JPH0745350B2 - 繊維強化セラミックス - Google Patents

繊維強化セラミックス

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JPH0745350B2
JPH0745350B2 JP63127687A JP12768788A JPH0745350B2 JP H0745350 B2 JPH0745350 B2 JP H0745350B2 JP 63127687 A JP63127687 A JP 63127687A JP 12768788 A JP12768788 A JP 12768788A JP H0745350 B2 JPH0745350 B2 JP H0745350B2
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toughness
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silicon oxynitride
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等 横井
聡 飯尾
正一 渡辺
晃康 奥野
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NGK Spark Plug Co Ltd
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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
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • 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
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、SiCホイスカ（whiskers）により強化した酸
窒化珪素（Si2N2O）が主体の繊維強化セラミックスに関
する。
［従来の技術］ 近年、切削工具、セラミックスバルブ等の自動車エンジ
ン部材、ガスタービンロータ等の熱機関部材に使用する
高強度、高靭性でかつ耐摩耗性、耐欠損性、耐酸化性、
耐熱性に優れたセラミック材料が求められている。
耐酸化性、耐熱性に優れるセラミックス材料の一つとし
て、酸窒化珪素が知られており、Si3N4とSiO2にSiC粉末
を加えて焼結し、高温強度が高いセラミックス材料を得
ること（例えば、特開昭54−123110）や、Si3N4とSiO2
とにCeO2を添加して高強度の酸窒化珪素焼結体を得るこ
と（昭和62年窯業協会年会、予稿集3A25）が知られてい
る。
［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記従来の酸窒化珪素焼結体は、耐熱性、耐酸
化性に優れ、かつ高強度であるが、十分な靭性を有して
いない。
［問題点を解決するための手段及びその作用］ 本発明は上記問題点を解決するために次の手段を採用し
た。
即ち、本願の要旨は、 SiCホイスカを含むSiC5〜40重量％と、Al,Sc,Y及び希土
類元素のなかから選ばれた１種または２種以上の酸化物
を１〜30重量％と、酸窒化珪素成分残部とを主成分とす
る繊維強化セラミックスであって、 上記SiCホイスカが少なくとも全主成分の５重量％以上
であることを特徴とする繊維強化セラミックスにある。
ここで、SiCホイスカとしては、通常市販されるものを
使用することができ、その代表的形状は、平均直径0.2
〜５μm,平均長さ２〜200μｍである。特に、Al,Ca,Mg,
Ni,Fe,Co,Mn,Cr等のカチオン成分が少なく、くびれ，枝
分れ，面欠陥等の少ないひげ状結晶であると好ましい。
また、このSiCホイスカの表面にBN,カーボン等のコーテ
ィングが施してあってもよい。
本発明は、このSiCホイスカが、全主成分の５重量％よ
り少ないと十分な靭性を示さない。また、SiCホイスカ
を含むSiCが５重量％より少ないと、焼結時に酸窒化珪
素の分解を抑えることができないと共に、SiCホイスカ
による靭性の向上もない。一方、SiCが40重量％を超え
ると焼結性が悪くなり、所望の繊維強化セラミックスを
得ることができない。SiCホイスカを含むSiCが10〜30重
量％であると特に靭性が高くまた焼結性も良く好まし
い。
Al,Sc,Y及び希土類元素のなかから選ばれた１種または
２種以上の酸化物が１重量％より少ないと、焼結性が悪
くなり所望の繊維強化セラミックスを得ることができな
い。一方、この酸化物が30重量％を超えると、繊維強化
セラミックス中のガラス成分が多くなり過ぎて、強度、
耐熱性、耐酸化性の低下がみられる。
なお、酸化物としてAl2O3を選択した場合には、得られ
た焼結体の酸窒化珪素中にAl2O3の一部または全部が固
溶してSi2-xAlxO1+xN2-x（Ｏ′−Sialon,O′−サイアロ
ン）となっていても差し支えない。
また、上記主成分以外に、特性に影響を与えない程度の
β−Si3N4やα−Y2Si2O7等を含んでもよい。
［作用・効果］ 酸窒化珪素は、1700℃を越えると 3Si2N2O→Si3N4＋3SiO＋N2 の反応によって急速に分解する。
しかし、本発明では、SiCが焼結時における酸窒化珪素
の分解を抑制すると共に、Al,Sc,Y及び希土類元素のな
かから選ばれた１種または２種以上の酸化物が酸窒化珪
素の焼結を促進するために、十分緻密な繊維強化セラミ
ックスを得ることができる。そして、SiCホイスカが焼
結体中に存在することにより、繊維強化セラミックスに
高い靭性を付与している。
さらに、本発明の繊維強化セラミックスは、ホイスカの
存在により、焼結時の酸窒化珪素の粒成長が抑制され、
高強度の焼結体となる。
そして、上記構成によって、本発明は、高強度、高靭性
でかつ耐摩耗性、耐欠損性、耐酸化性、耐熱性に優れた
セラミック材料を提供することを可能とした。
なお、SiCホイスカの添加によって、アルミナ、ムライ
ト等の靭性を向上することは既に知られていることであ
るが、SiCホイスカの添加は必ずしもセラミックの靭性
を上昇させるものではない。例えば、本願と組成の似て
いるSi3N4にSiCホイスカを添加しても、靭性の向上が若
干見られる程度に過ぎず、本発明の如き、著しい靭性の
向上はみられない。
［実施例］ 本発明の実施例について説明する。
・第１実施例 以下に示す各原料を第１表に示す割合で配合し、ボール
ミルを用いエタノール中で16時間均一に分散混合した
後、乾燥し、造粒して素地粉末とした。
原料 Si3N4:α−Si3N490％、 平均粒径0.6μｍ、純度98％ SiO2:平均粒径15mμ、純度99.9％ Si2N2O:平均粒径１μｍ、純度95％ Al,Sc,Y及び希土類元素の酸化物（表中では酸化物成分
と表示）：平均粒径２μｍ以下 SiC粉末：平均粒径1.6μｍ、純度96％、 SiCホイスカ：平均直径0.6μｍ、 長さ10〜80μｍ、 アスペクト比16〜133 この素地粉末を、第１表に示す温度、時間、圧力でホッ
トプレスにより焼結し、4mm×3mm×40mmの寸法に研磨加
工して試料とした。
その後、試料の室温及び1000℃における曲げ強度（JIS
−R1601及びJIS−R1604に準ずる），ビッカース硬度
（荷重10kg），破壊靭性（インデンティションマイクロ
フラクチャー法，荷重10kgによる）について測定し、第
１表に合わせて記した。また、試料中の結晶相をＸ線回
折を用いて同定し、結果を第１表に記した。
なお、顕微鏡による試験観察,X線回折およびカーボン定
量の結果より、SiCホイスカは他の成分と化学的に反応
することなく試料にホイスカ形状で残っていることが確
認された。
第１表から次のことがわかった。
試料No.1−A,1−Ｂのように、Si2N2Oとなる成分、
あるいはSi2N2Oのみを原料とし、酸化物成分およびSiC
ホイスカを使用しないと、焼結体を得ることはできな
い。
試料No.1−C,1−Ｄのように、SiCホイスカを使用し
ないと、実施例と同様の条件ではSi2N2O成分が分解揮発
するために、焼結できない。また、試料No.1−E,1−Ｆ
のように焼結条件を変更して焼結した場合、十分な靭性
を得ることができない。
試料No.1−G,1−Ｈのように、SiC成分（SiC粉末お
よびSiCホイスカの合計）が５重量％より少ないと、Si2
N2Oの分解揮発を抑制することができず、十分な焼結体
を得ることができない。また、試料No.1−I,1−Ｊのよ
うに、SiC成分が40重量％より多いと、焼結性が悪くな
り、焼結体を得ることができない。
試料No.1−K,1−Ｌのように、酸化物成分を使用し
ないと、焼結時にガラスの生成がなく、焼結が促進され
ない。また、試料No.1−M,1−Ｎのように、酸化物成分
が１重量％より少ないと焼結時にガラスの生成が少な
く、焼結が進まない。逆に、試料No.1−O,1−Ｐのよう
に酸化物成分が30重量％より多いとガラスの生成が多す
ぎて十分な性能の焼結体を得ることができない。
試料No.1−Q,1−Ｒのように、SiCホイスカが５重量
％より少ないと、他の成分が本願の範囲内であっても高
い靭性を備えた焼結体を得ることができない。
・第２実施例 第１実施例で使用した原料を第２表に示す割合で配合
し、第１実施例と同様にして焼結し、試料を作成評価し
た。
第２表から次のことが分かった。
SiCホイスカの含有量が全体の５重量％以上である
ときに、優れた特性の焼結体を得ることができる。
即ち、上記〜から分かるように、SiC5〜40重量％
と、酸化物成分１〜30重量％と、酸窒化珪素成分残部と
を主成分とする繊維強化セラミックスであって、SiCホ
イスカが少なくとも全主成分の５重量％以上であると、
高強度，高靭性でかつ耐摩耗性，耐欠損性，耐酸化性，
耐熱性に優れたセラミック材料を得ることができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】SiCホイスカを含むSiC5〜40重量％と、Al,
    Sc,Y及び希土類元素のなかから選ばれた１種または２種
    以上の酸化物を１〜30重量％と、酸窒化珪素成分残部と
    を主成分とする繊維強化セラミックスであって、 上記SiCホイスカが少なくとも全主成分の５重量％以上
    であることを特徴とする繊維強化セラミックス。
JP63127687A 1987-12-01 1988-05-25 繊維強化セラミックス Expired - Lifetime JPH0745350B2 (ja)

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JP63127687A JPH0745350B2 (ja) 1987-12-01 1988-05-25 繊維強化セラミックス
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DE3840573A DE3840573C2 (de) 1987-12-01 1988-12-01 Whisker-verstärkte Keramik

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JP62-303829 1987-12-01
JP30382987 1987-12-01
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