JPH06157152A - 繊維強化複合傾斜材料およびその製造方法 - Google Patents
繊維強化複合傾斜材料およびその製造方法Info
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- JPH06157152A JPH06157152A JP4305464A JP30546492A JPH06157152A JP H06157152 A JPH06157152 A JP H06157152A JP 4305464 A JP4305464 A JP 4305464A JP 30546492 A JP30546492 A JP 30546492A JP H06157152 A JPH06157152 A JP H06157152A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】材料全体の強度を高く維持しながら、特に耐摩
耗性および高靭性を必要とする部位のみを重点的に繊維
強化した複合傾斜材料およびその簡易な製造方法を提供
する。 【構成】マトリックス３ａを形成するセラミックス原料
粉末と、セラミックス繊維４ａと、焼結助剤等の添加剤
とを分散媒に添加混合して粘度が常温で２５０cP以下の
組成が均一な泥漿を調製し、この泥漿を鋳込み成形法に
よって処理して所定形状の成形体を形成し、成形体中に
おけるセラミックス繊維４ａの沈降作用によって、その
沈降方向にセラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成成
形体を調製し、得られた傾斜組成成形体を脱脂焼結する
ことを特徴とする。また泥漿粘度を１００〜４００ｃＰ
に設定することにより、内部と外部とで繊維含有量が異
なる傾斜組成成形体とする。さらに粘度を１００〜２５
０ｃＰに設定することにより、繊維の吸水面方向への配
向および重力沈降による配向が同時に得られ、さらに複
雑な傾斜組成が得られる。
耗性および高靭性を必要とする部位のみを重点的に繊維
強化した複合傾斜材料およびその簡易な製造方法を提供
する。 【構成】マトリックス３ａを形成するセラミックス原料
粉末と、セラミックス繊維４ａと、焼結助剤等の添加剤
とを分散媒に添加混合して粘度が常温で２５０cP以下の
組成が均一な泥漿を調製し、この泥漿を鋳込み成形法に
よって処理して所定形状の成形体を形成し、成形体中に
おけるセラミックス繊維４ａの沈降作用によって、その
沈降方向にセラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成成
形体を調製し、得られた傾斜組成成形体を脱脂焼結する
ことを特徴とする。また泥漿粘度を１００〜４００ｃＰ
に設定することにより、内部と外部とで繊維含有量が異
なる傾斜組成成形体とする。さらに粘度を１００〜２５
０ｃＰに設定することにより、繊維の吸水面方向への配
向および重力沈降による配向が同時に得られ、さらに複
雑な傾斜組成が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は繊維含有量が部位により
異なる繊維強化複合傾斜材料およびその製造方法に係
り、特に自動車エンジン摺動部品などのように高靭性お
よび耐摩耗性を要求される構造部材として好適な繊維強
化複合傾斜材料およびその製造方法に関する。
異なる繊維強化複合傾斜材料およびその製造方法に係
り、特に自動車エンジン摺動部品などのように高靭性お
よび耐摩耗性を要求される構造部材として好適な繊維強
化複合傾斜材料およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マトリックスおよび繊維のように機能が
異なった材料間の組成を段階的または連続的に変化（傾
斜）させて複合化した繊維強化複合傾斜材料が広く注目
を集めている。この複合傾斜材料の実現により、単一の
材料では得られなかった複数の機能を有効に併せ持つこ
とが可能になった。
異なった材料間の組成を段階的または連続的に変化（傾
斜）させて複合化した繊維強化複合傾斜材料が広く注目
を集めている。この複合傾斜材料の実現により、単一の
材料では得られなかった複数の機能を有効に併せ持つこ
とが可能になった。
【０００３】従来、セラミックス焼結体から成るマトリ
ックス中にセラミックス繊維を分散させた繊維強化複合
傾斜材料は、マトリックスとなるセラミックス原料粉末
とセラミックス繊維とを多段階の混合比で配合して組成
が異なる複数の原料混合体を調製し、この原料混合体を
何層も積み重ねた状態で脱脂焼成して製造される。
ックス中にセラミックス繊維を分散させた繊維強化複合
傾斜材料は、マトリックスとなるセラミックス原料粉末
とセラミックス繊維とを多段階の混合比で配合して組成
が異なる複数の原料混合体を調製し、この原料混合体を
何層も積み重ねた状態で脱脂焼成して製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
繊維強化複合傾斜材料では、製造方法が極めて複雑であ
る上に、原料混合体を積み重ねた部位において不連続な
組織が形成され易く、この部位から破壊が進行し易い欠
点があった。
繊維強化複合傾斜材料では、製造方法が極めて複雑であ
る上に、原料混合体を積み重ねた部位において不連続な
組織が形成され易く、この部位から破壊が進行し易い欠
点があった。
【０００５】またセラミックス繊維として比較的直径や
長さが大きい繊維まで使用されていたため、マトリック
ス中に繊維を均一に分散させることが困難であり、また
マトリックス中において繊維同士が凝集して欠陥を生じ
易い問題点があった。また繊維による耐摩耗性向上を図
るべく繊維の含有量を一定量以上に高めると焼結の進行
が不充分となり、複合材料全体としての強度が低下して
しまう欠点があった。
長さが大きい繊維まで使用されていたため、マトリック
ス中に繊維を均一に分散させることが困難であり、また
マトリックス中において繊維同士が凝集して欠陥を生じ
易い問題点があった。また繊維による耐摩耗性向上を図
るべく繊維の含有量を一定量以上に高めると焼結の進行
が不充分となり、複合材料全体としての強度が低下して
しまう欠点があった。
【０００６】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、材料全体の強度を高く維持しなが
ら、特に耐摩耗性および高靭性を必要とする部位のみを
重点的に繊維強化した複合傾斜材料およびその簡易な製
造方法を提供することを目的とする。
されたものであり、材料全体の強度を高く維持しなが
ら、特に耐摩耗性および高靭性を必要とする部位のみを
重点的に繊維強化した複合傾斜材料およびその簡易な製
造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため、セラミックス繊維の形状が分散性に及ぼ
す影響を実験により確認する一方、セラミックス繊維の
含有量を場所により変化させる成形法を種々検討した。
達成するため、セラミックス繊維の形状が分散性に及ぼ
す影響を実験により確認する一方、セラミックス繊維の
含有量を場所により変化させる成形法を種々検討した。
【０００８】その結果、マトリックスを構成するセラミ
ックス原料粉末と、焼結助剤等の添加剤と、所定寸法範
囲のセラミックス短繊維とを分散媒中に添加して泥漿
（スラリー、スリップ）を調製し、さらに泥漿の粘度を
所定値以下に調整した上で鋳込み成形したときに、泥漿
中のセラミックス短繊維が配向しながら成形乾燥される
間に、セラミックス短繊維自身の自重によって沈降し、
沈降する上下方向において、セラミックス短繊維の含有
量が異なる、いわゆる傾斜組成を有する成形体が得られ
た。また鋳込み成形型に上記低粘度の泥漿を鋳込むこと
により、泥漿中のセラミックス短繊維が鋳型の吸水面に
対して配向する性質を利用して、上記範囲のスラリー粘
度に調整することによって、吸水面付近により多くのセ
ラミックス短繊維が集合して、外部と内部とにおいてセ
ラミックス短繊維含有量が異なる傾斜組成を有する成形
体を容易に形成することができた。
ックス原料粉末と、焼結助剤等の添加剤と、所定寸法範
囲のセラミックス短繊維とを分散媒中に添加して泥漿
（スラリー、スリップ）を調製し、さらに泥漿の粘度を
所定値以下に調整した上で鋳込み成形したときに、泥漿
中のセラミックス短繊維が配向しながら成形乾燥される
間に、セラミックス短繊維自身の自重によって沈降し、
沈降する上下方向において、セラミックス短繊維の含有
量が異なる、いわゆる傾斜組成を有する成形体が得られ
た。また鋳込み成形型に上記低粘度の泥漿を鋳込むこと
により、泥漿中のセラミックス短繊維が鋳型の吸水面に
対して配向する性質を利用して、上記範囲のスラリー粘
度に調整することによって、吸水面付近により多くのセ
ラミックス短繊維が集合して、外部と内部とにおいてセ
ラミックス短繊維含有量が異なる傾斜組成を有する成形
体を容易に形成することができた。
【０００９】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本発明に係る繊維強化複合傾斜材料
は、セラミックス焼結体から成るマトリックス中に、直
径が０．１μｍ以上５０μｍ以下で長さが２０μｍ以上
２０mm以下のセラミックス繊維を分散し、マトリックス
中におけるセラミックス繊維の含有量が位置により異な
ることを特徴とする。
のである。すなわち本発明に係る繊維強化複合傾斜材料
は、セラミックス焼結体から成るマトリックス中に、直
径が０．１μｍ以上５０μｍ以下で長さが２０μｍ以上
２０mm以下のセラミックス繊維を分散し、マトリックス
中におけるセラミックス繊維の含有量が位置により異な
ることを特徴とする。
【００１０】また本発明の繊維強化複合傾斜材料の製造
方法は、マトリックスを形成するセラミックス原料粉末
と、セラミックス繊維と、焼結助剤等の添加剤とを分散
媒に添加混合して粘度が常温で２５０ｃＰ以下の組成が
均一な泥漿を調製し、この泥漿を鋳込み成形法によって
処理して所定形状の成形体を形成し、成形体中における
セラミックス繊維の沈降作用によって、その沈降方向に
セラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成成形体を調製
し、得られた傾斜組成成形体を脱脂焼結することを特徴
とする。
方法は、マトリックスを形成するセラミックス原料粉末
と、セラミックス繊維と、焼結助剤等の添加剤とを分散
媒に添加混合して粘度が常温で２５０ｃＰ以下の組成が
均一な泥漿を調製し、この泥漿を鋳込み成形法によって
処理して所定形状の成形体を形成し、成形体中における
セラミックス繊維の沈降作用によって、その沈降方向に
セラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成成形体を調製
し、得られた傾斜組成成形体を脱脂焼結することを特徴
とする。
【００１１】さらに、鋳込み成形型内に粘度が１００〜
４００ｃＰの範囲の泥漿を鋳込むことにより、鋳込み成
形型の分散媒吸収面近傍にセラミックス繊維を配向せし
め、内部と外部とでセラミックス繊維含有量が異なる傾
斜組成成形体を調製し、得られた傾斜組成成形体を脱脂
焼結してもよい。
４００ｃＰの範囲の泥漿を鋳込むことにより、鋳込み成
形型の分散媒吸収面近傍にセラミックス繊維を配向せし
め、内部と外部とでセラミックス繊維含有量が異なる傾
斜組成成形体を調製し、得られた傾斜組成成形体を脱脂
焼結してもよい。
【００１２】ここで上記セラミックス成形体およびセラ
ミックス焼結体のマトリックスを構成するセラミックス
原料粉末としては、炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）、窒化けい素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、窒化ほ
う素（ＢＮ）等の非酸化物系の汎用セラミックス原料や
アルミナ、ジルコニア、チタニア、ムライト、ベリリ
ア、コージェライト、ジルコン、サイアロン、フェライ
トなどの酸化物系の汎用セラミックス原料が１種または
２種以上混合して使用される。さらに上記セラミックス
原料粉末には、イットリア、酸化セリウム、炭酸マグネ
シウム、炭酸カルシウムもしくは珪酸等の公知慣用の焼
結助剤やＬｉ2 Ｏ，ＢａＯ，Ｔａ2 Ｏ3 、Ｐｔもしくは
Ｐｄなどの電気的性質を変化させるような各種の添加剤
が添加される。
ミックス焼結体のマトリックスを構成するセラミックス
原料粉末としては、炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）、窒化けい素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、窒化ほ
う素（ＢＮ）等の非酸化物系の汎用セラミックス原料や
アルミナ、ジルコニア、チタニア、ムライト、ベリリ
ア、コージェライト、ジルコン、サイアロン、フェライ
トなどの酸化物系の汎用セラミックス原料が１種または
２種以上混合して使用される。さらに上記セラミックス
原料粉末には、イットリア、酸化セリウム、炭酸マグネ
シウム、炭酸カルシウムもしくは珪酸等の公知慣用の焼
結助剤やＬｉ2 Ｏ，ＢａＯ，Ｔａ2 Ｏ3 、Ｐｔもしくは
Ｐｄなどの電気的性質を変化させるような各種の添加剤
が添加される。
【００１３】またセラミックス焼結体から成るマトリッ
クス中に分散させるセラミックス繊維はマトリックス基
地の耐摩耗性および靭性強度を高めるために、セラミッ
クス原料粉末に対して最大値で４０重量％以下の割合で
含有される。含有量が４０重量％を超える過量となる
と、各繊維周囲に均一にマトリックス基地を配置するこ
とが困難になり、複合傾斜材料の強度特性が急激に低下
してしまう。好ましい含有量は５〜３０重量％の範囲で
ある。セラミックス繊維の具体例としては、炭素繊維、
Ａｌ2 Ｏ3 系繊維、ＳｉＣ系繊維、Ｓｉ3 Ｎ4 系繊維、
ＢＮ系繊維、SiCウィスカー、Ｓｉ3 Ｎ4 ウィスカー、
Ａｌ2 Ｏ3 ウィスカーなどがあり、このうちの１種また
は２種以上が混合して使用される。
クス中に分散させるセラミックス繊維はマトリックス基
地の耐摩耗性および靭性強度を高めるために、セラミッ
クス原料粉末に対して最大値で４０重量％以下の割合で
含有される。含有量が４０重量％を超える過量となる
と、各繊維周囲に均一にマトリックス基地を配置するこ
とが困難になり、複合傾斜材料の強度特性が急激に低下
してしまう。好ましい含有量は５〜３０重量％の範囲で
ある。セラミックス繊維の具体例としては、炭素繊維、
Ａｌ2 Ｏ3 系繊維、ＳｉＣ系繊維、Ｓｉ3 Ｎ4 系繊維、
ＢＮ系繊維、SiCウィスカー、Ｓｉ3 Ｎ4 ウィスカー、
Ａｌ2 Ｏ3 ウィスカーなどがあり、このうちの１種また
は２種以上が混合して使用される。
【００１４】セラミックス繊維の直径および長さはマト
リックス中の分散性や複合材料の強度特性に大きく影響
を及ぼすものであり、本発明では直径が０．１〜５０μ
ｍ、長さが２０μｍ〜２０mmの範囲のものを使用する。
直径が０．１μｍ未満の場合にはマトリックス基地の補
強効果が少なく、また直径が５０μｍを超える太い繊維
では、繊維とマトリックス基地との境界界面の整合性が
悪く、割れ等が発生し易くなるため好ましくない。
リックス中の分散性や複合材料の強度特性に大きく影響
を及ぼすものであり、本発明では直径が０．１〜５０μ
ｍ、長さが２０μｍ〜２０mmの範囲のものを使用する。
直径が０．１μｍ未満の場合にはマトリックス基地の補
強効果が少なく、また直径が５０μｍを超える太い繊維
では、繊維とマトリックス基地との境界界面の整合性が
悪く、割れ等が発生し易くなるため好ましくない。
【００１５】また繊維の長さが２０μｍ未満の場合に
は、クラック進行の抑制効果が少なく靭性の改善効果も
少なくなる。一方長さが２０mmを超えるような長大な繊
維を使用した場合には繊維がマトリックス基地中に均一
に分散しにくく、破壊の起点となる繊維の凝集が形成さ
れ易いため、強度的に好ましくない。
は、クラック進行の抑制効果が少なく靭性の改善効果も
少なくなる。一方長さが２０mmを超えるような長大な繊
維を使用した場合には繊維がマトリックス基地中に均一
に分散しにくく、破壊の起点となる繊維の凝集が形成さ
れ易いため、強度的に好ましくない。
【００１６】上記のようなセラミックス繊維を位置によ
り含有量が異なるようにマトリックス基地中に分散した
繊維強化複合傾斜材料は、例えば下記の工程によって製
造される。すなわちセラミックス原料粉末に所定量のセ
ラミックス繊維と焼結助剤、有機バインダとを添加して
混合して原料混合体を調製し、さらに原料混合体を溶媒
中に分散せしめてスラリーを調整する。
り含有量が異なるようにマトリックス基地中に分散した
繊維強化複合傾斜材料は、例えば下記の工程によって製
造される。すなわちセラミックス原料粉末に所定量のセ
ラミックス繊維と焼結助剤、有機バインダとを添加して
混合して原料混合体を調製し、さらに原料混合体を溶媒
中に分散せしめてスラリーを調整する。
【００１７】鋳込み成形時に使用する上記スラリーの粘
度は、含有するセラミックス繊維の沈降性および配向性
に大きく影響することが本発明者らによって確認されて
おり、本発明では常温で２５０ｃＰ（センチポイズ）以
下に、または１００〜４００ｃＰ範囲内に調整される。
従来法のようにスラリーの粘度が２５０ｃＰを超える粘
度で使用される場合には、成形操作時におけるスラリー
中のセラミックス繊維の沈降性が悪く、セラミックス繊
維の含有量が部位によって異なるような傾斜組成が得に
くい。また４００ｃＰを超えると成形型の吸収面に対す
るセラミックス繊維の配向も円滑に進行しない。
度は、含有するセラミックス繊維の沈降性および配向性
に大きく影響することが本発明者らによって確認されて
おり、本発明では常温で２５０ｃＰ（センチポイズ）以
下に、または１００〜４００ｃＰ範囲内に調整される。
従来法のようにスラリーの粘度が２５０ｃＰを超える粘
度で使用される場合には、成形操作時におけるスラリー
中のセラミックス繊維の沈降性が悪く、セラミックス繊
維の含有量が部位によって異なるような傾斜組成が得に
くい。また４００ｃＰを超えると成形型の吸収面に対す
るセラミックス繊維の配向も円滑に進行しない。
【００１８】一方、極めて濃度が小さく粘度が低いスラ
リーを使用する場合には成形効率が急激に低下してしま
うため、スラリーの粘度は２０ｃＰ以上に調整すること
が望ましい。
リーを使用する場合には成形効率が急激に低下してしま
うため、スラリーの粘度は２０ｃＰ以上に調整すること
が望ましい。
【００１９】こうして低粘度に調整されたスラリー（泥
漿）は鋳込み成形法（常圧および加圧成形法を含む。）
を使用して成形型内に鋳込まれ、所定形状を有する成形
体とされる。この成形時にスラリー中のセラミックス繊
維の一部は重力によって沈降し、沈降方向（上下方向）
において含有量が連続的に変化する傾斜組成を形成す
る。また分散媒のみを吸収する成形型内に上記スラリー
を鋳込んだ場合には、吸水面近傍にセラミックス繊維が
集中して配向し、繊維含有量が異なる傾斜組成が容易に
形成される。さらに上記鋳込み成形法を使用することに
より、最終製品形状に近い、いわゆるニアネットシェイ
プの成形体が得られる。次に得られた傾斜組成成形体を
乾燥脱脂後、非酸化物系セラミックスの場合にはＮ2 ガ
スやＡｒガス等の不活性ガス雰囲気内において、また酸
化物系セラミックスの場合には大気中において常圧焼結
法または雰囲気加圧焼結法により温度１３００〜２００
０℃の範囲で１〜１０時間程度焼結して繊維強化複合傾
斜材料が形成される。
漿）は鋳込み成形法（常圧および加圧成形法を含む。）
を使用して成形型内に鋳込まれ、所定形状を有する成形
体とされる。この成形時にスラリー中のセラミックス繊
維の一部は重力によって沈降し、沈降方向（上下方向）
において含有量が連続的に変化する傾斜組成を形成す
る。また分散媒のみを吸収する成形型内に上記スラリー
を鋳込んだ場合には、吸水面近傍にセラミックス繊維が
集中して配向し、繊維含有量が異なる傾斜組成が容易に
形成される。さらに上記鋳込み成形法を使用することに
より、最終製品形状に近い、いわゆるニアネットシェイ
プの成形体が得られる。次に得られた傾斜組成成形体を
乾燥脱脂後、非酸化物系セラミックスの場合にはＮ2 ガ
スやＡｒガス等の不活性ガス雰囲気内において、また酸
化物系セラミックスの場合には大気中において常圧焼結
法または雰囲気加圧焼結法により温度１３００〜２００
０℃の範囲で１〜１０時間程度焼結して繊維強化複合傾
斜材料が形成される。
【００２０】
【作用】上記構成に係る繊維強化複合傾斜材料およびそ
の製造方法によれば、従来の繊維と比較して直径および
長さが小さいセラミックス短繊維を使用しているため、
マトリックス中における繊維の分散性が良好であり、繊
維同士の凝集が少なく、強度が高い複合傾斜材料が得ら
れる。
の製造方法によれば、従来の繊維と比較して直径および
長さが小さいセラミックス短繊維を使用しているため、
マトリックス中における繊維の分散性が良好であり、繊
維同士の凝集が少なく、強度が高い複合傾斜材料が得ら
れる。
【００２１】また製造方法において、セラミックス繊維
を分散させた泥漿の粘度を常温で２５０ｃＰ以下に調整
したり、また１００〜４００ｃＰの範囲に調整して鋳込
み成形することにより、セラミックス繊維の重力による
沈降や成形型の吸水面方向への配向が起こり易くなり、
位置によりセラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成を
有する成形体を容易に形成することができ、この成形体
を焼成して複合傾斜材料が製造される。特に泥漿粘度を
１００〜２５０ｃＰに設定することにより、ひとつの成
形体において、セラミックス繊維の吸水面方向への配向
と重力沈降による下方面への配向が同時に得られ、繊維
濃度が複雑に傾斜した複合材料が得られる。
を分散させた泥漿の粘度を常温で２５０ｃＰ以下に調整
したり、また１００〜４００ｃＰの範囲に調整して鋳込
み成形することにより、セラミックス繊維の重力による
沈降や成形型の吸水面方向への配向が起こり易くなり、
位置によりセラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成を
有する成形体を容易に形成することができ、この成形体
を焼成して複合傾斜材料が製造される。特に泥漿粘度を
１００〜２５０ｃＰに設定することにより、ひとつの成
形体において、セラミックス繊維の吸水面方向への配向
と重力沈降による下方面への配向が同時に得られ、繊維
濃度が複雑に傾斜した複合材料が得られる。
【００２２】すなわち鋳込み成形時に成形体の吸水面付
近または下方付近の繊維濃度を大きくできるため、材料
全体のうち、特に衝撃が作用する部位および摺動部位に
ついてセラミックス繊維含有量を相対的に高め、局部的
に高靭性化および耐摩耗化を図ることが容易であり、セ
ラミックス繊維の少量添加により、材料特性を向上させ
ることができる。すなわち強化材としてのセラミックス
繊維の添加量が少ないため、繊維の分散性も良く、凝集
による欠陥発生も少なくなり、さらに焼結性も向上する
ため、緻密な複合傾斜材料を容易に製造できる。
近または下方付近の繊維濃度を大きくできるため、材料
全体のうち、特に衝撃が作用する部位および摺動部位に
ついてセラミックス繊維含有量を相対的に高め、局部的
に高靭性化および耐摩耗化を図ることが容易であり、セ
ラミックス繊維の少量添加により、材料特性を向上させ
ることができる。すなわち強化材としてのセラミックス
繊維の添加量が少ないため、繊維の分散性も良く、凝集
による欠陥発生も少なくなり、さらに焼結性も向上する
ため、緻密な複合傾斜材料を容易に製造できる。
【００２３】
【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。
照して説明する。
【００２４】実施例１〜５ 平均粒径０．７μｍのα−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末に対して、焼
結助剤として平均粒径１．２μｍのＹ2 Ｏ3 を５重量
（ｗｔ）％と、平均粒径１．０μｍのＭｇＡｌ2 Ｏ4 を
４ｗｔ％とを添加して原料粉末を調製した。一方セラミ
ックス短繊維として、表１に示すＳｉＣウィスカー（製
品名：トーカウィスカー）を用意した。上記原料粉末に
分散剤および有機バインダを５ｗｔ％添加混合した原料
混合体を分散媒としての水中に分散せしめ、水系スラリ
ーを調製した。
結助剤として平均粒径１．２μｍのＹ2 Ｏ3 を５重量
（ｗｔ）％と、平均粒径１．０μｍのＭｇＡｌ2 Ｏ4 を
４ｗｔ％とを添加して原料粉末を調製した。一方セラミ
ックス短繊維として、表１に示すＳｉＣウィスカー（製
品名：トーカウィスカー）を用意した。上記原料粉末に
分散剤および有機バインダを５ｗｔ％添加混合した原料
混合体を分散媒としての水中に分散せしめ、水系スラリ
ーを調製した。
【００２５】次にα−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末に対するＳｉＣウ
ィスカーの添加量を表１に示す範囲で変え、さらに分散
媒としての水の配合量を変えることにより、繊維添加量
および粘度がそれぞれ異なった実施例１〜５用のＳｉＣ
ウィスカー含有泥漿（スラリー、スリップ）を調製し
た。
ィスカーの添加量を表１に示す範囲で変え、さらに分散
媒としての水の配合量を変えることにより、繊維添加量
および粘度がそれぞれ異なった実施例１〜５用のＳｉＣ
ウィスカー含有泥漿（スラリー、スリップ）を調製し
た。
【００２６】次に鋳込み成形法（スリップキャスティン
グ法）に基づき、各泥漿を図１に示すように、石膏製鋳
型１の鋳込み口から注入し、縦横寸法がそれぞれ１００
mm、３０mm、高さが１００mmの平板状のＳｉ3 Ｎ4 成形
体を調製した。
グ法）に基づき、各泥漿を図１に示すように、石膏製鋳
型１の鋳込み口から注入し、縦横寸法がそれぞれ１００
mm、３０mm、高さが１００mmの平板状のＳｉ3 Ｎ4 成形
体を調製した。
【００２７】次に各Ｓｉ3 Ｎ4 成形体を自然乾燥後、Ｎ
2 ガス雰囲気中で温度６００℃で２時間脱脂した後に、
１気圧のアルゴンガス雰囲気中で温度１７００℃で６時
間常圧焼結し、それぞれ実施例１〜５に係るＳｉＣ繊維
強化複合傾斜材料を製造した。
2 ガス雰囲気中で温度６００℃で２時間脱脂した後に、
１気圧のアルゴンガス雰囲気中で温度１７００℃で６時
間常圧焼結し、それぞれ実施例１〜５に係るＳｉＣ繊維
強化複合傾斜材料を製造した。
【００２８】比較例１〜３ 表１に示すようにα−Ｓｉ3 Ｎ4 セラミックス粉末に対
するＳｉＣウィスカーの添加量をそれぞれ５，１０，１
５ｗｔ％に設定し、かつ鋳込み成形時における泥漿の粘
度を常温（２５℃）において４００ｃＰに調整した以外
は実施例１と同一条件で鋳込み成形、脱脂焼結して実施
例１と同一寸法を有する比較例１〜３に係るＳｉＣ繊維
強化複合傾斜材料を製造した。
するＳｉＣウィスカーの添加量をそれぞれ５，１０，１
５ｗｔ％に設定し、かつ鋳込み成形時における泥漿の粘
度を常温（２５℃）において４００ｃＰに調整した以外
は実施例１と同一条件で鋳込み成形、脱脂焼結して実施
例１と同一寸法を有する比較例１〜３に係るＳｉＣ繊維
強化複合傾斜材料を製造した。
【００２９】こうして製造した実施例１〜５に係るＳｉ
Ｃ繊維強化複合傾斜材料２は、図１に示すようにＳｉ3
Ｎ4 焼結体から成るマトリックス基地３中にＳｉＣウィ
スカー４が分散した構造を有している。さらにマトリッ
クス基地３の上部（Ｐ1 位置）から下部（Ｐ5 位置）に
かけてＳｉＣウィスカーの含有量が連続的に増加する傾
斜組成を有している。
Ｃ繊維強化複合傾斜材料２は、図１に示すようにＳｉ3
Ｎ4 焼結体から成るマトリックス基地３中にＳｉＣウィ
スカー４が分散した構造を有している。さらにマトリッ
クス基地３の上部（Ｐ1 位置）から下部（Ｐ5 位置）に
かけてＳｉＣウィスカーの含有量が連続的に増加する傾
斜組成を有している。
【００３０】そして実施例１〜５および比較例１〜３に
係る複合傾斜材料の厚さ方向の各位置Ｐ1 〜Ｐ5 におい
てそれぞれ試験片を切り出し、それぞれ３点曲げ強度、
破壊靭性値ＫICおよび比摩耗量をそれぞれ測定して表１
右欄に示す結果を得た。
係る複合傾斜材料の厚さ方向の各位置Ｐ1 〜Ｐ5 におい
てそれぞれ試験片を切り出し、それぞれ３点曲げ強度、
破壊靭性値ＫICおよび比摩耗量をそれぞれ測定して表１
右欄に示す結果を得た。
【００３１】表１に示す結果から明らかなように、低粘
度の泥漿を用い鋳込み成形して形成した実施例１〜５に
係る複合傾斜材料は下部（Ｐ5 位置）においてＳｉＣウ
ィスカーが密に存在するため、強度および靭性が高く、
優れた耐摩耗性を示すことが判明した。
度の泥漿を用い鋳込み成形して形成した実施例１〜５に
係る複合傾斜材料は下部（Ｐ5 位置）においてＳｉＣウ
ィスカーが密に存在するため、強度および靭性が高く、
優れた耐摩耗性を示すことが判明した。
【００３２】一方、従来法とほぼ同様の３００ｃＰの粘
度を有する泥漿を鋳込み成形法によって調製した比較例
１〜３の複合材料においては、成形時においてＳｉＣウ
ィスカーの沈降が少なく傾斜組成が得られず、材料の上
部（Ｐ1 位置）および下部（Ｐ5 位置）において、ほぼ
同等の特性値しか得られなかった。
度を有する泥漿を鋳込み成形法によって調製した比較例
１〜３の複合材料においては、成形時においてＳｉＣウ
ィスカーの沈降が少なく傾斜組成が得られず、材料の上
部（Ｐ1 位置）および下部（Ｐ5 位置）において、ほぼ
同等の特性値しか得られなかった。
【００３３】実施例６〜１０ 実施例１〜５において調製した５種類のＳｉＣウィスカ
ー含有泥漿を、それぞれ図２に示す鋳込み成形用石膏型
１ａ，１ｂのキャビティ内に注入して縦横寸法が５０m
m、高さが３０mmの直方体状のＳｉ3 Ｎ4 成形体をそれ
ぞれ調製した。さらに各Ｓｉ3 Ｎ4 成形体をそれぞれ実
施例１〜５と同一条件で乾燥、脱脂、焼結して実施例６
〜１０に係るＳｉＣ繊維強化複合傾斜材料を製造した。
ー含有泥漿を、それぞれ図２に示す鋳込み成形用石膏型
１ａ，１ｂのキャビティ内に注入して縦横寸法が５０m
m、高さが３０mmの直方体状のＳｉ3 Ｎ4 成形体をそれ
ぞれ調製した。さらに各Ｓｉ3 Ｎ4 成形体をそれぞれ実
施例１〜５と同一条件で乾燥、脱脂、焼結して実施例６
〜１０に係るＳｉＣ繊維強化複合傾斜材料を製造した。
【００３４】得られた複合傾斜材料２ａは、図２に示す
通り、Ｓｉ3 Ｎ4 成形体から成るマトリックス基地３ａ
中にＳｉＣウィスカー４ａが分散した構造を有してい
た。さらにマトリックス基地３ａの中心（内部）位置Ｐ
1 から外側位置Ｐ5 にかけてＳｉＣウィスカー４ａの含
有量が連続的に増加する傾斜組成を有していた。すなわ
ち泥漿中の分散媒（水）５が矢印で示すように成形型１
ａ，１ｂに吸収されると同時に、成形型１ａ，１ｂの吸
水面（外側）にＳｉＣウィスカー４ａが集中的に配向し
た結果、内部と外部とにおいて、ＳｉＣウィスカー４ａ
の含有量が異なった複合傾斜材料が得られた。
通り、Ｓｉ3 Ｎ4 成形体から成るマトリックス基地３ａ
中にＳｉＣウィスカー４ａが分散した構造を有してい
た。さらにマトリックス基地３ａの中心（内部）位置Ｐ
1 から外側位置Ｐ5 にかけてＳｉＣウィスカー４ａの含
有量が連続的に増加する傾斜組成を有していた。すなわ
ち泥漿中の分散媒（水）５が矢印で示すように成形型１
ａ，１ｂに吸収されると同時に、成形型１ａ，１ｂの吸
水面（外側）にＳｉＣウィスカー４ａが集中的に配向し
た結果、内部と外部とにおいて、ＳｉＣウィスカー４ａ
の含有量が異なった複合傾斜材料が得られた。
【００３５】比較例４〜６ 表１に示すようにα−Ｓｉ3 Ｎ4 セラミックス粉末に対
するＳｉＣウィスカーの添加量をそれぞれ５，１０，１
５ｗｔ％に設定し、かつ鋳込み成形時における泥漿の粘
度を常温（２５℃）において５００ｃＰに調整した以外
は実施例６と同一条件で鋳込み成形、脱脂焼結して実施
例６と同一寸法を有する比較例４〜６に係るＳｉＣ繊維
強化複合傾斜材料を製造した。
するＳｉＣウィスカーの添加量をそれぞれ５，１０，１
５ｗｔ％に設定し、かつ鋳込み成形時における泥漿の粘
度を常温（２５℃）において５００ｃＰに調整した以外
は実施例６と同一条件で鋳込み成形、脱脂焼結して実施
例６と同一寸法を有する比較例４〜６に係るＳｉＣ繊維
強化複合傾斜材料を製造した。
【００３６】そして上記実施例６〜１０および比較例４
〜６に係る複合傾斜材料の内部中心位置Ｐ1 から外部方
向に向って最外部Ｐ5 までの各位置Ｐ1 〜Ｐ5 におい
て、それぞれ試験片を切り出し、それぞれ３点曲げ強
度、破壊靭性値ＫICおよび比摩耗量をそれぞれ測定して
表１右欄に示す結果を得た。
〜６に係る複合傾斜材料の内部中心位置Ｐ1 から外部方
向に向って最外部Ｐ5 までの各位置Ｐ1 〜Ｐ5 におい
て、それぞれ試験片を切り出し、それぞれ３点曲げ強
度、破壊靭性値ＫICおよび比摩耗量をそれぞれ測定して
表１右欄に示す結果を得た。
【００３７】
【表１】
【００３８】表１に示す結果から明らかなように、１０
０〜４００ｃＰ範囲内の比較的低粘度の泥漿を用い鋳込
み成形して形成した実施例６〜１０に係る複合傾斜材料
２ａは、内部位置Ｐ1 に比較して外部位置Ｐ5 において
ＳｉＣウィスカー４ａの含有量が大きくなるため、高靭
性でかつ優れた耐摩耗性を発揮することが確認できた。
これは成形時に泥漿中の分散媒（水）５が矢印で示すよ
うに石膏製成形型１ａ，１ｂ内に吸収される一方、その
分散媒５の流れに追従してＳｉＣウィスカー４ａが成形
型１ａ，１ｂの吸水面方向に密に配向するために吸水面
付近すなわち成形体の外表面部にＳｉＣウィスカー含有
量が高い部位が形成されるからである。
０〜４００ｃＰ範囲内の比較的低粘度の泥漿を用い鋳込
み成形して形成した実施例６〜１０に係る複合傾斜材料
２ａは、内部位置Ｐ1 に比較して外部位置Ｐ5 において
ＳｉＣウィスカー４ａの含有量が大きくなるため、高靭
性でかつ優れた耐摩耗性を発揮することが確認できた。
これは成形時に泥漿中の分散媒（水）５が矢印で示すよ
うに石膏製成形型１ａ，１ｂ内に吸収される一方、その
分散媒５の流れに追従してＳｉＣウィスカー４ａが成形
型１ａ，１ｂの吸水面方向に密に配向するために吸水面
付近すなわち成形体の外表面部にＳｉＣウィスカー含有
量が高い部位が形成されるからである。
【００３９】一方従来法とほぼ同様の５００ｃＰの粘度
を有する泥漿を使用した比較例４〜６の複合材料におい
ては、成形時内部におけるＳｉＣウィスカーの沈降や配
向が起こらないため、傾斜組成が形成されず、材料の内
部と外部とにおいて強度特性値および耐摩耗性の有意差
は確認できなかった。しかし焼結体としての密度は繊維
含有量が増加するに従って低下し、複合材料全体として
の強度は相対的に低下してしまうことが確認された。
を有する泥漿を使用した比較例４〜６の複合材料におい
ては、成形時内部におけるＳｉＣウィスカーの沈降や配
向が起こらないため、傾斜組成が形成されず、材料の内
部と外部とにおいて強度特性値および耐摩耗性の有意差
は確認できなかった。しかし焼結体としての密度は繊維
含有量が増加するに従って低下し、複合材料全体として
の強度は相対的に低下してしまうことが確認された。
【００４０】以上の実施例においては、マトリックスを
形成するセラミックス原料としてα−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末を
使用し、セラミックス繊維としてＳｉＣウィスカーを使
用した例で示しているが、本発明は上記原料に限定され
ない。すなわち、セラミックス原料としてＡｌ2 Ｏ3 、
ＳｉＣ等を使用し、またセラミックス繊維としてカーボ
ン繊維、ＳｉＣ系繊維、Ａｌ2 Ｏ3 系繊維等を使用した
場合においても、表１に示す結果と同様な傾斜組成を有
する複合材料が効率的に製造できることが実験により確
認された。
形成するセラミックス原料としてα−Ｓｉ3 Ｎ4 粉末を
使用し、セラミックス繊維としてＳｉＣウィスカーを使
用した例で示しているが、本発明は上記原料に限定され
ない。すなわち、セラミックス原料としてＡｌ2 Ｏ3 、
ＳｉＣ等を使用し、またセラミックス繊維としてカーボ
ン繊維、ＳｉＣ系繊維、Ａｌ2 Ｏ3 系繊維等を使用した
場合においても、表１に示す結果と同様な傾斜組成を有
する複合材料が効率的に製造できることが実験により確
認された。
【００４１】
【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る繊維強化複
合傾斜材料およびその製造方法によれば、従来の繊維と
比較して直径および長さが小さいセラミックス短繊維を
使用しているため、マトリックス中における繊維の分散
性が良好であり、繊維同士の凝集が少なく、強度が高い
複合傾斜材料が得られる。
合傾斜材料およびその製造方法によれば、従来の繊維と
比較して直径および長さが小さいセラミックス短繊維を
使用しているため、マトリックス中における繊維の分散
性が良好であり、繊維同士の凝集が少なく、強度が高い
複合傾斜材料が得られる。
【００４２】また製造方法において、セラミックス繊維
を分散させた泥漿の粘度を２５０cP以下に調整して鋳込
み成形することにより、セラミックス繊維の重力による
沈降や成形型の吸水面方向への配向が起こり易くなり、
位置によりセラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成を
有する成形体を容易に形成することができ、この成形体
を焼成して複合傾斜材料が製造される。
を分散させた泥漿の粘度を２５０cP以下に調整して鋳込
み成形することにより、セラミックス繊維の重力による
沈降や成形型の吸水面方向への配向が起こり易くなり、
位置によりセラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成を
有する成形体を容易に形成することができ、この成形体
を焼成して複合傾斜材料が製造される。
【００４３】さらに材料全体のうち、特に衝撃が作用す
る部位および摺動部位についてセラミックス繊維含有量
を相対的に高め、局部的に高靭性化および耐摩耗化を図
ることが容易であり、セラミックス繊維の少量添加によ
り、材料特性を向上させることができる。すなわち強化
材としてのセラミックス繊維の添加量が少ないため、繊
維の分散性も良く、凝集による欠陥発生も少なくなり、
さらに焼結性も向上するため、緻密な複合傾斜材料を容
易に製造できる。
る部位および摺動部位についてセラミックス繊維含有量
を相対的に高め、局部的に高靭性化および耐摩耗化を図
ることが容易であり、セラミックス繊維の少量添加によ
り、材料特性を向上させることができる。すなわち強化
材としてのセラミックス繊維の添加量が少ないため、繊
維の分散性も良く、凝集による欠陥発生も少なくなり、
さらに焼結性も向上するため、緻密な複合傾斜材料を容
易に製造できる。
【図１】本発明に係る繊維強化複合傾斜材料の一実施例
を示す断面図。
を示す断面図。
【図２】本発明の他の実施例を示す断面図。
１，１ａ，１ｂ 石膏製鋳型 ２，２ａ ＳｉＣ繊維強化複合傾斜材料 ３，３ａ マトリックス基地 ４，４ａ ＳｉＣウィスカー（セラミックス繊維） ５ 分散媒（水）
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックス焼結体から成るマトリック
ス中に、直径が０．１μｍ以上５０μｍ以下で長さが２
０μｍ以上２０mm以下のセラミックス繊維を分散し、マ
トリックス中におけるセラミックス繊維の含有量が位置
により異なることを特徴とする繊維強化複合傾斜材料。 - 【請求項２】 マトリックスを形成するセラミックス原
料粉末と、セラミックス繊維と、焼結助剤等の添加剤と
を分散媒に添加混合して粘度が常温で２５０ｃＰ以下の
組成が均一な泥漿を調製し、この泥漿を鋳込み成形法に
よって処理して所定形状の成形体を形成し、成形体中に
おけるセラミックス繊維の沈降作用によって、その沈降
方向にセラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成成形体
を調製し、得られた傾斜組成成形体を脱脂焼結すること
を特徴とする繊維強化複合傾斜材料の製造方法。 - 【請求項３】 マトリックスを形成するセラミックス原
料粉末と、セラミックス繊維と、焼結助剤等の添加剤と
を分散媒に添加混合して粘度が常温で１００〜４００ｃ
Ｐの組成が均一な泥漿を調製し、鋳込み成形型内に上記
泥漿を鋳込むことにより、鋳込み成形型の分散媒吸収面
近傍にセラミックス繊維を配向せしめ、内部と外部とで
セラミックス繊維含有量が異なる傾斜組成成形体を調製
し、得られた傾斜組成成形体を脱脂焼結することを特徴
とする繊維強化複合傾斜材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4305464A JPH06157152A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 繊維強化複合傾斜材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4305464A JPH06157152A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 繊維強化複合傾斜材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06157152A true JPH06157152A (ja) | 1994-06-03 |
Family
ID=17945466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4305464A Pending JPH06157152A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 繊維強化複合傾斜材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06157152A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005132651A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックス焼結体、切削インサート、および切削工具 |
| WO2014060374A1 (de) * | 2012-10-16 | 2014-04-24 | Ceramtec Gmbh | Keramik und verfahren zur herstellung |
| CN114351134A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-04-15 | 兆山科技（北京）有限公司 | 一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层及制备方法 |
| CN117467168A (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-30 | 肥城三合工程材料有限公司 | 一种吸音复合材料的制备工艺 |
-
1992
- 1992-11-16 JP JP4305464A patent/JPH06157152A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005132651A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックス焼結体、切削インサート、および切削工具 |
| WO2014060374A1 (de) * | 2012-10-16 | 2014-04-24 | Ceramtec Gmbh | Keramik und verfahren zur herstellung |
| CN114351134A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-04-15 | 兆山科技（北京）有限公司 | 一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层及制备方法 |
| CN114351134B (zh) * | 2021-11-23 | 2023-10-31 | 兆山科技（北京）有限公司 | 一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层及制备方法 |
| CN117467168A (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-30 | 肥城三合工程材料有限公司 | 一种吸音复合材料的制备工艺 |
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