JPH07277843A - 高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 - Google Patents
高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法Info
- Publication number
- JPH07277843A JPH07277843A JP6101491A JP10149194A JPH07277843A JP H07277843 A JPH07277843 A JP H07277843A JP 6101491 A JP6101491 A JP 6101491A JP 10149194 A JP10149194 A JP 10149194A JP H07277843 A JPH07277843 A JP H07277843A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- composite material
- ductile metal
- ceramic composite
- oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 構造部材に適した高靱性のセラミックス複合
材料及びその焼結用原料粉末並びにそれらの製造方法を
提供する。 【構成】 酸化物系セラミックスをマトリックスとし、
扁平状の延性金属を強化相とすることを特徴とする高靱
性セラミックス複合材料。該複合材料は、延性金属粉末
と酸化物系セラミックス粉末を混合することにより、該
延性金属粉末を塑性変形させて扁平化させて得られた混
合粉末を成形後、９００〜１８００℃で焼結することに
より得られる。
材料及びその焼結用原料粉末並びにそれらの製造方法を
提供する。 【構成】 酸化物系セラミックスをマトリックスとし、
扁平状の延性金属を強化相とすることを特徴とする高靱
性セラミックス複合材料。該複合材料は、延性金属粉末
と酸化物系セラミックス粉末を混合することにより、該
延性金属粉末を塑性変形させて扁平化させて得られた混
合粉末を成形後、９００〜１８００℃で焼結することに
より得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、約１０００℃以下の温
度域で構造材料部材として安定的に使用される高靱性セ
ラミックス複合材料及びその焼結用原料粉末並びにそれ
らの製造方法に関する。
度域で構造材料部材として安定的に使用される高靱性セ
ラミックス複合材料及びその焼結用原料粉末並びにそれ
らの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】アルミナ等の酸化物系セラ
ミックスはこれまでエンジニアリングセラミックスとし
て切削工具等で実用化が進められている。しかし、強度
及び靱性が十分でないことから、その構造部材ヘの利用
が阻害されている。このため、機械的特性、特に靱性や
強度の向上を目的とした複合化が検討されてきている。
一般には、異種のセラミックスのウイスカーや粒子など
で複合化が行われている。ウイスカーは粒子より、靱性
向上に効果があり、粉末冶金法で成形可能なため、多く
の研究が行われてきている。ウイスカー強化以外の強化
法としては、酸化物として工業的に最も一般的なアルミ
ナを例にとると、例えば、Ｂ4ＣとＴｉ、Ｖ、Ｃｒ等のI
Vａ、Ｖａ、VIａ族元素の炭化物、窒化物、ほう化物の
粒子で強化されたアルミナの複合体が開示されている
（特開平２−２５５５６１号）。また、ＳｉＣウイスカ
とＺｒＯ2粒子を添加しＳｉＣウイスカで主に強度をＺ
ｒＯ2粒子で靱性を向上させたアルミナ複合体が開示さ
れている（特開昭６１−２７０２６６号）。さらに０．
５μｍのＳｉＣや２．０μｍ以下のＴｉＮあるいはＴｉ
Ｃ粒子をアルミナの粒内に分散させたナノ複合体（特開
平１−８７５５２号、同２−２２９７５６号、同２−２
２９７５７号）や粒子内に融点が焼結温度以上の高融点
金属を分散させたナノ複合体が開示されている（特開平
５−３９５３５号）。
ミックスはこれまでエンジニアリングセラミックスとし
て切削工具等で実用化が進められている。しかし、強度
及び靱性が十分でないことから、その構造部材ヘの利用
が阻害されている。このため、機械的特性、特に靱性や
強度の向上を目的とした複合化が検討されてきている。
一般には、異種のセラミックスのウイスカーや粒子など
で複合化が行われている。ウイスカーは粒子より、靱性
向上に効果があり、粉末冶金法で成形可能なため、多く
の研究が行われてきている。ウイスカー強化以外の強化
法としては、酸化物として工業的に最も一般的なアルミ
ナを例にとると、例えば、Ｂ4ＣとＴｉ、Ｖ、Ｃｒ等のI
Vａ、Ｖａ、VIａ族元素の炭化物、窒化物、ほう化物の
粒子で強化されたアルミナの複合体が開示されている
（特開平２−２５５５６１号）。また、ＳｉＣウイスカ
とＺｒＯ2粒子を添加しＳｉＣウイスカで主に強度をＺ
ｒＯ2粒子で靱性を向上させたアルミナ複合体が開示さ
れている（特開昭６１−２７０２６６号）。さらに０．
５μｍのＳｉＣや２．０μｍ以下のＴｉＮあるいはＴｉ
Ｃ粒子をアルミナの粒内に分散させたナノ複合体（特開
平１−８７５５２号、同２−２２９７５６号、同２−２
２９７５７号）や粒子内に融点が焼結温度以上の高融点
金属を分散させたナノ複合体が開示されている（特開平
５−３９５３５号）。
【０００３】上述した技術によれば、いずれにおいても
強度と硬度は大きく向上し、実際に文献で報告されてい
る結果を示すと、アルミナマトリックスでは、Ａｌ2Ｏ3
／４０wt％ＳｉＣウイスカーで、曲げ強度７０kg／m
m2、破壊靱性８．１ＭPaｍ1/2の値（J.Am.Ceram.Soc.,7
2(1989),1880）が報告されている。ムライトマトリック
スでは、ムライト／２０vol％ＳｉＣウイスカーでは、
破壊靱性４．７ＭPaｍ1/2の値（Fracture Mechanics of
Ceramics, ed. by R.C.Bradt et al.,vol 7,(1986),6
1）が報告されている。このように、アルミナでは靱性
値８．５ＭPaｍ1/2以下であり、ムライトでは５ＭPaｍ
1/2以下であり、構造部材として使用するには不十分で
ある。
強度と硬度は大きく向上し、実際に文献で報告されてい
る結果を示すと、アルミナマトリックスでは、Ａｌ2Ｏ3
／４０wt％ＳｉＣウイスカーで、曲げ強度７０kg／m
m2、破壊靱性８．１ＭPaｍ1/2の値（J.Am.Ceram.Soc.,7
2(1989),1880）が報告されている。ムライトマトリック
スでは、ムライト／２０vol％ＳｉＣウイスカーでは、
破壊靱性４．７ＭPaｍ1/2の値（Fracture Mechanics of
Ceramics, ed. by R.C.Bradt et al.,vol 7,(1986),6
1）が報告されている。このように、アルミナでは靱性
値８．５ＭPaｍ1/2以下であり、ムライトでは５ＭPaｍ
1/2以下であり、構造部材として使用するには不十分で
ある。
【０００４】
【発明の目的】本発明の目的は、前記問題点を解決し、
構造部材に適した高靱性のセラミックス複合材料及びそ
の焼結用原料粉末並びにそれらの製造方法を提供するも
のである。
構造部材に適した高靱性のセラミックス複合材料及びそ
の焼結用原料粉末並びにそれらの製造方法を提供するも
のである。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】本発明によれば、酸化
物系セラミックスをマトリックスとし、扁平状の延性金
属を強化相とすることにより高靱性セラミックス複合材
料が提供される。また、アルミナをマトリックスとし、
金属を強化相とするアルミナ基複合材料であって、破壊
靱性値が８．５ＭPaｍ1/2以上、好ましくは１０ＭPaｍ
1/2以上である高靱性アルミナ基複合材料が提供され
る。このような高靱性セラミックス複合材料は、扁平な
延性金属粉末表面に酸化物系セラミックス粉末が付着し
ているセラミックス複合粉末を出発原料とし、この混合
粉末を成形後、９００〜１８００℃で焼結することによ
り得られる。また、本発明によれば、扁平な延性金属粉
末表面に酸化物系セラミックス粉末が付着していること
を特徴とするセラミックス複合粉末が提供される。この
ようなセラミックス複合粉末は、延性金属粉末と酸化物
系セラミックス粉末を混合することにより、該延性金属
粉末を塑性変形させて扁平化させることにより得られ
る。
物系セラミックスをマトリックスとし、扁平状の延性金
属を強化相とすることにより高靱性セラミックス複合材
料が提供される。また、アルミナをマトリックスとし、
金属を強化相とするアルミナ基複合材料であって、破壊
靱性値が８．５ＭPaｍ1/2以上、好ましくは１０ＭPaｍ
1/2以上である高靱性アルミナ基複合材料が提供され
る。このような高靱性セラミックス複合材料は、扁平な
延性金属粉末表面に酸化物系セラミックス粉末が付着し
ているセラミックス複合粉末を出発原料とし、この混合
粉末を成形後、９００〜１８００℃で焼結することによ
り得られる。また、本発明によれば、扁平な延性金属粉
末表面に酸化物系セラミックス粉末が付着していること
を特徴とするセラミックス複合粉末が提供される。この
ようなセラミックス複合粉末は、延性金属粉末と酸化物
系セラミックス粉末を混合することにより、該延性金属
粉末を塑性変形させて扁平化させることにより得られ
る。
【０００６】本発明のセラミックス複合材料のマトリッ
クスを構成する酸化物系セラミックスとしては、Ａｌ2
Ｏ3、ＺｒＯ2、ＭｇＯ、ムライト、ＭｇＯＡｌ2Ｏ3、Ａ
ｌ2Ｏ3Ｙ2Ｏ3が挙げられる。また、強化相の金属として
は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ及びそれらの合金、ステン
レス鋼及び超耐熱合金から選ばれる少なくとも一種の延
性金属が用いられる。マトリックスと金属の組み合わせ
は、焼結時に扁平な延性金属の形状が保持されるよう
に、マトリックスの焼結温度より延性金属の融点が高い
組み合わせを選択することが必要である。例えば、マト
リックスがＡｌ2Ｏ3の場合には、一般的な粉末では焼結
温度が１６００℃以上であるため、それより高い融点を
持つ金属であるＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗを用いることが好ましい。また、低温度焼結タイ
プ（例えば、タイミクロンＴＭ−ＤＡＲ；大明化学工業
株式会社製）では、焼結温度が１２００℃以上となるた
め、さらにＴｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ステンレス鋼、超
耐熱合金も使用することができる。さらに、Ａｌ2Ｏ3に
ガラス相を加えていくと焼結温度を約９００℃まで下げ
ることができるので、上記の他にＣｕも使用することが
できる。また、ＺｒＯ2（焼結温度＞１３００℃）とＭ
ｇＯ（焼結温度＞１４００℃）の場合には、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、ステンレス鋼、超耐熱合金を用いることがで
きる。ムライト（焼結温度＞１５００℃）の場合には、
Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅを
用いることができる。
クスを構成する酸化物系セラミックスとしては、Ａｌ2
Ｏ3、ＺｒＯ2、ＭｇＯ、ムライト、ＭｇＯＡｌ2Ｏ3、Ａ
ｌ2Ｏ3Ｙ2Ｏ3が挙げられる。また、強化相の金属として
は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ及びそれらの合金、ステン
レス鋼及び超耐熱合金から選ばれる少なくとも一種の延
性金属が用いられる。マトリックスと金属の組み合わせ
は、焼結時に扁平な延性金属の形状が保持されるよう
に、マトリックスの焼結温度より延性金属の融点が高い
組み合わせを選択することが必要である。例えば、マト
リックスがＡｌ2Ｏ3の場合には、一般的な粉末では焼結
温度が１６００℃以上であるため、それより高い融点を
持つ金属であるＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗを用いることが好ましい。また、低温度焼結タイ
プ（例えば、タイミクロンＴＭ−ＤＡＲ；大明化学工業
株式会社製）では、焼結温度が１２００℃以上となるた
め、さらにＴｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ステンレス鋼、超
耐熱合金も使用することができる。さらに、Ａｌ2Ｏ3に
ガラス相を加えていくと焼結温度を約９００℃まで下げ
ることができるので、上記の他にＣｕも使用することが
できる。また、ＺｒＯ2（焼結温度＞１３００℃）とＭ
ｇＯ（焼結温度＞１４００℃）の場合には、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、ステンレス鋼、超耐熱合金を用いることがで
きる。ムライト（焼結温度＞１５００℃）の場合には、
Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅを
用いることができる。
【０００７】本発明においては、強化相の形態を扁平状
とすることにより高靱性が達成できる。特に、扁平面の
最小径をｄ、厚さをｔとしたときにｄ／ｔ≧３であるこ
とが好ましい。ｄ／ｔが３未満の場合には、クラックが
金属粒子とマトリックスとの界面を進行しやすくなるた
め金属相の塑性変形を十分に利用できなくなるので好ま
しくない。厚さｔは０．５μｍ以上であることが望まし
い。これより小さくなると塑性変形による効果が発揮さ
れない。ｄの範囲としては特に制限はなく、ｄ／ｔ≧３
の関係を満足していれば、発明の効果が得られる。セラ
ミックス複合材料における強化相の体積率は２〜５０
％、特に１０〜４０％であることが好ましい。強化相の
体積率が２％よりも少ない場合には、金属の塑性変形量
が相対的に小さすぎるために靱性の向上が十分でなく、
また、強化相の体積率が５０％よりも多くなると、複合
体の硬度が下がり、耐熱性も低下するため実用的でな
い。
とすることにより高靱性が達成できる。特に、扁平面の
最小径をｄ、厚さをｔとしたときにｄ／ｔ≧３であるこ
とが好ましい。ｄ／ｔが３未満の場合には、クラックが
金属粒子とマトリックスとの界面を進行しやすくなるた
め金属相の塑性変形を十分に利用できなくなるので好ま
しくない。厚さｔは０．５μｍ以上であることが望まし
い。これより小さくなると塑性変形による効果が発揮さ
れない。ｄの範囲としては特に制限はなく、ｄ／ｔ≧３
の関係を満足していれば、発明の効果が得られる。セラ
ミックス複合材料における強化相の体積率は２〜５０
％、特に１０〜４０％であることが好ましい。強化相の
体積率が２％よりも少ない場合には、金属の塑性変形量
が相対的に小さすぎるために靱性の向上が十分でなく、
また、強化相の体積率が５０％よりも多くなると、複合
体の硬度が下がり、耐熱性も低下するため実用的でな
い。
【０００８】本発明の高靱性セラミックス複合材料は、
以下の方法で製造される。まず、扁平な延性金属粉末表
面に酸化物系セラミックス粉末が付着しているセラミッ
クス複合粉末を製造する。このような複合粉末は、延性
金属粉末と酸化物系セラミックス粉末を混合することに
より、該延性金属粉末を塑性変形させて扁平化させるこ
とにより製造できる。酸化物系セラミックス粉末の粒度
は、特に制限はないが、焼結性のよい平均粒径１μｍ以
下のものが望ましい。また、延性金属粉末の粒子径は、
扁平化を容易に促進するために１〜２００μｍ、特に３
〜１００μｍの範囲が好ましい。延性金属粉末の粒子径
が１μｍよりも小さいと、微粒のため扁平化させること
ができない。また、２００μｍよりも大きくなると、粗
粒のため焼結を困難にし、またセラミックス粉末との分
離が激しくなるため、均一混合が困難となる。延性金属
粉末と酸化物系セラミックス粉末の混合割合は、混合粉
末における延性金属粉末の体積率が２〜５０％、特に１
０〜４０％であることが好ましい。なお、前記混合粉末
に必要に応じて公知の酸化物系焼結助剤を添加すること
ができる。
以下の方法で製造される。まず、扁平な延性金属粉末表
面に酸化物系セラミックス粉末が付着しているセラミッ
クス複合粉末を製造する。このような複合粉末は、延性
金属粉末と酸化物系セラミックス粉末を混合することに
より、該延性金属粉末を塑性変形させて扁平化させるこ
とにより製造できる。酸化物系セラミックス粉末の粒度
は、特に制限はないが、焼結性のよい平均粒径１μｍ以
下のものが望ましい。また、延性金属粉末の粒子径は、
扁平化を容易に促進するために１〜２００μｍ、特に３
〜１００μｍの範囲が好ましい。延性金属粉末の粒子径
が１μｍよりも小さいと、微粒のため扁平化させること
ができない。また、２００μｍよりも大きくなると、粗
粒のため焼結を困難にし、またセラミックス粉末との分
離が激しくなるため、均一混合が困難となる。延性金属
粉末と酸化物系セラミックス粉末の混合割合は、混合粉
末における延性金属粉末の体積率が２〜５０％、特に１
０〜４０％であることが好ましい。なお、前記混合粉末
に必要に応じて公知の酸化物系焼結助剤を添加すること
ができる。
【０００９】延性金属粉末と酸化物系セラミックス粉末
の混合方法については、特に制限はなく湿式及び乾式の
いずれも採用できる。湿式混合の場合の溶媒としてはエ
夕ノール、メ夕ノール等が一般に使用される。混合装置
については、ボールミル、振動ミル、アトライター、遊
星型ボールミル等を用いることができる。延性金属粉末
は、混合時のボール等の混合媒体による機械的混合によ
り球状から扁平状へと変形が進む。したがって、混合条
件の制御により扁平化の程度を制御することができる。
一般に、混合時間、回転数等の条件により変形量は変わ
ってくるので、扁平化の形状がｄ／ｔ≧３を満足するよ
うに混合条件を制御することが望ましい。さらに、この
混合過程で、扁平化した延性金属粉末の表面に酸化物系
セラミックス粉末が付着するため、焼結過程で延性金属
同士が接触、造粒することを防止することができる。な
お、延性金属粉末と酸化物系セラミックス粉末の混合割
合によっては、金属表面に付着しないセラミックス粉末
も共存することは言うまでもない。また、使用する延性
金属粉末の粒度によっては、混合後も未変形の粒子が残
るが、扁平化した粒子が適当量あれば、靱性は向上す
る。また、上記の扁平な延性金属粉末表面に酸化物系セ
ラミックス粉末が付着しているセラミックス複合粉末
は、予め延性金属粉末を圧延加工等により扁平化させ、
これと酸化物系セラミックス粉末を混合することによっ
ても製造することができるが、混合と扁平化を同時に行
う前述の方法が工程の簡略化と均−混合の面で有利であ
る。
の混合方法については、特に制限はなく湿式及び乾式の
いずれも採用できる。湿式混合の場合の溶媒としてはエ
夕ノール、メ夕ノール等が一般に使用される。混合装置
については、ボールミル、振動ミル、アトライター、遊
星型ボールミル等を用いることができる。延性金属粉末
は、混合時のボール等の混合媒体による機械的混合によ
り球状から扁平状へと変形が進む。したがって、混合条
件の制御により扁平化の程度を制御することができる。
一般に、混合時間、回転数等の条件により変形量は変わ
ってくるので、扁平化の形状がｄ／ｔ≧３を満足するよ
うに混合条件を制御することが望ましい。さらに、この
混合過程で、扁平化した延性金属粉末の表面に酸化物系
セラミックス粉末が付着するため、焼結過程で延性金属
同士が接触、造粒することを防止することができる。な
お、延性金属粉末と酸化物系セラミックス粉末の混合割
合によっては、金属表面に付着しないセラミックス粉末
も共存することは言うまでもない。また、使用する延性
金属粉末の粒度によっては、混合後も未変形の粒子が残
るが、扁平化した粒子が適当量あれば、靱性は向上す
る。また、上記の扁平な延性金属粉末表面に酸化物系セ
ラミックス粉末が付着しているセラミックス複合粉末
は、予め延性金属粉末を圧延加工等により扁平化させ、
これと酸化物系セラミックス粉末を混合することによっ
ても製造することができるが、混合と扁平化を同時に行
う前述の方法が工程の簡略化と均−混合の面で有利であ
る。
【００１０】次に、得られた混合粉末を所望の形状に成
形した後、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下また
は真空中で９００〜１８００℃で焼結する。焼結方法と
しては、公知の焼結方法を用いることができる。例え
ば、ＣＩＰ成形した成形体を常圧焼結や真空焼結さらに
ＨＩＰで高密度化するプロセスでは、扁平化した粒子は
３次元にランダムに配向するが、ホットプレス等の一軸
加圧方法により成形を行うと、扁平化した粒子はプレス
方向と垂直方向に２次元に配向するので、焼結体の特牲
（特に靱性）に異方性を持たせることもできる。また、
焼結は、９００〜１８００℃の温度範囲で行うことがで
きるが、扁平な延性金属の形状が保持されるように延性
金属の融点より低い温度で行う。例えば、酸化物系セラ
ミックス粉末としてアルミナを用いる場合、延性金属が
１８００℃以上の高融点金属であれば、通常のアルミナ
で行われている１５００〜１８００℃で特に問題はない
が、延性金属がＮｉ（融点；１４５３℃）、Ｆｅ（融
点；１５３６℃）、Ｃｏ（融点；１４９２℃）等の低融
点（１５５０℃以下）金属であれば、１２００〜１３５
０℃で焼結できる粉末（例えば、タイミクロンＴＭ−Ｄ
ＡＲ；大明化学工業株式会社製）を用いて焼結すること
が望ましい。
形した後、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下また
は真空中で９００〜１８００℃で焼結する。焼結方法と
しては、公知の焼結方法を用いることができる。例え
ば、ＣＩＰ成形した成形体を常圧焼結や真空焼結さらに
ＨＩＰで高密度化するプロセスでは、扁平化した粒子は
３次元にランダムに配向するが、ホットプレス等の一軸
加圧方法により成形を行うと、扁平化した粒子はプレス
方向と垂直方向に２次元に配向するので、焼結体の特牲
（特に靱性）に異方性を持たせることもできる。また、
焼結は、９００〜１８００℃の温度範囲で行うことがで
きるが、扁平な延性金属の形状が保持されるように延性
金属の融点より低い温度で行う。例えば、酸化物系セラ
ミックス粉末としてアルミナを用いる場合、延性金属が
１８００℃以上の高融点金属であれば、通常のアルミナ
で行われている１５００〜１８００℃で特に問題はない
が、延性金属がＮｉ（融点；１４５３℃）、Ｆｅ（融
点；１５３６℃）、Ｃｏ（融点；１４９２℃）等の低融
点（１５５０℃以下）金属であれば、１２００〜１３５
０℃で焼結できる粉末（例えば、タイミクロンＴＭ−Ｄ
ＡＲ；大明化学工業株式会社製）を用いて焼結すること
が望ましい。
【００１１】
【作用】本発明によれば、強化相が扁平状の金属粒子で
あるので、球状粒子を用いた場合に発生するクラックが
粒子とマトリックスの界面を進行する現象を抑制するこ
とができ、したがって金属粒子の塑性変形による靱性向
上を十分に利用することができる。また、クラックが粒
子とマトリックスの界面を進行する場合でも異形である
ため、クラックは偏向し、高靱性化に寄与できるため、
高靱性の構造部材に適用できるセラミックス複合材料が
提供できる。また、前述したように強化相を２次元に配
向させれば、配向方向と垂直方向の靱性をさらに向上さ
せることができる。さらに、強化相の形態は、原料粉末
である延性金属粉末と酸化物系セラミックス粉末の混合
中の変形を利用して扁平化が達成できるため、強化相の
形状の制御が容易であり、追加の製造プロセスを必要と
せず、複合化によるコスト増を抑えることができる。
あるので、球状粒子を用いた場合に発生するクラックが
粒子とマトリックスの界面を進行する現象を抑制するこ
とができ、したがって金属粒子の塑性変形による靱性向
上を十分に利用することができる。また、クラックが粒
子とマトリックスの界面を進行する場合でも異形である
ため、クラックは偏向し、高靱性化に寄与できるため、
高靱性の構造部材に適用できるセラミックス複合材料が
提供できる。また、前述したように強化相を２次元に配
向させれば、配向方向と垂直方向の靱性をさらに向上さ
せることができる。さらに、強化相の形態は、原料粉末
である延性金属粉末と酸化物系セラミックス粉末の混合
中の変形を利用して扁平化が達成できるため、強化相の
形状の制御が容易であり、追加の製造プロセスを必要と
せず、複合化によるコスト増を抑えることができる。
【００１２】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさ
らに具体的に説明する。 実施例１ 純度９９．９９％のアルミナ粉末（ＡＫＰ−３０；住友
化学製）と粒径５３〜１０μｍのＭｏ粉末（Ｍ−６０；
昭和電工製）を体積率が８０：２０となるように秤量
し、さらに焼結助剤としてＭｇＯをアルミナに対して
０．０５重量％添加した。これらの混合粉末をエ夕ノー
ル溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボールミル混合を行
った。図１及び図２にボールミル後の混合粉末の外観の
走査型電子顕微鏡像と断面組織の光学顕微鏡像を示す。
これらより、添加したＭｏ粉末がボールミル混合により
扁平化し、さらにアルミナ粉末が表面に付着しているこ
とがわかる。
らに具体的に説明する。 実施例１ 純度９９．９９％のアルミナ粉末（ＡＫＰ−３０；住友
化学製）と粒径５３〜１０μｍのＭｏ粉末（Ｍ−６０；
昭和電工製）を体積率が８０：２０となるように秤量
し、さらに焼結助剤としてＭｇＯをアルミナに対して
０．０５重量％添加した。これらの混合粉末をエ夕ノー
ル溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボールミル混合を行
った。図１及び図２にボールミル後の混合粉末の外観の
走査型電子顕微鏡像と断面組織の光学顕微鏡像を示す。
これらより、添加したＭｏ粉末がボールミル混合により
扁平化し、さらにアルミナ粉末が表面に付着しているこ
とがわかる。
【００１３】この混合粉末を黒鉛のモールドにいれ、ホ
ットプレスにより、１６００℃、３００kg／cm2の圧力
でアルゴン中、１時間保持して焼結を行った。図３に得
られた複合材料のプレス方向と平行方向の断面組織の光
学顕微鏡像を示す。強化相は２次元に配向し、ｄ／ｔ≧
３を満たして扁平化していることがわかる。この複合材
料から３×４×４０の試験片を加工し、３点曲げ試験に
より曲げ強度を、ＳＥＶＮＢ法により破壊靱性を測定し
たところ、曲げ強度５０kg／mm2、破壊靱性１１ＭPaｍ
1/2という高い値が得られた。比較のために同様の方法
で焼結したアルミナ単相の焼結体で得られた曲げ強度３
５kg／mm2、破壊靱性３．５ＭPaｍ1/2に比べいずれの特
性も改善され、特に靱性で非常に高い値が得られた。
ットプレスにより、１６００℃、３００kg／cm2の圧力
でアルゴン中、１時間保持して焼結を行った。図３に得
られた複合材料のプレス方向と平行方向の断面組織の光
学顕微鏡像を示す。強化相は２次元に配向し、ｄ／ｔ≧
３を満たして扁平化していることがわかる。この複合材
料から３×４×４０の試験片を加工し、３点曲げ試験に
より曲げ強度を、ＳＥＶＮＢ法により破壊靱性を測定し
たところ、曲げ強度５０kg／mm2、破壊靱性１１ＭPaｍ
1/2という高い値が得られた。比較のために同様の方法
で焼結したアルミナ単相の焼結体で得られた曲げ強度３
５kg／mm2、破壊靱性３．５ＭPaｍ1/2に比べいずれの特
性も改善され、特に靱性で非常に高い値が得られた。
【００１４】実施例２ 実施例１と同じ組成の混合粉末で、混合条件を変え、ｄ
／ｔを変化させたものを用い、実施例１と同じ条件で焼
結を行った。得られた複合材料の破壊靱性を測定した結
果を図４に示す。これより破壊靱性はｄ／ｔ≧３で大き
な値を示しており、ｄ／ｔが１．５以下では破壊靱性
６．５ＭPaｍ1/2と靱性の向上効果は小さいことがわか
る。図５にｄ／ｔが１．５以下の複合材料の断面組織の
光学顕微鏡像を示す。
／ｔを変化させたものを用い、実施例１と同じ条件で焼
結を行った。得られた複合材料の破壊靱性を測定した結
果を図４に示す。これより破壊靱性はｄ／ｔ≧３で大き
な値を示しており、ｄ／ｔが１．５以下では破壊靱性
６．５ＭPaｍ1/2と靱性の向上効果は小さいことがわか
る。図５にｄ／ｔが１．５以下の複合材料の断面組織の
光学顕微鏡像を示す。
【００１４】実施例３ マトリックスの純度の影響を調べるため、実施例１のア
ルミナ粉末と低純度（９９．８％）のアルミナ粉末（Ａ
ＥＳ−１１；住友化学製）を用い、金属粉末として、粒
径５３〜１０μｍのＭｏ粉末（Ｍ−６０；昭和電工
製）、粒径４５〜５μｍのＴａ粉末（Ｍ−４０；昭和電
工製）及び粒径４５μｍ以下のＮｂ粉末（石津製薬製）
を用いて実施例１と同様にして複合材料を製造した。得
られた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を測定した結果を
表１に示す。これより、純度の影響はほとんどないこと
が示され、Ｔａ、Ｎｂを用いた場合でもＭｏと同様に高
い靱性値が得られた。
ルミナ粉末と低純度（９９．８％）のアルミナ粉末（Ａ
ＥＳ−１１；住友化学製）を用い、金属粉末として、粒
径５３〜１０μｍのＭｏ粉末（Ｍ−６０；昭和電工
製）、粒径４５〜５μｍのＴａ粉末（Ｍ−４０；昭和電
工製）及び粒径４５μｍ以下のＮｂ粉末（石津製薬製）
を用いて実施例１と同様にして複合材料を製造した。得
られた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を測定した結果を
表１に示す。これより、純度の影響はほとんどないこと
が示され、Ｔａ、Ｎｂを用いた場合でもＭｏと同様に高
い靱性値が得られた。
【００１４】
【表１】
【００１４】実施例４ ムライト粉末（ＭＰ−２０；サイマレック製）と粒径４
５〜５μｍのＴａ粉末（Ｍ−４０；昭和電工製）を体積
率が７５：２５となるように秤量し、これらの混合粉末
をエ夕ノール溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボールミ
ル混合を行った。この混合粉末を黒鉛のモールドにい
れ、ホットプレスにより、１６５０℃、３００kg／cm2
の圧力でアルゴン中、１時間保持して焼結を行った。得
られた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を測定したとこ
ろ、曲げ強度４５kg／mm2、破壊靱性９．５ＭPaｍ1/2と
いう高い靱性値が得られた。
５〜５μｍのＴａ粉末（Ｍ−４０；昭和電工製）を体積
率が７５：２５となるように秤量し、これらの混合粉末
をエ夕ノール溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボールミ
ル混合を行った。この混合粉末を黒鉛のモールドにい
れ、ホットプレスにより、１６５０℃、３００kg／cm2
の圧力でアルゴン中、１時間保持して焼結を行った。得
られた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を測定したとこ
ろ、曲げ強度４５kg／mm2、破壊靱性９．５ＭPaｍ1/2と
いう高い靱性値が得られた。
【００１４】実施例５ ＭｇＯ粉末（５００Ａ；宇部興産製）と粒径４５〜５μ
ｍのＴｉ粉末（Ｍ−２０；昭和電工製）を体積率が７
５：２５となるように秤量し、これらの混合粉末をエ夕
ノール溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボールミル混合
を行った。この混合粉末を黒鉛のモールドにいれ、ホッ
トプレスにより、１５００℃、３００kg／cm2の圧力で
アルゴン中、１時間保持して焼結を行った。得られた複
合材料の曲げ強度と破壊靱性を測定したところ、曲げ強
度５０kg／mm2、破壊靱性９．０ＭPaｍ1/2という高い靱
性値が得られた。
ｍのＴｉ粉末（Ｍ−２０；昭和電工製）を体積率が７
５：２５となるように秤量し、これらの混合粉末をエ夕
ノール溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボールミル混合
を行った。この混合粉末を黒鉛のモールドにいれ、ホッ
トプレスにより、１５００℃、３００kg／cm2の圧力で
アルゴン中、１時間保持して焼結を行った。得られた複
合材料の曲げ強度と破壊靱性を測定したところ、曲げ強
度５０kg／mm2、破壊靱性９．０ＭPaｍ1/2という高い靱
性値が得られた。
【００１４】実施例６ ＺｒＯ粉末（３Ｙ；東ソー製）と３００メッシュ以下の
Ｆｅ粉末（ＦＥＥ０４ＰＡ；高純度化学研究所製）を体
積率が７５：２５となるように秤量し、これらの混合粉
末をエ夕ノール溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボール
ミル混合を行った。この混合粉末を黒鉛のモールドにい
れ、ホットプレスにより、１４００℃、３００kg／cm2
の圧力でアルゴン中、１時間保持して焼結を行った。得
られた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を測定したとこ
ろ、曲げ強度９０kg／mm2、破壊靱性１３．５ＭPaｍ1/2
という高い靱性値が得られた。
Ｆｅ粉末（ＦＥＥ０４ＰＡ；高純度化学研究所製）を体
積率が７５：２５となるように秤量し、これらの混合粉
末をエ夕ノール溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボール
ミル混合を行った。この混合粉末を黒鉛のモールドにい
れ、ホットプレスにより、１４００℃、３００kg／cm2
の圧力でアルゴン中、１時間保持して焼結を行った。得
られた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を測定したとこ
ろ、曲げ強度９０kg／mm2、破壊靱性１３．５ＭPaｍ1/2
という高い靱性値が得られた。
【図１】 図１は、本発明の実施例１のボールミル後の
混合粉末の粒子構造を表す図面に代える走査型電子顕微
鏡写真である。
混合粉末の粒子構造を表す図面に代える走査型電子顕微
鏡写真である。
【図２】 図２は、本発明の実施例１のボールミル後の
混合粉末の粒子構造を表す図面に代える光学顕微鏡写真
である。
混合粉末の粒子構造を表す図面に代える光学顕微鏡写真
である。
【図３】 図３は、本発明の実施例１で得られた複合材
料のセラミックス材料の組織を表す図面に代える光学顕
微鏡写真である。
料のセラミックス材料の組織を表す図面に代える光学顕
微鏡写真である。
【図４】 図４は、本発明の実施例２で得られた複合材
料の破壊靱性を測定した結果を表す図面である。
料の破壊靱性を測定した結果を表す図面である。
【図５】 図５は、本発明の実施例２で得られたｄ／ｔ
が１．５以下の複合材料のセラミックス材料の組織を表
す図面に代える光学電子顕微鏡写真である。
が１．５以下の複合材料のセラミックス材料の組織を表
す図面に代える光学電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/10 35/18 35/48 Ｃ０４Ｂ 35/18 Ｚ 35/48 Ｃ (72)発明者 神徳 泰彦 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社無機材料研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 酸化物系セラミックスをマトリックスと
し、扁平状の延性金属を強化相とすることを特徴とする
高靱性セラミックス複合材料。 - 【請求項２】 扁平な延性金属粉末表面に酸化物系セラ
ミックス粉末が付着しているセラミックス複合粉末を出
発原料とし、この混合粉末を成形後、９００〜１８００
℃で焼結することを特徴とする請求項１記載の高靱性セ
ラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項３】 扁平な延性金属粉末表面に酸化物系セラ
ミックス粉末が付着ていることを特徴とするセラミック
ス複合粉末。 - 【請求項４】 延性金属粉末と酸化物系セラミックス粉
末を混合することにより、該延性金属粉末を塑性変形さ
せて扁平化させることを特徴とする請求項３記載のセラ
ミックス複合粉末の製造方法。 - 【請求項５】 アルミナをマトリックスとし、金属を強
化相とするアルミナ基複合材料であって、破壊靱性値が
８．５ＭPaｍ1/2以上であることを特徴とする高靱性ア
ルミナ基複合材料。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6101491A JP3045366B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 |
| FR9504537A FR2718738B1 (fr) | 1994-04-15 | 1995-04-14 | Composite à matrice céramique à haute résistance et haute ténacité, poudre pour composite céramique correspondante et leurs procédés de fabrication. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6101491A JP3045366B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277843A true JPH07277843A (ja) | 1995-10-24 |
| JP3045366B2 JP3045366B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=14302153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6101491A Expired - Lifetime JP3045366B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3045366B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013257008A (ja) * | 2012-06-13 | 2013-12-26 | Nsk Ltd | 電食防止転がり軸受 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105619572B (zh) * | 2015-12-24 | 2018-01-19 | 景德镇逸品天合陶瓷有限公司 | 一种陶瓷材料的3d打印成型方法 |
| CN105563610B (zh) * | 2015-12-24 | 2018-06-19 | 江苏锡沂高新区科技发展有限公司 | 一种用3d打印技术制备金属陶瓷的方法 |
-
1994
- 1994-04-15 JP JP6101491A patent/JP3045366B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013257008A (ja) * | 2012-06-13 | 2013-12-26 | Nsk Ltd | 電食防止転がり軸受 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3045366B2 (ja) | 2000-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20070235701A1 (en) | Nanostructured titanium monoboride monolithic material and associated methods | |
| JPH08239270A (ja) | 超塑性炭化ケイ素焼結体とその製造方法 | |
| JP2001080964A (ja) | 多結晶ＳｉＣ成形体、その製法及びそれからなる応用品 | |
| JP2507479B2 (ja) | ＳｉＣ−Ａｌ▲下２▼Ｏ▲下３▼複合焼結体及びその製造法 | |
| JP3045367B2 (ja) | 高強度高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JP3045366B2 (ja) | 高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JPH09255408A (ja) | 電波吸収材料 | |
| Huang et al. | High-strength Ti–BN composites with core-shell structured matrix and network-woven structured TiB nanowires | |
| US6420294B1 (en) | Titanium diboride sintered body with silicon nitride as a sintering aid and a method for manufacture thereof | |
| JP3045370B2 (ja) | 高強度高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JPH0826815A (ja) | 希土類複合酸化物系焼結体及びその製造方法 | |
| JP7116234B1 (ja) | 複合セラミックスの製造方法 | |
| JP3620104B2 (ja) | 高強度高靱性ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JP3044290B2 (ja) | 粒子分散型複合セラミックスの製造方法 | |
| JPH09255361A (ja) | ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JP3152853B2 (ja) | アルミナ質焼結体およびその製法 | |
| JP2000143351A (ja) | 高靭性窒化珪素質焼結体 | |
| JPH09100165A (ja) | 硼化物セラミックス及びその製造方法 | |
| JPH07223866A (ja) | 窒化珪素基複合セラミックス及びその製造方法 | |
| JPH09100164A (ja) | 硼化物セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JP2004114163A (ja) | アルミナ基セラミックス工具およびその製造方法 | |
| JP3596086B2 (ja) | ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JPH08295536A (ja) | 高強度高靱性ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JPH0920563A (ja) | 窒化けい素焼結体 | |
| JPH09155415A (ja) | セラミックスローラ |