JPH0829982B2 - 炭化ケイ素ウイスカー強化ジルコニアセラミツクス複合材料の製造方法 - Google Patents
炭化ケイ素ウイスカー強化ジルコニアセラミツクス複合材料の製造方法Info
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- JPH0829982B2 JPH0829982B2 JP2286247A JP28624790A JPH0829982B2 JP H0829982 B2 JPH0829982 B2 JP H0829982B2 JP 2286247 A JP2286247 A JP 2286247A JP 28624790 A JP28624790 A JP 28624790A JP H0829982 B2 JPH0829982 B2 JP H0829982B2
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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、金属材料、有機材料等を研削・切断するた
めの工具材料として使用することを目的とした炭化ケイ
素ウイスカー強化ジルコニアセラミックス複合材料の製
造法に関するものである。
めの工具材料として使用することを目的とした炭化ケイ
素ウイスカー強化ジルコニアセラミックス複合材料の製
造法に関するものである。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題 イットリア含有ジルコニアセラミックスは高強度・高
靱性であることで知られている。このイットリア含有ジ
ルコニアセラミックスの破壊靱性値を、更に高めること
を目的として、炭化ケイ素ウイスカーを添加する研究は
これまでにも報告されている。それらの報告の大部分
は、破壊靱性値を高めることはできたが、強度は逆に低
下したことを報告している。例えば、３モル％イットリ
ア含有ジルコニアへ30体積％の炭化ケイ素ウイスカーを
添加することにより破壊靱性値は炭化ケイ素ウイスカー
を添加しないときの値である4MPa・m1/2から7MPa・m1/2
（IF法で測定）まで高めることはできたが、強度値は炭
化ケイ素ウイスカーを添加しないときの値である1300MP
a程度から600〜700MPaまで、即ち、炭化ケイ素ウイスカ
ーを添加することにより炭化ケイ素ウイスカーを添加し
ない場合の半分程度まで低下することが知られている。
靱性であることで知られている。このイットリア含有ジ
ルコニアセラミックスの破壊靱性値を、更に高めること
を目的として、炭化ケイ素ウイスカーを添加する研究は
これまでにも報告されている。それらの報告の大部分
は、破壊靱性値を高めることはできたが、強度は逆に低
下したことを報告している。例えば、３モル％イットリ
ア含有ジルコニアへ30体積％の炭化ケイ素ウイスカーを
添加することにより破壊靱性値は炭化ケイ素ウイスカー
を添加しないときの値である4MPa・m1/2から7MPa・m1/2
（IF法で測定）まで高めることはできたが、強度値は炭
化ケイ素ウイスカーを添加しないときの値である1300MP
a程度から600〜700MPaまで、即ち、炭化ケイ素ウイスカ
ーを添加することにより炭化ケイ素ウイスカーを添加し
ない場合の半分程度まで低下することが知られている。
本発明は、イットリア含有ジルコニアセラミックスと
炭化ケイ素ウイスカーとの複合材料を作製する際に、ジ
ルコニアセラミックスのもっている高強度性を損なうこ
となく、破壊靱性値を増大させるための製造方法を提供
することにある。
炭化ケイ素ウイスカーとの複合材料を作製する際に、ジ
ルコニアセラミックスのもっている高強度性を損なうこ
となく、破壊靱性値を増大させるための製造方法を提供
することにある。
課題を解決するための手段 炭化ケイ素ウイスカー強化イットリア含有ジルコニア
セラミックスの強度が、炭化ケイ素ウイスカーを添加し
ない場合より小さくなる原因の一つとして、炭化ケイ素
ウイスカーとイットリア含有ジルコニアマトリックスと
の反応が考えられる。クラウゼンらは透過型電子顕微鏡
での観察結果をもとにして、炭化ケイ素ウイスカーとイ
ットリア含有ジルコニアマトリックスの界面にはSiO2を
主成分としたガラス相が存在し、そのガラス相を介して
炭化ケイ素ウイスカーとイットリア含有ジルコニアマト
リックスとの間には強固な結合が生じていることを報告
している。このガラス相はホットプレス法での焼結体作
製時に炭化ケイ素ウイスカーとイットリア含有ジルコニ
アマトリックスまたはイットリア含有ジルコニア中の不
純物との反応により生成したものと考えられる。本発明
では、焼結温度を下げることにより炭化ケイ素ウイスカ
ーとイットリア含有ジルコニアの反応を防止すること、
及び炭化ケイ素ウイスカーとイットリア含有ジルコニア
マトリックス界面に生成するガラス相の組成を最適化す
ることを目的としてディオプサイド系（CaO-MgO-SiO
2系）ガラスを焼結助剤として添加することとし、これ
により、炭化ケイ素ウイスカー強化イットリア含有ジル
コニアセラミックスの高強度性を低下させることなく、
破壊靱性値を増大させることに成功した。すなわち、本
発明は、イットリア含有ジルコニアセラミックスに炭化
ケイ素ウイスカーを添加した複合材料を作製する際に、
ディオプサイド系ガラスを焼結助剤として添加し、1300
℃〜1400℃でホットプレスすることを特徴とする炭化ケ
イ素ウイスカー強化ジルコニアセラミックス複合材料の
製造方法を提供するものである。
セラミックスの強度が、炭化ケイ素ウイスカーを添加し
ない場合より小さくなる原因の一つとして、炭化ケイ素
ウイスカーとイットリア含有ジルコニアマトリックスと
の反応が考えられる。クラウゼンらは透過型電子顕微鏡
での観察結果をもとにして、炭化ケイ素ウイスカーとイ
ットリア含有ジルコニアマトリックスの界面にはSiO2を
主成分としたガラス相が存在し、そのガラス相を介して
炭化ケイ素ウイスカーとイットリア含有ジルコニアマト
リックスとの間には強固な結合が生じていることを報告
している。このガラス相はホットプレス法での焼結体作
製時に炭化ケイ素ウイスカーとイットリア含有ジルコニ
アマトリックスまたはイットリア含有ジルコニア中の不
純物との反応により生成したものと考えられる。本発明
では、焼結温度を下げることにより炭化ケイ素ウイスカ
ーとイットリア含有ジルコニアの反応を防止すること、
及び炭化ケイ素ウイスカーとイットリア含有ジルコニア
マトリックス界面に生成するガラス相の組成を最適化す
ることを目的としてディオプサイド系（CaO-MgO-SiO
2系）ガラスを焼結助剤として添加することとし、これ
により、炭化ケイ素ウイスカー強化イットリア含有ジル
コニアセラミックスの高強度性を低下させることなく、
破壊靱性値を増大させることに成功した。すなわち、本
発明は、イットリア含有ジルコニアセラミックスに炭化
ケイ素ウイスカーを添加した複合材料を作製する際に、
ディオプサイド系ガラスを焼結助剤として添加し、1300
℃〜1400℃でホットプレスすることを特徴とする炭化ケ
イ素ウイスカー強化ジルコニアセラミックス複合材料の
製造方法を提供するものである。
本発明において、ディオプサイド系（diopside系）ガ
ラスは、酸化カルシウム（CaO）22〜30重量％、酸化マ
グネシウム（MgO）12〜21重量％、二酸化ケイ素（Si
O2）53〜60重量％の組成範囲のガラス粉末が好ましく、
さらに、上記ガラス粉末100重量％に10重量％以下のア
ルミナ（Al2O3）粉末または（及び）５重量％以下のジ
ルコニア（ZrO2）粉末を含有したものも使用される。ま
た、本発明において、イットリア含有ジルコニアセラミ
ックスは、２モルから４モル％までのイットリア（Y
2O3）を含有するものが使用され、更に、イットリア含
有ジルコニア100重量％にアルミナ（Al2O3）を30重量％
まで含有したものも使用される。
ラスは、酸化カルシウム（CaO）22〜30重量％、酸化マ
グネシウム（MgO）12〜21重量％、二酸化ケイ素（Si
O2）53〜60重量％の組成範囲のガラス粉末が好ましく、
さらに、上記ガラス粉末100重量％に10重量％以下のア
ルミナ（Al2O3）粉末または（及び）５重量％以下のジ
ルコニア（ZrO2）粉末を含有したものも使用される。ま
た、本発明において、イットリア含有ジルコニアセラミ
ックスは、２モルから４モル％までのイットリア（Y
2O3）を含有するものが使用され、更に、イットリア含
有ジルコニア100重量％にアルミナ（Al2O3）を30重量％
まで含有したものも使用される。
実施例 本発明の実施例を以下に示す。焼結助剤として使用す
るディオプサイド系ガラス粉末の作製には酸化カルシウ
ム（CaO）が26重量％、酸化マグネシウム（MgO）が18.5
重量％、二酸化ケイ素（SiO2）が55.5重量％なるように
配合したものを1450°〜1500℃の温度で溶解し、時々攪
拌して均質化した後、急冷し、ガラスを作製した。その
ガラスを微粉砕し、焼結助剤用ガラス粉末とした。次に
下記のイットリア含有ジルコニア粉末に所定量の炭化ケ
イ素ウイスカー及びガラス粉末を添加したものを、エタ
ノールを溶媒としてボールミルで10時間混合した後、乾
燥し、混合粉末とした。この混合粉末を黒鉛製ダイスに
入れ、所定の温度（1300℃〜1400℃）で、プレス圧200k
g/cm2で１時間ホットプレスして、板状複合材料を作製
した。この複合材料から試験片を切り出して強度及び破
壊靱性値測定用とした。強度は３点曲げで、破壊靱性値
は、ビッカース圧子の押込みによって生じたクラックの
大きさと圧痕の大きさから計算で求めるIF法（Indentat
ion fracture法）で測定した。
るディオプサイド系ガラス粉末の作製には酸化カルシウ
ム（CaO）が26重量％、酸化マグネシウム（MgO）が18.5
重量％、二酸化ケイ素（SiO2）が55.5重量％なるように
配合したものを1450°〜1500℃の温度で溶解し、時々攪
拌して均質化した後、急冷し、ガラスを作製した。その
ガラスを微粉砕し、焼結助剤用ガラス粉末とした。次に
下記のイットリア含有ジルコニア粉末に所定量の炭化ケ
イ素ウイスカー及びガラス粉末を添加したものを、エタ
ノールを溶媒としてボールミルで10時間混合した後、乾
燥し、混合粉末とした。この混合粉末を黒鉛製ダイスに
入れ、所定の温度（1300℃〜1400℃）で、プレス圧200k
g/cm2で１時間ホットプレスして、板状複合材料を作製
した。この複合材料から試験片を切り出して強度及び破
壊靱性値測定用とした。強度は３点曲げで、破壊靱性値
は、ビッカース圧子の押込みによって生じたクラックの
大きさと圧痕の大きさから計算で求めるIF法（Indentat
ion fracture法）で測定した。
（イ）３モル％イットリア含有ジルコニアセラミックス
と炭化ケイ素ウイスカーの混合粉末を上述の製造法によ
って1300℃でホットプレスして得られた複合材料の密度
と炭化ケイ素ウイスカー添加量の関係を第１図に示す。
ホットプレス温度が1300℃と低い場合には、焼結助剤と
してガラスを添加しないと、20体積％炭化ケイ素ウイス
カー添加ジルコニアの相対密度は93％程度であったの
が、焼結助剤としてガラスを添加するとホットプレス温
度が1300℃と低いにもかかわらず、ガラス添加量が３体
積％のときには20体積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで
相対密度が97％以上、30体積％炭化ケイ素ウイスカー添
加で相対密度が95％、ガラス添加量が５体積％のときに
は20体積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで相対密度が98
％以上、30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で相対密度
が97％、40体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で相対密度
が91％であった。ガラス添加量が10体積％のときは30体
積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで98％以上の高密度焼
結体を作製できた。
と炭化ケイ素ウイスカーの混合粉末を上述の製造法によ
って1300℃でホットプレスして得られた複合材料の密度
と炭化ケイ素ウイスカー添加量の関係を第１図に示す。
ホットプレス温度が1300℃と低い場合には、焼結助剤と
してガラスを添加しないと、20体積％炭化ケイ素ウイス
カー添加ジルコニアの相対密度は93％程度であったの
が、焼結助剤としてガラスを添加するとホットプレス温
度が1300℃と低いにもかかわらず、ガラス添加量が３体
積％のときには20体積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで
相対密度が97％以上、30体積％炭化ケイ素ウイスカー添
加で相対密度が95％、ガラス添加量が５体積％のときに
は20体積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで相対密度が98
％以上、30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で相対密度
が97％、40体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で相対密度
が91％であった。ガラス添加量が10体積％のときは30体
積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで98％以上の高密度焼
結体を作製できた。
ホットプレス温度を1350℃まで上げると３体積％ガラ
ス添加のとき30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで相
対密度97％以上、５体積％ガラス添加のとき30体積％炭
化ケイ素ウイスカー添加まで相対密度98％以上、40体積
％炭化ケイ素ウイスカー添加で96％の焼結体を、ガラス
添加量を10体積％まで増加すると、40体積％炭化ケイ素
ウイスカー添加でも相対密度97％の高密度焼結体を作製
できた。
ス添加のとき30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで相
対密度97％以上、５体積％ガラス添加のとき30体積％炭
化ケイ素ウイスカー添加まで相対密度98％以上、40体積
％炭化ケイ素ウイスカー添加で96％の焼結体を、ガラス
添加量を10体積％まで増加すると、40体積％炭化ケイ素
ウイスカー添加でも相対密度97％の高密度焼結体を作製
できた。
ホットプレス温度を1400℃にすると３体積％ガラス添
加のとき30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで相対密
度98％以上、５体積％ガラス添加のとき30体積％炭化ケ
イ素ウイスカー添加まで相対密度99程度％、40体積％炭
化ケイ素ウイスカー添加で96％の焼結体を、ガラス添加
量を10体積％まで増加すると、40体積％炭化ケイ素ウイ
スカー添加でも相対密度97％の高密度焼結体を作製でき
た。
加のとき30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加まで相対密
度98％以上、５体積％ガラス添加のとき30体積％炭化ケ
イ素ウイスカー添加まで相対密度99程度％、40体積％炭
化ケイ素ウイスカー添加で96％の焼結体を、ガラス添加
量を10体積％まで増加すると、40体積％炭化ケイ素ウイ
スカー添加でも相対密度97％の高密度焼結体を作製でき
た。
1300℃でホットプレスして得られた試料の曲げ強度と
炭化ケイ素ウイスカー添加量の関係を第２図に示す。３
体積％ガラス添加の場合には、炭化ケイ素ウイスカー含
量が20体積％近傍までは1040〜1060MPaの強度を維持
し、５体積％ガラス添加の場合には、炭化ケイ素ウイス
カー含量が20体積％近傍までは1130〜1158MPaの強度を
維持したが、それ以上炭化ケイ素ウイスカーを添加する
と強度低下が起こった。10体積％ガラス添加では30体積
％炭化ケイ素ウイスカーまで1070〜1090MPaの強度を維
持した。強度の低下の傾向は、相対密度の低下の傾向と
対応している。ホットプレス温度が1350℃の場合には、
３体積％ガラス添加のとき30体積％炭化ケイ素ウイスカ
ーまで1100〜1145MPaの強度を示し、５体積％ガラス添
加のとき30体積％炭化ケイ素ウイスカーまで1140〜1180
MPaの強度を示し、40体積％炭化ケイ素ウイスカー添加
で1020MPaの強度を示した。ホットプレス温度が1350℃
でガラス添加量が10体積％の場合には、炭化ケイ素ウイ
スカー添加量が30体積％までは1120〜1130MPaの強度値
を、40体積％炭化ケイ素ウイスカー添加では1020MPaと
やや低下したが、これまでに報告されているガラス添加
量０％のときの強度値に比べると高強度であった。
炭化ケイ素ウイスカー添加量の関係を第２図に示す。３
体積％ガラス添加の場合には、炭化ケイ素ウイスカー含
量が20体積％近傍までは1040〜1060MPaの強度を維持
し、５体積％ガラス添加の場合には、炭化ケイ素ウイス
カー含量が20体積％近傍までは1130〜1158MPaの強度を
維持したが、それ以上炭化ケイ素ウイスカーを添加する
と強度低下が起こった。10体積％ガラス添加では30体積
％炭化ケイ素ウイスカーまで1070〜1090MPaの強度を維
持した。強度の低下の傾向は、相対密度の低下の傾向と
対応している。ホットプレス温度が1350℃の場合には、
３体積％ガラス添加のとき30体積％炭化ケイ素ウイスカ
ーまで1100〜1145MPaの強度を示し、５体積％ガラス添
加のとき30体積％炭化ケイ素ウイスカーまで1140〜1180
MPaの強度を示し、40体積％炭化ケイ素ウイスカー添加
で1020MPaの強度を示した。ホットプレス温度が1350℃
でガラス添加量が10体積％の場合には、炭化ケイ素ウイ
スカー添加量が30体積％までは1120〜1130MPaの強度値
を、40体積％炭化ケイ素ウイスカー添加では1020MPaと
やや低下したが、これまでに報告されているガラス添加
量０％のときの強度値に比べると高強度であった。
ホットプレス温度が1400℃の場合には、３体積％ガラ
ス添加の時30体積％炭化ケイ素ウイスカーまで1130〜11
50MPaの強度を示し、５体積％ガラス添加の時30体積％
炭化ケイ素ウイスカーまで1160〜1180MPaの強度を示
し、40体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で1020MPaの強
度を示した。
ス添加の時30体積％炭化ケイ素ウイスカーまで1130〜11
50MPaの強度を示し、５体積％ガラス添加の時30体積％
炭化ケイ素ウイスカーまで1160〜1180MPaの強度を示
し、40体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で1020MPaの強
度を示した。
ガラスを添加し、1300℃でホットプレスして得られた
上記材料の破壊靱性値を第３図に示す。炭化ケイ素ウイ
スカーの添加量が増えると共に破壊靱性は増大した。３
体積％ガラス添加の場合の破壊靱性値は炭化ケイ素ウイ
スカーの添加がない場合4.3MPa・m1/2であったものが20
体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で5.8MPa・m1/2、30体
積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.4MPa・m1/2となり、
５体積％ガラス添加の場合の破壊靱性値は炭化ケイ素ウ
イスカーの添加がないときに4.4MPa・m1/2であったもの
が20体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.4MPa・m1/2、
30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で7.0MPa・m1/2と大
きくなった。10体積％ガラス添加の場合の破壊靱性値は
20体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で5.4MPa・m1/2、30
体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.0MPa・m1/2、40体
積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.4MPa・m1/2となっ
た。
上記材料の破壊靱性値を第３図に示す。炭化ケイ素ウイ
スカーの添加量が増えると共に破壊靱性は増大した。３
体積％ガラス添加の場合の破壊靱性値は炭化ケイ素ウイ
スカーの添加がない場合4.3MPa・m1/2であったものが20
体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で5.8MPa・m1/2、30体
積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.4MPa・m1/2となり、
５体積％ガラス添加の場合の破壊靱性値は炭化ケイ素ウ
イスカーの添加がないときに4.4MPa・m1/2であったもの
が20体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.4MPa・m1/2、
30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で7.0MPa・m1/2と大
きくなった。10体積％ガラス添加の場合の破壊靱性値は
20体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で5.4MPa・m1/2、30
体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.0MPa・m1/2、40体
積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.4MPa・m1/2となっ
た。
ホットプレス温度が1350℃の場合には、３体積％ガラ
ス添加での破壊靱性値は20体積％炭化ケイ素ウイスカー
添加で6.3MPa・m1/2、30体積％炭化ケイ素ウイスカー添
加で6.8MPa・m1/2となった。５体積％ガラス添20体積％
炭化ケイ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有シル
コニアセラミックスの破壊靱性値は6.9MPa・m1/2、30体
積％炭化ケイ素ウイスカー添加で7.3MPa・m1/2、40体積
％炭化ケイ素ウイスカー添加で7.6MPa・m1/2となった。
ガラス添加量が10体積％と増加すると、５％添加の場合
に比べ、破壊靱値は低めの値を示したが、1350℃のホッ
トプレスでは、20体積％炭化ケイ素ウイスカーで6.0MPa
・m1/2、30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.6MPa・
m1/2、40体積％炭化ケイ素添加で7.0MPa・m1/2となっ
た。
ス添加での破壊靱性値は20体積％炭化ケイ素ウイスカー
添加で6.3MPa・m1/2、30体積％炭化ケイ素ウイスカー添
加で6.8MPa・m1/2となった。５体積％ガラス添20体積％
炭化ケイ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有シル
コニアセラミックスの破壊靱性値は6.9MPa・m1/2、30体
積％炭化ケイ素ウイスカー添加で7.3MPa・m1/2、40体積
％炭化ケイ素ウイスカー添加で7.6MPa・m1/2となった。
ガラス添加量が10体積％と増加すると、５％添加の場合
に比べ、破壊靱値は低めの値を示したが、1350℃のホッ
トプレスでは、20体積％炭化ケイ素ウイスカーで6.0MPa
・m1/2、30体積％炭化ケイ素ウイスカー添加で6.6MPa・
m1/2、40体積％炭化ケイ素添加で7.0MPa・m1/2となっ
た。
焼結助剤として３体積％ガラスを添加した20体積％炭
化ケイ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジルコ
ニアセラミックス複合材料を1300℃でホットプレスした
のち、さらに1400℃、1900気圧で１時間HIP処理（以
下、同じ）した試料の曲げ強度は1410MPaまで上昇し、
また破壊靱性値は7.2MPa・m1/2となり、30体積％炭化ケ
イ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジルコニア
セラミックスを1400℃でHIP処理した試料の曲げ強度は1
390MPa、破壊靱性値は7.4MPa・m1/2となった。焼結助剤
として５体積％ガラスを添加した20体積％炭化ケイ素ウ
イスカー強化３モル％イットリア含有ジルコニアセラミ
ックス複合材料を1300℃でホットプレスした後、さらに
1400℃でHIP処理した試料の曲げ強度は1450MPaまで上昇
し、また破壊靱性値は7.3MPa・m1/2となり、30体積％炭
化ケイ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジルコ
ニアセラミックスを1400℃でHIP処理した試料の曲げ強
度は1390MPa、破壊靱性値は7.5MPa・m1/2となった。10
体積％ガラス添加で20体積％炭化ケイ素強化３モル％イ
ットリア含有ジルコニアセラミックスをホットプレス後
HIP処理したものは曲げ強度は1350MPaとなり、破壊靱性
値は6.8MPa・m1/2となった。次に、HIP処理温度の曲げ
強度及び破壊靱性値に対する影響を検討するために、焼
結助剤として５体積％ガラスを添加した20体積％炭化ケ
イ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジルコニア
セラミックス複合材料を1300℃でホットプレスした後の
HIP処理温度を1450℃としたところと、曲げ強度は1380M
Pa,破壊靱性値は7.5MPa・m1/2、HIP処理温度を1500℃と
すると、曲げ強度は1342MPa、破壊靱性値は7.6MPa・m
1/2となった。即ち、HIP処理温度が1450℃、1500℃と上
昇するにつれ、破壊靱性値は僅かに増加傾向を示した
が、強度は低下した。
化ケイ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジルコ
ニアセラミックス複合材料を1300℃でホットプレスした
のち、さらに1400℃、1900気圧で１時間HIP処理（以
下、同じ）した試料の曲げ強度は1410MPaまで上昇し、
また破壊靱性値は7.2MPa・m1/2となり、30体積％炭化ケ
イ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジルコニア
セラミックスを1400℃でHIP処理した試料の曲げ強度は1
390MPa、破壊靱性値は7.4MPa・m1/2となった。焼結助剤
として５体積％ガラスを添加した20体積％炭化ケイ素ウ
イスカー強化３モル％イットリア含有ジルコニアセラミ
ックス複合材料を1300℃でホットプレスした後、さらに
1400℃でHIP処理した試料の曲げ強度は1450MPaまで上昇
し、また破壊靱性値は7.3MPa・m1/2となり、30体積％炭
化ケイ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジルコ
ニアセラミックスを1400℃でHIP処理した試料の曲げ強
度は1390MPa、破壊靱性値は7.5MPa・m1/2となった。10
体積％ガラス添加で20体積％炭化ケイ素強化３モル％イ
ットリア含有ジルコニアセラミックスをホットプレス後
HIP処理したものは曲げ強度は1350MPaとなり、破壊靱性
値は6.8MPa・m1/2となった。次に、HIP処理温度の曲げ
強度及び破壊靱性値に対する影響を検討するために、焼
結助剤として５体積％ガラスを添加した20体積％炭化ケ
イ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジルコニア
セラミックス複合材料を1300℃でホットプレスした後の
HIP処理温度を1450℃としたところと、曲げ強度は1380M
Pa,破壊靱性値は7.5MPa・m1/2、HIP処理温度を1500℃と
すると、曲げ強度は1342MPa、破壊靱性値は7.6MPa・m
1/2となった。即ち、HIP処理温度が1450℃、1500℃と上
昇するにつれ、破壊靱性値は僅かに増加傾向を示した
が、強度は低下した。
（ロ）２モル％イットリア含有ジルコニアと20体積％炭
化ケイ素ウイスカーの混合粉末に５体積％ガラスを焼結
助剤として添加し、1300℃でホットプレスして得られた
焼結体の曲げ強度は1130MPa、破壊靱性値は6.7MPa・m
1/2、1350℃でホットプレスすると、曲げ強度は1200MP
a、破壊靱性値は7.2MPa・m1/2となった。1300℃でホッ
トプレスした試料を、さらに1400℃でHIP処理すると曲
げ強度は1370MPa、破壊靱性値は7.8MPa・m1/2とさらに
大きくなった。
化ケイ素ウイスカーの混合粉末に５体積％ガラスを焼結
助剤として添加し、1300℃でホットプレスして得られた
焼結体の曲げ強度は1130MPa、破壊靱性値は6.7MPa・m
1/2、1350℃でホットプレスすると、曲げ強度は1200MP
a、破壊靱性値は7.2MPa・m1/2となった。1300℃でホッ
トプレスした試料を、さらに1400℃でHIP処理すると曲
げ強度は1370MPa、破壊靱性値は7.8MPa・m1/2とさらに
大きくなった。
（ハ）４モル％イットリア含有ジルコニアと20体積％炭
化ケイ素ウイスカーの混合粉末に５体積％ガラスを焼結
助剤として添加し、1350℃でホットプレスして得られた
焼結体の曲げ強度は1010MPa、破壊靱性値は6.5MPa・m
1/2となった。
化ケイ素ウイスカーの混合粉末に５体積％ガラスを焼結
助剤として添加し、1350℃でホットプレスして得られた
焼結体の曲げ強度は1010MPa、破壊靱性値は6.5MPa・m
1/2となった。
（ニ）３モル％イットリア含有ジルコニアに20重量％ア
ルミナを添加したものと20体積％炭化ケイ素ウイスカー
との混合粉末に５体積％ガラスを焼結助剤として添加
し、1350℃でホットプレスして得られた焼結体の曲げ強
度は1120MPa、破壊靱性値は7.0MPa・m1/2となった。そ
れをHIP処理すると曲げ強度は1350MPa、破壊靱性値は7.
3MPa・m1/2となった。３モル％イットリア含有ジルコニ
アに30重量％アルミナを添加したものと20体積％炭化ケ
イ素ウイスカーとの混合粉末に５体積％ガラスを焼結助
剤として添加し、1350℃でホットプレスして得られた焼
結体の曲げ強度は1040MPa、破壊靱性値は6.5MPa・m1/2
となった。それをHIP処理すると曲げ強度は1310MPa、破
壊靱性値は6.8MPa・m1/2となった。
ルミナを添加したものと20体積％炭化ケイ素ウイスカー
との混合粉末に５体積％ガラスを焼結助剤として添加
し、1350℃でホットプレスして得られた焼結体の曲げ強
度は1120MPa、破壊靱性値は7.0MPa・m1/2となった。そ
れをHIP処理すると曲げ強度は1350MPa、破壊靱性値は7.
3MPa・m1/2となった。３モル％イットリア含有ジルコニ
アに30重量％アルミナを添加したものと20体積％炭化ケ
イ素ウイスカーとの混合粉末に５体積％ガラスを焼結助
剤として添加し、1350℃でホットプレスして得られた焼
結体の曲げ強度は1040MPa、破壊靱性値は6.5MPa・m1/2
となった。それをHIP処理すると曲げ強度は1310MPa、破
壊靱性値は6.8MPa・m1/2となった。
（２）（イ）焼結助剤へのZrO2添加効果を見るために、
CaOが26重量％、MgOが17.5重量％、SiO2が53.5重量％、
ZrO2が５重量％組成のガラスを５体積％添加して20体積
％炭化ケイ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジ
ルコニアセラミックス複合材料を実施例（１）と同様に
1350℃でホットプレスすることにより作製した。ZrO2含
有ガラスを焼結助剤として使用した複合材料の曲げ強度
は1160MPa、破壊靱性値は6.9MPa・m1/2となった。
CaOが26重量％、MgOが17.5重量％、SiO2が53.5重量％、
ZrO2が５重量％組成のガラスを５体積％添加して20体積
％炭化ケイ素ウイスカー強化３モル％イットリア含有ジ
ルコニアセラミックス複合材料を実施例（１）と同様に
1350℃でホットプレスすることにより作製した。ZrO2含
有ガラスを焼結助剤として使用した複合材料の曲げ強度
は1160MPa、破壊靱性値は6.9MPa・m1/2となった。
（ロ）焼結助剤へのAl2O3添加効果を見るために、CaOが
24重量％、MgOが17重量％、SiO2が52重量％、Al2O3が10
重量％のガラスを５体積％添加して20体積％炭化ケイ素
ウイスカー添加3mol％イットリア含有ジルコニアセラミ
ックス複合材料を実施例（１）と同様に1350℃でホット
プレス法で作製した。曲げ強度は1200MPa、破壊靱性値
は7.1MPam1/2となった。３モル％イットリア含有ジルコ
ニアに20重量％Al2O3を添加したものと20体積％炭化ケ
イ素ウイスカーの混合粉末へ焼結助剤として、CaOが24
重量％、MgOが17重量％、SiO2が52重量％、Al2O3が10重
量％のガラスを５体積％添加し、1350℃でホットプレス
して作製した複合材料の曲げ強度は1150MPa、破壊靱性
値は7.2MPa・m1/2となった。
24重量％、MgOが17重量％、SiO2が52重量％、Al2O3が10
重量％のガラスを５体積％添加して20体積％炭化ケイ素
ウイスカー添加3mol％イットリア含有ジルコニアセラミ
ックス複合材料を実施例（１）と同様に1350℃でホット
プレス法で作製した。曲げ強度は1200MPa、破壊靱性値
は7.1MPam1/2となった。３モル％イットリア含有ジルコ
ニアに20重量％Al2O3を添加したものと20体積％炭化ケ
イ素ウイスカーの混合粉末へ焼結助剤として、CaOが24
重量％、MgOが17重量％、SiO2が52重量％、Al2O3が10重
量％のガラスを５体積％添加し、1350℃でホットプレス
して作製した複合材料の曲げ強度は1150MPa、破壊靱性
値は7.2MPa・m1/2となった。
発明の効果 以上の実施例に示したように、ディオプサイド系ガラ
スを焼結助剤として使用することにより、イットリア含
有ジルコニアセラミックスへ炭化ケイ素ウイスカーを添
加すると強度が低下するという従来技術での問題点を改
善できた。更に、本発明では炭化ケイ素ウイスカー強化
イットリア含有ジルコニアセラミックス複合材料を作製
する際に焼結助剤としてディオプサイド系ガラスを添加
し、ホットプレスした後でHIP処理することにより、例
えば第１表に示すように、3mol％イットリア含有ジルコ
ニアセラミックスに炭化ケイ素ウイスカーを添加した複
合材料では1390〜1450MPaという高強度を維持したまま
で、即ち、従来技術での強度の２倍程度の高強度を維持
したままで、破壊靱性値を7.3〜7.5MPa・m1/2まで高め
ることができた。
スを焼結助剤として使用することにより、イットリア含
有ジルコニアセラミックスへ炭化ケイ素ウイスカーを添
加すると強度が低下するという従来技術での問題点を改
善できた。更に、本発明では炭化ケイ素ウイスカー強化
イットリア含有ジルコニアセラミックス複合材料を作製
する際に焼結助剤としてディオプサイド系ガラスを添加
し、ホットプレスした後でHIP処理することにより、例
えば第１表に示すように、3mol％イットリア含有ジルコ
ニアセラミックスに炭化ケイ素ウイスカーを添加した複
合材料では1390〜1450MPaという高強度を維持したまま
で、即ち、従来技術での強度の２倍程度の高強度を維持
したままで、破壊靱性値を7.3〜7.5MPa・m1/2まで高め
ることができた。
第１図はガラス添加量が０％、３体積％、５体積％、10
体積％の場合の相対密度と炭化ケイ素ウイスカー添加量
との関係を示したグラフ、第２図はガラス添加量が０
％、３体積％、５体積％、10体積％の場合の曲げ強度と
炭化ケイ素ウイスカー添加量との関係を示したグラフ、
第３図はガラス添加量が３体積％、５体積％、10体積％
の場合の破壊靱性値と炭化ケイ素ウイスカー添加量との
関係を示したグラフである。
体積％の場合の相対密度と炭化ケイ素ウイスカー添加量
との関係を示したグラフ、第２図はガラス添加量が０
％、３体積％、５体積％、10体積％の場合の曲げ強度と
炭化ケイ素ウイスカー添加量との関係を示したグラフ、
第３図はガラス添加量が３体積％、５体積％、10体積％
の場合の破壊靱性値と炭化ケイ素ウイスカー添加量との
関係を示したグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】イットリア含有ジルコニアセラミックスに
炭化ケイ素ウイスカーを添加した複合材料を作製する際
に、ディオプサイド系ガラスを焼結助剤として添加し、
1300℃〜1400℃でホットプレスすることを特徴とする炭
化ケイ素ウイスカー強化ジルコニアセラミックス複合材
料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286247A JPH0829982B2 (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | 炭化ケイ素ウイスカー強化ジルコニアセラミツクス複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286247A JPH0829982B2 (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | 炭化ケイ素ウイスカー強化ジルコニアセラミツクス複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04160057A JPH04160057A (ja) | 1992-06-03 |
| JPH0829982B2 true JPH0829982B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17701893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2286247A Expired - Fee Related JPH0829982B2 (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | 炭化ケイ素ウイスカー強化ジルコニアセラミツクス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0829982B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112645726B (zh) * | 2020-12-24 | 2022-08-05 | 武汉理工大学 | 一种具有典型长颗粒形貌、富含层错和孪晶的碳化硅晶须陶瓷及其制备方法 |
| CN115010487B (zh) * | 2022-07-01 | 2023-12-08 | 江苏锡沂高新材料产业技术研究院有限公司 | 一种晶须增韧氧化锆陶瓷的制备方法 |
-
1990
- 1990-10-23 JP JP2286247A patent/JPH0829982B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04160057A (ja) | 1992-06-03 |
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