JPH0648835A - Ａｌ２Ｏ３／Ｂ４Ｃ／ＳｉＣ複合材料 - Google Patents
Ａｌ２Ｏ３／Ｂ４Ｃ／ＳｉＣ複合材料Info
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- JPH0648835A JPH0648835A JP4087500A JP8750092A JPH0648835A JP H0648835 A JPH0648835 A JP H0648835A JP 4087500 A JP4087500 A JP 4087500A JP 8750092 A JP8750092 A JP 8750092A JP H0648835 A JPH0648835 A JP H0648835A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
- C04B35/117—Composites
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- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
- C04B35/651—Thermite type sintering, e.g. combustion sintering
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価な出発材料を使用する、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4
Ｃ及びＳｉＣを含有するセラミックの製造方法を提供す
ること。 【構成】（ａ） ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの源泉を
組合せて混合物を形成させ； （ｂ） 該混合物を締固めて成形体とし； （ｃ） 該成形体を加熱し、それによって該源泉を反応
させてＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを形成させ、 （ｄ） 該反応した成形体を緻密化する ことを特徴とするＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを含有す
るセラミックの製造方法。
Ｃ及びＳｉＣを含有するセラミックの製造方法を提供す
ること。 【構成】（ａ） ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの源泉を
組合せて混合物を形成させ； （ｂ） 該混合物を締固めて成形体とし； （ｃ） 該成形体を加熱し、それによって該源泉を反応
させてＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを形成させ、 （ｄ） 該反応した成形体を緻密化する ことを特徴とするＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを含有す
るセラミックの製造方法。
Description
【０００１】
【発明の背景】構造セラミック材料は一般に、高い機械
的強度及び硬度ならびに低い重量のために、高性能材料
の応用において多くの有利性を有している。これらの特
徴は、たとえば車輌の装甲のような軍事用途における使
用に対して、これらのセラミック材料の多くを魅力的な
ものとする。これらの材料に対する多くの非軍事用途は
探索と実用が始まったばかりである。
的強度及び硬度ならびに低い重量のために、高性能材料
の応用において多くの有利性を有している。これらの特
徴は、たとえば車輌の装甲のような軍事用途における使
用に対して、これらのセラミック材料の多くを魅力的な
ものとする。これらの材料に対する多くの非軍事用途は
探索と実用が始まったばかりである。
【０００２】残念なことに、大部分の構造セラミック材
料の大きな欠点は高価なことである。高い価格は、軍事
と非軍事の両用途において、これらの材料の使用を制限
する。
料の大きな欠点は高価なことである。高い価格は、軍事
と非軍事の両用途において、これらの材料の使用を制限
する。
【０００３】多くの構造セラミック材料の高い価格は、
成形して緻密化することによって構造セラミック部品を
形成させるための出発セラミック粉末の高い価格が原因
の一部であるものと思われる。出発粉末は、大きなエネ
ルギーを要する方法によって又は高純度粉末を製造する
ために適したその他の費用のかかる方法によって製造す
ることが多い。一般に、最終セラミック部品の性能を最
高とするためには出発粉末の不純物含量を最低限度とす
ることが好ましい。
成形して緻密化することによって構造セラミック部品を
形成させるための出発セラミック粉末の高い価格が原因
の一部であるものと思われる。出発粉末は、大きなエネ
ルギーを要する方法によって又は高純度粉末を製造する
ために適したその他の費用のかかる方法によって製造す
ることが多い。一般に、最終セラミック部品の性能を最
高とするためには出発粉末の不純物含量を最低限度とす
ることが好ましい。
【０００４】二三の従来の方法はセラミック複合材料の
形成において化学反応を用いている。米国特許第４,８
７９,２６２号においては、Ｂ、Ｃ及びＴｉ又はそれら
の水素化物又は酸化物粉末を含有する粉末成形体を形成
させることによってＢ4Ｃ−ＴｉＢ2複合材料を調製し
た。次いでこの混合物を燃焼させてＢ4Ｃ−ＴｉＢ2とし
た。この方法において用いた反応物は、なおかなりの価
格を伴っている。その上、装甲用として有利な性質を有
しているＡｌ2Ｏ3−ＳｉＣ−Ｂ4Ｃ複合材料の製造を示
している明白な開示は、いままでのところ存在していな
い。
形成において化学反応を用いている。米国特許第４,８
７９,２６２号においては、Ｂ、Ｃ及びＴｉ又はそれら
の水素化物又は酸化物粉末を含有する粉末成形体を形成
させることによってＢ4Ｃ−ＴｉＢ2複合材料を調製し
た。次いでこの混合物を燃焼させてＢ4Ｃ−ＴｉＢ2とし
た。この方法において用いた反応物は、なおかなりの価
格を伴っている。その上、装甲用として有利な性質を有
しているＡｌ2Ｏ3−ＳｉＣ−Ｂ4Ｃ複合材料の製造を示
している明白な開示は、いままでのところ存在していな
い。
【０００５】言うまでもなく、構造セラミックに付随す
るこのような費用を低下させることは、きわめて望まし
いことである。実際に、構造セラミックを一層広い非軍
事用途において使用するためには原価の低下が必要であ
る。
るこのような費用を低下させることは、きわめて望まし
いことである。実際に、構造セラミックを一層広い非軍
事用途において使用するためには原価の低下が必要であ
る。
【０００６】
【発明の要約】本発明は、高価格構造セラミックのこれ
らの問題のいくつかを克服する。すなわち、本発明は安
価な出発材料を使用する、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣ
を含有するある種のセラミック組成物及び焼結したセラ
ミックの製造を包含する。
らの問題のいくつかを克服する。すなわち、本発明は安
価な出発材料を使用する、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣ
を含有するある種のセラミック組成物及び焼結したセラ
ミックの製造を包含する。
【０００７】一局面において、本発明はＡｌ2Ｏ3、Ｂ4
Ｃ及びＳｉＣ組成物を製造するための方法を包含する
が、この方法は （ａ） ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの源泉（source
s）を組合わせて混合物を形成させ、且つ （ｂ） 混合物を加熱し、それによって原料を反応させ
てＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを形成させる ことから成つている。
Ｃ及びＳｉＣ組成物を製造するための方法を包含する
が、この方法は （ａ） ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの源泉（source
s）を組合わせて混合物を形成させ、且つ （ｂ） 混合物を加熱し、それによって原料を反応させ
てＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを形成させる ことから成つている。
【０００８】もう一つの局面においては、本発明はＡｌ
2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを含有する緻密な材料を製造す
るための方法を包含するが、この方法は （ａ） ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの源泉を組合せて
混合物を形成させ； （ｂ） 該混合物を締固めて成形体とし； （ｃ） 該成形体を加熱し、それによって該源泉を反応
させてＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを形成させ、 （ｄ） 該反応した成形体を緻密化する ことから成っている。
2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを含有する緻密な材料を製造す
るための方法を包含するが、この方法は （ａ） ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの源泉を組合せて
混合物を形成させ； （ｂ） 該混合物を締固めて成形体とし； （ｃ） 該成形体を加熱し、それによって該源泉を反応
させてＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを形成させ、 （ｄ） 該反応した成形体を緻密化する ことから成っている。
【０００９】本発明はさらにＡｌ２Ｏ３、Ｂ４Ｃ及びＳ
ｉＣを含有するセラミック組成物及び 緻密なセラミッ
クを包含する。
ｉＣを含有するセラミック組成物及び 緻密なセラミッ
クを包含する。
【００１０】本発明の方法はＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、アルミ
ニウム及び炭素の源泉を組合わせることによる最初の反
応物混合物の形成を包含する。次いでこの混合物を場合
によっては成形するか又は締固めてもよい。次いで反応
物混合物を加熱して下式に示すような反応を開始させ
る： ３ＳｉＯ2＋２Ｂ2Ｏ3＋８Ａｌ→４Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ4Ｃ＋３
ＳｉＣ 実際の反応物混合物の組成と反応条件に依存して、他の
反応が生じることもある。
ニウム及び炭素の源泉を組合わせることによる最初の反
応物混合物の形成を包含する。次いでこの混合物を場合
によっては成形するか又は締固めてもよい。次いで反応
物混合物を加熱して下式に示すような反応を開始させ
る： ３ＳｉＯ2＋２Ｂ2Ｏ3＋８Ａｌ→４Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ4Ｃ＋３
ＳｉＣ 実際の反応物混合物の組成と反応条件に依存して、他の
反応が生じることもある。
【００１１】混合物が反応してＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳ
ｉＣを含有する組成物が生成し終れば、次いでその混合
物を緻密化して緻密なセラミックを形成させることがで
きる。
ｉＣを含有する組成物が生成し終れば、次いでその混合
物を緻密化して緻密なセラミックを形成させることがで
きる。
【００１２】反応物源泉は反応に対して望ましい元素又
は化合物を提供するが望ましくない量の他の元素又は化
合物を含有していない何らかの源泉とすることができ
る。ＳｉＯ2源は、たとえば、砂、シリカヒューム、け
い酸などのような、任意の通常の源泉を用いることがで
きる。酸化ほう素源は酸化ほう素粉末であることが好ま
しい。酸化ほう素源は低含水量を有していることが好ま
しい。アルミニウム源はアルミニウム金属粉であること
が好ましい。炭素源は炭素粉（たとえばカーボンブラッ
ク）又は炭化しうる結合剤とすることができる。
は化合物を提供するが望ましくない量の他の元素又は化
合物を含有していない何らかの源泉とすることができ
る。ＳｉＯ2源は、たとえば、砂、シリカヒューム、け
い酸などのような、任意の通常の源泉を用いることがで
きる。酸化ほう素源は酸化ほう素粉末であることが好ま
しい。酸化ほう素源は低含水量を有していることが好ま
しい。アルミニウム源はアルミニウム金属粉であること
が好ましい。炭素源は炭素粉（たとえばカーボンブラッ
ク）又は炭化しうる結合剤とすることができる。
【００１３】当初の反応物混合物の割合は前記の式の化
学量論とは異なっていてもよい。その上、たとえば焼結
助剤又は不活性物質（たとえば充填剤）のような他の材
料を初期反応物混合物中に混入させてもよい。反応物混
合物に過剰の金属アルミニウムを添加することによって
サーメットを形成させることができる。さらに、混合物
の成形を容易にするために反応物混合物に揮発性の結合
剤を加えてもよい。
学量論とは異なっていてもよい。その上、たとえば焼結
助剤又は不活性物質（たとえば充填剤）のような他の材
料を初期反応物混合物中に混入させてもよい。反応物混
合物に過剰の金属アルミニウムを添加することによって
サーメットを形成させることができる。さらに、混合物
の成形を容易にするために反応物混合物に揮発性の結合
剤を加えてもよい。
【００１４】反応物は、炭化できる結合剤を使用しない
限りは、当初は粉末状であることが好ましい。反応物粉
末は、たとえば乾式摩砕又は非水湿式摩砕のような通常
の方法によって混合することができる。反応物混合系は
任意の常用の手段を用いて成形又は締固めることができ
る。
限りは、当初は粉末状であることが好ましい。反応物粉
末は、たとえば乾式摩砕又は非水湿式摩砕のような通常
の方法によって混合することができる。反応物混合系は
任意の常用の手段を用いて成形又は締固めることができ
る。
【００１５】次いで反応物混合物を加熱して所望の反応
を開始させる。反応は最終的に反応生成物（すなわち、
Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣ）の緻密化をもたらす焼成
スケジュールの一部として生じさせることができる。該
反応の間に混合物に圧力を加えることができる。このよ
うな焼成スケジュールは緻密化温度以下で十分に時間を
置くことによって、密緻化以前の反応の実質的な完了を
確実にすることが好ましい。
を開始させる。反応は最終的に反応生成物（すなわち、
Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣ）の緻密化をもたらす焼成
スケジュールの一部として生じさせることができる。該
反応の間に混合物に圧力を加えることができる。このよ
うな焼成スケジュールは緻密化温度以下で十分に時間を
置くことによって、密緻化以前の反応の実質的な完了を
確実にすることが好ましい。
【００１６】緻密化は、たとえばホットプレス又は無圧
力焼結のような通常の方法によって達成することができ
る。一好適実施形態においては、反応物混合物をホット
プレスの金型中に装填してホットプレス中でその場で反
応を行なわせる。反応した組成物を次いでホットプレス
によって緻密化する。好適なホットプレス温度は少なく
とも約１６００℃である。好適なホットプレス圧力は少
なくとも約１０００ｐｓｉ、一層好ましくは約４０００
ｐｓｉである。
力焼結のような通常の方法によって達成することができ
る。一好適実施形態においては、反応物混合物をホット
プレスの金型中に装填してホットプレス中でその場で反
応を行なわせる。反応した組成物を次いでホットプレス
によって緻密化する。好適なホットプレス温度は少なく
とも約１６００℃である。好適なホットプレス圧力は少
なくとも約１０００ｐｓｉ、一層好ましくは約４０００
ｐｓｉである。
【００１７】以下の実施例は単に本発明の例証のための
ものである。本発明は実施例記載の反応物、工程又は結
果に限定されるものではないことを了解すべきである。
ものである。本発明は実施例記載の反応物、工程又は結
果に限定されるものではないことを了解すべきである。
【００１８】
【実施例】実施例１ 前記の式に相当する化学量論的比率を有するＳｉＯ2、
Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの粉末混合物を、イソプロピルアル
コール中で各粉末をボールミルにかけることによって、
調製した。この混合物を真空乾燥したのち、１００メッ
シュのふるいを通してふるった。
Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの粉末混合物を、イソプロピルアル
コール中で各粉末をボールミルにかけることによって、
調製した。この混合物を真空乾燥したのち、１００メッ
シュのふるいを通してふるった。
【００１９】次いで混合物を真空下に１６００℃で４０
００ｐｓｉにおいてホットプレスした。１６００℃への
加熱の間に所望の反応が生じた。かくして得た焼結した
セラミックは４７,０００ｐｓｉの強度、１６６１のク
ヌープ硬度（３００ｇの荷重）、及びＳｉＣ粗粒吹付侵
食試験においてダイアモナイトＰ−８５ Ａｌ2Ｏ3より
も４３％低い体積損失を有していた。
００ｐｓｉにおいてホットプレスした。１６００℃への
加熱の間に所望の反応が生じた。かくして得た焼結した
セラミックは４７,０００ｐｓｉの強度、１６６１のク
ヌープ硬度（３００ｇの荷重）、及びＳｉＣ粗粒吹付侵
食試験においてダイアモナイトＰ−８５ Ａｌ2Ｏ3より
も４３％低い体積損失を有していた。
【００２０】実施例２ 上記実施例１に従って反応物粉末混合物を調製した。こ
の混合物を５００ｍｍＨｇのアルゴン下に１６００℃で
４０００ｐｓｉにおいて１時間ホットプレスした。１６
００℃への加熱の間に所望の反応が生じた。かくして得
た焼結したセラミックは約８５,０００ｐｓｉの強度、
１６００（１００ｇの荷重）のクヌープ硬度、及びＳｉ
Ｃ粗粒吹付侵食試験においてダイアモナイトＰ−８５
Ａｌ2Ｏ3よりも４１％少ない体積損失を有していた。
の混合物を５００ｍｍＨｇのアルゴン下に１６００℃で
４０００ｐｓｉにおいて１時間ホットプレスした。１６
００℃への加熱の間に所望の反応が生じた。かくして得
た焼結したセラミックは約８５,０００ｐｓｉの強度、
１６００（１００ｇの荷重）のクヌープ硬度、及びＳｉ
Ｃ粗粒吹付侵食試験においてダイアモナイトＰ−８５
Ａｌ2Ｏ3よりも４１％少ない体積損失を有していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤツク・ハリソン・エンロー アメリカ合衆国メリーランド州21045コロ ンビア・ウインターパスチユアウエイ8522
Claims (10)
- 【請求項１】 Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを包含する
ことを特徴とする緻密なセラミック材料。 - 【請求項２】 該材料は本質的にＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及び
ＳｉＣから成る請求の範囲第１項記載の緻密なセラミッ
ク。 - 【請求項３】（ａ） ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ及びＣの源
泉を組合せて混合物を形成させ； （ｂ） 該混合物を締固めて成形体とし； （ｃ） 該成形体を加熱し、それによって該源泉を反応
させてＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを形成させ、 （ｄ） 該反応した成形体を緻密化する ことを特徴とするＡｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ及びＳｉＣを含有す
る緻密な材料の製造方法。 - 【請求項４】 締固めの前に該混合物に焼結助剤を添加
する請求の範囲第３項記載の方法。 - 【請求項５】 該緻密化はホットプレスによって行う請
求の範囲第３項記載の方法。 - 【請求項６】 該緻密化は圧力なしの焼結によって行う
請求の範囲第３項記載の方法。 - 【請求項７】 段階（ｃ）における該反応は反応： 【化１】３ＳｉＯ2＋２Ｂ2Ｏ3＋８Ａｌ→４Ａｌ2Ｏ3＋
Ｂ4Ｃ＋３ＳｉＣ を包含する請求の範囲第３項記載の方法。 - 【請求項８】 該源泉の少なくとも一つを化学量論的な
割合よりも過剰に存在させる請求の範囲第６項記載の方
法。 - 【請求項９】 該源泉の少なくとも一つを化学量論的な
割合よりも過剰に存在させる請求の範囲第７項記載の方
法。 - 【請求項１０】 約８５,０００ｐｓｉの強度及び１０
０グラムの荷重を用いて測定した少なくとも約１６００
のクヌープ硬度を有する請求の範囲第２項記載の緻密な
セラミック。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/674,830 US5164345A (en) | 1991-03-21 | 1991-03-21 | Al2 O3 /B4 C/SiC composite |
| US674830 | 1991-03-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0648835A true JPH0648835A (ja) | 1994-02-22 |
Family
ID=24708049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4087500A Pending JPH0648835A (ja) | 1991-03-21 | 1992-03-12 | Ａｌ２Ｏ３／Ｂ４Ｃ／ＳｉＣ複合材料 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5164345A (ja) |
| EP (1) | EP0504786A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0648835A (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5258337A (en) * | 1992-06-18 | 1993-11-02 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Reaction processing of AlN/B4 C composites |
| US5322824A (en) * | 1993-05-27 | 1994-06-21 | Chia Kai Y | Electrically conductive high strength dense ceramic |
| DE4424402C1 (de) * | 1994-07-11 | 1996-07-04 | Bayer Ag | Borsubphosphid-Aluminiumoxid-Verbundmaterialien, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
| US5894066A (en) * | 1998-01-12 | 1999-04-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Boron carbride/silicon carbide ceramics |
| US6417126B1 (en) * | 2000-02-24 | 2002-07-09 | C-Max Technology, Inc. | Ceramics and process for producing |
| JP4490816B2 (ja) | 2002-08-23 | 2010-06-30 | ジェームズ ハーディー インターナショナル ファイナンス ベスローテン フェンノートシャップ | 合成中空小球体 |
| MXPA05003691A (es) | 2002-10-07 | 2005-11-17 | James Hardie Int Finance Bv | Material mixto de fibrocemento de densidad media durable. |
| AU2003901529A0 (en) * | 2003-03-31 | 2003-05-01 | James Hardie International Finance B.V. | A durable high performance fibre cement product and method of making the same |
| US20100192808A1 (en) * | 2003-08-25 | 2010-08-05 | Amlan Datta | Synthetic Microspheres and Methods of Making Same |
| US20090156385A1 (en) * | 2003-10-29 | 2009-06-18 | Giang Biscan | Manufacture and use of engineered carbide and nitride composites |
| US7998571B2 (en) * | 2004-07-09 | 2011-08-16 | James Hardie Technology Limited | Composite cement article incorporating a powder coating and methods of making same |
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| AU2006216407A1 (en) | 2005-02-24 | 2006-08-31 | James Hardie Technology Limited | Alkali resistant glass compositions |
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