JPH0533292B2 - - Google Patents
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- JPH0533292B2 JPH0533292B2 JP60106937A JP10693785A JPH0533292B2 JP H0533292 B2 JPH0533292 B2 JP H0533292B2 JP 60106937 A JP60106937 A JP 60106937A JP 10693785 A JP10693785 A JP 10693785A JP H0533292 B2 JPH0533292 B2 JP H0533292B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、セラミツク複合材の製造方法に関
する。
する。
従来の技術
アルミナ系セラミツク材料は硬さ、機械的強
度、耐熱性、化学的安定性等に優れており、また
SiCやSi3N4のセラミツク材料と比較しても耐熱
性が劣つておらず、しかも安価に得られることか
ら、工業用セラミツク材料として広く用いられて
いる。
度、耐熱性、化学的安定性等に優れており、また
SiCやSi3N4のセラミツク材料と比較しても耐熱
性が劣つておらず、しかも安価に得られることか
ら、工業用セラミツク材料として広く用いられて
いる。
従来、アルミナ系セラミツク製品は、単結晶フ
アイバーを除き、粉体を所定形状に成形したのち
に焼成するか、あるいは成形と焼成を同時に行う
ことによつて製造していた。
アイバーを除き、粉体を所定形状に成形したのち
に焼成するか、あるいは成形と焼成を同時に行う
ことによつて製造していた。
発明が解決しようとする問題点
従来のアルミナ系セラミツク材料には次のよう
な欠点があつた。
な欠点があつた。
(1) 硬いため加工性が劣る。
(2) 脆性の強い材料であるため衝撃に弱い。一般
的にいつて、セラミツク材料は破壊靭性値が金
属に比べて大巾に劣つている。
的にいつて、セラミツク材料は破壊靭性値が金
属に比べて大巾に劣つている。
(3) 複雑形状の製品を精密に成形加工するのが困
難である。
難である。
(4) 焼成温度が1500〜1900℃と高い。
(5) 焼成収縮が大きい。
(6) 耐熱衝撃性が小さい。
(7) 金属に比べて潤滑性が劣つている。
このような欠点があるため、アルミナ系セラミ
ツク製品は、多くの優れた基本的特性を有しなが
ら、強度特性とか機械的な信頼性が厳しく要求さ
れる構造材としては使用が困難であつた。
ツク製品は、多くの優れた基本的特性を有しなが
ら、強度特性とか機械的な信頼性が厳しく要求さ
れる構造材としては使用が困難であつた。
発明の目的
この発明は、前述のような従来技術の欠点を解
消して、強度特性や機械的な信頼性を低下させず
に、しかも安価に製造できるセラミツク複合材の
製造方法を提供することを目的としている。
消して、強度特性や機械的な信頼性を低下させず
に、しかも安価に製造できるセラミツク複合材の
製造方法を提供することを目的としている。
発明の要旨
このような目的を達成するために、この発明
は、SiO2を主成分とする線状体と、SiC、Si3N4
およびAl2O3の少なくとも１種の線状体とを混合
加圧して成形体とし、その成形体にAl融液を接
触させることを特徴とするセラミツク複合材の製
造方法を要旨としている。
は、SiO2を主成分とする線状体と、SiC、Si3N4
およびAl2O3の少なくとも１種の線状体とを混合
加圧して成形体とし、その成形体にAl融液を接
触させることを特徴とするセラミツク複合材の製
造方法を要旨としている。
問題点を解決するための手段
第１図はこの発明によるセラミツク複合材の切
断面（ダイヤモンドペーストによる研磨面）のう
ち特にAl2O3−Al−Si複合体部分を示す倍率800
倍の顕微鏡写真である。
断面（ダイヤモンドペーストによる研磨面）のう
ち特にAl2O3−Al−Si複合体部分を示す倍率800
倍の顕微鏡写真である。
この発明によるセラミツク複合材にあつては、
SiO2を主成分とする線状体がAl融液との接触に
よりAl2O3−Al−Si複合体となる。
SiO2を主成分とする線状体がAl融液との接触に
よりAl2O3−Al−Si複合体となる。
なお、この明細書では「Al2O3−Al−Si系」と
いう表現は最も広義に使用しており、Al2O3、Al
およびSiが主成分であることを意味し、主成分以
外の未反応のSiO2を含むこともありうるもので
あり、すべて本発明の範囲に入る。
いう表現は最も広義に使用しており、Al2O3、Al
およびSiが主成分であることを意味し、主成分以
外の未反応のSiO2を含むこともありうるもので
あり、すべて本発明の範囲に入る。
第１図からも明らかなように、この発明による
セラミツク複合材のAl2O3−Al−Si複合体部分
は、Al2O3の複雑形状の長尺体が互いに連結され
て連続することにより全体としてマトリツクスを
構成し、そのマトリツクスにAlとSiの固溶体が
密に設けられている。
セラミツク複合材のAl2O3−Al−Si複合体部分
は、Al2O3の複雑形状の長尺体が互いに連結され
て連続することにより全体としてマトリツクスを
構成し、そのマトリツクスにAlとSiの固溶体が
密に設けられている。
第２〜４図は、それぞれ、Al2O3−Al−Si複合
体からAlとSiの固溶体を完全に除去してAl2O3の
マトリツクスのみを示す倍率1000倍、2000倍およ
び7000倍の顕微鏡写真である。第２〜４図からも
明白なように、本発明による複合体にあつては、
Al2O3の長尺体からなるマトリツクスが、全体と
して三次元網状になつている。Al2O3の長尺体が
種々の三次元方向にランダムに向くように不規則
に配置されている。しかも、Al2O3の長尺体は規
則的な一定形状でなく不規則な形状をしていて、
各々が比較的偏平になつている。
体からAlとSiの固溶体を完全に除去してAl2O3の
マトリツクスのみを示す倍率1000倍、2000倍およ
び7000倍の顕微鏡写真である。第２〜４図からも
明白なように、本発明による複合体にあつては、
Al2O3の長尺体からなるマトリツクスが、全体と
して三次元網状になつている。Al2O3の長尺体が
種々の三次元方向にランダムに向くように不規則
に配置されている。しかも、Al2O3の長尺体は規
則的な一定形状でなく不規則な形状をしていて、
各々が比較的偏平になつている。
SiC、Si3N4又はAl2O3の線状体は前述のような
Al2O3−Al−Si複合体の間に一体的に固定され
る。それゆえ、本発明によるセラミツク複合材
は、一種の繊維強化セラミツクスと言える。
Al2O3−Al−Si複合体の間に一体的に固定され
る。それゆえ、本発明によるセラミツク複合材
は、一種の繊維強化セラミツクスと言える。
この発明によるセラミツク複合材の製造方法に
ついて述べると、まずSiO2を主成分とする線状
体（例えば石英ガラスフアイバー）と、SiC、
Si3N4又はAl2O3の１種以上の線状体（例えば、
SiCウイスカー、Si3N4ウイスカー、Al2O3フアイ
バーなど）とを混合加圧して成形体をつくる。そ
して、そのような成形体を減圧下または不活性雰
囲気で高純度のAl融液中に浸漬し、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式に従つてAlと
SiO2を反応させ、成形体中の石英ガラスフアイ
バーのSiO2をAl2O3に置換する。その結果、セラ
ミツク複合材ができる。その後、Al融液からセ
ラミツク複合材を取り出し、さらに、Al融液の
温度よりも30〜200℃高い温度（たとえば780〜
950℃）で減圧中に加熱処理する。それにより、
セラミツク複合材に付着している過剰のAl融液
を揮散させるとともに、未反応のSiO2をAlと反
応させる。
ついて述べると、まずSiO2を主成分とする線状
体（例えば石英ガラスフアイバー）と、SiC、
Si3N4又はAl2O3の１種以上の線状体（例えば、
SiCウイスカー、Si3N4ウイスカー、Al2O3フアイ
バーなど）とを混合加圧して成形体をつくる。そ
して、そのような成形体を減圧下または不活性雰
囲気で高純度のAl融液中に浸漬し、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式に従つてAlと
SiO2を反応させ、成形体中の石英ガラスフアイ
バーのSiO2をAl2O3に置換する。その結果、セラ
ミツク複合材ができる。その後、Al融液からセ
ラミツク複合材を取り出し、さらに、Al融液の
温度よりも30〜200℃高い温度（たとえば780〜
950℃）で減圧中に加熱処理する。それにより、
セラミツク複合材に付着している過剰のAl融液
を揮散させるとともに、未反応のSiO2をAlと反
応させる。
なお、浸漬の代りにAl融液を加圧下で注ぎ込
むこともできる。
むこともできる。
実施例 １
第５図はこの発明によるセラミツク複合材を製
造するための反応炉の一例の概略を示している。
造するための反応炉の一例の概略を示している。
石英ガラス製の反応容器１は上部が開放されて
いて、下方部が閉じられている。その内部には高
純度カーボン製のルツボ２が配置してある。反応
容器１の上部にはシヤツター３が設けてある。シ
ヤツター３の上部には出入れ部分４が設けてあ
る。出入れ部分４の側部には別のシヤツター５が
設けてある。出入れ部分４とシヤツター３を貫通
して線状の保持器６が垂直に配装できるようにな
つている。保持器６の上部は上下駆動機構１３に
連結されていて、昇降可能になつている。保持器
６の下方部は成形体７を保持するようになつてい
る。
いて、下方部が閉じられている。その内部には高
純度カーボン製のルツボ２が配置してある。反応
容器１の上部にはシヤツター３が設けてある。シ
ヤツター３の上部には出入れ部分４が設けてあ
る。出入れ部分４の側部には別のシヤツター５が
設けてある。出入れ部分４とシヤツター３を貫通
して線状の保持器６が垂直に配装できるようにな
つている。保持器６の上部は上下駆動機構１３に
連結されていて、昇降可能になつている。保持器
６の下方部は成形体７を保持するようになつてい
る。
また、反応容器１の上方側部には排気口８が形
成してあつて、真空ポンプ９に接続してある。
成してあつて、真空ポンプ９に接続してある。
さらに、反応容器１の外側にはヒータ１０が螺
旋状に配置してある。ヒータ１０は、ルツボ２付
近に比較して、そこよりも上方のところで密に配
装して、ルツボ２の上方でより高温に加熱しうる
ようになつている。その高温加熱領域に高純度カ
ーボン製のパイプ１１が配置してある。
旋状に配置してある。ヒータ１０は、ルツボ２付
近に比較して、そこよりも上方のところで密に配
装して、ルツボ２の上方でより高温に加熱しうる
ようになつている。その高温加熱領域に高純度カ
ーボン製のパイプ１１が配置してある。
符号１２はルツボ２に収容されている純度99.9
％のAl融液を示している。
％のAl融液を示している。
なお、ルツボ２やパイプ１１を支持するための
手段は図の簡略をはかるため図示を省略してい
る。
手段は図の簡略をはかるため図示を省略してい
る。
製造にあたつては、まずSiO2を主成分とする
ウイスカ束、フアイバー束その他の線状体と、
SiCウイスカーとを混合加圧して円筒状の成形体
７をつくる。例えば、石英ガラスフアイバーと
SiCウイスカーとを混合加圧して成形体７をつく
る。しかるのち、シヤツター５を開けて、その成
形体７を保持器６の下端に取りつけ、そのあとシ
ヤツター５を閉じる。つぎはシヤツター３を開け
て、保持器６の下端を下降させることにより、そ
のような成形体７を不活性雰囲気下または10〜
15Torrの減圧下で純度99.9％のAl融液１２中に
20分だけ750℃で浸漬し、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式にしたがつてAl
と石英ガラスフアイバー中のSiO2を反応させ、
石英ガラスフアイバー中のSiO2をAl2O3に置換
し、セラミツク複合材を得る。その後、保持器６
の下端を上昇させて、Al融液１２からセラミツ
ク複合材を取り出し、さらに、パイプ１１のとこ
ろまで上昇させて、そこでAl融液１２の温度よ
りも30〜200℃高い温度（つまり780〜950℃）で
前述の減圧下で加熱処理する。
ウイスカ束、フアイバー束その他の線状体と、
SiCウイスカーとを混合加圧して円筒状の成形体
７をつくる。例えば、石英ガラスフアイバーと
SiCウイスカーとを混合加圧して成形体７をつく
る。しかるのち、シヤツター５を開けて、その成
形体７を保持器６の下端に取りつけ、そのあとシ
ヤツター５を閉じる。つぎはシヤツター３を開け
て、保持器６の下端を下降させることにより、そ
のような成形体７を不活性雰囲気下または10〜
15Torrの減圧下で純度99.9％のAl融液１２中に
20分だけ750℃で浸漬し、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式にしたがつてAl
と石英ガラスフアイバー中のSiO2を反応させ、
石英ガラスフアイバー中のSiO2をAl2O3に置換
し、セラミツク複合材を得る。その後、保持器６
の下端を上昇させて、Al融液１２からセラミツ
ク複合材を取り出し、さらに、パイプ１１のとこ
ろまで上昇させて、そこでAl融液１２の温度よ
りも30〜200℃高い温度（つまり780〜950℃）で
前述の減圧下で加熱処理する。
そのあと、保持器６の下端をさらに上昇させる
ことによりセラミツク複合材を出入れ部分４まで
上昇させ、シヤツター３を閉じる。そのあと、シ
ヤツター５を開け、セラミツク複合材を保持器６
から除去する。
ことによりセラミツク複合材を出入れ部分４まで
上昇させ、シヤツター３を閉じる。そのあと、シ
ヤツター５を開け、セラミツク複合材を保持器６
から除去する。
実施例 ２
前述の実施例１にあつては成形体７が円筒形状
のプリフオームであつたが、それに代えて、本実
施例ではプレート状の成形体を使用する。そし
て、実施例１と同一の装置を使用して成形体７を
処理する。
のプリフオームであつたが、それに代えて、本実
施例ではプレート状の成形体を使用する。そし
て、実施例１と同一の装置を使用して成形体７を
処理する。
実施例 ３
SiCウイスカーの代りにSi3N4ウイスカーを使
用し、それと石英ガラスフアイバーとの成形体７
をつくり、あとは前述の実施例１および２と同様
にして処理する。
用し、それと石英ガラスフアイバーとの成形体７
をつくり、あとは前述の実施例１および２と同様
にして処理する。
実施例 ４
SiCウイスカーの代りにAl2O3フアイバーを使
用し、それと石英ガラスフアイバーとの成形体７
をつくり、あとは前述の実施例１および２と同様
にして処理する。
用し、それと石英ガラスフアイバーとの成形体７
をつくり、あとは前述の実施例１および２と同様
にして処理する。
発明の効果
本発明によるセラミツク複合材は、機械的強
度、耐摩耗性が高いとともに、従来のセラミツク
材料に比較して靭性や潤滑性を大巾に向上させる
ことができる。したがつて、製品の大型化をはか
つても、割れの心配がなくなつた。
度、耐摩耗性が高いとともに、従来のセラミツク
材料に比較して靭性や潤滑性を大巾に向上させる
ことができる。したがつて、製品の大型化をはか
つても、割れの心配がなくなつた。
また、金属と比較すると、この発明によるセラ
ミツク複合材の比重は大巾に小さい。
ミツク複合材の比重は大巾に小さい。
応用例
本発明によるセラミツク複合材は、靭性および
軽量を必要とする航空機の構造材、防弾チヨツ
キ、戦車のそう甲板、ゴルフクラブのフエース、
バイオセラミツクス等に最適である。
軽量を必要とする航空機の構造材、防弾チヨツ
キ、戦車のそう甲板、ゴルフクラブのフエース、
バイオセラミツクス等に最適である。
また、本発明によるセラミツク複合材は、潤滑
性と耐摩耗性がよいので、メカニカルシールや、
つり糸リングに適している。
性と耐摩耗性がよいので、メカニカルシールや、
つり糸リングに適している。
また、本発明のセラミツク複合材は、AlとSi
を含有しているので、発熱体としても使用可能で
ある。
を含有しているので、発熱体としても使用可能で
ある。
第１図はこの発明によるセラミツク複合材中の
Al2O3−Al−Si複合体部分の微細構造の断面を示
す顕微鏡写真、第２〜４図は第１図に示した
Al2O3−Al−Si複合体部分のAl2O3マトリツクス
のみを示す互に倍率の異なる顕微鏡写真、第５図
は本発明方法を実施するための反応炉の一例を示
す概略説明図である。 １……反応容器、２……ルツボ、３……シヤツ
ター、５……シヤツター、４……出入れ部分、７
……成形体、１２……Al融液。
Al2O3−Al−Si複合体部分の微細構造の断面を示
す顕微鏡写真、第２〜４図は第１図に示した
Al2O3−Al−Si複合体部分のAl2O3マトリツクス
のみを示す互に倍率の異なる顕微鏡写真、第５図
は本発明方法を実施するための反応炉の一例を示
す概略説明図である。 １……反応容器、２……ルツボ、３……シヤツ
ター、５……シヤツター、４……出入れ部分、７
……成形体、１２……Al融液。
Claims (1)
- １ SiO2を主成分とする線状体と、SiC、Si3N4
およびAl2O3の少なくとも１種の線状体とを混合
加圧して成形体とし、その成形体にAl融液を接
触させることを特徴とするセラムツク複合材の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106937A JPS61266532A (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | セラミツク複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106937A JPS61266532A (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | セラミツク複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61266532A JPS61266532A (ja) | 1986-11-26 |
| JPH0533292B2 true JPH0533292B2 (ja) | 1993-05-19 |
Family
ID=14446301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60106937A Granted JPS61266532A (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | セラミツク複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61266532A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0780713B2 (ja) * | 1989-03-31 | 1995-08-30 | 宇部興産株式会社 | セラミック複合材料の製造法 |
-
1985
- 1985-05-21 JP JP60106937A patent/JPS61266532A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61266532A (ja) | 1986-11-26 |
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