通り配合した。これらの配合物４０ｖｏ１％、分散剤
としてのポリアリル酸アンモニウムを配合物に対して０
．３ｗｔ％および水５Ｑｖｏ１％の割合でそれぞれを樹
脂製ミルに入れ、１６時間混合した。その後、バインダ
ーとしてポリアクリル酸エマルジョンを配合物に対して
３ｗｔ％添加し、さらに２時間混合した。得られた混合
物は、いずれも炭素短繊維が良（分散したスラリーであ
った。

このスラリーを縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、高さ１５
ｍｍのせつこう型に流し込み、固形鋳込み成形を行なっ
た。得られた生成形体を乾燥し、４５０℃で１時間脱脂
したのち、窒素雰囲気中で１７５０℃、３時間焼結し、
焼結体を得た。

この焼結体を縦４０ｍｍ、横４　ａｒｍ、高さ３■に加
工し、ＪＩＳＲ１６０１に従って、３点曲げ試験を行な
った。また、ＪＩＳＲ１６０７のＩＦ法に従って、破壊
靭性を測定した。その結果を第１表に合せて示す。

比較例１ 炭素短繊維を添加ないβ−サイアロン粉末について、実
施例１〜５に準じて焼結体をつくった。

その試験結果を第１表に示す。

比較例２〜４ 実施例１および６で得られたスラリーならびに比較例１
で得られたスラリーを乾燥し、塊りはほぐして粉末状ビ
したのち、縦１００ｍｍ、横１００ｏ＋ｍ、高さ１．５
ｍｍの寸法で金型により成形し、さらに１．５トン／ｃ
ｍ”でＣＩＰＬ、成形体をつくった。この成形体につい
て、実施例に準じて焼結体をつくった。その試験結果を
第１表に示す。

なお、比較例２の焼結体にはボアが認められなかったが
、 比較例３および４の焼結体にはボアが 多かった。

［発明の効果］ 本発明の炭素短繊維複合非酸化物セラミックス焼結体の
製造方法によれば、鋳込みにより成形する方法を行なう
ので、炭素短繊維が均一に分散し、その焼結体の機械的
特性が向上する。また、複雑な形状のものでも成形でき
るので、各種形状の製品の製造が可能である。

特許出願人　　日本セメント株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　非酸化物セラミックス粉末と炭素短繊維との混合物を
   スラリーとし、鋳込みにより成形した成形体を焼結する
   ことを特徴とする炭素短繊維複合非酸化物セラミックス
   焼結体の製造方法。