JPH0477356A - セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス複合材料及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0477356A JPH0477356A JP2190844A JP19084490A JPH0477356A JP H0477356 A JPH0477356 A JP H0477356A JP 2190844 A JP2190844 A JP 2190844A JP 19084490 A JP19084490 A JP 19084490A JP H0477356 A JPH0477356 A JP H0477356A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- particle diameter
- tic
- grains
- particles
- fine particles
- 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
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 26
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 abstract 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
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、特殊構造のセラミックス材料及びその製法に
関する。更に、詳しくは、特殊な構造を有し、高強度、
耐熱性の高性能の複合セラミックス材料及びその製法に
関する。
関する。更に、詳しくは、特殊な構造を有し、高強度、
耐熱性の高性能の複合セラミックス材料及びその製法に
関する。
[従来の技術]
A I ! O*は、すぐれた耐熱性、耐食性、電気絶
縁性を有するが、高温強度、破壊靭性、耐熱衝撃性は乏
しく、構造材料として使用するには、強度面において、
不十分である。
縁性を有するが、高温強度、破壊靭性、耐熱衝撃性は乏
しく、構造材料として使用するには、強度面において、
不十分である。
一般に、材料のマトリックス中(例えば、アルミナ粒子
中)に第2相として微粒子(SiC1Si+Ni等)を
分散し、焼結することで、大幅な物理的緒特性を改善す
ること、特に、高い強度を得ることが、可能になること
が、文献等で多く報告されている。これらの報告では、
SiCによる複合化に伴うA I x Osの強度増加
は、5iIN、微粒子が、A I t Os粒界に偏在
するために、生じるクラックデフラクションによるクラ
ックの進展の妨害が、寄与していると結論ずけている。
中)に第2相として微粒子(SiC1Si+Ni等)を
分散し、焼結することで、大幅な物理的緒特性を改善す
ること、特に、高い強度を得ることが、可能になること
が、文献等で多く報告されている。これらの報告では、
SiCによる複合化に伴うA I x Osの強度増加
は、5iIN、微粒子が、A I t Os粒界に偏在
するために、生じるクラックデフラクションによるクラ
ックの進展の妨害が、寄与していると結論ずけている。
また、アルミナのようなセラミックス焼結体では、異方
性粒子で、マトリックスが形成されており、そのため、
粒子境界で隣接粒子の熱膨張差により歪みが発生し、こ
のために、粒界が破壊源となり、強度低下になることが
周知である。
性粒子で、マトリックスが形成されており、そのため、
粒子境界で隣接粒子の熱膨張差により歪みが発生し、こ
のために、粒界が破壊源となり、強度低下になることが
周知である。
このように、マトリックス中に、粒子を分散した場合、
クラックの進展が阻止され、このため、靭性の向上が期
待されるものである。この考えでは、破壊の発生源であ
る粒界の欠陥は、変化がなく、その欠点は、残存してい
るため、強度の大きな向上は、望めなかった。
クラックの進展が阻止され、このため、靭性の向上が期
待されるものである。この考えでは、破壊の発生源であ
る粒界の欠陥は、変化がなく、その欠点は、残存してい
るため、強度の大きな向上は、望めなかった。
[発明が解決しようとする問題点]
本発明は、上記のような欠点を解消するため、A1.O
,マトリックス粒子中にTiC微粒子及びS isN
、微粒子を複合化した構造セラミックス材料として、高
い強度のセラミックスコンポジットを提供することを目
的とする。従って、本発明は、A I −’Osの特性
の改善を試みたセラミックス複合体を提供することを目
的にする。更に、耐火、耐熱材料、電子セラミックス材
料においては、Al2O3粒成長を制御し、耐熱衝撃性
のある、また、使用中の破壊特性が著しく改善された材
料を提供することを目的にする。
,マトリックス粒子中にTiC微粒子及びS isN
、微粒子を複合化した構造セラミックス材料として、高
い強度のセラミックスコンポジットを提供することを目
的とする。従って、本発明は、A I −’Osの特性
の改善を試みたセラミックス複合体を提供することを目
的にする。更に、耐火、耐熱材料、電子セラミックス材
料においては、Al2O3粒成長を制御し、耐熱衝撃性
のある、また、使用中の破壊特性が著しく改善された材
料を提供することを目的にする。
[問題点を解決するための手段]
本発明は、0.5μm〜100μmの結晶粒子を有する
A + 101マトリツクスの結晶粒内に粒子径2.0
μm以下のTiC微粒子3〜40重量%及び2μm以下
のS l $N (微粒子3〜40重量%を分散させた
ことを特徴とするセラミックス複合材料である。そして
、その製法は、5μm以下の粒子径のA1.OI及び2
.0μm以下の粒子径のTiC3〜40重量%を混合し
、更に、2μm以下のSi、N、微粒子3〜40重量%
を混合し、成形した後、1500℃以上で焼成すること
、又はホットプレス、HIP (熱間等方性圧プレス)
で作製するものである。
A + 101マトリツクスの結晶粒内に粒子径2.0
μm以下のTiC微粒子3〜40重量%及び2μm以下
のS l $N (微粒子3〜40重量%を分散させた
ことを特徴とするセラミックス複合材料である。そして
、その製法は、5μm以下の粒子径のA1.OI及び2
.0μm以下の粒子径のTiC3〜40重量%を混合し
、更に、2μm以下のSi、N、微粒子3〜40重量%
を混合し、成形した後、1500℃以上で焼成すること
、又はホットプレス、HIP (熱間等方性圧プレス)
で作製するものである。
[作用]
本発明によるセラミックスコンポジットは、Al、0.
マトリックスゲレーン中に、TiC微粒子及びSi、N
、微粒子を分散した、所謂、ナノオーダーの複合化を行
なうことにより、セラミックス体の特性の強化、改善を
得ようとするものである。
マトリックスゲレーン中に、TiC微粒子及びSi、N
、微粒子を分散した、所謂、ナノオーダーの複合化を行
なうことにより、セラミックス体の特性の強化、改善を
得ようとするものである。
即ち、個々のAI、0.結晶粒子内に、TiC微粒子及
びSi、N、微粒子を分散することで、AlgosとT
iC又は及びSi、N、の熱膨張係数の差による残留応
力を生じさせる。この残留応力により、隣接する粒子の
粒界に、圧縮応力場を生じさせておき、進行しようとす
るクランク先端をトラップしたり、デフラクションする
ことにより、クラックの進展を防止しようとする考えで
ある。
びSi、N、微粒子を分散することで、AlgosとT
iC又は及びSi、N、の熱膨張係数の差による残留応
力を生じさせる。この残留応力により、隣接する粒子の
粒界に、圧縮応力場を生じさせておき、進行しようとす
るクランク先端をトラップしたり、デフラクションする
ことにより、クラックの進展を防止しようとする考えで
ある。
セラミックス複合体中のAI=O+マトリックス粒子径
は、0.5μm〜100μmとする理由は、焼結体の強
度が最大となる範囲であるためであり、TiC微粒子及
びSi、N、微粒子を、粒子径2.0μm・以下にする
理由は、A I r OIマド) ンクス結晶粒子内に
取り込まれる最適の粒度範囲であるためである。
は、0.5μm〜100μmとする理由は、焼結体の強
度が最大となる範囲であるためであり、TiC微粒子及
びSi、N、微粒子を、粒子径2.0μm・以下にする
理由は、A I r OIマド) ンクス結晶粒子内に
取り込まれる最適の粒度範囲であるためである。
本発明は、マトリックスとしてAItos、分散粒子と
してTiC微粒子及びSi、N、微粒子を用いることが
、特長である。そして、そのA I r Osマトリッ
クス粒子径は、0.5μm−100μmであり、TiC
微粒子及び5ilN、微粒子は径2μm以下をA 1
* Orマトリックス中に均一に分散させた構造のもの
である。その原料としては、5μm以下の粒子径のA1
101及び2μm以下の粒子径のTiC及び2μm以下
のSi、N、微粒子を用いて、これらを混合し、成形、
焼成することにより、前記のセラミックス複合材料が製
造されまた、その原料として用いるA I r Osを
、5μm以下の粒子径にする理由は、焼結し易いためで
あり、原料TiC及びS + 2 N 4を2.0μm
以下の粒子径で用いる理由は、2. 0μmを超えると
マイクロクラックが発生すること、マトリックス粒内に
TiC及びSiCが取り込まれ易いこと、そして、残留
応力がある限界以上になってもマイクロクラックが発生
しない範囲であること等である。SimNt微粒子は、
現在工業的に製造されているものを用いることができる
。
してTiC微粒子及びSi、N、微粒子を用いることが
、特長である。そして、そのA I r Osマトリッ
クス粒子径は、0.5μm−100μmであり、TiC
微粒子及び5ilN、微粒子は径2μm以下をA 1
* Orマトリックス中に均一に分散させた構造のもの
である。その原料としては、5μm以下の粒子径のA1
101及び2μm以下の粒子径のTiC及び2μm以下
のSi、N、微粒子を用いて、これらを混合し、成形、
焼成することにより、前記のセラミックス複合材料が製
造されまた、その原料として用いるA I r Osを
、5μm以下の粒子径にする理由は、焼結し易いためで
あり、原料TiC及びS + 2 N 4を2.0μm
以下の粒子径で用いる理由は、2. 0μmを超えると
マイクロクラックが発生すること、マトリックス粒内に
TiC及びSiCが取り込まれ易いこと、そして、残留
応力がある限界以上になってもマイクロクラックが発生
しない範囲であること等である。SimNt微粒子は、
現在工業的に製造されているものを用いることができる
。
本発明によるマトリックスAI=O+は、焼結工程で、
緻密に焼結される必要があり、この粒子内に分散相のT
iC及びSi、N、微粒子が、均一に分散されているこ
とが、必要である。
緻密に焼結される必要があり、この粒子内に分散相のT
iC及びSi、N、微粒子が、均一に分散されているこ
とが、必要である。
また、焼結過程で、マトリックス粒子内に取り込まれる
ものでなければならない。
ものでなければならない。
焼結温度については、1500℃以上の焼成が望ましい
。また、HIP処理、ホットプレスによる焼結処理が好
適である。
。また、HIP処理、ホットプレスによる焼結処理が好
適である。
本発明により得られるセラミックス複合体は、耐熱材料
として、その他、耐食、熱間高強度、耐熱衝撃性等の耐
火材として、特に、好適である。
として、その他、耐食、熱間高強度、耐熱衝撃性等の耐
火材として、特に、好適である。
次に、本発明のセラミックス複合体の製造とその得られ
る特性を測定した結果について説明するが、本発明は、
次の実施例に限定されるものではない。
る特性を測定した結果について説明するが、本発明は、
次の実施例に限定されるものではない。
[実施例]
[試料粉末の調製]
マトリックスには、昭和軽金属株式会社製A1.0sU
A−5105(平均粒径0.25μ、純度99.99%
)を用い、添加するTiCとしては、日本新金属株式会
社製のTic (#007)を用いて、マトリックス材
料に対して3重量%〜40重量%の割合で添加し、更に
信越化学株式会社製の5isN−微粒子を3〜40重量
%添加混合し、アルミナボールミルで、12時間粉砕混
合を行なった。これを十分に乾燥した後に、アルミナボ
ールミルで乾式解砕混合を5時間行なったものを、試料
粉砕して使用した。
A−5105(平均粒径0.25μ、純度99.99%
)を用い、添加するTiCとしては、日本新金属株式会
社製のTic (#007)を用いて、マトリックス材
料に対して3重量%〜40重量%の割合で添加し、更に
信越化学株式会社製の5isN−微粒子を3〜40重量
%添加混合し、アルミナボールミルで、12時間粉砕混
合を行なった。これを十分に乾燥した後に、アルミナボ
ールミルで乾式解砕混合を5時間行なったものを、試料
粉砕して使用した。
[切I枯)陛ノ黒コ
焼結処理には、誘導加熱式ホットプレス装置(富士電波
工業製)を用いた。前記のように調製した試料粉末的3
5gを黒鉛ダイス(内径55闘)に充填し、10MPa
に予備圧縮した後に焼結処理した。このとき、充填した
試料が、ダイス内壁、パンチ棒のプレス面に直接接触し
、反応しないように、これらの面にBNパウダーをコー
ティングし、更にこの上にグラファイトホイル(厚さ0
.38mm)を置き、この中に試料を充填した。
工業製)を用いた。前記のように調製した試料粉末的3
5gを黒鉛ダイス(内径55闘)に充填し、10MPa
に予備圧縮した後に焼結処理した。このとき、充填した
試料が、ダイス内壁、パンチ棒のプレス面に直接接触し
、反応しないように、これらの面にBNパウダーをコー
ティングし、更にこの上にグラファイトホイル(厚さ0
.38mm)を置き、この中に試料を充填した。
ホットプレス条件は、焼結温度まで昇温させた後、1時
間保持し、プレス圧は、30MPaで、雰囲気ガスには
アルゴンガスを用いた。
間保持し、プレス圧は、30MPaで、雰囲気ガスには
アルゴンガスを用いた。
[試験片作製]
得られた焼結体のプレス両面をダイヤモンドホイールで
研削し、#1000の粗さに仕上げ、これをダイヤモン
ドカッターで直方体に切り出した。試料はJIS R
1601規定に準じて、3×4−角長さ36鵬程度にし
、3点曲げ試験片の大きさとした。
研削し、#1000の粗さに仕上げ、これをダイヤモン
ドカッターで直方体に切り出した。試料はJIS R
1601規定に準じて、3×4−角長さ36鵬程度にし
、3点曲げ試験片の大きさとした。
[勉り19則う辷コ
曲げ強度は、3点曲げ試験法により、荷重速度0.5m
m/分、スパン長さ30吋、室温で、強度を測定した。
m/分、スパン長さ30吋、室温で、強度を測定した。
試験片はダイヤモンドペースト(3μ)を用いて、引張
面を鏡面仕上げし、そして、エツジ部分を45°の角度
で約0.1mmの幅で面取り加工したものについて、測
定した。
面を鏡面仕上げし、そして、エツジ部分を45°の角度
で約0.1mmの幅で面取り加工したものについて、測
定した。
破壊靭性は、荷重1 kgで、保持時間10秒間で、1
M法により測定した。
M法により測定した。
[測定結果の説明]
第1表に、3点曲げ強度とTiC及びSi、N。
微粒子添加量との関係を示す。この測定値から、Al2
O3−TiC2成分系での1700℃焼結体では、平均
900MPa程度の強度であった。それに対して、Si
、N、微粒子添加(3成分系)5重量%から30重量%
では、著しい強度の向上が見られた。これらの試料の破
断面を観察すると、非常に複雑な面を呈していたことか
ら、A1.0゜が高い強度になったことは、TiC及び
Si、N。
O3−TiC2成分系での1700℃焼結体では、平均
900MPa程度の強度であった。それに対して、Si
、N、微粒子添加(3成分系)5重量%から30重量%
では、著しい強度の向上が見られた。これらの試料の破
断面を観察すると、非常に複雑な面を呈していたことか
ら、A1.0゜が高い強度になったことは、TiC及び
Si、N。
微粒子添加によるクラックデフラクションが発生し、靭
性強度が改善されたものと考えられる。
性強度が改善されたものと考えられる。
E発明の効果コ
本発明によるTiC3〜40重量%及び2μm以下のS
isN 4微粒子3〜40重量%を添加したAt、0
.複合マトリックスは、次のような顕著な技術的な効果
が得られるものである。
isN 4微粒子3〜40重量%を添加したAt、0
.複合マトリックスは、次のような顕著な技術的な効果
が得られるものである。
第1に、以上の説明で明らかなように、構造材料として
利用性を有するA I ! Os/ T r C/5i
sN+の複合体材料を提供できる。
利用性を有するA I ! Os/ T r C/5i
sN+の複合体材料を提供できる。
第2に、本発明の製造方法で得られたA1.O。
マトリックスセラミックス複合体は、大幅な特性改善と
、高い強度にすることのできるものである。
、高い強度にすることのできるものである。
第3に、本発明のセラミックス複合体は、At、0.の
特性をそのまま生かして、且つ高強度、高靭性の特性を
有する材料を提供することができたものである。
特性をそのまま生かして、且つ高強度、高靭性の特性を
有する材料を提供することができたものである。
特許出願人 三菱鉱業セメント株式会社(外1名)代理
人 弁理士 倉 持 裕
人 弁理士 倉 持 裕
Claims (2)
- (1)0.5μm〜100μmの結晶粒子を有するAl
_2O_3マトリックスの結晶粒内に粒子径2.0μm
以下のTiC微粒子3〜40重量%及び2μm以下のS
i_3N_4微粒子3〜40重量%を分散させたことを
特徴とするセラミックス複合材料。 - (2)5μm以下の粒子径のAl_2O_3及び2.0
μm以下の粒子径のTiC3〜40重量%を混合し、更
に、2μm以下のSi_3N_4微粒子3〜40重量%
を混合し、成形した後、1500℃以上で焼成すること
を特徴とする請求項1記載のセラミックス複合材料の製
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2190844A JPH0477356A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2190844A JPH0477356A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0477356A true JPH0477356A (ja) | 1992-03-11 |
Family
ID=16264713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2190844A Pending JPH0477356A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0477356A (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01188454A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Koichi Niihara | 高強度複合セラミック焼結体 |
-
1990
- 1990-07-20 JP JP2190844A patent/JPH0477356A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01188454A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Koichi Niihara | 高強度複合セラミック焼結体 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2671945B2 (ja) | 超塑性炭化ケイ素焼結体とその製造方法 | |
JPS5924751B2 (ja) | 焼結成形体 | |
JPH04130049A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH02141466A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
WO2020133585A1 (zh) | 一种过渡金属硼化物硬质材料及其制备方法 | |
JPH0477356A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH0477355A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH0477353A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JP2979703B2 (ja) | 複合セラミックス材料及びその製造方法 | |
JP2664759B2 (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH0477354A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH04149062A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
IL44318A (en) | Alumina carbide ceramic material | |
JP3223822B2 (ja) | MgO複合セラミックス及びその製造方法 | |
JP2664760B2 (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH04130048A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPS647030B2 (ja) | ||
JPH05194022A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JP2526598B2 (ja) | 窒化ケイ素セラミックスの製造方法 | |
JP2664764B2 (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH05319910A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH02164779A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH02255560A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPS6011261A (ja) | セラミツクス焼結体の製造方法 | |
JPH04149063A (ja) | セラミックス複合材料及びその製造方法 |