JPH04130056A - Reaction sintering composite ceramics having low porosity and its production - Google Patents

Reaction sintering composite ceramics having low porosity and its production

Info

Publication number
JPH04130056A
JPH04130056A JP2248647A JP24864790A JPH04130056A JP H04130056 A JPH04130056 A JP H04130056A JP 2248647 A JP2248647 A JP 2248647A JP 24864790 A JP24864790 A JP 24864790A JP H04130056 A JPH04130056 A JP H04130056A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
nitride
particles
porosity
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2248647A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Yasutomi
安富 義幸
Motoyuki Miyata
素之 宮田
Akio Chiba
秋雄 千葉
Seiji Watabiki
綿引 誠次
Katsuhiro Sonobe
薗部 勝弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2248647A priority Critical patent/JPH04130056A/en
Publication of JPH04130056A publication Critical patent/JPH04130056A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To obtain composite ceramics having extremely low porosity independently of the blending ratio between metal powder and an inorg. compd. by heating a molded body consisting of metal carbide particles and metal powder in an atmosphere of nitriding gas. CONSTITUTION:A molded body consisting of metal (A) carbide particles and/or whiskers and metal (B) powder is heated in an atmosphere of nitriding gas. By this heating, the metal (B) powder reacts with nitrogen to form metal (B) nitride and then the metal (A) carbide reacts with nitrogen to form metal (A) nitride. At the same time, liberated carbon reacts with the metal (B) powder to form metal (B) carbide particles. The title ceramics having <=15vol.% porosity and <=10mum max. pore diameter and contg. particles and whiskers of the nitrides and carbides of the metals A, B bonded to each other is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低気孔率反応焼結複合セラミックスに係り、
特に反応焼結法により得られる緻密な複合セラミックス
に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a low porosity reactive sintered composite ceramic,
In particular, it relates to dense composite ceramics obtained by reactive sintering.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、エンジンやタービンなどの構造材料に適するエ
ンジニアリングセラミックスとしては、耐熱性に優れた
SiCや513N4などが知られている。しかし、Si
CやSI3N4は、共有結合性の強い化合物であるため
、単独では焼結が困難であり、焼結体を得るたtには焼
結助剤が必要である。例えば、Si、N、を常圧焼結す
る場合には、Y2O3、Al2O3を添加し、1800
℃の高温で焼結することにより高密度の焼結体が得られ
ることが知られている。しかし、これらの焼結助剤によ
る緻密化は焼結時に15から20%程度収縮するために
高精度な焼結体を得ることが出来ない。そのために、製
品形状を作製するには、焼結体を加工する必要がある。
In general, SiC and 513N4, which have excellent heat resistance, are known as engineering ceramics suitable for structural materials such as engines and turbines. However, Si
Since C and SI3N4 are compounds with strong covalent bonding properties, it is difficult to sinter them alone, and a sintering aid is required to obtain a sintered body. For example, when Si, N, are sintered under normal pressure, Y2O3 and Al2O3 are added and 1800
It is known that a high-density sintered body can be obtained by sintering at a high temperature of °C. However, densification using these sintering aids does not result in a highly precise sintered body because it shrinks by about 15 to 20% during sintering. Therefore, in order to produce the product shape, it is necessary to process the sintered body.

しかし、セラミックスは難加工材のためにこの加工コス
トが製品コストの5割以上を占めるためユーザーとして
は使いずらい欠点がある。
However, since ceramics is a difficult-to-process material, the processing cost accounts for more than 50% of the product cost, making it difficult for users to use.

そこで、発明者らは、先にセラミックスの低コスト製造
を目的に、S1粉末とSiCなどの無機化合物粒子から
なる成形体を窒素中で加熱し、反応生成物であるSi3
N4粒子及びウイスカーでSiCなどを結合する方法に
より、焼結時の寸法変化率の小さい、高精度かつ高強度
のSi3N4結合セラミックスの製造を可能にしている
(特開昭61−146754号公報)。ここで、この材
料では、5iaNa粒子及びウイスカーでSiCなどの
無機化合物を結合する際に該無機化合物を変化させずに
、Si、N、で結合する方法であった。そのために焼結
時もその該無機化合物粒子形状が変化せず、Si3N、
が気相反応で生成し、各無機化合物粒子上に堆積するた
めに焼結時の寸法変化率が0.1から0.3%とニアネ
ットシェイプ性に優れたセラミックスが得られた。
Therefore, for the purpose of low-cost manufacturing of ceramics, the inventors first heated a molded body made of S1 powder and inorganic compound particles such as SiC in nitrogen, and produced a reaction product of Si3.
By bonding SiC and the like with N4 particles and whiskers, it is possible to manufacture highly accurate and high-strength Si3N4 bonded ceramics with a small dimensional change rate during sintering (Japanese Unexamined Patent Publication No. 146754/1983). Here, in this material, when bonding an inorganic compound such as SiC with 5iaNa particles and whiskers, the method was to bond with Si and N without changing the inorganic compound. Therefore, the shape of the inorganic compound particles does not change during sintering, and Si3N,
was generated in a gas phase reaction and deposited on each inorganic compound particle, resulting in a ceramic with excellent near-net shape properties, with a dimensional change rate of 0.1 to 0.3% during sintering.

しかし、この方法では、成形体中の空隙を金属Siから
生成したSi3N、でしか埋めることが出来ない。した
がって、無機化合物と金属Siの配合比において、無機
化合物が多くなると、Si3N。
However, with this method, the voids in the compact can only be filled with Si3N produced from metal Si. Therefore, in the blending ratio of inorganic compounds and metal Si, when the amount of inorganic compounds increases, Si3N.

の量が少なくなり多孔質になる欠点があり、緻密化に限
界があった。
It has the disadvantage that the amount of pores decreases, making it porous, and there is a limit to its densification.

さらに発明者らは、特開昭63−252973号公報で
開示しているように、導電性セラミックスを製造するこ
とを目的に、その実施例2.3.5などに記載のように
TiC80wt%、TiC80wt%、2rC粒子95
wt%をS1粉末と混合した成形体を、窒素中で加熱す
る方式により、Si3N4結合焼結体を作製しているが
、この発明では、Tic、 TlB2、ZrC粒子を窒
素とほとんど反応させない(窒素との反応率20%以下
)でSi3N4で結合する方法のために、やはり気孔率
が28から30%と多孔質のものしか作製出来なかった
Furthermore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-252973, for the purpose of manufacturing conductive ceramics, as described in Example 2.3.5, 80 wt% TiC, TiC 80wt%, 2rC particles 95
A Si3N4 bonded sintered body is produced by heating a molded body in which wt% is mixed with S1 powder in nitrogen. Because of the method of bonding with Si3N4 with a reaction rate of 20% or less), only porous materials with a porosity of 28 to 30% could be produced.

また、特開昭60−200863号公報には、Y2O3
等の希土類酸化物によって、窒化珪素セラミックスを緻
密化することが開示されている。
Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-open No. 60-200863, Y2O3
It has been disclosed that silicon nitride ceramics can be densified with rare earth oxides such as .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明の目的は、複合セラミックスにおいて、金属粉末
と無機化合物の配合比にかかわらず従来にない低気孔率
の反応焼結複合セラミックス及びその製造法を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a reactive sintered composite ceramic having an unprecedentedly low porosity regardless of the blending ratio of metal powder and inorganic compound, and a method for producing the same.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、本発明では、A金属炭化物
とB金属窒化物との粒界にA金属窒化物あるいはA金属
炭窒化物が介在してなる低気孔率反応焼結複合セラミッ
クスとし、また、A金属珪化物とB金属窒化物との粒界
にへ金属窒化物が介在してなる低気孔率反応焼結複合セ
ラミックスとし、また、A金属硼化物とB金属窒化物と
の粒界にA金属窒化物が介在してなる低気孔率反応焼結
複合セラミックスとしたものであり、さらに、本発明で
は、A金属炭化物の粒子及び/又はウイスカーーの表面
層が、A金属窒化物あるいはA金属炭窒化物からなり、
そして、A金属窒化物、A金属炭窒化物及びB金属炭化
物粒子が分散されており、少なくとも一部はB金属系窒
化物、A金属窒化物及びA金属炭窒化物からなる粒子及
びウイスカーーで互いに結合されてなる気孔率15vo
l%以下、最大気孔径10μm以下の低気孔率反応焼結
複合セラミックスとし、また、A金属珪化物の粒子及び
/又はウイスカーーの表面層がA金属窒化物からなり、
そして、A金属窒化物粒子が分散されており、少なくと
も一部は窒化珪素、B金属系窒化物及びへ金属窒化物か
らなる粒子及びウイスカーーで互いに結合されてなる気
孔率15vol%以下、最大気孔径10μm以下の低気
孔率反応焼結複合セラミックスとし、また、A金属硼化
物の粒子及び/又はウイスカーーの表面層がへ金属窒化
物からなり、そして、A金属窒化物粒子が分散されてお
り、少なくとも一部はB金属系窒化物及びA金属系窒化
物からなる粒子及びウイスカーーで互いに結合されてな
る気孔率15vol%以下、最大気孔径10μm以下の
低気孔率反応焼結複合セラミックスとしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a low porosity reactive sintered composite ceramic in which metal A nitride or metal carbonitride is interposed at the grain boundary between metal carbide A and metal nitride B, In addition, a low porosity reactive sintered composite ceramic is produced in which a metal nitride is interposed at the grain boundary between the A metal silicide and the B metal nitride, and the grain boundary between the A metal boride and the B metal nitride is also provided. In the present invention, the surface layer of the particles and/or whiskers of the A metal carbide is composed of the A metal nitride or the A metal nitride. Consisting of metal carbonitride,
The A metal nitride, the A metal carbonitride, and the B metal carbide particles are dispersed, and at least a portion of the particles and whiskers are formed of the B metal nitride, the A metal nitride, and the A metal carbonitride. Combined porosity 15vo
1% or less and a maximum pore diameter of 10 μm or less, the surface layer of the A metal silicide particles and/or whiskers is made of A metal nitride,
A metal nitride particles are dispersed therein, and at least some of them are bonded to each other by particles and whiskers made of silicon nitride, B metal nitride, and metal nitride, and have a porosity of 15 vol% or less and a maximum pore diameter. The reactive sintered composite ceramic has a low porosity of 10 μm or less, and the surface layer of the A metal boride particles and/or whiskers is made of a metal nitride, and the A metal nitride particles are dispersed, and at least A part of the product is a low-porosity reactive sintered composite ceramic with a porosity of 15 vol% or less and a maximum pore diameter of 10 μm or less, which is formed by bonding particles and whiskers made of B metal nitride and A metal nitride. .

上記の低気孔率反応焼結複合セラミックスにおいて、A
金属は、Ti、 Zr、 VSB、Al、Ta1Cr、
 Nb、 Hfから選ばれた少なくとも1種からなリ、
B金属は、Si、 Ti、 Al、Crから選ばれた少
なくとも1種からなるものである。
In the above low porosity reactive sintered composite ceramic, A
Metals include Ti, Zr, VSB, Al, Ta1Cr,
at least one selected from Nb, Hf,
The B metal is made of at least one selected from Si, Ti, Al, and Cr.

また、上記性の目的を達成するために、上記の低気孔率
反応焼結複合セラミックスの製造法として.A金属炭化
物の粒子及び/又はウイスカーーとB金属粉末からなる
成形体を窒化性ガス雰囲気中で加熱することにより、焼
結体中でB金属粉末が窒素と反応してB金属系窒化物を
生成し、ついで.A金属炭化物を窒素と反応させてへ金
属窒化物あるいはA金属炭窒化物に変化させ、その際生
成した遊離カーボンをB金属粉末と反応させて、B金属
炭化物粒子を生成させ、最終的には、該焼結体が反応生
成物であるB金属系窒化物.A金属窒化物あるいはA金
属炭窒化物からなる粒子及びウイスカーで互いに結合さ
せた気孔率15vol%以下、最大気孔径10μm以下
の低気孔率反応焼結複合セラミックスを得ることにした
ものであり、また.A金属珪化物の粒子及び/又はウイ
スカーーとB金属粉末からなる成形体を窒化性ガス雰囲
気中で加熱することにより、焼結体中でB金属粉末が窒
素と反応してB金属系窒化物を生成し、ついで.A金属
珪化物層が、窒素と反応してへ金属窒化物に変化すると
共に、遊離珪素がB金属粉末及び窒素と反応して、B金
属珪化物及び窒化珪素粒子を生成させ、最終的には、該
焼結体が少なくとも一部は反応生成物であるB金属系窒
化物.A金属窒化物及び窒化珪素粒子からなる粒子及び
ウイスカーーで互いに結合させた気孔率15 vol%
以下、最大気孔径10μm以下の低気孔率反応焼結複合
セラミックスを得ることとしたものであり、また、A金
属硼化物の粒子及び/又はウイスカーーとB金属粉末か
らなる成形体を窒化性ガス雰囲気中で加熱することによ
り、焼結体中でB金属粉末が窒素と反応してB金属系窒
化物を生成し、ついで.A金属硼化物層が、窒素と反応
してA金属窒化物に変化すると共に、最終的には、該焼
結体が少なくとも反応生成物であるB金属系窒化物及び
A金属系窒化物からなる粒子及びウイスカーーで互いに
結合された気孔率15vol%以下、最大気孔径10μ
m以下の低気孔率反応焼結複合セラミックスを得ること
としたものである。
In addition, in order to achieve the above objectives, as a method for producing the above-mentioned low porosity reactive sintered composite ceramics. By heating a molded body consisting of A metal carbide particles and/or whiskers and B metal powder in a nitriding gas atmosphere, the B metal powder reacts with nitrogen in the sintered body to generate B metal nitride. And then... A metal carbide is reacted with nitrogen to change into metal nitride or A metal carbonitride, and the free carbon generated at this time is reacted with B metal powder to generate B metal carbide particles, and finally , B metal-based nitride, the sintered body being a reaction product. It was decided to obtain a low porosity reactive sintered composite ceramic having a porosity of 15 vol% or less and a maximum pore diameter of 10 μm or less, which is bonded to each other by particles and whiskers made of A metal nitride or A metal carbonitride, and .. By heating a molded body consisting of A metal silicide particles and/or whiskers and B metal powder in a nitriding gas atmosphere, the B metal powder reacts with nitrogen in the sintered body to form a B metal nitride. Generate and then. The A metal silicide layer reacts with nitrogen and changes into metal nitride, and the free silicon reacts with B metal powder and nitrogen to generate B metal silicide and silicon nitride particles, and finally , B metal-based nitride, the sintered body being at least partially a reaction product. A: Porosity: 15 vol%, bonded to each other by particles consisting of metal nitride and silicon nitride particles and whiskers
In the following, it was decided to obtain a low porosity reactive sintered composite ceramic with a maximum pore diameter of 10 μm or less, and a molded body consisting of A metal boride particles and/or whiskers and B metal powder was placed in a nitriding gas atmosphere. By heating in the sintered body, the B metal powder reacts with nitrogen in the sintered body to generate B metal-based nitride, and then. The A metal boride layer reacts with nitrogen and changes into A metal nitride, and the sintered body finally consists of at least the reaction products B metal nitride and A metal nitride. Porosity bound to each other by particles and whiskers is 15 vol% or less, maximum pore diameter 10 μ
The aim is to obtain a reactive sintered composite ceramic with a low porosity of m or less.

上記のように、本発明においては.A金属にTi、 Z
r、 V、 B、 Al、 Ta、 Cr、 Nb、 
Hf、 Wの少なくとも1種を用い、B金属に81、T
I、Al、Crの少な(とも1種を用い、窒化性ガス中
でA金属炭化物、A金属珪化物.A金属硼化物の少なく
とも1種を反応させることにより上記のプロセスを達成
させることが出来る。
As mentioned above, in the present invention. A metal with Ti and Z
r, V, B, Al, Ta, Cr, Nb,
Using at least one of Hf and W, 81 and T for B metal.
The above process can be achieved by reacting at least one of A metal carbide, A metal silicide, and A metal boride in a nitriding gas with a low content of I, Al, and Cr. .

本発明において、A金属炭化物からへ金属窒化物あるい
はA金属炭窒化物に変化させる割合は、A金属炭化物と
A金属窒化物及びへ金属炭窒化物の比率が、((A金属
窒化物及びへ金属炭窒化物)/A金属炭化物)x100
≧50%であり、A金属珪化物とへ金属窒化物の比率が
、(A金属窒化物/A金属珪化物}×100≧50%で
あり.A金属硼化物とA金属窒化物の比率が、(A金属
窒化物/A金属珪化物}×l()0≧50%である。5
0%より小さいと低気孔率化に効果が無いことが検討の
結果分かったためである(第4図)。
In the present invention, the ratio of A metal carbide to A metal nitride or A metal carbonitride is determined by the ratio of A metal carbide to A metal nitride and A metal carbonitride to ((A metal nitride and Metal carbonitride)/A metal carbide) x 100
≧50%, the ratio of A metal silicide to A metal nitride is (A metal nitride/A metal silicide}×100≧50%, and the ratio of A metal boride to A metal nitride is , (A metal nitride/A metal silicide}×l()0≧50%.5
This is because studies have shown that if it is less than 0%, there is no effect on lowering the porosity (Figure 4).

また、本発明において、原料の成形体は.A金属炭化物
、A金属珪化物又はA金属硼化物とB金属粉末との配合
比が、95:5wt%から5:95wt%の範囲からな
る成形体を用いるのがよい。へ金属の炭化物、珪化物又
は硼化物とB金属粉末の組成比を変化させて作製した焼
結体の気孔率を第1図に示す。へ金属炭化物にはTic
、 A金属珪化物にはTiS+2、A金属硼化物にはT
iB2を用い、B金属粉末にはSiを用いた。比較のた
めにへ金属炭化物にSiC粒子、B金属粉末にはSlを
用いた場合の気孔率も示す。これより.A金属炭化物に
Tic、 A金属珪化物にTiSi2、A金属硼化物に
TiB2を用いたものは、TiC。
In addition, in the present invention, the molded body of the raw material is . It is preferable to use a molded body in which the blending ratio of metal A carbide, metal silicide A, or metal boride A to metal B powder is in the range of 95:5 wt% to 5:95 wt%. FIG. 1 shows the porosity of sintered bodies produced by varying the composition ratio of B metal carbide, silicide or boride and B metal powder. Tic for metal carbide
, TiS+2 for A metal silicide, T for A metal boride
iB2 was used, and Si was used as the B metal powder. For comparison, the porosity is also shown when SiC particles are used as the metal carbide and Sl is used as the B metal powder. Than this. TiC uses Tic as the A metal carbide, TiSi2 as the A metal silicide, and TiB2 as the A metal boride.

TiSi2、TiB、の配合比5〜9’5wt%の範囲
内では、気孔率8〜12vol%と小さいことが分かる
。それに対して、SiCを用いたものは、SiCの増加
と共に気孔率が12から3Qvol%と増加し、多孔質
体になっていることが分かる。これは、Slの窒化物で
のみ空隙を埋めるたとにSl量が少なくなるとSiの窒
化物が少なくなり多孔質となる。
It can be seen that within the range of the blending ratio of TiSi2 and TiB of 5 to 9'5 wt%, the porosity is as small as 8 to 12 vol%. On the other hand, it can be seen that in the case of using SiC, the porosity increases from 12 to 3 Qvol% as the amount of SiC increases, making it a porous body. This is because if the voids are filled only with nitride of Sl, when the amount of Sl decreases, the amount of nitride of Si decreases, resulting in a porous structure.

TiCを用いて窒素と反応させた場合は、11口粒子が
変化してTiNあるいはT1CNを生成すると共に、こ
の窒化反応で生じた遊離カーボンと81が反応して生成
したβ−3iCの生成が見られ、Siの窒化物以外でも
成形体中の空隙を埋釣るために、緻密化されている。第
2図に透過電子顕微鏡観察結果を示す。TiC粒子上に
TiN及びT1CNが生成したことが分かる。
When TiC is used to react with nitrogen, the 11-necked particles change to produce TiN or T1CN, and the free carbon produced in this nitriding reaction reacts with 81 to produce β-3iC. In addition to Si nitride, materials other than Si nitride are also densified to fill the voids in the molded body. Figure 2 shows the results of transmission electron microscopy. It can be seen that TiN and T1CN were generated on the TiC particles.

また、第3図は焼結体中に生成したβ−8iCの透過電
子顕微鏡観察結果である。
Moreover, FIG. 3 shows the results of transmission electron microscopy of β-8iC produced in the sintered body.

上記はへ金属炭化物を例に説明をしたが.A金属炭化物
の代わりにへ金属珪化物.A金属硼化物を用いても同様
な結果が得られた。
The above explanation was given using metal carbide as an example. A Metal silicide instead of metal carbide. Similar results were obtained using A metal boride.

なお、本発明においては、Y2O3等の希土類酸化物を
必要とはしない。
Note that the present invention does not require rare earth oxides such as Y2O3.

本発明において.A金属炭化物、A金属珪化物、A金属
硼化物の粒子径は100μm以下、好ましくは10μm
以下とするのが良い。なぜなら.A金属炭化物.A金属
珪化物.A金属硼化物を窒素反応させるのに粒径が大き
いと反応速度が遅く、A金属窒化物の気孔形状が大きく
なるためである。また本発明において、B金属粉末の粒
子径は5μm以下、好ましくは1μm以下の方が低温で
の窒化速度を向上させるのに適している。
In the present invention. The particle size of A metal carbide, A metal silicide, and A metal boride is 100 μm or less, preferably 10 μm.
It is best to set it to the following. because. A Metal carbide. A Metal silicide. This is because when a metal boride A is subjected to a nitrogen reaction, if the particle size is large, the reaction rate is slow and the pore shape of the metal nitride A becomes large. Further, in the present invention, the particle size of the B metal powder is 5 μm or less, preferably 1 μm or less, which is suitable for improving the nitriding rate at low temperatures.

本発明において、加熱処理は、第1段階:B金属の融点
以下でB金属粉末を窒化物ガス(窒素、アンモニアなど
)雰囲気中で窒化させる工程、第2段階:その後へ金属
炭化物が反応する温度まで加熱する工程、の2段階とす
ることにより、目的が達成される。
In the present invention, the heat treatment includes a first step: a step of nitriding the B metal powder in a nitride gas (nitrogen, ammonia, etc.) atmosphere below the melting point of the B metal, and a second step: a temperature at which the metal carbide reacts thereafter. The purpose is achieved by performing two steps:

B金属の窒化が終了しないうちに融点以上まで加熱する
とB金属の滲み出しやへ金属炭化物との合金が多数生成
し、収縮やクラック発生の原因となることが実験により
分かったためである。B金属の窒化が終了した後、A金
属炭化物カ窒化物ガス(窒素、アンモニアなど)と反応
する温度まで加熱することにより、50%以上の反応率
を達成させることが出来る。
This is because it has been found through experiments that if the B metal is heated above its melting point before nitriding is completed, the B metal oozes out and a large amount of alloy with the metal carbide is formed, causing shrinkage and cracking. After the nitridation of the B metal is completed, a reaction rate of 50% or more can be achieved by heating the A metal carbide to a temperature at which it reacts with the nitride gas (nitrogen, ammonia, etc.).

本発明において、A金属炭化物.A金属珪化物、A金属
硼化物を混合して使用しても良い。
In the present invention, A metal carbide. You may use a mixture of A metal silicide and A metal boride.

気孔率を低減するのに特に問題にならない。しかし.A
金属炭化物、A金属珪化物.A金属硼化物を比較すると
特にA金属炭化物が気孔率の低減に有効である。
There is no particular problem in reducing porosity. but. A
Metal carbide, A metal silicide. When comparing A metal borides, A metal carbides are particularly effective in reducing porosity.

本発明において、A金属炭化物、A金属珪化物、A金属
硼化物及びB金属粉末表面の酸化膜と窒素が反応して、
酸窒化物や酸炭化物などが一部合成される場合があるが
、特性には影響しない。
In the present invention, nitrogen reacts with the oxide film on the surface of A metal carbide, A metal silicide, A metal boride, and B metal powder,
Some oxynitrides and oxycarbides may be synthesized, but this does not affect the properties.

本発明において、窒化物ガス雰囲気は常圧で使用できる
。しかし、減圧(−3乗Torr〜)から加圧(〜20
00気圧)下でも可能である。
In the present invention, the nitride gas atmosphere can be used at normal pressure. However, from reduced pressure (-3 Torr~) to increased pressure (~20
It is also possible under 0.00 atm).

加圧下で無ければ出来ないプロセスではない。It is not a process that can only be done under pressure.

したがって、ホットプレスのような装置を必要としない
Therefore, no equipment such as a hot press is required.

本発明において、焼結体の気孔径を10μm以下とする
理由は、最大気孔径が破壊の起点となり強度の低下をも
たらすためであり、また摺動材に用いる場合気孔形状が
均一かつ小さい方が優れていることが分かったからであ
る。
In the present invention, the reason why the pore size of the sintered body is set to 10 μm or less is that the maximum pore size becomes a starting point for fracture and causes a decrease in strength. Also, when used as a sliding material, it is better to have uniform and small pore shapes. Because it turned out to be excellent.

複合セラミックス焼結体の気孔中に樹脂、粒子、油、固
体潤滑剤、水、金属などを含浸させることも可能である
。均一な小さな気孔に上記物質を含浸させることにより
、低摩擦係数の摺動材を得ることができる。
It is also possible to impregnate resin, particles, oil, solid lubricant, water, metal, etc. into the pores of the composite ceramic sintered body. By impregnating uniform small pores with the above substance, a sliding material with a low coefficient of friction can be obtained.

成形方法は、射出成形、プレス成形、鋳込み成形、ラバ
ープレス成形、押出し成形、金型粉末成形など形状と要
求特性に応じて各種成形方法を選択する。
Various molding methods are selected depending on the shape and required characteristics, such as injection molding, press molding, cast molding, rubber press molding, extrusion molding, and mold powder molding.

また該無機化合物の種類とSl系窒化物との配合比など
により各種特性のものを得ることも可能である。例えば
、導電性の無機化合物を使用すると導電性を有するセラ
ミックス複合体が得られる。
Further, it is also possible to obtain various properties by changing the blending ratio between the type of the inorganic compound and the Sl-based nitride. For example, if a conductive inorganic compound is used, a ceramic composite having conductivity can be obtained.

〔作用〕[Effect]

へ金属炭化物、A金属珪化物、八金属硼化物の粒子及び
又はウイスカーーが、A金属窒化物などに変化し、該焼
結体がB金属系窒化物.A金属窒化物などにより互いに
結合されたセラミックスとすることにより、低気孔率反
応焼結複合セラミックスが得られる。
The particles and/or whiskers of the metal carbide, A metal silicide, and octametal boride change to A metal nitride, etc., and the sintered body becomes B metal nitride. By using ceramics that are bonded together by metal nitrides or the like, a low porosity reactive sintered composite ceramic can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれらに限定されない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例I へ金属炭化物として平均粒径50μmのTiC粉末とB
金属粉末として平均粒径1μmのSi粉末の混合粉末に
ワックス系のバインダを7重量部添加し、混練機で混練
した後、粉砕し成形用原料とした。次に金型を用いて直
径50mm、厚さ10mmの成形体を作製した。成形体
のワックス分を除去した後、窒素ガス中1100℃から
1350℃まで4℃/hで81粉末を窒化処理後、15
00℃で5時間加熱処理した。得られた焼結体の気孔率
測定結果を第1図に示す。
Example I TiC powder with an average particle size of 50 μm and B as metal carbide
7 parts by weight of a wax-based binder was added to a mixed powder of Si powder having an average particle size of 1 μm as a metal powder, kneaded in a kneader, and then ground to obtain a raw material for molding. Next, a molded body having a diameter of 50 mm and a thickness of 10 mm was produced using a mold. After removing the wax content of the compact, 81 powder was nitrided from 1100°C to 1350°C at 4°C/h in nitrogen gas, and then 15
Heat treatment was performed at 00°C for 5 hours. The results of measuring the porosity of the obtained sintered body are shown in FIG.

比較のためにA金属炭化物に平均粒径5μmのS1粉末
、B金属粉末には平均粒径1μmの81粉末を用いて同
様に成形、焼結して得られた焼結体の気孔率も第1図に
示す。これより.A金属炭化物にTiCを用いたものは
、TiCの配合比にかかわらず8から12vol%と小
さいことが分かる。それに対して、Δ金属炭化物にSi
Cを用いたものは、SiCの増加と共に気孔率が12か
ら3 Q vol%と増加し、多孔質体になっているこ
とが分かる。これは、Siの窒化物のみで空隙を埋める
た狛にSl量が少なくなるとS】の窒化物が少なくなり
多孔質となる。
For comparison, the porosity of the sintered body obtained by molding and sintering in the same manner using S1 powder with an average particle size of 5 μm as the A metal carbide and 81 powder with an average particle size of 1 μm as the B metal powder was also Shown in Figure 1. Than this. It can be seen that the A metal carbide using TiC has a small 8 to 12 vol% regardless of the TiC blending ratio. On the other hand, Si in Δmetal carbide
It can be seen that in the case of using C, the porosity increases from 12 to 3 Q vol% as SiC increases, making it a porous body. This is because when the amount of Sl decreases in a cage whose voids are filled only with Si nitride, the amount of S] nitride decreases, resulting in a porous structure.

本発明のようにTiCを用いて窒素と反応させた場合は
、110粒子がTiNあるいはT1CNを生成すると共
に、この窒化反応で生じた遊離カーボンとSiが反応し
て生成したβ−3iCが見られ、Slの窒化物以外でも
成形体中の空隙を埋とるために、緻密化されている。ま
た完全に窒素と反応していないTIC粒子上には、Ti
N及びT1CNが生成していた。第2図に透過電子顕微
鏡観察結果を示す。また、第3図は焼結体中に生成した
βSiCの透過電子顕微鏡観察結果である。ここで、組
成はSi/ TiC= 40 / 60 wt%であり
、TiCの反応率は65から75%であった。
When TiC is used to react with nitrogen as in the present invention, 110 particles produce TiN or T1CN, and β-3iC produced by the reaction of free carbon produced in this nitridation reaction with Si is seen. , Sl nitrides are also densified to fill the voids in the compact. Furthermore, on TIC particles that have not completely reacted with nitrogen, Ti
N and T1CN were generated. Figure 2 shows the results of transmission electron microscopy. Furthermore, FIG. 3 shows the results of transmission electron microscopy of βSiC produced in the sintered body. Here, the composition was Si/TiC=40/60 wt%, and the reaction rate of TiC was 65 to 75%.

なお、第5図に上記で得られた焼結体の拡大模式図を示
す。
Note that FIG. 5 shows an enlarged schematic diagram of the sintered body obtained above.

本発明の複合セラミックスは.A金属炭化物とB金属粉
末の配合比に関わらず、気孔形状が5μm以下と小さい
のに対して、比較材では、気孔形状が金属炭化物量の増
加と共に30μm以上と大きいことが分かった。
The composite ceramic of the present invention is. It was found that the pore shape was small, 5 μm or less, regardless of the blending ratio of metal carbide A and metal powder B, whereas in the comparative material, the pore shape became larger, 30 μm or more, as the amount of metal carbide increased.

本発明の複合セラミックスにおいて、B金属粉末のSi
粉末から生成した窒化物は、α、β型の窒化珪素粒子及
びウイスカーーであった。
In the composite ceramic of the present invention, Si of the B metal powder
The nitrides produced from the powder were α and β type silicon nitride particles and whiskers.

本発明の複合セラミックスの焼結時寸法変化率は、A金
属炭化物の増加と共に0.2から0.7%と膨張するが
、この値は常圧焼結材の1/100から1/30であり
、精密焼結性に優れていることが分かった。
The dimensional change rate of the composite ceramic of the present invention during sintering expands from 0.2 to 0.7% as the A metal carbide increases, but this value is 1/100 to 1/30 of the pressureless sintered material. It was found that it has excellent precision sinterability.

実施例2 実施例1と同様にして、A金属炭化物として、TiC粒
子の代わりにZrC,νC,V2C1B、C,A1.C
Example 2 In the same manner as in Example 1, ZrC, νC, V2C1B, C, A1. C
.

TaCXTa2c、 Cr3C2、Cr7C3、NbC
% 1lfcに変えて同様に成形、加熱した結果、いず
れも窒化珪素以外に.A金属窒化物.A金属炭窒化物及
びβ−3iCが生成し、気孔を埋めていることが分かっ
た。焼結体の気孔率は、いずれも7から13 vol%
であり、気孔形状が5μm以下と小さい反応焼結複合セ
ラミックスが得られた。
TaCXTa2c, Cr3C2, Cr7C3, NbC
% 1lfc and molded and heated in the same way. A Metal nitride. It was found that A metal carbonitride and β-3iC were generated and filled the pores. The porosity of the sintered bodies is 7 to 13 vol%.
A reactive sintered composite ceramic with a small pore shape of 5 μm or less was obtained.

実施例3 実施例1と同様にして、B金属粉末に平均粒径1μmの
Ti、 Al、Crを用い、A金属炭化物として平均粒
径100μmのAIC粉末を用いて同様に成形し、B金
属粉末の融点以下でB金属粉末を窒化処理した後、AI
C粉末が窒化する温度領域で加熱した結果、いずれもB
金属窒化物以外に、A金属窒化物.A金属炭窒化物及び
βSiCが生成し、気孔を埋めていることが分かった。
Example 3 In the same manner as in Example 1, Ti, Al, and Cr with an average particle size of 1 μm were used as the B metal powder, and AIC powder with an average particle size of 100 μm was used as the A metal carbide. After nitriding the B metal powder below the melting point of AI
As a result of heating in the temperature range where C powder nitrides, both B
In addition to metal nitrides, A metal nitrides. It was found that A metal carbonitride and βSiC were generated and filled the pores.

焼結体の気孔率は、いずれも6から14v。The porosity of the sintered bodies is 6 to 14v.

1%であり、気孔形状が5μm以下と小さい反応焼結複
合セラミックスが得られた。
1%, and a reactive sintered composite ceramic with a small pore shape of 5 μm or less was obtained.

実施例4 実施例1のTiC粒子の変わりに長さ50μm、アスペ
クト比50のTiCウイスカーを原料に用いて同様に成
形、焼結を行い試験を行った。その結果実施例1と同様
に低気孔率の焼結体が得られ、TiCウイスカーが分散
された低気孔率反応焼結複合セラミックスが得られた。
Example 4 In place of the TiC particles in Example 1, TiC whiskers having a length of 50 μm and an aspect ratio of 50 were used as raw materials, and molded and sintered in the same manner as before, and a test was conducted. As a result, a low porosity sintered body was obtained as in Example 1, and a low porosity reactive sintered composite ceramic in which TiC whiskers were dispersed was obtained.

実施例5 A金属炭化物として平均粒径10μmのTIC粉末とB
金属粉末として平均粒径0.5μmの81粉末の混合粉
末(TiC: Si= 40 : 60wt%)にワッ
クス系のバインダを7重量部添加し、混線機で混練した
後、粉砕し成形用原料とした。
Example 5 TIC powder with an average particle size of 10 μm as A metal carbide and B
7 parts by weight of a wax-based binder was added to a mixed powder of 81 powder (TiC: Si = 40: 60 wt%) with an average particle size of 0.5 μm as a metal powder, kneaded in a mixer, and then crushed to form a raw material for molding. did.

次に金型を用いて直径50mm、厚さ10mmの成形体
を作製した。成形体のワックス分を除去した後、TiC
粉末と窒素との反応率を変化させるために各種温度で加
熱し、反応率0%から100%の試料を作製した。但し
、S1粉末はほぼ完全に窒化珪素に変化させた。得られ
た試料の気孔率を第4図に示す。この図から、反応率0
%から40%では、気孔率がさほど低減されてないが、
反応率が50%以上では、気孔率が低減していることが
分かる。この理由は、例えば11口粒子が窒素と反応し
てTiNあるいはT1CNに変化し生成する際に、最初
焼結体に膨張が生じるために、気孔率の低減に効果が無
いためである。
Next, a molded body having a diameter of 50 mm and a thickness of 10 mm was produced using a mold. After removing the wax from the molded body, TiC
In order to change the reaction rate between the powder and nitrogen, the powder was heated at various temperatures to produce samples with reaction rates ranging from 0% to 100%. However, the S1 powder was almost completely converted into silicon nitride. The porosity of the obtained sample is shown in FIG. From this figure, the reaction rate is 0
% to 40%, the porosity is not reduced so much,
It can be seen that when the reaction rate is 50% or more, the porosity is reduced. The reason for this is that, for example, when the 11-hole particles react with nitrogen and change into TiN or T1CN and are generated, the sintered body initially expands, so that it is not effective in reducing the porosity.

そして、反応率が50%以上になると膨張現象が無くな
り、気孔率の低減に効果があるためである。
This is because when the reaction rate becomes 50% or more, the expansion phenomenon disappears, which is effective in reducing the porosity.

本実施例のTiCを窒素と反応させた場合は、TiC粒
子がTiNあるいはT1CNに変化し生成すると共に、
この窒化反応で生じた遊離カーボンと81が反応して生
成したβ−3iC粒子が見られ、Siの窒化物以外でも
成形体中の空隙を埋めるために、緻密化されている。こ
れより、110粒子を窒化反応させることが低気孔率化
に有効であることが分かる。
When the TiC of this example is reacted with nitrogen, TiC particles change to TiN or T1CN and are produced.
β-3iC particles produced by the reaction of 81 with the free carbon produced in this nitriding reaction can be seen, and particles other than Si nitride are densified to fill the voids in the compact. This shows that nitriding the 110 particles is effective in lowering the porosity.

ここで.A金属炭化物の代わりにA金属珪化物、A金属
硼化物を用いても第4図と同様の結果が得られた。
here. Results similar to those shown in FIG. 4 were obtained even when A metal silicide and A metal boride were used instead of A metal carbide.

実施例6 A金属珪化物として平均粒径2μmのTi5iz粉末と
B金属粉末として平均粒径0.4μmのSi粉末の混合
粉末にワックス系のバインダを13重量部添加し、混練
機で混練した後、粉砕し成形原料とした。次に射出成形
機を用いて直径10mm、厚さ50mmの成形体を作製
した。成形体のワックス分を除去した後、窒素ガス中1
200℃でSiの窒化処理後1300℃で加熱処理した
Example 6 13 parts by weight of a wax-based binder was added to a mixed powder of Ti5iz powder with an average particle size of 2 μm as metal silicide A and Si powder with an average particle size of 0.4 μm as metal powder B, and the mixture was kneaded with a kneader. It was crushed and used as a molding raw material. Next, a molded article having a diameter of 10 mm and a thickness of 50 mm was produced using an injection molding machine. After removing the wax content of the molded product, 1
After nitriding Si at 200°C, heat treatment was performed at 1300°C.

得られた焼結体の気孔率測定結果を第1図に示す。これ
より、TiSi□の配合比にかかわらず7から14vo
l%と小さいことが分かる。
The results of measuring the porosity of the obtained sintered body are shown in FIG. From this, regardless of the blending ratio of TiSi□, 7 to 14vo
It can be seen that it is as small as 1%.

本発明のように7iSi2を用いて窒素と反応させた場
合は、TiS+2粒子がTiNを生成すると共に、この
窒化反応で生じた遊離S1と窒素が反応して生成した窒
化珪素が見られ、金属S1の窒化物以外でも成形体中の
空隙を埋めるために、緻密化されている。また完全に窒
素と反応していないTlSi2粒子上には、TiNが生
成していた。
When 7iSi2 is used to react with nitrogen as in the present invention, TiS+2 particles produce TiN, and silicon nitride produced by the reaction of free S1 produced in this nitriding reaction with nitrogen is seen, and metal S1 Materials other than nitrides are also densified to fill the voids in the molded body. Furthermore, TiN was generated on the TlSi2 particles that had not completely reacted with nitrogen.

ここで、TiSi2の反応率は61から87%であった
Here, the reaction rate of TiSi2 was 61 to 87%.

本発明の複合セラミックスの焼結時寸法変化率は、Tl
512の増加と共に0.4から1.2%と膨張するが、
この値は常圧焼結材の1/30から1/10であり、精
密焼結性に優れていることが分かった。
The dimensional change rate during sintering of the composite ceramic of the present invention is Tl
It expands from 0.4 to 1.2% as the number of 512 increases, but
This value was 1/30 to 1/10 of that of the pressureless sintered material, and it was found that the material had excellent precision sinterability.

実施例7 へ金属硼化物として平均粒径2μmのTl82粉末とB
金属粉末として平均粒径0.5μmのA1粉末の混合粉
末にPVBバインダを2重量部添加し、ポットミル混合
後乾燥し、成形用原料とした。次に金型を用いて直径4
0mm、厚さ10mmの成形体を作製した。成形体のバ
インダ分を除去した後、窒素ガス中600℃でAIの窒
化処理後、1500℃まで加熱処理した。得られた焼結
体の気孔率測定結果を第1図に示す。これより、A金属
硼化物にTiB、を用いたものは、TlB2の配合比に
かかわらず8からl l vol%と小さいことが分か
る。
Example 7 Tl82 powder with an average particle size of 2 μm and B as metal boride
2 parts by weight of PVB binder was added to a mixed powder of A1 powder having an average particle size of 0.5 μm as a metal powder, mixed in a pot mill, and dried to obtain a raw material for molding. Next, use a mold to make a diameter 4
A molded body having a diameter of 0 mm and a thickness of 10 mm was produced. After removing the binder from the molded body, AI was nitrided at 600°C in nitrogen gas, and then heated to 1500°C. The results of measuring the porosity of the obtained sintered body are shown in FIG. From this, it can be seen that when TiB is used as the metal boride A, the amount is as small as 8 to 1 vol %, regardless of the blending ratio of TlB2.

本発明のようにTlB2を用いて窒素と反応させた場合
は、TlB2粒子がTiNを生成し、Siの窒化物以外
でも成形体中の空隙を埋めるために、緻密化されている
。また完全に窒素と反応していないT]B2粒子上には
、TiNが生成していた。ここで、TlB2の反応率は
86から93%であった。
When TlB2 is used to react with nitrogen as in the present invention, the TlB2 particles generate TiN and are densified to fill the voids in the molded body with materials other than Si nitride. Furthermore, TiN was generated on the T]B2 particles that had not completely reacted with nitrogen. Here, the reaction rate of TlB2 was 86 to 93%.

本発明の複合セラミックスの焼結時寸法変化率は、Ti
B2の増加と共に0.5〜1.3%と膨張するが、この
値は常圧焼結材の1150から1/20であり、精密焼
結性に優れていることが分かった。
The dimensional change rate during sintering of the composite ceramic of the present invention is Ti
As B2 increases, the material expands by 0.5 to 1.3%, but this value is 1/20 from 1150 of the pressureless sintered material, indicating that it has excellent precision sinterability.

実施例8 平均粒径0.9μmの金属Si粉末70重量部と平均粒
径1μmの2rC粉末30重量部をメタノールと一緒に
ポットミルで混合、乾燥した後、ポリエチレン系ワック
スを9重量部添加して、150℃で加圧ニーダを用いて
5時間混練した。
Example 8 70 parts by weight of metal Si powder with an average particle size of 0.9 μm and 30 parts by weight of 2rC powder with an average particle size of 1 μm were mixed with methanol in a pot mill, dried, and then 9 parts by weight of polyethylene wax was added. The mixture was kneaded at 150°C for 5 hours using a pressure kneader.

そして混合物を粉砕し、150℃、1000kg/cm
’の条件でガイドレール形状に成形した。成形体のワッ
クス分を除去した後、第1工程で窒素ガス中1380℃
まで加熱処理し、第2工程で窒素ガス中1550℃まで
加熱処理し複合セラミックスを得た。本発明材は、Zr
C粒子のほとんどは、窒化物あるいは炭窒化物に変化し
く反応率70%)、残ったZrC粒子の表面層も窒化物
あるいは炭窒化物に変化し、そして、β−3iCが5 
vol%分散されており、窒化珪素が生成していた。焼
結体の気孔率は3 vol%、気孔径2μm以下であっ
た。
Then, the mixture was pulverized at 150℃ and 1000kg/cm.
It was molded into a guide rail shape under the following conditions. After removing the wax content of the molded product, the first step is to heat it to 1380°C in nitrogen gas.
In the second step, the composite ceramic was heat-treated to 1550° C. in nitrogen gas to obtain a composite ceramic. The material of the present invention is Zr
Most of the C particles change to nitrides or carbonitrides (reaction rate 70%), and the surface layer of the remaining ZrC particles also changes to nitrides or carbonitrides, and β-3iC changes to 5
vol% was dispersed, and silicon nitride was produced. The sintered body had a porosity of 3 vol% and a pore diameter of 2 μm or less.

摺動面を砥石で研摩し、摺動面の面粗さは十点平均粗さ
で0.1μmとした。そして、オートクレーブにより粘
度400センチポアズのフッ素オイルを含浸した。評価
は、磁気ディスク装置に組み込み試験をおこなった。ベ
アリングには、S[l5440Cを用いた。試験条件は
、最大速度2.4m/s、周波数60Hzで磁気ヘッド
を109回往復運動させた。試験後の摺動面の面粗さは
十点平均粗さで0.1μmであり、摺動前と変化しない
ことがn、認できた。また摺動部と未摺動部の段差は0
.01μm以下と小さいことが確認できた。摺動試験後
の摺動面は、フッ素オイルが気孔中に含浸、付着してい
ることが判った。
The sliding surface was ground with a grindstone, and the surface roughness of the sliding surface was set to 0.1 μm as a ten-point average roughness. Then, it was impregnated with fluorine oil having a viscosity of 400 centipoise using an autoclave. For evaluation, a test was conducted by incorporating it into a magnetic disk drive. S[l5440C was used for the bearing. The test conditions were that the magnetic head was reciprocated 109 times at a maximum speed of 2.4 m/s and a frequency of 60 Hz. The surface roughness of the sliding surface after the test was 0.1 μm as a ten-point average roughness, which was confirmed to be unchanged from before sliding. Also, the difference in level between the sliding part and the non-sliding part is 0.
.. It was confirmed that the diameter was as small as 0.01 μm or less. After the sliding test, it was found that fluorine oil had impregnated and adhered to the pores of the sliding surface.

これより、本発明品は耐摩耗性に優れており、アクチュ
エータに適していることが判った。
From this, it was found that the product of the present invention has excellent wear resistance and is suitable for actuators.

実施例9 実施例1で得られたセラミックス焼結体にグリセリンを
含浸し、水道用のバルブ摺動材に適用した。熱水100
℃と冷水10℃の循環を繰返しながらバルブの開閉を行
ない試験を行なった。その結果、クランクも発生せず、
摩耗性も測定不可能程度である耐久性に優れたバルブ摺
動材が得られることが判った。
Example 9 The ceramic sintered body obtained in Example 1 was impregnated with glycerin and applied to a valve sliding material for water service. hot water 100
The test was conducted by opening and closing the valve while repeatedly circulating cold water at 10°C and 10°C. As a result, no crank occurs,
It has been found that a highly durable valve sliding material with wear resistance that is unmeasurable can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明では、高寸法焼結可能な反応焼結セラミックスに
おいて、各種特性を有する低気孔率の焼結体が得られる
。これにより、従来の反応焼結法では作製出来なかった
緻密な焼結体が得られるため、エンジン、タービン、摺
動材などの構造用部品をはじめ航空、宇宙関係、鉄鋼、
海洋開発などへの分野へのセラミックスの利用範囲を拡
大することが出来る。
According to the present invention, a low-porosity sintered body having various properties can be obtained in a reactive sintered ceramic that can be sintered to a large size. As a result, dense sintered bodies that could not be produced using conventional reaction sintering methods can be obtained, which can be used for structural parts such as engines, turbines, and sliding materials, as well as for aviation, space-related, steel, etc.
The scope of use of ceramics can be expanded to fields such as ocean development.

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

第1図は焼結体気孔率と無機化合物配合比の関係を示す
グラフ、第2図は焼結体の金属組織を示す透過電子顕微
鏡写真、第3図は焼結体中に生成したβ−3iC粒子構
造を示す透過電子顕微鏡写真、第4図は焼結体気孔率と
へ金属炭化物の反応率の関係を示すグラフ、第5図は実
施例1で得られた焼結体の拡大模式図である。 特許出願人  株式会社 日立製作所 代  理  人     中  本      定向 
       井  上      昭腑 ] 図 ゛I″卜;’ M、 、 fL+1吐e。 第4 図 下1°C粉朱の尺八・孝子楚)
Figure 1 is a graph showing the relationship between the porosity of the sintered body and the blending ratio of inorganic compounds, Figure 2 is a transmission electron micrograph showing the metal structure of the sintered body, and Figure 3 is the β- A transmission electron micrograph showing the 3iC particle structure, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the porosity of the sintered body and the reaction rate of metal carbide, and FIG. 5 is an enlarged schematic diagram of the sintered body obtained in Example 1. It is. Patent applicant: Hitachi, Ltd. Representative: Sadako Nakamoto
Akiyoshi Inoue] Figure ゛I〜゜;' M, , fL+1 口 e. Figure 4, bottom 1°C powder vermilion shakuhachi, Takako So)

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.A金属炭化物とB金属窒化物との粒界にA金属窒化
物あるいはA金属炭窒化物が介在して成る低気孔率反応
焼結複合セラミックス。 (但し、A金属は、Ti、Zr、V、B、Al、Ta、
Cr、Nb、Hfから選ばれた少なくとも1種からなり
、B金属は、Si、Ti、Al、Crから選ばれた少な
くとも1種からなる。)
1. A low porosity reactive sintered composite ceramic in which metal A nitride or metal carbonitride A is interposed at the grain boundary between metal carbide A and metal nitride B. (However, A metals include Ti, Zr, V, B, Al, Ta,
The B metal is made of at least one selected from Cr, Nb, and Hf, and the B metal is made of at least one selected from Si, Ti, Al, and Cr. )
2.A金属炭化物の粒子及び/又はウイスカーの表面層
が、A金属窒化物あるいはA金属炭窒化物からなり、そ
して、A金属窒化物、A金属炭窒化物及びA金属炭化物
粒子が分散されており、少なくとも一部はB金属系窒化
物、A金属窒化物及びA金属炭窒化物からなる粒子及び
ウイスカーで互いに結合されてなる気孔率15vol%
以下、最大気孔径10μm以下の低気孔率反応焼結複合
セラミックス。 (但し、A金属は、Ti、Zr、V、B、Al、Ta、
Cr、Nb、Hfから選ばれた少なくとも1種からなり
、B金属は、Si、Ti、Al、Crから選ばれた少な
くとも1種からなる。)
2. The surface layer of the A metal carbide particles and/or whiskers is made of A metal nitride or A metal carbonitride, and the A metal nitride, A metal carbonitride, and A metal carbide particles are dispersed, Porosity: 15 vol%, at least a part of which is bonded to each other by particles and whiskers made of B metal nitride, A metal nitride, and A metal carbonitride
The following is a low porosity reactive sintered composite ceramic with a maximum pore diameter of 10 μm or less. (However, A metals include Ti, Zr, V, B, Al, Ta,
The B metal is made of at least one selected from Cr, Nb, and Hf, and the B metal is made of at least one selected from Si, Ti, Al, and Cr. )
3.請求項1又は2記載において、A金属炭化物とA金
属窒化物及びA金属炭窒化物の比率が、{(A金属窒化
物及びA金属炭窒化物)/A金属炭化物}×100≧5
0%であることを特徴とする低気孔率反応焼結複合セラ
ミックス。
3. In claim 1 or 2, the ratio of A metal carbide to A metal nitride and A metal carbonitride is {(A metal nitride and A metal carbonitride)/A metal carbide}×100≧5.
A low porosity reactive sintered composite ceramic characterized by a porosity of 0%.
4.A金属炭化物の粒子及び/又はウイスカーとB金属
粉末からなる成形体を窒化性ガス雰囲気中で加熱するこ
とにより、焼結体中でB金属粉末が窒素と反応してB金
属系窒化物を生成し、ついで、A金属炭化物層が、窒素
と反応してA金属窒化物あるいはA金属炭窒化物に変化
すると共に遊離カーボンがB金属粉末と反応してB金属
炭化物粒子が生成され、最終的には、該焼結体が少なく
とも一部は反応生成物であるB金属系窒化物、A金属窒
化物及びA金属炭窒化物からなる粒子及びウイスカーで
互いに結合されてなる気孔率15 vol%以下、最大気孔径10μm以下の低気孔率反応
焼結複合セラミックスの製造法。
4. By heating a molded body consisting of A metal carbide particles and/or whiskers and B metal powder in a nitriding gas atmosphere, the B metal powder reacts with nitrogen in the sintered body to generate B metal nitride. Then, the A metal carbide layer reacts with nitrogen and changes to A metal nitride or A metal carbonitride, and the free carbon reacts with B metal powder to generate B metal carbide particles, and finally has a porosity of 15 vol% or less, in which the sintered body is at least partially bonded to each other by particles and whiskers made of B metal nitride, A metal nitride, and A metal carbonitride, which are reaction products; A method for producing low porosity reactive sintered composite ceramics with a maximum pore diameter of 10 μm or less.
5.請求項4記載において、A金属が、Ti、Zr、V
、B、Al、Ta、Cr、Nb、Hfから選ばれた少な
くとも1種からなり、B金属がSi、Ti、Al、Cr
から選ばれた少なくとも1種からなることを特徴とする
低気孔率反応焼結複合セラミックスの製造法。
5. In claim 4, the A metal is Ti, Zr, V
, B, Al, Ta, Cr, Nb, Hf, and the B metal is Si, Ti, Al, Cr.
A method for producing a low porosity reactive sintered composite ceramic, characterized by comprising at least one selected from the following.
6.請求項4記載において、A金属炭化物とB金属粉末
の配合比が95:5wt%から5:95wt%の範囲か
らなる成形体を用いてなる焼結体であることを特徴とす
る低気孔率反応焼結複合セラミックスの製造法。
6. 5. The low porosity reaction according to claim 4, characterized in that the sintered body is formed using a molded body in which the blending ratio of metal carbide A and metal powder B is in the range of 95:5 wt% to 5:95 wt%. Manufacturing method for sintered composite ceramics.
7.請求項4記載において、加熱処理は、第1段階でB
金属の融点以下でB金属粉末を窒化させる工程、その後
第2段階でA金属炭化物が反応する温度まで加熱する工
程、の2段階からなることを特徴とする低気孔率反応焼
結複合セラミックスの製造法。
7. In claim 4, the heat treatment comprises B in the first step.
Production of a low-porosity reactive sintered composite ceramic comprising two steps: a step of nitriding metal B powder at a temperature below the melting point of the metal, and then a second step of heating to a temperature at which metal carbide A reacts. Law.
8.請求項1又は2記載の低気孔率反応焼結複合セラミ
ックスに、オイル、水、樹脂、固体潤滑剤、金属を含浸
させてなる摺動部材。
8. A sliding member obtained by impregnating the low porosity reactive sintered composite ceramic according to claim 1 or 2 with oil, water, resin, solid lubricant, and metal.
9.A金属珪化物とB金属窒化物との粒界にA金属窒化
物が介在してなる低気孔率反応焼結複合セラミックス。 (但し、A金属は、Ti、Zr、V、Al、Ta、Cr
、Nb、Hfから選ばれた少なくとも1種からなり、B
金属がSi、Ti、Al、Crから選ばれた少なくとも
1種からなる。)
9. A low porosity reactive sintered composite ceramic in which metal nitride A is interposed at the grain boundary between metal silicide A and metal nitride B. (However, A metal is Ti, Zr, V, Al, Ta, Cr.
, Nb, and Hf;
The metal is made of at least one selected from Si, Ti, Al, and Cr. )
10.A金属珪化物の粒子及び/又はウイスカーの表面
層がA金属窒化物からなり、そして、A金属窒化物粒子
が分散されており、少なくとも一部は窒化硅素、B金属
系窒化物及びA金属窒化物からなる粒子及びウイスカー
で互いに結合されてなる気孔率15vol%以下、最大
気孔径10μm以下の低気孔率反応焼結複合セラミック
ス。 (但し、A金属は、Ti、Zr、V、Al、Ta、Cr
、Nb、Hfから選ばれた少なくとも1種からなり、B
金属はSi、Ti、Al、Crから選ばれた少なくとも
1種からなる。)
10. The surface layer of the A metal silicide particles and/or whiskers is made of A metal nitride, and the A metal nitride particles are dispersed, and at least a portion of the particles is made of silicon nitride, B metal-based nitride, and A metal nitride. A low-porosity reactive sintered composite ceramic having a porosity of 15 vol% or less and a maximum pore diameter of 10 μm or less, which is formed by bonding particles and whiskers together. (However, A metal is Ti, Zr, V, Al, Ta, Cr.
, Nb, and Hf;
The metal is made of at least one selected from Si, Ti, Al, and Cr. )
11.請求項9又は10記載において、A金属珪化物と
A金属窒化物の比率が、(A金属窒化物/A金属珪化物
)×100≧50%であることを特徴とする低気孔率反
応焼結複合セラミックス。
11. Low porosity reactive sintering according to claim 9 or 10, characterized in that the ratio of A metal silicide to A metal nitride is (A metal nitride/A metal silicide)×100≧50%. Composite ceramics.
12.A金属珪化物の粒子及び/又はウイスカーとB金
属粉末からなる成形体を窒化性ガス雰囲気中で加熱する
ことにより、焼結体中でB金属粉末が窒素と反応してB
金属系窒化物を生成し、ついで、A金属珪化物層が、窒
素と反応してA金属窒化物に変化すると共に、遊離珪素
がB金属粉末及び窒素と反応して、B金属珪化物及び窒
化珪素粒子が生成され、最終的には、該焼結体が少なく
とも一部は反応生成物であるB金属系窒化物、A金属窒
化物及び窒化珪素粒子からなる粒子及びウイスカーで互
いに結合されてなる気孔率15vol%以下、最大気孔
径10μm以下の低気孔率反応焼結複合セラミックスの
製造法。
12. By heating a molded body consisting of A metal silicide particles and/or whiskers and B metal powder in a nitriding gas atmosphere, the B metal powder reacts with nitrogen in the sintered body and B
A metal nitride is generated, and then the A metal silicide layer reacts with nitrogen to change to A metal nitride, and the free silicon reacts with B metal powder and nitrogen to form B metal silicide and nitride. Silicon particles are produced, and finally, the sintered body is at least partially bonded to each other by particles and whiskers consisting of reaction products B metal nitride, A metal nitride, and silicon nitride particles. A method for producing a low-porosity reactive sintered composite ceramic having a porosity of 15 vol% or less and a maximum pore diameter of 10 μm or less.
13.請求項12記載において、A金属が、Ti、Zr
、V、Al、Ta、Cr、Nb、Hf、Wから選ばれた
少なくとも1種からなり、B金属がSi、Ti、Al、
Crから選ばれた少なくとも1種からなることを特徴と
する低気孔率反応焼結複合セラミックスの製造法。
13. In claim 12, the A metal is Ti, Zr.
, V, Al, Ta, Cr, Nb, Hf, and W, and the B metal is Si, Ti, Al,
A method for producing a low porosity reactive sintered composite ceramic, characterized by comprising at least one selected from Cr.
14.請求項12記載において、A金属珪化物とB金属
粉末の配合比が95:5wt%から5:95wt%の範
囲からなる成形体を用いてなる焼結体であることを特徴
とする低気孔率反応焼結複合セラミックスの製造法。
14. 13. The low porosity according to claim 12, characterized in that the sintered body is formed using a molded body in which the blending ratio of metal silicide A and metal B powder is in the range of 95:5 wt% to 5:95 wt%. A method for producing reactive sintered composite ceramics.
15.請求項12記載において、加熱処理は、第1段階
でB金属の融点以下でB金属粉末を窒化させる工程、そ
の後第2段階でA金属炭化物が反応する温度まで加熱す
る工程、の2段階からなることを特徴とする低気孔率反
応焼結複合セラミックスの製造法。
15. In claim 12, the heat treatment consists of two steps: a step of nitriding the B metal powder at a temperature below the melting point of the B metal in the first step, and then a step of heating to a temperature at which the A metal carbide reacts in the second step. A method for producing low porosity reactive sintered composite ceramics.
16.請求項9又は10記載の低気孔率反応焼結複合セ
ラミックスに、オイル、水、樹脂、固体潤滑剤、金属を
含浸させてなる摺動部材。
16. A sliding member obtained by impregnating the low porosity reactive sintered composite ceramic according to claim 9 or 10 with oil, water, resin, solid lubricant, and metal.
17.A金属硼化物とB金属窒化物との粒界にA金属窒
化物が介在してなる低気孔率反応焼結複合セラミックス
。 (但し、A金属は、Ti、Zr、V、Al、Ta、Cr
、Nb、Hfから選ばれた少なくとも1種からなり、B
金属は、Si、Ti、Al、Crから選ばれた少なくと
も1種からなる。)
17. A low porosity reactive sintered composite ceramic in which metal nitride A is interposed at the grain boundary between metal boride A and metal nitride B. (However, A metal is Ti, Zr, V, Al, Ta, Cr.
, Nb, and Hf;
The metal is made of at least one selected from Si, Ti, Al, and Cr. )
18.A金属硼化物の粒子及び/又はウイスカーの表面
層がA金属窒化物からなり、そして、A金属窒化物粒子
が分散されており、少なくとも一部はB金属系窒化物及
びA金属系窒化物からなる粒子及びウイスカーで互いに
結合されてなる気孔率15vol%以下、最大気孔径1
0μm以下の低気孔率反応焼結複合セラミックス。 (但し、A金属は、Ti、Zr、V、Al、Ta、Cr
、Nb、Hfから選ばれた少なくとも1種からなり、B
金属は、Si、Ti、Al、Crから選ばれた少なくと
も1種からなる。)
18. The surface layer of the A metal boride particles and/or whiskers is made of A metal nitride, and the A metal nitride particles are dispersed, and at least a portion is made of B metal nitride and A metal nitride. Porosity: 15 vol% or less, maximum pore diameter: 1
Reactive sintered composite ceramics with low porosity of 0 μm or less. (However, A metal is Ti, Zr, V, Al, Ta, Cr.
, Nb, and Hf;
The metal is made of at least one selected from Si, Ti, Al, and Cr. )
19.請求項17又は18記載において、A金属硼化物
とA金属窒化物の比率が、{A金属窒化物/A金属硼化
物}×100≧50%であることを特徴とする低気孔率
反応焼結複合セラミックス。
19. Low porosity reactive sintering according to claim 17 or 18, characterized in that the ratio of A metal boride to A metal nitride is {A metal nitride/A metal boride}×100≧50%. Composite ceramics.
20.A金属磁化物の粒子及び/又はウイスカーとB金
属粉末からなる成形体を窒化性ガス雰囲気中で加熱する
ことにより、焼結体中でB金属粉末が窒素と反応してB
金属系窒化物を生成し、ついで、A金属硼化物層が、窒
素と反応してA金属窒化物に変化すると共に、最終的に
は、該焼結体が少なくとも一部は反応生成物であるB金
属系窒化物及びA金属系窒化物からなる粒子及びウイス
カーで互いに結合されてなる気孔率15vol%以下、
最大気孔径10μm以下の低気孔率反応焼結複合セラミ
ックスの製造法。
20. By heating a molded body consisting of A metal magnetized particles and/or whiskers and B metal powder in a nitriding gas atmosphere, the B metal powder reacts with nitrogen in the sintered body and B
A metal-based nitride is produced, and then the A metal boride layer reacts with nitrogen to change to the A metal nitride, and finally the sintered body is at least partially a reaction product. A porosity of 15 vol% or less formed by particles and whiskers made of B metal nitride and A metal nitride,
A method for producing low porosity reactive sintered composite ceramics with a maximum pore diameter of 10 μm or less.
21.請求項20記載において、A金属が、Ti、Zr
、V、Al、Ta、Cr、Nb、Hf、Wの少なくとも
1種からなり、B金属がSi、Ti、Al、Crの少な
くとも1種からなることを特徴とする低気孔率反応焼結
複合セラミックスの製造法。
21. 20. In claim 20, the A metal is Ti, Zr.
, V, Al, Ta, Cr, Nb, Hf, and W, and the B metal is composed of at least one of Si, Ti, Al, and Cr. manufacturing method.
22.請求項20記載において、A金属硼化物とB金属
粉末の配合比が95:5wt%から5:95wt%の範
囲からなる成形体を用いてなる焼結体であることを特徴
とする低気孔率反応焼結複合セラミックスの製造法。
22. 21. The low porosity according to claim 20, characterized in that the sintered body is formed using a molded body in which the blending ratio of metal boride A and metal B powder is in the range of 95:5 wt% to 5:95 wt%. A method for producing reactive sintered composite ceramics.
23.請求項20記載において、加熱処理は、第1段階
でB金属の融点以下でB金属粉末を窒化させる工程、そ
の後第2段階でA金属炭化物が反応する温度まで加熱す
る工程、の2段階からなることを特徴とする低気孔率反
応焼結複合セラミックスの製造法。
23. In claim 20, the heat treatment consists of two steps: a step of nitriding the B metal powder at a temperature below the melting point of the B metal in the first step, and then a step of heating to a temperature at which the A metal carbide reacts in the second step. A method for producing low porosity reactive sintered composite ceramics.
24.請求項17又は18記載の低気孔率反応焼結複合
セラミックスにオイル、水、樹脂、固体潤滑剤、金属を
含浸させてなる摺動部材。
24. A sliding member obtained by impregnating the low porosity reactive sintered composite ceramic according to claim 17 or 18 with oil, water, resin, solid lubricant, and metal.
JP2248647A 1990-09-20 1990-09-20 Reaction sintering composite ceramics having low porosity and its production Pending JPH04130056A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2248647A JPH04130056A (en) 1990-09-20 1990-09-20 Reaction sintering composite ceramics having low porosity and its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2248647A JPH04130056A (en) 1990-09-20 1990-09-20 Reaction sintering composite ceramics having low porosity and its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04130056A true JPH04130056A (en) 1992-05-01

Family

ID=17181234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2248647A Pending JPH04130056A (en) 1990-09-20 1990-09-20 Reaction sintering composite ceramics having low porosity and its production

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04130056A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5735332A (en) Method for making a ceramic metal composite
JP3142560B2 (en) Reaction-sintered mullite-containing ceramic compact, method for producing the compact and use of the compact
JPS63185864A (en) Composite ceramics and manufacture
JP2003034581A (en) Silicon nitride abrasion resistant member and method for producing the same
JPH05105521A (en) Carbon-fiber reinforced silicon nitride-based nano-composite material and its production
CN106904985B (en) Titanium-silicon-carbon enhanced alumina-based multiphase composite material and preparation method thereof
JP5002155B2 (en) Wear-resistant member made of silicon nitride and method of manufacturing the same
US5635431A (en) Silicon nitride-based sinter
CA2145161A1 (en) Method for making a ceramic metal composite
JPH0733530A (en) Ceramic-based composite material and its production
JP3142892B2 (en) Manufacturing method of reaction sintered composite ceramics and manufacturing method of sliding member using it
JPH04130056A (en) Reaction sintering composite ceramics having low porosity and its production
US20030114294A1 (en) Process for the production of ceramic bearing components and resulting product
JPH1143372A (en) Silicon nitride-based ceramic and its production
JPH0987029A (en) Silicon carbide-based composite material and wear-resistant sliding part using the material
JPH04342466A (en) Reacted sintered composite ceramic, its production and sliding member using the same
JP3825347B2 (en) Composite structure
JPH06219837A (en) Silicon nitride ceramic sintered compact and its production
JPH07108815B2 (en) Method for manufacturing silicon nitride sintered body
JP3543105B2 (en) Highly processable composite material for high temperature and method for producing the same
JP2784280B2 (en) Ceramic composite sintered body, method for producing the same, and sliding member
JP2881189B2 (en) Method for producing silicon nitride-silicon carbide composite ceramics
JPH04325461A (en) Composite ceramics having self-lubricity and production thereof
JP2002249843A (en) Composite material and its manufacturing method
JPH0577633B2 (en)