JPH08253389A - セラミックス複合材料 - Google Patents
セラミックス複合材料Info
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- JPH08253389A JPH08253389A JP2340196A JP2340196A JPH08253389A JP H08253389 A JPH08253389 A JP H08253389A JP 2340196 A JP2340196 A JP 2340196A JP 2340196 A JP2340196 A JP 2340196A JP H08253389 A JPH08253389 A JP H08253389A
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- ceramic composite
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 室温から高温までの広い範囲にわたって機械
的強度が大きく、かつ、耐クリープ特性が良好であり、
高温に暴露される構造材料や機能材料として好適に使用
することのできるセラミックス複合材料を提供する。 【構成】 金属の酸化物と２種以上の金属の酸化物から
生成される複合酸化物とからなる群から選ばれる２種以
上の酸化物の単結晶から構成されている凝固体であるこ
とを特徴とする。
的強度が大きく、かつ、耐クリープ特性が良好であり、
高温に暴露される構造材料や機能材料として好適に使用
することのできるセラミックス複合材料を提供する。 【構成】 金属の酸化物と２種以上の金属の酸化物から
生成される複合酸化物とからなる群から選ばれる２種以
上の酸化物の単結晶から構成されている凝固体であるこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は室温から高温までの
広い範囲にわたって機械的強度が大きく、かつ、耐クリ
ープ特性が良好であり、高温に暴露される構造材料や機
能材料として好適に使用することのできるセラミックス
複合材料に関する。
広い範囲にわたって機械的強度が大きく、かつ、耐クリ
ープ特性が良好であり、高温に暴露される構造材料や機
能材料として好適に使用することのできるセラミックス
複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】高温下で用いられるセラミックス材料と
してＳｉＣあるいはＳｉ3Ｎ4が期待され、その実用化の
研究がなされているが、これらの材料は高温特性が充分
ではなく、実用化する上で問題となっている。その代替
材料としてＳＥＰ社の化学気相含浸法によるＳｉＣ／Ｓ
ｉＣ複合材料が脚光を浴び、現在では世界最高の高温材
料と考えられており、その研究開発が進められている
が、その使用温度範囲は１，４００℃以下とされてい
る。
してＳｉＣあるいはＳｉ3Ｎ4が期待され、その実用化の
研究がなされているが、これらの材料は高温特性が充分
ではなく、実用化する上で問題となっている。その代替
材料としてＳＥＰ社の化学気相含浸法によるＳｉＣ／Ｓ
ｉＣ複合材料が脚光を浴び、現在では世界最高の高温材
料と考えられており、その研究開発が進められている
が、その使用温度範囲は１，４００℃以下とされてい
る。
【０００３】セラミックスの製造方法としては、現在で
は粉末焼結法が主流であり、粉体の微細化、高純度化等
の粉末特性の向上と、よく制御された焼結条件での製造
により、室温強度３．０ＧＰａの高強度ＺｒＯ2 セラミ
ックスの製造ができるまでになっている。さらに、粉末
焼結法により異種セラミックス粒子をナノ分散させた複
合材料の製造が可能になり、強度、靱性、熱特性などの
改善が試みられている。しかしながら、粉末焼結法で得
られる焼結体は多結晶体であり、コロニー、ボイド、粒
界相等が存在するため、充分な高温強度が得られないと
いう問題があった。
は粉末焼結法が主流であり、粉体の微細化、高純度化等
の粉末特性の向上と、よく制御された焼結条件での製造
により、室温強度３．０ＧＰａの高強度ＺｒＯ2 セラミ
ックスの製造ができるまでになっている。さらに、粉末
焼結法により異種セラミックス粒子をナノ分散させた複
合材料の製造が可能になり、強度、靱性、熱特性などの
改善が試みられている。しかしながら、粉末焼結法で得
られる焼結体は多結晶体であり、コロニー、ボイド、粒
界相等が存在するため、充分な高温強度が得られないと
いう問題があった。
【０００４】一方、Journal of the American Ceramics
Society ７６巻１号 ２９〜３２ページ（1993年）に
は、Ａｌ2Ｏ3−Ｙ3Ａｌ5Ｏ12共晶で示されるアルミナと
イットリア・アルミナ・ガーネット（以下において「Ｙ
ＡＧ」ということがある）とからなる複合体が開示され
ている。さらに、この文献には、上記複合体の製法とし
て、Ａｌ2Ｏ3とＹ2Ｏ3との混合粉末を溶融し、ついで、
坩堝内で一方向に溶解凝固する方法が開示されている。
Society ７６巻１号 ２９〜３２ページ（1993年）に
は、Ａｌ2Ｏ3−Ｙ3Ａｌ5Ｏ12共晶で示されるアルミナと
イットリア・アルミナ・ガーネット（以下において「Ｙ
ＡＧ」ということがある）とからなる複合体が開示され
ている。さらに、この文献には、上記複合体の製法とし
て、Ａｌ2Ｏ3とＹ2Ｏ3との混合粉末を溶融し、ついで、
坩堝内で一方向に溶解凝固する方法が開示されている。
【０００５】上記文献２９ページ右欄９〜１０行の記載
及び同ページ図１及び図２から、上記複合体は多結晶か
らなり、粒界相を有していることがわかる。このこと
は、例えば、上記文献３０ページ左欄 最終行〜同右欄
１行の「破壊は通常Ａｌ2Ｏ3−ＹＡＧ界面に沿って走る
亀裂を有するコロニー境界に沿っており」との記載から
も裏付けられる。そして、このコロニー境界が、上記文
献３０ページの図２中において他の部分に比較して組織
が大きくなっている部分で示される。
及び同ページ図１及び図２から、上記複合体は多結晶か
らなり、粒界相を有していることがわかる。このこと
は、例えば、上記文献３０ページ左欄 最終行〜同右欄
１行の「破壊は通常Ａｌ2Ｏ3−ＹＡＧ界面に沿って走る
亀裂を有するコロニー境界に沿っており」との記載から
も裏付けられる。そして、このコロニー境界が、上記文
献３０ページの図２中において他の部分に比較して組織
が大きくなっている部分で示される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記文献に開示されて
いる複合材料は、例えば図４に示されるように、歪み速
度を一定にした場合の応力は１，５３０℃及び１，６５
０℃でサファイア繊維のそれとほぼ同程度である。さら
に、本発明者の実験によると、上記文献に記載の複合体
は、複合体内部に気泡あるいはボイドを含有しており、
高温において機械的強度が急激に低下することが認めら
れた。よって本発明者は、上記のような従来技術の問題
点を鑑みて、室温から高温にわたって優れた機械的強度
及びクリープ特性を有し、特に高温におけるこれらの特
性が飛躍的に改善されたセラミックス材料を得るべく鋭
意研究を重ねてきた。その結果、特開平７−１４９５９
７号、同７−１８７８９３号及び特願平６−２４０７９
２号に開示したα−Ａｌ2Ｏ3相とＹＡＧ相からなる複合
材料で、それらの相が単結晶／単結晶、単結晶／多結
晶、多結晶／多結晶で構成される従来に全くない新規な
セラミックス複合材料を見い出した。
いる複合材料は、例えば図４に示されるように、歪み速
度を一定にした場合の応力は１，５３０℃及び１，６５
０℃でサファイア繊維のそれとほぼ同程度である。さら
に、本発明者の実験によると、上記文献に記載の複合体
は、複合体内部に気泡あるいはボイドを含有しており、
高温において機械的強度が急激に低下することが認めら
れた。よって本発明者は、上記のような従来技術の問題
点を鑑みて、室温から高温にわたって優れた機械的強度
及びクリープ特性を有し、特に高温におけるこれらの特
性が飛躍的に改善されたセラミックス材料を得るべく鋭
意研究を重ねてきた。その結果、特開平７−１４９５９
７号、同７−１８７８９３号及び特願平６−２４０７９
２号に開示したα−Ａｌ2Ｏ3相とＹＡＧ相からなる複合
材料で、それらの相が単結晶／単結晶、単結晶／多結
晶、多結晶／多結晶で構成される従来に全くない新規な
セラミックス複合材料を見い出した。
【０００７】本発明の目的は、前記に示したα−Ａｌ2
Ｏ3相とＹＡＧ相からなる複合材料で、それらの相が単
結晶／単結晶、単結晶／多結晶及び多結晶／多結晶で構
成されるセラミックス複合材料に引き続き、請求項１に
示すとおり、単純酸化物と単純酸化物、単純酸化物と複
合酸化物、または、複合酸化物と複合酸化物の単結晶／
単結晶からなり、室温から高温にわたって優れた機械的
強度及びクリープ特性を有し、特に高温におけるこれら
の特性が飛躍的に改善されたセラミックス複合材料を提
供することにある。
Ｏ3相とＹＡＧ相からなる複合材料で、それらの相が単
結晶／単結晶、単結晶／多結晶及び多結晶／多結晶で構
成されるセラミックス複合材料に引き続き、請求項１に
示すとおり、単純酸化物と単純酸化物、単純酸化物と複
合酸化物、または、複合酸化物と複合酸化物の単結晶／
単結晶からなり、室温から高温にわたって優れた機械的
強度及びクリープ特性を有し、特に高温におけるこれら
の特性が飛躍的に改善されたセラミックス複合材料を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、請
求項１に示す単純酸化物と単純酸化物、単純酸化物と複
合酸化物、または、複合酸化物と複合酸化物の単結晶／
単結晶から構成されている凝固体からなるセラミックス
複合材料によって達成される。
求項１に示す単純酸化物と単純酸化物、単純酸化物と複
合酸化物、または、複合酸化物と複合酸化物の単結晶／
単結晶から構成されている凝固体からなるセラミックス
複合材料によって達成される。
【０００９】請求項１に示した金属の酸化物としては、
例えば、以下のようなものがあげられる。 Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｃａ
Ｏ、Ｙ2Ｏ3、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ
Ｏ、ＣｏＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｒＯ、
ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｇａ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＴｈＯ
2、ＵＯ2、ＳｎＯ2、
例えば、以下のようなものがあげられる。 Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｃａ
Ｏ、Ｙ2Ｏ3、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ
Ｏ、ＣｏＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｒＯ、
ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｇａ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＴｈＯ
2、ＵＯ2、ＳｎＯ2、
【００１０】また、請求項１に示した２種以上の金属の
酸化物の組み合わせで生成される複合酸化物には、例え
ば、以下のようなものがあげられる。 ３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（Ｍｕｌｌｉｔｅ）、ＭｇＯ・
Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＯ2、ＢａＯ・６Ａｌ2Ｏ3、
ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＢｅＯ・３Ａｌ2Ｏ3、ＢｅＯ・Ａｌ
2Ｏ3、３ＢｅＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・ＴｉＯ2、ＣａＯ
・Ｎｂ2Ｏ3、ＣａＯ・ＺｒＯ2、２ＣｏＯ・ＴｉＯ2、Ｆ
ｅＡｌ2Ｏ4、ＭｎＡｌ2Ｏ4、３ＭｇＯ・Ｙ2Ｏ3、２Ｍｇ
Ｏ・ＳｉＯ2、ＭｇＣｒ2Ｏ4、ＭｇＯ・ＴｉＯ2、ＭｇＯ
・Ｔａ2Ｏ5、ＭｎＯ・ＴｉＯ2、２ＭｎＯ・ＴｉＯ2、３
ＳｒＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ・２Ａｌ
2Ｏ3ＳｒＯ・６Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ・ＴｉＯ3、ＴｉＯ2・
３Ｎｂ2０5、ＴｉＯ2・Ｎｂ2Ｏ5、３Ｙ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ
3、２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3、２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５Ｓ
ｉＯ2
酸化物の組み合わせで生成される複合酸化物には、例え
ば、以下のようなものがあげられる。 ３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（Ｍｕｌｌｉｔｅ）、ＭｇＯ・
Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＯ2、ＢａＯ・６Ａｌ2Ｏ3、
ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＢｅＯ・３Ａｌ2Ｏ3、ＢｅＯ・Ａｌ
2Ｏ3、３ＢｅＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・ＴｉＯ2、ＣａＯ
・Ｎｂ2Ｏ3、ＣａＯ・ＺｒＯ2、２ＣｏＯ・ＴｉＯ2、Ｆ
ｅＡｌ2Ｏ4、ＭｎＡｌ2Ｏ4、３ＭｇＯ・Ｙ2Ｏ3、２Ｍｇ
Ｏ・ＳｉＯ2、ＭｇＣｒ2Ｏ4、ＭｇＯ・ＴｉＯ2、ＭｇＯ
・Ｔａ2Ｏ5、ＭｎＯ・ＴｉＯ2、２ＭｎＯ・ＴｉＯ2、３
ＳｒＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ・２Ａｌ
2Ｏ3ＳｒＯ・６Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ・ＴｉＯ3、ＴｉＯ2・
３Ｎｂ2０5、ＴｉＯ2・Ｎｂ2Ｏ5、３Ｙ2Ｏ3・５Ａｌ2Ｏ
3、２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3、２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５Ｓ
ｉＯ2
【００１１】以下に本発明のセラミックス複合材料を詳
細に説明する。本発明において「単結晶」とは、Ｘ線回
折において、特定の結晶面からの回折ピークのみが観察
される状態の結晶構造を意味する。また、本発明のセラ
ミックス複合材料は、前記した公知文献の図１及び図２
に見られるような、コロニー、粒界相あるいは粗大粒子
は観察されず、均一な組織、即ち単結晶／単結晶から構
成されている。
細に説明する。本発明において「単結晶」とは、Ｘ線回
折において、特定の結晶面からの回折ピークのみが観察
される状態の結晶構造を意味する。また、本発明のセラ
ミックス複合材料は、前記した公知文献の図１及び図２
に見られるような、コロニー、粒界相あるいは粗大粒子
は観察されず、均一な組織、即ち単結晶／単結晶から構
成されている。
【００１２】本発明のセラミックス複合材料は、単結晶
の酸化物と単結晶の酸化物とが微細なレベルで均質に、
しかも連続的に繋がった海島構造を形成している。例え
ば、実施例の表１に記載した、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の組
合せの場合、単結晶α−Ａｌ2Ｏ3が海を単結晶３Ａｌ2
Ｏ3・２ＳｉＯ2が島をそれぞれ形成している。 海島の
大きさは凝固条件を変更することによって制御が可能で
あるが、一般には１０〜５０μｍである。
の酸化物と単結晶の酸化物とが微細なレベルで均質に、
しかも連続的に繋がった海島構造を形成している。例え
ば、実施例の表１に記載した、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の組
合せの場合、単結晶α−Ａｌ2Ｏ3が海を単結晶３Ａｌ2
Ｏ3・２ＳｉＯ2が島をそれぞれ形成している。 海島の
大きさは凝固条件を変更することによって制御が可能で
あるが、一般には１０〜５０μｍである。
【００１３】Ａｌ2Ｏ3と３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とは、
Ａｌ2Ｏ3:３２ mol％、ＳｉＯ2:６８mol％で共晶を形成
するが、本発明のセラミックス複合材料においては、原
料粉末のＡｌ2Ｏ3及びＳｉＯ2粉末の配合割合を変える
ことにより、単結晶α−Ａｌ2Ｏ3約２０〜８０容積％、
単結晶３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2 約８０〜２０容積％の範
囲内でその分率を変化させることができる。
Ａｌ2Ｏ3:３２ mol％、ＳｉＯ2:６８mol％で共晶を形成
するが、本発明のセラミックス複合材料においては、原
料粉末のＡｌ2Ｏ3及びＳｉＯ2粉末の配合割合を変える
ことにより、単結晶α−Ａｌ2Ｏ3約２０〜８０容積％、
単結晶３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2 約８０〜２０容積％の範
囲内でその分率を変化させることができる。
【００１４】本発明のセラミックス複合材料は、例えば
以下の方法によって調整することができる。最初にα−
Ａｌ2Ｏ3粉末及びＳｉＯ2 粉末を、所望する成分比率の
セラミックス複合材料を生成する割合で混合して、混合
粉末を調整する。混合方法については特別の制限はな
く、乾式混合法及び湿式混合法のいずれも採用すること
ができる。湿式混合法を用いる際の媒体としては、メタ
ノール、エタノールのようなアルコールが一般に使用さ
れる。ついで、この混合粉末を公知の溶解炉、例えば、
アーク溶解炉を用いて、両原料が溶解する温度、例え
ば、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2 の場合、１，９５０〜２，１０
０℃に加熱して溶解する。
以下の方法によって調整することができる。最初にα−
Ａｌ2Ｏ3粉末及びＳｉＯ2 粉末を、所望する成分比率の
セラミックス複合材料を生成する割合で混合して、混合
粉末を調整する。混合方法については特別の制限はな
く、乾式混合法及び湿式混合法のいずれも採用すること
ができる。湿式混合法を用いる際の媒体としては、メタ
ノール、エタノールのようなアルコールが一般に使用さ
れる。ついで、この混合粉末を公知の溶解炉、例えば、
アーク溶解炉を用いて、両原料が溶解する温度、例え
ば、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2 の場合、１，９５０〜２，１０
０℃に加熱して溶解する。
【００１５】引き続き、上記の溶解物をそのまま坩堝に
仕込み一方向に凝固させるか、あるいは、上記の溶解物
を一旦凝固させた後に粉砕し、粉砕物を坩堝に仕込み、
ついで溶解させて一方向に凝固させることにより、本発
明のセラミックス複合材料を製造する。別の方法とし
て、上記の溶解物を所定温度に保持した坩堝に鋳込み、
冷却速度を制御しながら凝固体を得る方法も採用するこ
とができる。
仕込み一方向に凝固させるか、あるいは、上記の溶解物
を一旦凝固させた後に粉砕し、粉砕物を坩堝に仕込み、
ついで溶解させて一方向に凝固させることにより、本発
明のセラミックス複合材料を製造する。別の方法とし
て、上記の溶解物を所定温度に保持した坩堝に鋳込み、
冷却速度を制御しながら凝固体を得る方法も採用するこ
とができる。
【００１６】溶解凝固の際の雰囲気圧力は、通常３００
Torr以下、好ましくは１０-3Torr以下である。また、一
方向に凝固させるときの坩堝の移動速度、換言するとセ
ラミックス複合材料の成長速度は通常５０ｍｍ／時間以
下、好ましくは１〜４０ｍｍ／時間である。雰囲気圧力
及び移動速度以外の調整条件はそれ自体公知の方法の条
件と同様である。
Torr以下、好ましくは１０-3Torr以下である。また、一
方向に凝固させるときの坩堝の移動速度、換言するとセ
ラミックス複合材料の成長速度は通常５０ｍｍ／時間以
下、好ましくは１〜４０ｍｍ／時間である。雰囲気圧力
及び移動速度以外の調整条件はそれ自体公知の方法の条
件と同様である。
【００１７】溶解凝固の際の雰囲気圧力あるいは坩堝の
移動速度が条件範囲外になると、多結晶が生成したり、
気泡またはボイドが生成しやすくなって、機械的強度及
びクリープ特性の優れた複合材料を得ることが困難にな
る。
移動速度が条件範囲外になると、多結晶が生成したり、
気泡またはボイドが生成しやすくなって、機械的強度及
びクリープ特性の優れた複合材料を得ることが困難にな
る。
【００１８】一方向凝固させる装置としては、垂直方向
に設置された円筒状の容器内に坩堝が上下方向に移動可
能に収納されており、円筒状容器の中央部外側に加熱用
の誘導コイルが取り付けられており、容器内空間を減圧
にするための真空ポンプが設置されている、それ自体公
知の装置を使用することができる。
に設置された円筒状の容器内に坩堝が上下方向に移動可
能に収納されており、円筒状容器の中央部外側に加熱用
の誘導コイルが取り付けられており、容器内空間を減圧
にするための真空ポンプが設置されている、それ自体公
知の装置を使用することができる。
【００１９】一方、本発明においては、セラミックス複
合材料を構成する酸化物以外の酸化物を添加して、複合
材料を構成する相のうち少なくとも一方に固溶又は析出
させる、あるいは、相の界面に存在させることにより、
機械的性質や熱的性質を変化させることもできる。この
ような複合材料についても、上述した方法及び条件下で
製造することができる。
合材料を構成する酸化物以外の酸化物を添加して、複合
材料を構成する相のうち少なくとも一方に固溶又は析出
させる、あるいは、相の界面に存在させることにより、
機械的性質や熱的性質を変化させることもできる。この
ような複合材料についても、上述した方法及び条件下で
製造することができる。
【００２０】添加する異種酸化物としては、例えば、以
下のようなものがあげられる。 Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｃａ
Ｏ、Ｙ2Ｏ3、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ
Ｏ、ＣｏＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｒＯ、
Ｌａ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｇａ2Ｏ3、Ｈｆ
Ｏ2、ＴｈＯ2、ＵＯ2、ＳｎＯ2、
下のようなものがあげられる。 Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｃａ
Ｏ、Ｙ2Ｏ3、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ
Ｏ、ＣｏＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｒＯ、
Ｌａ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｇａ2Ｏ3、Ｈｆ
Ｏ2、ＴｈＯ2、ＵＯ2、ＳｎＯ2、
【００２１】製造方法としては、最初に例えば、原料の
酸化物粉末を所望する成分比率のセラミックス複合材料
を生成する割合で混合して、その混合粉末に異種酸化物
粉末を所定量添加して混合粉末を調整する。引き続き、
得られた混合粉末をチャンバー内に設置された坩堝に仕
込み一方向に凝固させて、本発明のセラミックス複合材
料を製造する。この複合材料においては、固溶させたい
酸化物の添加量を変えることにより、固溶量を変化させ
所望する機械的特性や熱的特性等を発現させることがで
きる。添加量については、０．００１〜１０ｗｔ％の範
囲内で変化させることができ、添加した全てが固溶せず
に結晶界面に析出することもある。なお、固溶させる方
法としては、最初に一方向凝固法で製造したセラミック
ス複合材料を異種酸化物粉末中に埋め、熱処理する方法
も採ることができる。
酸化物粉末を所望する成分比率のセラミックス複合材料
を生成する割合で混合して、その混合粉末に異種酸化物
粉末を所定量添加して混合粉末を調整する。引き続き、
得られた混合粉末をチャンバー内に設置された坩堝に仕
込み一方向に凝固させて、本発明のセラミックス複合材
料を製造する。この複合材料においては、固溶させたい
酸化物の添加量を変えることにより、固溶量を変化させ
所望する機械的特性や熱的特性等を発現させることがで
きる。添加量については、０．００１〜１０ｗｔ％の範
囲内で変化させることができ、添加した全てが固溶せず
に結晶界面に析出することもある。なお、固溶させる方
法としては、最初に一方向凝固法で製造したセラミック
ス複合材料を異種酸化物粉末中に埋め、熱処理する方法
も採ることができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明のセラミックス複合材料は、高温
における耐熱性、耐久性、高温強度、熱安定性など飛躍
的に改善されたものであり、１，２００℃を越える高温
においても優れた特性を発揮するため、ジェットエンジ
ンや発電用ガスタービンのタービンブレード等の部材、
各種高温材料の高温特性測定用の治具等として有用性が
高いものである。その他、Ａｌ2Ｏ3をはじめとする酸化
物系セラミックスが具体的に用いられている用途、例え
ば、高温用熱交換器、核融合炉用材料、原子炉用材料、
耐磨耗部材、耐腐食性部材などその他幅広い分野で有用
性が高いものである。また、このセラミックス複合材料
を繊維状あるいは粉末状にすれば、例えば、ジェットエ
ンジンや発電用ガスタービンのタービンブレードに用い
られているＮｉ基超合金やＣｏ基超合金、あるいは各種
セラミックスの分散強化材としても好適に使用できる。
さらに、得られた粉末を金属材料等の表面にプラズマ溶
射法等の方法でコーテイングする形態で凝固させれば、
耐酸化性、耐摩耗性の向上も期待できる。
における耐熱性、耐久性、高温強度、熱安定性など飛躍
的に改善されたものであり、１，２００℃を越える高温
においても優れた特性を発揮するため、ジェットエンジ
ンや発電用ガスタービンのタービンブレード等の部材、
各種高温材料の高温特性測定用の治具等として有用性が
高いものである。その他、Ａｌ2Ｏ3をはじめとする酸化
物系セラミックスが具体的に用いられている用途、例え
ば、高温用熱交換器、核融合炉用材料、原子炉用材料、
耐磨耗部材、耐腐食性部材などその他幅広い分野で有用
性が高いものである。また、このセラミックス複合材料
を繊維状あるいは粉末状にすれば、例えば、ジェットエ
ンジンや発電用ガスタービンのタービンブレードに用い
られているＮｉ基超合金やＣｏ基超合金、あるいは各種
セラミックスの分散強化材としても好適に使用できる。
さらに、得られた粉末を金属材料等の表面にプラズマ溶
射法等の方法でコーテイングする形態で凝固させれば、
耐酸化性、耐摩耗性の向上も期待できる。
【００２３】繊維状のセラミックス複合材料を製造する
方法としては、予め一方向凝固法で製造した凝固体を直
径１ｍｍ程度に線材化し、同一組成の加熱溶融させたプ
ールに浸漬、引き上げて繊維状の結晶を成長させてゆく
方法を採ることができる。あるいは、加熱溶融させたメ
ルトプールに毛細管現象を起こす狭いガイドを置いて引
き上げるＥｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ
Ｇｒｏｗｔｈ（ＥＦＧ法）や、予め焼結法により作製
したロッドをＣＯ2 レーザー等で照射、帯溶融し、一方
向凝固させてゆく方法（Ｌａｓｅｒ ｈｅａｔｅｄ ｆ
ｌｏａｔ ｚｏｎｅ ｍｅｔｈｏｄ；ＬＨＦＺ法）も採
ることができる。また、粉末状のセラミックス複合材料
を製造する方法としては、加熱溶融した試料を坩堝底に
設けた微細孔から緩やかな温度勾配をつけた炉中に液滴
を落下させ、凝固させる方法を採ることができる。ま
た、表面にコーテイングする方法としては、プラズマ溶
射する方法や、加熱溶融させたメルトプール中に被コー
テイング物質を浸漬したまま一方向凝固させ、メルトを
保持していた坩堝を後加工で取り除く方法を採ることが
できる。
方法としては、予め一方向凝固法で製造した凝固体を直
径１ｍｍ程度に線材化し、同一組成の加熱溶融させたプ
ールに浸漬、引き上げて繊維状の結晶を成長させてゆく
方法を採ることができる。あるいは、加熱溶融させたメ
ルトプールに毛細管現象を起こす狭いガイドを置いて引
き上げるＥｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ
Ｇｒｏｗｔｈ（ＥＦＧ法）や、予め焼結法により作製
したロッドをＣＯ2 レーザー等で照射、帯溶融し、一方
向凝固させてゆく方法（Ｌａｓｅｒ ｈｅａｔｅｄ ｆ
ｌｏａｔ ｚｏｎｅ ｍｅｔｈｏｄ；ＬＨＦＺ法）も採
ることができる。また、粉末状のセラミックス複合材料
を製造する方法としては、加熱溶融した試料を坩堝底に
設けた微細孔から緩やかな温度勾配をつけた炉中に液滴
を落下させ、凝固させる方法を採ることができる。ま
た、表面にコーテイングする方法としては、プラズマ溶
射する方法や、加熱溶融させたメルトプール中に被コー
テイング物質を浸漬したまま一方向凝固させ、メルトを
保持していた坩堝を後加工で取り除く方法を採ることが
できる。
【００２４】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示す。 実施例１ 原料粉末α−Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を表１に示す混合割合
で、エタノール溶媒を用いて湿式ボールミルによって混
合し、得られたスラリーからロータリエバポレータを用
いてエタノールを除去した。得られた混合粉末をチャン
バー内に設置されたモリブデン坩堝に仕込み、１０-2To
rrの雰囲気圧力に維持して、高周波コイルを用いて坩堝
を１，９５０〜２，１００℃に加熱して、混合粉末を溶
解した。次に、同一の雰囲気圧力下において坩堝を５ｍ
ｍ／時間の速度で降下し一方向凝固させ、セラミックス
複合材料を得た。このようにして得られたα−Ａｌ2Ｏ3
と３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2からなる複合材料の凝固方向に
垂直な断面組織の光学顕微鏡写真を図１に示す。図１に
おいて、白い部分が３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2相で、色の濃
い部分がα−Ａｌ2Ｏ3相である。この複合材料は、コロ
ニーあるいは粒界相を有しておらず、さらに気泡または
ボイドが存在しない均一な海島構造をとっていることが
判った。また、この複合材料の凝固方向に垂直な面のＸ
線回折の結果、α−Ａｌ2Ｏ3と３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2の
それぞれ特定の面からの回折ピークのみが観察され、上
記複合材料がα−Ａｌ2Ｏ3単結晶と３Ａｌ2Ｏ3 ２Ｓｉ
Ｏ2単結晶の二つの相から構成されていることが判っ
た。この複合材料の高温における機械的強度を測定した
ところ、アルゴン中１８５０℃において、３点曲げ強度
が４００ＭＰａであった。また、この複合材料を１７０
０℃の大気中に５０時間保持した後の重量増は、０．０
０３ｇ／cm3 であった。以下、同様にして表１に示す原
料粉末を調製して一方向凝固した複合材料の構成相とＸ
線回折による結晶構造評価を表１に示す。これらの複合
材料は、コロニーあるいは粒界相を有しておらず、さら
に気泡またはボイドが存在しない均一な海島構造をとっ
ていることが判った。
で、エタノール溶媒を用いて湿式ボールミルによって混
合し、得られたスラリーからロータリエバポレータを用
いてエタノールを除去した。得られた混合粉末をチャン
バー内に設置されたモリブデン坩堝に仕込み、１０-2To
rrの雰囲気圧力に維持して、高周波コイルを用いて坩堝
を１，９５０〜２，１００℃に加熱して、混合粉末を溶
解した。次に、同一の雰囲気圧力下において坩堝を５ｍ
ｍ／時間の速度で降下し一方向凝固させ、セラミックス
複合材料を得た。このようにして得られたα−Ａｌ2Ｏ3
と３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2からなる複合材料の凝固方向に
垂直な断面組織の光学顕微鏡写真を図１に示す。図１に
おいて、白い部分が３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2相で、色の濃
い部分がα−Ａｌ2Ｏ3相である。この複合材料は、コロ
ニーあるいは粒界相を有しておらず、さらに気泡または
ボイドが存在しない均一な海島構造をとっていることが
判った。また、この複合材料の凝固方向に垂直な面のＸ
線回折の結果、α−Ａｌ2Ｏ3と３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2の
それぞれ特定の面からの回折ピークのみが観察され、上
記複合材料がα−Ａｌ2Ｏ3単結晶と３Ａｌ2Ｏ3 ２Ｓｉ
Ｏ2単結晶の二つの相から構成されていることが判っ
た。この複合材料の高温における機械的強度を測定した
ところ、アルゴン中１８５０℃において、３点曲げ強度
が４００ＭＰａであった。また、この複合材料を１７０
０℃の大気中に５０時間保持した後の重量増は、０．０
０３ｇ／cm3 であった。以下、同様にして表１に示す原
料粉末を調製して一方向凝固した複合材料の構成相とＸ
線回折による結晶構造評価を表１に示す。これらの複合
材料は、コロニーあるいは粒界相を有しておらず、さら
に気泡またはボイドが存在しない均一な海島構造をとっ
ていることが判った。
【００２５】
【表１】
【００２６】比較例１ チャンバー内の圧力を常圧にした以外は実施例１を繰り
返して、セラミックス複合材料を調製した。このように
して得られたα−Ａｌ2Ｏ3と３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2から
なる複合材料の凝固方向に垂直な断面組織の光学顕微鏡
写真を図２に示す。この複合材料は、コロニーあるいは
粒界相、並びに気泡を有していることが判った。また、
この複合材料の凝固方向に垂直な面のＸ線回折の結果、
α−Ａｌ2Ｏ3と３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2の複数の面からの
回折ピークが観察され、上記複合材料は多結晶から構成
されていることが判った。以下、同様にして表２に示す
原料粉末を調製して一方向凝固した複合材料の相構成と
Ｘ線回折による結晶構造評価を表２に示す。これらの複
合材料は、コロニー及び粒界相、さらに気泡を有してい
ることが判った。
返して、セラミックス複合材料を調製した。このように
して得られたα−Ａｌ2Ｏ3と３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2から
なる複合材料の凝固方向に垂直な断面組織の光学顕微鏡
写真を図２に示す。この複合材料は、コロニーあるいは
粒界相、並びに気泡を有していることが判った。また、
この複合材料の凝固方向に垂直な面のＸ線回折の結果、
α−Ａｌ2Ｏ3と３Ａｌ2Ｏ3 ２ＳｉＯ2の複数の面からの
回折ピークが観察され、上記複合材料は多結晶から構成
されていることが判った。以下、同様にして表２に示す
原料粉末を調製して一方向凝固した複合材料の相構成と
Ｘ線回折による結晶構造評価を表２に示す。これらの複
合材料は、コロニー及び粒界相、さらに気泡を有してい
ることが判った。
【００２７】
【表２】
【００２８】実施例２ 原料としてα−Ａｌ2Ｏ3粉末とＺｒＯ2 粉末を５０．４
／４９．６mol％ の割合で、エタノール溶媒を用いて湿
式ボールミルによって混合し、得られたスラリーからロ
ータリエバポレータを用いてエタノールを除去した。得
られた混合粉末をチャンバー内に設置されたモリブデン
坩堝に仕込み、１０-5Torrの雰囲気圧力に維持して、高
周波コイルを用いて坩堝を１，９５０〜２，１００℃に
加熱して、混合粉末を溶解した。次に、同一の雰囲気圧
力下において坩堝を５ｍｍ／時間の速度で降下し一方向
凝固させ、セラミックス複合材料を得た。このようにし
て得られたα−Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2 からなる複合材料の
凝固方向に垂直な断面組織の光学顕微鏡写真を図３に示
す。図３において、白い部分がＺｒＯ2 相で、黒い部分
がα−Ａｌ2Ｏ3相である。この複合材料は、コロニーあ
るいは粒界相を有しておらず、さらに気泡またはボイド
が存在しない均一な海島構造をとっていることが判っ
た。また、この複合材料の凝固方向に垂直な面のＸ線回
折の結果、α−Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2 のそれぞれ特定の面
からの回折ピークのみが観察され、上記複合材料がα−
Ａｌ2Ｏ3単結晶とＺｒＯ2 単結晶の二つの相から構成さ
れていることが判った。この複合材料の高温における機
械的強度を測定したところ、アルゴン中１６００℃にお
いて、３点曲げ強度が７００ＭＰａであった。また、こ
の複合材料を１７００℃の大気中に５０時間保持した後
の重量増は、０．００３ｇ／cm3 であった。さらに、室
温においてＩＦ法により破壊靱性値を測定したところ、
１０ＭＰａ√ｍの高い値を示した。
／４９．６mol％ の割合で、エタノール溶媒を用いて湿
式ボールミルによって混合し、得られたスラリーからロ
ータリエバポレータを用いてエタノールを除去した。得
られた混合粉末をチャンバー内に設置されたモリブデン
坩堝に仕込み、１０-5Torrの雰囲気圧力に維持して、高
周波コイルを用いて坩堝を１，９５０〜２，１００℃に
加熱して、混合粉末を溶解した。次に、同一の雰囲気圧
力下において坩堝を５ｍｍ／時間の速度で降下し一方向
凝固させ、セラミックス複合材料を得た。このようにし
て得られたα−Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2 からなる複合材料の
凝固方向に垂直な断面組織の光学顕微鏡写真を図３に示
す。図３において、白い部分がＺｒＯ2 相で、黒い部分
がα−Ａｌ2Ｏ3相である。この複合材料は、コロニーあ
るいは粒界相を有しておらず、さらに気泡またはボイド
が存在しない均一な海島構造をとっていることが判っ
た。また、この複合材料の凝固方向に垂直な面のＸ線回
折の結果、α−Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2 のそれぞれ特定の面
からの回折ピークのみが観察され、上記複合材料がα−
Ａｌ2Ｏ3単結晶とＺｒＯ2 単結晶の二つの相から構成さ
れていることが判った。この複合材料の高温における機
械的強度を測定したところ、アルゴン中１６００℃にお
いて、３点曲げ強度が７００ＭＰａであった。また、こ
の複合材料を１７００℃の大気中に５０時間保持した後
の重量増は、０．００３ｇ／cm3 であった。さらに、室
温においてＩＦ法により破壊靱性値を測定したところ、
１０ＭＰａ√ｍの高い値を示した。
【００２９】本発明のセラミックス複合材料は、高温に
おける耐熱性、耐久性、クリープ特性も良好なことが判
った。
おける耐熱性、耐久性、クリープ特性も良好なことが判
った。
【図１】図１は実施例１で得られた複合材料の結晶構造
を示す図面に代える光学顕微鏡写真である。
を示す図面に代える光学顕微鏡写真である。
【図２】図２は比較例１で得られた複合材料の結晶構造
を示す図面に代える光学顕微鏡写真である。
を示す図面に代える光学顕微鏡写真である。
【図３】図３は実施例２で得られた複合材料の結晶構造
を示す図面に代える光学顕微鏡写真である。
を示す図面に代える光学顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大坪 英樹 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内 (72)発明者 清水 和敏 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内 (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 興産株式会社宇部研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 金属の酸化物と２種以上の金属の酸化物
から生成される複合酸化物とからなる群から選ばれる２
種以上の酸化物の単結晶から構成されている凝固体であ
ることを特徴とするセラミックス複合材料（ただし、構
成相が、Ａｌ2Ｏ3とＹ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ）である場合
を除く。）。 - 【請求項２】 請求項１の酸化物を構成する金属が、Ａ
ｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｙ、Ｂａ、Ｂｅ、
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｎ
ｉ、Ｌｉ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｕ及びＳｎからなる群か
ら選ばれる金属であることを特徴とする請求項１記載の
セラミックス複合材料。 - 【請求項３】 請求項１の酸化物を構成する金属が、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｙ及びＮｉからなる群から選ば
れる金属であることを特徴とする請求項１記載のセラミ
ックス複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02340196A JP3412378B2 (ja) | 1995-01-19 | 1996-01-18 | セラミックス複合材料 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-23286 | 1995-01-19 | ||
| JP2328695 | 1995-01-19 | ||
| JP02340196A JP3412378B2 (ja) | 1995-01-19 | 1996-01-18 | セラミックス複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08253389A true JPH08253389A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3412378B2 JP3412378B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=26360613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02340196A Expired - Lifetime JP3412378B2 (ja) | 1995-01-19 | 1996-01-18 | セラミックス複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3412378B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7633217B2 (en) | 2004-06-24 | 2009-12-15 | Ube Industries, Ltd. | White-light light emitting diode device |
| US7863636B2 (en) | 2005-08-10 | 2011-01-04 | Ube Industries, Ltd. | Substrate for light-emitting diode, and light-emitting diode |
| US7935973B2 (en) | 2004-10-21 | 2011-05-03 | Ube Industries, Ltd. | Light-emitting diode, light-emitting diode substrate and production method of light-emitting diode |
| WO2011125422A1 (ja) | 2010-03-31 | 2011-10-13 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体、その製造方法、及びそれを備えた発光装置 |
| US8093799B2 (en) | 2006-09-25 | 2012-01-10 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite for phototransformation and light emitting device using the same |
| WO2012077599A1 (ja) | 2010-12-10 | 2012-06-14 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体及びその製造方法 |
| WO2012081566A1 (ja) | 2010-12-16 | 2012-06-21 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体、その製造方法、及びそれを備えた発光装置 |
| EP2497758A2 (en) | 2003-01-20 | 2012-09-12 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite material for optical conversion and use thereof |
| WO2013008751A1 (ja) | 2011-07-08 | 2013-01-17 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体の製造方法 |
| WO2013146994A1 (ja) | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体およびそれを用いた発光装置 |
| US8608978B2 (en) | 2006-01-19 | 2013-12-17 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite light-converting member and light-emitting device using the same |
| WO2022163604A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | アダマンド並木精密宝石株式会社 | 発光体、腕時計、及び発光体の製造方法 |
-
1996
- 1996-01-18 JP JP02340196A patent/JP3412378B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2497758A2 (en) | 2003-01-20 | 2012-09-12 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite material for optical conversion and use thereof |
| US8900480B2 (en) | 2003-01-20 | 2014-12-02 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite material for light conversion and use thereof |
| US7633217B2 (en) | 2004-06-24 | 2009-12-15 | Ube Industries, Ltd. | White-light light emitting diode device |
| US7935973B2 (en) | 2004-10-21 | 2011-05-03 | Ube Industries, Ltd. | Light-emitting diode, light-emitting diode substrate and production method of light-emitting diode |
| US7863636B2 (en) | 2005-08-10 | 2011-01-04 | Ube Industries, Ltd. | Substrate for light-emitting diode, and light-emitting diode |
| US8608978B2 (en) | 2006-01-19 | 2013-12-17 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite light-converting member and light-emitting device using the same |
| US8093799B2 (en) | 2006-09-25 | 2012-01-10 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite for phototransformation and light emitting device using the same |
| WO2011125422A1 (ja) | 2010-03-31 | 2011-10-13 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体、その製造方法、及びそれを備えた発光装置 |
| WO2012077599A1 (ja) | 2010-12-10 | 2012-06-14 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体及びその製造方法 |
| US9543480B2 (en) | 2010-12-10 | 2017-01-10 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite for light conversion and method for manufacture thereof |
| WO2012081566A1 (ja) | 2010-12-16 | 2012-06-21 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体、その製造方法、及びそれを備えた発光装置 |
| US9074126B2 (en) | 2010-12-16 | 2015-07-07 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite for light conversion |
| WO2013008751A1 (ja) | 2011-07-08 | 2013-01-17 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体の製造方法 |
| WO2013146994A1 (ja) | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体およびそれを用いた発光装置 |
| WO2022163604A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | アダマンド並木精密宝石株式会社 | 発光体、腕時計、及び発光体の製造方法 |
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|---|---|
| JP3412378B2 (ja) | 2003-06-03 |
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