JPH0549733B2 - - Google Patents
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- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、Al2O3−Al−Si系セラミツクフア
イバー成形体の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a method for producing an Al 2 O 3 --Al--Si based ceramic fiber molded body.
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。Conventional technology Alumina ceramic materials have excellent hardness, mechanical strength, heat resistance, chemical stability, etc.
It is widely used as an industrial ceramic material because it has no inferior heat resistance compared to SiC or Si 3 N 4 ceramic materials and can be obtained at low cost.
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。 Conventionally, alumina ceramic products, with the exception of single-crystal fibers, have been manufactured by molding powder into a predetermined shape and then firing it, or by performing molding and firing at the same time.
第１図に示すように、従来のアルミナ系セラミ
ツク材料は、単純形状の粒状体１がマトリツクス
を構成している。 As shown in FIG. 1, in the conventional alumina ceramic material, simple-shaped granules 1 constitute a matrix.
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。Problems to be Solved by the Invention Conventional alumina ceramic materials have the following drawbacks.
(1) 硬いため加工性が劣る。(1) It is hard and has poor workability.
(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
属に比べ大巾に劣つている。(2) Because it is a highly brittle material, it is susceptible to impact. Generally speaking, ceramic materials have significantly inferior fracture toughness values compared to metals.
(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。(3) It is difficult to precisely mold products with complex shapes.
(4) 焼成温度が1500〜1900℃と高い。(4) Firing temperature is high at 1500-1900℃.
(5) 焼成収縮が大きい。(5) Large firing shrinkage.
(6) 耐熱衝撃性が小さい。(6) Low thermal shock resistance.
(7) 金属に比べて潤滑性が劣つている。(7) Lubricity is inferior to metal.
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。 Due to these drawbacks, although alumina ceramic products have many excellent basic properties, it has been difficult to use them as structural materials that require strict strength properties and mechanical reliability.
発明の目的
本発明は、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Al2O3−Al−Si系セ
ラミツクフアイバー成形体の製造方法を提供する
ことを目的としている。Purpose of the Invention The present invention solves the drawbacks of the prior art as described above, and provides an Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber that can be manufactured at low cost without deteriorating strength characteristics or mechanical reliability. The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a molded article.
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を主成分とするグラスフアイバーをAl
で蒸着処理してグラスフアイバー中のSiO2とAl
を反応させたあと加圧成形することを特徴とする
Al2O3−Al−Si系セラミツクフアイバー成形体の
製造方法を要旨としている。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention has developed a glass fiber containing SiO 2 as a main component.
SiO 2 and Al in glass fiber by vapor deposition process
It is characterized by being pressure-molded after reacting.
The gist of this paper is a method for producing an Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded body.
問題点を解決するための手段
第２図は、この発明によるAl2O3−Al−Si系セ
ラミツクフアイバー成形体の微細構造を示す断面
図で、第３図はそのセラミツクフアイバーの切断
面（ダイヤモンドペーストによる研磨面）を示す
倍率800倍の顕微鏡写真である。Means for Solving the Problems Figure 2 is a sectional view showing the fine structure of the Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded body according to the present invention, and Figure 3 is a cross-sectional view of the ceramic fiber (diamond This is a micrograph at 800x magnification showing the surface polished by paste.
第２〜３図からも明らかなように、この発明に
よるAl2O3−Al−Si系セラミツクフアイバー成形
体の内部構造は、Al2O3の複雑形状の長尺体３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、そのマトリツクスはAl
とSiの固溶体４が密に設けられている。 As is clear from FIGS. 2 and 3, the internal structure of the Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded product according to the present invention is composed of complex-shaped long bodies 3 of Al 2 O 3 connected to each other. The series constitutes a matrix as a whole, and the matrix is Al
and a solid solution 4 of Si are densely provided.
第４〜６図は、それぞれ、本発明によるセラミ
ツクフアイバー成形体からAlとSiの固溶体４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。 Figures 4 to 6 are micrographs at magnifications of 1000x, 2000x, and 7000x, respectively, showing only a matrix of Al 2 O 3 after completely removing the solid solution 4 of Al and Si from the ceramic fiber molded body according to the present invention. It is.
第４〜６図からも明白なように、Al2O3の長尺
体３からなるマトリツクスは、全体として三次元
網状になつている。Al2O3の長尺体３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３は規則的な
一定形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。 As is clear from FIGS. 4 to 6, the matrix composed of the Al 2 O 3 elongated bodies 3 has a three-dimensional network shape as a whole. The elongated bodies 3 of Al 2 O 3 are irregularly arranged so as to be randomly oriented in various three-dimensional directions. Furthermore, the Al 2 O 3 elongated bodies 3 have irregular shapes rather than regular shapes, and are each relatively flat.
この発明によるセラミツクフアイバー成形体の
製造方法について述べると、まずSiO2を主成分
とするグラスフアイバー（例えば石英ガラスのフ
アイバー）をつくる。そして、そのようなグラス
フアイバーを減圧下でAlで蒸着処理することに
より、
4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Si
の式に従つてAlとSiO2を反応させ、グラスフア
イバー中のSiO2をAl2O3に置換する。このように
して得られたものは、Al2O3−Al−Si系セラミツ
クフアイバーであるが、それをさらにローラや型
を使用して加圧成形する。 To describe the method for producing a ceramic fiber molded article according to the present invention, first, a glass fiber (for example, a quartz glass fiber) containing SiO 2 as a main component is produced. Then, by vapor-depositing such a glass fiber with Al under reduced pressure, Al and SiO 2 are reacted according to the formula 4Al + 3SiO 2 → 2Al 2 O 3 + 3Si, and the SiO 2 in the glass fiber is converted to Al 2 O. Replace with 3 . What is thus obtained is an Al 2 O 3 --Al--Si ceramic fiber, which is further pressure-molded using rollers and molds.
この発明によるAl2O3−Al−Si系セラミツクフ
アイバー成形体の好ましい組成は、Al2O3が50〜
90重量％、Alが５〜25重量％、Siが２〜25重量
％である。このようなAl2O3−Al−Si系セラミツ
クフアイバー成形体の組成は、Alによるグラス
フアイバーへの蒸着時間を変化させることによつ
て調節することができる。 The preferred composition of the Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded article according to the present invention is that Al 2 O 3 is 50 to 50%.
90% by weight, Al from 5 to 25% by weight, and Si from 2 to 25% by weight. The composition of such an Al 2 O 3 --Al--Si ceramic fiber molded body can be adjusted by changing the time for Al to be deposited on the glass fiber.
ちなみに、Al2O3、AlおよびSiの組成を前述の
ように限定する理由について付言すれば、つぎの
とおりである。 Incidentally, the reason for limiting the compositions of Al 2 O 3 , Al and Si as described above is as follows.
(1) Siが２重量％よりも少ない場合、強度特性に
影響はないが、グラスフアイバーをAlで蒸着
する時間を極端に長くしなければならなくな
り、製造コストが上昇する。(1) When Si is less than 2% by weight, the strength properties are not affected, but the time for depositing Al on the glass fiber must be extremely long, which increases manufacturing costs.
(2) Siが25重量％よりも大きい場合、AlがSiO2
と置換しにくくなり、その結果、Al2O3のマト
リツクスが充分に生成せず、機械的強度が低く
なる。(2) When Si is greater than 25% by weight, Al is SiO 2
As a result, a sufficient Al 2 O 3 matrix is not formed, resulting in lower mechanical strength.
(3) Al2O3が50重量％より小の場合、機械的強度
および耐熱性が低く、また耐摩耗性が劣る。(3) When Al 2 O 3 is less than 50% by weight, mechanical strength and heat resistance are low, and wear resistance is also poor.
(4) Al2O3が90重量％よりも大きい場合、靭性が
劣り、脆くなる。(4) If Al 2 O 3 is greater than 90% by weight, the toughness will be poor and it will become brittle.
(5) Alが５重量％よりも少ない場合は、Al2O3お
よびSiの量が多くなり、反応が遅くなる。ま
た、靭性が劣る。(5) If Al is less than 5% by weight, the amounts of Al 2 O 3 and Si will be large and the reaction will be slow. Also, the toughness is poor.
(6) Alが25重量％よりも大きい場合、耐摩耗性
が低下する。(6) When Al is greater than 25% by weight, wear resistance decreases.
必要に応じて、この発明によるAl2O3−Al−Si
系セラミツクフアイバー成形体は加圧成形後に再
度750℃で加熱処理して使用することにより、よ
り大きな効果を得ることができる。 If necessary, Al 2 O 3 −Al−Si according to the present invention
A greater effect can be obtained by heat-treating the ceramic fiber molded body at 750°C again after pressure molding.
なお、この明細書においては、「グラスフアイ
バー」は最も広い意味で使用しているので、狭義
のグラスフアイバーのみでなく、たとえばグラス
ウール、ウイスカーその他の線状体をすべて含む
ものである。 In this specification, "glass fiber" is used in the broadest sense, and includes not only glass fiber in the narrow sense, but also all linear bodies such as glass wool, whiskers, and others.
また、本明細書では「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、すべて本発
明の範囲に入る。 Furthermore, in this specification, the expression "Al 2 O 3 -Al-Si system" is used in the broadest sense, meaning that Al 2 O 3 , Al and Si are the main components, and other than the main components are It may also contain unreacted SiO 2 , all of which are within the scope of the present invention.
実施例
第７図は、この発明によるAl2O3−Al−Si系セ
ラミツクフアイバー成形体を製造するための蒸着
装置の一例の概略を示している。Embodiment FIG. 7 schematically shows an example of a vapor deposition apparatus for manufacturing an Al 2 O 3 --Al--Si ceramic fiber molded article according to the present invention.
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、下方部は成形前の（たとえばバ
ルク状の）グラスフアイバー７を保持する。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。さらに
反応容器１の外側にはヒータ用のコイル１０が螺
旋状に配置してある。 The reaction vessel 1 made of quartz glass is open at the top and closed at the bottom. A crucible 2 made of high-purity carbon is placed inside it. A shutter 3 is provided at the top of the reaction vessel 1. At the upper part of the shutter 3, an inlet/outlet part 4 is provided. Another shutter 5 is provided on the side of the loading/unloading part 4. A linear retainer 6 can be vertically disposed by penetrating the loading/unloading portion 4 and the shutter 3. The upper part of the holder 6 is connected to the vertical drive mechanism 13, and the lower part holds the glass fiber 7 (for example, in bulk shape) before being molded. Further, an exhaust port 8 is formed in the upper side of the reaction vessel 1 and is connected to a vacuum pump 9. Furthermore, a heater coil 10 is arranged spirally outside the reaction vessel 1.
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。 Code 12 is the purity of 99.9 housed in crucible 2.
% Al melt is shown.
なお、ルツボ２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。 It should be noted that means for supporting the crucible 2 are not shown in order to simplify the drawing.
製造にあたつては、まずSiO2を主成分とする
（たとえば石英ガラス製の）グラスフアイバー７
をつくる。シヤツター５を開けて、そのグラスフ
アイバー７を保持器６の下端に取りつけ、しかる
のちシヤツター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、そのグラスフアイバー７を10〜15Torrの減
圧下または不活性雰囲気下の反応容器１内で保持
する。その間、純度99.9％のAl融液１２が加熱さ
れて蒸発し、グラスフアイバー７に蒸着する。そ
れにより、
4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Si
の式にしたがつてAlとSiO2を反応させ、グラス
フアイバー７中のSiO2をAl2O3に置換し、複合セ
ラミツクフアイバーを得る。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複合セラミ
ツクフアイバーを出入れ部分４まで上昇させ、シ
ヤツター３を閉じてからシヤツター５を開け、複
合セラミツクフアイバーを保持器６から除去す
る。 In manufacturing, first, a glass fiber 7 whose main component is SiO 2 (for example, made of quartz glass) is used.
Create. The shutter 5 is opened, the glass fiber 7 is attached to the lower end of the retainer 6, and then the shutter 5 is closed. Next is shutter 3
By opening the holder 6 and lowering the lower end of the holder 6, the glass fiber 7 is held in the reaction vessel 1 under a reduced pressure of 10 to 15 Torr or under an inert atmosphere. During this time, the Al melt 12 with a purity of 99.9% is heated and evaporated, and is deposited on the glass fiber 7. Thereby, Al and SiO 2 are reacted according to the formula 4Al+3SiO 2 →2Al 2 O 3 +3Si, and SiO 2 in the glass fiber 7 is replaced with Al 2 O 3 to obtain a composite ceramic fiber. After that, retainer 6
By further raising the lower end of the composite ceramic fiber, the composite ceramic fiber is raised to the loading/unloading part 4, the shutter 3 is closed, the shutter 5 is opened, and the composite ceramic fiber is removed from the holder 6.
こうして得られたAl2O3−Al−Si系セラミツク
フアイバーをさらに加圧成形する。たとえば、第
８図に示すように、一対のローラ１５，１６によ
りAl2O3−Al−Si系セラミツクフアイバー１７を
加圧成形してブランケツト状にしたり、あるい
は、第９図に示すように、一対の型１７，１８に
よつてAl2O3−Al−Si系セラミツクフアイバー成
形体１７を加圧成形してプレート状にする。 The Al 2 O 3 --Al--Si ceramic fiber thus obtained is further pressure-molded. For example, as shown in FIG. 8, an Al 2 O 3 --Al--Si ceramic fiber 17 is pressure-formed into a blanket shape using a pair of rollers 15 and 16, or as shown in FIG. The Al 2 O 3 --Al--Si ceramic fiber molded body 17 is pressure-molded by a pair of molds 17 and 18 into a plate shape.
発明の効果
本発明によるAl2O3−Al−Si系セラミツクフア
イバー成形体は、複雑な形状であつても容易に製
造することができるばかりでなく、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、複雑形状の製品の大型化
をはかつても、割れの心配がない。Effects of the Invention The Al 2 O 3 -Al-Si based ceramic fiber molded article according to the present invention not only can be easily manufactured even if it has a complicated shape, but also has excellent mechanical strength and
It has high wear resistance and can greatly improve toughness and lubricity compared to conventional ceramic materials. Therefore, there is no need to worry about cracking even when products with complex shapes are made larger.
また、金属と比較すると、この発明による
Al2O3−Al−Si系セラミツクフアイバー成形体の
比重は大巾に小さい。 Also, compared to metals, this invention
The specific gravity of the Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded body is extremely low.
応用例
本発明によるAl2O3−Al−Si系セラミツクフア
イバー成形体は、靭性および軽量を必要とする航
空機の構造材、オールセラミツクスのエンジン、
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。Application Examples The Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded product of the present invention can be used as an aircraft structural material that requires toughness and light weight, an all-ceramic engine,
It is ideal for bulletproof armor, tank decks, golf club faces, bioceramics, etc.
また、本発明によるAl2O3−Al−Si系セラミツ
クフアイバー成形体は、潤滑性と耐摩耗性がよい
ので、メカニカルシールや、つり糸リングとして
も最適である。 Furthermore, the Al 2 O 3 --Al--Si based ceramic fiber molded article according to the present invention has good lubricity and wear resistance, so it is ideal for use as a mechanical seal or a string ring.
また、本発明によるAl2O3−Al−Si系セラミツ
クフアイバー成形体は、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。 Furthermore, since the Al 2 O 3 --Al--Si based ceramic fiber molded article according to the present invention contains Al and Si, it can also be used as a heating element.
第１図は従来のアルミナ系セラミツク材料の微
細構造を示す断面図、第２図はこの発明による
Al2O3−Al−Si系セラミツクフアイバー成形体の
微細構造を示す断面図、第３図はこの発明による
Al2O3−Al−Si系セラミツクフアイバー成形体の
微細構造の断面を示す顕微鏡写真、第４〜６図は
第３図に示したセラミツクフアイバー成形体の
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７図は本発明方法を実施するため
の蒸着装置の一例を示す概略説明図、第８図はこ
の発明によるAl2O3−Al−Si系セラミツクフアイ
バー成形体をローラにより加圧成形する状態を示
す概略説明図、第９図はこの発明によるAl2O3−
Al−Si系セラミツクフアイバー成形体を型によ
り加圧成形する状態を示す概略説明図である。
１……反応容器、２……ルツボ、３，５……シ
ヤツター、４……出入れ部分、７……グラスフア
イバー、１２……Al融液、１７……Al2O3−Al−
Si系セラミツクフアイバー。
Figure 1 is a cross-sectional view showing the microstructure of a conventional alumina ceramic material, and Figure 2 is a cross-sectional view showing the microstructure of a conventional alumina ceramic material.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the microstructure of an Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded body according to the present invention.
Micrographs showing the cross-section of the fine structure of the Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded body, Figures 4 to 6 are micrographs of the ceramic fiber molded body shown in Figure 3.
Micrographs showing only the Al 2 O 3 matrix at different magnifications, FIG. 7 is a schematic explanatory diagram showing an example of a vapor deposition apparatus for carrying out the method of the present invention, and FIG. 8 is an Al 2 O 3 − matrix according to the present invention. A schematic explanatory diagram showing a state in which an Al-Si based ceramic fiber molded body is pressure-formed by a roller, and FIG. 9 is an Al 2 O 3 − according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing a state in which an Al--Si ceramic fiber molded body is pressure-molded using a mold. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Reaction container, 2... Crucible, 3, 5... Shutter, 4... Input/output part, 7... Glass fiber, 12... Al melt, 17... Al 2 O 3 -Al-
Si-based ceramic fiber.
Claims (1)
で蒸着処理してグラスフアイバー中のSiO2とAl
を反応させたあと加圧成形することを特徴とする
Al2O3−Al−Si系セラミツクフアイバー成形体の
製造方法。1 Glass fiber containing SiO 2 as the main component
SiO 2 and Al in glass fiber by vapor deposition process
It is characterized by being pressure-molded after reacting.
A method for producing an Al 2 O 3 -Al-Si ceramic fiber molded body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106941A JPS61266533A (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Manufacture of formed body of al2o3-al-si-type ceramic fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106941A JPS61266533A (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Manufacture of formed body of al2o3-al-si-type ceramic fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61266533A JPS61266533A (en) | 1986-11-26 |
| JPH0549733B2 true JPH0549733B2 (en) | 1993-07-27 |
Family
ID=14446404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60106941A Granted JPS61266533A (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Manufacture of formed body of al2o3-al-si-type ceramic fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61266533A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102503183A (en) * | 2011-11-06 | 2012-06-20 | 泰山玻璃纤维有限公司 | Aluminum oxide ceramic oiling roll |
-
1985
- 1985-05-21 JP JP60106941A patent/JPS61266533A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61266533A (en) | 1986-11-26 |
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