JPH0742168B2 - 複合セラミツクス焼結体 - Google Patents
複合セラミツクス焼結体Info
- Publication number
- JPH0742168B2 JPH0742168B2 JP62087078A JP8707887A JPH0742168B2 JP H0742168 B2 JPH0742168 B2 JP H0742168B2 JP 62087078 A JP62087078 A JP 62087078A JP 8707887 A JP8707887 A JP 8707887A JP H0742168 B2 JPH0742168 B2 JP H0742168B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- sintered body
- zrb
- sialon
- present
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は新規かつ有用なセラミックス焼結体に関するも
のである。
のである。
［従来の技術］ 従来から使用されているSiC,Si3N4,Sialon等は高強度構
造材料として、広く機械構造部材に利用されている。
又、最近ではSiC,Si3N4,Sialon等の材料が一部溶鉄に接
する部分に使用されているがSi化合物を主とするため耐
食性は低く短命に終っている。一部鉄鋼加熱炉用ホット
スキッドボタン等の鉄のスケールと接する部分に利用さ
れ、実績を上げつつあるが、これらは1300℃以下の低い
温度での操業域である。これらSiC,Si3N4,Sialon等は高
強度、高耐熱衝撃性、高靱性の特性をもちながら鉄鋼用
を主とする1300℃以上での温度域では耐食性が劣るため
用いられていないのが現状である。
造材料として、広く機械構造部材に利用されている。
又、最近ではSiC,Si3N4,Sialon等の材料が一部溶鉄に接
する部分に使用されているがSi化合物を主とするため耐
食性は低く短命に終っている。一部鉄鋼加熱炉用ホット
スキッドボタン等の鉄のスケールと接する部分に利用さ
れ、実績を上げつつあるが、これらは1300℃以下の低い
温度での操業域である。これらSiC,Si3N4,Sialon等は高
強度、高耐熱衝撃性、高靱性の特性をもちながら鉄鋼用
を主とする1300℃以上での温度域では耐食性が劣るため
用いられていないのが現状である。
又、最近耐食性の良好なCr3C2主成分とするセラミック
スがスキッドボタンに使用されているが、1300℃以上の
温度域ではやはり溶鉄と反応し、耐食性が低下するとい
われている。
スがスキッドボタンに使用されているが、1300℃以上の
温度域ではやはり溶鉄と反応し、耐食性が低下するとい
われている。
［発明の解決しようとする問題点］ 本発明は前述の観点からSiC,Si3N4,Sialon,Cr3C2等の構
造材料を1300℃以上の溶鉄に対して、高い耐食性とかつ
耐酸化性、耐熱衝撃性にも優れた適度な導電性を有する
溶融金属用に適するばかりか種々の用途に使用しうるセ
ラミックス焼結体を提供するものである。
造材料を1300℃以上の溶鉄に対して、高い耐食性とかつ
耐酸化性、耐熱衝撃性にも優れた適度な導電性を有する
溶融金属用に適するばかりか種々の用途に使用しうるセ
ラミックス焼結体を提供するものである。
［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明は、本質的にSi-Al-O-N相、ZrB2相及びCr3
C2相からなるセラミックス焼結体である。
C2相からなるセラミックス焼結体である。
このように本発明は、焼結体の主結晶相として、Si-Al-
O-N相、ZrB2相及びCr3C2相から本質的になっているもの
であればよく、原料配合として予めこれらの結晶相とし
てそれぞれ用意して使用に供しても勿論よいが、焼成に
よりこれらの相を生成する配合として調製しても勿論よ
い。一般的には、ZrB2，Cr3C2相源として予めZrB2，Cr3
C2粉末として用意し、Si-Al-O-N相として焼成により生
成する原料配合として調製しておくことが適切である。
O-N相、ZrB2相及びCr3C2相から本質的になっているもの
であればよく、原料配合として予めこれらの結晶相とし
てそれぞれ用意して使用に供しても勿論よいが、焼成に
よりこれらの相を生成する配合として調製しても勿論よ
い。一般的には、ZrB2，Cr3C2相源として予めZrB2，Cr3
C2粉末として用意し、Si-Al-O-N相として焼成により生
成する原料配合として調製しておくことが適切である。
即ち、まず本発明に用いるZrB2は例えば酸化ジルコニウ
ム、酸化硼素及びカーボンの混合物を高温で反応させる
ことにより得られ、本焼結体の製造には可及的に純度の
高いものを用いるのが好ましく、また粒径も可及的に小
さい粉末として用意することが好ましい。具体的には重
量％で（以下同じ）純度99％以上、平均粒径10μ特に１
μｍ以下のものがそれである。
ム、酸化硼素及びカーボンの混合物を高温で反応させる
ことにより得られ、本焼結体の製造には可及的に純度の
高いものを用いるのが好ましく、また粒径も可及的に小
さい粉末として用意することが好ましい。具体的には重
量％で（以下同じ）純度99％以上、平均粒径10μ特に１
μｍ以下のものがそれである。
次にCr3C2は、焼結体としてそのような化合物として所
定量存在していればよいが、通常はCr3C2原料として調
製しておくのがよい。このCr3C2原料についても可及的
に純度の高いものが好ましく通常99％以上のものがよ
い。次に、Si-Al-O-N結晶相をもたらす原料としては通
常Si3N4,ALN（窒化アルミニウム），Al2O3等の混合物が
適切である。これらの原料もZrB2，Cr3C2粉末と同様可
及的に純度の高いもの、好ましくは99％以上で、細かい
もの、好ましくは平均粒径10μ、特に１μｍ以下のもの
が適切である。又、これらの原料は、全ての混合物とし
てさらに超微粉砕化することも有効である。即ち、全て
の原料混合物を粒度10μ以下好ましくは平均粒径１μ以
下になるまでAl2O3ボール等を用いて粉砕することであ
る。本発明焼結体は、これらの混合物を例えば黒鉛型に
充填し、真空中又は窒素、アルゴン、一酸化炭素などの
中性又は、還元性の雰囲気下でホットプレスするか、上
記混合物をラバープレス成形してから常圧焼成するなど
により得ることができる。なお、焼成温度は1600〜2000
℃、焼成時間は試料の大きさにもよるが通常0.5〜５時
間程度が適当である。又、これらの常圧焼結体を1400〜
1800℃、10〜2000kg/cm2の高温高圧のHIPで処理すると
欠陥のない高密度で均質な焼結体が得られる。
定量存在していればよいが、通常はCr3C2原料として調
製しておくのがよい。このCr3C2原料についても可及的
に純度の高いものが好ましく通常99％以上のものがよ
い。次に、Si-Al-O-N結晶相をもたらす原料としては通
常Si3N4,ALN（窒化アルミニウム），Al2O3等の混合物が
適切である。これらの原料もZrB2，Cr3C2粉末と同様可
及的に純度の高いもの、好ましくは99％以上で、細かい
もの、好ましくは平均粒径10μ、特に１μｍ以下のもの
が適切である。又、これらの原料は、全ての混合物とし
てさらに超微粉砕化することも有効である。即ち、全て
の原料混合物を粒度10μ以下好ましくは平均粒径１μ以
下になるまでAl2O3ボール等を用いて粉砕することであ
る。本発明焼結体は、これらの混合物を例えば黒鉛型に
充填し、真空中又は窒素、アルゴン、一酸化炭素などの
中性又は、還元性の雰囲気下でホットプレスするか、上
記混合物をラバープレス成形してから常圧焼成するなど
により得ることができる。なお、焼成温度は1600〜2000
℃、焼成時間は試料の大きさにもよるが通常0.5〜５時
間程度が適当である。又、これらの常圧焼結体を1400〜
1800℃、10〜2000kg/cm2の高温高圧のHIPで処理すると
欠陥のない高密度で均質な焼結体が得られる。
このようにして得られた本発明焼結体は、本質的にZr
B2，Cr3C2相とSi-Al-O-N相からなるものであるが、中で
もSi-Al-O-N相は、β−サイアロン相として存在せしめ
てなるものがよい。
B2，Cr3C2相とSi-Al-O-N相からなるものであるが、中で
もSi-Al-O-N相は、β−サイアロン相として存在せしめ
てなるものがよい。
即ち、一般式Si6-zAlzOzN8-z（但し、０＜ｚ≦4.2）で
表わされるものがそれであり、このようなβ−サイアロ
ン相は、これをもたらす前述したSi3N4,ALN,Al2O3の配
合比を適切に選択することで容易に可能である。例え
ば、Si3N4,ALN,Al2O3の量比は2:1:1がよく、好ましくは
ALNを若干多くした2:1.5:1の量比が耐熱性を高く、高温
強度の高いものが得られる。β−サイアロンは出発原料
としてSi3N4‐SiO2‐Al2O3やSi3N4‐ALN-SiO2又はSi3N4
‐ALN-Al2O3‐SiO2などの原料混合物でも可能である。
又、一般式Mx(SiAl)12(O,N)16（但しｘ＝０〜２、M:Li,
Mg,Y,Ca,La）で表わさるα−サイアロンとしてのSi3N4,
ALN,Y2O3等の原料混合物でも調製可能である。尚、本発
明焼結体でSi-AL-O-N相がβ−サイアロン相であること
が好ましい理由はβ−サイアロンがα−サイアロンより
耐熱性高温強度が高いためである。本発明焼結体におい
て、これらβ−サイアロン相は好ましくは25％は必要で
あるがそれ以下では耐酸化性が充分でなく高密度化もし
にくくなり、一方多すぎても高耐食性の効果が発揮され
なくなるなどのため好ましくなく、最大97％にすること
が必要であり、望ましくは30〜90％である。これに対
し、ZrB2やCr3C2は合量で３％は必要であるが、これは
それ以下では、高耐食性の特徴が十分発揮されず、一方
多すぎても耐熱衝撃性、耐酸化性も充分でなく、最大75
％にとどめることが必要であり、望ましくは10〜70％で
ある。
表わされるものがそれであり、このようなβ−サイアロ
ン相は、これをもたらす前述したSi3N4,ALN,Al2O3の配
合比を適切に選択することで容易に可能である。例え
ば、Si3N4,ALN,Al2O3の量比は2:1:1がよく、好ましくは
ALNを若干多くした2:1.5:1の量比が耐熱性を高く、高温
強度の高いものが得られる。β−サイアロンは出発原料
としてSi3N4‐SiO2‐Al2O3やSi3N4‐ALN-SiO2又はSi3N4
‐ALN-Al2O3‐SiO2などの原料混合物でも可能である。
又、一般式Mx(SiAl)12(O,N)16（但しｘ＝０〜２、M:Li,
Mg,Y,Ca,La）で表わさるα−サイアロンとしてのSi3N4,
ALN,Y2O3等の原料混合物でも調製可能である。尚、本発
明焼結体でSi-AL-O-N相がβ−サイアロン相であること
が好ましい理由はβ−サイアロンがα−サイアロンより
耐熱性高温強度が高いためである。本発明焼結体におい
て、これらβ−サイアロン相は好ましくは25％は必要で
あるがそれ以下では耐酸化性が充分でなく高密度化もし
にくくなり、一方多すぎても高耐食性の効果が発揮され
なくなるなどのため好ましくなく、最大97％にすること
が必要であり、望ましくは30〜90％である。これに対
し、ZrB2やCr3C2は合量で３％は必要であるが、これは
それ以下では、高耐食性の特徴が十分発揮されず、一方
多すぎても耐熱衝撃性、耐酸化性も充分でなく、最大75
％にとどめることが必要であり、望ましくは10〜70％で
ある。
ZrB2を全量Cr3C2に置換した組成は、1300℃以上での高
温での溶鉄に対する耐食性が低下するために１部を置換
しZrB2を固溶させることが望ましい。ZrB2とCr3C2との
合量に対するCr3C2の量は好ましくは20〜40％である。
これはCr3C2がSiCやSi3N4より最も耐酸化性がよく又耐
食性もさほど悪くないために、ZrB2に固溶することでZr
B2の欠点である耐酸化性を向上せしめたものと考えられ
る。
温での溶鉄に対する耐食性が低下するために１部を置換
しZrB2を固溶させることが望ましい。ZrB2とCr3C2との
合量に対するCr3C2の量は好ましくは20〜40％である。
これはCr3C2がSiCやSi3N4より最も耐酸化性がよく又耐
食性もさほど悪くないために、ZrB2に固溶することでZr
B2の欠点である耐酸化性を向上せしめたものと考えられ
る。
本発明はこれらの成分以外の成分が本発明焼結体の特質
を損なわない程度に含まれても勿論差し支えないが、可
及的に少量にとどめることが望ましい。
を損なわない程度に含まれても勿論差し支えないが、可
及的に少量にとどめることが望ましい。
本発明焼結体の組成は平均粒径数μｍの粒状からなるβ
−サイアロンなどのSi-Al-O-N相からなるこの微細結晶
が均一に分散し、その結晶粒の周りや結晶粒間にCr3C2
の固溶したZrB2結晶や１部Cr3C2が微細に具体的には大
部分が５μ以下の結晶からなるもので均一に分布してい
る緻密な組成構造を有している。そのために、β−サイ
アロンなどの特性である耐酸化性や耐熱衝撃性が良好で
又高耐食性のZrB2に耐食性の高いCr3C2の固溶した効果
が相補されて発揮されるためだと思われる。
−サイアロンなどのSi-Al-O-N相からなるこの微細結晶
が均一に分散し、その結晶粒の周りや結晶粒間にCr3C2
の固溶したZrB2結晶や１部Cr3C2が微細に具体的には大
部分が５μ以下の結晶からなるもので均一に分布してい
る緻密な組成構造を有している。そのために、β−サイ
アロンなどの特性である耐酸化性や耐熱衝撃性が良好で
又高耐食性のZrB2に耐食性の高いCr3C2の固溶した効果
が相補されて発揮されるためだと思われる。
実施例 ZrB2粉末（純度99％以上）、Cr2C3粉末（純度98％以
上）、Si3N4粉末（純度99％以上）、ALN粉末（純度99％
以上）、Al2O3粉末（純度99％以上）を所定割合に充分
混合すべくポットミルを使用しエタノール溶媒中でAl2O
3ボールを用い、３日間粉砕した。得られた粉末をエバ
ポレーターで乾燥し、アルコールを除去して充分乾燥し
平均粒径0.15μの粉末を得た。この粉末をラバープレス
を用い2000kg/cm2の圧力で形成し、アルゴン雰囲気下で
1750〜1800℃で２時間常圧焼成した。このようにして得
られた焼結体の特性を第１表に示す。所定の配合原料を
実施例１と同様な方法で調製し、所定の焼成条件で処理
して得た各焼結体の結果を第１表に示す。
上）、Si3N4粉末（純度99％以上）、ALN粉末（純度99％
以上）、Al2O3粉末（純度99％以上）を所定割合に充分
混合すべくポットミルを使用しエタノール溶媒中でAl2O
3ボールを用い、３日間粉砕した。得られた粉末をエバ
ポレーターで乾燥し、アルコールを除去して充分乾燥し
平均粒径0.15μの粉末を得た。この粉末をラバープレス
を用い2000kg/cm2の圧力で形成し、アルゴン雰囲気下で
1750〜1800℃で２時間常圧焼成した。このようにして得
られた焼結体の特性を第１表に示す。所定の配合原料を
実施例１と同様な方法で調製し、所定の焼成条件で処理
して得た各焼結体の結果を第１表に示す。
注１）耐酸化性は大気中1400℃×24hr条件下での酸化の
程度 注２）電気抵抗は４端子法で測定した値を示す（25℃） 注３）耐熱衝撃性は電気炉中で各温度に５分間急熱し水
中に急冷した試料の曲げ強度を測定し、強度が急激に低
下した試料の処理温度を示すものでΔＴ（℃）で表わす 注４）鉄との反応性は50×50×20mmの試料のうえに鉄
（SS-41）の塊（10mmφ×10mm）をのせ、電気炉中で140
0×で１時間反応させた後、切断して鉄との反応深さを
測定したもので（mm）で示す。
程度 注２）電気抵抗は４端子法で測定した値を示す（25℃） 注３）耐熱衝撃性は電気炉中で各温度に５分間急熱し水
中に急冷した試料の曲げ強度を測定し、強度が急激に低
下した試料の処理温度を示すものでΔＴ（℃）で表わす 注４）鉄との反応性は50×50×20mmの試料のうえに鉄
（SS-41）の塊（10mmφ×10mm）をのせ、電気炉中で140
0×で１時間反応させた後、切断して鉄との反応深さを
測定したもので（mm）で示す。
注５）破壊靱性はシェブロノッチ法により測定した。
［発明の効果］ 本発明のセラミックスは耐火性は勿論耐食性、耐酸化
性、耐熱衝撃性に優れ、又導電性を有した緻密な焼結体
であるため、特に大気中で使用する溶融金属用などの高
温耐食部材、鉄鋼加熱炉用のスキッドボタン、発熱体、
ルツボ等に最適であり、その他機械部品材料にも適用可
能であってその実用的価値は多大である。
性、耐熱衝撃性に優れ、又導電性を有した緻密な焼結体
であるため、特に大気中で使用する溶融金属用などの高
温耐食部材、鉄鋼加熱炉用のスキッドボタン、発熱体、
ルツボ等に最適であり、その他機械部品材料にも適用可
能であってその実用的価値は多大である。
Claims (4)
- 【請求項１】本質的にSi-Al-O-N相、ZrB2相及びCr3C2相
からなる複合セラミックス焼結体。 - 【請求項２】Si-Al-O-N相が一般式Si6-zAlzOzN8-z（但
し０＜ｚ≦4.2）あるいはMx(SiAl)12(O,N)16（但しｘ＝
０〜２、M:Li,Mg,Y,Ca,La）で表わされる特許請求の範
囲第１項記載の焼結体。 - 【請求項３】ZrB2相及びCr3C2相の合量とSi-Al-O-N相と
の割合が重量％で前者が75〜３％、後者が25〜97％であ
る特許請求の範囲第２項記載の焼結体。 - 【請求項４】ZrB2相とCr3C2相の合量に対するCr3C2の配
合割合は重量％で20〜40％である特許請求の範囲第３項
記載の焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62087078A JPH0742168B2 (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 複合セラミツクス焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62087078A JPH0742168B2 (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 複合セラミツクス焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63252969A JPS63252969A (ja) | 1988-10-20 |
| JPH0742168B2 true JPH0742168B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=13904909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62087078A Expired - Lifetime JPH0742168B2 (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 複合セラミツクス焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0742168B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0672059B2 (ja) * | 1987-10-06 | 1994-09-14 | 電気化学工業株式会社 | 高耐食性焼結体 |
-
1987
- 1987-04-10 JP JP62087078A patent/JPH0742168B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63252969A (ja) | 1988-10-20 |
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