JPH0653615B2 - Manufacturing method of ceramic material - Google Patents

Manufacturing method of ceramic material

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JPH0653615B2
JPH0653615B2 JP61280507A JP28050786A JPH0653615B2 JP H0653615 B2 JPH0653615 B2 JP H0653615B2 JP 61280507 A JP61280507 A JP 61280507A JP 28050786 A JP28050786 A JP 28050786A JP H0653615 B2 JPH0653615 B2 JP H0653615B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/645Pressure sintering

Description

【発明の詳細な説明】 I 発明の背景 技術分野 本発明はセラミック材料の製造方法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic material.

先行技術とその問題点 セラミック材料は、電子材料、磁性材料、光学材料、超
硬材料および高温材料として注目され利用されてきてい
る。このようなセラミック材料の焼結に際しては、近
年、加圧焼結法が登場しており、このような焼結法は、
常温焼結法に比べて、1)焼結時の緻密化温度が低下する
こと、2)焼結温度の低下に伴い均一で粒子径が小さく、
かつ理論密度をもった焼結体を作成できるという利点が
ある。また、常圧焼結では作製不能あるいは困難なもの
も作製することが可能となる。
Prior art and its problems Ceramic materials have been noticed and used as electronic materials, magnetic materials, optical materials, superhard materials and high temperature materials. In sintering such a ceramic material, a pressure sintering method has recently appeared, and such a sintering method is
Compared to the room temperature sintering method, 1) the densification temperature at the time of sintering decreases, 2) the sintering temperature decreases and the particle size is uniform and small,
Moreover, there is an advantage that a sintered body having a theoretical density can be prepared. Further, it becomes possible to manufacture a material that cannot be manufactured or is difficult to manufacture by normal pressure sintering.

このような加圧焼結法の1つとしてホットプレス法が挙
げられる。ホットプレス法は粉体を一軸加圧する方法で
あり、これを実施するためのホットプレス装置では、パ
ンチ棒と型枠は高温加熱下において、大きな引っ張りと
圧縮荷重を受けるので、熱間強度の高い材料が要求され
る。その他、セラミック材料や雰囲気との反応、加工の
難易さなど、材料の選択には多くの問題点がある。
A hot pressing method is one of such pressure sintering methods. The hot pressing method is a method of uniaxially pressing powder.In a hot pressing device for carrying out this, the punch rod and the mold are subjected to a large tensile and compressive load under high temperature heating, so that the hot strength is high. Materials are required. In addition, there are many problems in selecting a material, such as reaction with a ceramic material or atmosphere, and difficulty of processing.

一般には高温用の型枠等として、黒鉛、アルミナ、ジル
コニア、SiCなどが使用されている。このうち、もっ
とも多く使用されているのが黒鉛で、加工が容易で潤滑
性があり、最高使用温度が他と比べて著しく高いなどの
長所を有するが、機械的強度が低く、小型化できず、大
径の材料を得ることができないなどの欠点を有する。
Generally, graphite, alumina, zirconia, SiC or the like is used as a mold for high temperature. Of these, graphite is the most widely used, has the advantages that it is easy to process, has lubricity, and has a significantly higher maximum operating temperature than others, but it has low mechanical strength and cannot be miniaturized. However, it has drawbacks such as not being able to obtain a large diameter material.

また、同時に複数のセラミック材料を焼成するには試料
と試料との間や試料と型枠との間にスペーサーやスリー
ブを用いるが、このスペーサーやスリーブの材質にも改
善を加えることにより、さらに大きなセラミック材料が
得られることが望まれている。
In addition, a spacer or a sleeve is used between the samples or between the sample and the mold to simultaneously fire a plurality of ceramic materials. It is desired to have a ceramic material.

ところで、セラミック材料の一つとしてAl−T
iC焼結体が、近年、磁気ヘッドスライダ材料として注
目されている(特開昭55−163665号等)。
By the way, as one of ceramic materials, Al 2 O 3 -T
In recent years, an iC sintered body has attracted attention as a magnetic head slider material (Japanese Patent Laid-Open No. 163665/55, etc.).

そして、このAl−TiC系材料でも、大径のセ
ラミック材料が得られないという欠点がある。加えて、
このAl−TiC系材料は離型性がきわめて悪
く、実質的にホットプレス不可能であるという欠点があ
る。
And, even with this Al 2 O 3 —TiC-based material, there is a drawback that a ceramic material having a large diameter cannot be obtained. in addition,
This Al 2 O 3 —TiC-based material has a very poor releasability and has the drawback that it cannot be hot pressed substantially.

II 発明の目的 本発明の主たる目的は、ホットプレス装置の型枠、スペ
ーサーおよびスリーブの型材の厚さを薄くすることがで
き、その結果同一外寸の型枠においても多くのAl
−TiC系セラミック材料を焼成することができ、か
つAl−TiC系セラミック材料の外径を大きく
することができ、しかも離型性が良好なセラミック材料
の製造方法を提供することにある。
II OBJECT OF THE INVENTION The main object of the present invention is to make it possible to reduce the thickness of the mold material of the hot press machine, the spacer and the sleeve, and as a result, to obtain a large amount of Al 2 O even in a mold of the same outer size.
3 -TiC based ceramic material can be fired, and Al 2 O 3 it is possible to increase the outer diameter of -TiC based ceramic material, moreover that releasing property to provide a method for manufacturing a good ceramic material is there.

III 発明の開示 このような目的は下記の本発明によって達成される。III DISCLOSURE OF THE INVENTION Such an object is achieved by the present invention described below.

すなわち、本発明はAl−TiC系焼結体をホッ
トプレス焼成する際、ホットプレス装置の型枠、スペー
サーおよびスリーブのうちの少なくとも1箇所にBN粒
子を10〜100μmの厚さにコーティングしたカーボ
ン繊維強化カーボンを使用することを特徴とするセラミ
ック材料の製造方法である。
That is, according to the present invention, when the Al 2 O 3 —TiC based sintered body is hot-press fired, BN particles are coated in a thickness of 10 to 100 μm on at least one of the mold, spacer and sleeve of the hot press machine. The method for producing a ceramic material is characterized by using the above carbon fiber reinforced carbon.

IV 発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。IV Specific Structure of the Invention Hereinafter, the specific structure of the present invention will be described in detail.

本発明のセラミック材料の製造方法においては、Al
−TiCをホットプレス焼成する際、ホットプレス
装置の型枠、スペーサーおよびスリーブのうちの少なく
とも1箇所にカーボン繊維強化カーボンを使用する。
In the method for producing a ceramic material according to the present invention, Al 2
When O 3 —TiC is hot-press fired, carbon fiber reinforced carbon is used for at least one of the mold, spacer and sleeve of the hot-press machine.

カーボン繊維強化カーボンを使用するのは、型材の強度
が増すため厚さを薄くすることが可能となり、多くのA
−TiC系セラミック材料(試料)を同時に焼
成することができ、かつセラミック材料の外径を大きく
することができるからである。
The use of carbon fiber reinforced carbon increases the strength of the mold material, which makes it possible to reduce the thickness.
l 2 O 3 can be fired -TiC based ceramic material (sample) at the same time, and because it is possible to increase the outer diameter of the ceramic material.

また、上記においてスペーサー、スリーブにBNをコー
ティングしたカーボン繊維強化カーボンを使用する。こ
のようにすることによって焼成後試料が容易に離形でき
る。
Further, in the above, the carbon fiber reinforced carbon in which the spacer and the sleeve are coated with BN is used. By doing so, the sample can be easily released after firing.

本発明において用いるカーボン繊維強化カーボンとは、
カーボン繊維を含有するグラファイトである。
Carbon fiber reinforced carbon used in the present invention,
Graphite containing carbon fibers.

グラファイト中には、径1〜80μm程度のカーボン長
繊維が40〜60wt%程度含有されるものが好ましい。
It is preferable that the graphite contains 40 to 60 wt% of carbon long fibers having a diameter of 1 to 80 μm.

またBNをカーボン繊維強化カーボンにコーティングす
るには、BNをアセトン、エタノール、1,1,1−ト
リクロロエタン等でスラリー化したものをスプレー化す
るなどして用いればよい。
Further, in order to coat the carbon fiber reinforced carbon with BN, a slurry of BN with acetone, ethanol, 1,1,1-trichloroethane or the like may be sprayed and used.

BNとしては1〜5μm程度の粒径の粒子を用いればよ
い。
As BN, particles having a particle size of about 1 to 5 μm may be used.

BN層の厚さは10〜100μm程度とする。10μm
未満ではその実効がなく、厚すぎても離型性の向上には
寄与しない。
The thickness of the BN layer is about 10 to 100 μm. 10 μm
If it is less than the above range, it is not effective, and if it is too thick, it does not contribute to improvement of releasability.

以下、本発明の製造方法を図面を用いて説明する。Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の製造方法に好ましく用いられるホッ
トプレス装置の1態様を示す部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing one embodiment of a hot press device preferably used in the manufacturing method of the present invention.

第1図に示されるように、本発明に用いられるホットプ
レス装置1は上部パンチ棒11、下部パンチ棒12、型
枠13、スリーブ14、およびスペーサー15を有す
る。
As shown in FIG. 1, the hot pressing apparatus 1 used in the present invention has an upper punch bar 11, a lower punch bar 12, a mold 13, a sleeve 14, and a spacer 15.

そして、試料2は、型枠13との直接の接触を回避する
ためスリーブ14を介し、またスペーサー15を介して
スペーサー15と交互に複数枚重ねられて型枠13内に
設置され、上部パンチ棒11および下部パンチ棒12に
よって上下方向から加圧されつつ、同時に加熱される。
この場合スリーブ14は、第1図に示されるように、テ
ーパーを有することが好ましい。着脱が容易になるから
である。
The sample 2 is placed in the mold 13 via the sleeve 14 to avoid direct contact with the mold 13, and is alternately stacked with the spacer 15 via the spacer 15 in the mold 13. While being pressed from above and below by 11 and the lower punch bar 12, they are simultaneously heated.
In this case, the sleeve 14 preferably has a taper, as shown in FIG. This is because it is easy to put on and take off.

本発明においては、スペーサーの厚さを1〜3mmとする
ことができ、従来に比べて80〜50%薄くすることが
できる。このため、同一型枠においても多く(従来に比
べて50〜30%程度多く)の試料を同時に焼成するこ
とができる。また、型枠の厚さも5〜10mmとすること
ができ、従来に比べて75〜50%薄くすることができ
る。従って試料の外径を従来に比べて40〜25%大き
くすることができる。
In the present invention, the thickness of the spacer can be 1 to 3 mm, which is 80 to 50% thinner than the conventional one. Therefore, many samples (about 50 to 30% more than in the conventional case) can be simultaneously fired even in the same mold. Further, the thickness of the mold can be 5 to 10 mm, which is 75 to 50% thinner than the conventional one. Therefore, the outer diameter of the sample can be increased by 40 to 25% as compared with the conventional one.

さらに、スペーサーおよび/またはスリーブにBNをコ
ーティングしたカーボン繊維強化カーボンを用いること
により試料の離型性が改善される。
Further, the use of carbon fiber reinforced carbon coated with BN on the spacer and / or the sleeve improves the releasability of the sample.

なお、型枠、スペーサー、スリーブ、パンチ棒等の具体
的な大きさについては所望とする試料の大きさに応じて
適宜決定すればよい。
The concrete sizes of the mold, spacer, sleeve, punch bar, etc. may be appropriately determined according to the desired size of the sample.

加熱方法は、一般に電気加熱式を適用すればよいが、具
体的には、抵抗式間接加熱、高周波式間接加熱、抵抗通
電式直接加熱、高周波式直接加熱等、適宜目的に応じて
選択すればよい。
As the heating method, generally, an electric heating type may be applied, but specifically, resistance type indirect heating, high frequency type indirect heating, resistance energization type direct heating, high frequency type direct heating, etc. may be appropriately selected according to the purpose. Good.

加熱温度は1000〜3000℃程度とする。The heating temperature is about 1000 to 3000 ° C.

加圧は、一般に油圧加圧方式を適用すればよいが、具体
的には、第1図に示すような復動式の他、単動式、側圧
式等、適宜目的に応じて選択すればよい。
For the pressurization, generally, a hydraulic pressurization method may be applied, but specifically, in addition to the double-acting type as shown in FIG. 1, a single-acting type, a lateral pressure type, etc. may be appropriately selected according to the purpose. Good.

加圧圧力は50〜1000kg/cm2程度とする。The pressurizing pressure is about 50 to 1000 kg / cm 2 .

本発明の製造方法を適用するセラミック材料は、Al
−TiC焼結体である。
The ceramic material to which the manufacturing method of the present invention is applied is Al 2
O 3 is a -TiC sintered body.

Al−TiC焼結体は、所定の割合のAl
の粉末とTiCの粉末との混合物にGa、Ba、Ce、
Nb、Ti、Mnの酸化物等の1種以上を適宜添加して
焼成してなるものであり、主として磁気ヘッドスライダ
材料として用いられるものである。
The Al 2 O 3 —TiC sintered body has a predetermined ratio of Al 2 O 3
Mixture of Ga powder, Ba powder, Ce powder, and TiC powder.
It is made by adding one or more kinds of oxides of Nb, Ti, Mn and the like as appropriate, and is mainly used as a magnetic head slider material.

その詳細については、特願昭59−278810号、同
61−144182号、同61−149225号、同6
1−150531号などに記載されている。
For details, see Japanese Patent Application Nos. 59-278810, 61-144182, 61-149225 and 6
No. 1-150531 and the like.

V 発明の具体的作用効果 本発明によれば、Al−TiC系セラミック材料
をホットプレス焼成する際、ホットプレス装置の型枠、
スペーサーおよびスリーブのうちの少なくとも1箇所に
カーボン繊維強化カーボンを使用しているため、ホット
プレス装置の型枠、スペーサー、およびスリーブの型材
の厚さを薄くすることができ、その結果同一型枠におい
ても多くのAl−TiC系セラミック材料を焼成
することができ、かつセラミック材料の外径を大きくす
ることができるAl−TiC系セラミック材料の
製造方法が得られる。
V Specific Actions and Effects of the Invention According to the present invention, when the Al 2 O 3 —TiC ceramic material is hot-press fired, the mold of the hot-press device,
Since carbon fiber reinforced carbon is used in at least one of the spacer and the sleeve, it is possible to reduce the thickness of the mold of the hot press machine, the spacer and the sleeve, and as a result, in the same mold. A large amount of Al 2 O 3 —TiC based ceramic material can be fired, and a method for producing an Al 2 O 3 —TiC based ceramic material that can increase the outer diameter of the ceramic material can be obtained.

さらに、スペーサーおよび/またはスリーブにBNをコ
ーティングしたカーボン繊維強化カーボンを使用するの
で、Al−TiC系セラミック材料の離型性が改
善される。この離型性向上は、Al−TiC焼結
体においてきわめて大きな効果をもつ。この結果、Al
−TiCのホットプレス焼結が実用可能となっ
た。そしてBNを他の材料、例えばSiCに換えたとき
にはこのような効果は実現しない。
Further, since the carbon fiber reinforced carbon having the spacer and / or the sleeve coated with BN is used, the releasability of the Al 2 O 3 —TiC based ceramic material is improved. This improvement in releasability has an extremely large effect in the Al 2 O 3 —TiC sintered body. As a result, Al
Hot pressing sintering of 2 O 3 —TiC has become practical. When BN is replaced with another material such as SiC, such an effect cannot be realized.

VI 発明の具体的実施例 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳
細に説明する。
VI Specific Examples of the Invention Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing specific examples of the invention.

実施例 平均粒径0.5μmのAl(純度99.9%)粉末と
平均粒径0.7μmのTiC(純度99%、炭素含有量1
9%以上でその1%以下は遊離コクエンである)とを重
量比で7:3の割合で混合したもの100重量部に対し
てGaOを2重量部添加し、ボールミルにより20時間
湿式混合を行った。
Example Al 2 O 3 (purity 99.9%) powder with an average particle size of 0.5 μm and TiC (purity 99%, carbon content 1 with an average particle size of 0.7 μm)
2% by weight of GaO was added to 100 parts by weight of a mixture of 9% or more and 1% or less of which was free coquen in a weight ratio of 7: 3, and wet mixing was performed for 20 hours by a ball mill. It was

混合したスラリーを乾燥造粒し、第1図に示すような本
発明の装置1を用いてホットプレス焼成を行った。加熱
は高周波式間接加熱によった。ただし、焼成雰囲気は真
空とし、焼成温度は1500〜1800℃、プレス圧力
は200〜300kg/cm2とした。
The mixed slurry was dried and granulated, and hot-press firing was performed using the apparatus 1 of the present invention as shown in FIG. The heating was by high frequency indirect heating. However, the firing atmosphere was vacuum, the firing temperature was 1500 to 1800 ° C., and the pressing pressure was 200 to 300 kg / cm 2 .

本発明の装置1において、型枠13、スリーブ14およ
びスペーサー15にはカーボン繊維強化カーボンを使用
し、型枠の外径は110mm、テーパー上部内径(スリー
ブ上部外径)は88mm、テーパー下部内径(スリーブ下
部外径)は98mm、スリーブ内径は78mmとした。また
スペーサーの厚さは3mmとした。
In the apparatus 1 of the present invention, carbon fiber reinforced carbon is used for the mold 13, the sleeve 14, and the spacer 15, and the mold has an outer diameter of 110 mm, a tapered upper inner diameter (sleeve upper outer diameter) of 88 mm, and a tapered lower inner diameter ( The outer diameter of the lower part of the sleeve) was 98 mm, and the inner diameter of the sleeve was 78 mm. The thickness of the spacer was 3 mm.

このような装置を用いた製造方法をルート1とする。A manufacturing method using such a device is referred to as Route 1.

さらに、ルート1の装置において、型枠、スリーブおよ
びスペーサーの材質をグラファイトとする他は、同様に
構成した装置を使用した製造方法をルート2とする。
Furthermore, except that graphite is used as the material for the mold, sleeve and spacer in the device of route 1, a manufacturing method using a device having the same structure is route 2.

また、ルート1の製造方法の装置において、スリーブ1
4およびスペーサー15にBNをコーティングしたカー
ボン繊維強化カーボンを使用する他は同様の装置を用い
た製造方法をルート3とする。
In addition, in the apparatus of the manufacturing method of route 1, the sleeve 1
No. 4 and the spacer 15 are made of carbon fiber reinforced carbon coated with BN, and a manufacturing method using the same device is used as Route 3.

なお、BNのコーティングはBNをアセトンでスラリー
化したものをスプレーすることにより行った。
The coating of BN was performed by spraying a slurry of BN with acetone.

寸法はルート1におけるものとほぼ同じものとした。ま
たBNのコーティングの厚さは20μmとした。
The dimensions were almost the same as those in Route 1. The thickness of the BN coating was 20 μm.

ただし、これらの場合はルート1と材質が異なるため、
同様の強度を得るには、型枠の外径を140mm、テーパ
ー上部内径(スリーブ上部外径)を88mm、テーパー下
部内径(スリーブ下部径)を98mm、スリーブ内径を7
8mmとした。またスペーサーの厚さは6mmとした。
However, in these cases, because the material is different from Route 1,
In order to obtain the same strength, the outer diameter of the mold is 140 mm, the inner diameter of the taper upper part (outer diameter of the upper sleeve) is 88 mm, the lower inner diameter of the taper (lower sleeve diameter) is 98 mm, and the inner diameter of the sleeve is 7 mm.
8 mm. The thickness of the spacer was 6 mm.

これらの製造方法を用いた場合の同時に焼成できる試料
の数、型枠の外径、焼成の良否について調べた。
When these manufacturing methods were used, the number of samples that could be fired simultaneously, the outer diameter of the mold, and the quality of firing were examined.

結果を以下に示す。The results are shown below.

さらに、ルート3において、BNのかわりにSiCをコ
ーティングしたカーボン繊維強化カーボンを使用した製
造方法をルート4とする。
Furthermore, in Route 3, a manufacturing method using carbon fiber reinforced carbon coated with SiC instead of BN is referred to as Route 4.

これらルート3、4につき、離型性を評価した。With respect to these routes 3 and 4, the releasability was evaluated.

離型性については、焼結体とスペーサの強固に密着した
部分の面積比(%)を測定することにより評価した。
The releasability was evaluated by measuring the area ratio (%) of the portion where the sintered body and the spacer were firmly adhered.

結果を以下に示す。The results are shown below.

製造方法 離型性(密着面積) ルート3(本発明) 0% ルート2(比較) 98% ルート4(比較) 80% これらの結果から、本発明の効果は明らかである。Manufacturing method Releasability (contact area) Route 3 (invention) 0% Route 2 (comparison) 98% Route 4 (comparison) 80% From these results, the effect of the present invention is clear.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のセラミック材料の製造方法に用いられ
るホットプレス装置の1態様を示す部分断面図である。 符号の説明 1…ホットプレス装置、11…上パンチ棒、 12…下パンチ棒、13…型枠、 14…スリーブ、15…スペーサー、 2…セラミック材料(試料)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing one mode of a hot press machine used in the method for producing a ceramic material of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hot press machine, 11 ... Upper punch bar, 12 ... Lower punch bar, 13 ... Form, 14 ... Sleeve, 15 ... Spacer, 2 ... Ceramic material (sample)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Al−TiC系焼結体をホットプレ
ス焼成する際、ホットプレス装置の型枠、スペーサーお
よびスリーブのうちの少なくとも1箇所にBN粒子を1
0〜100μmの厚さにコーティングしたカーボン繊維
強化カーボンを使用することを特徴とするセラミック材
料の製造方法。
1. When the Al 2 O 3 —TiC based sintered body is hot-press fired, 1 BN particle is added to at least one of the frame, spacer and sleeve of the hot-pressing device.
A method for producing a ceramic material, comprising using carbon fiber reinforced carbon coated to a thickness of 0 to 100 μm.
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