JPH06321641A - 複合セラミックス - Google Patents
複合セラミックスInfo
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- JPH06321641A JPH06321641A JP5109051A JP10905193A JPH06321641A JP H06321641 A JPH06321641 A JP H06321641A JP 5109051 A JP5109051 A JP 5109051A JP 10905193 A JP10905193 A JP 10905193A JP H06321641 A JPH06321641 A JP H06321641A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱衝撃性に優れた複合セラミックスを提供
する。 【構成】窒化アルミニウムと窒化ホウ素と酸化マグネシ
ウムとYを含む希土類酸化物からなり、前記窒化アルミ
ニウムが35〜80wt%、窒化ホウ素が2〜45wt
%、酸化マグネシウムが0.5〜25wt%、Yを含む
希土類酸化物が0.5〜20wt%からなる。
する。 【構成】窒化アルミニウムと窒化ホウ素と酸化マグネシ
ウムとYを含む希土類酸化物からなり、前記窒化アルミ
ニウムが35〜80wt%、窒化ホウ素が2〜45wt
%、酸化マグネシウムが0.5〜25wt%、Yを含む
希土類酸化物が0.5〜20wt%からなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な複合セラミックス
に関し、特に耐熱衝撃性が必要とされる部分に用いる構
造材料に関するものである。
に関し、特に耐熱衝撃性が必要とされる部分に用いる構
造材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より耐熱衝撃性に優れたセラミック
スとしては、コーディエライト、チタン酸アルミニウム
等が一般的である。コーディエライトとは、MgO−A
l2O3−SiO2系からなるセラミックスのことであ
る。(特公昭54−1564号公報)これらは耐熱衝撃
温度差としては充分であるが、機会的強度に劣るため耐
熱衝撃性が必要とされる部分に用いる場合、利用分野が
限定される。他に耐熱衝撃性に優れたセラミックスとし
ては窒化ホウ素(BN)や窒化ケイ素(Si3N4)焼結
体が知られている。しかし、前者は耐熱衝撃性に優れる
が機械的強度及び耐摩耗性に劣り、後者は耐摩耗性に優
れるが耐熱衝撃性に劣るという欠点を有していた。
スとしては、コーディエライト、チタン酸アルミニウム
等が一般的である。コーディエライトとは、MgO−A
l2O3−SiO2系からなるセラミックスのことであ
る。(特公昭54−1564号公報)これらは耐熱衝撃
温度差としては充分であるが、機会的強度に劣るため耐
熱衝撃性が必要とされる部分に用いる場合、利用分野が
限定される。他に耐熱衝撃性に優れたセラミックスとし
ては窒化ホウ素(BN)や窒化ケイ素(Si3N4)焼結
体が知られている。しかし、前者は耐熱衝撃性に優れる
が機械的強度及び耐摩耗性に劣り、後者は耐摩耗性に優
れるが耐熱衝撃性に劣るという欠点を有していた。
【0003】このためBNとSi3N4を複合化させて両
者の欠点を補う努力がなされている。例えば、窒化ホウ
素と窒化珪素からなる複合セラミックス(特開昭56−
120575号公報)、βーサイアロンと窒化ホウ素か
らなる複合セラミックス(特開昭60−145963号
公報)、βーサイアロンと電融アルミナと窒化ホウ素か
らなる複合セラミックス(特開平2−255247号公
報)、βーサイアロンと酸化ジルコニウムと窒化ホウ素
からなる複合セラミックス(特開平2−255248号
公報)等が提案されている。しかし、Si3N4には溶鋼
と接触すると化学的に反応し溶損するという欠点があ
る。
者の欠点を補う努力がなされている。例えば、窒化ホウ
素と窒化珪素からなる複合セラミックス(特開昭56−
120575号公報)、βーサイアロンと窒化ホウ素か
らなる複合セラミックス(特開昭60−145963号
公報)、βーサイアロンと電融アルミナと窒化ホウ素か
らなる複合セラミックス(特開平2−255247号公
報)、βーサイアロンと酸化ジルコニウムと窒化ホウ素
からなる複合セラミックス(特開平2−255248号
公報)等が提案されている。しかし、Si3N4には溶鋼
と接触すると化学的に反応し溶損するという欠点があ
る。
【0004】そこで、溶融金属に対し化学的に安定な窒
化アルミニウム(AlN)と窒化ホウ素とを複合化し耐
溶損性を改良したセラミックスが提案されている。例え
ば、窒化ホウ素と窒化アルミニウムと窒化ケイ素からな
る複合セラミックス(特開昭56−129666号公
報、特開昭60−51669号公報)である。しかしな
がらこれらも10wt%以上の窒化珪素を含んでいるた
め、充分な耐溶損性は得られていない。そこで最近で
は、窒化ケイ素を含まず窒化ホウ素と窒化アルミニウム
からなる複合セラミックスも提案されている。例えば、
窒化ホウ素と窒化アルミニウムとY2O3からなる複合セ
ラミックス(特開平1−246178号公報)、窒化ホ
ウ素と窒化アルミニウムとCa化合物からなる複合セラ
ミックス(特開平1−261279号公報)、窒化ホウ
素と窒化アルミニウムとCaO、Y2O3からなる複合セ
ラミックス(特開平1−261279号公報)、窒化ア
ルミニウムと窒化ホウ素と3CaO・Al2O3からなる
複合セラミックス(特開平3−252367号公報)な
どがある。窒化アルミニウムは高熱伝導性材料として知
られているように、構造材料としての特性の内、耐摩耗
性には優れるが機械的強度が劣り、かつ耐熱衝撃性が劣
る。そのためこれらの複合セラミックスは耐溶損性は改
善されるが機械的強度が低下し、特に熱衝撃後の機械的
強度に問題が生じる。また、このように種々のセラミッ
クスが耐熱衝撃性に優れるセラミックスとして開示され
ているが、熱衝撃後の機械的強度である曲げ強さに関す
る記載はない。
化アルミニウム(AlN)と窒化ホウ素とを複合化し耐
溶損性を改良したセラミックスが提案されている。例え
ば、窒化ホウ素と窒化アルミニウムと窒化ケイ素からな
る複合セラミックス(特開昭56−129666号公
報、特開昭60−51669号公報)である。しかしな
がらこれらも10wt%以上の窒化珪素を含んでいるた
め、充分な耐溶損性は得られていない。そこで最近で
は、窒化ケイ素を含まず窒化ホウ素と窒化アルミニウム
からなる複合セラミックスも提案されている。例えば、
窒化ホウ素と窒化アルミニウムとY2O3からなる複合セ
ラミックス(特開平1−246178号公報)、窒化ホ
ウ素と窒化アルミニウムとCa化合物からなる複合セラ
ミックス(特開平1−261279号公報)、窒化ホウ
素と窒化アルミニウムとCaO、Y2O3からなる複合セ
ラミックス(特開平1−261279号公報)、窒化ア
ルミニウムと窒化ホウ素と3CaO・Al2O3からなる
複合セラミックス(特開平3−252367号公報)な
どがある。窒化アルミニウムは高熱伝導性材料として知
られているように、構造材料としての特性の内、耐摩耗
性には優れるが機械的強度が劣り、かつ耐熱衝撃性が劣
る。そのためこれらの複合セラミックスは耐溶損性は改
善されるが機械的強度が低下し、特に熱衝撃後の機械的
強度に問題が生じる。また、このように種々のセラミッ
クスが耐熱衝撃性に優れるセラミックスとして開示され
ているが、熱衝撃後の機械的強度である曲げ強さに関す
る記載はない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は窒化アルミニ
ウムと窒化ホウ素からなる複合セラミックスにおいて、
耐溶損性に優れ、かつ耐熱衝撃性に優れる、具体的には
熱衝撃が加えられた後も高い曲げ強度を有する複合セラ
ミックスを提供することを目的とするものである。
ウムと窒化ホウ素からなる複合セラミックスにおいて、
耐溶損性に優れ、かつ耐熱衝撃性に優れる、具体的には
熱衝撃が加えられた後も高い曲げ強度を有する複合セラ
ミックスを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、耐熱衝撃性に
優れ、具体的には熱衝撃が加えられた後も高い曲げ強度
を有する複合セラミックスとするために、窒化アルミニ
ウムが35〜80wt%、窒化ホウ素が2〜30wt
%、酸化マグネシウムが0.5〜25wt%、Yを含む
希土類酸化物の一種または2種以上が0.5〜20wt
%からなる構成とした。また、前記複合セラミックスの
内の希土類酸化物が酸化ディスプロシウムであることが
特に好ましい。前記複合セラミックスの耐熱衝撃性とし
て、温度差1000℃の熱衝撃後においても曲げ強さが
15MPa以上を得ることができる。そのためには、非
酸化性雰囲気中において1600℃〜2100℃で焼結
することが好ましい。
優れ、具体的には熱衝撃が加えられた後も高い曲げ強度
を有する複合セラミックスとするために、窒化アルミニ
ウムが35〜80wt%、窒化ホウ素が2〜30wt
%、酸化マグネシウムが0.5〜25wt%、Yを含む
希土類酸化物の一種または2種以上が0.5〜20wt
%からなる構成とした。また、前記複合セラミックスの
内の希土類酸化物が酸化ディスプロシウムであることが
特に好ましい。前記複合セラミックスの耐熱衝撃性とし
て、温度差1000℃の熱衝撃後においても曲げ強さが
15MPa以上を得ることができる。そのためには、非
酸化性雰囲気中において1600℃〜2100℃で焼結
することが好ましい。
【0007】
【作用】本発明において、窒化アルミニウムは耐摩耗性
および耐溶損性の向上効果を有する。窒化アルミニウム
が35wt%より少ないと耐摩耗性および耐溶損性向上
効果が充分でなく、また80wt%を越えると充分な耐
熱衝撃性が得られない。したがって、35〜80wt%
とする。
および耐溶損性の向上効果を有する。窒化アルミニウム
が35wt%より少ないと耐摩耗性および耐溶損性向上
効果が充分でなく、また80wt%を越えると充分な耐
熱衝撃性が得られない。したがって、35〜80wt%
とする。
【0008】窒化ホウ素は耐熱衝撃性向上のために添加
される。しかし、2wt%より少ないと充分な耐熱衝撃
性が得られず、また45wt%より多いと温度差100
0℃の熱衝撃後の曲げ強さが15MPaより小さくな
り、構造部材としての使用が限定される。したがって、
窒化ホウ素は2〜45wt%とする。なお、窒化ホウ素
は、炭化ホウ素として添加し、窒素中雰囲気などの焼結
によって窒化ホウ素としてもよい。
される。しかし、2wt%より少ないと充分な耐熱衝撃
性が得られず、また45wt%より多いと温度差100
0℃の熱衝撃後の曲げ強さが15MPaより小さくな
り、構造部材としての使用が限定される。したがって、
窒化ホウ素は2〜45wt%とする。なお、窒化ホウ素
は、炭化ホウ素として添加し、窒素中雰囲気などの焼結
によって窒化ホウ素としてもよい。
【0009】酸化マグネシウムは耐溶損性向上のためと
耐熱衝撃性及び緻密化を助けるために添加される。酸化
マグネシウムが0.5wt%より少ないと耐溶損性の向
上及び緻密化に効果がなく、また25wt%より多いと
耐熱衝撃性が低下する。したがって、0.5〜25wt
%とする。
耐熱衝撃性及び緻密化を助けるために添加される。酸化
マグネシウムが0.5wt%より少ないと耐溶損性の向
上及び緻密化に効果がなく、また25wt%より多いと
耐熱衝撃性が低下する。したがって、0.5〜25wt
%とする。
【0010】Yを含む希土類酸化物は焼結助剤である。
Yを含む希土類酸化物が0.5wt%より少ないと焼結
助剤としての効果が得られない。20wt%より多いと
耐熱衝撃性に問題が生じる。したがって、Yを含む希土
類酸化物の1種または2種以上で0.5〜20wt%と
する。なお、緻密化を促進させ、より耐溶損性を向上さ
せるためには酸化ディスプロシウムを使用することがよ
り好ましい。以上の構成からなる複合セラミックスは、
温度差1000℃の熱衝撃を加えられた後の曲げ強さが
15MPa以上の耐熱衝撃性を有し、熱衝撃を受ける構
造部材としての使用が可能である。
Yを含む希土類酸化物が0.5wt%より少ないと焼結
助剤としての効果が得られない。20wt%より多いと
耐熱衝撃性に問題が生じる。したがって、Yを含む希土
類酸化物の1種または2種以上で0.5〜20wt%と
する。なお、緻密化を促進させ、より耐溶損性を向上さ
せるためには酸化ディスプロシウムを使用することがよ
り好ましい。以上の構成からなる複合セラミックスは、
温度差1000℃の熱衝撃を加えられた後の曲げ強さが
15MPa以上の耐熱衝撃性を有し、熱衝撃を受ける構
造部材としての使用が可能である。
【0011】
【実施例】本発明を実施例をあげてさらに具体的に説明
する。窒化アルミニウムを35〜80wt%、窒化ホウ
素が2〜15wt%、酸化マグネシウムが0.5〜25
wt%、Yを含む希土類酸化物が0.5〜20wt%の
範囲内において配合した原料粉末を、エタノールを分散
媒としてボールミルで混合し、得られた混合粉を成形
後、焼結した。焼結は窒素雰囲気中、1800℃の温度
にて1時間保持することによって行った。各焼結体の組
成を表1〜4に示す。得られた焼結体から曲げ試験片を
作製した。熱衝撃後の曲げ強さは、曲げ試験片を100
0℃に加熱後、0℃の水中に投下急冷した後に測定し
た。比較のために前記範囲外の組成による焼結体を作製
し同様に評価した。曲げ強さの試験方法はJIS R
1601に記載されている方法に基づいて4点曲げにて
測定した。以上の結果を表1〜4にあわせて示す。表1
〜4から、本発明の複合セラミックスは温度差1000
℃の熱衝撃が加えられた後も曲げ強さが15MPa以上
であることがわかる。また、希土類酸化物として酸化デ
ィスプロシウムを用いた場合特に高い耐熱衝撃性が得ら
れることがわかる。
する。窒化アルミニウムを35〜80wt%、窒化ホウ
素が2〜15wt%、酸化マグネシウムが0.5〜25
wt%、Yを含む希土類酸化物が0.5〜20wt%の
範囲内において配合した原料粉末を、エタノールを分散
媒としてボールミルで混合し、得られた混合粉を成形
後、焼結した。焼結は窒素雰囲気中、1800℃の温度
にて1時間保持することによって行った。各焼結体の組
成を表1〜4に示す。得られた焼結体から曲げ試験片を
作製した。熱衝撃後の曲げ強さは、曲げ試験片を100
0℃に加熱後、0℃の水中に投下急冷した後に測定し
た。比較のために前記範囲外の組成による焼結体を作製
し同様に評価した。曲げ強さの試験方法はJIS R
1601に記載されている方法に基づいて4点曲げにて
測定した。以上の結果を表1〜4にあわせて示す。表1
〜4から、本発明の複合セラミックスは温度差1000
℃の熱衝撃が加えられた後も曲げ強さが15MPa以上
であることがわかる。また、希土類酸化物として酸化デ
ィスプロシウムを用いた場合特に高い耐熱衝撃性が得ら
れることがわかる。
【0012】さらに、得られた焼結体の耐酸化性、耐溶
融鉄性を評価した。評価方法は、耐酸化性の場合、焼結
体を1400℃×20h、大気中にて熱処理した時の焼
結体表面積に対する酸化増量(mg/cm2)とした。
耐溶融鉄性の場合、5×5×5mmに切り出したSS4
1を焼結体の上に置き、1500℃×1h、真空中の条
件にて熱処理し、焼結体上に広がったSS41の形状を
高さ/幅で整理した。この値が大きいほど溶融鉄が濡れ
にくく耐溶融鉄性が高いことを示す。以上の結果を表5
に示す。表5から本発明の複合セラミックスは耐酸化
性、耐溶融鉄性にも優れることが明かとなった。
融鉄性を評価した。評価方法は、耐酸化性の場合、焼結
体を1400℃×20h、大気中にて熱処理した時の焼
結体表面積に対する酸化増量(mg/cm2)とした。
耐溶融鉄性の場合、5×5×5mmに切り出したSS4
1を焼結体の上に置き、1500℃×1h、真空中の条
件にて熱処理し、焼結体上に広がったSS41の形状を
高さ/幅で整理した。この値が大きいほど溶融鉄が濡れ
にくく耐溶融鉄性が高いことを示す。以上の結果を表5
に示す。表5から本発明の複合セラミックスは耐酸化
性、耐溶融鉄性にも優れることが明かとなった。
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【表5】
【0013】
【発明の効果】以上説明のように、本発明複合セラミッ
クスは、耐溶損性に優れ、かつ耐熱衝撃性にも優れる。
クスは、耐溶損性に優れ、かつ耐熱衝撃性にも優れる。
Claims (3)
- 【請求項1】 窒化アルミニウムが35〜80wt%、
窒化ホウ素が2〜45wt%、酸化マグネシウムが0.
5〜25wt%、Yを含む希土類元素の酸化物が一種ま
たは2種以上が0.5〜20wt%からなるこを特徴と
する複合セラミックス。 - 【請求項2】 前記希土類酸化物が酸化ディスプロシウ
ムである請求項1記載の複合セラミックス。 - 【請求項3】 前記複合セラミックスが温度差1000
℃の熱衝撃において、曲げ強さが15MPa以上である
請求項1または2に記載の複合セラミックス。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10905193A JP3419495B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 複合セラミックス |
US08/241,331 US5457075A (en) | 1993-05-11 | 1994-05-11 | Sintered ceramic composite and molten metal contact member produced therefrom |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10905193A JP3419495B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 複合セラミックス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06321641A true JPH06321641A (ja) | 1994-11-22 |
JP3419495B2 JP3419495B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=14500368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10905193A Expired - Fee Related JP3419495B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 複合セラミックス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3419495B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002530263A (ja) * | 1998-11-19 | 2002-09-17 | ベスビウス クルーシブル カンパニー | 複合材料 |
KR100918190B1 (ko) * | 2005-04-22 | 2009-09-22 | 주식회사 코미코 | 치밀질 질화알루미늄 소결체, 그 제조 방법 및 상기소결체를 이용한 반도체 제조용 부재 |
CN113929469A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-01-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种抗摔陶瓷材料及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100917778B1 (ko) * | 2005-04-22 | 2009-09-21 | 주식회사 코미코 | 치밀질 질화알루미늄 소결체, 그 제조 방법 및 상기소결체를 이용한 반도체 제조용 부재 |
-
1993
- 1993-05-11 JP JP10905193A patent/JP3419495B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002530263A (ja) * | 1998-11-19 | 2002-09-17 | ベスビウス クルーシブル カンパニー | 複合材料 |
KR100918190B1 (ko) * | 2005-04-22 | 2009-09-22 | 주식회사 코미코 | 치밀질 질화알루미늄 소결체, 그 제조 방법 및 상기소결체를 이용한 반도체 제조용 부재 |
CN113929469A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-01-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种抗摔陶瓷材料及其制备方法 |
CN113929469B (zh) * | 2021-11-15 | 2022-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种抗摔陶瓷材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3419495B2 (ja) | 2003-06-23 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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